JP7132100B2 - 生体分子分析装置及び生体分子分析方法 - Google Patents
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Description
本明細書の記述は典型的な例示に過ぎず、本開示の特許請求の範囲又は適用例を如何なる意味に於いても限定するものではないことを理解する必要がある。
前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
図1は、第1の実施形態に係るナノポア計測システムの構成を示す模式図である。ナノポア計測システムは、生体分子分析装置1と、コンピュータ端末108とを備える。生体分子分析装置1は、生体分子分析デバイス100、電流計106(測定部)及び電源107を備える。本実施形態において、分析対象となる計測対象分子109としては、例えば、核酸をモノマとするDNAやRNA、あるいはアミノ酸をモノマとするポリペプチドやタンパク質などの生体分子が挙げられる。本実施形態においては、一例として、生体分子分析装置1が計測対象となるDNAを計数する分子カウンティングデバイスである例を説明する。
実験例1においては、第1の実施形態に係るナノポア計測システムを用いて、修飾分子110としてのストレプトアビジン単体でのナノポアの通過を評価する。具体的には、薄膜102Aとして、シリコンナイトライド(窒化シリコン)を用い、電解質溶液103として、pHを3、5、7、8.5、11又は13に調整した濃度1MのKCl水溶液を用いて、液槽104Aにストレプトアビジンを導入し、電極105A及び105B間に0.1Vの電圧を印加した。電圧の印加開始0秒~60秒において、電極105A及び105B間の電流値を測定した。
実験例2においては、修飾分子110としてストレプトアビジンを用い、ストレプトアビジン単体でのナノポア101の通過イベント数を評価する。具体的には、電解質溶液103として、pHを3、5、7.5、9、11又は13に調整した濃度1MのKCl水溶液を用い、液槽104Aにストレプトアビジンを導入し、電極105A及び105B間に1分間、0.1Vの電圧を印加した。通過イベントによる信号の出現回数をカウントし、30秒あたりの数を算出した。
実験例3において、電解質溶液103としてpH8.5に調整した濃度1MのKCl水溶液を用い、電極105A及び105B間に0.2Vの電圧を印加して、ナノポア計測を行った。
上記第1の実施形態においては、修飾分子110が結合したPNA113を二本鎖中に挿入することにより、修飾分子110を計測対象分子109に修飾する例を示したが、第2の実施形態においては、修飾分子110の修飾箇所が第1の実施形態と異なっている。第2の実施形態に係る生体分子分析装置や分析方法は、第1の実施形態と同様であるため、説明を省略する。
計測対象分子109が長鎖DNAの断片化により回収される場合、複数の断片が共存することとなる。このような場合に、計測対象分子109に由来する信号と非計測対象分子114に由来する信号とを分離する方法として、一つは、増幅により対象領域のみを増やすことで他の断片の影響を抑制することが挙げられる。また、他の手段として、断片化したサンプルに対し、各特長に応じて異なる修飾を行うことによって、計測対象分子109に由来する信号と非計測対象分子114に由来する信号とを分離することができる。
図12は、第4の実施形態に係るナノポア計測システムの構成を示す模式図である。本実施形態のナノポア計測システムは、生体分子分析装置2と、コンピュータ端末108とを備える。本実施形態の生体分子分析装置2は、生体分子分析デバイス200が複数のナノポア101を有するナノポアデバイス102を備え、液槽104Bが複数の液槽に分割されている点で、第1の実施形態と異なる。
本開示は、上述した実施形態に限定されるものでなく、様々な変形例を含んでいる。例えば、上述した実施形態は、本開示を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備える必要はない。また、ある実施形態の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の実施形態の構成の一部を追加、削除又は置換することもできる。
101…ナノポア
102…ナノポアデバイス
103…電解質溶液
104…液槽
105…電極
106…電流計
107…電源
108…コンピュータ端末
109…計測対象分子
110…修飾分子
112…リンカー
113…PNA
114…非計測対象分子
115…プライマ
116、117…配列
140…サンプル導入口
150…電極基板
160…分注ノズル
703…制御回路ユニット
705…簡易ディスプレイ
Claims (15)
- ナノポアを有する薄膜と、
前記薄膜を挟むよう配置され、電解質溶液を収容する一対の液槽と、
前記一対の液槽のそれぞれに配置される一対の電極と、
前記一対の電極に接続される測定部と、を備え、
前記電解質溶液は、測定対象分子に結合可能な修飾分子、及び前記修飾分子が結合した前記測定対象分子が溶解され、pHが8.0より大きく、
前記電解質溶液のpHが8.0より大きい場合、前記修飾分子は、単体では前記ナノポアの通過が阻止され、前記修飾分子が結合した前記測定対象分子は、前記ナノポアを通過することを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記電解質溶液がpH8.5以上であることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記電解質溶液がpH9以上であることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記修飾分子がタンパク質であることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記修飾分子がストレプトアビジンであることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記測定対象分子が二本鎖であり、
前記修飾分子が結合したPNA、BNA又はLNAが前記二本鎖の特定箇所に挿入されていることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記測定対象分子がプライマ部を有する二本鎖であり、
前記修飾分子は、前記プライマ部の一か所又は複数か所に結合することを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記測定対象分子が二本鎖であり、
前記二本鎖のうち切断された箇所に、前記修飾分子が結合したPNA、BNA又はLNAが結合していることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記ナノポアの径が5nm~20nmであることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記薄膜の厚さが10nm~30nmであることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記薄膜がシリコンナイトライドであることを特徴とする生体分子分析装置。 - 請求項1に記載の生体分子分析装置において、
前記測定部は、前記ナノポアの封鎖電流、トンネル電流又はトランジスタ電流のいずれかを計測することを特徴とする生体分子分析装置。 - ナノポアを有する薄膜と、
前記薄膜を挟むよう配置され、電解質溶液を収容する一対の液槽と、
前記一対の液槽のそれぞれに配置される一対の電極と、
前記一対の電極に接続される測定部と、を備えた生体分子分析装置を準備するステップと、
前記電解質溶液のpHが8.0より大きくなるよう調整するステップと、
測定対象分子と前記測定対象分子に結合可能な修飾分子とを前記電解質溶液に導入するステップと、を含み、
前記電解質溶液のpHが8.0より大きい場合、前記修飾分子は、単体では前記ナノポアの通過が阻止され、前記修飾分子が結合した前記測定対象分子は、前記ナノポアを通過することを特徴とする生体分子分析方法。 - 請求項13に記載の生体分子分析方法において、
前記測定対象分子を抽出するステップと、
ビーズ結合サイトを有するプライマにより前記測定対象分子中の対象領域を増幅するステップと、
ビーズにより前記対象領域を回収するステップと、をさらに含み、
前記修飾分子と前記測定対象分子とを前記電解質溶液に導入するステップにおいて、前記修飾分子と、前記ビーズに結合した前記対象領域とを前記電解質溶液に導入することを特徴とする生体分子分析方法。 - 請求項13に記載の生体分子分析方法において、
前記測定対象分子を抽出するステップと、
特定部位検出用プライマによる前記測定対象分子中の対象領域を増幅する処理、あるいは前記測定対象分子を断片化して前記測定対象分子中の対象領域を得る処理のいずれか一方を行うステップと、
前記対象領域を磁気ビーズに結合させ、磁石により前記磁気ビーズを回収するステップと、
前記磁気ビーズから前記対象領域を外すステップと、をさらに含み、
前記修飾分子と前記測定対象分子とを前記電解質溶液に導入するステップにおいて、前記対象領域と前記修飾分子とを前記一対の液槽のいずれか一方に導入することを特徴とする生体分子分析方法。
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FIRNKES et al.,Electrically Facilitated Translocations of Proteins through Silicon Nitride Nanopores: Conjoint and Competitive Action of Diffusion, Electrophoresis, and Electroosmosis,NANO LETTERS,2010年,Vol.10/Iss.6,PP.2162-2167 |
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