JPH06245754A - 塩基配列読み取り装置 - Google Patents
塩基配列読み取り装置Info
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- JPH06245754A JPH06245754A JP2949793A JP2949793A JPH06245754A JP H06245754 A JPH06245754 A JP H06245754A JP 2949793 A JP2949793 A JP 2949793A JP 2949793 A JP2949793 A JP 2949793A JP H06245754 A JPH06245754 A JP H06245754A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nucleotide
- base sequence
- gene
- dna
- sequence
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Abstract
(57)【要約】
【構成】本発明は、予め塩基配列が既知のオリゴヌクレ
オチド（例えばオクタマーＤＮＡ）を高集積アレー状に
固定した水晶発振子を作製し、これと読み取り目的のＤ
ＮＡとをハイブリダイズすることにより生ずる弾性波素
子特性の変化を測定して、被測定ＤＮＡ中に相補結合し
た固定オリゴマーと同配列が存在していることがわかる
ことを利用した、ＤＮＡ配列を読取る装置である。 【効果】本発明の塩基配列読み取り装置によって、検出
感度あるいは分離性能が十分な高精度の読み取りが可能
なアイソトープを用いない簡便かつ高速で遺伝子配列を
読み取ることの可能なシステムが提供される。
オチド（例えばオクタマーＤＮＡ）を高集積アレー状に
固定した水晶発振子を作製し、これと読み取り目的のＤ
ＮＡとをハイブリダイズすることにより生ずる弾性波素
子特性の変化を測定して、被測定ＤＮＡ中に相補結合し
た固定オリゴマーと同配列が存在していることがわかる
ことを利用した、ＤＮＡ配列を読取る装置である。 【効果】本発明の塩基配列読み取り装置によって、検出
感度あるいは分離性能が十分な高精度の読み取りが可能
なアイソトープを用いない簡便かつ高速で遺伝子配列を
読み取ることの可能なシステムが提供される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、遺伝子の塩基配列を読
み取る装置に関する。
み取る装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、遺伝子配列読み取りＤＮＡ検査お
よびＤＮＡ診断には、Dot blot 法、in situ Hybridiza
tion 法、Southern blotting 法、PCR 法、多形DNA マ
ーカー法などが知られている。Dot blot 法およびin si
tu Hybridization法は、測定操作が簡単で、操作時間が
比較的短い特長があるが、検出感度が低い問題がある。
Southern blotting 法は、検出感度が高いが、操作が煩
雑で長時間かかる問題がある。十分な感度を得るために
ＰＣＲ法、ＬＣＲ法により被検査部位のＤＮＡを１０万
〜１００万倍に増幅することがなされている。ＰＣＲ法
は極めて感度が高いが、コンタミネーション及び操作条
件が複雑である問題がある。何れの方法も検出にはアイ
ソトープを用いるため管理区域を設ける必要があり、取
扱いが煩雑であり、廃棄処理の問題もある。ＤＮＡシー
クエンサー装置では、板状のゲル（スラブゲル）に電気
泳動で分離する方法が用いれれている。近年では、バン
ドの分離性能を高めるためスラブゲルの代わりのキャピ
ラリーゲルを用いた方法も考案されてきている。しかし
複数本のレーンに流すためバンドを読み間違うミスがし
ばしばあった。R.Drmanac らは Genomics, vol.4, 114
(1989) において、Ｎ量体（一般にN=8〜10）の全配列
ライブラリーのオリゴヌクレオチドとＤＮＡ小断片とを
ハイブリダイズさせることにより、どのＮ量体がハイブ
リッドしたか記録することによりＤＮＡ塩基配列を読む
ことが可能であることを数学的に示した。この方法は、
簡単であり安価で速いシークエンスを提供できる可能性
を示したが、この方法の特性を発揮する具体的な装置に
関する示唆がない。また、S.P.A.Fodor らは、Science,
vol.251, 767 (1991)において、the light-directed s
patially addressable biopolymer synthesis 技術を用
い、ポリペプチドについて高密度アレーを作製する方法
を開示している。
よびＤＮＡ診断には、Dot blot 法、in situ Hybridiza
tion 法、Southern blotting 法、PCR 法、多形DNA マ
ーカー法などが知られている。Dot blot 法およびin si
tu Hybridization法は、測定操作が簡単で、操作時間が
比較的短い特長があるが、検出感度が低い問題がある。
Southern blotting 法は、検出感度が高いが、操作が煩
雑で長時間かかる問題がある。十分な感度を得るために
ＰＣＲ法、ＬＣＲ法により被検査部位のＤＮＡを１０万
〜１００万倍に増幅することがなされている。ＰＣＲ法
は極めて感度が高いが、コンタミネーション及び操作条
件が複雑である問題がある。何れの方法も検出にはアイ
ソトープを用いるため管理区域を設ける必要があり、取
扱いが煩雑であり、廃棄処理の問題もある。ＤＮＡシー
クエンサー装置では、板状のゲル（スラブゲル）に電気
泳動で分離する方法が用いれれている。近年では、バン
ドの分離性能を高めるためスラブゲルの代わりのキャピ
ラリーゲルを用いた方法も考案されてきている。しかし
複数本のレーンに流すためバンドを読み間違うミスがし
ばしばあった。R.Drmanac らは Genomics, vol.4, 114
(1989) において、Ｎ量体（一般にN=8〜10）の全配列
ライブラリーのオリゴヌクレオチドとＤＮＡ小断片とを
ハイブリダイズさせることにより、どのＮ量体がハイブ
リッドしたか記録することによりＤＮＡ塩基配列を読む
ことが可能であることを数学的に示した。この方法は、
簡単であり安価で速いシークエンスを提供できる可能性
を示したが、この方法の特性を発揮する具体的な装置に
関する示唆がない。また、S.P.A.Fodor らは、Science,
vol.251, 767 (1991)において、the light-directed s
patially addressable biopolymer synthesis 技術を用
い、ポリペプチドについて高密度アレーを作製する方法
を開示している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の放射線標識ＤＮＡ検査装置にあっては、時間
がかかる、放射線のため一般検査室では使用出来ない問
題があった。また、放射線を用いない装置では読み取り
精度に不安があった。この為に、特に高感度で、アイソ
トープを用いないで簡便に遺伝子配列を読み取ることの
可能なシステムの開発が渇望されている。従って、本発
明は、このような従来のＤＮＡの検出原理に関する問題
点と、簡易迅速測定センサが無いという問題点に鑑みて
なされたものであって、検出感度あるいは分離性能が十
分でかつ、高精度の読み取りが可能な塩基配列読み取り
装置を提供することを目的とする。
うな従来の放射線標識ＤＮＡ検査装置にあっては、時間
がかかる、放射線のため一般検査室では使用出来ない問
題があった。また、放射線を用いない装置では読み取り
精度に不安があった。この為に、特に高感度で、アイソ
トープを用いないで簡便に遺伝子配列を読み取ることの
可能なシステムの開発が渇望されている。従って、本発
明は、このような従来のＤＮＡの検出原理に関する問題
点と、簡易迅速測定センサが無いという問題点に鑑みて
なされたものであって、検出感度あるいは分離性能が十
分でかつ、高精度の読み取りが可能な塩基配列読み取り
装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題は、電気機械変
換素子と、該電気機械変換素子の表面の電極に固定され
た塩基配列の明らかな複数のヌクレオチド鎖と、該ヌク
レオチド鎖にそれぞれ対応して該電気機械変換素子の裏
面に設けられた微小電極と、該微小電極に接続され該電
気機械変換素子の電気特性の変化を測定する測定手段
と、変化の測定された微小電極に対応するヌクレオチド
鎖の塩基配列から検出目的遺伝子の塩基配列を決定する
処理手段とからなることを特徴とする塩基配列読み取り
装置によって解決される。
換素子と、該電気機械変換素子の表面の電極に固定され
た塩基配列の明らかな複数のヌクレオチド鎖と、該ヌク
レオチド鎖にそれぞれ対応して該電気機械変換素子の裏
面に設けられた微小電極と、該微小電極に接続され該電
気機械変換素子の電気特性の変化を測定する測定手段
と、変化の測定された微小電極に対応するヌクレオチド
鎖の塩基配列から検出目的遺伝子の塩基配列を決定する
処理手段とからなることを特徴とする塩基配列読み取り
装置によって解決される。
【０００５】また上記課題は、該複数のヌクレオチド鎖
が７から１００塩基からなる塩基配列読み取り装置によ
っても解決される。また上記課題は、該複数のヌクレオ
チド鎖が同一の鎖長（Ｎ量体）である塩基配列読み取り
装置によっても解決される。また上記課題は、該Ｎ量体
の複数のヌクレオチド鎖がＮ量体に対する全配列ライブ
ラリーである塩基配列読み取り装置によっても解決され
る。また上記課題は、該複数のヌクレオチド鎖が検出目
的遺伝子に予想される塩基配列の断片である塩基配列読
み取り装置によっても解決される。また上記課題は、該
ヌクレオチド鎖と相補結合している他のヌクレオチド鎖
を有し、該他のヌクレオチド鎖には検出目的遺伝子より
も重質量を持つ化学種が固定化されてなる塩基配列読み
取り装置によっても解決される。また上記課題は、該化
学種がポリスチレン、磁性体、等の微粒子である塩基配
列読み取り装置によっても解決される。また上記課題
は、該電気機械変換素子が弾性波素子である塩基配列読
み取り装置によっても解決される。また上記課題は、該
弾性波素子が水晶発振子（ＱＣＭ）あるいは表面弾性波
素子（ＳＡＷ）である塩基配列読み取り装置によっても
解決される。
が７から１００塩基からなる塩基配列読み取り装置によ
っても解決される。また上記課題は、該複数のヌクレオ
チド鎖が同一の鎖長（Ｎ量体）である塩基配列読み取り
装置によっても解決される。また上記課題は、該Ｎ量体
の複数のヌクレオチド鎖がＮ量体に対する全配列ライブ
ラリーである塩基配列読み取り装置によっても解決され
る。また上記課題は、該複数のヌクレオチド鎖が検出目
的遺伝子に予想される塩基配列の断片である塩基配列読
み取り装置によっても解決される。また上記課題は、該
ヌクレオチド鎖と相補結合している他のヌクレオチド鎖
を有し、該他のヌクレオチド鎖には検出目的遺伝子より
も重質量を持つ化学種が固定化されてなる塩基配列読み
取り装置によっても解決される。また上記課題は、該化
学種がポリスチレン、磁性体、等の微粒子である塩基配
列読み取り装置によっても解決される。また上記課題
は、該電気機械変換素子が弾性波素子である塩基配列読
み取り装置によっても解決される。また上記課題は、該
弾性波素子が水晶発振子（ＱＣＭ）あるいは表面弾性波
素子（ＳＡＷ）である塩基配列読み取り装置によっても
解決される。
【０００６】
【作用】本発明の塩基配列読み取り装置は、シークエン
シングするためのヌクレオチド鎖の集積化アレーと該集
積化アレーを目的遺伝子とハイブリダイズしたときの電
気機械変換素子の特性変化を測定する手段と測定データ
を解析して遺伝子の塩基配列を解明する手段とを備えた
ものである。水晶振動子の表面にヌクレオチド鎖の全配
列を２次元状に配置し、その配置の番地が付けられて、
その反対側の表面には微小金電極がヌクレオチド鎖固定
位置に対応して形成されている水晶振動子と、それぞれ
の微小電極部と電気接続するための微小探針と、その出
力を切り換えるためのスキャナー部と、各微小電極のイ
ンピーダンスを測定する手段と、ヌクレオチド鎖全配列
を固定化した水晶振動子と解析目的の遺伝子とをハイブ
リダイズさせたのち、インピーダンスを測定した結果を
各番地に対応する部分の水晶振動子のインピーダンス変
化を精密に測定し解析して、等価回路のパラメータおよ
び共振周波数の変化を算出する手段と、共振周波数が正
にシフトしている配列の番地を検出し、その周波数シフ
トの大きさと等価回路パラメータ等を記憶・記録する手
段と、配置番地と固定化ヌクレオチド鎖の塩基配列との
対応表から塩基配列を読み取る手段と、ハイブリダイズ
した全ての固定化ヌクレオチド鎖の塩基配列情報を矛盾
なく繋ぎ合わす手段とを備えて、解析目的の遺伝子の塩
基配列を解読する。
シングするためのヌクレオチド鎖の集積化アレーと該集
積化アレーを目的遺伝子とハイブリダイズしたときの電
気機械変換素子の特性変化を測定する手段と測定データ
を解析して遺伝子の塩基配列を解明する手段とを備えた
ものである。水晶振動子の表面にヌクレオチド鎖の全配
列を２次元状に配置し、その配置の番地が付けられて、
その反対側の表面には微小金電極がヌクレオチド鎖固定
位置に対応して形成されている水晶振動子と、それぞれ
の微小電極部と電気接続するための微小探針と、その出
力を切り換えるためのスキャナー部と、各微小電極のイ
ンピーダンスを測定する手段と、ヌクレオチド鎖全配列
を固定化した水晶振動子と解析目的の遺伝子とをハイブ
リダイズさせたのち、インピーダンスを測定した結果を
各番地に対応する部分の水晶振動子のインピーダンス変
化を精密に測定し解析して、等価回路のパラメータおよ
び共振周波数の変化を算出する手段と、共振周波数が正
にシフトしている配列の番地を検出し、その周波数シフ
トの大きさと等価回路パラメータ等を記憶・記録する手
段と、配置番地と固定化ヌクレオチド鎖の塩基配列との
対応表から塩基配列を読み取る手段と、ハイブリダイズ
した全ての固定化ヌクレオチド鎖の塩基配列情報を矛盾
なく繋ぎ合わす手段とを備えて、解析目的の遺伝子の塩
基配列を解読する。
【０００７】ヌクレオチド鎖は、その鎖長が７以上であ
れば高い選択性をもって検出目的の遺伝子とハイブリダ
イズすることができる。また、鎖長の上限は特に定めら
れないが、全配列ライブラリーを電気機械変換素子上に
配置する場合は例えば同一鎖長のヌクレオチド鎖を使用
する場合、ヌクレオチドが一つ増える毎に組み合わせが
対数的に増加するので２０程度迄とすることが望まし
い。また、ヌクレオチド鎖が検出目的の遺伝子に予想さ
れる塩基配列の断片である場合は、１００あるいはより
長い鎖長とすることができる。また、好ましくは、本発
明の遺伝子検出部には、弾性波素子と、検出目的の遺伝
子と同一の核酸配列を持つ他のヌクレオチド鎖とから構
成され、さらに弾性波素子の電極表面に固定化されたヌ
クレオチド鎖と該ヌクレオチド鎖と相補結合している他
のヌクレオチド鎖には検出目的の遺伝子の質量よりも大
きな質量を持つ化学種が固定化される。例えば、ヌクレ
オチド鎖の５’−末端の片方が弾性波素子の電極表面に
固定化されており、該ヌクレオチド鎖の相補結合してい
る反対側の他のヌクレオチド鎖の５’−末端には化学種
が固定化されてなるオクタマーＤＮＡ固定素子であっ
て、目的ＤＮＡと交換相補結合することによる質量減少
による発振周波数の増大を検出して目的ＤＮＡ中の８塩
基配列を検出しそれをもとにＤＮＡの全塩基配列を読む
ことができる。尚、本発明において電気機械変換素子と
は、電気−機械変換機能、あるいは電気−機械−光変換
機能をもつ素子であり、弾性波素子とは、電気音響トラ
ンスデューサをいい、水晶発振子、表面弾性波素子、バ
ルク弾性波素子が例示される。以上、本発明の塩基配列
読み取り装置の作用について詳述したが、遺伝子検出部
については本発明者が先に出願した特願平４−２３８６
０７号（平成４年９月７日出願）により詳しいので参照
されたい。
れば高い選択性をもって検出目的の遺伝子とハイブリダ
イズすることができる。また、鎖長の上限は特に定めら
れないが、全配列ライブラリーを電気機械変換素子上に
配置する場合は例えば同一鎖長のヌクレオチド鎖を使用
する場合、ヌクレオチドが一つ増える毎に組み合わせが
対数的に増加するので２０程度迄とすることが望まし
い。また、ヌクレオチド鎖が検出目的の遺伝子に予想さ
れる塩基配列の断片である場合は、１００あるいはより
長い鎖長とすることができる。また、好ましくは、本発
明の遺伝子検出部には、弾性波素子と、検出目的の遺伝
子と同一の核酸配列を持つ他のヌクレオチド鎖とから構
成され、さらに弾性波素子の電極表面に固定化されたヌ
クレオチド鎖と該ヌクレオチド鎖と相補結合している他
のヌクレオチド鎖には検出目的の遺伝子の質量よりも大
きな質量を持つ化学種が固定化される。例えば、ヌクレ
オチド鎖の５’−末端の片方が弾性波素子の電極表面に
固定化されており、該ヌクレオチド鎖の相補結合してい
る反対側の他のヌクレオチド鎖の５’−末端には化学種
が固定化されてなるオクタマーＤＮＡ固定素子であっ
て、目的ＤＮＡと交換相補結合することによる質量減少
による発振周波数の増大を検出して目的ＤＮＡ中の８塩
基配列を検出しそれをもとにＤＮＡの全塩基配列を読む
ことができる。尚、本発明において電気機械変換素子と
は、電気−機械変換機能、あるいは電気−機械−光変換
機能をもつ素子であり、弾性波素子とは、電気音響トラ
ンスデューサをいい、水晶発振子、表面弾性波素子、バ
ルク弾性波素子が例示される。以上、本発明の塩基配列
読み取り装置の作用について詳述したが、遺伝子検出部
については本発明者が先に出願した特願平４−２３８６
０７号（平成４年９月７日出願）により詳しいので参照
されたい。
【０００８】以下に本発明の塩基配列読み取り装置につ
いて図面を引用してより詳細に説明する。図１は遺伝子
検出部の外観を示した模式図であり、水晶振動子１の表
面には、２５６×２５６個のオクタマーヌクレオチド２
０が２次元状に配置され番地が付けられている。２次元
配置の番地は、オクタマーの塩基配列と関係つけて読み
取り易いように一定の規則の基に並べられる。例えば、
二進数コード化するとコンピュータで処理し易く便利で
ある。それぞれの固定化オクタマーヌクレオチドには微
粒子を化学結合したオクタマーヌクレオチドが相補結合
している。該微粒子には、平均質量が０.１ｐｇのポリ
スチレンビーズなどのポリマー微粒子やフェライトなど
のセラミック微粒子等を用いることができる。図２は遺
伝子検出部を側面からみた模式図であり、オクタマー全
配列を固定化した水晶振動子１の反対側の表面には５０
×５０μｍ2の微小金電極２がオクタマー固定配列位置
に対応して形成されている。それぞれの微小電極２とは
微小探針３で電気的な接続がなされ、その出力は図３に
示されるスキャナー５により切り換えられてインピーダ
ンス測定装置に印加される。該微小探針３は３次元移動
できる機構を備えたプローバ装置４に装着され全配列の
部分を接触するように走査させる。オクタマー全配列を
固定化した水晶振動子１は、解析目的のＤＮＡとハイブ
リダイズさせたのち、インピーダンス測定装置６を用い
て各番地に対応する部分の水晶振動子のインピーダンス
変化を精密に測定し解析して、等価回路のパラメータお
よび共振周波数の変化を算出する。そして、共振周波数
がシフトしている配列の番地を検出し、その周波数シフ
トの大きさと等価回路パラメータ等を記憶・記録する。
配置番地と固定化ＤＮＡ塩基配列との対応表から８塩基
分の塩基配列を読み取る。次にこのようにして得られた
全ての８塩基配列情報を矛盾なく繋ぎ合わすことによ
り、解析目的のＤＮＡの塩基配列を解読することができ
る。
いて図面を引用してより詳細に説明する。図１は遺伝子
検出部の外観を示した模式図であり、水晶振動子１の表
面には、２５６×２５６個のオクタマーヌクレオチド２
０が２次元状に配置され番地が付けられている。２次元
配置の番地は、オクタマーの塩基配列と関係つけて読み
取り易いように一定の規則の基に並べられる。例えば、
二進数コード化するとコンピュータで処理し易く便利で
ある。それぞれの固定化オクタマーヌクレオチドには微
粒子を化学結合したオクタマーヌクレオチドが相補結合
している。該微粒子には、平均質量が０.１ｐｇのポリ
スチレンビーズなどのポリマー微粒子やフェライトなど
のセラミック微粒子等を用いることができる。図２は遺
伝子検出部を側面からみた模式図であり、オクタマー全
配列を固定化した水晶振動子１の反対側の表面には５０
×５０μｍ2の微小金電極２がオクタマー固定配列位置
に対応して形成されている。それぞれの微小電極２とは
微小探針３で電気的な接続がなされ、その出力は図３に
示されるスキャナー５により切り換えられてインピーダ
ンス測定装置に印加される。該微小探針３は３次元移動
できる機構を備えたプローバ装置４に装着され全配列の
部分を接触するように走査させる。オクタマー全配列を
固定化した水晶振動子１は、解析目的のＤＮＡとハイブ
リダイズさせたのち、インピーダンス測定装置６を用い
て各番地に対応する部分の水晶振動子のインピーダンス
変化を精密に測定し解析して、等価回路のパラメータお
よび共振周波数の変化を算出する。そして、共振周波数
がシフトしている配列の番地を検出し、その周波数シフ
トの大きさと等価回路パラメータ等を記憶・記録する。
配置番地と固定化ＤＮＡ塩基配列との対応表から８塩基
分の塩基配列を読み取る。次にこのようにして得られた
全ての８塩基配列情報を矛盾なく繋ぎ合わすことによ
り、解析目的のＤＮＡの塩基配列を解読することができ
る。
【０００９】ここで、本発明に係るＤＮＡ検出の原理に
ついて説明する。検出目的の遺伝子ＤＮＡが、センサに
固定化された該ＤＮＡと相同の配列を持つ修飾ＤＮＡと
相同置換するときに生ずる質量変化の差を弾性波素子の
振動の変化として高感度に計測する。このとき、置換さ
れるＤＮＡの質量を検出目的ＤＮＡのそれより大きくし
ておくことで一個のレベルまでの遺伝子の検出同定が迅
速に行うことができる。例えば、置換されるＤＮＡ
（Ｂ）鎖に結合している高質量の微粒子化学種が一緒に
外れるので、いま、検出目的ＤＮＡ（Ｂ）鎖の質量を
ｙ、微粒子化学種の質量をａ、固定ＤＮＡ（Ｂ）鎖の質
量をｘとおいて微粒子の質量を検出目的ＤＮＡ（Ｂ）鎖
のそれより大きいので、ａ＞＞ｙ＞ｘの関係が成り立
ち、その質量変化は、 △ｍａ＝ｙ−ｘ−ａ （△ｍａ＜０） と表せる。一方、微粒子化学種が無い場合、その質量変
化は、 △ｍ＝ｙ−ｘ （△ｍ＞０） となる。よって、相同交換反応を引き金にして、変化が
逆（軽くなる方向）で、質量変化を（｜△ｍａ／△ｍ
｜）倍増幅したことになる。本発明では、検出目的ＤＮ
Ａの長さは１００ｋｂｐ以下を対象としているので、ｙ
≦５×１０-17（ｇ）、固定ＤＮＡはオクタマーである
ので、ｘ＝４×１０-20（ｇ）、微粒子の質量を０．１
ｐｇとすると、１０4倍以上の増幅を行ったことにな
る。質量感度は、以下のようにして求められる。ＡＴカ
ット水晶振動子の質量感度（Δｍ／ΔＦ，（ｇ／Ｈ
ｚ））は、次式で与えられる。 Δｍ／ΔＦ＝−４.３４８×１０-7Ａ（Ｆ0）-2 ・・・・（１） ここに、共振周波数Ｆ0（ＭＨｚ）、電極面積Ａ（ｃ
ｍ2）である。したがって、Ｆ0＝１０ＭＨｚのＡＴ水晶
振動子で面積が５０×５０μｍ2の電極部では質量感度
は、およそ０.１ｐｇ／Ｈｚと求められる。これらのこ
とから０.１ｐｇの質量変化をつくり出せるとＤＮＡ１
分子から検出が可能となる。
ついて説明する。検出目的の遺伝子ＤＮＡが、センサに
固定化された該ＤＮＡと相同の配列を持つ修飾ＤＮＡと
相同置換するときに生ずる質量変化の差を弾性波素子の
振動の変化として高感度に計測する。このとき、置換さ
れるＤＮＡの質量を検出目的ＤＮＡのそれより大きくし
ておくことで一個のレベルまでの遺伝子の検出同定が迅
速に行うことができる。例えば、置換されるＤＮＡ
（Ｂ）鎖に結合している高質量の微粒子化学種が一緒に
外れるので、いま、検出目的ＤＮＡ（Ｂ）鎖の質量を
ｙ、微粒子化学種の質量をａ、固定ＤＮＡ（Ｂ）鎖の質
量をｘとおいて微粒子の質量を検出目的ＤＮＡ（Ｂ）鎖
のそれより大きいので、ａ＞＞ｙ＞ｘの関係が成り立
ち、その質量変化は、 △ｍａ＝ｙ−ｘ−ａ （△ｍａ＜０） と表せる。一方、微粒子化学種が無い場合、その質量変
化は、 △ｍ＝ｙ−ｘ （△ｍ＞０） となる。よって、相同交換反応を引き金にして、変化が
逆（軽くなる方向）で、質量変化を（｜△ｍａ／△ｍ
｜）倍増幅したことになる。本発明では、検出目的ＤＮ
Ａの長さは１００ｋｂｐ以下を対象としているので、ｙ
≦５×１０-17（ｇ）、固定ＤＮＡはオクタマーである
ので、ｘ＝４×１０-20（ｇ）、微粒子の質量を０．１
ｐｇとすると、１０4倍以上の増幅を行ったことにな
る。質量感度は、以下のようにして求められる。ＡＴカ
ット水晶振動子の質量感度（Δｍ／ΔＦ，（ｇ／Ｈ
ｚ））は、次式で与えられる。 Δｍ／ΔＦ＝−４.３４８×１０-7Ａ（Ｆ0）-2 ・・・・（１） ここに、共振周波数Ｆ0（ＭＨｚ）、電極面積Ａ（ｃ
ｍ2）である。したがって、Ｆ0＝１０ＭＨｚのＡＴ水晶
振動子で面積が５０×５０μｍ2の電極部では質量感度
は、およそ０.１ｐｇ／Ｈｚと求められる。これらのこ
とから０.１ｐｇの質量変化をつくり出せるとＤＮＡ１
分子から検出が可能となる。
【００１０】
（実施例１） スキャナーバージョン 以下、本発明の実施例を図面を参照して具体的に説明す
る。第１図は、本発明の一実施例によるＤＮＡ読み取り
装置のブロック図を示すように、可能性のある全ての
塩基配列の組み合わせのオクタマーヌクレオチドが水晶
発振子上に固定化されているＯｃｔａｍｅｒ固定水晶振
動子１、Ｏｃｔａｍｅｒ固定パターンに対応して形成
されている微小電極部２に接続するための微小探針３を
持つプローバー装置４と、電極部２を切り換えるため
のスキャナー５と、水晶発振子の共振周波数や抵抗成
分の変化を測定するインピーダンスアナライザ６と、
得られた周波数データを解析し周波数の変化を検出する
データ処理装置７と、８merのライブラリー８と、
周波数の変化からＤＮＡ配列を解析するソフトウェア９
とから構成される。オクタマー固定水晶振動子１は、基
本共振周波数が１０.６ＭＨｚの水晶振動子（２０ｍｍ
角）１１の金電極１２の表面上に２５６×２５６の２次
元配列状に各塩基配列のオクタマーヌクレオチド２０が
固定形成されている。２次元配置は一定の規則性の基に
配置し、オクタマー塩基配列と関係つけ読み取り易いよ
うにした。例えば、二進数コード化するとコンピュータ
で処理し易く便利である。それぞれの固定化オクタマー
ヌクレオチドには微粒子を固定化したオクタマーヌクレ
オチドが相補結合している。微粒子には、平均質量が
０.１ｐｇのポリスチレンビーズを用いた。オクタマー
固定水晶振動子１の反対側の表面には、各オクタマー固
定位置に対応して直径５０μｍの金薄膜の微小電極部２
が形成されている。微小電極部とは微小探針３で電気的
な接続がなされ、その出力はスキャナー５により切り換
えられてインピーダンス測定装置に印加される。該微小
探針は３次元移動できる機構を備えたプローバ装置に装
備される。
る。第１図は、本発明の一実施例によるＤＮＡ読み取り
装置のブロック図を示すように、可能性のある全ての
塩基配列の組み合わせのオクタマーヌクレオチドが水晶
発振子上に固定化されているＯｃｔａｍｅｒ固定水晶振
動子１、Ｏｃｔａｍｅｒ固定パターンに対応して形成
されている微小電極部２に接続するための微小探針３を
持つプローバー装置４と、電極部２を切り換えるため
のスキャナー５と、水晶発振子の共振周波数や抵抗成
分の変化を測定するインピーダンスアナライザ６と、
得られた周波数データを解析し周波数の変化を検出する
データ処理装置７と、８merのライブラリー８と、
周波数の変化からＤＮＡ配列を解析するソフトウェア９
とから構成される。オクタマー固定水晶振動子１は、基
本共振周波数が１０.６ＭＨｚの水晶振動子（２０ｍｍ
角）１１の金電極１２の表面上に２５６×２５６の２次
元配列状に各塩基配列のオクタマーヌクレオチド２０が
固定形成されている。２次元配置は一定の規則性の基に
配置し、オクタマー塩基配列と関係つけ読み取り易いよ
うにした。例えば、二進数コード化するとコンピュータ
で処理し易く便利である。それぞれの固定化オクタマー
ヌクレオチドには微粒子を固定化したオクタマーヌクレ
オチドが相補結合している。微粒子には、平均質量が
０.１ｐｇのポリスチレンビーズを用いた。オクタマー
固定水晶振動子１の反対側の表面には、各オクタマー固
定位置に対応して直径５０μｍの金薄膜の微小電極部２
が形成されている。微小電極部とは微小探針３で電気的
な接続がなされ、その出力はスキャナー５により切り換
えられてインピーダンス測定装置に印加される。該微小
探針は３次元移動できる機構を備えたプローバ装置に装
備される。
【００１１】（実験例１）実施例１の遺伝子読み取り装
置を用いて、配列が既知の２０塩基のＤＮＡ（式２）を
合成して測定した。尚、式３は式２と相補結合したヌク
レオチド鎖を示す。 ５’−ＧＧＡＴＣＧＡＴＣＣＡＡＴＣＧＴＡＣＴＧ−３’・・・・（２） ３’−ＣＣＧＡＧＣＴＡＧＧＴＴＡＧＣＡＴＧＡＣ−５’・・・・（３） 読み取りの結果を表１に示したように２６個の固定オク
タマーとハイブリダイズしていることが読めた。次にそ
の２６個のオクタマー配列に１から２６の番号を付け
て、それぞれ７個の塩基配列が同じになるペアを見つけ
ながら順次ならべて行くと、１から１３の配列では、Ｇ
ＧＡＴＣＧＡＴＣＣＡＡＴＣＧＴＡＣＴＧと読めた。ま
た、１４から２６では、ＣＣＧＡＧＣＴＡＧＧＴＴＡＧ
ＣＡＴＧＡＣと読めることが分かった。解読した配列は
それぞれ式２および式３と相同であった。以上のことか
ら本発明装置を用いて色々な遺伝子の配列を読むことが
できることは明かである。
置を用いて、配列が既知の２０塩基のＤＮＡ（式２）を
合成して測定した。尚、式３は式２と相補結合したヌク
レオチド鎖を示す。 ５’−ＧＧＡＴＣＧＡＴＣＣＡＡＴＣＧＴＡＣＴＧ−３’・・・・（２） ３’−ＣＣＧＡＧＣＴＡＧＧＴＴＡＧＣＡＴＧＡＣ−５’・・・・（３） 読み取りの結果を表１に示したように２６個の固定オク
タマーとハイブリダイズしていることが読めた。次にそ
の２６個のオクタマー配列に１から２６の番号を付け
て、それぞれ７個の塩基配列が同じになるペアを見つけ
ながら順次ならべて行くと、１から１３の配列では、Ｇ
ＧＡＴＣＧＡＴＣＣＡＡＴＣＧＴＡＣＴＧと読めた。ま
た、１４から２６では、ＣＣＧＡＧＣＴＡＧＧＴＴＡＧ
ＣＡＴＧＡＣと読めることが分かった。解読した配列は
それぞれ式２および式３と相同であった。以上のことか
ら本発明装置を用いて色々な遺伝子の配列を読むことが
できることは明かである。
【００１２】
【表１】 読み取りの結果 オクタマー配列 オクタマー配列 １ ＧＧＡＴＣＧＡＴ １４ ＣＣＧＡＧＣＴＡ ２ ＧＡＴＣＧＡＴＣ １５ ＣＧＡＧＣＴＡＧ ３ ＡＴＣＧＡＴＣＣ １６ ＧＡＧＣＴＡＧＧ ４ ＴＣＧＡＴＣＣＡ １７ ＡＧＣＴＡＧＧＴ ５ ＣＧＡＴＣＣＡＡ １８ ＧＣＴＡＧＧＴＴ ６ ＧＡＴＣＣＡＡＴ １９ ＣＴＡＧＧＴＴＡ ７ ＡＴＣＣＡＡＴＣ ２０ ＴＡＧＧＴＴＡＧ ８ ＴＣＣＡＡＴＣＧ ２１ ＡＧＧＴＴＡＧＣ ９ ＣＣＡＡＴＣＧＴ ２２ ＧＧＴＴＡＧＣＡ １０ ＣＡＡＴＣＧＴＡ ２３ ＧＴＴＡＧＣＡＴ １１ ＡＡＴＣＧＴＡＣ ２４ ＴＴＡＧＣＡＴＧ １２ ＡＴＣＧＴＡＣＴ ２５ ＴＡＧＣＡＴＧＡ １３ ＴＣＧＴＡＣＴＧ ２６ ＡＧＣＡＴＧＡＣ
【００１３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、放射標識や酵素等を用いないので取扱いが簡単であ
る。操作が簡単であるので、従来法に比較して迅速測定
が可能である。また、本発明の検出部分は、再生可能な
ので、繰り返し使用して検査コストを低くできる。本発
明の遺伝子読み取り装置には複数のペプチド鎖を固定し
ているので、同時に多種類検査に用いることができる。
本発明は、通常とは逆の質量減少する方式の原理であ
り、選択性（特異性）にならびに感度に優れている。ま
た、医学的に見ると、本発明によれば、ヒト遺伝子の解
明が加速され、遺伝子レベルで病因診断や難病治療に貢
献し人類の福祉に役立つ。癌遺伝子や癌抑制遺伝子を効
率よく解明できるので、再発や発症の予防への手法の選
択の幅が広がる。また、ＨＩＶウイルス、ＨＣＶウイル
ス等の感染症を遺伝子レベルで精確にかつ迅速に診断し
て、初期の段階で根本治療を実行することができるよう
になる。
は、放射標識や酵素等を用いないので取扱いが簡単であ
る。操作が簡単であるので、従来法に比較して迅速測定
が可能である。また、本発明の検出部分は、再生可能な
ので、繰り返し使用して検査コストを低くできる。本発
明の遺伝子読み取り装置には複数のペプチド鎖を固定し
ているので、同時に多種類検査に用いることができる。
本発明は、通常とは逆の質量減少する方式の原理であ
り、選択性（特異性）にならびに感度に優れている。ま
た、医学的に見ると、本発明によれば、ヒト遺伝子の解
明が加速され、遺伝子レベルで病因診断や難病治療に貢
献し人類の福祉に役立つ。癌遺伝子や癌抑制遺伝子を効
率よく解明できるので、再発や発症の予防への手法の選
択の幅が広がる。また、ＨＩＶウイルス、ＨＣＶウイル
ス等の感染症を遺伝子レベルで精確にかつ迅速に診断し
て、初期の段階で根本治療を実行することができるよう
になる。
図１は、本発明の塩基配列の検出原理を説明する図であ
り、遺伝子検出部の外観を示した模式図である。図２
は、本発明の塩基配列の検出原理を説明する図であり、
遺伝子検出部を側面からみた模式図である。図３は、本
発明の１実施例による塩基配列読み取りシステムのブロ
ック図を示す。
り、遺伝子検出部の外観を示した模式図である。図２
は、本発明の塩基配列の検出原理を説明する図であり、
遺伝子検出部を側面からみた模式図である。図３は、本
発明の１実施例による塩基配列読み取りシステムのブロ
ック図を示す。
Claims (1)
- 【請求項１】電気機械変換素子と、該電気機械変換素子
の表面に固定された塩基配列の明らかな複数のヌクレオ
チド鎖と、該ヌクレオチド鎖にそれぞれ対応して該電気
機械変換素子の裏面に設けられた電極と、該電極に接続
され該電極の電気機械変換素子の電気特性の変化を測定
する測定手段と、変化の測定された電極に対応するヌク
レオチド鎖の塩基配列から検出目的遺伝子の塩基配列を
決定する処理手段とからなることを特徴とする塩基配列
読み取り装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2949793A JPH06245754A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 塩基配列読み取り装置 |
| EP93307056A EP0587408A1 (en) | 1992-09-07 | 1993-09-07 | Method for determination of DNA and sensor therefor |
| US08/117,329 US5552274A (en) | 1992-09-07 | 1993-09-07 | Method for detecting target sequences by oscillation frequency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2949793A JPH06245754A (ja) | 1993-02-19 | 1993-02-19 | 塩基配列読み取り装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06245754A true JPH06245754A (ja) | 1994-09-06 |
Family
ID=12277718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2949793A Pending JPH06245754A (ja) | 1992-09-07 | 1993-02-19 | 塩基配列読み取り装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06245754A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000283905A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Noboru Koyama | マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス |
| US7371532B2 (en) | 2004-09-28 | 2008-05-13 | Sony Corporation | Method and apparatus for determining base sequence of nucleic acid molecule |
| JP2009534652A (ja) * | 2006-04-20 | 2009-09-24 | デラウェア キャピタル フォーメーション インク | 過酷な環境用の被膜およびそれを用いたセンサ |
-
1993
- 1993-02-19 JP JP2949793A patent/JPH06245754A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000283905A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Noboru Koyama | マルチチャンネルｑｃｍセンサデバイス |
| US7371532B2 (en) | 2004-09-28 | 2008-05-13 | Sony Corporation | Method and apparatus for determining base sequence of nucleic acid molecule |
| JP2009534652A (ja) * | 2006-04-20 | 2009-09-24 | デラウェア キャピタル フォーメーション インク | 過酷な環境用の被膜およびそれを用いたセンサ |
| JP4913863B2 (ja) * | 2006-04-20 | 2012-04-11 | デラウェア キャピタル フォーメーション インク | 過酷な環境用の被膜およびそれを用いたセンサ |
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