JP4324707B2 - DNA chip and biosensor using the same - Google Patents

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本発明は、非標識のターゲットDNAを検出するためのバイオチップおよびそれを用いたバイオセンサーに関する。より詳しくは、電気的信号検出によって非標識一塩基多型DNAを認識することができる高感度のバイオセンサーに関する。   The present invention relates to a biochip for detecting unlabeled target DNA and a biosensor using the biochip. More specifically, the present invention relates to a highly sensitive biosensor capable of recognizing unlabeled single nucleotide polymorphic DNA by electric signal detection.

近年、遺伝子の研究及び新薬開発プロセス、医療診断等などの分野において、バイオチップが注目され、研究開発が盛んに進められている。
バイオチップとは、固体表面上(固相化担体としては、シリコン基板、ガラス基板、高分子、金基板など)にDNA等の核酸、酵素や抗体のごときタンパク質、ペプチド等のバイオ分子、あるいは細胞等を固定化し、固定化されたバイオ分子等のプローブ物質に特定のターゲット物質が結合したときに生じる特異的な反応を検出するものである。特に、微量のサンプルを用いて大量にハイスループットな検出および解析ができるところから、大量かつ同時並行的な処理を要求されるポストゲノム時代のバイオ分子の機能解析技術にはバイオチップ関連技術が必須となっている。
In recent years, biochips have attracted attention in fields such as gene research, new drug development processes, and medical diagnosis, and research and development have been actively promoted.
A biochip is a nucleic acid such as DNA, a biomolecule such as a protein such as an enzyme or an antibody, a peptide such as a peptide, or a cell on a solid surface (such as a silicon substrate, glass substrate, polymer, or gold substrate as a solid support) And the like, and a specific reaction that occurs when a specific target substance is bound to a probe substance such as an immobilized biomolecule is detected. In particular, biochip-related technologies are indispensable for functional analysis technologies for biomolecules in the post-genomic era that require large-scale and parallel processing because they can detect and analyze a large amount of samples with a small amount of samples. It has become.

バイオチップの代表例として、基板上にDNAを高密度に固定化し、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列の存在を検出するDNAチップ(DNAマイクロアレイ)や、タンパク質を固定化し相互作用するタンパク質を検出するタンパク質チップ(プロテインチップ)などがある。
また、微細加工技術を利用してシリコン、ガラス等の基板表面上に流路、回路を成形し、微小空間上で反応、分離、検出等を行う装置、器具(ラボ・オン・チップ、μTAS(micro-total analysis system)、バイオMEMS(micro-electro-mechanical systems)等)が実用化され、それらをバイオチップと称することもある。
Typical examples of biochips include DNA chips (DNA microarrays) that detect the presence of complementary sequences by immobilizing DNA on a substrate at high density, and proteins that detect and interact with proteins. There are chips (protein chips).
Also, devices and instruments (lab-on-chip, μTAS () that form channels and circuits on the substrate surface of silicon, glass, etc. using microfabrication technology and perform reaction, separation, detection, etc. in a micro space. micro-total analysis system), bio-MEMS (micro-electro-mechanical systems, etc.) have been put into practical use, and they are sometimes referred to as biochips.

ゲノムプロジェクトによって、ヒトをはじめとする様々な生物の遺伝子配列情報が蓄積されてきた。今日のポストゲノム時代において、これらの遺伝子配列情報を有効に利用するための最も有効でこれから普及する技術として、バイオチップのなかでもDNAチップが研究されている。DNAチップは、多種類の遺伝子をハイスループットで検査する手法として注目されており、広い分野での基盤技術となると考えられる(非特許文献1)。   Genome projects have accumulated gene sequence information for various organisms including humans. In today's post-genomic era, DNA chips have been studied among biochips as the most effective and widely used technology for effectively using such gene sequence information. The DNA chip is attracting attention as a technique for examining many kinds of genes with high throughput, and is considered to be a basic technology in a wide field (Non-Patent Document 1).

DNAチップを用いれば、ある条件下と対象条件下での遺伝子発現量の違いを解析することができるため、遺伝子機能解析分野で広く利用されるようになり、遺伝子診断、新薬開発、臨床診断の分野におけるバイオチップの応用が検討されている。特に、疾患に関与する遺伝子の解析は、病気の早期発見、早期治療を行っていく上で非常に重要であり、今後遺伝子診断への期待はますます高まって行くであろう。   The use of DNA chips makes it possible to analyze the difference in gene expression levels between certain conditions and target conditions, and it has become widely used in the field of gene function analysis. Applications of biochips in the field are being studied. In particular, analysis of genes involved in diseases is very important for early detection and early treatment of diseases, and expectations for gene diagnosis will increase further in the future.

従来、微小なチップ上にDNAを配列させ、固定化するマイクロアレイ技術では、まず、ピン(特許文献1)、インクジェット(特許文献2および3)、フォトリソグラフィー法で多種類のプローブ一本鎖DNAをガラス基板上に高密度で固定化し(DNAアレイの作製);蛍光標識化ターゲット一本鎖DNAをDNAアレイ上でハイブリダイゼーションさせ;次いで、DNAアレイを洗浄・乾燥させている。その後、基板上に結合した蛍光標識化ターゲットDNAを蛍光顕微鏡や蛍光スキャナーで画像化し解析することによってプローブとターゲットとの相互作用を確認する。   Conventionally, in the microarray technology in which DNA is arrayed and immobilized on a microchip, first, various types of probe single-stranded DNAs are prepared by pins (Patent Document 1), inkjet (Patent Documents 2 and 3), and photolithography. Immobilization on a glass substrate at a high density (production of a DNA array); fluorescence-labeled target single-stranded DNA is hybridized on the DNA array; and then the DNA array is washed and dried. Then, the interaction between the probe and the target is confirmed by imaging and analyzing the fluorescence-labeled target DNA bound on the substrate with a fluorescence microscope or a fluorescence scanner.

また、DNAが負電荷を帯びていることに着目し、プローブDNAの特定位置に正電位をかけることでDNAの固定化を達成するエレクトロニクスアドレッシング技術が開発され、プロープDNAとターゲットDNAとのハイブリダイゼーション時間の短縮化に成功している。しかしながら、この技術も、ハイブリダイゼーションの検出のために蛍光物質を使う。   In addition, focusing on the fact that DNA is negatively charged, an electronic addressing technique has been developed that achieves DNA immobilization by applying a positive potential to a specific position of probe DNA, and hybridization between probe DNA and target DNA. The time has been shortened. However, this technique also uses a fluorescent material for detection of hybridization.

このように、従来のマイクロアレイ技術は、例えば、ターゲットを蛍光標識し、蛍光発光の有無を光学的に検出することによって、プローブとターゲットとの相互作用を検出してきた。しかしながら、(1)ターゲットDNAを蛍光標識化するための前処理工程および、(2)蛍光標識を励起するためのレーザー装置や発光した蛍光を画像化し解析する装置が必要なため、従来の技術では、作業性および経済性の面から実用化が困難であった。   Thus, the conventional microarray technology has detected the interaction between the probe and the target by, for example, labeling the target with fluorescence and optically detecting the presence or absence of fluorescence emission. However, the conventional technology requires (1) a pretreatment step for fluorescently labeling the target DNA, and (2) a laser device for exciting the fluorescent label and a device for imaging and analyzing the emitted fluorescence. From the viewpoint of workability and economy, it was difficult to put it into practical use.

また、従来の蛍光検出型DNAチップを用いて対象遺伝子の発現を解析するには、数万もの遺伝子断片を用意して基板上に高密度に配置させる必要があるが、製造装置や解析装置にコストがかかるという理由から、一部の研究機関や病院でしか使用されていない。   In addition, in order to analyze the expression of a target gene using a conventional fluorescence detection type DNA chip, it is necessary to prepare tens of thousands of gene fragments and arrange them at high density on a substrate. It is used only in some research institutions and hospitals because of its cost.

現在、遺伝子DNA中の一塩基レベルの変異が特定の疾患に関与することから、一塩基多型(Single Nucleotide Polymorphism; SNP)の解析が急速に進んでいるとともに、個人のSNP情報をもとにした新薬開発や、個人差に合わせた医療を行うオーダーメード医療が最も重要な応用分野となっている。
SNPの解析には、安定性の微妙に異なった多種類のDNA二重らせんを同時に測定することが必要であり、所定の温度条件下、特定の溶液中で測定することが必要であるが、乾燥下で測定する従来のDNAマイクロアレイ技術ではこの測定は不可能であった。
Currently, single nucleotide polymorphism (SNP) analysis is rapidly progressing because single nucleotide level mutations in gene DNA are involved in specific diseases, and based on individual SNP information The development of new drugs and custom-made medical care that provides medical care tailored to individual differences are the most important application fields.
For the analysis of SNP, it is necessary to simultaneously measure many kinds of DNA duplexes having slightly different stability, and it is necessary to measure in a specific solution under a predetermined temperature condition. This measurement is not possible with the conventional DNA microarray technology that measures under dry conditions.

特許文献4には、蛍光色素を核酸プローブに標識し、当該プローブに標的核酸がハイブリダイズしたときの蛍光強度の変化量から、標的核酸の多型および/または変異を解析する方法が記載されている。   Patent Document 4 describes a method for analyzing a polymorphism and / or mutation of a target nucleic acid from the amount of change in fluorescence intensity when a fluorescent dye is labeled on a nucleic acid probe and the target nucleic acid is hybridized to the probe. Yes.

近年、電気化学的にDNAのハイブリダイゼーションを検出する研究が行われている(非特許文献2および3)。
電気化学的な手法は、蛍光標識等を標識せずに非標識でDNAのハイブリダイゼーションを検出できることから、遺伝子解析の迅速化、解析装置の簡略化および低コスト化が図れるという利点を有している。
In recent years, electrochemical detection of DNA hybridization has been conducted (Non-patent Documents 2 and 3).
The electrochemical technique has the advantage that the DNA analysis can be detected without labeling without labeling with a fluorescent label or the like, thereby speeding up the gene analysis, simplifying the analysis apparatus, and reducing the cost. Yes.

そのため、電気化学的DNAチップの研究は近年急激に増加しており(特許文献5,6および7)、単なるDNAセンシングのみでなく、ガンの発生メカニズムを分子生物学的に解析する手段としても研究されている(非特許文献4,5および6)。また、ミケルセン(Mikkelsen)らは、近年報告された電気化学的DNAチップの特性を他の遺伝子検出法と比較して示した(非特許文献7)。   For this reason, research on electrochemical DNA chips has increased rapidly in recent years (Patent Documents 5, 6 and 7), and it has been studied not only as a mere DNA sensing but also as a means of analyzing molecular mechanisms of cancer development. (Non-Patent Documents 4, 5 and 6). Mikkelsen et al. Also showed the characteristics of electrochemical DNA chips reported in recent years in comparison with other gene detection methods (Non-Patent Document 7).

例えば、特許文献5には、インターカレーターが結合されているDNAプローブが固定された電極を有するDNAチップが開示され、このDNAチップを核酸またはタンパク質である標的物質に接触させた後、サイクリックボルタモグラフィー等を用いて、DNA塩基対とインターカレーターとの間の電子移動により生じる電気的信号の入出力を検出している。   For example, Patent Document 5 discloses a DNA chip having an electrode on which a DNA probe to which an intercalator is bound is fixed. After contacting the DNA chip with a target substance that is a nucleic acid or a protein, a cyclic vol The input / output of an electrical signal generated by electron transfer between a DNA base pair and an intercalator is detected using tomography or the like.

これらの研究は、主に、プローブDNAまたはターゲットDNAに酸化還元物質を修飾するか、DNAに特異的に結合するインターカレーターを導入するか(特許文献4,5および6)、または、インジケータフリー(indicator-free)な方法でハイブリダイゼーションを検出している。
したがって、これらの方法には、それぞれ、酸化還元物質を修飾するのでコストが上昇したり、DNAに特異的に結合するインターカレーターを選ばなければならないことや塩基対にインターカレーターが挿入して二重らせん構造に影響を与えるため、SNPの検出には適当ではないという問題がある。また、インジケータフリーな方法では塩基配列中にグアニン(G)の存在が必須であるので、測定可能範囲が限定されるといった問題がある。
These studies mainly modify the redox substance in probe DNA or target DNA, introduce an intercalator that specifically binds to DNA (Patent Documents 4, 5 and 6), or indicator-free ( Hybridization is detected by an indicator-free method.
Therefore, in each of these methods, the redox substance is modified, which increases the cost, requires the selection of an intercalator that specifically binds to DNA, or inserts an intercalator into the base pair and doubles it. Since it affects the helical structure, there is a problem that it is not suitable for the detection of SNPs. In addition, since the indicator-free method requires the presence of guanine (G) in the base sequence, there is a problem that the measurable range is limited.

さらに近年、医療現場での臨床検査としてポイント・オブ・ケア検査(Point-Of-Care Testing; POCT)の重要性が高まっており、POCT装置の1つとして、携帯型バイオセンサーのような小型化された自動分析システムが有力になると考えられる。
また電気化学的に遺伝子の発現解析を行うことを目的とする場合、数千ないし数万もの微小電極アレイを同時に測定する手法や装置が必要であるが、ケイ・カマン(K. Cammann)らによって報告された手法を応用することにより(非特許文献8および10)、高度に集積化された微小電極アレイ型DNAチップを開発することも可能であると考えられる。
In recent years, the importance of point-of-care testing (POCT) has increased as a clinical test in the medical field, and as one of the POCT devices, it has become smaller as a portable biosensor. The automated analysis system will be effective.
In addition, for the purpose of electrochemical gene expression analysis, it is necessary to have a method and apparatus for simultaneously measuring thousands to tens of thousands of microelectrode arrays. K. Cammann et al. By applying the reported technique (Non-Patent Documents 8 and 10), it is considered possible to develop a highly integrated microelectrode array type DNA chip.

その他、表面プラズモン共鳴センサー、微小水晶振動子上で相互作用を振動周波数の変化として検出する水晶振動子マイクロバランス(特許文献7)等を用いてハイブリダイゼーションによる重量変化を測定する手法、表面の偏光反射光の解析から相互作用を薄膜の厚みの増加として測定する偏光解析、相互作用を認識する抗体を用いた免疫化学的手法などさまざまな原理に基づく手法があるが、携帯型バイオセンサー用に小型化された装置はまだ実用化されていない。   In addition, surface plasmon resonance sensor, method of measuring weight change due to hybridization using a quartz crystal microbalance (Patent Document 7) that detects interaction as a change in vibration frequency on a micro crystal resonator, surface polarization, etc. There are methods based on various principles such as polarization analysis that measures interaction as an increase in thin film thickness from analysis of reflected light, and immunochemical methods using antibodies that recognize the interaction, but it is small for portable biosensors. Such a device has not been put into practical use yet.

特開2003−279576号公報JP 2003-279576 A 特開2001−186880号公報JP 2001-186880 A 特開2001−343386号公報JP 2001-343386 A 特開2002−191372号公報JP 2002-191372 A 特開2003−83968号公報JP 2003-83968 A 特開2003−161730号公報JP 2003-161730 A 特開2003−287538号公報JP 2003-287538 A Nature Genetics, Vol.21, No. 1 supplement January 1999Nature Genetics, Vol. 21, No. 1 supplement January 1999 S. Takenaka, K. Yamashita, M. Takagi, Y Uto, and H. Kondo, "DNA Sensing on a DNA Probe-Modified Electrode Using Ferrocenylnaphthalene Diimide as the Electrochemically Active Ligand", Anal. Chem, 72, 1334-1341 (2000)S. Takenaka, K. Yamashita, M. Takagi, Y Uto, and H. Kondo, "DNA Sensing on a DNA Probe-Modified Electrode Using Ferrocenylnaphthalene Diimide as the Electrochemically Active Ligand", Anal. Chem, 72, 1334-1341 ( 2000) M.I. Pividori, A. Merkoci, S. Alegret, "Electrochemical genosensor design: immobilisation of oligonucleotides onto transducer surfaces and detection methods", Biosensors & Bioelectronics, 15, 291-303 (2000)M.I.Pividori, A. Merkoci, S. Alegret, "Electrochemical genosensor design: immobilisation of oligonucleotides onto transducer surfaces and detection methods", Biosensors & Bioelectronics, 15, 291-303 (2000) E. Palecek, M. Fojta, M. Tomschik, J. Wang, "Electrochemical biosensors for DNA hybridization and DNA damage", Biosensors & Bioelectronics, 13, 621-628 (1998)E. Palecek, M. Fojta, M. Tomschik, J. Wang, "Electrochemical biosensors for DNA hybridization and DNA damage", Biosensors & Bioelectronics, 13, 621-628 (1998) D. H. Johnson, K. C. Glasgow, and H. H. Thorp, "Electrochemical Measurement of the Solvent Accessibility of Nucleobases Using Electron Transfer between DNA and Metal Complexes", J. Am. Chem. Soc., 117, 8933-8938 (1995)D. H. Johnson, K. C. Glasgow, and H. H. Thorp, "Electrochemical Measurement of the Solvent Accessibility of Nucleobases Using Electron Transfer between DNA and Metal Complexes", J. Am. Chem. Soc., 117, 8933-8938 (1995) P. A Ropp and H. H. Thorp, "Site-selective electron transfer from purines to electrocatalysts: voltammetric detection of a biologically relevant deletion in hybridized DNA duplexes", Chem Biol., 6, 599-605 (1999)P. A Ropp and H. H. Thorp, "Site-selective electron transfer from purines to electrocatalysts: voltammetric detection of a biologically relevant deletion in hybridized DNA duplexes", Chem Biol., 6, 599-605 (1999) S. R. Mikkelsen, "Electrochemical Biosensors for DNA Sequence Detection", Electroanalysis, 8, 15-19 (1996)S. R. Mikkelsen, "Electrochemical Biosensors for DNA Sequence Detection", Electroanalysis, 8, 15-19 (1996) B. Ross, K. Cammann, W. Mokwa, and M. Rospert, "Ultramicroelectrode arrays as transducers for new amperometric oxygen sensors", Sensors and Actuators B, 7, 758-762 (1992)B. Ross, K. Cammann, W. Mokwa, and M. Rospert, "Ultramicroelectrode arrays as transducers for new amperometric oxygen sensors", Sensors and Actuators B, 7, 758-762 (1992) H. Meyer, H. Drewer, J. Krause, K. Cammann, R. Kakerow, Y. Manoli, W. Mokwa, and M. Rospert, "Chemical and biochemical sensor array for two-dimensional imaging of analyte distributions", Sensors and Actuators B, 18-19, 229-234 (1994)H. Meyer, H. Drewer, J. Krause, K. Cammann, R. Kakerow, Y. Manoli, W. Mokwa, and M. Rospert, "Chemical and biochemical sensor array for two-dimensional imaging of analyte distributions", Sensors and Actuators B, 18-19, 229-234 (1994)

本発明の目的は、従来の蛍光検出型DNAチップの有する問題を解決し、簡便性、携帯性、開発コストの面で優れている微小電極アレイ型DNAチップを開発することにある。
今までに報告された集積型電極チップによる遺伝子検出の例では、微小電極アレイ上へのプローブDNAの固定化法として電気化学的手法を用いているが、最終的には蛍光測定によって遺伝子の検出を行っている。
An object of the present invention is to solve the problems of the conventional fluorescence detection type DNA chip and to develop a microelectrode array type DNA chip which is excellent in terms of simplicity, portability and development cost.
In the examples of gene detection using integrated electrode chips reported so far, an electrochemical method is used as a method for immobilizing probe DNA on a microelectrode array. It is carried out.

本発明者らは、DNAのハイブリダイゼーション後の二本鎖DNAを検出するために、DNAが電気活性を持ち、相補的な一本鎖DNA同士が特異的に結合することを利用して非標識DNAを用いたDNAハイブリッド検出法の確立が重要だと考えた。
そこで、本発明者らは、プローブDNAを電極上に固定化する方法を検討し、微小電極アレイ型DNAチップを作製し、一切の標識分子修飾を行うことなく同時に複数のターゲットDNAを電気化学的に検出する新しい「次世代DNAチップ電極アレイシステム」の構築を行った。
そして、本発明の最終的な目的は、本発明によるDNAチップを、迅速かつ簡便な臨床遺伝子検査に応用することにある。
In order to detect double-stranded DNA after hybridization of the DNA, the present inventors have made use of the fact that the DNA has electric activity and complementary single-stranded DNAs specifically bind to each other. I thought it was important to establish a DNA hybrid detection method using DNA.
Therefore, the present inventors examined a method for immobilizing probe DNA on an electrode, produced a microelectrode array-type DNA chip, and simultaneously performed a plurality of target DNAs electrochemically without any labeling molecule modification. A new “next-generation DNA chip electrode array system” was constructed.
The final object of the present invention is to apply the DNA chip according to the present invention to a rapid and simple clinical genetic test.

本発明において、微細加工技術によって1または複数の微小ウェルを電極表面上に配列させ、これら1または複数の微小ウェルの各々にプローブバイオ分子を固定化したバイオ分子アレイチップを作製し、このプローブ分子にターゲット分子が相互作用したときの酸化還元電流値の変化を高感度で検出する。   In the present invention, one or a plurality of microwells are arranged on the electrode surface by a microfabrication technique, and a biomolecule array chip is prepared by immobilizing a probe biomolecule in each of the one or a plurality of microwells. Changes in redox current values when target molecules interact with each other are detected with high sensitivity.

より詳しくは、本発明は、1または複数のプローブ一本鎖DNAが配列して固定化されているバイオチップであって、基板上に1または複数の電極配線が形成され、該1または複数の電極配線は絶縁膜で被覆され、該1または複数の電極配線の各々の一領域上の絶縁膜に、電極表面に達する1または複数の孔を設けることによって1または複数のウェルが形成され、該1または複数のウェルの底部にプローブ一本鎖DNAが固定化されている該バイオチップを提供する。   More specifically, the present invention is a biochip in which one or a plurality of probe single-stranded DNAs are arrayed and immobilized, wherein one or a plurality of electrode wirings are formed on a substrate, The electrode wiring is covered with an insulating film, and one or a plurality of wells are formed by providing one or a plurality of holes reaching the electrode surface in the insulating film on one region of each of the one or the plurality of electrode wirings, The biochip has a probe single-stranded DNA immobilized on the bottom of one or more wells.

本発明において、「DNA」とは、生体由来の核酸のみならず、それらの誘導体、模倣体も含むことを意図している。   In the present invention, “DNA” is intended to include not only biological nucleic acids but also derivatives and mimetics thereof.

本発明によるバイオチップにおいて、該プローブ一本鎖DNAの1の端部に第1の分子が結合され、該第1の分子と特異的結合する第2の分子が該ウェルの底部に固定化され、該第1の分子と該第2の分子との間の特異的結合によって該1または複数のウェル底部に該プローブ一本鎖DNAが固定化されている。   In the biochip according to the present invention, a first molecule is bound to one end of the probe single-stranded DNA, and a second molecule that specifically binds to the first molecule is immobilized to the bottom of the well. The probe single-stranded DNA is immobilized on the bottom of the one or more wells by specific binding between the first molecule and the second molecule.

特に、本発明によるバイオチップにおいて、該第1の分子がビオチンであって、該第2の分子がストレプトアビジンである。
また、該一本鎖DNAがレプチンをコードするDNAの断片である。
In particular, in the biochip according to the present invention, the first molecule is biotin and the second molecule is streptavidin.
The single-stranded DNA is a fragment of DNA encoding leptin.

本発明によるバイオチップは、基板上に1または複数の電極配線を形成し、該1または複数の電極配線を絶縁膜で被覆し、該1または複数の電極配線の各々の一領域上の絶縁膜に電極表面に達する1または複数の孔を設けることによって1または複数のウェルを形成し、次いで、該1または複数のウェルの底部にプローブ一本鎖DNAを固定化することによって作製する。   The biochip according to the present invention has one or more electrode wirings formed on a substrate, the one or more electrode wirings are covered with an insulating film, and an insulating film on one region of each of the one or more electrode wirings One or a plurality of wells are formed by providing one or a plurality of holes reaching the electrode surface, and then the probe single-stranded DNA is immobilized on the bottom of the one or the plurality of wells.

さらに、本発明は、少なくとも、作用電極、対極および参照電極を含むバイオセンサーであって、
ここに、該作用電極は、1または複数のプローブ一本鎖DNAが配列して固定化されているバイオチップであって、基板上に1または複数の電極配線が形成され、該1または複数の電極配線は絶縁膜で被覆され、該1または複数の電極配線の各々の一領域上の絶縁膜に、電極表面に達する1または複数の孔を設けることによって1または複数のウェルが形成され、該1または複数のウェルの底部にプローブ一本鎖DNAが固定化されているバイオチップであり、
処理前に、該バイオチップの第1の電気的信号を測定し;
該バイオチップを試験溶液中で処理した後、該バイオチップの第2の電気的信号を測定し;次いで、
第1の電気的信号と第2の電気的信号との強度差から、試験溶液中に存在する、該1または複数のプローブ一本鎖DNAとハイブリダイズする非標識ターゲットDNAを検出することを特徴とするバイオセンサーを提供する。
Furthermore, the present invention is a biosensor comprising at least a working electrode, a counter electrode and a reference electrode,
Here, the working electrode is a biochip in which one or a plurality of probe single-stranded DNAs are arrayed and immobilized, wherein one or a plurality of electrode wirings are formed on a substrate, The electrode wiring is covered with an insulating film, and one or a plurality of wells are formed by providing one or a plurality of holes reaching the electrode surface in the insulating film on one region of each of the one or the plurality of electrode wirings, A biochip in which probe single-stranded DNA is immobilized at the bottom of one or more wells;
Measuring a first electrical signal of the biochip prior to processing;
After treating the biochip in a test solution, measuring a second electrical signal of the biochip;
An unlabeled target DNA that hybridizes with the one or more probe single-stranded DNAs present in the test solution is detected from the intensity difference between the first electrical signal and the second electrical signal. A biosensor is provided.

ここで、「処理」とは、プローブ一本鎖DNAと非標識ターゲットDNAとをハイブリダイズさせるために必要なプロセスをいう。したがって、処理前、バイオチップにおいては、該1または複数のプローブ一本鎖DNAには非標識ターゲットDNAがハイブリダイズしていない。また、試験溶液中に該非標識ターゲットDNAが存在していれば、この処理によって、該1または複数のプローブ一本鎖DNAに非標識ターゲットDNAがハイブリダイズする。本発明のバイオチップに上記の処理を行う前後で電気的信号を測定し、電気的信号に変化があれば、該試験溶液中に、非標識ターゲットDNAが存在していたことを確認することができる。
すなわち、プローブDNAにターゲットDNAがハイブリダイズしていない系で測定した電気的信号とプローブDNAにターゲットDNAがハイブリダイズした系で測定した電気的信号との間に統計学的に有意な変化があった場合、当該有意な変化をターゲットDNAとプローブDNAとのハイブリダイゼーションに関連付けることができる。
Here, “treatment” refers to a process necessary for hybridizing a probe single-stranded DNA and an unlabeled target DNA. Therefore, before the treatment, in the biochip, unlabeled target DNA is not hybridized to the one or more probe single-stranded DNAs. If the unlabeled target DNA is present in the test solution, the unlabeled target DNA hybridizes to the one or more probe single-stranded DNAs by this treatment. The electrical signal is measured before and after performing the above treatment on the biochip of the present invention, and if there is a change in the electrical signal, it can be confirmed that unlabeled target DNA was present in the test solution. it can.
That is, there is a statistically significant change between the electrical signal measured in the system in which the target DNA is not hybridized to the probe DNA and the electrical signal measured in the system in which the target DNA is hybridized to the probe DNA. The significant change can be associated with the hybridization of the target DNA and the probe DNA.

本発明において、特に、電気的信号として酸化還元電流値を用いる。
すなわち、本発明によれば、非標識ターゲットDNAのプローブDNAへのハイブリダイゼーションの有無をバイオチップのバイオ分子アレイ上の酸化還元状態の変化から検出する。したがって、ターゲットDNAに蛍光物質等を標識することなく、酸化還元電流値を測定するだけでハイブリダイゼーションを検出できるので、迅速かつ簡便な測定が可能となる。
In the present invention, in particular, an oxidation-reduction current value is used as an electrical signal.
That is, according to the present invention, the presence or absence of hybridization of the unlabeled target DNA to the probe DNA is detected from the change in the redox state on the biomolecule array of the biochip. Therefore, hybridization can be detected only by measuring the oxidation-reduction current value without labeling the target DNA with a fluorescent substance or the like, so that rapid and simple measurement is possible.

本発明によるバイオチップを用いれば、蛍光物質等の標識分子を用いることなくターゲットバイオ分子を検出することができるので、迅速、簡便に測定が可能で、かつ、小型化されたバイオセンサーを構築することができる。
また、本発明によるバイオチップには、複数の電極上に各自異なるプローブDNAを固定化することができるので、複数の遺伝子を同時に検出することができる。
さらに、本発明によるバイオセンサーは非常に高感度であり、SNPを検出することができるので、種々の疾患に関連するSNP遺伝変異の検出から、従来、長時間をかけて培養しなければならなかった病原菌の検出等、さまざまな可能性を秘めている。
By using the biochip according to the present invention, a target biomolecule can be detected without using a labeling molecule such as a fluorescent substance, and thus a biosensor that can be measured quickly and easily and is miniaturized is constructed. be able to.
In addition, since different probe DNAs can be immobilized on a plurality of electrodes in the biochip according to the present invention, a plurality of genes can be detected simultaneously.
Furthermore, since the biosensor according to the present invention is very sensitive and can detect SNPs, it must conventionally be cultured for a long time from the detection of SNP genetic mutations related to various diseases. It has various possibilities such as detection of pathogenic bacteria.

実施例1:DNAチップの作製
本発明によるDNAチップの上面図を図1に示す。この実施例では、ガラス基板10上に8本の電極配線13を形成し、一度に8点測定が可能なDNAチップ1を形成した。
電極配線13の一方の端部にはバイオ分子アレイ領域131が形成され、他方の端部にはバイオ分子アレイ領域で検出した電気的信号を取り出すためのパッド132が形成されている。
図2にバイオ分子アレイ領域131の拡大上面図を示す。バイオ分子アレイ領域131上には絶縁性レジスト膜14が形成され、この絶縁膜に1または複数の孔を設けることによって、バイオ分子を固定化するための1または複数のウェル131aが形成されている。
バイオ分子アレイ領域131には、ウェル131aの直径が5μm以上の場合、図2aに示すように単一のウェルを形成することができ、ウェル131aの直径がサブミクロン以下20nm程度までの場合、図2bに示すように複数のウェルを配列させることができる。
Example 1 Production of DNA Chip FIG. 1 shows a top view of a DNA chip according to the present invention. In this example, eight electrode wirings 13 were formed on the glass substrate 10, and the DNA chip 1 capable of measuring eight points at a time was formed.
A biomolecule array region 131 is formed at one end of the electrode wiring 13, and a pad 132 for taking out an electrical signal detected in the biomolecule array region is formed at the other end.
FIG. 2 shows an enlarged top view of the biomolecule array region 131. An insulating resist film 14 is formed on the biomolecule array region 131, and one or more wells 131a for immobilizing biomolecules are formed by providing one or more holes in the insulating film. .
When the diameter of the well 131a is 5 μm or more in the biomolecule array region 131, a single well can be formed as shown in FIG. 2a. A plurality of wells can be arranged as shown in 2b.

バイオ分子アレイ領域131の断面図を図3aに示す。この実施例では、ガラス基板10上に、まず、Ti薄膜13aを形成し、その上にAu薄膜13bを形成することによって、Au/Ti積層薄膜からなる電極配線13を形成した。Au薄膜を直接ガラス基板に形成することもできるが、Au薄膜の接着強度が弱いので、Au薄膜の剥離を防止し、バイオチップの信頼性を向上させるためにTi薄膜を用いた。Ti以外にCrを用いることもできる。   A cross-sectional view of the biomolecule array region 131 is shown in FIG. In this example, first, a Ti thin film 13a was formed on a glass substrate 10, and an Au thin film 13b was formed thereon, thereby forming an electrode wiring 13 made of an Au / Ti laminated thin film. Although an Au thin film can be directly formed on a glass substrate, since the adhesive strength of the Au thin film is weak, a Ti thin film was used to prevent peeling of the Au thin film and improve the reliability of the biochip. In addition to Ti, Cr can also be used.

この図が示すように、絶縁性レジスト膜に形成された孔は、下部層の電極配線の表面にまで達している。すなわち、バイオ分子アレイ領域に形成されたウェルの側面は絶縁性レジスト膜14により定められ、ウェルの底部は電極配線の表面により定められている。
この構成を用いて、図3bに示すように、ウェル131aの底部の露出した電極表面上にのみプローブ2となるバイオ分子を固定化する。
As shown in this figure, the hole formed in the insulating resist film reaches the surface of the electrode wiring in the lower layer. That is, the side surface of the well formed in the biomolecule array region is defined by the insulating resist film 14, and the bottom of the well is defined by the surface of the electrode wiring.
Using this configuration, as shown in FIG. 3b, the biomolecules that become the probe 2 are immobilized only on the exposed electrode surface at the bottom of the well 131a.

本発明のDNAチップを作製するために、半導体製造技術の1つであるフォトファブリケーション技術を用いた。ここでは、「フォトファブリケーション技術」なる用語は、フォトリソグラフィー技術、蒸着技術、エッチング技術などを組み合わせた技術を意味する。
フォトファブリケーション技術はすでにICやLSI製造技術の1つとして確立されているため、従来のDNAチップのように小型化や製造工程の自動化が可能で、チップの大量生産や低コスト化につながる。
In order to produce the DNA chip of the present invention, a photofabrication technique, which is one of semiconductor manufacturing techniques, was used. Here, the term “photofabrication technique” means a technique that combines a photolithography technique, a vapor deposition technique, an etching technique, and the like.
Since the photofabrication technology has already been established as one of IC and LSI manufacturing technologies, it can be miniaturized and the manufacturing process can be automated like a conventional DNA chip, leading to mass production of chips and cost reduction.

図4ないし図9は、本発明のDNAチップを作製する工程を示す概略図である
まず、直径5μm以上の単一ウェル(第1の具体例)を作製する工程について説明する。基板10上にスピンコーターを用いて感光性材料であるフォトレジスト11を塗布し、90℃にて2分間ベーキングする(図4a,4b)。この実施例ではガラス基板を用いたが、アルミナ基板、シリコン基板、または、シリコーン樹脂のごとき樹脂製基板等のいずれの材質の基板も用いることができる。
次いで、フォトマスクを用いて紫外線12aで20秒間露光し(図4c)、フォトレジスト11を現像して電極配線13用の配線パターンを形成する(図4d)。フォトレジストには、露光によって結合が分解して現像液に溶解するもの(ポジ型)と、逆に重合して溶解しないもの(ネガ型)があるが、ここではフォトレジスト11としてポジ型レジスト(AZ1500:クラリアントジャパン株式会社)を用いた。
4 to 9 are schematic views showing a process for producing the DNA chip of the present invention. First, a process for producing a single well (first specific example) having a diameter of 5 μm or more will be described. Photoresist 11, which is a photosensitive material, is applied onto the substrate 10 using a spin coater and baked at 90 ° C. for 2 minutes (FIGS. 4a and 4b). In this embodiment, a glass substrate is used, but any material such as an alumina substrate, a silicon substrate, or a resin substrate such as a silicone resin can be used.
Next, using a photomask, exposure is performed with ultraviolet rays 12a for 20 seconds (FIG. 4c), and the photoresist 11 is developed to form a wiring pattern for the electrode wiring 13 (FIG. 4d). There are two types of photoresists, one that dissolves in a developing solution due to decomposition of the bond upon exposure (positive type) and the other that does not dissolve due to polymerization (negative type). AZ1500: Clariant Japan Co., Ltd.) was used.

その後、真空蒸着やRFスパッタリングなどの蒸着技術によって基板上に電極材料となる金属薄膜を形成する(図4e)。
さらに、これをアセトンのごとき有機溶媒中に浸漬して、レジスト11を剥離することによって、ガラス基板10上に電極配線13を形成した(図4f)。電極配線13が形成されたチップの概略上面図を図6aに示す。図6において、一方の端部に円形のバイオ分子アレイ領域131が形成され、他方の端部には電気的信号を取り出すための角型パッド132が形成された電極配線が示されているが、これは電極配線の一例であって、この形状に限定されるものではない。当業者であれば、バイオセンサーに搭載されるバイオチップとして使用できるいずれの形状にも変形することができる。
また、電極配線の本数も、使用の形態に適合させて、適宜増減することができる。
Thereafter, a metal thin film serving as an electrode material is formed on the substrate by an evaporation technique such as vacuum evaporation or RF sputtering (FIG. 4e).
Furthermore, the electrode wiring 13 was formed on the glass substrate 10 by immersing this in an organic solvent such as acetone and peeling the resist 11 (FIG. 4f). FIG. 6A shows a schematic top view of the chip on which the electrode wiring 13 is formed. In FIG. 6, an electrode wiring in which a circular biomolecule array region 131 is formed at one end and a square pad 132 for taking out an electrical signal is formed at the other end is shown. This is an example of electrode wiring, and is not limited to this shape. A person skilled in the art can transform into any shape that can be used as a biochip mounted on a biosensor.
Further, the number of electrode wirings can be appropriately increased or decreased according to the usage form.

次に、スピンコーターを用いて電極配線13が形成された基板上に絶縁性レジスト14(AZ1500)を塗布し、90℃にて2分間ベーキングする(図5a)。次いで、フォトマスクを用いて紫外線12aで20秒間露光し(図5b)、レジスト14を現像することによって電極表面を露出させて、バイオ分子アレイ領域131上にウェル131aを形成した(図5c)。これを150℃にて5分間ベーキングすることによって、レジスト14を固着させた(図5d)。ウェルが形成されたチップの概略上面図を図6bに示す。   Next, an insulating resist 14 (AZ1500) is applied on the substrate on which the electrode wiring 13 is formed using a spin coater, and baked at 90 ° C. for 2 minutes (FIG. 5a). Next, the film was exposed to ultraviolet rays 12a for 20 seconds using a photomask (FIG. 5b), the resist 14 was developed to expose the electrode surface, and a well 131a was formed on the biomolecule array region 131 (FIG. 5c). This was baked at 150 ° C. for 5 minutes to fix the resist 14 (FIG. 5d). A schematic top view of a chip with wells formed is shown in FIG. 6b.

次に、直径がサブミクロン以下のウェルのアレイ(第2の具体例)を作製する工程を説明する。直径5μm以上の単一ウェルを作製したときと同様にして電極配線を形成し(図4)、その後、図5aに示す工程と同様に、スピンコーターを用いて電極配線13が形成された基板上に絶縁性レジスト14(ZEP520:日本ゼオン株式会社)を塗布し、90℃にて2分間ベーキングする(図7a)。次いで、75kVにて電子ビーム15を照射し(図7b)、レジスト14を現像することによって電極表面を露出させて、バイオ分子アレイ領域131上に複数のウェル131aの配列を形成した(図7c)。これを200℃にて5分間ベーキングすることによって、レジスト14を固着させた(図7d)。ウェルが形成されたチップの概略上面図を図8に示す。   Next, a process for producing an array of wells having a diameter of submicron or less (second specific example) will be described. An electrode wiring is formed in the same manner as when a single well having a diameter of 5 μm or more is fabricated (FIG. 4), and then on the substrate on which the electrode wiring 13 is formed using a spin coater, as in the step shown in FIG. 5a. An insulating resist 14 (ZEP520: Nippon Zeon Co., Ltd.) is applied to the substrate and baked at 90 ° C. for 2 minutes (FIG. 7a). Next, the electron beam 15 was irradiated at 75 kV (FIG. 7b), the resist 14 was developed to expose the electrode surface, and an array of a plurality of wells 131a was formed on the biomolecule array region 131 (FIG. 7c). . This was baked at 200 ° C. for 5 minutes to fix the resist 14 (FIG. 7d). A schematic top view of the chip in which the well is formed is shown in FIG.

従来の半導体製造技術を用いれば、基板上にウェルを形成することができるので、上記の条件に限定されることなく、適宜、当業者によく知られた他の条件でウェルを形成することができる。   If a conventional semiconductor manufacturing technique is used, a well can be formed on a substrate. Therefore, the well is appropriately formed under other conditions well known to those skilled in the art without being limited to the above conditions. it can.

次に、生物化学の分野でよく知られている方法を用いて、ウェル底部の電極表面上にストレプトアビジンを固定化した。具体的には、まず、チップをピランハ溶液(H:HSO=1:3[v/v]に10分間浸漬してウェル底部の電極表面上の有機不純物質を除去し、純粋で十分に洗浄し、エタノールで洗浄した後(図9a)、3,3’−ジチオジプロピオン酸(DTDP)のエタノール溶液に浸漬してDTDPをその−S−S−基を介して電極表面に結合させた。次いで、ジオキサンおよび水(9:1[v/v])中のN−ヒドロキシスクシンイミド(NHS)および1−エチル−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−カルボジイミド塩酸(EDC)の混合溶液にチップを浸漬して、DTDPのカルボキシル基を活性化した。ここに、ストレプトアビジン溶液を添加することによって、そのNH基を介して活性化DTDPにストレプトアビジンを連結させた(図9b)。リン酸バッファ溶液(PBS)で洗浄することによって、ウェル底部に固定化されていない未結合のストレプトアビジンを除去した。
したがって、ウェル底部の電極表面にのみストレプトアビジンが固定化されるように、前記のレジスト14はDTDPの−S−S−基が結合しない材料であることが必要である。
最後に、予めビオチン化したプローブDNA22のPBS溶液にストレプトアビジン固定化チップを浸漬することによって、ストレプトアビジン−ビオチンの特異的結合を介してプローブDNAをウェル底部に固定化した(図9c)。
Next, streptavidin was immobilized on the electrode surface at the bottom of the well using a method well known in the field of biochemistry. Specifically, first, the chip is immersed in a piranha solution (H 2 O 2 : H 2 SO 4 = 1: 3 [v / v] for 10 minutes to remove organic impurities on the electrode surface at the bottom of the well, After pure and thorough washing and washing with ethanol (Fig. 9a), DTDP was immersed in an ethanol solution of 3,3'-dithiodipropionic acid (DTDP) and the electrode surface via its -S-S- group Of N-hydroxysuccinimide (NHS) and 1-ethyl- (3-dimethylaminopropyl) -3-carbodiimide hydrochloride (EDC) in dioxane and water (9: 1 [v / v]) mixed solution by immersing the chips was activated carboxyl group of DTDP. here, by adding a streptavidin solution, streptavidin to the activation DTDP via its NH 2 group By washing with ligated to down (Figure 9b). Phosphate buffer solution (PBS), to remove unbound streptavidin that is not immobilized to the well bottom.
Therefore, the resist 14 needs to be made of a material that does not bind to the DTDP -SS group so that streptavidin is immobilized only on the electrode surface at the bottom of the well.
Finally, the streptavidin-immobilized chip was immersed in a pre-biotinylated probe DNA 22 in PBS to immobilize the probe DNA on the bottom of the well through specific binding of streptavidin-biotin (FIG. 9c).

この実施例において、プローブDNAとしては、配列番号:1:   In this example, the probe DNA is SEQ ID NO: 1:

5'-gag gag ttg ggg gag cac att-3'       5'-gag gag ttg ggg gag cac att-3 '

で示される21塩基の人工核酸を用いた。生物化学の分野において、18ないし22塩基程度の一本鎖DNA同士であれば、ハイブリダイゼーションを確実に起こすことが知られている。
この人工核酸の5’末端に、よく知られている方法によってビオチンを結合させて、ビオチン化プローブDNA22を作製した。
The artificial nucleic acid of 21 bases shown by these was used. In the field of biochemistry, it is known that if single-stranded DNAs of about 18 to 22 bases are used, hybridization will surely occur.
Biotinylated probe DNA 22 was prepared by binding biotin to the 5 ′ end of this artificial nucleic acid by a well-known method.

ストレプトアビジンは、ビオチンと生物学的に最も強固で安定に結合(K=10−15M)するタンパク質であり、4分子のビオチンと結合する。
ストレプトアビジン−ビオチン間の特異的結合を利用して、ストレプトアビジンを修飾した分子と、ビオチンを修飾したもう一つの分子とを結合させる手法が一般的に用いられている。したがって、様々なタンパク質にビオチンを修飾する技術がすでに確立され、そのためのキットも市販されている。また、ビオチン修飾したDNAも商業的に入手可能である。
Streptavidin is a protein that binds to biotin most strongly and stably (K d = 10 −15 M) and binds to four molecules of biotin.
A technique of binding a molecule modified with streptavidin and another molecule modified with biotin using a specific binding between streptavidin and biotin is generally used. Therefore, techniques for modifying biotin on various proteins have already been established, and kits for that purpose are also commercially available. Biotin-modified DNA is also commercially available.

ストレプトアビジンが基板上に固定化されている場合、ビオチン化DNAの有効結合数は1であることがすでに知られている。固定化によりビオチンが接近可能なストレプトアビジンの結合部位が限定され、さらに、1本のビオチン化DNAがストレプトアビジンに結合した後、DNA同士の静電反発によりさらなるビオチン化DNAがストレプトアビジンに接近できないためと考えられる。特に、本発明の場合、ストレプトアビジンは周囲が壁に囲まれたウェル底部に固定化されているので、1つの固定化ストレプトアビジン21には1本のビオチン化プローブDNA22が結合していると十分に考えられる。   It is already known that when streptavidin is immobilized on a substrate, the effective binding number of biotinylated DNA is 1. The binding site of streptavidin accessible to biotin is limited by immobilization. Furthermore, after one biotinylated DNA binds to streptavidin, further biotinylated DNA cannot access streptavidin due to electrostatic repulsion between DNAs This is probably because of this. In particular, in the case of the present invention, since streptavidin is immobilized on the bottom of the well surrounded by a wall, it is sufficient that one biotinylated probe DNA 22 is bound to one immobilized streptavidin 21. Can be considered.

図10は、蛍光を用いた走査型近接場光顕微鏡(Scanning Near-Field Optical Microscopy; SNOM)像を示す。
図10aは、実施例1に記載された方法によりSNOM観察用のマイカ基板上にストレプトアビジンを固定化し、このストレプトアビジンにビオチン化プローブDNAを結合したときのSNOM像である。このプローブDNAには、イソチオシアン酸フロオレセイン(FITC)が標識してある。この図から分かるように、5×5μm角の観察視野全体から蛍光発光が観察された。すなわち、均一にストレプトアビジンが配列されたことが確認された。
図10bは、FITCを標識していないプローブDNAをストレプトアビジンに結合させ、FITC標識ターゲットDNAをハイブリダイズさせたときのSNOM像である。この図から分かるように、観察視野全体から蛍光発光が観察され、ほぼ均一にハイブリダイゼーションが発生したことが確認された。
また、図10cは、FITCを標識していないプローブDNAをストレプトアビジンに結合させ、ターゲットとしてプローブDNAと同一の配列を有するDNAにFITCを標識したものを用いたときのSNOM像である。この図から分かるように、観察視野全体から蛍光発光は全く観察されなかった。これは、ターゲットDNAがプローブDNAと同一の配列を有するので、静電反発によってハイブリダイゼーションが全く発生しないからであるが、さらに、ターゲットDNAがウェル以外のレジスト膜に非特異的に結合しないことを示している。
かくして、本発明の方法によれば、電極表面に均一にプローブを固定化できることが確認された。
FIG. 10 shows a scanning near-field optical microscope (SNOM) image using fluorescence.
FIG. 10a is a SNOM image when streptavidin was immobilized on a SNICA observation mica substrate by the method described in Example 1, and biotinylated probe DNA was bound to the streptavidin. This probe DNA is labeled with fluorescein isothiocyanate (FITC). As can be seen from this figure, fluorescence emission was observed from the entire observation field of 5 × 5 μm square. That is, it was confirmed that streptavidin was uniformly arranged.
FIG. 10b is a SNOM image when probe DNA not labeled with FITC is bound to streptavidin and FITC-labeled target DNA is hybridized. As can be seen from this figure, fluorescence emission was observed from the entire observation field, and it was confirmed that hybridization occurred almost uniformly.
FIG. 10c is a SNOM image when a probe DNA not labeled with FITC is bound to streptavidin and a DNA having the same sequence as the probe DNA labeled with FITC is used as a target. As can be seen from this figure, no fluorescence was observed from the entire observation field. This is because the target DNA has the same sequence as the probe DNA, and thus hybridization does not occur at all due to electrostatic repulsion. Furthermore, the target DNA does not bind nonspecifically to the resist film other than the well. Show.
Thus, according to the method of the present invention, it was confirmed that the probe could be uniformly immobilized on the electrode surface.

実施例2:DNAチップの検出性能評価
実施例1に記載された方法により作製された第1の具体例のDNAチップ1(バイオ分子アレイ領域上、直径200μmの単一ウェル)を用いてバイオセンサーを構築し、ターゲットDNA3の検出実験を行った。
具体的には、5mMのK[Fe(CN)]および100mM KClの混合水溶液中、DNAチップ1を作用電極とし、白金を対極とし、銀/塩化銀を参照電極として電気化学セルを構成して、サイクリックボルタンメトリーによって、DNAチップ1の酸化還元電位を測定した。また、測定は25℃にて行い、電位の掃引速度は50V/秒とした。
Example 2: Evaluation of detection performance of DNA chip Biosensor using DNA chip 1 of the first specific example prepared by the method described in Example 1 (single well having a diameter of 200 μm on the biomolecule array region) And a detection experiment for target DNA 3 was performed.
Specifically, an electrochemical cell is constructed in a mixed aqueous solution of 5 mM K 3 [Fe (CN) 6 ] and 100 mM KCl, using DNA chip 1 as a working electrode, platinum as a counter electrode, and silver / silver chloride as a reference electrode. Then, the oxidation-reduction potential of the DNA chip 1 was measured by cyclic voltammetry. The measurement was performed at 25 ° C., and the potential sweep rate was 50 V / sec.

まず、対照として、プローブDNA22にターゲットDNA3がハイブリダイズしていないDNAチップを用いて電流電位曲線Aを得た(図11)。
次に、PBS(pH7.4)中のターゲットDNA3溶液(DNA濃度:1μM)に、前記のハイブリダイズしていないDNAチップを30℃にて24時間浸漬し、その後、PBSで数回洗浄して未結合のターゲットDNA3を十分に除去して、プローブDNA22にターゲットDNA3がハイブリダイズしたDNAチップを作製した。このDNAチップを用いて電流電位曲線Bを得た(図11)。
図11に示す電流電位曲線において、ピーク電流値が酸化還元電流値を示している。
First, as a control, a current-potential curve A was obtained using a DNA chip in which the target DNA 3 was not hybridized to the probe DNA 22 (FIG. 11).
Next, the non-hybridized DNA chip is immersed in a target DNA 3 solution (DNA concentration: 1 μM) in PBS (pH 7.4) at 30 ° C. for 24 hours, and then washed several times with PBS. Unbound target DNA 3 was sufficiently removed to prepare a DNA chip in which target DNA 3 was hybridized to probe DNA 22. Using this DNA chip, a current-potential curve B was obtained (FIG. 11).
In the current-potential curve shown in FIG. 11, the peak current value indicates the redox current value.

この実施例において、ターゲットDNA3としては、配列番号:2:   In this example, the target DNA 3 is SEQ ID NO: 2:

3'-ctc ctc aac ccc ctc gtg taa-5'       3'-ctc ctc aac ccc ctc gtg taa-5 '

で示される21塩基の人工核酸を用いた。この人工核酸はプローブDNA(配列番号:1)に対して完全に相補的である。 The artificial nucleic acid of 21 bases shown by these was used. This artificial nucleic acid is completely complementary to the probe DNA (SEQ ID NO: 1).

ターゲットDNA3がハイブリダイズしたDNAチップを用いて測定した酸化還元電流値は、平均して、対照DNAチップでの値から40%減少した。すなわち、ターゲットDNA3がプローブDNAにハイブリダイズしたことによる酸化還元電流の平均変化率は−40%である。ここで、酸化還元電流の変化率(ΔI)は、次式:   On average, the redox current value measured using the DNA chip hybridized with the target DNA 3 was reduced by 40% from the value of the control DNA chip. That is, the average rate of change in redox current due to the hybridization of the target DNA 3 with the probe DNA is −40%. Here, the rate of change (ΔI) of the oxidation-reduction current is given by the following formula:

ΔI=(I−I)/I ΔI = (I T -I P) / I P

(式中、IはターゲットDNA非ハイブリダイズDNAチップで測定された酸化還元電流を意味し;IはターゲットDNAハイブリダイズDNAチップで測定された酸化還元電流を意味する。)を用いて算出した。 (Wherein I P represents the redox current measured with the target DNA non-hybridized DNA chip; I T represents the redox current measured with the target DNA hybridized DNA chip). did.

次に、ターゲットDNA3をプローブDNA22にハイブリダイズさせるときに用いる溶液のDNA3濃度を変化させて、同様の測定を行なった。酸化還元電流の変化率の測定結果を表1および図12に示す。   Next, the same measurement was performed by changing the DNA3 concentration of the solution used when the target DNA3 was hybridized to the probe DNA22. The measurement results of the rate of change of the redox current are shown in Table 1 and FIG.

Figure 0004324707
Figure 0004324707

上記の結果から、本発明のDNAチップを用いて、サブフェムトモルの感度で各ウェルにおけるプローブDNAとターゲットDNAとのハイブリダイゼーションの有無の検出に成功したことが示された。   From the above results, it was shown that the presence or absence of hybridization between the probe DNA and the target DNA in each well was successfully detected with the sensitivity of sub-femtomole using the DNA chip of the present invention.

実施例3:一塩基多型DNA(SNP)の検出
(1)人工核酸を用いた性能評価
次に、配列番号:2で示されるターゲットDNAに対して、一塩基のみ異なる人工SNP−DNAを用いて、第1の具体例のDNAチップ(バイオ分子アレイ領域上、直径200μmの単一ウェル)を作製し、本発明のDNAチップの検出性能を評価した。
このSNP−DNAは、配列番号:3:
Example 3 Detection of Single Nucleotide Polymorphic DNA (SNP) (1) Performance Evaluation Using Artificial Nucleic Acid Next, an artificial SNP-DNA that differs from the target DNA shown in SEQ ID NO: 2 by only one base is used. Then, a DNA chip of the first specific example (a single well having a diameter of 200 μm on the biomolecule array region) was prepared, and the detection performance of the DNA chip of the present invention was evaluated.
This SNP-DNA is SEQ ID NO: 3:

3'-ctc ctc aac cct ctc gtg taa-5'       3'-ctc ctc aac cct ctc gtg taa-5 '

で示される21塩基の人工核酸である。プローブDNA(配列番号:1)に対して完全に相補的なターゲットDNA(配列番号:2)とSNP−DNA(配列番号:3)とを用いて、実施例2と同様にして、酸化還元電流値を測定した。
酸化還元電流値の変化率を比較した結果の一例を図13に示す。本発明のDNAチップは、8本の電極を有しているので、一度に8点の測定を行うことができる。図13には、1回の測定で得られた8点の測定値のうち5点を示している。
プローブDNAに完全に相補的なターゲットDNAでの酸化還元電流の平均変化率−40%に対して、SNP−DNAでは−7%であった。すなわち、本発明のバイオチップを用いれば、DNA配列中単一の塩基が異なるだけで、酸化還元電流値に有意な差を示し、本発明のDNAチップがSNP検出に非常に有用であることが示された。
Is a 21-base artificial nucleic acid. Using a target DNA (SEQ ID NO: 2) and SNP-DNA (SEQ ID NO: 3) that are completely complementary to the probe DNA (SEQ ID NO: 1), a redox current was obtained in the same manner as in Example 2. The value was measured.
An example of the result of comparing the rate of change of the oxidation-reduction current value is shown in FIG. Since the DNA chip of the present invention has 8 electrodes, it can measure 8 points at a time. FIG. 13 shows five of the eight measurement values obtained by one measurement.
The average rate of change in redox current with a target DNA perfectly complementary to the probe DNA was -40%, whereas it was -7% with SNP-DNA. That is, when the biochip of the present invention is used, only a single base in the DNA sequence is different, and a significant difference is shown in the redox current value, and the DNA chip of the present invention is very useful for SNP detection. Indicated.

また、この実施例においては、複数の電極上に一種類のプローブDNAを固定化して測定を行ったが、図13に示すように、複数の電極のいずれも酸化還元電流値の変化率において完全に相補的なターゲットDNAとSNP−DNAとの間に有意な差が観察されることから、複数の電極の各々に異なる種類のプローブDNAを固定化して複数のSNP−DNAを同時に検出する可能性が明らかとなった。   Further, in this example, one type of probe DNA was immobilized on a plurality of electrodes, and the measurement was performed. However, as shown in FIG. Since a significant difference is observed between target DNA complementary to SNP and SNP-DNA, the possibility of simultaneously detecting a plurality of SNP-DNAs by immobilizing different types of probe DNA on each of a plurality of electrodes Became clear.

(2)レプチンを用いた性能評価
レプチンは、脂肪細胞で生合成、分泌され、摂食抑制とエネルギー消費高進をもたらすペプチドホルモンとして知られている。このレプチンに異常があると摂食抑制が正常に機能せず、過食と肥満を引き起こすことが知られている。したがって、レプチンをコードするDNAのSNPを簡便に検出できる手段が確立されれば、肥満の原因解明に役立つものと考えられる。
そこで、生体由来DNAとしてヒトレプチンDNAを用いて、同様の酸化還元測定を行った。ヒトレプチンDNAは、第7染色体長腕に約20kbの領域に広がる遺伝子であるが、この実験では、プローブDNAとして配列番号:4:
(2) Performance Evaluation Using Leptin Leptin is known as a peptide hormone that is biosynthesized and secreted by adipocytes and brings about suppression of feeding and increased energy consumption. It is known that when this leptin is abnormal, the suppression of feeding does not function normally and causes overeating and obesity. Therefore, if a means capable of easily detecting the SNP of DNA encoding leptin is established, it is considered useful for elucidating the cause of obesity.
Therefore, the same oxidation-reduction measurement was performed using human leptin DNA as the biological DNA. Human leptin DNA is a gene that spans about 20 kb in the long arm of chromosome 7. In this experiment, SEQ ID NO: 4:

5'-aga aga agt gca cga ccg gaa-3'       5'-aga aga agt gca cga ccg gaa-3 '

で示される21塩基のレプチンDNA断片を用いた。このレプチンDNA断片の5’末端に、よく知られている方法によってビオチンを結合させて、ビオチン化プローブDNA22を作製した。ターゲットDNAとして、配列番号:5: A 21-base leptin DNA fragment represented by Biotinylated probe DNA 22 was prepared by binding biotin to the 5 'end of this leptin DNA fragment by a well-known method. As target DNA, SEQ ID NO: 5:

3'-tct tct tca cgt gct ggc ctt-5'       3'-tct tct tca cgt gct ggc ctt-5 '

で示される21塩基のレプチンDNA断片を用いた。このDNAはプローブDNA(配列番号:4)に対して完全に相補的である。また、SNP−DNAとして、配列番号:6: A 21-base leptin DNA fragment represented by This DNA is completely complementary to the probe DNA (SEQ ID NO: 4). Further, as SNP-DNA, SEQ ID NO: 6:

3'-tct tct tca cat gct ggc ctt-5'       3'-tct tct tca cat gct ggc ctt-5 '

で示される21塩基の人工核酸を用いた。
この実験において、完全に相補的なターゲットレプチンDNA(配列番号:5)に対する酸化還元電流値の平均変化率−40%に対して、SNP−DNA(配列番号:6)に対する酸化還元電流値の平均変化率は−9%であった。この測定結果から、本発明のDNAチップは実際の生体由来DNAにおけるSNP検出にも有効であることが示された。
The artificial nucleic acid of 21 bases shown by these was used.
In this experiment, the average rate of change in redox current value for the completely complementary target leptin DNA (SEQ ID NO: 5) was 40%, whereas the average value of redox current value for the SNP-DNA (SEQ ID NO: 6). The rate of change was -9%. From this measurement result, it was shown that the DNA chip of the present invention is also effective for SNP detection in actual biological DNA.

実施例4:ウェル径と検出感度の関係
バイオ分子アレイ領域上に200×200個の配列で直径100nmのウェルを形成した第2の具体例のDNAチップを作製し、実施例2(第1の具体例のDNAチップ)と同様の測定を行って、ウェル径がDNAチップの検出感度に与える影響を調べた。
Example 4: Relationship between well diameter and detection sensitivity A DNA chip of a second specific example in which wells having a diameter of 100 nm were formed in a 200 × 200 array on a biomolecule array region was prepared, and Example 2 (first The same measurement as that of the specific example DNA chip) was performed to examine the influence of the well diameter on the detection sensitivity of the DNA chip.

バイオ分子アレイ領域に100nm径ウェルのアレイを形成し、実施例1に記載された方法で複数のウェル底部の電極表面上にプローブDNA22(配列番号:1)を固定化して(図9)、第2の具体例のDNAチップを作製した。   An array of 100 nm diameter wells was formed in the biomolecule array region, and the probe DNA 22 (SEQ ID NO: 1) was immobilized on the electrode surface at the bottom of a plurality of wells by the method described in Example 1 (FIG. 9). Two specific examples of DNA chips were prepared.

原子力間顕微鏡(AFM;セイコーインスツルメンツ株式会社SPI3800)を用いてタッピングモードで、第2の具体例のバイオ分子アレイ領域113の表面を観察した(図14)。共振周波数125kHzおよびバネ定数14N/mのシリコン製カンチレバー(セイコーインスツルメンツ株式会社SI−DF−20)を用いた。
このAFM像から、各ウェル(黒色円形に示される領域)にストレプトアビジン(ウェル内、白色で示される物質)が固定化されているのが確認された。また、観察視野全体にわたって、均一にウェル内にストレプトアビジンの存在が確認された。
The surface of the biomolecule array region 113 of the second specific example was observed in a tapping mode using an atomic force microscope (AFM; Seiko Instruments Inc. SPI3800) (FIG. 14). A silicon cantilever (SI-DF-20, Seiko Instruments Inc.) having a resonance frequency of 125 kHz and a spring constant of 14 N / m was used.
From this AFM image, it was confirmed that streptavidin (the substance shown in white in the well) was immobilized in each well (area shown in a black circle). In addition, the presence of streptavidin was confirmed in the well uniformly throughout the observation field.

かくして、プローブDNAがバイオ分子アレイ領域113に形成された複数のウェルに均一に分散して固定化されたDNAチップが得られた。   Thus, a DNA chip was obtained in which the probe DNA was uniformly dispersed and immobilized in a plurality of wells formed in the biomolecule array region 113.

このDNAチップを用いる以外は、実施例2と同様にして、電気化学セルを構成した。
直径200μmの単一ウェルが形成された第1の具体例のDNAチップを用いた場合、ターゲットDNA(配列番号:2)がプローブDNA22(配列番号:1)にハイブリダイズする前後での酸化還元電流の平均変化率が−40%であったのに対して、直径100nmウェルアレイ(200×200個)が形成された第2の具体例のDNAチップを用いた場合、ハイブリダイズ前後での酸化還元電流値の平均変化率が−60%となり、検出感度が向上した。
An electrochemical cell was constructed in the same manner as in Example 2 except that this DNA chip was used.
When the DNA chip of the first specific example in which a single well having a diameter of 200 μm is formed is used, the redox current before and after the target DNA (SEQ ID NO: 2) hybridizes to the probe DNA 22 (SEQ ID NO: 1). When the DNA chip of the second specific example in which a 100 nm diameter well array (200 × 200) was formed was used, the oxidation-reduction before and after hybridization was -40%. The average change rate of the current value was -60%, and the detection sensitivity was improved.

ストレプトアビジンの直径は10nm程度であり、直径10nmウェルには単一のストレプトアビジンしか固定化されず、この実施例の場合、40,000個のストレプトアビジンが一つのバイオ分子アレイ領域に存在すると考えられる。
一方、ウェル径が200μmであれば、1つのウェル内に計算上約1018個のストレプトアビジンが存在すると考えられる。
Streptavidin has a diameter of about 10 nm, and only a single streptavidin is immobilized on a 10 nm diameter well. In this example, 40,000 streptavidin are considered to exist in one biomolecule array region. It is done.
On the other hand, when the well diameter is 200 μm, it is considered that approximately 10 18 streptavidin is present in one well in calculation.

直径10nmウェルのアレイに固定化されるストレプトアビジンの個数が、計算上200μm単一ウェルに固定化されるストレプトアビジンの個数の1014分の1程度でも検出感度が向上したのは、直径200μmの単一ウェルの場合、ウェル内に多数のストレプトアビジンが密集して固定化されているので、ストレプトアビジン同士の会合が起きたり、その結合部位の配向が制御されていないために、ストレプトアビジンにビオチン化プローブDNAが有効に結合していないか、または、プローブDNAが互いに近接しあっているために、ターゲットDNAとプローブDNAとのハイブリダイゼーション効率の低下が起きた一方で、100nmウェルのアレイの場合、1つのウェルに個別にストレプトアビジンが固定化され、高効率でターゲットDNAとプローブDNAとのハイブリダイゼーションが起きたためであると考えられる。 The number of streptavidin immobilized on the array of diameter 10nm well, the detection sensitivity in the order of 1 in 10 14 minutes of the number of streptavidin immobilized on computationally 200μm single well is improved, the diameter 200μm In the case of a single well, a large number of streptavidins are densely immobilized in the well, so that streptavidin is associated with each other and the orientation of the binding site is not controlled. In the case of an array of 100 nm wells, the hybridization efficiency between the target DNA and the probe DNA is reduced because the activated probe DNA is not bound effectively or the probe DNAs are close to each other. Streptavidin is immobilized on each well individually, and highly efficient Hybridization with Tsu door DNA and the probe DNA is considered to be because that happened.

実施例1〜4は、直径200μmの単一ウェルが形成された第1の具体例のDNAチップを用いて行われたものであり、本発明のDNAチップが十分に高いSNPの検出性能を有することを示したが、この実施例の結果から、ウェル径をより小さくして、ストレプトアビジンの配列を制御すればさらに検出感度を増大させることが可能となることが分った。   Examples 1-4 were performed using the DNA chip of the first specific example in which a single well having a diameter of 200 μm was formed, and the DNA chip of the present invention has sufficiently high SNP detection performance. However, from the results of this example, it was found that the detection sensitivity could be further increased by reducing the well diameter and controlling the streptavidin sequence.

以上の結果から、本発明によれば、ターゲットDNAを蛍光物質等で標識化する必要がないこと、電解質溶液中での測定が可能なこと、マイクロファブリゲーション法を利用して複数の電極を作製することができることから、迅速かつ簡単な解析を可能にし、コストパフォーマンスに優れた次世代DNAアレイシステムを提供する技術として期待される。   From the above results, according to the present invention, it is not necessary to label the target DNA with a fluorescent substance or the like, measurement in an electrolyte solution is possible, and a plurality of electrodes are produced using a microfabrication method. Therefore, it is expected as a technology that enables a quick and simple analysis and provides a next-generation DNA array system with excellent cost performance.

本発明のDNAチップの上面図。The top view of the DNA chip of this invention. 本発明のDNAチップのバイオ分子アレイ領域の上面図。The top view of the biomolecule array area | region of the DNA chip of this invention. 本発明のバイオ分子アレイ領域の断面図。Sectional drawing of the biomolecule array area | region of this invention. 本発明の第1の具体例のDNAチップの製造工程を説明する概略図。Schematic explaining the manufacturing process of the DNA chip of the 1st specific example of this invention. 本発明の第1の具体例のDNAチップの製造工程を説明する概略図。Schematic explaining the manufacturing process of the DNA chip of the 1st specific example of this invention. 本発明の第1の具体例のDNAチップの製造工程を説明する概略図。Schematic explaining the manufacturing process of the DNA chip of the 1st specific example of this invention. 本発明の第2の具体例のDNAチップの製造工程を説明する概略図。Schematic explaining the manufacturing process of the DNA chip of the 2nd example of this invention. 本発明の第2の具体例のDNAチップの製造工程を説明する概略図。Schematic explaining the manufacturing process of the DNA chip of the 2nd example of this invention. 本発明のDNAチップの製造工程を説明する概略図。Schematic explaining the manufacturing process of the DNA chip of this invention. 本発明のDNAチップ本発明のタンパク質チップと同様の構成でマイカ基板に作製したDNAアレイのSNOM像。DNA chip of the present invention SNOM image of a DNA array produced on a mica substrate with the same structure as the protein chip of the present invention. 本発明の第1の具体例のDNAチップを用いて測定した電流電位曲線。The current-potential curve measured using the DNA chip of the 1st specific example of this invention. 本発明の第1の具体例のDNAチップを用いて測定した酸化還元電流値の変化率とハイブリダイゼーションにおけるターゲットDNA濃度との関係を説明するグラフ。The graph explaining the relationship between the change rate of the oxidation-reduction current value measured using the DNA chip of the 1st specific example of this invention, and the target DNA density | concentration in hybridization. 本発明の第1の具体例のDNAチップを用いたSNP−DNA検出結果。The SNP-DNA detection result using the DNA chip of the 1st specific example of this invention. 本発明の第2の具体例のDNAチップのAFM像。The AFM image of the DNA chip of the 2nd example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・バイオチップ(DNAチップ)、10・・・基板、11・・・フォトレジスト、12a・・・紫外線、12b・・・フォトマスク、13・・・電極配線、131・・・バイオ分子アレイ領域、131a・・・ウェル、132・・・パッド、14・・・絶縁性レジスト、15・・・電子ビーム、2・・・プローブ、21・・・ストレプトアビジン、22・・・プローブDNA、3・・・ターゲットDNA。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Biochip (DNA chip), 10 ... Substrate, 11 ... Photoresist, 12a ... Ultraviolet, 12b ... Photomask, 13 ... Electrode wiring, 131 ... Biomolecule Array region, 131a ... well, 132 ... pad, 14 ... insulating resist, 15 ... electron beam, 2 ... probe, 21 ... streptavidin, 22 ... probe DNA, 3 Target DNA.

Claims (5)

基板上に1または複数の電極配線が形成され、該1または複数の電極配線は絶縁膜で被覆され、該1または複数の電極配線の各々の一領域上の絶縁膜に1または複数のウェルが形成され、ここに、該1または複数のウェルの各々は、側面が前記絶縁膜により定められ、底部は電極配線の表面により定められ、
該1または複数のウェルの各々の底部に、1または複数のプローブ一本鎖DNAが配列して固定化され、ここに、該プローブ一本鎖DNAの1の端部に第1の分子が結合され、該第1の分子と特異的結合する第2の分子が該ウェルの底部を定める電極配線の表面に固定化され、該第1の分子と該第2の分子との間の特異的結合によって該1または複数のウェル底部に該プローブ一本鎖DNAが固定化され、該1または複数のウェルの直径がサブミクロン以下20nmまでである、バイオチップ。
One or more electrode wirings are formed on the substrate, the one or more electrode wirings are covered with an insulating film, and one or more wells are formed in the insulating film on each region of the one or more electrode wirings. Each of the one or more wells is formed with a side surface defined by the insulating film and a bottom portion defined by the surface of the electrode wiring;
One or more probe single-stranded DNAs are arrayed and immobilized on the bottom of each of the one or more wells, and a first molecule binds to one end of the probe single-stranded DNA. And a second molecule that specifically binds to the first molecule is immobilized on the surface of the electrode wiring defining the bottom of the well, and the specific binding between the first molecule and the second molecule The biochip , wherein the single-stranded DNA of the probe is immobilized on the bottom of the one or more wells, and the diameter of the one or more wells is 20 nm or less up to 20 nm .
該1または複数のウェルの直径が100nm以下20nmまでである、請求項1記載のバイオチップ。 The biochip according to claim 1 , wherein the diameter of the one or more wells is 100 nm or less and 20 nm or less . 該第1の分子がビオチンであって、該第2の分子がストレプトアビジンである請求項記載のバイオチップ。 A molecule of the first biotin, according to claim 1 biochip molecules the second is streptavidin. 該一本鎖DNAがレプチンをコードするDNAの断片である請求項1記載のバイオチップ。   The biochip according to claim 1, wherein the single-stranded DNA is a fragment of DNA encoding leptin. 少なくとも、作用電極、対極および参照電極を含むバイオセンサーであって、
ここに、該作用電極は、板上に1または複数の電極配線が形成され、該1または複数の電極配線は絶縁膜で被覆され、該1または複数の電極配線の各々の一領域上の絶縁膜に1または複数のウェルが形成され、ここに、該1または複数のウェルの各々は、側面が前記絶縁膜により定められ、底部は電極配線の表面により定められ、
該1または複数のウェルの各々の底部に、1または複数のプローブ一本鎖DNAが配列して固定化され、ここに、該プローブ一本鎖DNAの1の端部に第1の分子が結合され、該第1の分子と特異的結合する第2の分子が該ウェルの底部を定める電極配線の表面に固定化され、該第1の分子と該第2の分子との間の特異的結合によって該1または複数のウェル底部に該プローブ一本鎖DNAが固定化され、該1または複数のウェルの直径がサブミクロン以下20nmまでである、バイオチップであることを特徴とする、バイオセンサー。
A biosensor comprising at least a working electrode, a counter electrode and a reference electrode,
Here, said working electrode, one or more electrode wires on the base plate is formed, the one or more electrode wires is coated with an insulating film, each of the one or more electrode wires on one region One or more wells are formed in the insulating film , wherein each of the one or more wells has a side surface defined by the insulating film and a bottom portion defined by the surface of the electrode wiring,
One or more probe single-stranded DNAs are arrayed and immobilized on the bottom of each of the one or more wells, and a first molecule binds to one end of the probe single-stranded DNA. And a second molecule that specifically binds to the first molecule is immobilized on the surface of the electrode wiring defining the bottom of the well, and the specific binding between the first molecule and the second molecule A biosensor, wherein the probe single-stranded DNA is immobilized on the bottom of the one or more wells, and the diameter of the one or more wells is submicron or less to 20 nm .
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