KR100429967B1 - Method of analysing one or more gene by using a dna chip - Google Patents

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KR100429967B1 KR10-2001-0007528A KR20010007528A KR100429967B1 KR 100429967 B1 KR100429967 B1 KR 100429967B1 KR 20010007528 A KR20010007528 A KR 20010007528A KR 100429967 B1 KR100429967 B1 KR 100429967B1
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    • C12Q2563/00Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties
    • C12Q2563/107Nucleic acid detection characterized by the use of physical, structural and functional properties fluorescence

Abstract

본발명은 분석대상 핵산과 상보적인 DNA가 배열된 DNA포획칩을 시료용액에 담궈 분석대상 핵산을 DNA 포획칩상의 DNA와 혼성화시키고, 이를 탐지 DNA 기판으로 이동시키고, 분석대상 핵산에 상보적인 서열을 가지며 형광 표지된 프로브 DNA를 혼성화시키고, 탐지 DNA 기판의 형광을 분석하여 시료중 핵산의 정보를 분석하는 방법에 관한 것으로서, 하나이상의 분석대상 핵산이 결합된 DNA 탐지칩을 제조함으로써 시료내 핵산이 고정된 별도의 DNA 탐지칩을 제조할 수 있어 분석대상 생명체의 유전자를 하나의 기판에 올린 DNA칩을 제조할 수 있고, 하나의 DNA칩으로 다수의 유전자 부위를 분석하여 DNA분석에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있다. 또한, 상기 DNA 탐지칩에 별도로 제조된 형광표지 프로브 DNA을 결합시켜 유전정보를 분석하므로, 본발명의 유전자 분석방법은 변이유전자의 분석을 위해 시료 DNA나 DNA 포획칩상에 고정된 핵산에 리포터 물질을 추가하는 단계가 필요하지 않으며, 또한, 검출되는 신호수준이 비슷하고 간섭을 줄일 수 있어 복잡한 이미지 분석과정없이도 유전자에 대한 정보를 얻을 수 있다.According to the present invention, a DNA capture chip in which DNA complementary to an analyte nucleic acid is arranged is immersed in a sample solution to hybridize the analyte nucleic acid to DNA on a DNA capture chip, transfer it to a detection DNA substrate, and sequence complementary to the nucleic acid to be analyzed. The present invention relates to a method of hybridizing fluorescently labeled probe DNA and analyzing the fluorescence of a detection DNA substrate to analyze information of nucleic acids in a sample. It is possible to manufacture a separate DNA detection chip that can be used to manufacture a DNA chip that puts the gene of an organism to be analyzed on a single substrate, and to analyze a number of gene sites with a single DNA chip to save time and cost required for DNA analysis. Can be reduced. In addition, since the genetic information is analyzed by combining the fluorescently labeled probe DNA prepared separately with the DNA detection chip, the gene analysis method of the present invention uses a reporter material on a nucleic acid immobilized on a sample DNA or a DNA capture chip for analysis of a mutant gene. No additional steps are required, and the signal levels detected are similar and interference can be reduced, allowing information on genes without complex image analysis.

Description

DNA칩을 이용한 유전자 분석방법{METHOD OF ANALYSING ONE OR MORE GENE BY USING A DNA CHIP}Gene analysis method using DNA chip {METHOD OF ANALYSING ONE OR MORE GENE BY USING A DNA CHIP}

본 발명은 DNA칩을 이용한 유전자 분석방법 및 이에 이용되는 DNA 탐지칩에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, DNA의 상보적 혼성화 특성을 이용하여, 시료내 하나 이상의 유전자 부위를 특정위치로 배열시키고, 이와 형광표지된 프로브를 경쟁적으로 결합(competitive binding)시킴으로써, 시료에 존재하는 하나 이상의 유전자의 유전정보를 동시에 얻는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a genetic analysis method using a DNA chip and a DNA detection chip used therein. More specifically, using the complementary hybridization properties of DNA, one or more gene sites in a sample can be arranged in a specific position and competitive binding of fluorescently labeled probes thereof results in the determination of one or more genes present in the sample. It is about how to obtain genetic information at the same time.

DNA 서열 정보는 분자생물학 기술의 발전으로 빠른 속도로 증가하고 있어 현대 분자생물학의 중요한 과제의 하나는 새로운 유전정보를 진단에 응용할 수 있도록 빠르고 비용이 적게 드는 기술을 개발하는 것이다. DNA 진단도구 및 유전자 분석도구 가운데 최근에 개발되어 많은 관심을 받고 있는 기술은 DNA분자를 2차원 표면위에 고밀도로 배열시켜 놓은 DNA 칩이다. DNA 칩이란 매우 많은 종류의 DNA를고밀도로 배열 및 고정화시킨 기판을 말한다. DNA 칩은 기판에 고정된 유전물질의 특성 및 크기에 따라, 100bp 이상의 유전자 (full-length open leading frame 또는 EST)가 배열되어 있는 cDNA칩과, 100bp 미만의 염기들로 화학반응으로 합성한 DNA가 배열되어 있는 올리고뉴클레오타이드 칩으로 나누어 질 수 있다. DNA 칩은 칩의 표면상에서 직접 DNA분자를 합성하거나 미리 합성된 DNA분자를 표면에 고정하는 방법으로 칩표면에 배열된다. DNA 칩은 그 구체적인 제작방법에 따라 핀 미세기판칩(pin microarray chip), 잉크젯 미세기판칩(inkjet microarray chip), 광석판칩(photolithograph chip), 전자적 DNA칩(Electronic array DNA chip)으로 구분할 수 있다.As DNA sequence information is rapidly increasing due to the development of molecular biology technology, one of the important tasks of modern molecular biology is to develop fast and inexpensive technology to apply new genetic information to diagnosis. A recent development of DNA diagnostic tools and genetic analysis tools is a DNA chip in which DNA molecules are densely arranged on a two-dimensional surface. A DNA chip is a substrate in which a large number of DNAs are arranged and immobilized with high density. DNA chip is composed of cDNA chip with 100bp or more genes (full-length open leading frame or EST) and DNA synthesized by chemical reaction with less than 100bp. It can be divided into oligonucleotide chips arranged. DNA chips are arranged on the chip surface by synthesizing DNA molecules directly on the surface of the chip or by immobilizing pre-synthesized DNA molecules on the surface. The DNA chip may be classified into a pin microarray chip, an inkjet microarray chip, a photolithograph chip, and an electronic array DNA chip according to a specific manufacturing method thereof.

광석판 DNA칩은 반도체 공정에서 많이 사용되는 광석판기술을 이용하여 올리고뉴클레오타이드를 기판상에 배열한 것이며, 미국특허 제 5,143854호에 구체적 방법이 상세히 기재되어 있다. 상기 DNA칩의 제조방법은 DNA칩 제조시마다 각각의 패턴을 갖는 마스크가 필요하므로 대량 생산시에 공정이 복잡하여 고가의 장비가 필요하므로 제조원가가 비싸고 각각의 공정마다 세척과 마스크 배열과정이 필요하다는 문제점이 있다.The ore plate DNA chip is an oligonucleotide arrayed on a substrate using an ore plate technique, which is widely used in a semiconductor process, and a specific method is described in detail in US Pat. No. 5,143854. Since the DNA chip manufacturing method requires a mask having each pattern for each DNA chip manufacturing process, the process is complicated in mass production and expensive equipment is required. Therefore, the manufacturing cost is high and the cleaning and mask arrangement process is required for each process. There is this.

핀 미세기판 DNA칩은 Schena M등의 "Quantitative monitoring of gene expression pattern with a complementary DNA microarray", Science, 270(5253):467-470, 1995에 기재되어 있다. 구체적으로, 세부분으로 이루어지는데, 기판(유전자와 결합을 위해서 유리표면에 폴리-L-라이신이 처리됨), 프로브 DNA(PCR로 증폭한 96-웰상에 있으며 기판에 고정될 DNA), 핀이 장착된 로봇 프린터헤드(robotic print head: 웰에서부터 DNA을 유리기판으로 이동시켜 고정시키는 역할)로 이루어진다. 잉크젯 미세기판 DNA칩은 상기 핀 미세기판칩에서 사용되는 핀대신에 잉크젯 프린터에서 염료용액을 분사하는데 사용하는 카트리지와 동일한 원리의 카트리지를 사용하는 방법으로서, 각각의 카트리지 안에 고정대상 유전자가 포함되어 있어 전기적인 힘으로 유전자를 고형체위에 뿌리게 되는 것으로서, 뿌리는 방법에는 열적(Thermal) 방식, 솔레노이드(solenoid) 방식, 및 압전인쇄방식(piezoelectric) 방법이 있다. 이 기술의 장점은 유전자를 전기적으로 칩표면에 닿지 않고 뿌릴 수 있기 때문에 정량의 유전자가 붙어있는 많은 수의 칩을 생산할 수 있다는 것이나, 시료주입과 분사장치등의 동작시 번짐현상등이 나타나는 단점이 있다. 또한, 압전 인쇄방식(piezoelectric printing)을 이용하는 경우에는 4가지 염기중 하나를 전기적으로 방출시켜 표면위에 올리고뉴클레오타이드를 제조하는 방법이 있으며, 미국특허 제 5,474,796호에 기재되어 있다. 결과적으로, 상기 DNA칩들은 제조공정이 복잡하여 제조원가가 비싸고 대량생산에 문제점이 있으며, 다종의 유전자를 분석할 때는 비싼 DNA칩을 다수로 사용해야 하므로 비용이 비싸다.Fin microsubstrate DNA chips are described in Schena M et al., "Quantitative monitoring of gene expression pattern with a complementary DNA microarray," Science, 270 (5253): 467-470, 1995. Specifically, it consists of three parts: a substrate (poly-L-lysine is treated on the glass surface for binding to a gene), probe DNA (DNA on 96-well amplified by PCR and fixed on the substrate), and pins are mounted. Robotic print head (moving DNA from the well to the glass substrate to fix). The inkjet microchip DNA chip is a method using a cartridge of the same principle as the cartridge used to eject the dye solution in the inkjet printer instead of the pins used in the pin microsubstrate chip. Genes are sprinkled onto a solid body by electric force, and there are thermal methods, thermal methods, solenoid methods, and piezoelectric methods. The advantage of this technology is that the gene can be sprinkled without touching the surface of the chip electrically, so that it can produce a large number of chips with the quantitative gene attached, but there is a drawback that occurs when the sample is injected and the injection device is operated. have. In addition, in the case of using piezoelectric printing, there is a method of producing an oligonucleotide on a surface by electrically releasing one of four bases, which is described in US Pat. No. 5,474,796. As a result, the DNA chips have a complicated manufacturing process, which is expensive in manufacturing cost and has a problem in mass production, and is expensive because many DNA chips need to be used when analyzing multiple genes.

DNA 칩을 이용한 유전자 분석방법의 원리는, DNA칩상에 고정된 DNA 및/또는 분석대상 DNA에 형광분자등을 리포터물질로 첨가한 후에, DNA칩상에 고정된 특정 유전자의 cDNA 또는 올리고뉴클레오타이드와 시료 DNA를 혼성화하여 얻어진 형광의 강도 또는 종류에 따라 시료 DNA의 결합된 위치를 파악하여 시료 DNA 유전자 서열 및 기능을 알아내거나, 형광의 강도를 이용하여 특정 DNA의 발현정도를 분석하는것이다. DNA칩의 표면에 고정된 DNA 분자는 이미 알고 있는 서열을 가지고 있으므로 미지의 시료 DNA와의 혼성화를 통해, DNA시료와 결합된 위치로부터 미지시료의 DNA 정보, 예컨대 서열, 기능, 발현정도에 관한 정보 등을 알 수 있다. 구체적으로, 광석판법으로 제조된 DNA칩을 이용한 유전자 분석방법으로는, 분석대상 핵산을 분리, 증폭하고 형광 리포터기로 표지하고, DNA칩상의 핵산(probe array)과 혼성시키고, 기판상 프로브와 혼성화된 표적 DNA는 강한 형광을 방출하므로 이를 분석한다. 따라서, 기판상 프로브의 서열 및 위치를 이미 알고 있으므로 표적 DNA의 서열을 알 수 있다. 판 미세기판 DNA칩을 이용하여 효모 유전자의 발현정도를 분석한 예가 있다.The principle of gene analysis method using DNA chip is that cDNA or oligonucleotide of specific gene immobilized on DNA chip and sample DNA immobilized on DNA chip after adding fluorescent molecule or the like to reporter material. According to the intensity or type of fluorescence obtained by hybridization to determine the DNA DNA sequence and function of the sample by detecting the binding position of the sample DNA, or to analyze the expression level of specific DNA using the intensity of fluorescence. The DNA molecules immobilized on the surface of the DNA chip have a known sequence, and thus hybridize with unknown sample DNA, and thus, the DNA information of the unknown sample, such as information on the sequence, function, expression level, etc., from the position combined with the DNA sample. It can be seen. Specifically, in a genetic analysis method using a DNA chip prepared by the ore plate method, the nucleic acid to be analyzed is separated, amplified, labeled with a fluorescent reporter, hybridized with a nucleic acid (probe array) on a DNA chip, and hybridized with a probe on a substrate. The target DNA emits strong fluorescence so it is analyzed. Thus, since the sequence and position of the probe on the substrate are already known, the sequence of the target DNA can be known. An example of analyzing the expression level of a yeast gene using a plate micro substrate DNA chip.

기존의 대표적인 유전자 분석방법인 서던 블랏과 노던 블랏, 돌연변이 검색 및 DNA 서열분석 등과 비교할 때, 상기 DNA칩을 이용한 유전자 분석방법은 최소한 수백개 이상의 유전자를 빠른 시간내에 검색할 수 있으며, 유리와 같은 고형체를 사용함으로써 아주 적은 양의 유전물질을 고밀도로 붙일 수 있게 되었고 동시에 많은 수의 유전자를 빠른 시간내에 검색할 수 있게 된 것이다. 유전자 발현을 검색하는 데에는 cDNA 칩이나 올리고뉴클레오타이드 칩이 기존의 방법들보다 모두 뛰어나다는 장점이 있다.Compared with the existing representative gene analysis methods such as Southern blot and Northern blot, mutation detection and DNA sequencing, the genetic analysis method using the DNA chip can search at least several hundred genes in a short time, The use of shapes allows for the attaching of very small amounts of genetic material at high densities, while at the same time searching for large numbers of genes. The detection of gene expression has the advantage that both cDNA chips and oligonucleotide chips are superior to conventional methods.

또한, 올리고뉴클레오타이드 칩은 또한 돌연변이 검색에도 사용될 수 있어 돌연변이 검색, 병의 진단 또는 유전자 발현 청사진을 만드는데 많은 기여를 하고 있다. 기존의 변이 유전자의 분석 방법은 다양한 방법이 있으며 Methods in Molecular Biology Vol.9 "Procols in Human Molecular Genetics", ed. C. G.Mathew, Humana Press, NJ (1991)에 자세히 기재되어 있다. 흔히 사용되는 변이분석방법은 DNA 염기서열 분석이고, RFLP(restriction fragment length polymorphism)은 특정 염기서열을 선택적으로 자르는 제한효소를 사용해서 잘라진 조각을 겔 전기영동으로 분리분석해서 그 패턴으로 아는 방법인데 변이가 있는 염기 위치를 제한효소가 절단한다면 잘라진 조각의 크기가 바뀌게 되므로 유전자의 변이를 알 수 있게 된다. 또한, 변이부분에 맞는 프라이머를 사용하는 PCR 기법, 리가제(ligase)를 사용할 수도 있고(변이 부분이 리게이션 되도록 두 개의 올리고머를 넣고 리가제로 결합시켜 변이가 있으면 리게이션이 되지 않는 것을 이용), 서던 블랏이나 노던 블랏 방법으로 올리고머 프로브로 검출하는 방법, 그리고 DNA 칩을 사용할 수도 있는 등 방법을 다양한 방법이 가능하다. 그러나 이들 기존의 방법으로는 한 번에 하나의 변이 분석만이 가능하거나 복잡한 겔 전기영동 분석이 수반되어야 하므로 DNA 칩을 이용한 방법에 관심이 가고 있다.In addition, oligonucleotide chips can also be used for mutation detection, making a significant contribution to mutation detection, disease diagnosis or gene expression blueprints. Existing methods for analyzing mutated genes have various methods. Methods in Molecular Biology Vol. 9 "Procols in Human Molecular Genetics", ed. C. G. Mathew, Humana Press, NJ (1991). A commonly used mutation analysis method is DNA sequencing, and RFLP (restriction fragment length polymorphism) is a method of separating and analyzing fragments cut by gel electrophoresis using restriction enzymes that selectively cut specific sequences. If the restriction enzyme cuts the base position with, the size of the cut piece is changed, so the mutation of the gene can be known. In addition, a PCR technique using a primer suitable for the mutant portion, or ligase (ligase) may be used (two oligomers are added so that the mutant portion is ligated, and the ligase is combined to use a ligase that is not ligated). Various methods can be used, such as the detection by an oligomer probe by the Southern blot or the Northern blot method, and the use of a DNA chip. However, these conventional methods are interested in methods using DNA chips because only one mutation analysis can be performed at a time or complex gel electrophoresis analysis is required.

결국, cDNA 칩은 최소한 100 bp이상의 염기로 이루어진 유전자로 되어 있어 단백질의 세포내 발현이나 유전자의 기능 등의 정보를 알아내는 등의 연구목적에 주로 사용되나, 길이 때문에 염기서열상 약간의 차이가 있더라도 결합이 가능하여 돌연변이등으로 인한 유전정보의 차이를 알아내기는 힘들다는 단점이 있다. 또한 올리고뉴클레오타이드 칩은 100 bp 미만의 올리고뉴클레오타이드를 기판에 부착한 것으로서, cDNA 칩과 달리 단일염기의 차이도 구분해 낼 수 있다는 장점이 있어 돌연변이의 검색이 가능하지만, 올리고뉴클레타이드에 결합된 유전자가 어느 유전자인지 알지 못하기 때문에 PCR를 이용해 특정부위만 증폭시켜야 하며 하나의 칩에서검색할 수 있는 유전자 부위도 한정된다는 단점이 있고, DNA칩을 이용해서 분석하는 경우에 한꺼번에 많은 수의 유전자 분석이 어렵고, 유전자 분석으로 그 기능을 다할 뿐, 추가의 용도로 그 사용한 DNA칩을 이용할 수 없다는 단점이 있다.After all, cDNA chip is composed of genes consisting of at least 100 bp base, which is mainly used for research purposes such as finding information on protein expression and function of genes. There is a disadvantage in that it is difficult to detect the difference in genetic information due to mutations. In addition, the oligonucleotide chip is attached to the oligonucleotide of less than 100 bp to the substrate, unlike the cDNA chip has the advantage that can distinguish the difference between the single base, it is possible to search for mutations, but the gene bound to the oligonucleotide Because you don't know which gene is, you have to amplify only a specific part by PCR and limit the part of the gene that can be searched on a single chip. When analyzing using a DNA chip, a large number of gene analysis is performed at once. It is difficult and only performs its function by genetic analysis, and it has the disadvantage that the used DNA chip cannot be used for further use.

그러나, 상기 DNA 칩을 이용한 유전자 분석법은 생물체의 다양한 유전자 부위간의 염기서열의 차이를 분석하기 위해서는, 많은 수의 DNA칩이 필요하고 이에 따라 분석시간이 많이 걸리고 고가의 DNA칩을 다수로 필요로 한다는 문제점이 있다. 따라서 하나의 DNA칩으로 개인의 다수 유전자 염기서열의 DNA칩을 용이하게 제조하고, 이러한 유전자들을 동시에 분석하여 유전자 분석에 필요한 시간과 비용을 줄이는 방법을 제공할 필요가 있다.However, the genetic analysis method using the DNA chip requires a large number of DNA chips, which requires a lot of analysis time and requires a large number of expensive DNA chips in order to analyze the difference in the sequence between the various gene regions of the organism. There is a problem. Therefore, there is a need to provide a method for easily manufacturing a DNA chip of a plurality of gene sequences of an individual with a single DNA chip and analyzing these genes simultaneously to reduce the time and cost required for gene analysis.

상기와 같은 종래의 DNA칩을 이용한 유전자 분석의 문제점을 해결하고자, 본발명은 a) 분석대상 핵산에 상보적으로 결합가능한 DNA를 포함하는 이종의 DNA들이 결합된 DNA 포획칩과, 분석대상 핵산을 포함하는 시료용액을 준비하고, b) 상기 분석대상 핵산을 DNA 포획칩상의 DNA에 각각 상보적으로 결합시키고, 시료 핵산이 혼성화된 DNA 포획칩으로부터 비특이적으로 혼성화된 분석대상 핵산 분자를 제거하고, c) DNA 포획칩에 결합된 분석대상 핵산들을 새 DNA 기판상으로 이동시켜 DNA 탐지칩을 제조하는 방법을 제공한다.In order to solve the problems of genetic analysis using the conventional DNA chip as described above, the present invention provides a) a DNA capture chip in which heterologous DNAs, including DNA complementary to the nucleic acid to be analyzed, and a nucleic acid to be analyzed. B) binding the nucleic acid to be analyzed to the DNA on the DNA capture chip, respectively, and removing the non-specifically hybridized nucleic acid molecule from the DNA capture chip to which the sample nucleic acid is hybridized, c. The present invention provides a method of manufacturing a DNA detection chip by transferring analyte nucleic acids bound to a DNA capture chip onto a new DNA substrate.

또한 본발명은 추가로 d) 분석대상 핵산과 특이적으로 결합가능한 서열로 이루어지며 형광표지된 프로브 DNA을 탐지 DNA 칩상에 결합된 분석대상 핵산과 혼성화시켜 형광을 분석하는 단계를 포함하는, DNA 칩을 이용한 유전자의 분석방법을제공한다.In another aspect, the present invention further comprises d) a DNA chip comprising a sequence specifically binding to a nucleic acid of interest and hybridizing the fluorescently labeled probe DNA with a nucleic acid of interest bound to a detection DNA chip to analyze fluorescence. It provides a method for analyzing genes using.

또한, 본발명은 상기 d)단계에서 비정상과 정상 유전자, 점돌연변이 유전자를 구별가능한 하나이상의 프로브를 사용하여 변이 유전자를 분석하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for analyzing a mutated gene using one or more probes that can distinguish abnormal and normal genes, point mutation genes in step d).

도 1은 본 발명의 일례에 따른 DNA 칩을 이용한 유전자 분석과정을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.1 is a flowchart schematically illustrating a gene analysis process using a DNA chip according to an example of the present invention.

도 2는 본 발명의 일례에 따른 격벽(wall)구조를 갖는 DNA 포획칩에 시료 핵산을 혼성화하여 새로운 기판으로 옮기는 과정 및 이에 의해 얻어진 DNA 탐지칩을 제조하는 방법을 도시한 도면이다. 도 2a는 격벽구조를 갖는 DNA 포획칩 기판에 특이적 염기서열을 갖는 DNA가 고정된 DNA 포획칩의 구조를 나타내고, 도 2b는 시료 핵산과 DNA 포획칩을 나타내는 도면이고, 도 2c는 시료 핵산이 해당 DNA서열에 혼성화된 DNA 포획칩에 시료 핵산의 이동을 위한 DNA 탐지칩의 기판을 접촉시킨 구조를 나타내고, 도 2d는 상기 과정에 따라 형성된 DNA 포획칩에서 이동된 분석대상 핵산이 고정된 DNA 탐지칩을 나타내는 것이다.2 is a diagram illustrating a process of hybridizing a sample nucleic acid to a new substrate having a wall structure according to an example of the present invention and transferring the sample nucleic acid to a new substrate, and a method of manufacturing the DNA detection chip obtained thereby. FIG. 2A illustrates a structure of a DNA capture chip in which DNA having a specific base sequence is immobilized on a DNA capture chip substrate having a barrier rib structure. FIG. 2B illustrates a sample nucleic acid and a DNA capture chip, and FIG. 2C illustrates a sample nucleic acid. The structure of contacting the DNA capture chip hybridized to the DNA sequence with the substrate of the DNA detection chip for the movement of the sample nucleic acid is shown, Figure 2d is a detection of the DNA is fixed to the analysis target nucleic acid moved from the DNA capture chip formed according to the above process It represents a chip.

도 3는 본발명의 일례에 따라, 관통구멍판 구조를 갖는 DNA 포획칩을 이용하여 DNA 탐지칩을 제조하는 방법을 나타낸다. 도 3a는 특정 DNA가 결합된 관통구조를 갖은 DNA 포획칩의 구조를 나타내고, 도 3b는 시료 핵산과 DNA 포획칩을 나타내는 도면이고, 도 3c는 시료 핵산이 결합된 DNA 포획칩의 구조와, 시료 핵산의 이동을 위한 DNA 탐지칩의 배치를 나타내는 것이다.3 illustrates a method of manufacturing a DNA detection chip using a DNA capture chip having a through-hole plate structure according to an example of the present invention. 3A shows the structure of a DNA capture chip having a penetrating structure to which specific DNA is bound, FIG. 3B shows a sample nucleic acid and a DNA capture chip, and FIG. 3C shows a structure of a DNA capture chip to which a sample nucleic acid is bound and a sample. It shows the arrangement of DNA detection chip for the movement of nucleic acid.

도 4은 본발명의 일례에 따라, 관통구멍판(through-hole array)을 이용하여 격벽구조가 없는 평면 DNA 포획칩에 고정된 시료 DNA를 DNA 탐지칩으로 이동시키는 방법을 나타내는 것이다.FIG. 4 illustrates a method of moving a sample DNA fixed to a planar DNA capture chip having no barrier rib structure to a DNA detection chip using a through-hole array according to an example of the present invention.

도 5는 본발명의 또다른 일례에 따라, DNA 탐지칩을 이용한 돌연변이 유전자를 검색하는 방법을 나타낸 것이다.5 shows a method of searching for a mutant gene using a DNA detection chip according to another example of the present invention.

도 6는 본발명의 또다른 일례에 따라, DNA 탐지칩을 이용하여 점돌연변이를 검색하는 방법을 도시한 것이다.6 illustrates a method of detecting a point mutation using a DNA detection chip according to another example of the present invention.

본 발명은 DNA 칩을 이용한 유전자 분석방법 및 이에 이용되는 탐지 DNA칩에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, DNA의 상보적 혼성화 특성을 이용하여, 시료내 다종의 유전자 부위를 특정위치로 배열시키고, 프로브와 경쟁적 결합(competitive binding)을 통하여 시료에 존재하는 하나 이상의 유전자의 유전정보를 동시에 얻는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a gene analysis method using a DNA chip and a detection DNA chip used therein. More specifically, by using the complementary hybridization characteristics of DNA, a plurality of gene regions in a sample can be arranged at specific positions, and the genetic information of one or more genes present in the sample can be simultaneously obtained through competitive binding with a probe. It is about a method.

본 발명은 분석대상 핵산을 배열시킨 DNA 탐지칩의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a DNA detection chip arranged with the nucleic acid to be analyzed.

본 발명의 일례에서, DNA 탐지칩을 제조하는 방법은 다음 단계로 이루어진다:In one example of the invention, a method of manufacturing a DNA detection chip consists of the following steps:

a) 분석대상 핵산에 상보적으로 결합 가능한 DNA를 포함하는 이종의 DNA들이 배열된 DNA 포획칩과, 분석대상 핵산을 포함하는 시료용액을 준비하고,a) preparing a DNA capture chip in which heterologous DNAs including DNA complementary to the nucleic acid to be analyzed and a sample solution containing the nucleic acid to be analyzed are prepared,

b) DNA 포획칩을 시료용액속에 담고 상기 분석대상 핵산들이 DNA 포획칩상의 DNA에 각각 상보적으로 결합되도록 적당한 온도와 시간으로 혼성화시킨 뒤, 비특이적으로 혼성화된 분석대상 핵산분자를 제거하기 위해서 시료 핵산이 혼성화된 DNA 포획칩을 세척하고,b) placing the DNA capture chip into the sample solution and hybridizing the nucleic acid of interest to the DNA on the DNA capture chip at an appropriate temperature and time to complementarily bind to the DNA on the DNA capture chip. Wash the hybridized DNA capture chip,

c) 대응되는 DNA에 상보적으로 결합된 분석대상 핵산들을 새로운 기판상으로이동시켜 DNA 탐지칩을 제조하고,c) preparing a DNA detection chip by transferring the nucleic acids to be analyzed complementary to the corresponding DNA onto a new substrate,

상기 단계를 반복적으로 수행하면 동일한 서열의 핵산이 배열된 다수의 DNA 탐지칩을 얻을 수도 있다. c) 과정을 마친 DNA 포획칩을 세척하고 다시 시료용액에 담가 b) 및 c) 과정을 거치면 동일한 서열의 핵산이 배열된 DNA 탐지칩을 얻을 수 있다.By repeatedly performing the above steps, a plurality of DNA detection chips in which nucleic acids of the same sequence are arranged may be obtained. c) After washing the DNA capture chip and immersing it again in the sample solution, it is possible to obtain a DNA detection chip in which nucleic acids of the same sequence are arranged.

또한, 본발명은 상기 방법으로 제조된 DNA 탐지칩을 분석대상 유전자 서열에 상보적으로 결합가능한 서열을 포함하며 형광표지된 프로브와 혼성화하여 발생되는 형광 존부 및 형광의 세기를 검색하여 유전자의 분석방법을 제공한다. 탐지칩상에 고정된 다종의 시료 핵산을 한번에 분석 가능하다. 즉, a) 분석대상 핵산에 상보적으로 결합가능한 DNA를 포함하는 이종의 DNA들이 결합된 DNA 포획칩과, 분석대상 핵산을 포함하는 시료용액을 준비하는 단계, b) 상기 분석대상 핵산을 DNA 포획칩상의 DNA에 각각 상보적으로 결합시키고, 비특이적 결합을 한 시료 핵산을 제거하는 단계, c) DNA 포획칩에 결합된 분석대상 핵산들을 새 DNA 기판상으로 이동시켜 DNA 탐지칩을 제조하는 단계, 및 d) 분석대상 핵산과 특이적으로 결합가능한 서열로 이루어지며 형광표지된 프로브 DNA을 DNA 탐지칩상에 결합된 분석대상 핵산과 혼성화하여 형광을 분석하는 단계를 포함하는, DNA 칩을 이용한 유전자의 분석방법을 제공한다.In addition, the present invention includes a sequence complementary to the DNA sequence of the DNA detection chip prepared by the above method, and the method for analyzing genes by searching for the presence of fluorescence and fluorescence generated by hybridization with a fluorescently labeled probe To provide. Multiple sample nucleic acids immobilized on the detection chip can be analyzed at one time. That is, a) preparing a DNA capture chip in which heterologous DNAs comprising DNAs complementarily bindable to the nucleic acid of interest and a sample solution containing the nucleic acid of interest, b) capturing DNA of the nucleic acid of interest Complementary binding to the DNA on the chip, respectively, removing the non-specific binding sample nucleic acid, c) moving the analysis target nucleic acids bound to the DNA capture chip on a new DNA substrate to prepare a DNA detection chip, and d) a method of analyzing a gene using a DNA chip comprising a sequence capable of specifically binding to the nucleic acid of interest and hybridizing the fluorescently labeled probe DNA with the nucleic acid of interest bound to the DNA detection chip to analyze fluorescence; To provide.

본발명의 일례에 따른 유전자의 분석방법은 구체적으로, 다음 단계로 이루어진다:Specifically, the method for analyzing genes according to the present invention comprises the following steps:

a) 분석대상 핵산에 상보적으로 결합 가능한 DNA를 포함하는 이종의 DNA들이배열된 DNA 포획칩과, 분석대상 핵산을 포함하는 시료용액을 준비하고,a) preparing a DNA capture chip in which heterologous DNAs comprising DNAs complementarily bound to the nucleic acid of interest and a sample solution containing the nucleic acid of interest are prepared,

b) DNA 포획칩을 시료용액속에 담고 상기 분석대상 핵산들이 DNA 포획칩상의 DNA에 각각 상보적으로 결합되도록 적당한 온도와 시간으로 혼성화시킨 뒤, 비특이적으로 혼성화된 분석대상 핵산분자를 제거하기 위해서 시료 핵산이 혼성화된 DNA 포획칩을 세척하고,b) placing the DNA capture chip into the sample solution and hybridizing the nucleic acid of interest to the DNA on the DNA capture chip at an appropriate temperature and time to complementarily bind to the DNA on the DNA capture chip. Wash the hybridized DNA capture chip,

c) 대응되는 DNA에 상보적으로 결합된 분석대상 핵산들을 새로운 기판상으로 이동시켜 DNA 탐지칩을 제조하고,c) preparing a DNA detection chip by transferring the nucleic acids to be analyzed complementary to the corresponding DNA onto a new substrate,

d) 분석대상 핵산과 특이적으로 결합가능한 서열로 이루어지며 형광표지된 프로브 DNA을 탐지 DNA 칩상에 결합된 분석대상 핵산과 혼성화하여 형광을 분석한다.d) Fluorescence analysis is performed by hybridizing a fluorescently labeled probe DNA with a sequence that can specifically bind to the nucleic acid of interest and the nucleic acid of interest bound to the detection DNA chip.

본발명의 또다른 일례에서, 분석대상 핵산이 결합된 다수의 동일한 DNA 탐지칩을 제조하고, 다른 DNA 프로브 세트를 각각의 DNA 탐지칩에 혼성화시켜 각각 다른 유전자 또는 다른 변이염기를 갖는 유전자의 유전정보를 분석할 수도 있다.In another example of the present invention, a plurality of identical DNA detection chips are prepared to which an analyte nucleic acid is bound, and different DNA probe sets are hybridized to each DNA detection chip to obtain genetic information of genes having different genes or different mutation bases. You can also analyze

본명세서에서 사용한 "DNA 탐지칩(detection DNA chip)"이란 DNA 포획칩으로부터 옮겨진 분석대상 DNA가 기판상에 고정화된 DNA칩을 말한다. 따라서, 시료중에 다종의 DNA가 있는 경우에 이들 각각이 포획칩상의 해당 특정위치에 결합한 다음에 다시 탐지칩상의 해당위치에 거울상의 배열로 고정되게 된다. DNA 포획칩에 배열된 DNA는 5' 또는 3' 위치가 상기 DNA칩에 화학반응을 통한 공유결합이나 스트렙타비딘-바이오틴(streptavidin-biotin) 결합 등이나 멤브레인의 경우 UV 가교화로 고정된다. 본발명의 DNA 탐지칩으로 분석가능한 시료 핵산은 DNA 및 RNA를 포함한다.As used herein, the term "DNA detection DNA chip" refers to a DNA chip in which the DNA to be analyzed is transferred from a DNA capture chip onto a substrate. Therefore, when there are multiple kinds of DNA in the sample, each of them binds to the corresponding specific position on the capture chip and is then fixed in a mirror array at the corresponding position on the detection chip. The DNA arranged on the DNA capture chip is fixed by UV crosslinking in the case of the membrane or the covalent bond or the streptavidin-biotin bond through chemical reaction to the DNA chip. Sample nucleic acids that can be analyzed with the DNA detection chip of the present invention include DNA and RNA.

본 발명에서 DNA 포획칩 및 DNA 탐지칩을 제조하기 위한 기판 및, DNA 포획칩은 상업적으로 시판되는 것을 구입하여 사용하거나(인사이트/신테니사의 UniGEM V(상표명), 아피메트릭스사의 GeneChip(상표명), 제조할 수도 있다. 이의 제조방법은 본 기술분야의 전문가에게 잘 알려져 있다(Trends in Biotechnology vol 16 (1998) 301page). DNA 탐지칩과 DNA 포획칩의 기판은 동일하거나 상이할 수 있으나, 모두 유리, 및 실리콘 등의 무기물이거나, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PMMA (폴리메틸메타크릴레이트), 폴리아클릴레이트 계열등의 고분자 물질, 또는 나일론, 니트로셀룰로스 등의 멤브레인을 사용할 수 있다. 또한, 유리, 금속등 고체기판 표면에 금, 알루미늄과 같은 금속 박막을 형성하거나, 나일론, 니트로셀룰로스 등과 같은 고분자 멤브레인막을 형성하거나, 기판위에 덱스트란과 같은 천연고분자 또는 폴리프로필렌 및 폴리스틸렌과 같은 합성 유기고분자등이 코팅된 것을 사용할 수도 있다. 이동과정에서 용액의 혼합을 방지하기 위해 사용되는 격벽구조나 관통구멍판은 탄성을 가진 고분자 재료를 사용하는 것이 바람직하다. DNA, RNA 및 PNA등의 생분자를 고정화시키기 위한 기판 및 고체표면의 코팅에 관한 기술이 WO 00/05316호에도 자세히 기재되어 있다.In the present invention, a substrate for preparing a DNA capture chip and a DNA detection chip, and a DNA capture chip may be purchased and used commercially (Insight / Synteni's UniGEM V (trade name), Affymetrix GeneChip (trade name), Methods of making the same are well known to those skilled in the art (Trends in Biotechnology vol 16 (1998) 301) The substrates of DNA detection chips and DNA capture chips may be the same or different, but both glass, And inorganic materials such as silicone, or polymer materials such as polystyrene, polypropylene, PET (polyethylene terephthalate), PMMA (polymethyl methacrylate), polyacrylate-based, or membranes such as nylon and nitrocellulose may be used. Also, a metal thin film such as gold or aluminum may be formed on the surface of a solid substrate such as glass or metal, or a polymer membrane such as nylon or nitrocellulose may be formed. It is also possible to use a film formed by coating a natural polymer such as dextran or a synthetic organic polymer such as polypropylene and polystyrene on the substrate. Preference is given to using elastic polymer materials, a technique for coating substrates and solid surfaces for immobilizing biomolecules such as DNA, RNA and PNA is also described in detail in WO 00/05316.

본 명세서 사용한 "DNA 포획칩(capture DNA chip)"이란 분석대상 핵산에 상보적으로 결합가능한 핵산이 고정된 DNA칩을 말한다. 바람직하게는, DNA 포획칩상에 고정된 각각의 핵산은 DNA, PNA(Peptide Nucleic Acid)등을 포함하며, 이 핵산들의 5' 또는 3' 위치가 포획 DNA 칩상에 공유결합이나 스트렙트아비딘-바이오틴 결합 등이나 멤브레인의 경우 UV 가교화로 고정되며, 상기 핵산이 올리고머인 경우분석대상 DNA가 포함된 시료용액중의 한종의 핵산에만 선택적으로 결합할 수 있도록 디자인된다.As used herein, the term "DNA capture DNA chip" refers to a DNA chip to which a nucleic acid that is complementary to a nucleic acid to be analyzed is immobilized. Preferably, each nucleic acid immobilized on a DNA capture chip comprises DNA, Peptide Nucleic Acid (PNA), etc., and the 5 'or 3' positions of these nucleic acids are covalent or streptavidin-biotin binding on the capture DNA chip. The back and the membrane is fixed by UV crosslinking, and when the nucleic acid is an oligomer, it is designed to selectively bind to only one nucleic acid in the sample solution containing the DNA to be analyzed.

DNA 포획칩상에 고정된 핵산에 혼성화된 시료 핵산을 DNA 탐지칩으로 옮길 때 DNA 분자가 용액을 통해 이동되므로 각각의 위치에 있는 용액이 섞이지 않도록 하기 위해서, 바람직한 DNA포획칩은 칩내에 격벽(wall)구조를 갖는 DNA칩(도 2), 또는 관통구멍판 구조를 갖는 DNA 포획칩(도 4)을 사용할 수 있다. 또한, 제 3도와 같이, 일반 평편한 DNA칩을 사용하는 경우에는, 포획 DNA칩상에 고정된 올리고핵산의 위치와 동일한 위치에 구멍을 뚫은 구멍판 구조를 DNA 포획칩과 DNA 탐지칩사이에 끼워넣어 사용할 수도 있다.When the sample nucleic acid hybridized to the nucleic acid immobilized on the DNA capture chip is transferred to the DNA detection chip, the DNA molecules are moved through the solution so that the solution at each position is not mixed so that the preferred DNA capture chip is a wall in the chip. A DNA chip having a structure (FIG. 2) or a DNA capture chip having a through hole plate structure (FIG. 4) can be used. In addition, in the case of using a general flat DNA chip as shown in FIG. 3, a hole plate structure punched at the same position as the position of the oligonucleic acid fixed on the capture DNA chip is sandwiched between the DNA capture chip and the DNA detection chip. Can also be used.

본명세서에서 사용한 "프로브 DNA"라 함은 분석대상 핵산에 상보적으로 결합가능한 염기서열을 가지는 탐침용 DNA을 말한다. 종래에 DNA칩을 이용한 유전자 분석방법은 DNA칩상에 고정된 DNA 또는 분석대상 DNA에 리포터 분자로 표지하고, DNA칩상 프로브 DNA와 분석대상 DNA와의 상보적인 결합에 기초한 형광신호나 방사선 등을 분석하여 유전자 정보를 얻었으나, 본 발명은 분석대상 핵산을 탐지 DNA칩상으로 이동시키고 별도의 DNA프로브를 제조하여 결합시킴으로써 시료내의 핵산에 별도의 표지를 할 필요가 없다는 장점이 있다. 다종의 유전자를 동시에 분석하는 경우에 각 유전자에 대해 각각 다른 형광특성을 갖는 형광분자가 표지된 프로브가 필요하지만 형광특성으로 구분될 수 있는 분자는 수십개 정도로 제한되어 있다. 본 발명은 다종의 유전자가 이차원 평면에 배열되고 유전자의 정보는 배열 위치에 따라 구분할 수 있으므로 제한된 수의 형광분자를 가지고 해당 유전자에 결합할 수있는 알려진 염기서열의 프로브를 제조하고 이를 구분할 수 있도록 형광분자를 결합시키고 이를 다종의 유전자에 대하여 해당하는 프로브를 동시에 넣어 결합시켜 각 위치에 대한 형광 파장을 분석하므로 제한된 형광분자를 가지고도 다종의 유전자를 분석할 수 있다. 예를 들면 100개의 유전자에 각각 4개의 변이가 가능하다고 알려져 있을 때 올리고뉴클레이티드 칩의 경우 각각의 유전자에 따른 100개의 칩을 이용해서 분석하게 되지만 본 발명의 방법에서는 100개의 유전자와 결합할 수 있는 DNA 포획칩을 만들어 유전자를 결합시킨 뒤 DNA 탐지칩으로 옮기고 하나의 유전자에 대하여 각각의 변이에 해당하는 프로브 DNA에 각각 4종의 형광분자를 결합시키고 (이 때 형광분자는 하나의 유전자에 대하여 4종이 되지만 100개의 유전자가 되어도 각각에 동일한 형광분자를 사용할 수 있으므로 실제로 사용되는 형광분자는 4종이 된다.) 총 400개의 프로브를 DNA 탐지칩과 혼성화하면 해당 유전자는 각각의 유전자에 대하여 변이에 해당하는 프로브와 결합하게 되므로 형광신호를 분석하면 시료로부터 나온 각각의 유전자의 변이 영역이 어떤 염기서열을 가지고 있는지 알 수 있으므로 한번의 분석으로 100개의 유전자에 대한 정보를 얻을 수 있다. 여러 가지 파장의 형광분자 종류 및 이의 표지방법, 혼성화된 DNA분자로부터 얻어진 결과를 분석하는 방법은 본 기술분야의 전문가에게 잘 알려져 있다. DNA에 결합시키는 형광분자는 플루오레세인(fluorescein), FAM, JOE, TAMRA, ROX, Cy3, Cy5 등 여러 종류가 있고 이들 형광분자의 결합방법은 예컨대, 올리고머를 합성하면서 결합하는 방법과 효소를 이용한 방법 등 다양한 방법이 있으며 이러한 것은 본 기술분야의 전문가에게 널리 알려진 것이다. DNA 칩에서 형광을 이용하여 혼성화된 DNA분자로부터 발현분석(expression analysis)을 하는 방법은 Nature Genetics Supplement vol 21 p:10, 1999에 기재되어 있다.As used herein, the term "probe DNA" refers to a DNA for probe having a nucleotide sequence that can be complementarily bound to an assay nucleic acid. Conventionally, a gene analysis method using a DNA chip is labeled with a reporter molecule on a DNA or an analyte DNA immobilized on a DNA chip, and analyzes a fluorescence signal or radiation based on complementary binding of the probe DNA on the DNA chip to the analyte DNA. Although the information is obtained, the present invention has the advantage that it is not necessary to separately label the nucleic acid in the sample by moving the target nucleic acid on the detection DNA chip and preparing and binding a separate DNA probe. When analyzing several genes at the same time, a probe labeled with fluorescent molecules having different fluorescence characteristics is required for each gene, but the number of molecules that can be distinguished by fluorescence characteristics is limited to several dozen. According to the present invention, since a plurality of genes are arranged in a two-dimensional plane and the information of the genes can be distinguished according to the arrangement position, a fluorescent probe can be prepared and distinguished with a known sequence probe capable of binding to the gene with a limited number of fluorescent molecules. By combining the molecules and attaching the same probe to a plurality of genes at the same time to analyze the fluorescence wavelength at each position, it is possible to analyze multiple genes even with a limited fluorescence molecule. For example, when it is known that four mutations are possible for 100 genes, the oligonucleotide chip is analyzed using 100 chips according to each gene, but the method of the present invention can bind 100 genes. Make a DNA capture chip, bind genes, transfer them to a DNA detection chip, and bind four fluorescent molecules to probe DNA corresponding to each mutation for one gene. Even though there are four genes, the same fluorescent molecules can be used for each of the 100 genes, so the actual fluorescent molecules are 4 types.) When a total of 400 probes are hybridized with the DNA detection chip, the genes correspond to mutations for each gene. Since the fluorescence signal is analyzed, the variation of each gene from the sample is zero. You can see which sequences have the inverse, so you can get 100 genes in one analysis. Fluorescence molecule types of various wavelengths, their labeling methods, and methods for analyzing the results obtained from hybridized DNA molecules are well known to those skilled in the art. There are many kinds of fluorescent molecules that bind to DNA, such as fluorescein, FAM, JOE, TAMRA, ROX, Cy3, Cy5, and the method of binding these fluorescent molecules, for example, by synthesizing oligomers and using enzymes. There are various methods such as methods, and these are well known to those skilled in the art. Expression analysis from hybridized DNA molecules using fluorescence in DNA chips is described in Nature Genetics Supplement vol 21 p: 10, 1999.

본 발명은 또한 변이유전자를 분석하는 방법을 제공한다. 상기 분석단계 d)에서 정상과 비정상 유전자에 각각 혼성화할 수 있는 DNA 단편에 각각 다른 형광파장을 갖는 형광분자를 표지시킨 프로브를 이용하여 변이유전자와 야생형 유전자를 구별하는 유전자의 분석방법을 제공한다.The present invention also provides a method for analyzing a mutagenesis. In the analysis step d) provides a method for analyzing genes that distinguish between mutant and wild type genes using probes labeled with fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths in DNA fragments that can hybridize to normal and abnormal genes, respectively.

본발명의 또다른 일례에서, 상기 단계 d)에서, 각 유전자의 분석부위에 각각 혼성화할 수 있는 DNA 단편에 점돌연변이 위치의 염기 종류에 따라 각각 다른 형광파장을 갖는 형광분자를 표지시킨 프로브를 이용하여 점 돌연변이 위치의 염기 종류를 구별하는 것이 특징인 방법을 제공한다.In another example of the present invention, in step d), a probe in which fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths are labeled on DNA fragments that can hybridize to an analysis site of each gene according to the base type of point mutation sites Thereby distinguishing the base type of the point mutation site.

본발명의 또다른 일례에서, 분석대상 핵산이 결합된 다수의 동일한 DNA 탐지칩을 제조하고, 다른 DNA 프로브 세트를 각각의 DNA 탐지칩에 혼성화시켜 변이 위치의 유전정보를 분석할 수도 있다.In another example of the present invention, a plurality of identical DNA detection chips coupled with an assay nucleic acid may be prepared, and a different DNA probe set may be hybridized to each DNA detection chip to analyze genetic information of a mutation position.

사용되는 프로브는 일반적인 올리고뉴크레오타이드 합성기로 제조 가능하며 여러 회사에서 원하는 염기서열의 올리고뉴크레오타이드를 제조해서 공급하고 있습니다. 여러 종류의 파장을 갖는 형광분자를 올리고뉴크레오타이드 제조회사에서 올리고뉴크레오타이드에 결합시켜 판매하고 있다(국내회사로는 바이오니아 등이 있고 합성기는 PE applied biosystem 사등이 제조하고 있다).Probes used can be manufactured with general oligonucleotide synthesizers, and many companies manufacture and supply oligonucleotides with desired sequences. Fluorescent molecules having various wavelengths are sold by oligonucleotide manufacturers and combined with oligonucleotides (a domestic company such as Bioneer, and a synthesizer manufactured by PE applied biosystem, etc.).

본 발명은 핵산의 혼성화와 변성(hybridization and denaturation) 성질을 이용해서 DNA 칩과 같이 선택적으로 위치시킨 유전자를 새로운 기판에 변성을 통하여 옮겨서 얻어진 시료로부터 나온 유전자를 가지고 있는 칩, 즉 탐지칩을 이용하여 또다시 서던 (또는 노던) 블랏팅 기법을 이용하여 올리고뉴크레오티드를 프로브로 하여 변이가 일어나는 영역의 염기서열 정보를 알아내므로 시료로부터 온 염기서열의 변이 여부를 판독할 수 있게 된다.The present invention uses a chip, ie a detection chip, having a gene from a sample obtained by transferring a gene selectively positioned such as a DNA chip through denaturation to a new substrate by using hybridization and denaturation of nucleic acids. In addition, by using Southern (or Northern) blotting technique, oligonucleotide is used as a probe to find base sequence information of the region where the mutation occurs, and thus it is possible to read the sequence variation from the sample.

기존의 DNA 칩과 큰 차이중의 하나는 시료 내의 RNA도 새로운 기판으로 옮겨서 블랏팅과 같은 방식으로 프로브를 넣어서 분석할 수 있다. 기존 DNA 칩의 경우 cDNA를 심을 칩의 경우에는 DNA 절편의 길이가 길기 때문에 돌연변이에 의한 염기서열의 변화를 분석할 수 없다. 올리고뉴크레오티드 칩의 경우는 프로브의 길이가 너무 짧고 시료 유전자가 전체 프로브와 상호작용을 하기 때문에 어느 유전자가 결합하였는지에 대한 정보를 알 수 없기 때문에 한 번에 분석할 수 있는 유전자의 개수가 제한되어 있어 PCR 등의 방법으로 시료 준비에서부터 분석할 유전자를 제한하는 수단을 사용해야 한다.One of the major differences with conventional DNA chips is that RNA in the sample can also be transferred to a new substrate and probed in the same way as blotting. In the case of the conventional DNA chip, the DNA fragments are long in the case of the chip to be planted with the cDNA, and thus the sequence change due to the mutation cannot be analyzed. In the case of oligonucleotide chips, the number of genes that can be analyzed at a time is limited because the probe length is too short and the sample genes interact with the entire probe, so it is not possible to know which genes are bound. Therefore, methods such as PCR should be used to limit the genes to be analyzed from sample preparation.

그리고 두가지 모두 유전자 자체에 형광분자로 표지를 시켜야 하는 문제가 있다. 따라서, 본발명의 방법은 DNA 포획칩으로 cDNA 칩과 같이 염기서열의 차이에도 상관없이 결합할 수 있도록 하여 시료 내에 분석하고자 하는 유전자를 특정 위치로 결합시킨 뒤 이를 새로운 기판에 옮기면 시료로부터 온 유전자 정보가 기판 위의 특정 위치로 배열되게 되고(이 배열 정보는 DNA 포획칩에 놓인 DNA의 유전자 정보를 알고 있으므로 DNA 탐지칩에 놓인 유전자 정보도 예상할 수 있다) 각 유전자에 변이를 알 수 있는 프로브를 섞어서 넣어주면 각 프로브는 염기서열이 상보적 결합을 할 수 있는 유전자 위치에 결합하게 되고 많은 수의 프로브 (야생형을 포함한 모든 가능한 변이 x 유전자 종류)가 들어가지만 프로브에 표지시키는 형광분자는 야생형을 포함한 모든 가능한 변이 수의 종류로만 필요하고 분석할 때에도 그 형광분자에 대한 파장만을 분석하면 된다. 각 프로브는 해당하는 유전자 위치에 대해 경쟁반응으로 결합하며 이 때 동일한 염기서열을 가진 경우만 결합하게 되기 때문이다.And both have a problem in that the gene itself must be labeled with fluorescent molecules. Therefore, the method of the present invention allows the DNA capture chip to bind regardless of the nucleotide sequence like the cDNA chip so that the gene to be analyzed in the sample is bound to a specific position and transferred to a new substrate. Is arranged at a specific position on the substrate (the array information knows the genetic information of the DNA on the DNA capture chip, so the genetic information on the DNA detection chip can be predicted). When mixed, each probe binds to a gene position where the sequences can complementarily bind, and a large number of probes (all possible variants x gene type, including wild type) enter, but the fluorescent molecules that label the probe contain wild type. Only all kinds of possible variations are needed and only the wavelengths for the fluorescent molecules If it is seats. This is because each probe binds to a corresponding gene position in a competitive reaction, but only when the probe has the same nucleotide sequence.

본 발명의 일례에서 변이 유전자를 검색하고자 하는 경우에는, 야생형 유전자와 변이 유전자 각각에 혼성화할 수 있는 서열을 갖는 DNA 프로브들에 서로 다른 형광파장을 가진 형광분자로 표지한다.In one example of the present invention, when searching for a mutant gene, DNA probes having sequences capable of hybridizing to wild type genes and mutant genes are labeled with fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths.

하나의 염기가 야생형과 다른 점돌연변이를 분석하기 위해서 올리고뉴클레오타이드칩을 이용하는 경우에는, 시료의 특정 유전자 부위만을 증폭하고 형광분자를 표지하여 올리고뉴클레오타이드 칩에 혼성화시켜 형광이미지를 얻어내므로 실제 점돌연변이에 관계되는 부분뿐만 아니라 다른 부분 유사한 서열을 가지고 있는 경우에도 혼성화가 일어나 형광신호가 나오게 되어 한번에 여러 개의 유전자 부위를 검색하기 힘들다. 본 발명에서는 각각의 유전자에 대하여 점돌연변이되는 부분을 포함한 올리고뉴클레오타이드를 제조하고 돌연변이되는 염기의 종류에 따라 4개의 다른 형광을 내는 형광분자를 표지시켜 25bp 정도 길이의 올리고뉴클레오타이드 DNA 프로브를 만들어 사용할 수 있다. 각 유전자에 대한 DNA 프로브를 함께 섞어 혼성화시키면 도 6a와 같이 DNA 프로브는 경쟁반응을 통하여 동일한 서열을 가진 올리고뉴클레오타이드가 혼성화되어 도 6b와 같이 하나의 위치에는 하나의 형광을 내는 DNA프로브가 주로 결합하게 되고 결합한 DNA 프로브의 점돌연변이 위치의 DNA서열은 DNA칩 형광의 파장을 통해 알 수 있다. 이때 4개보다 많은 형광분자를 사용하여 결실 또는 삽입등의 돌연변이에 대한 DNA 프로브도 만들 수 있다.In case of using a oligonucleotide chip to analyze a point mutation in which one base is different from a wild type, amplify only a specific gene region of a sample and hybridize the oligonucleotide chip by labeling a fluorescent molecule to obtain a fluorescent image. In the case of having similar sequences in other parts as well as related parts, hybridization occurs, resulting in a fluorescence signal, making it difficult to search for multiple gene sites at once. In the present invention, an oligonucleotide including a point mutation portion may be prepared for each gene, and four different fluorescence molecules may be labeled according to the type of the mutated base to make an oligonucleotide DNA probe having a length of about 25bp. . When the DNA probes for each gene are mixed and hybridized together, as shown in FIG. 6A, the DNA probe hybridizes oligonucleotides having the same sequence through a competition reaction, so that one fluorescence DNA probe is mainly bound to one position as shown in FIG. 6B. The DNA sequence of the point mutation position of the bound DNA probe can be known through the wavelength of the DNA chip fluorescence. More than four fluorescent molecules can be used to make DNA probes for mutations such as deletions or insertions.

각각의 올리고뉴클레오타이드 프로브는 비슷한 Tm을 갖도록 고안되고, 약 25bp 길이의 프로브를 사용하므로 동일한 DNA서열에 혼성화되지만 DNA서열이 비슷한 유전자의 다른 부위에서 혼성화되어 형광이미지가 나타날 수 있어 간섭이 발생한다. 이러한 간섭을 감소 또는 제거하기 위해서는 프로브가 잘못 혼성화되어 간섭을 일으키는 부분에 수 bp 정도 차이를 두고 결합하는 DNA서열을 가진 올리고뉴클레오타이드를 형광분자 표지하지 않고 첨가하면 간섭을 일으키는 올리고뉴클레오타이드 프로브가 혼성화되는 위치를 막아 잘못된 신호가 나오는 것을 방지할 수 있다.Each oligonucleotide probe is designed to have a similar Tm, and because the probe is about 25bp long, it hybridizes to the same DNA sequence, but hybridizes at different sites of the gene with similar DNA sequences, resulting in fluorescence images. In order to reduce or eliminate such interference, when an oligonucleotide having a DNA sequence that binds by a few bp to a portion causing interference by mis-hybridization is added without a fluorescent molecule label, the interference oligonucleotide probe is hybridized. It can prevent the wrong signal from coming out.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 하여 설명하면 다음과 같다. 다음의 실시예는 본 발명의 설명을 위한 예시적인것이며 본발명의 보호범위를 이에 한정하려는 의도는 아니다.When described with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention having the features as described above are as follows. The following examples are intended to illustrate the invention and are not intended to limit the scope of the invention.

다음의 실시예 1은 DNA칩을 이용한 본발명의 제조방법에 대한 분석방법을 나타낸다. DNA 포획칩(DNA capture chip)은 시료용액내의 특정 유전자 부위와 선택적으로 결합하는 서열을 가지고 있는 DNA를 2차원 배열로 고정시켜 놓은 것으로 앞에서 언급한 일반적인 DNA 칩을 만드는 방법으로 만들어진다. 시료 용액내의 핵산은 DNA 포획칩상의 서로 상보적 결합을 할 수 있는 DNA가 고정된 위치에 혼성화되고 혼성화된 핵산을 새 기질에 옮겨서 DNA 탐지칩(DNA detection chip)을 만든다. 이 DNA 탐지칩에 형광분자를 표지시킨 프로브 DNA를 넣고 혼성화시켜 DNA칩의 형광 이미지를 얻어 분석한다. 개략적인 분석방법을 도시한 도 1를 참고로 하여 구체적으로 본발명의 분석방법을 설명하면 다음과 같다.Example 1 below shows an analysis method for the production method of the present invention using a DNA chip. DNA capture chip is a method of making the above-mentioned general DNA chip by fixing DNA having a sequence that selectively binds to a specific gene part in a sample solution in a two-dimensional array. The nucleic acid in the sample solution hybridizes to a fixed position of DNA capable of complementary binding to each other on the DNA capture chip, and transfers the hybridized nucleic acid to a new substrate to form a DNA detection chip. Probe DNA labeled with fluorescent molecules is added to the DNA detection chip and hybridized to obtain a fluorescent image of the DNA chip for analysis. Referring to FIG. 1, which shows a schematic analysis method, an analysis method of the present invention is described in detail as follows.

(A)시료 용액의 제조: 혈액, 조직 등의 시료에서 핵산을 분리, 정제한다. 분석에 사용될 핵산은 바로 분석에 필요한 양을 얻기 위해 PCR 등의 방법으로 증폭이 할 수 있으며 RNA의 경우 직접 사용하거나 역전사 효소를 사용하여 DNA로 변환시킨 뒤 증폭하여 사용할 수 있다. 이렇게 제조된 시료 용액내의 핵산 가운데 DNA 포획칩위에 고정된 DNA 의 염기서열과 상보적 서열을 가진 핵산 분자는 DNA 포획칩위에 DNA와 혼성화하여 DNA 포획칩위의 특정위치에 국소화된다.(A) Preparation of Sample Solution: Isolate and purify nucleic acids from samples such as blood and tissues. Nucleic acid to be used for analysis can be amplified by a method such as PCR in order to immediately obtain the amount required for analysis. In the case of RNA, RNA can be directly used or converted to DNA using reverse transcriptase and then amplified. Nucleic acid molecules having a nucleotide sequence complementary to that of the DNA immobilized on the DNA capture chip among the nucleic acids in the sample solution thus prepared are hybridized with DNA on the DNA capture chip and localized at a specific position on the DNA capture chip.

(B) DNA 포획칩에 고정된 DNA에 분석대상 핵산을 혼성화: 포획 DNA칩은 통상의 DNA칩 제조방법에 따라 제조하고, 상업적으로 이용가능한 DNA칩을 구입하여 사용할 수도 있다. DNA 포획칩을 세척하여 비특이적으로 혼성화된 핵산 분자를 세척하여 제거한다.(B) Hybridization of an analyte nucleic acid to DNA immobilized on a DNA capture chip: The capture DNA chip may be prepared according to a conventional DNA chip manufacturing method, and a commercially available DNA chip may be purchased and used. DNA capture chips are washed to remove nonspecific hybridized nucleic acid molecules.

(C)분석대상 핵산을 포획 DNA칩에서 탐지 DNA 칩으로 이동: DNA 포획칩에 결합된 시료 핵산을 DNA 탐지칩상으로 이동시키기 위한 방법은 DNA 포획칩상에 고정된 DNA와 시료 핵산간의 상보적인 결합을 분리시키고, 시료 핵산이 DNA 탐지칩의 기판으로 이동하도록 하는 것이다. DNA 포획칩에 고정된 시료 핵산을 탐지칩으로 이동시키기 위해서는, DNA간의 상보적 결합을 끊을 수 있는 방법은 모두 사용가능하다. 예를 들면, 온도를 높이거나, 수소결합을 끊은 화학물질, 예컨대 변성 완충액(5 X SSC, 0.4 M NaOH, 10 mM EDTA), 포름아미드 등을 첨가하는 방법등이 있다. DNA 포획칩과 DNA 탐지칩이 금속기판 이나 금속박막인 경우, 또는 금속기판이나 금속박막 위에 고분자 멤브레인이나 코팅을 해서 만들어진 경우 수소결합이 끊어진 핵산을 DNA 탐지칩으로 이동시키는 것을 돕기 위해 두 칩 사이에 2 V 정도의 전압을 걸어줄 수 있다.(C) Moving the target nucleic acid from the capture DNA chip to the detection DNA chip: A method for moving a sample nucleic acid bound to the DNA capture chip onto the DNA detection chip is characterized by complementary binding between the DNA immobilized on the DNA capture chip and the sample nucleic acid. To separate the sample nucleic acid to the substrate of the DNA detection chip. In order to transfer the sample nucleic acid immobilized on the DNA capture chip to the detection chip, any method capable of breaking the complementary binding between DNA can be used. For example, there is a method of raising the temperature or adding a chemical substance which has undergone hydrogen bonding such as modified buffer (5 X SSC, 0.4 M NaOH, 10 mM EDTA), formamide, or the like. If the DNA capture and DNA detection chips are metal or thin films, or are made by polymer membranes or coatings on the metal or thin film, the nucleic acid between the two chips may be transferred to the DNA Can apply voltage of about 2 V.

DNA포획칩은 혼성화된 핵산을 DNA 탐지칩으로 옮길 때 핵산 분자가 용액을 통해 이동되므로 각각의 위치에 있는 용액의 혼합을 방지하기 위한 수단이 필요하다. DNA포획칩이 격벽(wall)구조를 가지거나(도 2), 이동과정에서만 구멍판(through-hole array)이 DNA spot과 동일한 위치에 구멍을 뚫은 관통구멍판을 DNA포획칩과 DNA탐지칩 사이에 끼워넣어 격벽구조가 없는 일반 DNA칩과 같은 평면에 DNA분자가 고정된 칩도 사용 가능하는 방법(도 4), 또는 DNA 포획칩이 관통구멍판을 갖는 구조일 수 있다(도 3).The DNA capture chip requires a means to prevent the mixing of the solution at each position since the nucleic acid molecules are moved through the solution when the hybridized nucleic acid is transferred to the DNA detection chip. The DNA capture chip has a wall structure (FIG. 2), or a through-hole plate in which a through-hole array is drilled at the same position as the DNA spot only in the process of movement between the DNA capture chip and the DNA detection chip. It may be a method (Fig. 4) or a DNA capture chip has a through-hole plate (Fig. 3) can also be used to chip the DNA molecules fixed on the same plane as a general DNA chip without a partition structure.

DNA 포획칩을 떼어 내면 DNA 포획칩에 있는 DNA는 강한 결합력으로 고정되어 있으므로 DNA 포획칩에 그대로 붙어있고 시료DNA 용액으로부터 온 DNA 분자는 새 기판으로 옮겨져 새로운 하나의 탐지를 위한 DNA 칩이 만들어지는데 기존의 DNA 칩은 알려진 DNA 서열을 가진 DNA 분자가 고정되어 있는 반면에, 본발명의 DNA 탐지칩은 시료내의 핵산이 가지고 있는 DNA정보를 검색하고자 하는 부위에 따라 2차원 배열되고 DNA 포획칩과 거울상으로 순서를 갖는 DNA칩이 된다.When the DNA capture chip is removed, the DNA in the DNA capture chip is fixed with strong binding force. Therefore, the DNA capture chip remains attached to the DNA capture chip and DNA molecules from the sample DNA solution are transferred to a new substrate to make a new DNA chip for detection. The DNA chip of the present invention is immobilized with a DNA molecule having a known DNA sequence, whereas the DNA detection chip of the present invention is two-dimensionally arranged according to a region to search for DNA information of a nucleic acid in a sample, and is mirrored with a DNA capture chip It becomes a DNA chip with a sequence.

(D)형광표지된 프로브를 이용한 유전자 분석: DNA 탐지칩상에 고정된 시료 DNA와 형광 표지된 프로브 DNA간의 상보적 결합에 기초한 형광분석을 본기술분야의 통상의 전문가에게 알려져 있다. 위의 과정에서 얻어진 DNA칩에 형광표지된 DNA 프로브를 혼성화시켜 돌연변이 및 유전정보를 검색하게 된다.(D) Genetic analysis using fluorescently labeled probes: Fluorescence analysis based on complementary binding between sample DNA immobilized on a DNA detection chip and fluorescently labeled probe DNA is known to those skilled in the art. The DNA chip obtained in the above process is hybridized with a fluorescently labeled DNA probe to search for mutation and genetic information.

일반적인 DNA칩의 경우 유전자 복제수나 PCR에서 증폭되는 양의 차이 등에 의해 시료 용액내의 DNA 농도의 차가 생겨 형광이미지에서 신호의 차이가 나지만 이 DNA칩은 시료용액내의 DNA양이 충분한 경우 DNA 포획칩에 고정되어 있는 DNA조각의 양에 비례하여 DNA 탐지칩이 만들어지므로 각 위치에서의 형광신호의 세기는 거의 일정하고 파장에 따른 형광신호의 차이만을 비교하면 되므로 데이터 처리가 쉬워진다.In the case of general DNA chips, the difference in the DNA concentration in the sample solution is caused by the difference in the number of copies of genes or the amount amplified by PCR, resulting in a difference in signal in the fluorescence image. Since the DNA detection chip is made in proportion to the amount of DNA fragments, the intensity of the fluorescence signal at each position is almost constant, and only the difference in the fluorescence signal according to the wavelength is compared, thereby facilitating data processing.

(E) 하나이상의 포획 DNA칩으로 상기 (A)내지 (C)단계를 반복 실시하여 다수의 DNA 탐지칩을 제작하여 (D) 단계에서 각 유전자 부위에 대하여 다른 위치의 염기서열을 탐색할 수 있는 프로브를 혼성화 시켜 형광이미지를 분석하면 각 유전자의 다른 위치의 돌연변이 부분을 분석할 수 있다.(E) Repeating the steps (A) to (C) with one or more capture DNA chips to produce a plurality of DNA detection chips to search for nucleotide sequences of different positions for each gene site in (D). Hybridization of probes to analyze fluorescence images allows analysis of mutated parts of different positions of each gene.

본발명의 제 2 실시예에 따라 격벽(wall)구조를 갖는 DNA포획칩을 이용한 분석방법을 제공한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일례에서, 격벽(wall)구조를 갖는 DNA포획칩에 시료 핵산을 혼성화하여 새로운 기판으로 옮기는 과정 및 이에 의해 얻어진 DNA탐지칩을 제조하는 방법에 관한 방법을 제공한다. 격벽구조를 갖는 DNA포획칩 기판에 특이적 포획서열을 갖는 DNA가 고정된 DNA포획칩을 제조하고(도 2a), 분석대상 핵산이 포함된 시료용액에 DNA 포획칩을 담그고(도 2b), 분석대상 핵산이 상보적인 DNA서열에 혼성화된 DNA 포획칩으로 부터 분석대상 핵산을 이동시키기 위해서 DNA 탐지칩의 기판을 접촉시키고(도 2c), DNA 포획칩에서 이동된 분석대상 핵산이 고정된 DNA 탐지칩을 제조한다(도 2d).According to a second embodiment of the present invention, there is provided an analysis method using a DNA capture chip having a wall structure. As illustrated in FIG. 2, in an example of the present invention, a method of manufacturing a DNA detection chip obtained by hybridizing a sample nucleic acid to a new substrate having a wall structure and transferring the sample nucleic acid to a new substrate is provided. to provide. A DNA capture chip in which DNA having a specific capture sequence is fixed to a DNA capture chip substrate having a barrier rib structure is prepared (FIG. 2A), and the DNA capture chip is immersed in a sample solution containing the nucleic acid to be analyzed (FIG. 2B). In order to move the nucleic acid of interest from the DNA capture chip hybridized to the DNA sequence complementary to the target nucleic acid, the DNA detection chip is contacted with the substrate of the DNA detection chip (FIG. To prepare (FIG. 2D).

본 발명의 제 3 실시예에 의하면, 관통구멍판 구조를 갖는 DNA 포획칩을 이용하여 DNA 탐지칩을 제조하는 방법을 나타낸다. DNA 포획칩의 관통구멍 내부면에 분석대상 핵산과 상보적으로 결합 가능한 DNA를 고정시키고, 이와 분석대상 핵산을 혼성화시킨 다음, DNA 탐지칩의 제조를 위한 기판을 상기 DNA포획칩의 하부에 접촉시킴으로써 혼성화된 시료 핵산을 DNA포획칩으로 부터 DNA탐지칩으로 이동시켜, DNA 탐지칩을 제조한다(도 3). 본 발명의 내용은 단순하게 다수의 DNA칩을 제조하는 것을 목적으로 한 것이 아니라 시료의 유전정보를 가진 DNA칩을 제조하고 이 DNA칩에 형광 프로브를 혼성화시켜 분석하므로 시료의 유전자 정보를 얻는 방법으로 비어홀을 갖는 기판으로 DNA칩을 제조하는 방법은 이러한 DNA칩을 제조하는 한가지 방법의 예로 포함시킨 것이다.According to a third embodiment of the present invention, a method of manufacturing a DNA detection chip using a DNA capture chip having a through-hole plate structure is shown. By fixing the DNA capable of complementarily binding to the nucleic acid to be analyzed on the inner surface of the through hole of the DNA capture chip, and hybridizing the nucleic acid to be analyzed, and then contacting the substrate for manufacturing the DNA detection chip to the lower portion of the DNA capture chip The hybridized sample nucleic acid is moved from the DNA capture chip to the DNA detection chip to prepare a DNA detection chip (FIG. 3). The contents of the present invention are not intended to simply manufacture a plurality of DNA chips. Instead, a DNA chip having genetic information of a sample is prepared, and a fluorescent probe is hybridized to the DNA chip and analyzed. The method of manufacturing a DNA chip from a substrate having a via hole is an example of one method of manufacturing such a DNA chip.

관통구멍 내벽에 DNA 단편을 붙이게 되면 기판의 두께에 따라 DNA 단편이 붙은 표면적을 넓힐 수 있으므로 DNA 탐지칩쪽으로 이동되는 시료 핵산의 양을 증가시킬 수 있다. 관통판의 웰 윗쪽이 개방되어 있으므로 별도의 덮개판으로 윗쪽을 막은 상태에서 포획 DNA칩에서부터 탐지 DNA칩 기판으로 분석대상 핵산을 이동시킨다.Attaching the DNA fragments to the inner wall of the through-holes can increase the surface area of the DNA fragments depending on the thickness of the substrate, thereby increasing the amount of sample nucleic acid transferred to the DNA detection chip. Since the top of the well of the through plate is open, the target nucleic acid is moved from the capture DNA chip to the detection DNA chip substrate in a state of blocking the top with a separate cover plate.

관통구멍은 유리, 실리콘 등의 무기물이나 폴리스티렌, 폴리프로필렌, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PMMA(폴리메틸메타크릴레이트) 등의 고분자 물질로 이루어진 기판에 레이저로 일정한 간격으로 구멍을 뚫어 제작하거나, 기판이 고분자물질인 경우 사출성형 등의 방법으로 제작된다. 각기 다른 염기서열을 갖는 DNA들을 마이크로피펫(micropipette)이나 모세관 등으로 주입시키거나 합성하여 각 관통구멍의 내벽에 DNA를 고정시킬 수 있다.Through-holes are made by punching holes at regular intervals with a laser on a substrate made of inorganic materials such as glass and silicon, or polymer materials such as polystyrene, polypropylene, PET (polyethylene terephthalate), and PMMA (polymethyl methacrylate). In the case of this polymer material, it is produced by injection molding or the like. DNAs having different nucleotide sequences may be injected or synthesized by a micropipette or capillary tube to fix the DNA on the inner wall of each through hole.

DNA 탐지칩이 금속기판 이나 금속박막인 경우, 또는 금속기판이나 금속박막 위에 고분자 멤브레인이나 코팅을 해서 만들어진 경우 수소결합이 끊어진 핵산을 DNA 탐지칩으로 이동시키는 것을 돕기 위해 덮개판과 DNA 탐지칩 사이에 2 V 정도의 전압을 걸어줄 수도 있다.If the DNA detection chip is a metal substrate or metal thin film, or is made of a polymer membrane or coating on the metal substrate or metal film, the DNA between the cover plate and the DNA detection chip may be used to assist in transferring the hydrogen-bonded nucleic acid to the DNA detection chip. You can also apply a voltage of about 2V.

본 발명의 제 4 실시예에 의하면, 기본적인 분석방법은 실시예 1과 유사하나, 단지 관통구멍판 (through-hole array)을 이용하여 격벽구조가 없는 평면 DNA포획칩에 고정된 시료 핵산을 DNA 탐지칩으로 이동시키는 방법을 제공한다(도 4).According to the fourth embodiment of the present invention, the basic analysis method is similar to that of Example 1, but DNA detection of sample nucleic acid immobilized on a planar DNA capture chip having no barrier rib structure using only a through-hole array. A method of moving to a chip is provided (FIG. 4).

본발명의 제 5 실시예에서, 본발명의 유전자 분석방법은 특히 변이유전자를 검색하는데 유리하다. 도 5에는 DNA 탐지칩을 이용한 돌연변이 유전자를 검색하는 방법을 나타낸 것이다. 분석대상 핵산이 고정된 DNA 탐지칩에 야생형 프로브 DNA와 분석대상 핵산의 특정부위에 변이가 형성된 부위의 서열을 갖는 변이 프로브 DNA를, 상기 DNA 탐지칩상에 고정된 분석대상 핵산과 혼성화시켜 분석대상 핵산중 돌연변이여부를 확인하는 방법이다. 이 경우에, 야생형 유전자와 변이 유전자 각각에 혼성화할 수 있는 서열을 갖는 DNA 프로브들에 서로 다른 형광파장을 가진 형광분자로 표지하고, 각각의 유전자에 대응되는 이들 DNA 프로브들을 섞어 혼성화를 시키면 경쟁반응을 통하여 동일한 서열을 가진 DNA프로브가 DNA 탐지칩에 배열된 각각의 유전자에 대응하는 핵산 분자와 혼성화된다. 야생형의 유전자와 변이 유전자의 경우 서로 다른 형광분자로 표지된 DNA 프로브와 혼성화되므로 DNA 탐지칩을 두가지 형광파장에 대하여 이미지를 얻고 각각의 유전자에 대하여 파장에 따라 얻어진 형광의 상대적인 크기를 비교하면 각 유전자가 야생형인지 돌연변이된 유전자인지 알 수 있다. 각 유전자에 대하여 두 파장에서 야생형에 대한 DNA 프로브의 형광파장의 형광 세기가 크게 나오면 대응되는 유전자는 야생형의 유전정보를 가지고 있고 반대로 변이 유전자에 대한 DNA 프로브의 형광파장의 세기가 크게 나오면 대응되는 유전자는 변이된 유전정보를 가지고 있으며 형광의 세기가 비슷하게 나오면 2배체 생물의 세포내에는 하나의 유전자에 대하여 부와 모로부터 받은 두가지 유전정보를 가지고 있으므로 부모로부터 야생형과 변이형 유전자를 각각 받았다는 것이다. 이와 같은 방법으로 전체 DNA 탐지칩 위의 유전자들에 대하여 분석하여 동시에 다수의 유전자의 변이 여부를 판별할 수 있다. 이 방법은 질병에 대한 유전자 검색뿐만 아니라 유전적으로 조작된 농축산물 검색, 바이러스, 또는 세균 등의 서브타입 검색등 야생형과 돌연변이 유전자 모두 알려져 있는 경우에 사용될 수 있다. 한 위치에서 여러 가지 돌연변이가 가능한 경우 다른 형광파장을 가진 형광분자를 (분석하고자 하는 돌연변이의 수 + 1)개를 사용하여 야생형과 여러 변이 유전자에 대한 DNA 프로브를 만들어 사용할 수 있다. 그러므로 하나의 DNA 탐지칩에서 분석하고자 하는 유전자의 수에 관계없이 필요한 형광분자의 수는 (유전자중 분석하고자 하는 돌연변이 수의 최대값 + 1)개를 사용하면 된다.In a fifth embodiment of the present invention, the genetic analysis method of the present invention is particularly advantageous for searching for variant genes. 5 shows a method of searching for a mutant gene using a DNA detection chip. The mutant probe DNA having the sequence of the wild type probe DNA and the site where the mutation is formed in the specific region of the target nucleic acid is hybridized to the DNA detection chip to which the target nucleic acid is immobilized, and hybridized with the target nucleic acid immobilized on the DNA detection chip. How to check whether there is a mutation. In this case, DNA probes having sequences capable of hybridizing to wild type genes and mutant genes are labeled with fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths, and hybridized by mixing these DNA probes corresponding to the respective genes. Through the DNA probe having the same sequence is hybridized with a nucleic acid molecule corresponding to each gene arranged on the DNA detection chip. In the case of wild type genes and mutant genes, they are hybridized with DNA probes labeled with different fluorescent molecules. Therefore, DNA detection chips can be imaged for two fluorescence wavelengths and the relative magnitudes of fluorescence obtained according to wavelengths for each gene can be compared. Is a wild type or a mutated gene. For each gene, if the fluorescence intensity of the DNA probe for the wild type is large at two wavelengths, the corresponding gene has the wild type genetic information. On the contrary, if the fluorescence wavelength of the DNA probe for the mutant gene is large, the corresponding gene is shown. Has mutated genetic information, and if the fluorescence intensity is similar, it has received wild type and mutant genes from parents because it has two genetic information received from parent and mother for one gene in the cells of diploid organisms. In this way, genes on the entire DNA detection chip can be analyzed to determine whether multiple genes are mutated at the same time. This method can be used when both wild-type and mutant genes are known, such as genetic search for disease as well as genetically engineered concentrate search, subtype search for viruses or bacteria. If multiple mutations are possible at one location, fluorescent probes with different fluorescence wavelengths (number of mutations to be analyzed + 1) can be used to construct DNA probes for wild-type and multiple mutation genes. Therefore, regardless of the number of genes to be analyzed in a single DNA detection chip, the number of fluorescent molecules required can be used (maximum value of the number of mutations to be analyzed + 1).

각각의 유전자 부위에 대해 여러 가지 돌연변이가 가능할 때에는 하나 또는 다수의 동일한 DNA 포획칩을 사용하여 다수의 DNA탐지칩을 만들고 각각의 DNA 탐지칩에 다른 DNA 프로브 세트를 혼성화시킬 수도 있다. 하나의 DNA 포획칩을 사용하는 경우 포획 DNA칩에 결합된 분석대상 핵산을 탐지 DNA칩으로 이동시킨 뒤에 DNA포획칩을 재사용하여 상기 (A) 내지 (D)과정을 반복할 수 있다.When multiple mutations are possible for each gene site, one or more identical DNA capture chips can be used to make multiple DNA detection chips and hybridize different sets of DNA probes to each DNA detection chip. In the case of using a single DNA capture chip, the process of (A) to (D) may be repeated by moving the analysis target nucleic acid bound to the capture DNA chip to a detection DNA chip and reusing the DNA capture chip.

본 발명의 제 6 실시예에서, 본발명의 분석방법을 이용하여 점돌연변이를 검색할 수도 있다. 도 6는 DNA 탐지침을 이용한 점돌연변이을 검색하는 방법을 도시한 것이다.In a sixth embodiment of the present invention, point mutations may be searched using the analysis method of the present invention. 6 illustrates a method of searching for point mutations using a DNA probe.

유전병이나 약물반응에 대한 개인차는 유전자 염기하나가 바뀐 점돌연변이에 의해서도 일어날 수 있다. 이와 같이 하나의 염기가 야생형과 다른 점돌연변이를 알기 위해서 DNA 탐지칩을 이용하는 경우에는, 각 유전자의 점돌연변이되는 부분을 포함한 올리고뉴클레오타이드를 각각 제조하고, 변이되는 염기의 종류에 따라 4개의 다른 형광파장을 갖는 형광분자를 표지시켜 25 bp 정도 길이의 올리고뉴클레오타이드 DNA 프로브를 만든다. 예를 들면 형광분자로는 시토신의 경우 FAM, 아데닌의 경우 JOE, 구아닌의 경우 TAMRA, 티민의 경우 ROX이고, 이들 화합물 각각의 최대 형광방출 파장은 순서대로 517 nm, 548 nm, 568 nm, 591 nm이다. 각 유전자에 대한 4가지 DNA 프로브를 함께 섞어 혼성화시키면 DNA 프로브는 경쟁반응을 통하여 각 유전자에 대하여 4가지 프로브 가운데 동일한 서열을 가진 프로브가 혼성화되어 DNA 탐침칩의 형광 이미지를 파장에 따라 얻게 되면 가장 강한 형광신호를 내는 형광파장이 해당되는 염기 종류를 의미하므로(예를 들면 A라는 유전자는 568 nm에서 형광신호가 가장 크고, B라는 유전자는 517 nm에서 형광신호가 가장 크다면 점돌연변이 부분이 A는 구아닌이고 B는 시토신이다.) 각각의 유전자에 대하여 점 돌연변이가 일어나는 위치의 염기 종류를 알 수 있다. 이때 4개보다 더 많은 형광분자를 사용하여 결실 또는 삽입등의 돌연변이에 대한 DNA 프로브를 제조하여 사용할 수도 있다.Individual differences in hereditary diseases or drug responses can also be caused by point mutations in which a single gene base changes. As described above, in the case of using a DNA detection chip to identify a point mutation different from a wild type, an oligonucleotide including a point mutation portion of each gene is prepared, and four different fluorescence wavelengths are generated depending on the type of the mutated base. Labeling fluorescent molecules with the oligonucleotide DNA probe of about 25 bp long. For example, the fluorescent molecules are FAM for cytosine, JOE for adenine, TAMRA for guanine, and ROX for thymine, and the maximum fluorescence emission wavelength of each of these compounds is 517 nm, 548 nm, 568 nm, and 591 nm. to be. When four DNA probes for each gene are mixed together and hybridized, the DNA probe is a strong reaction when a fluorescence image of the DNA probe chip is obtained according to the wavelength. Since the fluorescence wavelength that emits the fluorescence signal refers to the type of base (for example, the gene A has the largest fluorescence signal at 568 nm, and the gene B has the largest fluorescence signal at 517 nm, the point mutation is A Guanine and B is cytosine.) For each gene, you can determine the type of base at which the point mutation occurs. In this case, more than four fluorescent molecules may be used to prepare DNA probes for mutations such as deletion or insertion.

본 발명은 분석대상 핵산과 상보적인 DNA가 배열된 DNA 포획칩을 시료용액에 담궈 분석대상 핵산을 DNA 포획칩상 DNA와 혼성화시키고, 이를 탐지 DNA 기판으로 이동시키고, 분석대상 DNA에 상보적인 서열을 가지며 형광표지된 프로브 DNA를 혼성화시키고, 형광을 분석하여 시료중 핵산의 정보를 분석하는 방법에 관한 것으로서, 하나이상의 분석대상 핵산이 결합된 DNA 탐지칩을 제조함으로써 시료 핵산이 고정된 별도의 DNA 탐지칩을 제조할 수 있어 분석대상 생명체의 유전자를 하나의 기판에 올린 DNA칩을 제조할 수 있고, 하나의 DNA칩으로 다수의 유전자 부위를 분석하여 유전자 분석에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있다. 또한, 상기 DNA 탐지칩에 별도로 제조된 형광표지 프로브 DNA을 결합시켜 유전정보를 분석하므로, 본발명의 유전자 분석방법은 변이 유전자를 분석할 수 있고, 시료 핵산이나 DNA 포획칩상에 고정된 DNA에 리포터 물질을 추가하는 단계가 필요하지 않으며, 또한, 검출되는 신호수준이 비슷하고 간섭을 줄일 수 있어 복잡한 이미지 분석과정이 필요없이 유전자에 대한 정보를 얻을 수 있다는 장점이 있다.In the present invention, a DNA capture chip having a DNA complementary to the nucleic acid to be analyzed is immersed in a sample solution to hybridize the nucleic acid to be analyzed with DNA on the DNA capture chip, and then transferred to a detection DNA substrate, and has a sequence complementary to the DNA to be analyzed. The present invention relates to a method of hybridizing fluorescently labeled probe DNA and analyzing fluorescence to analyze information of nucleic acid in a sample. It is possible to manufacture a DNA chip that the gene of the organism to be analyzed on one substrate can be prepared, and by analyzing a plurality of gene sites with a single DNA chip can reduce the time and cost required for gene analysis. In addition, by combining the fluorescent label probe DNA prepared separately with the DNA detection chip to analyze the genetic information, the gene analysis method of the present invention can analyze the mutant gene, the reporter to the DNA fixed on the sample nucleic acid or DNA capture chip There is no need to add a substance, and the signal level detected is similar and the interference can be reduced, so that gene information can be obtained without the need for complicated image analysis.

Claims (14)

a) 분석대상 핵산에 상보적으로 결합가능한 DNA를 포함하는 이종의 DNA들이 결합된 DNA 포획칩과, 분석대상 핵산을 포함하는 시료용액을 준비하고,a) preparing a DNA capture chip in which heterologous DNAs including DNAs complementarily bindable to the nucleic acid of interest and a sample solution containing the nucleic acid of interest are prepared, b) 상기 분석대상 핵산을 DNA 포획칩상의 DNA에 각각 상보적으로 결합시키고, 시료 핵산이 혼성화된 DNA 포획칩으로부터 비특이적으로 혼성화된 분석대상 핵산 분자를 제거하고,b) complementarily binding the nucleic acid of interest to the DNA on the DNA capture chip, and removing the non-specifically hybridized nucleic acid molecule from the DNA capture chip to which the sample nucleic acid is hybridized; c) 온도를 높이거나 염기간 수소결합 분해 물질을 첨가하여 상기 단계 b)에서 혼성화된 분석대상 핵산과 DNA 포획칩 상의 상보적 DNA 간의 결합을 파괴하여 분석대상 핵산을 단일가닥 형태로 분리시킨 후, 새로운 기판을 접촉시키고 상기 분리된 분석대상 핵산을 새로운 기판상에 결합시켜 분석대상 핵산들을 새 DNA 기판상으로 이동시켜 DNA 탐지칩을 제조하고,c) separating the analyte nucleic acid into a single strand form by breaking the bond between the analyte nucleic acid hybridized in step b) and the complementary DNA on the DNA capture chip by increasing the temperature or adding a base hydrogen bond decomposing material. Preparing a DNA detection chip by contacting a new substrate and binding the separated analyte nucleic acid onto a new substrate to move the analyte nucleic acids onto a new DNA substrate, d) 분석대상 핵산과 특이적으로 결합가능한 서열로 이루어지며 형광표지된 프로브 DNA을 DNA 탐지칩상에 결합된 분석대상 핵산과 혼성화하여 형광을 분석하는 단계를 포함하는, DNA 칩을 이용한 유전자의 분석방법.d) a method of analyzing a gene using a DNA chip comprising a sequence capable of specifically binding to the nucleic acid of interest and hybridizing the fluorescently labeled probe DNA with the nucleic acid of interest bound to the DNA detection chip to analyze fluorescence; . 제 1 항에 있어서, 상기 DNA 포획칩 및 DNA 탐지칩의 기판은 유리 또는 실리콘인 무기물, 또는 아크릴화합물, 폴리에틸렌 테트라프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리스티렌 및 폴리프로필렌중에서 선택된 고분자 물질인 것이 특징인 방법The method of claim 1, wherein the substrate of the DNA capture chip and the DNA detection chip is an inorganic material that is glass or silicon, or a polymer material selected from acrylic compounds, polyethylene tetraphthalate, polycarbonate, polystyrene, and polypropylene. 제 1 항에 있어서, 상기 탐지기판의 표면위에는 금속 박막, 고분자 멤브레인(Membrane), 고분자 물질/금속박막 중 어느 하나로 이루어진 층이 형성된 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein a layer formed of any one of a metal thin film, a polymer membrane, and a polymer material / metal thin film is formed on the surface of the detection substrate. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 박막은 금 또는 알루미늄이거나, 상기 고분자 멤브레인은 나일론 또는 니트로셀룰로스이거나, 또는 상기 고분자 물질은 덱스트란인 것이 특징인, DNA칩을 이용한 유전자 분석방법.The method of claim 3, wherein the metal thin film is gold or aluminum, the polymer membrane is nylon or nitrocellulose, or the polymer material is dextran. 제 1 항에 있어서, 격벽(wall)구조 또는 관통구멍판을 가진 DNA 포획칩을 사용하여 분석대상 핵산이 이동시 혼합되지 않도록 하는 것이 특징인 방법.The method of claim 1, wherein the nucleic acid to be analyzed is not mixed with each other by using a DNA capture chip having a wall structure or a through hole plate. 제 1 항에 있어서, 단계 c)에서 평편한 DNA 포획칩을 사용할 수 있도록, DNA 포획칩상의 DNA의 고정위치와 동일한 위치에 구멍을 뚫은 관통구멍판을 DNA포획칩과 DNA탐지칩 사이에 끼워 넣어 분석대상 핵산을 이동시키는 것이 특징인 방법.The method according to claim 1, wherein the through hole plate is inserted between the DNA capture chip and the DNA detection chip so that a flat DNA capture chip can be used in step c). The method is characterized by moving the nucleic acid of interest. 삭제delete 제 7 항에 있어서, 분석대상 핵산의 이동을 빠르게 하기 위해 DNA 포획칩과 DNA 탐지칩 사이에 전압을 걸어주는 방법.8. The method of claim 7, wherein a voltage is applied between the DNA capture chip and the DNA detection chip to speed up the movement of the nucleic acid to be analyzed. 제 1 항에 있어서, 상기 분석대상 핵산의 5' 또는 3'위치에 DNA 탐지칩에 공유결합할 수 있는 작용기를 갖는 것이 특징인 방법.The method of claim 1, wherein the method has a functional group capable of covalently binding to the DNA detection chip at the 5 'or 3' position of the nucleic acid to be analyzed. 제 1 항에 있어서, 상기 DNA 탐지칩은 고체기판 위에 나일론 또는 니트로셀룰로스 멤브레인이 올려진 구조로 되어 있고 상기 분석대상 DNA가 탐지 DNA 칩의 멤브레인에 UV 가교화로 고정되는 것이 특징인 방법.The method of claim 1, wherein the DNA detection chip has a structure in which a nylon or nitrocellulose membrane is mounted on a solid substrate, and the DNA of analysis is fixed to the membrane of the detection DNA chip by UV crosslinking. 제 1 항에 있어서, 분석대상 핵산에 대해 하나의 유전자 부위에 결합할 수 있는 가능성이 있는 DNA 단편에 각기 다른 형광파장을 가진 형광분자를 표지시킨 프로브를 각각의 유전자에 대하여 준비하여 이들을 혼합하여, 동시에 DNA 탐지칩상의 핵산에 혼성화시켜 다수의 유전자를 동시에 분석하는, DNA칩을 이용한 유전자 분석방법.The method according to claim 1, wherein a probe is prepared for each gene by mixing probes labeled with fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths in DNA fragments capable of binding to one gene region for the nucleic acid to be analyzed, and mixing them. A gene analysis method using a DNA chip that simultaneously hybridizes to a nucleic acid on a DNA detection chip to analyze a plurality of genes simultaneously. 제 1 항에 있어서, 단계 d)에서, 정상과 비정상 유전자에 각각 혼성화할 수 있는 DNA 단편에 각각 다른 형광파장을 갖는 형광분자를 표지시킨 프로브를 이용하여 변이유전자와 야생형 유전자를 구별하는 것을 특징으로 하는 유전자의 분석방법.The method of claim 1, wherein in step d), the mutant and wild-type genes are distinguished by using probes labeled with fluorescent molecules having different fluorescence wavelengths in DNA fragments that can hybridize to normal and abnormal genes, respectively. Analysis method of gene. 제 1 항에 있어서, 단계 d)에서, 각 유전자의 분석부위에 각각 혼성화할 수 있는 DNA 단편에 점돌연변이 위치의 염기 종류에 따라 각각 다른 형광파장을 갖는 형광분자를 표지시킨 프로브를 이용하여 점 돌연변이 위치의 염기 종류를 구별하는 것이 특징인 방법.The method of claim 1, wherein in step d), a point mutation is performed using a probe in which fluorescent fragments having different fluorescence wavelengths are labeled on DNA fragments that can hybridize to an analysis site of each gene, depending on the type of base mutation point. Characterized by distinguishing the base type of the position. 제 1항, 12항 또는 13항에 있어서, 분석대상 핵산이 결합된 다수의 동일한 DNA 탐지칩을 제조하고, 다른 DNA 프로브 세트를 각각의 DNA 탐지칩에 혼성화시켜 변이 위치의 유전정보를 분석하는 방법.The method according to claim 1, 12, or 13, wherein a plurality of identical DNA detection chips are prepared to which an analyte nucleic acid is bound, and a different DNA probe set is hybridized to each DNA detection chip to analyze genetic information of a mutation position. .
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