JP4941994B2 - Gene detection method - Google Patents

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Description

本発明は、試料中に存在する特定の遺伝子を特異的に検出するための遺伝子検出法に関する。   The present invention relates to a gene detection method for specifically detecting a specific gene present in a sample.

検出すべき目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブを基板上に固定し、このものと目的遺伝子のハイブリダイゼーションを何らかの方法によって確認する技術は、今日、検体中の遺伝子検出のための重要基礎技術となっている。
例えば、DNAチップにおいては、シリコンやガラスなどの基板上に多種類の核酸プローブをスポットとして固定整列させており、試料中の遺伝子と核酸プローブの塩基配列が相補的な場合にハイブリダイゼーションが起こることを利用して多種類の遺伝子の存在確認を同時に行うことができる。DNAチップを用いた遺伝子の発現、機能の体系的・網羅的解析により、疾患を起こす仕組みが分子レベルで詳細に解明されること、疾患を起こす原因を標的分子とした画期的な新規診断法や治療法、治療薬が開発されること、疾患を起こす仕組み、かかりやすさの個人的な差異を配慮した予防・治療のオーダーメード化とそのための診断技術が確立されること、などが期待されている。
A technique for immobilizing a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to a target gene to be detected on a substrate and confirming the hybridization between the single-stranded nucleic acid probe and the target gene by some method is today It has become an important basic technology for gene detection.
For example, in a DNA chip, multiple types of nucleic acid probes are fixed and aligned as spots on a substrate such as silicon or glass, and hybridization occurs when the gene in the sample and the base sequence of the nucleic acid probe are complementary. It is possible to simultaneously confirm the presence of many types of genes using. A systematic and comprehensive analysis of gene expression and functions using DNA chips reveals in detail the mechanism that causes the disease at the molecular level, and a revolutionary new diagnostic method targeting the cause of the disease as a target molecule And the development of therapeutic methods and drugs, the mechanism of causing the disease, the creation of customized prevention and treatment methods that take into account individual differences in susceptibility to the disease, and the establishment of diagnostic technology therefor. ing.

基板上に固定された核酸プローブと目的遺伝子のハイブリダイゼーションを検出するための既存技術としては、蛍光標識法、酵素標識法、インターカレータを用いた電気化学検出法が主要なものである。
蛍光標識法では、まず、試料中の遺伝子に蛍光色素を導入する操作を行い、蛍光標識した遺伝子が核酸プローブとハイブリダイズしたことを蛍光測定により検知する。蛍光標識法は最も汎用されている方法であるが、試料遺伝子中に蛍光色素を導入する操作が煩雑かつ複雑なため、遺伝子検出までに2〜3日程度の長時間を要するという欠点を有している。また、蛍光検出を測定原理としているために装置が大型で高価になることを免れない。
As existing techniques for detecting hybridization between a nucleic acid probe immobilized on a substrate and a target gene, a fluorescent labeling method, an enzyme labeling method, and an electrochemical detection method using an intercalator are the main ones.
In the fluorescent labeling method, first, an operation of introducing a fluorescent dye into a gene in a sample is performed, and the fluorescence measurement detects that the fluorescently labeled gene has hybridized with the nucleic acid probe. Although the fluorescent labeling method is the most widely used method, the operation of introducing a fluorescent dye into a sample gene is complicated and complicated, and thus has a drawback that it takes a long time of about 2 to 3 days to detect the gene. ing. Further, since the fluorescence detection is used as a measurement principle, the apparatus is unavoidable to be large and expensive.

酵素標識法は、試料中の遺伝子に酵素を導入する手法で、酵素標識をした遺伝子が核酸プローブとハイブリダイズすることで、核酸プローブスポット上で酵素反応が行われることを利用する。酵素反応生成物を電気化学法などで検出することにより、装置の簡易化、小型化は可能になるが、標識のための操作が煩雑かつ複雑で、遺伝子検出までに長時間を要することは蛍光標識法と同様である。   The enzyme labeling method is a technique for introducing an enzyme into a gene in a sample, and utilizes the fact that an enzyme reaction is performed on a nucleic acid probe spot by hybridizing an enzyme-labeled gene with a nucleic acid probe. By detecting enzyme reaction products by electrochemical methods, the equipment can be simplified and miniaturized. However, the labeling operation is complicated and complicated, and it takes a long time to detect genes. It is the same as the labeling method.

近年、インターカレータを用いる電気化学検出法が考案された(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。インターカレータとは、二本鎖核酸に特異的に結合する有機物、金属錯体などからなる物質の総称であり、ハイブリダイゼーション検出の目的には、電気化学活性を持ったインターカレータが用いられる。核酸プローブと遺伝子がハイブリダイズした場合には、試料溶液中に添加したインターカレータが核酸プローブと遺伝子から形成された二本鎖に取り込まれるので、取り込まれたインターカレータの酸化還元電流を核酸プローブスポットにおいて測定することにより、ハイブリダイゼーションを検出することができる。
特許第2573433号公報 N. Komatsu, T. Nojima, S. Takenaka, “Analysis of Electrochemical Reaction of Ferrocenylnaphthalene Diimide Captured by Double-Stranded DNA during the Electrochemical Detection of DNA Hybridization”, Electrochemistry, 74巻、2006年、65-67.
In recent years, an electrochemical detection method using an intercalator has been devised (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). Intercalator is a general term for substances consisting of organic substances, metal complexes and the like that specifically bind to double-stranded nucleic acids. For the purpose of hybridization detection, an intercalator having electrochemical activity is used. When the nucleic acid probe and the gene are hybridized, the intercalator added to the sample solution is incorporated into the double strand formed from the nucleic acid probe and the gene, so the redox current of the incorporated intercalator is used as the nucleic acid probe spot. By measuring at, hybridization can be detected.
Japanese Patent No. 2573433 N. Komatsu, T. Nojima, S. Takenaka, “Analysis of Electrochemical Reaction of Ferrocenylnaphthalene Diimide Captured by Double-Stranded DNA during the Electrochemical Detection of DNA Hybridization”, Electrochemistry, 74, 2006, 65-67.

この検出法は、試料中の遺伝子を前もって蛍光色素や酵素で標識するような化学修飾の操作が不要なため簡便であり、遺伝子検出に要する時間を1時間程度にまで短縮することができる。また、電気化学法を検出原理とするために、装置の簡易化、小型化も可能である。ただし、試料溶液中に二本鎖核酸に取り込まれていないインターカレータが共存していると測定誤差の原因となるので、これを洗浄等により取り除く操作が不可欠であるという問題点を有する。
また、インターカレータは、二本鎖核酸に結合するだけでなく、基板上へ非特異的物理吸着を起こして感度の低下を招くことが知られており、従って、非特異的物理吸着を防ぐための基板の化学処理も必要となる。さらに、インターカレータには、二本鎖核酸に結合するというその性質ゆえに、変異原性を持つなど人体に有害なものが多く、インターカレータの安易な使用には問題がある。
This detection method is simple because it does not require a chemical modification operation in which a gene in a sample is labeled with a fluorescent dye or an enzyme in advance, and the time required for gene detection can be shortened to about 1 hour. In addition, since the electrochemical method is used as a detection principle, the apparatus can be simplified and downsized. However, if an intercalator that has not been incorporated into the double-stranded nucleic acid coexists in the sample solution, it causes a measurement error. Therefore, there is a problem that an operation of removing this by washing or the like is indispensable.
In addition, intercalators are known not only to bind to double-stranded nucleic acids, but also to cause nonspecific physical adsorption on the substrate, leading to a decrease in sensitivity, thus preventing nonspecific physical adsorption. Chemical processing of the substrate is also required. Furthermore, because of the nature of binding to double-stranded nucleic acids, many intercalators are harmful to the human body, such as having mutagenic properties, and there are problems with easy use of intercalators.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は、インターカレータを用いた電気化学法よりもさらに簡便で安全性に優れると共に、目的とする遺伝子と核酸ブローブのハイブリダイゼーションを短時間で検出することの出来る電気化学的な遺伝子の検出方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and the problem is that it is more convenient and safer than the electrochemical method using an intercalator, and the hybridization between the target gene and nucleic acid probe can be performed in a short time. An object of the present invention is to provide a method for detecting an electrochemical gene that can be detected.

本発明者らは、インターカレータを使わずに、電気化学的な測定によりハイブリダーゼーションを検出することが可能な方法について種々研究を重ねた結果、核酸プローブをその表面上に固定化した金電極を用いて銅イオンの電析を行った場合、ハイブリダイゼーションの前後で電析の様相が変化することを見出し、この現象を利用して本発明の遺伝子の検出方法を完成するに至った。
より具体的には、本発明は、金電極表面における銅イオンのアンダーポテンシャル析出現象を利用している。金電極上へ銅を電析する際、特定の条件下では、バルクの銅の電析に先立って、銅の平衡電極電位よりもアノード側の電位で銅原子の析出が始まることが知られている。これがアンダーポテンシャル析出であり、金結晶の(111)面へ銅原子が1層程度析出することに起因している(例えば非特許文献2参照)。
日本化学会編、「第5版 実験化学講座24 表面・界面」、丸善株式会社、2007年1月30日発行、第393-402頁
As a result of various studies on a method capable of detecting hybridization by electrochemical measurement without using an intercalator, the present inventors have obtained a gold electrode having a nucleic acid probe immobilized on its surface. When copper ions were electrodeposited using this, it was found that the appearance of electrodeposition changes before and after hybridization, and the gene detection method of the present invention has been completed using this phenomenon.
More specifically, the present invention utilizes the underpotential precipitation phenomenon of copper ions on the gold electrode surface. When depositing copper onto a gold electrode, it is known that, under certain conditions, deposition of copper atoms begins at a potential on the anode side of the equilibrium electrode potential of copper prior to bulk copper deposition. Yes. This is underpotential precipitation, which results from the deposition of about one layer of copper atoms on the (111) plane of the gold crystal (see, for example, Non-Patent Document 2).
The Chemical Society of Japan, “5th edition, Experimental Chemistry Course 24, Surface / Interface”, Maruzen Co., Ltd., published on January 30, 2007, pages 393-402

本発明者らは、核酸プローブを固定化した金電極においてアンダーポテンシャル析出が起こることを見出した。一例として、後述する実施例1においては、アンダーポテンシャル析出電位は、およそ0.18V(銀−塩化銀電極を基準とする値、以下同じ)であった。一方、同じく実施例1で後述するように、核酸プローブを固定化した後、目的DNAとのハイブリダイゼーションを行った金電極に関しては、アンダーポテンシャル析出電位はほぼ0.0Vであり、銅の平衡電極電位近くまで大きくカソード側にシフトしていた。ハイブリダイゼーションによるこのアンダーポテンシャル析出電位のカソードシフトを利用することにより、試料中における特定遺伝子の存在を検出することが可能となる。   The present inventors have found that underpotential precipitation occurs in a gold electrode on which a nucleic acid probe is immobilized. As an example, in Example 1 to be described later, the underpotential deposition potential was about 0.18 V (a value based on a silver-silver chloride electrode, the same applies hereinafter). On the other hand, as described later in Example 1, after immobilizing the nucleic acid probe, the gold electrode hybridized with the target DNA had an underpotential deposition potential of approximately 0.0 V, and was a copper balanced electrode. It was greatly shifted to the cathode side near the potential. By utilizing the cathode shift of this underpotential precipitation potential due to hybridization, it is possible to detect the presence of a specific gene in a sample.

すなわち、本発明では下記の構成1〜6を採用する。
1.目的遺伝子を含む電解質溶液に、目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する1本鎖の核酸プローブを表面に固定化した金電極を挿入し、銅イオンを添加した後に前記金電極を作用極とした銅イオンの電析を行い、前記核酸プローブと目的遺伝子のハイブリダイゼーションによる前記電析現象の変化を確認することによって、目的遺伝子を検出することを特徴とする、遺伝子の検出方法。
2.前記電析現象として、前記金電極における銅イオンのアンダーポテンシャル析出電位のカソード側へのシフトを確認することを特徴とする、1に記載の遺伝子の検出方法。
3.前記電析現象として、前記金電極における銅イオンの定電位電析をアンダーポテンシャル析出電位近傍で行い、銅の析出量の減少を確認することを特徴とする、1に記載の遺伝子の検出方法。
4.金電極として、(111)面を有する金電極を使用することを特徴とする、1〜3のいずれかに記載の遺伝子の検出方法。
5.前記1本鎖の核酸プローブとしてSH基を有する核酸プローブを使用し、SH基と金電極の共有結合により核酸プローブを表面に固定した金電極を使用することを特徴とする、1〜4のいずれかに記載の遺伝子の検出方法。
6.前記電解質溶液に添加する銅イオンとして、水溶性の銅塩を使用することを特徴とする、1〜5のいずれかに記載の遺伝子の検出方法。
That is, the following configurations 1 to 6 are employed in the present invention.
1. A gold electrode having a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the target gene is inserted into the electrolyte solution containing the target gene, and after adding copper ions, the gold electrode is used as a working electrode. A method for detecting a gene, wherein the target gene is detected by performing electrodeposition of copper ions and confirming a change in the electrodeposition phenomenon due to hybridization between the nucleic acid probe and the target gene.
2. 2. The gene detection method according to 1, wherein a shift of the underpotential deposition potential of copper ions to the cathode side in the gold electrode is confirmed as the electrodeposition phenomenon.
3. 2. The gene detection method according to 1, wherein, as the electrodeposition phenomenon, constant potential electrodeposition of copper ions on the gold electrode is performed in the vicinity of an underpotential deposition potential, and a decrease in the amount of copper deposition is confirmed.
4). 4. The gene detection method according to any one of 1 to 3, wherein a gold electrode having a (111) plane is used as the gold electrode.
5. Any one of 1 to 4, wherein a nucleic acid probe having an SH group is used as the single-stranded nucleic acid probe, and a gold electrode having a nucleic acid probe fixed on the surface by covalent bonding of the SH group and the gold electrode is used. A method for detecting the gene according to claim 1.
6). The method for detecting a gene according to any one of 1 to 5, wherein a water-soluble copper salt is used as the copper ion added to the electrolyte solution.

本発明によれば、試料中の遺伝子に蛍光色素や酵素などによる化学修飾を行う必要がないことなどから検出操作が簡便であり、ハイブリダイゼーションの検出を短時間で行うことができる。また、インターカレータを用いる必要がないため、検出操作の簡便性および安全性が向上する。さらに、本発明は電気化学法を検出原理としているために、簡易、小型な装置によってハイブリダイゼーションの検出を行うことができる。   According to the present invention, since it is not necessary to chemically modify a gene in a sample with a fluorescent dye or an enzyme, the detection operation is simple, and hybridization can be detected in a short time. Further, since it is not necessary to use an intercalator, the simplicity and safety of the detection operation are improved. Furthermore, since the detection method of the present invention is based on the electrochemical method, hybridization can be detected with a simple and small device.

本発明によるハイブリダイゼーションの検出方法では、検出すべき目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブを金電極表面上に固定化する。本発明において利用される金電極はとくに形状、製法などが限定されるものではなく、金単結晶、金多結晶や蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ、等で基板上に作製した金薄膜などが用いられる。金単結晶の(111)面においてのみ銅イオンのアンダーポテンシャル析出が起こるため、金単結晶の場合は、(111)面だけを電解質溶液に接触させて作用極として使用する。電極として好適な形状、平滑さを有する金(111)面は、例えば、金線の先端を水素−酸素炎で融解後固化して球形の単結晶とし、そのものから(111)面を切り出す方法によって作製することができる(例えば非特許文献3参照)。
電気化学会測定法小委員会、「電気化学−そこを知りたい、議論したい」、Electrochemistry、70巻、2002年、51-58.
In the method for detecting hybridization according to the present invention, a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to a target gene to be detected is immobilized on the gold electrode surface. The shape and manufacturing method of the gold electrode used in the present invention are not particularly limited, and a gold thin film prepared on a substrate by gold single crystal, gold polycrystal, vapor deposition method, sputtering method, electroless plating, etc. Is used. Since underpotential precipitation of copper ions occurs only on the (111) plane of the gold single crystal, in the case of the gold single crystal, only the (111) plane is brought into contact with the electrolyte solution and used as a working electrode. The gold (111) surface having a suitable shape and smoothness as an electrode can be obtained, for example, by melting the tip of a gold wire with a hydrogen-oxygen flame and solidifying it into a spherical single crystal, and cutting the (111) surface from itself. It can be produced (see, for example, Non-Patent Document 3).
Electrochemical Society Measurement Method Subcommittee, `` Electrochemistry-I want to know and discuss it, '' Electrochemistry, 70, 2002, 51-58.

金多結晶やスパッタリング法、無電解メッキ、等で基板上に作製した金薄膜については、表面をアニール・クエンチ処理した後に、電極として使用する。アニール・クエンチ処理によって金多結晶ないしは金薄膜の表面の大部分を(111)面の構造とすることができる(例えば非特許文献4参照)。
核酸プローブとしては、生体試料から抽出した遺伝子および化学合成したDNAのいずれもが用いられる。核酸プローブは、共有結合、イオン結合、物理吸着、等によって金電極表面に固定化できるが、好ましくは、あらかじめ核酸プローブにチオール基(SH基)を導入しておき、金と強固な共有結合を形成させる。
日本化学会編、「第5版 実験化学講座24 表面・界面」、丸善株式会社、2007年1月30日発行、第283-301頁
A gold thin film produced on a substrate by gold polycrystal, sputtering, electroless plating, or the like is used as an electrode after the surface is annealed and quenched. By annealing / quenching, most of the surface of the polycrystalline gold film or the thin gold film can have a (111) plane structure (see, for example, Non-Patent Document 4).
As the nucleic acid probe, both a gene extracted from a biological sample and a chemically synthesized DNA are used. The nucleic acid probe can be immobilized on the surface of the gold electrode by covalent bond, ionic bond, physical adsorption, etc. Preferably, a thiol group (SH group) is introduced into the nucleic acid probe in advance to form a strong covalent bond with gold. Let it form.
The Chemical Society of Japan, “5th edition, Experimental Chemistry Course 24, Surface / Interface”, Maruzen Co., Ltd., published on January 30, 2007, pages 283-301

上記で得られた核酸プローブを固定化した金電極を、検出すべき目的遺伝子を含む適当な電解質溶液に挿入することにより、核酸プローブと相補的な塩基配列を有する遺伝子の間でハイブリダイゼーションが起こり、二本鎖核酸が形成される。次に、この検体溶液に銅イオンを添加する。銅イオンの添加は、検体溶液に、水溶性の銅塩を溶解することにより行われる。この際使用される銅塩の化学形はとくに制約されるものではないが、銅イオン以外に容易に酸化または還元されるイオンを含まないものが好ましく、例えば、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、過塩素酸銅(II)、酢酸銅(II)などが使用される。
さらに、この電解質溶液に対極、参照極を挿入した上で、上記金電極を作用極として銅イオンのアンダーポテンシャル析出電位を測定する(UPD電位A)。アンダーポテンシャル析出電位の測定には、サイクリックボルタンメトリー、ディファレンシャルパルスボルタンメトリーなどの汎用される電気化学測定法を用いることができる。
By inserting the gold electrode on which the nucleic acid probe obtained above is immobilized into an appropriate electrolyte solution containing the target gene to be detected, hybridization occurs between the nucleic acid probe and the gene having a complementary base sequence. A double-stranded nucleic acid is formed. Next, copper ions are added to the sample solution. Copper ions are added by dissolving a water-soluble copper salt in the sample solution. The chemical form of the copper salt used in this case is not particularly limited, but preferably does not contain ions that are easily oxidized or reduced in addition to copper ions, for example, copper (II) sulfate, copper nitrate ( II), copper (II) perchlorate, copper (II) acetate and the like are used.
Further, after inserting a counter electrode and a reference electrode into the electrolyte solution, an underpotential deposition potential of copper ions is measured using the gold electrode as a working electrode (UPD potential A). For the measurement of the underpotential deposition potential, a widely used electrochemical measurement method such as cyclic voltammetry or differential pulse voltammetry can be used.

一方、比較のためにハイブリダイゼーションが起きていない場合の電析電位を測定する。すなわち、上記で得られた核酸プローブを固定化した金電極を、検出すべき目的遺伝子が含まれていない電解質溶液に挿入した後、銅イオンを添加する。さらに、この電解質溶液に対極、参照極を挿入した上で、上記金電極を作用極として銅イオンのアンダーポテンシャル析出電位を測定する(UPD電位B)。
この際に用いる電解質溶液の組成、添加する銅イオンの濃度、および使用する対極、参照極の種類は、UPD電位Aの測定時と同一とする。以上のようにして測定されたUPD電位Aが、UPD電位Bに比べて大きくカソード側にシフトすることから、核酸プローブと目的遺伝子のハイブリダイゼーションが起きていることを確認することができる。
On the other hand, for comparison, the electrodeposition potential when no hybridization occurs is measured. That is, the gold electrode on which the nucleic acid probe obtained above is immobilized is inserted into an electrolyte solution that does not contain the target gene to be detected, and then copper ions are added. Further, after inserting a counter electrode and a reference electrode into the electrolyte solution, an underpotential deposition potential of copper ions is measured using the gold electrode as a working electrode (UPD potential B).
The composition of the electrolyte solution used at this time, the concentration of copper ions to be added, and the type of counter electrode and reference electrode to be used are the same as those at the time of measuring the UPD potential A. Since the UPD potential A measured as described above is largely shifted to the cathode side as compared with the UPD potential B, it can be confirmed that hybridization between the nucleic acid probe and the target gene has occurred.

また、定電位電析による銅の電析量によってハイブリダイゼーションを確認する方法においては、上記のUPD電位Bの近傍に電極電位を固定した定電位電解で上記の核酸プローブを固定化した金電極上に金属銅を析出させる。この際、金属銅の析出量が、電解質溶液に目的遺伝子が含まれている場合には、電解質溶液に目的遺伝子が含まれていない場合と比べて著しく小さくなることから、核酸プローブと目的遺伝子のハイブリダイゼーションが起きていることを検出することができる。   Further, in the method for confirming hybridization by the amount of copper deposited by constant potential electrodeposition, on the gold electrode on which the nucleic acid probe is immobilized by constant potential electrolysis with the electrode potential fixed in the vicinity of the UPD potential B. Metal copper is deposited on the substrate. At this time, when the target gene is contained in the electrolyte solution, the amount of metal copper deposited is significantly smaller than when the target gene is not contained in the electrolyte solution. It is possible to detect that hybridization has occurred.

核酸プローブを固定化した金電極上への金属銅の析出量は、電気化学ストリッピング法、表面プラズモン共鳴(SPR)法、水晶振動子マイクロバランス(QCM)法などで測定することができる。好ましい方法としては、上記の定電位電解と全く同一の装置構成で測定が行えることから、電気化学ストリッピング法が用いられる。
すなわち、電極電位を、定電位電析を行った電位からアノード側の電位にシフトすることにより、いったん電析した金属銅を再溶解させる。この際に流れる電気量の測定によって、上記の金属銅の析出量を求める(例えば非特許文献5参照)。
藤島 昭、相澤益男、井上 徹 著、「電気化学測定法」、技報堂出版、1984年、第206-208頁
The amount of metallic copper deposited on the gold electrode on which the nucleic acid probe is immobilized can be measured by an electrochemical stripping method, a surface plasmon resonance (SPR) method, a quartz crystal microbalance (QCM) method, or the like. As a preferred method, an electrochemical stripping method is used because measurement can be performed with the same apparatus configuration as the above-described constant potential electrolysis.
That is, the electrodeposited metal potential is shifted from the potential at which constant potential electrodeposition is performed to the potential on the anode side, whereby the metal copper once electrodeposited is redissolved. The amount of deposited metal copper is determined by measuring the amount of electricity flowing at this time (see, for example, Non-Patent Document 5).
Akira Fujishima, Masuo Aizawa, Toru Inoue, "Electrochemical Measurement Method", Gihodo Publishing, 1984, pp. 206-208

本発明においては、使用する核酸プローブを変えることにより、種々の遺伝子の検出を行うことができる。使用することができる核酸プローブの例として、遺伝病の原因遺伝子、病原性微生物の遺伝子、またはウイルスのそれぞれの全体もしくは一部の塩基配列に相補的な配列を有するプローブを挙げることができる。
核酸プローブとして遺伝病の原因遺伝子の全体もしくは一部の塩基配列に相補的な配列を有するプローブを用いた場合には、遺伝病の判定が可能になる。このような遺伝病の原因遺伝子としては、例えば、ヘモクロマトーシス、ミトコンドリア心筋症の原因遺伝子を挙げることができる。
In the present invention, various genes can be detected by changing the nucleic acid probe to be used. Examples of the nucleic acid probe that can be used include a probe having a sequence complementary to the causative gene of a genetic disease, the gene of a pathogenic microorganism, or the whole or a partial base sequence of each virus.
When a probe having a sequence complementary to the whole or a part of the base sequence of a causative gene of a genetic disease is used as the nucleic acid probe, the genetic disease can be determined. Examples of genes causing such genetic diseases include hemochromatosis and genes responsible for mitochondrial cardiomyopathy.

病原性微生物の遺伝子の全体もしくは一部の塩基配列に相補的な配列を有するプローブを用いた場合には、微生物による感染症の診断が可能になる。例えば、人体に感染して感染症を引き起こすこのような微生物としてサルモネラ、腸管出血性大腸菌、クラミジアを挙げることができる。
ウイルスの全体もしくは一部の塩基配列に相補的な配列を有するプローブを用いた場合には、ウイルスによる感染症の診断が可能になる。例えば、人体に感染して感染症を引き起こすこのようなウイルスとしてヘルペスウイルス、インフルエンザウイルスを挙げることができる。
本発明において用いられる核酸プローブの長さは特に限定されるものではなく、数merないし数百merの一本鎖核酸を用いることができるが、精度の高い検出結果を得るためには、数merないし数十merの長さのものを用いることが好ましい。
When a probe having a sequence complementary to the whole or a part of the base sequence of a gene of a pathogenic microorganism is used, an infectious disease caused by the microorganism can be diagnosed. For example, Salmonella, enterohemorrhagic Escherichia coli, and Chlamydia can be mentioned as such microorganisms that infect the human body and cause infection.
When a probe having a sequence complementary to the whole or a part of the nucleotide sequence of a virus is used, it becomes possible to diagnose an infection caused by the virus. For example, herpes virus and influenza virus can be mentioned as such viruses that infect the human body and cause infection.
The length of the nucleic acid probe used in the present invention is not particularly limited, and a single stranded nucleic acid of several mer to several hundred mer can be used. In order to obtain a highly accurate detection result, several mer It is preferable to use one having a length of several tens of mer.

次に、実施例により本発明をさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
(実施例1:銅の電析電位の測定によるハイブリダイゼーションの検出;金電極として金単結晶を用いた場合)
(1)金電極への核酸プローブの固定
金電極は、非特許文献3に記載の方法により、以下のように作製した。すなわち、直径0.8mmの金線の先端を水素−酸素炎で溶融後固化し、金線の先端に直径2mmの球形の金単結晶を設けた。この球状部分を半球状に研磨・加工し、半球の平面状の断面部分に金(111)面が露出するよう調製した。このようにして調製した金(111)面の面積は3.1mm2であった。電気化学測定の際にはこの金電極の金線部分を利用して電解質溶液表面につり下げ、ハンギング・メニスカス法により、金(111)面のみを電解質溶液と接触させることにより、金(111)面のみが作用極として作動するようにした(ハンギング・メニスカス法については、例えば、非特許文献2および3参照)。
EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to examples, but the following specific examples are not intended to limit the present invention.
(Example 1: Detection of hybridization by measuring the electrodeposition potential of copper; when a gold single crystal is used as a gold electrode)
(1) Immobilization of nucleic acid probe to gold electrode A gold electrode was prepared by the method described in Non-Patent Document 3 as follows. That is, the tip of a gold wire with a diameter of 0.8 mm was melted with a hydrogen-oxygen flame and solidified, and a spherical gold single crystal with a diameter of 2 mm was provided at the tip of the gold wire. The spherical portion was polished and processed into a hemispherical shape so that the gold (111) surface was exposed at the planar cross-sectional portion of the hemisphere. The area of the gold (111) surface thus prepared was 3.1 mm 2 . At the time of electrochemical measurement, the gold wire portion of this gold electrode is used to hang it on the electrolyte solution surface, and the gold (111) surface is brought into contact with the electrolyte solution by the hanging meniscus method. Only the surface operates as a working electrode (for the hanging meniscus method, see, for example, Non-Patent Documents 2 and 3).

核酸プローブとしては、核酸残基17からなり、5’末端にSH基を有する構造式5' HS(CH26-GACTTTAAGCAAGAAAC 3'の合成核酸(配列番号1)を用いた。核酸プローブ140μgを50mM NaClO4に溶解して全量を50 mlとし、核酸プローブ濃度5μMの溶液とした。上記の金電極を上記核酸プローブ溶液に5分間浸漬して核酸プローブを金電極上に固定した。金電極を核酸プローブ溶液から取り出し、充分水洗の後、乾燥した。この場合、核酸プローブは金電極上にAu-S結合を介して結合されること、すなわちAu-5' S(CH26-GACTTTAAGCAAGAAAC 3'の形(配列番号2)で固定化されることが既知である。電気化学的還元脱離法によって、金電極への核酸プローブの固定化密度を見積もったところ、2.3μg/cm2、すなわち4.2×10-10 mol/cm2であった。 As the nucleic acid probe, a synthetic nucleic acid (SEQ ID NO: 1) having the structural formula 5 ′ HS (CH 2 ) 6 -GACTTTAAGCAAGAAAC 3 ′ consisting of nucleic acid residue 17 and having an SH group at the 5 ′ end was used. 140 μg of the nucleic acid probe was dissolved in 50 mM NaClO 4 to make a total volume of 50 ml to obtain a solution having a nucleic acid probe concentration of 5 μM. The gold electrode was immersed in the nucleic acid probe solution for 5 minutes to immobilize the nucleic acid probe on the gold electrode. The gold electrode was removed from the nucleic acid probe solution, sufficiently washed with water, and dried. In this case, the nucleic acid probe is bound on the gold electrode via Au-S bond, that is, immobilized in the form of Au-5 ′ S (CH 2 ) 6 -GACTTTAAGCAAGAAAC 3 ′ (SEQ ID NO: 2). Is known. When the immobilization density of the nucleic acid probe to the gold electrode was estimated by electrochemical reductive desorption method, it was 2.3 μg / cm 2 , that is, 4.2 × 10 −10 mol / cm 2 .

(2)核酸プローブと目的DNAのハイブリダイゼーション
目的DNAは、上記核酸プローブと相補的な塩基配列を有する5' GTTTCTTGCTTAAAGTC 3’(配列番号3)である。まず、検体溶液として目的DNAを4×SSC(0.6M NaCl, 0.06M クエン酸ナトリウム) 緩衝溶液に溶解して濃度50μM(258μg/ml)の溶液とした。目的DNAを含んだこの溶液に(1)で作製した核酸プローブを固定化した金電極を60分浸漬することにより、ハイブリダイゼーションを行わせたのち、金電極を溶液から取り出して水洗、続いて乾燥させた。
(2) Hybridization of nucleic acid probe and target DNA The target DNA is 5 ′ GTTTCTTGCTTAAAGTC 3 ′ (SEQ ID NO: 3) having a base sequence complementary to the nucleic acid probe. First, the target DNA was dissolved in 4 × SSC (0.6 M NaCl, 0.06 M sodium citrate) buffer solution as a sample solution to obtain a solution having a concentration of 50 μM (258 μg / ml). The gold electrode on which the nucleic acid probe prepared in (1) is immobilized is immersed in this solution containing the target DNA for 60 minutes to allow hybridization, and then the gold electrode is removed from the solution, washed with water, and then dried. I let you.

(3)核酸プローブを固定した金電極に関する電流−電位曲線の測定
(1)で作製した核酸プローブを固定した金電極の(111)面を作用極として、サイクリックボルタンメトリー法によって電流−電位曲線を測定した。電解液として1mM Cu(ClO4)2を含有する0.1M NaClO4を用い、対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極(飽和KCl)をあらかじめ電解液に挿入しておく。ここにさらに上記金電極の(111)面を電解液に接触させて、1分間静置後、20 mV毎秒の電位走査速度で電流−電位曲線を測定した。この際得られた電流−電位曲線を図1中の曲線1として示した。曲線1より、電極電位0.18V(上記UPD電位B)に銅イオンのUPD析出に対応するカソードピークが現われることが分かる。
(3) Measurement of current-potential curve for gold electrode with nucleic acid probe immobilized
Using the (111) plane of the gold electrode on which the nucleic acid probe prepared in (1) was immobilized, the current-potential curve was measured by cyclic voltammetry. A 0.1 M NaClO 4 containing 1 mM Cu (ClO 4 ) 2 is used as an electrolytic solution, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode (saturated KCl) as a reference electrode are inserted in the electrolytic solution in advance. Further, the (111) surface of the gold electrode was further brought into contact with the electrolytic solution, allowed to stand for 1 minute, and then a current-potential curve was measured at a potential scanning rate of 20 mV per second. The current-potential curve obtained at this time is shown as curve 1 in FIG. It can be seen from curve 1 that a cathode peak corresponding to UPD deposition of copper ions appears at an electrode potential of 0.18 V (UPD potential B).

(4)核酸プローブを固定化した後、目的DNAとのハイブリダイゼーションを行った金電極に関する電流−電位曲線の測定
(2)で作製した、核酸プローブを固定し、かつハイブリダイゼーションを行った金電極の(111)面を作用極として、サイクリックボルタンメトリー法によって電流−電位曲線を測定した。電解液として1mM Cu(ClO4)2を含有する0.1M NaClO4を用い、対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極をあらかじめ電解液に挿入しておく。当該電解液にさらに上記金電極の(111)面を接触させて、1分間静置後、20 mV毎秒の電位走査速度で電流−電位曲線を測定した。この際得られた電流−電位曲線を図1中の曲線2として示した。曲線2より、電極電位0.0 V(上記UPD電位A)に銅イオンのUPD析出に対応するカソードピークが現われることが分かる。UPD電位Aが(3)のUPD電位Bに比べ大きくカソード側にシフトしていることから、ハイブリダイゼーションが起きていることが確認される。
(4) Measurement of the current-potential curve for the gold electrode that was hybridized with the target DNA after immobilizing the nucleic acid probe
The current-potential curve was measured by cyclic voltammetry using the (111) surface of the gold electrode on which the nucleic acid probe prepared and hybridized was prepared as the working electrode. A 0.1 M NaClO 4 containing 1 mM Cu (ClO 4 ) 2 is used as an electrolytic solution, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode are inserted in the electrolytic solution in advance. Further, the (111) surface of the gold electrode was brought into contact with the electrolytic solution, allowed to stand for 1 minute, and then a current-potential curve was measured at a potential scanning rate of 20 mV per second. The current-potential curve obtained at this time is shown as curve 2 in FIG. From curve 2, it can be seen that a cathode peak corresponding to UPD deposition of copper ions appears at an electrode potential of 0.0 V (UPD potential A). Since UPD potential A is largely shifted to the cathode side as compared with UPD potential B in (3), it is confirmed that hybridization has occurred.

(実施例2:電気化学ストリッピング法を用いた銅の析出量測定によるハイブリダイゼーションの検出:金電極として金単結晶を用いた場合)
(1)核酸プローブを固定した金電極における銅のストリッピング電気量の測定
実施例1(1)で作製した核酸プローブを固定した金電極の(111)面を、1mM Cu(ClO4)2を含有する0.1M NaClO4溶液に接触させ、さらに当該溶液に対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極を挿入して3電極配置とする。まず、金電極を作用極として、0.12 Vに1分間保持し、金電極上に銅イオンを定電位電析させた。この保持電位は、UPD電位Bよりややカソード側の電位を選択した。その後、20mV毎秒の速度で、電位をアノード側に掃引すると銅の再溶解によるストリッピング電流が観測された。この際得られたストリッピング電流−電位曲線を図2で示した。図2の斜線部分の面積が銅のストリッピングの電気量を与え、その値は4.0×10-4 C/cm2 であった。この電気量から2.1×10-9 mol/cm2の銅が析出していたことが分かる。
(Example 2: Detection of hybridization by measuring the amount of deposited copper using an electrochemical stripping method: When a gold single crystal is used as a gold electrode)
(1) Measurement of copper stripping electricity quantity at the gold electrode to which the nucleic acid probe was fixed. The (111) surface of the gold electrode to which the nucleic acid probe prepared in Example 1 (1) was fixed was coated with 1 mM Cu (ClO 4 ) 2 . A 0.1 M NaClO 4 solution is brought into contact, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode are inserted into the solution to form a three-electrode arrangement. First, using a gold electrode as a working electrode, the electrode was held at 0.12 V for 1 minute, and copper ions were electrodeposited at a constant potential on the gold electrode. As this holding potential, a potential slightly on the cathode side from the UPD potential B was selected. After that, when the potential was swept to the anode side at a rate of 20 mV per second, a stripping current due to remelting of copper was observed. The stripping current-potential curve obtained at this time is shown in FIG. The shaded area in FIG. 2 gives the amount of electricity for copper stripping, and the value was 4.0 × 10 −4 C / cm 2 . From this amount of electricity, it can be seen that 2.1 × 10 −9 mol / cm 2 of copper was deposited.

(2)核酸プローブを固定化した後、目的DNAとのハイブリダイゼーションを行った金電極に関する銅のストリッピング電気量の測定
実施例1(2)で作製した核酸プローブを固定し、かつハイブリダイゼーションを行った金電極の(111)面を、1mM Cu(ClO4)2を含有する0.1M NaClO4溶液に接触させ、さらに当該溶液に対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極を挿入して3電極配置とする。まず、金電極を作用極として、0.12 Vに1分間保持し、金電極上に銅イオンを定電位電析させた。この保持電位は、電析電位Bよりややカソード側の電位を選択した。その後、20mV毎秒の速度で、電位をアノード側に掃引すると銅の再溶解によるストリッピング電流が観測された。この際得られたストリッピング電流−電位曲線を図3で示した。図3の斜線部分の面積が銅のストリッピングの電気量を与え、その値は、0.50×10-4 C/cm2であった。この電気量から0.26×10-9 mol/cm2の銅が析出していたことが分かり、銅の析出量が(1)の測定に比べてはるかに小さくなっていることから、ハイブリダイゼーションが起きていることが確認される。この際、核酸プローブを固定化した金電極への銅の析出量が2分の1以下になることを、ハイブリダイゼーション確認の目安とすることができる。
(2) Measurement of copper stripping electricity quantity for gold electrode hybridized with target DNA after immobilization of nucleic acid probe. Immobilization of nucleic acid probe prepared in Example 1 (2) and hybridization. The (111) surface of the gold electrode was brought into contact with a 0.1 M NaClO 4 solution containing 1 mM Cu (ClO 4 ) 2, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode were inserted into the solution. 3 electrode arrangement. First, using a gold electrode as a working electrode, the electrode was held at 0.12 V for 1 minute, and copper ions were electrodeposited at a constant potential on the gold electrode. As the holding potential, a potential slightly on the cathode side from the electrodeposition potential B was selected. After that, when the potential was swept to the anode side at a rate of 20 mV per second, a stripping current due to remelting of copper was observed. The stripping current-potential curve obtained at this time is shown in FIG. The shaded area in FIG. 3 gives the amount of electricity for stripping copper, and the value was 0.50 × 10 −4 C / cm 2 . From this amount of electricity, it can be seen that 0.26 × 10 -9 mol / cm 2 of copper was deposited, and the amount of deposited copper was much smaller than that measured in (1), so hybridization occurred. It is confirmed that At this time, the amount of copper deposited on the gold electrode on which the nucleic acid probe is immobilized can be reduced to half or less as a guideline for confirmation of hybridization.

(実施例3:銅の電析電位の測定によるハイブリダイゼーションの検出;金電極として金線を用いた場合)
(1)金電極への核酸プローブの固定
金電極は、直径0.8mmの金線を以下のように加工して作製した。すなわち、当該金線を切断し、その端面をアルミナバブにより鏡面研磨した。ついで、鏡面仕上げした金線の端面を水素−酸素炎でアニール処理し、直ちに純水中に漬けて急冷したものを金電極として用いた。金線の端面以外の部分(金線の側面)はエポキシ樹脂で被覆することにより電気的に絶縁し、端面のみが電極として作用するようにした。
核酸プローブとしては、実施例1と同じく、核酸残基17からなり5’末端にSH基を有する構造式5' HS(CH26-GACTTTAAGCAAGAAAC 3'の合成核酸(配列番号1)を用いた。核酸プローブ140μgをpH7.0の50mM リン酸緩衝液に溶解して全量を50 mlとし、核酸プローブ濃度5μMの溶液とした。上記の金電極を上記核酸プローブ溶液に5分間浸漬して核酸プローブを金電極上に固定した。金電極を核酸プローブ溶液から取り出し、充分水洗の後、乾燥した。この場合、核酸プローブは金電極上にAu-S結合を介して結合されること、すなわちAu-5' S(CH26-GACTTTAAGCAAGAAAC 3'の形(配列番号2)で固定化されることが既知である。電気化学的還元脱離法によって、金電極表面への核酸プローブの固定化密度を見積もったところ、1.7μg/cm2、すなわち3.2×10-10 mol/cm2であった。
(Example 3: Detection of hybridization by measuring the electrodeposition potential of copper; when a gold wire is used as a gold electrode)
(1) Fixing of nucleic acid probe to gold electrode A gold electrode was prepared by processing a 0.8 mm diameter gold wire as follows. That is, the gold wire was cut and its end face was mirror-polished with an alumina bubbling. Next, the end surface of the mirror-finished gold wire was annealed with a hydrogen-oxygen flame, immediately immersed in pure water and rapidly cooled, and used as a gold electrode. The portion other than the end face of the gold wire (the side face of the gold wire) was electrically insulated by coating with an epoxy resin so that only the end face acts as an electrode.
As the nucleic acid probe, a synthetic nucleic acid (SEQ ID NO: 1) having the structural formula 5 ′ HS (CH 2 ) 6 -GACTTTAAGCAAGAAAC 3 ′ consisting of nucleic acid residue 17 and having an SH group at the 5 ′ end was used as in Example 1. . 140 μg of the nucleic acid probe was dissolved in 50 mM phosphate buffer at pH 7.0 to make a total volume of 50 ml, and a solution with a nucleic acid probe concentration of 5 μM was obtained. The gold electrode was immersed in the nucleic acid probe solution for 5 minutes to immobilize the nucleic acid probe on the gold electrode. The gold electrode was removed from the nucleic acid probe solution, sufficiently washed with water, and dried. In this case, the nucleic acid probe is bound on the gold electrode via Au—S bond, that is, immobilized in the form of Au-5 ′ S (CH 2 ) 6 -GACTTTAAGCAAGAAAC 3 ′ (SEQ ID NO: 2). Is known. The immobilization density of the nucleic acid probe on the surface of the gold electrode was estimated by an electrochemical reductive desorption method. As a result, it was 1.7 μg / cm 2 , that is, 3.2 × 10 −10 mol / cm 2 .

(2)核酸プローブと目的DNAのハイブリダイゼーション
目的DNAは、実施例1と同じく、上記核酸プローブと相補的な塩基配列を有する5' GTTTCTTGCTTAAAGTC 3’(配列番号3)である。まず、検体溶液として目的DNAを4×SSC(0.6M NaCl, 0.06M クエン酸ナトリウム) 緩衝溶液に溶解して濃度50μM(258μg/ml)の溶液とした。目的DNAを含んだこの溶液に(1)で作製した核酸プローブを固定化した金電極を60分浸漬することにより、ハイブリダイゼーションを行わせたのち、金電極を溶液から取り出して水洗、続いて乾燥させた。
(2) Hybridization of nucleic acid probe and target DNA As in Example 1, the target DNA is 5 ′ GTTTCTTGCTTAAAGTC 3 ′ (SEQ ID NO: 3) having a base sequence complementary to the nucleic acid probe. First, the target DNA was dissolved in 4 × SSC (0.6 M NaCl, 0.06 M sodium citrate) buffer solution as a sample solution to obtain a solution having a concentration of 50 μM (258 μg / ml). The gold electrode on which the nucleic acid probe prepared in (1) is immobilized is immersed in this solution containing the target DNA for 60 minutes to allow hybridization, and then the gold electrode is removed from the solution, washed with water, and then dried. I let you.

(3)核酸プローブを固定した金電極に関する電流−電位曲線の測定
(1)で作製した核酸プローブを固定した金電極を作用極として、サイクリックボルタンメトリー法によって電流−電位曲線を測定した。電解液として1mM Cu(NO3)2を含有する0.1M NaClO4を用い、対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極(飽和KCl)をあらかじめ電解液に挿入しておく。ここにさらに上記金電極を挿入して、1分間静置後、20 mV毎秒の電位走査速度で電流−電位曲線を測定したところ、実施例1(3)での測定結果である、図1中の曲線1と同様の形状の電流−電位曲線が得られた。この電流−電位曲線に現れたカソードピークの位置から、本実施例においては上記UPD電位Bの値が0.14Vであることが求められた。
(3) Measurement of current-potential curve for gold electrode with nucleic acid probe immobilized
Using the gold electrode on which the nucleic acid probe prepared in (1) was fixed as a working electrode, a current-potential curve was measured by a cyclic voltammetry method. A 0.1 M NaClO 4 containing 1 mM Cu (NO 3 ) 2 is used as an electrolytic solution, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode (saturated KCl) as a reference electrode are inserted in the electrolytic solution in advance. The gold electrode was further inserted here, allowed to stand for 1 minute, and then a current-potential curve was measured at a potential scanning speed of 20 mV per second. The measurement result in Example 1 (3) is shown in FIG. A current-potential curve having the same shape as curve 1 was obtained. From the position of the cathode peak appearing in this current-potential curve, the value of the UPD potential B was determined to be 0.14 V in this example.

(4)核酸プローブを固定化した後、目的DNAとのハイブリダイゼーションを行った金電極に関する電流−電位曲線の測定
(2)で作製した、核酸プローブを固定し、かつハイブリダイゼーションを行った金電極を作用極として、サイクリックボルタンメトリー法によって電流−電位曲線を測定した。電解液として1mM Cu(NO3)2を含有する0.1M NaClO4を用い、対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極をあらかじめ電解液に挿入しておく。ここにさらに上記金電極を挿入して、1分間静置後、20 mV毎秒の電位走査速度で電流−電位曲線を測定したところ、実施例1(4)での測定結果である、図1中の曲線2と同様の形状の電流−電位曲線が得られた。この電流−電位曲線に現れたカソードピークの位置から、本実施例においては上記UPD電位Aの値が0.0Vであることが求められた。UPD電位Aが(3)のUPD電位Bに比べ大きくカソード側にシフトしていることから、ハイブリダイゼーションが起きていることが確認される。
(4) Measurement of the current-potential curve for the gold electrode that was hybridized with the target DNA after immobilizing the nucleic acid probe
The current-potential curve was measured by the cyclic voltammetry method using the gold electrode prepared in (2) to which the nucleic acid probe was immobilized and hybridization was performed. A 0.1 M NaClO 4 containing 1 mM Cu (NO 3 ) 2 is used as an electrolytic solution, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode are inserted in the electrolytic solution in advance. The gold electrode was further inserted here, and after standing for 1 minute, a current-potential curve was measured at a potential scanning speed of 20 mV per second. The measurement result in Example 1 (4) is shown in FIG. A current-potential curve having the same shape as curve 2 was obtained. From the position of the cathode peak appearing in the current-potential curve, it was determined that the value of the UPD potential A was 0.0 V in this example. Since UPD potential A is largely shifted to the cathode side as compared with UPD potential B in (3), it is confirmed that hybridization has occurred.

(実施例4:電気化学ストリッピング法を用いた銅の析出量測定によるハイブリダイゼーションの検出:金電極として金線を用いた場合)
(1)核酸プローブを固定した金電極における銅のストリッピング電気量の測定
実施例3(1)で作製した核酸プローブを固定した金電極を、1mM Cu(NO3)2を含有する0.1M NaClO4に挿入し、さらに対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極を挿入して3電極配置とする。まず、金電極を作用極として、0.12 Vに1分間保持し、金電極上に銅イオンを定電位電析させた。この保持電位は、UPD電位Bよりややカソード側の電位を選択した。その後、20mV毎秒の速度で、電位をアノード側に掃引すると銅の再溶解によるストリッピング電流が観測された。この際得られたストリッピング電流−電位曲線は、実施例2(1)での測定結果である、図2と同様の形状を示した。実施例2(1)と同様にしてストリッピング電流−電位曲線から本実施例における銅のストリッピングの電気量の値を求めたところ5.6×10-4 C/cm2 であった。この電気量から2.9×10-9 mol/cm2の銅が析出していたことが分かる。
(Example 4: Detection of hybridization by measuring the amount of deposited copper using an electrochemical stripping method: When a gold wire is used as a gold electrode)
(1) Measurement of copper stripping electricity quantity at a gold electrode to which a nucleic acid probe is immobilized A gold electrode to which a nucleic acid probe prepared in Example 3 (1) is immobilized is 0.1 M NaClO containing 1 mM Cu (NO 3 ) 2. Insert into 4 and insert a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode to form a three-electrode arrangement. First, using a gold electrode as a working electrode, the electrode was held at 0.12 V for 1 minute, and copper ions were electrodeposited at a constant potential on the gold electrode. As this holding potential, a potential slightly on the cathode side from the UPD potential B was selected. After that, when the potential was swept to the anode side at a rate of 20 mV per second, a stripping current due to remelting of copper was observed. The stripping current-potential curve obtained at this time showed the same shape as in FIG. 2, which was the measurement result in Example 2 (1). In the same manner as in Example 2 (1), the value of the amount of electricity for stripping of copper in this example was determined from the stripping current-potential curve and found to be 5.6 × 10 −4 C / cm 2 . From this amount of electricity, it can be seen that 2.9 × 10 −9 mol / cm 2 of copper was deposited.

(2)核酸プローブを固定化した後、目的DNAとのハイブリダイゼーションを行った金電極に関する銅のストリッピング電気量の測定
実施例3(2)で作製した核酸プローブを固定し、かつハイブリダイゼーションを行った金電極を、1mM Cu(NO3)2を含有する0.1M NaClO4に挿入し、さらに対極として白金電極、参照極として銀/塩化銀電極を挿入して3電極配置とする。まず、金電極を作用極として、0.1 Vに1分間保持した。この保持電位は、電析電位Bよりややカソード側の電位を選択した。その後、20mV毎秒の速度で、電位をアノード側に掃引すると銅の再溶解によるストリッピング電流が観測された。この際得られたストリッピング電流−電位曲線は、実施例2(2)での測定結果である、図3と同様の形状を示した。実施例2(2)と同様にしてストリッピング電流−電位曲線から本実施例における銅のストリッピングの電気量の値を求めたところ2.3×10-4 C/cm2であった。この電気量から1.2×10-9 mol/cm2の銅が析出していたことが分かり、銅の析出量が(1)の測定に比べて2分の1以下に減少していることから、ハイブリダイゼーションが起きていることが確認される。
(2) Measurement of copper stripping electric quantity for gold electrode hybridized with target DNA after immobilization of nucleic acid probe. Immobilization of nucleic acid probe prepared in Example 3 (2) and hybridization. The performed gold electrode is inserted into 0.1 M NaClO 4 containing 1 mM Cu (NO 3 ) 2, and a platinum electrode as a counter electrode and a silver / silver chloride electrode as a reference electrode are inserted to form a three-electrode arrangement. First, a gold electrode was used as a working electrode and held at 0.1 V for 1 minute. As the holding potential, a potential slightly on the cathode side from the electrodeposition potential B was selected. After that, when the potential was swept to the anode side at a rate of 20 mV per second, a stripping current due to remelting of copper was observed. The stripping current-potential curve obtained at this time showed the same shape as in FIG. 3, which is the measurement result in Example 2 (2). In the same manner as in Example 2 (2), the value of the amount of electricity for stripping of copper in this example was determined from the stripping current-potential curve and found to be 2.3 × 10 −4 C / cm 2 . From this amount of electricity, it can be seen that 1.2 × 10 -9 mol / cm 2 of copper was deposited, and the amount of deposited copper was reduced to half or less compared to the measurement in (1). It is confirmed that hybridization has occurred.

実施例1で得られた電流−電位曲線の形状とUPD電位AおよびUPD電位Bの位置を示す図である。It is a figure which shows the shape of the electric current-potential curve obtained in Example 1, and the position of UPD electric potential A and UPD electric potential B. FIG. 実施例2(1)で得られたストリッピング電流−電位曲線の形状とストリッピング電気量の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of the stripping electric current-potential curve obtained in Example 2 (1), and the magnitude | size of stripping electricity. 実施例2(2)で得られたストリッピング電流−電位曲線の形状とストリッピング電気量の大きさを示す図である。It is a figure which shows the magnitude | size of the stripping electric current-potential curve obtained in Example 2 (2), and the magnitude | size of stripping electricity.

Claims (6)

目的遺伝子を含む電解質溶液に、目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する1本鎖の核酸プローブを表面に固定化した金電極を挿入し、銅イオンを添加した後に前記金電極を作用極とした銅イオンの電析を行い、前記核酸プローブと目的遺伝子のハイブリダイゼーションによる前記電析現象の変化を確認することによって、目的遺伝子を検出することを特徴とする、遺伝子の検出方法。   A gold electrode having a single-stranded nucleic acid probe having a base sequence complementary to the target gene is inserted into the electrolyte solution containing the target gene, and after adding copper ions, the gold electrode is used as a working electrode. A method for detecting a gene, wherein the target gene is detected by performing electrodeposition of copper ions and confirming a change in the electrodeposition phenomenon due to hybridization between the nucleic acid probe and the target gene. 前記電析現象として、前記金電極における銅イオンのアンダーポテンシャル析出電位のカソード側へのシフトを確認することを特徴とする、請求項1に記載の遺伝子の検出方法。   The method for detecting a gene according to claim 1, wherein as the electrodeposition phenomenon, a shift of the underpotential deposition potential of copper ions on the gold electrode to the cathode side is confirmed. 前記電析現象として、前記金電極における銅イオンの定電位電析をアンダーポテンシャル析出電位近傍で行い、銅の析出量の減少を確認することを特徴とする、請求項1に記載の遺伝子の検出方法。   The gene detection according to claim 1, wherein as the electrodeposition phenomenon, constant potential electrodeposition of copper ions on the gold electrode is performed in the vicinity of an underpotential deposition potential, and a decrease in the amount of copper deposition is confirmed. Method. 金電極として、(111)面を有する金電極を使用することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の遺伝子の検出方法。   The method for detecting a gene according to any one of claims 1 to 3, wherein a gold electrode having a (111) plane is used as the gold electrode. 前記1本鎖の核酸プローブとしてSH基を有する核酸プローブを使用し、SH基と金電極の共有結合により核酸プローブを表面に固定した金電極を使用することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の遺伝子の検出方法。   5. A nucleic acid probe having an SH group is used as the single-stranded nucleic acid probe, and a gold electrode having a nucleic acid probe immobilized on the surface by covalent bonding of the SH group and a gold electrode is used. The method for detecting a gene according to any one of the above. 前記電解質溶液に添加する銅イオンとして、水溶性の銅塩を使用することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の遺伝子の検出方法。   The method for detecting a gene according to any one of claims 1 to 5, wherein a water-soluble copper salt is used as the copper ion added to the electrolyte solution.
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