JP5920687B2 - Dna塩基配列解析装置およびdna塩基配列解析方法 - Google Patents
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前記ゲート絶縁膜表面を溶液で満たす測定セルとを備え、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部に近づけ、前記溶液に混合された前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流がソースおよびドレイン間に流れる時のしきい値電圧を基準値として測定した後、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部から離すことで前記ゲート絶縁膜上から前記磁性粒子を引き離し、前記磁性粒子を前記溶液中に浮遊させ、前記溶液に基質導入後に、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部に再び近づけて前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流が前記ソースおよび前記ドレイン間に流れる時のしきい値電圧を測定値として測定することを特徴とする。
本発明の請求項2に係るDNA塩基配列解析装置は、ゲート絶縁膜を有した電界効果デバイスを備え、前記ゲート絶縁膜上に、ターゲットDNAをハイブリダイズしたDNAプローブ及び、酵素と基質を導入して、伸長反応した時のしきい値電圧変化を測定し、前記ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA塩基配列解析装置において、前記DNAプローブを固定する磁性粒子を備え、前記ゲート絶縁膜が、絶縁膜と保護絶縁膜との間に磁石としての磁性膜が形成された3層構造を有し、前記磁性膜によって溶液内の前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜に引き寄せることを特徴とする。
1.第1実施形態
図1は、本発明による電界効果デバイスを用いたDNA塩基配列解析装置1を説明する断面模式図である。DNA塩基配列解析装置1は、電界効果デバイスとしての電界効果トランジスタ2、測定セル3、磁石4、電流計5、参照電極6、電源7、磁性粒子8を備える。
本実施形態に係る電界効果トランジスタを用いたDNA塩基配列解析装置は、上記第1実施形態に対し、ゲート絶縁膜24表面上の形態が異なる。図1と同様の構成について同様の符号を付した図5を参照して説明する。本実施形態に係るDNA塩基配列解析装置30において、電界効果トランジスタ37には、シリコン基板10の中にソース12Sとドレイン12Dが形成されており、ソース12Sとドレイン12D間にはチャネル31が形成されている。シリコン基板10上にはゲート絶縁膜34が形成されている。チャネル31は、参照電極6に電圧が印加されると電流が流れる部分である。当該ゲート絶縁膜34は絶縁膜32と当該絶縁膜32上に形成された保護絶縁膜33とを有する二層構造からなっている。本実施形態の場合、チャネル31の上部に形成されたチャネルに対応するゲート絶縁膜34は、ガイド部35に囲まれている。ガイド部35に囲まれた当該ゲート絶縁膜34は1つの磁性粒子複合体のみを載置し得る大きさを有している。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
本実施形態に係る電界効果トランジスタを用いたDNA塩基配列解析装置は、上記第1実施形態に対し、ゲート絶縁膜の構成のみ異なる。図1と同様の構成について同様の符号を付した図8を参照して説明する。本実施形態に係るDNA塩基配列解析装置50において、電界効果トランジスタ51のソース12Sとドレイン12Dの上にゲート絶縁膜52が形成されている。ゲート絶縁膜52は、絶縁膜53と、保護絶縁膜55の間に磁石としての磁性膜54が形成された3層構造を有する。磁性膜54は材料としてネオジウム合金などを用いる。
本実施形態に係る電界効果トランジスタを用いたDNA塩基配列解析装置は、上記第1実施形態に対し、測定セルの形態が異なる。図1と同様の構成について同様の符号を付した図10を参照して説明する。本実施形態に係る電界効果トランジスタ61を用いたDNA塩基配列解析装置59は、チャネル31に対応したゲート絶縁膜34上に測定セルとしての流路64が形成されている。
本実施形態に係る電界効果トランジスタを用いたDNA塩基配列解析装置は、上記第4実施形態に対し、ゲート絶縁膜と電気的に接続された測定部が電界効果トランジスタとは別体に設けられている点が異なる。図10と同様の構成について同様の符号を付した図12を参照して説明する。
測定部74は基板71と当該基板71の一側表面に形成された電荷検出部72とを有している。
本実施形態に係る電界効果トランジスタを用いたDNA塩基配列解析装置は、上記第2実施形態に対し、磁石が配置されないことのみが異なる。図14に示す電界効果トランジスタを用いたDNA塩基配列解析装置80は、ゲート絶縁膜34上にガイド部35が設けられている。本実施形態に係る粒子81は、比重が溶液9より大きく、自重で測定セル3の下部、すなわちゲート絶縁膜34上に沈殿し得るように構成されている。粒子81は、粒子本体(図示しない)と当該粒子本体に固定された官能基19によって構成されている。図示しない粒子本体は、磁性体18、シリカ、金、その他金属酸化物から選択することができる。また、粒子81は、直径1μm以上の図示しない粒子本体を用いることが好ましい。このように構成されたDNA塩基配列解析装置80では、自重で粒子81が沈殿するので、磁石を近づける手順を省略することができ、より容易にDNA塩基配列解析を行うことができる。
上記実施形態では、DNA塩基配列解析装置59における供給部62の排出層65および吸入層63に、図示しないシリンジポンプが設けられている場合について説明したが、本発明はそれに限らず、排出層65または吸入槽63のいずれか1つのみに図示しないシリンジポンプを設けてもよい。
第1実施形態に係るDNA塩基配列解析装置を用いて一回の伸長反応で50塩基を延長した際のしきい値電圧の変化を測定した。
2 電界効果トランジスタ
4 磁石
8 磁性粒子
15 ゲート絶縁膜
20 DNAプローブ
21 ターゲットDNA
30 DNA塩基配列解析装置
31 チャネル
32 電界効果トランジスタ
34 ゲート絶縁膜
35 ガイド部
36 支柱
37 電界効果トランジスタ
38 測定部
50 DNA塩基配列解析装置
52 ゲート絶縁膜
54 磁性膜
59 DNA塩基配列解析装置
61 電界効果トランジスタ
64 流路
73A 流路
73B 流路
73C 流路
73D 流路
74 測定部
81 粒子
Claims (13)
- ゲート絶縁膜を有した電界効果デバイスを備え、
前記ゲート絶縁膜上に、ターゲットDNAをハイブリダイズしたDNAプローブ及び、酵素と基質を導入して、伸長反応した時のしきい値電圧変化を測定し、前記ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA塩基配列解析装置において、
前記DNAプローブを固定する磁性粒子と、
前記電界効果デバイスの下部に配置された磁石と、
前記ゲート絶縁膜表面を溶液で満たす測定セルとを備え、
前記磁石を前記電界効果デバイスの下部に近づけ、前記溶液に混合された前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流がソースおよびドレイン間に流れる時のしきい値電圧を基準値として測定した後、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部から離すことで前記ゲート絶縁膜上から前記磁性粒子を引き離し、前記磁性粒子を前記溶液中に浮遊させ、前記溶液に基質導入後に、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部に再び近づけて前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流が前記ソースおよび前記ドレイン間に流れる時のしきい値電圧を測定値として測定する
ことを特徴とするDNA塩基配列解析装置。 - ゲート絶縁膜を有した電界効果デバイスを備え、
前記ゲート絶縁膜上に、ターゲットDNAをハイブリダイズしたDNAプローブ及び、酵素と基質を導入して、伸長反応した時のしきい値電圧変化を測定し、前記ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA塩基配列解析装置において、
前記DNAプローブを固定する磁性粒子を備え、
前記ゲート絶縁膜が、絶縁膜と保護絶縁膜との間に磁石としての磁性膜が形成された3層構造を有し、前記磁性膜によって溶液内の前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜に引き寄せる
ことを特徴とするDNA塩基配列解析装置。 - 前記ターゲットDNAの両端が、前記磁性粒子に固定された前記DNAプローブにそれぞれハイブリダイズされていることを特徴とする請求項1または2記載のDNA塩基配列解析装置。
- 前記電界効果デバイスに形成された1つのチャネルに対応した前記ゲート絶縁膜上に1つの磁性粒子を載置させるガイド部を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のDNA塩基配列解析装置。
- 前記ガイド部は、前記チャネルに対応した前記ゲート絶縁膜の周囲に立設された支柱であることを特徴とする請求項4記載のDNA塩基配列解析装置。
- 前記電界効果デバイスに形成された1つのチャネルに対応した前記ゲート絶縁膜上に前記磁性粒子を含んだ溶液を供給する流路を、前記測定セルとして備えることを特徴とする請求項1、3〜5のいずれか1項に記載のDNA塩基配列解析装置。
- 前記流路内の前記溶液が吸引されて前記流路から前記基準値を測定した後の前記磁性粒子が誘導される反応タンクを備えており、
前記反応タンク内に複数の前記磁性粒子を含んだ前記溶液が貯留された状態で第2の磁石を前記反応タンクの下に近づけ、複数の前記磁性粒子を前記反応タンクの底面に引き寄せて、複数の前記磁性粒子を該底面に固定した状態で、排水口から前記反応タンク内の前記溶液を排出し、開口部から所望の基質を含んだ溶液を新たに前記反応タンク内に導入して伸長反応を起こさせ、前記排水口から前記基質を含んだ溶液を排出し、新たな溶液を前記反応タンク内に導入した後、前記底面から前記第2の磁石を引き離し、前記磁性粒子を前記溶液内に浮遊させて、伸張反応後の複数の前記磁性粒子を含んだ溶液を前記流路内に誘導して前記測定値を測定する
ことを特徴とする請求項6に記載のDNA塩基配列解析装置。 - ゲート絶縁膜を有した電界効果デバイスと、
前記電界効果デバイスと別体に設けられ、前記ゲート絶縁膜と電気的に接続された測定部とを備え、
前記測定部上に、ターゲットDNAをハイブリダイズしたDNAプローブ及び、酵素と基質を導入して、伸長反応した時のしきい値電圧変化を測定し、前記ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA塩基配列解析装置において、
前記DNAプローブを固定する磁性粒子と、
前記測定部の下部に配置された磁石とを備え、
前記磁性粒子を含んだ溶液を前記測定部上に導入し、前記磁石を前記測定部の下部に近づけ、前記測定部の電荷検出部表面に前記磁性粒子を引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流がソースおよびドレイン間に流れる時のしきい値電圧を基準値として測定した後、前記磁石を前記測定部の下部から離すことで前記電荷検出部表面から前記磁性粒子を引き離し、前記磁性粒子を前記溶液中に浮遊させ、前記溶液に基質導入後に、前記磁石を前記測定部の下部に再び近づけて前記磁性粒子を前記電荷検出部表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流が前記ソースおよび前記ドレイン間に流れる時のしきい値電圧を測定値として測定する
ことを特徴とするDNA塩基配列解析装置。 - 前記測定部上に前記磁性粒子を含んだ溶液を供給する流路を備えることを特徴とする請求項8記載のDNA塩基配列解析装置。
- 電界効果デバイスに設けられたゲート絶縁膜上に、ターゲットDNAをハイブリダイズしたDNAプローブ及び、酵素と基質を導入して、伸長反応した時のしきい値電圧変化を測定し、前記ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA塩基配列解析方法において、
前記電界効果デバイスの下部に配置された磁石を、前記電界効果デバイスの下部に近づけ、溶液に混合された磁性粒子を前記ゲート絶縁膜表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流がソースおよびドレイン間に流れる時のしきい値電圧を基準値として測定した後、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部から離すことで前記ゲート絶縁膜上から前記磁性粒子を引き離し、前記磁性粒子を前記溶液中に浮遊させ、前記溶液に基質導入後に、前記磁石を前記電界効果デバイスの下部に再び近づけて前記磁性粒子を前記ゲート絶縁膜表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流が前記ソースおよび前記ドレイン間に流れる時のしきい値電圧を測定値として測定する
ことを特徴とするDNA塩基配列解析方法。 - 前記磁性粒子に固定された前記DNAプローブに、前記ターゲットDNAの両端をそれぞれハイブリダイズするステップを含むことを特徴とする請求項10記載のDNA塩基配列解析方法。
- 前記電界効果デバイスに形成された1つのチャネルに対応した前記ゲート絶縁膜上に1つの磁性粒子を載置させるガイド部を備えたことを特徴とする請求項10または11に記載のDNA塩基配列解析方法。
- 電界効果デバイスと別体に設けられ、前記電界効果デバイスに設けられたゲート絶縁膜と電気的に接続された測定部上に、ターゲットDNAをハイブリダイズしたDNAプローブ及び、酵素と基質を導入して、伸長反応した時のしきい値電圧変化を測定し、前記ターゲットDNAの塩基配列を解析するDNA塩基配列解析方法において、
磁性粒子を含んだ溶液が前記測定部上に導入され、前記測定部の下部に配置された磁石を前記測定部の下部に近づけ、前記測定部の電荷検出部表面に前記磁性粒子を引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流がソースおよびドレイン間に流れる時のしきい値電圧を基準値として測定した後、前記磁石を前記測定部の下部から離すことで前記電荷検出部表面から前記磁性粒子を引き離し、前記磁性粒子を前記溶液中に浮遊させ、前記溶液に基質導入後に、前記磁石を前記測定部の下部に再び近づけて前記磁性粒子を前記電荷検出部表面に引き寄せて、前記電界効果デバイスで所定のドレイン電流が前記ソースおよび前記ドレイン間に流れる時のしきい値電圧を測定値として測定する
ことを特徴とするDNA塩基配列解析方法。
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