KR101012182B1 - 생체분자 기판 및 그것을 이용한 검사 및 진단의 방법 및 장치 - Google Patents

생체분자 기판 및 그것을 이용한 검사 및 진단의 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 검사용의 DNA 단편을 복수 개 배치한 DNA 기판을 검사하는 검사장치에 있어서, 절대 정밀도를 필요로 하는 구성을 생략하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는, 특정 종류의 생체분자 (예컨대, DNA 등)가 집합된 생체분자 스폿(spot)이 기판 위에 복수 개 형성된 기판으로서, 상기한 DNA 스폿의 패턴 혹은 배치를 특정한 데이터에 따라 변화시켜 상기한 특정 데이터의 정보가 기록되어 있는 기판을 구비한 것을 제공함으로써 해결되었다.
생체분자 기판, 검사, 진단, DNA

Description

생체분자 기판 및 그것을 이용한 검사 및 진단의 방법 및 장치{BIOMOLECULAR SUBSTRATE AND METHOD AND APPARATUS FOR EXAMINATION AND DIAGNOSIS USING THE SAME}
본 발명은, 생체분자 (예를 들면, DNA, RNA, 단백질, 유기 저분자 (리간드 등), 당, 지질 등)의 정보를 검출하는 검사용의 기판, 생체분자 칩 및 이것을 이용한 검출장치 및 검사 (스크리닝(screening)을 포함한다) 및 진단 방법에 관한 것이다.
최근, 유전자에 관한 과학기술은 예상 이상으로 놀랍게 진보하고 있다. 유전자 정보의 검출, 해석 및 유전자 정보를 관측하는 방법의 하나로서, 생체분자 칩(DNA 칩, 바이오 칩, 마이크로어레이, 프로틴 칩 등을 포함함)으로 불리는 장치 및 그것을 이용한 검사 방법이 최근 주목받고 있다. 이들은 유리나 실리콘의 기판 위에 다수의 상이한 cDNA, 게놈 DNA와 같은 DNA, RNA, PNA 등의 핵산, 또는 펩티드가 고밀도로 스폿상으로 서열되어서 고정되어 있다. 이 기판 위에 있어서, 검사 대상인 샘플 DNA의 단편에 형광체 물질 혹은 동위원소 등의 표지 물질(labelling substance)을 형성시킨 표지 DNA와, 캡처(capture) DNA를 하이브리다이 즈(hybridize) 하거나, 또는 검사 대상인 샘플 폴리펩티드 또는 리간드와 단백질과의 상호작용을 이용해서 결합시킨다. 각각의 스폿의 표지 DNA 또는 표지 펩티드로부터의 형광을 검출기에 의해, 또는 방사능을 방사선 측정기에 의해 검출함으로써, 표지 DNA 또는 표지 펩티드의 스폿의 배치 정보를 얻는다. 이 데이터를 해석함으로써 시료 DNA의 유전자 정보를 얻을 수 있다.
DNA 칩 등을 이용한 유전자 검출법은, 유전자의 해석에 의해 질환의 진단이나 생물의 분석 등에 장래 널리 사용될 가능성을 가지고 있다. 칩을 이용한 응용예로서는 콤비네이토리알 케미스트리(combinatorial chemistry)와 같은 화합물 라이브러리의 스크리닝 등도 있어, 그 범용성도 주목받고 있다.
그러나 이러한 생체분자 칩은 현재의 방법에서는 제조에 고정밀도의 설비를 필요로 하므로, 검출기판의 비용이 높다고 하는 문제가 있었다. 또한, 표지 DNA의 검출장치는 높은 정밀도를 필요로 하기 때문에 소규모의 사업체나 병원에 대한 보급은 곤란하였다. 그리고 생체분자 칩은 대량의 데이터를 처리할 수 있는 충분한 능력이 없으므로, 간편하고도 양호한 효율로 데이터를 처리할 수 있는 기판 또는 칩이 요망되고 있다.
이 검출용 기판이나 검출장치에는 높은 정밀도를 필요로 하지 않는 방식이 요구되고 있다. 본 발명은 정밀도가 나쁜 검사장치를 사용하더라도 작성할 수 있고, 정밀도가 나쁜 검사장치로써 검사할 수 있는 방식을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 특정한 종류의 생체분자 (예를 들면, DNA 등)가 집합된 생체분자 스폿이 기판 위에 복수 개 형성된 기판으로서, 상기 생체분자 (예를 들면, DNA)의 스폿의 패턴 혹은 배치를 특정 데이터에 따라서 변화시킴으로써 상기 특정 데이터의 정보가 기록되어 있는 기판을 구비한 것을 제공함으로써, 이 과제를 해결하였다. 따라서 본 발명은 아래의 것들을 제공한다.
한 가지 국면에 있어서, 본 발명은, 생체분자 기판을 제조하는 방법을 제공하고, 이 방법은, 1) 1세트의 생체분자 및 기판을 제공하는 공정; 2) 상기 세트의 생체분자의 각각의 생체분자종(種)마다 마이크로캡슐화하는 공정; 3) 마이크로캡슐화된 상기 생체분자를 상기 기판에 스프레이하는 공정을 포함한다.
한 가지 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 마이크로캡슐화하는 공정 후에, 마이크로캡슐화된 상기 생체분자를 세정하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 스프레이하는 공정을 잉크젯 방식으로 실시하는 방식이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 잉크젯 방식은, 버블 제트(등록상표 Bubble Jet)방식이다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 스프레이하는 공정에서 사용되는 용액의 온도를, 상기 마이크로캡슐화된 상기 생체분자의 쉘(shell)의 융점을 보다 높게 하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 1세트의 생체분자 중에서, 다른 종류의 생체분자의 마이크로캡슐은 다른 위치에 배치된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 스프레이하는 공정은 PIN법으로 실시된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 DNA, RNA 및 펩티드 중의 적어도 하나를 함유한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 DNA이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 cDNA 또는 게놈 DNA이다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 상기 마이크로캡슐종(種)마다 특유한 표지를 하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 기판 및 상기 기판에 배치된 생체분자와 칩 속성 데이터를 구비하고, 상기 칩 속성 데이터가 상기 생체분자와 동일한 영역에 배치되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 칩 속성 데이터는 칩 ID와 상기 기판에 관한 정보를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 기록 영역을 추가로 포함하고, 상기 기록 영역은 상기 생체분자와 상기 칩 속성 데이터와 동일한 기판 위에 배치되며, 상기 기록 영역에는 피험체(被驗體) 데이터(subject data) 및 측정 데이터 중의 적어도 한쪽이 기록된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자를 검출하는 수단과 동일한 수단을 이용해서 읽을 수 있도록 상기 칩 속성 데이터가 기록되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 기판에 특이적인 마크가 더 첨부되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 칩 속성 데이터에 근거한 특정한 마크가 배치되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 칩 속성 데이터는, 상기 생체분자 속성 데이터를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자의 어드레스에 관한 정보가 추가로 기록되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 어드레스는 트래킹 어드레스(tracking address)이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 칩 속성 데이터는 암호화되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자를 검출하기 위해서 사용되는 표지에 관한 데이터가 기록되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 표지에 관한 데이터는, 여기 광(勵起光; excited light) 파장 및 형광 파장 중의 적어도 하나를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는, DNA, RNA 및 펩티드 중의 적어 도 하나를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 DNA이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 cDNA 또는 게놈 DNA이다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩(biomolecule chip)을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 1) 기판 및 2) 상기 기판에 배치된 생체분자를 구비하고, 상기 생체분자의 스폿의 간격은 등간격이 아닌 간격을 적어도 하나 포함하고, 상기 등간격이 아닌 간격으로부터 상기 생체분자의 스폿의 어드레스가 특정 가능하다.
또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 등간격이 아닌 간격은 변조되어 있는 것을 특징으로 한다.
또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 등간격이 아닌 간격은 적어도 두 가지 방향에서 존재한다.
또 다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 1) 기판 및 2) 상기 기판에 배치된 생체분자를 구비하고, 상기 생체분자는, 변별 가능한 제1 생체분자와 변별 가능한 제2 생체분자를 포함하고, 상기 제1 생체분자의 스폿과 상기 제2 생체분자의 스폿의 스폿 배열 상태로부터 상기 생체분자의 어드레스가 특정 가능하다.
또 한 가지 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 스폿의 사이에 상기 생체분자와 변별 가능한 표지(label)가 배치된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 변별 가능한 표지는, 검출수단에 의해 검출 가능하다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 표지는, 상기 기판 위에서 수평방향 및 수직방향으로 배치된다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명에는 동기 마크(synchronization mark)가 추가로 배치되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는, DNA, RNA 및 펩티드 중의 적어도 하나를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 DNA이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자는 cDNA 또는 게놈 DNA이다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 1) 기판 및 2) 상기 기판에 배치된 생체분자를 구비하고, 상기 기판에 있어서의 상기 생체분자의 스폿의 뒤쪽에, 속성 데이터가 저장된 스폿이 배치된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 속성 데이터는 어드레스 정보이다.
또 다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 1) 기판; 2) 상기 기판에 배치된 생체분자; 및 3) 데이터 기록 영역을 구비한다.
한 가지 실시 형태에 있어서, 상기 데이터 기록 영역은, 상기 생체분자가 배치된 면의 뒷면에 배치된다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은, 생체분자 칩의 표지를 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 1) 적어도 하나의 표지된 생체분자가 배치된 생체분자 칩을 제공하는 공정; 2) 상기 생체분자 칩 위의 상기 생체분자를 검출하는 검출소자를 순 차로 스위칭(switching)하는 공정; 및 3) 상기 검출소자에서 검출된 신호를 확인하는 공정을 포함한다.
또 한 가지 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 4) 상기 검출된 신호 각각을 가산(加算)하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 신호는 파장분리 미러(mirror)에 의해서 분리된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 기판은 동기 마크를 추가로 포함하고, 상기 표지는 상기 동기 마크에 근거해서 특정된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 기판은 상기 생체분자의 뒷면에 어드레스 정보를 더 포함하고, 상기 표지는 상기 어드레스 정보에 근거해서 특정된다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은, 생체의 정보를 검사하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 1) 상기 생체로부터의 생체분자 시료를 제공하는 공정; 2) 본 발명의 생체분자 칩을 제공하는 공정; 3) 상기 생체분자 시료를 상기 생체분자 칩에 접촉시켜, 상기 생체분자 칩을, 상기 생체분자 시료와 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자 사이의 상호작용을 발생시키는 조건하에 두는 공정; 및 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 공정이고, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 공정을 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 시료는 핵산을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 핵산이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 시료는 단백질을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 항체이거나, 혹은 상기 시료는 항체를 함유하며, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 단백질이다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 상기 생체분자 시료를 표지분자로써 표지하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자는 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 변별 가능하다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자는 형광 분자, 인광 분자, 화학발광 분자 또는 방사성 동위체를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 신호를 검출하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와는 다른 장소에서 실시된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 신호를 검출하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와 동일한 장소에서 실시된다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 신호를 암호화하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 신호를 필터링하여, 필요한 정보와 관련된 신호만을 추출하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 피험체를 진단하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 1) 상기 피험체로부터의 시료를 제공하는 공정; 2) 본 발명의 생체분자 칩을 제공하는 공정; 3) 상기 시료와 상기 생체분자 칩을 접촉시켜, 상기 시료와 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자 사이의 상호작용을 발생시키는 조건하에 두는 공정; 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 공정으로서, 상기 신호는, 상기 피험체 중의 적어도 하나의 진단 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 공정; 및 5) 상기 신호로부터 상기 진단 지표를 판정하는 공정을 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 시료는 핵산이고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 핵산이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 시료는 단백질을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 항체이거나, 혹은 상기 시료는 항체를 함유하며, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 단백질이다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 시료를 표지분자로써 표지하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자는, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 변별 가능하다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자는, 형광 분자, 인광 분자, 화학발광 분자 또는 방사성 동위체를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 질환 또는 장해의 지표이다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 1염기 다형 (SNP; single nucleotide polymorphism)에 근거한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 유전자 질환에 근거한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 단백질의 발현량에 근거한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 생화학 검사의 검사값에 근거한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 판정하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와 다른 장소에서 실시된다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 신호를 검출하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와 동일한 장소에서 실행된다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 신호를 암호화하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 상기 신호를 필터링하여, 필요한 정보와 관련된 신호만을 추출하는 공정을 추가로 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 검출하는 공정에서 생체분자 속성 데이터는 은폐되어 있고, 상기 판정하는 공정에서 개인정보 데이터는 은폐되어 있다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은, 생체의 정보의 검사장치를 제공한다. 이 검사장치는, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락(fluid communication)하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉 및 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 및 4) 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부를 구비한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 상기 신호의 송수신부를 추가로 구비한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 상기 신호의 기록 영역을 추가로 구비한다.
다른 국면에 있어서, 피험체의 진단 장치를 제공한다. 이 진단 장치는, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉 및 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부; 및 5) 상기 신호로부터 상기 진단 지표를 판정하는 판정부를 구비한다.
또 한 가지 실시 형태에 있어서, 본 발명은 상기 신호의 송수신부를 추가로 구비한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 상기 신호의 기록 영역을 추가로 구비한다.
한 가지 국면에 있어서, 본 발명은 생체검사 시스템을 제공한다. 이 생태검사 시스템은, A) 주(主) 서브시스템(main sub system)으로서, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉 및 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는, 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부; 및 5) 신호를 송수신하는 송수신부를 구비하는 주 서브시스템; 및 B) 부(副) 서브시스템(sub sub system)으로서, 1) 신호를 송수신하는 송수신부; 및 2) 상기 주 서브시스템으로부터 수신한 상기 신호로부터 검사값을 산출하는 검사부를 구비한 부 서브시스템을 구비한다. 여기서, 상기 주 서브시스템과 상기 부 서브시스템은 네트워크를 통해 함께 접속되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 부 서브시스템이 수신하는 신호는 상기 부 서브시스템이 측정한 측정 데이터에 관한 신호를 포함한다.
또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 속성 데이터는 칩 ID, 개인정보 데이터 및 생체분자 속성 데이터를 포함하고, 상기 주 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 개인정보 데이터를 포함하나 상기 생체분자 속성 데이터를 포함하지 않으며, 상기 부 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 생체분자 속성 데이터를 포함하나 상기 개인정보 데이터는 포함하지 않고, 상기 부 서브시스템은, 요구에 따라서 판정된 상기 검사 값을 상기 주 서브시스템에 송신한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 네트워크는 인터넷이다.
다른 실시 형태에 있어서, 송수신되는 상기 신호는 암호화되어 있다.
또 다른 국면에 있어서, 본 발명은 피험체의 진단 시스템을 제공한다. 이 진단 시스템은, A) 주(主) 서브시스템으로서, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉 및 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부; 및 5) 신호를 송수신하는 송수신부를 구비하는 주 서브시스템; 및 B) 부(副) 서브시스템으로서, 1) 신호를 송수신하는 송수신부; 및 2) 상기 주 서브시스템으로부터 수신한 상기 신호로부터 상기 진단 지표를 판정하는 판정부를 구비한 부 서브시스템을 구비한다. 여기서, 상기 주 서브시스템과 상기 부 서브시스템은 네트워크를 통해 함께 접속되어 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 부 서브시스템이 수신하는 신호는, 상기 부 서브시스템이 측정한 측정 데이터에 관한 신호를 포함한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 속성 데이터는 칩 ID, 개인정보 데이터 및 생체분자 속성 데이터를 포함하고, 상기 주 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 개인정보 데이터를 포함하나 상기 생체분자 속성 데이터를 포함하지 않으며, 상기 부 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 생체분자 속성 데이터와, 생체분자 속성 데이터로부터 진단 지표를 판정하기 위한 데이터를 포함하나, 상기 개인정보 데이터는 포함하지 않으며, 상기 부 서브시스템은, 요구에 따라서 판정된 상기 진단 지표를 상기 주 서브시스템에 송신한다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 네트워크는 인터넷이다.
다른 실시 형태에 있어서, 송수신되는 상기 신호는 암호화되어 있다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은, 생체의 정보를 검사하는 검사장치를 제공한다. 이 검사장치는, 가) 기판의 지지대; 나) 상기 기판 위에 배치된 복수 개의 동일한 종류의 생체분자군; 다) 상기 기판을 이동시키는 이동 수단; 라) 검사하고자 하는 시료를 표지하는 형광물질을 여기(excitation)시키기 위한 광원; 마) 상기 광원으로부터의 광을 집속시키는 광학수단을 구비하고, 간헐적인 발광신호에 따라서 상기 광원을 간헐적으로 발광시킴으로써 상기 형광물질을 여기시켜, 상기 간헐적인 발광신호의 휴지기간 중에 광검지부에 의해 상기 형광물질로부터의 형광을 검출하고, 상기 DNA군의 배치로부터 식별 정보를 재생하여, 형광을 발하고 있는 상기 생체분자군을 식별하는 것을 특징으로 한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 검출한 검출신호를 가산하는 수단을 추가로 구비한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은 파장분리 미러(mirror)를 추가로 구비한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 생체의 정보를 검사하는 장치를 제조 하기 위한, 본 발명의 생체분자 칩의 사용을 제공한다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 피험체를 진단하는 장치를 제조하기 위한, 본 발명의 생체분자 칩의 사용을 제공한다.
본 발명은 생체분자 (예를 들면, DNA, RNA, 단백질, 저분자 등)의 배치 또는 패턴 바로 그 자체를 변화시켜 위치 정보를 채워 넣고 있으므로 여분의 공정을 늘릴 일이 없고, 종래와 같은 고정밀도의 위치 맞춤은 불필요하게 된다. 생체분자의 종류가 많고, 생체분자의 밀도가 요구될 때에 이 방법은 더욱 유효성이 많다. 또한, 검사장치는 여기광원에 의해 DNA 스폿의 위치 정보를 읽을 수 있으므로 생체분자의 상대적인 위치 결정이 좋다. 종래 방식과 같은 고정밀도의 절대적인 위치 결정 장치는 필요하지 않게 되므로, 간단한 구성으로 장치를 실현할 수 있다. 또한 기판 위에 데이터를 기록해 두고, 여기광에 의해 읽을 수 있기 때문에, 부품을 늘릴 일이 없이 동일한 기판으로부터 생체분자 스폿의 속성 데이터를 판독할 수 있어서 데이터의 정합 에러가 없어진다. 이상과 같이 현저한 효과가 있기 때문에 생체의 검사장치 및 진단 장치의 보급을 촉진시키는 것이다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐, 단수형의 관사 또는 형용사 (예를 들면, 영어의 경우는 「a」, 「an」, 「the」 등, 독일어의 경우의 「ein」, 「der」, 「das」, 「die」 등 및 그 격변화형, 불어의 경우의 「un」, 「une」, 「le」, 「la」 등, 스페인어에 있어서의 「un」, 「una」, 「el」, 「la」 등, 기타 언어에 있어서의 대응하는 관사, 형용사 등)는, 특히 언급하지 않는 한, 그 복수형의 개념도 포함하는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는, 특히 언급하지 않는 한, 이 분야에서 보통 사용되는 의미로 사용되는 것으로 이해해야 한다.
아래에 본 명세서에서 특히 사용되는 용어의 정의를 열거한다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「기판」 및 「지지체」는, 본 명세서에 있어서, 동일한 의미로 사용되고, 본 발명의 어레이(array)가 구축되는 재료 (바람직하게는 고체)를 말한다. 기판의 재료로서는, 공유 결합 또는 비공유 결합의 어느 하나에 의해, 본 발명에서 사용되는 생체분자에 결합하는 특성을 가지거나 또는 그러한 특성을 가지도록 유도체화될 수 있는 임의의 고체재료를 들 수 있다.
기판으로서 사용하기 위한 그러한 재료로서는, 고체표면을 형성할 수 있는 임의의 재료가 사용될 수 있는데, 예를 들면, 유리, 규소, 실리콘, 세라믹, 이산화 규소, 플라스틱, 금속(합금도 포함됨), 천연 및 합성의 폴리머 (예를 들면, 폴리스티렌, 셀룰로오스, 키토산, 덱스트란, 및 나일론)를 들 수 있으며, 그것들에 한정되지 않는다. 기판은 복수의 다른 재료의 층으로 형성되어 있어도 좋다. 예를 들면, 유리, 석영 유리, 산화 알루미늄, 사파이어, 포스테라이트, 탄화 규소, 산화 규소, 질화 규소 등의 무기절연 재료를 사용할 수 있다. 또한, 폴리에틸렌, 에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소부틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 불포화 폴리에스테르, 플루오르 함유 수지, 폴리 염화 비닐, 폴리 염화 비닐리덴, 폴리 아세트산 비닐, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세탈, 아크릴 수지, 폴리아크릴로니트릴, 폴리 스티렌, 아세탈 수지, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 페놀 수지, 우레아 수지, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-부타디엔 -스티렌 공중합체, 실리콘 수지, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리술폰 등의 유기재료를 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서는, 또한, 니트로셀룰로오스 막, PVDF 막 등의 핵산 블로팅(blotting)에 사용되는 막을 이용할 수도 있다.
한 가지 실시 형태에 있어서, 본 발명에서는 전극재료를 사용하여 기판과 전극을 겸용한 기판전극으로 할 수도 있다. 이러한 기판전극의 경우, 기판전극의 표면을 절연층 영역에 의해 전극영역으로 분리하고, 분리된 각각의 전극영역에, 각각 상이한 생체분자를 고정하는 것이 바람직하다. 전극재료는 특히 한정되는 것이 아니다. 그러한 전극재료로서는, 예를 들면, 금, 금의 합금, 은, 백금, 수은, 니켈, 팔라듐, 실리콘, 게르마늄, 갈륨, 텅스텐 등의 금속 단체(單體) 및 그것들의 합금, 혹은 그라파이트, 글라시 카본(glassy carbon) 등의 탄소 등, 또는 이것들의 산화물 또는 화합물을 이용할 수 있다. 또한, 산화 규소 등의 반도체 화합물이나, CCD, FET, CMOS 등의 각종 반도체 디바이스를 이용하는 것도 가능하다. 절연기판 위에 전극막을 형성하여 기판과 전극을 일체화한 기판전극을 이용할 경우, 이 전극막은 도금, 인쇄, 스퍼터링, 증착 등에 의해서 제작할 수 있다. 증착을 할 경우는, 저항 가열법, 고주파 가열법, 전자 빔 가열법에 의해 전극막을 형성할 수 있다. 또한, 스퍼터링을 할 경우는, 직류 2극 스퍼터링, 바이어스 스퍼터링, 비대칭 교류 스퍼터링, 게터(getter) 스퍼터링, 고주파 스퍼터링 등에 의해 전극막을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 폴리피롤, 폴리아닐린 등의 전해 중합막이나 도전성 고분자도 이 용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 전극표면을 분리하기 위해서 사용되는 절연 재료는 특히 한정되는 것이 아니지만, 포토폴리머(photopolymer) 또는 포토레지스트 재료인 것이 바람직하다. 레지스트 재료로서는, 광 노광용 포토레지스트, 자외선 조사용 포토레지스트, X선용 포토레지스트, 전자선용 포토레지스트가 사용된다. 광 노광용 포토레지스트로서는 주원료가 환화 고무(cyclized rubber), 폴리 계피산(polycinnamic acid), 노볼락 수지인 것을 들 수 있다. 자외선 조사용 포토레지스트로서는 환화 고무, 페놀 수지, 폴리메틸이소프로페닐 케톤(PMIPK), 폴리메틸메타크릴레이크(PMMA) 등이 사용된다. 또한, X선용 레지스트로서는 COP, 메타크릴레이트 등을 사용할 수 있다. 또한, 전자선용 레지스트로서는 PMMA 등과 같이 상기 문헌에 기재한 물질을 사용하는 것이 가능하다.
본 명세서에 있어서 「칩」이라 함은, 다양한 기능을 가지고, 시스템의 일부가 되는 초소형 집적 회로를 말한다. 본 명세서에 있어서 「생체분자 칩」이라 함은, 기판과 생체분자를 포함하고, 그 기판에는 본 명세서에서 정의된 생체분자가 적어도 하나 배치되어 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「어드레스」라 함은, 기판상의 유일한(unique) 위치를 말하고, 기타의 유일한 위치와는 변별할 수 있는 것을 말한다. 어드레스는, 그 어드레스를 수반하는 생체분자를 관련시키는 데에 적절하고, 그리고 모든 각각의 어드레스에 있어서의 존재물이 기타의 어드레스에 있어서의 존재물과는 식별될 수 있는(예를 들면, 광학적), 임의의 형상을 채용할 수 있다. 어드레스의 형(shape)은, 예를 들면, 원형상, 타원상, 정사각형, 직사각형이어도 좋고, 또는 불규칙한 형이어도 좋다.
각각의 어드레스의 사이즈는, 특히, 그 기판의 크기, 특정한 기판상의 어드레스의 수, 분석물의 양 및/또는 이용 가능한 시약, 생체분자 사이즈 및 그 어레이가 사용되는 임의의 방법을 위해 필요한 해상도의 정도에 의존한다. 크기는, 예를 들면, 1∼2nm으로부터 수 cm (예를 들면, 1∼2mm 내지 수 cm 등, 125×80mm, 10×10mm 등)의 범위일 수 있는데, 그 어레이의 적용에 일치하는 임의의 크기가 가능하다. 그러한 경우, 기판재료는, 어레이의 특정한 제조 프로세스 및 적용을 위해 적절한 크기 및 형상으로 형성된다. 예를 들면, 측정 대상물이 많이 입수 가능할 경우의 분석에 있어서, 비교적 큰 기판 (예를 들면, 1cm×1cm 또는 그것보다 큼) 위에 어레이를 구축하는 것이 보다 경제적일 수 있다. 여기에서는, 그다지 감수성을 필요로 하지 않음으로 인하여 경제적인 검출 시스템을 사용할 수 있는 새로운 추가적인 이점이 수반된다. 다른 한면으로는, 분석 시료 및/또는 시약의 이용 가능한 양이 한정되어 있을 경우, 이들 분석 시료 및 시약의 소비를 극소화하도록 어레이를 설계할 수 있다.
어드레스의 공간배치 및 형상은, 그 마이크로어레이가 사용되는 특정한 적용에 적합하도록 설계된다. 어드레스는 치밀하게 충전될 수 있고, 광범하게 분산될 수 있거나, 또는 특정한 형의 분석물에 적합한 소망의 패턴으로 서브그룹(subgroup)화될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 「어레이」라 함은, 고상 표면 또는 막 위의 길이의 고정 물체의 고정된 패턴 또는 그러한 패턴을 가진 분자집단을 의미한다. 전형적으로, 어레이는 그 자신 고상 표면 또는 막에 고 정되어 있는 핵산서열을 포획하도록 결합한 생체분자 (예를 들면, DNA, RNA, 단백질-RNA 융합분자, 단백질, 유기 저분자 등)로 구성된다. 어레이 위에는 생체분자의 「스폿」이 배치될 수 있다. 본 명세서에 있어서 「스폿」이라 함은, 생체분자의 일정한 집합을 말한다.
기판에는, 임의의 수의 어드레스가 배치될 수 있는데, 통상, 108 어드레스까지, 다른 실시 형태에 있어서는 107 어드레스까지, 106 어드레스까지, 105 어드레스까지, 104 어드레스까지, 103 어드레스까지, 또는 102 어드레스까지의 어드레스가 배치될 수 있다. 따라서, 1 어드레스에 생체분자 1개가 배치되어 있을 때는, 기판에는 108개의 생체분자까지, 다른 실시 형태에 있어서는 107개의 생체분자까지, 106개의 생체분자까지, 105개의 생체분자까지, 104개의 생체분자까지, 103개의 생체분자까지, 또는 102개의 생체분자까지의 생체분자가 배치될 수 있다. 이들의 경우에 있어서, 보다 작은 기판의 크기 및 보다 적은 어드레스가 적절하다. 특히, 어드레스의 크기는, 단일 생체분자의 사이즈와 같이 작게 할 수 있다 (이것은, 1∼2nm 정도의 크기일 수 있다). 최소한의 기판의 면적은, 몇 가지 경우에 있어서 기판상의 어드레스의 수에 의해 결정된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「생체분자」라 함은, 생체에 관련된 분자를 말한다. 본 명세서에서 「생체」라 함은, 생물학적인 유기체를 말하고, 동물, 식 물, 균류, 바이러스 등을 포함하지만 그것들에 한정되지 않는다. 생체분자는, 생체로부터 추출되는 분자를 포함하지만, 거기에 한정되지 않고, 생체에 영향을 줄 수 있는 분자이면 생체분자의 정의에게 들어간다. 따라서, 콤비네이토리알 케미스트리에 의해서 합성된 분자, 의약품으로서 이용될 수 있는 저분자 (예를 들면, 저분자 리간드 등)도 또한 생체에의 효과가 의도될 수 있는 한, 생체분자의 정의에 들어온다. 그러한 생체분자의 예로서는, 단백질, 폴리펩티드, 올리고펩티드, 펩티드, 폴리뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드, 핵산 (예를 들면, cDNA, 게놈 DNA와 같은 DNA, mRNA와 같은 RNA를 포함한다), 폴리사카리드, 올리고사카리드, 지질, 저분자 (예를 들면, 호르몬, 리간드, 정보전달 물질, 유기 저분자 등), 이들의 복합 분자 등이 포함되지만 그것들에 한정되지 않는다. 생체분자에는 또한, 본 발명의 기판에 결합될 수 있는 한, 세포 자체, 조직의 일부 또는 전부 등도 포함될 수 있다. 바람직하게는, 생체분자는 핵산 또는 단백질을 함유한다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, 생체분자는 핵산 (예를 들면, 게놈 DNA 또는 cDNA, 혹은 PCR 등에 의해 합성된 DNA)이다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, 생체분자는 단백질일 수도 있다. 바람직하게는, 본 발명의 기판 위에는 1 어드레스당 1 종류의 생체분자가 제공될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서는, 2 종류 이상의 생체분자를 포함하는 샘플이 1 어드레스에 제공되어 있어도 좋다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「단백질」, 「폴리펩티드」, 「올리고펩티드」 및 「펩티드」는 본 명세서에 있어서 동일한 의미로 사용되며, 임의의 길이의 아미노산의 폴리머를 말한다. 이 폴리머는, 직쇄(直鎖)이어도 좋고, 분기되어 있어 도 좋으며, 환상이어도 좋다. 아미노산은 천연의 것이어도 좋고, 비천연의 것이어도 좋으며, 개변(改變)된 아미노산이어도 좋다. 이 용어는 또한, 복수의 폴리펩티드쇄의 복합체에 어셈블될 수 있다. 이 용어는 또한, 천연 또는 인공적으로 개변된 아미노산 폴리머도 포함한다. 그러한 개변으로서는, 예를 들면, 디술피드 결합 형성, 글리코실화, 지질화, 아세틸화, 인산화 또는 임의의 기타의 조작 혹은 개변 (예를 들면, 표지성분과의 결합체화)을 포함한다. 이 정의에는 또한, 예를 들면, 아미노산의 1 또는 2 이상의 아날로그를 함유하는 폴리펩티드 (예를 들면, 비천연의 아미노산 등을 포함함), 펩티드 유사 화합물 (예를 들면, 펩토이드) 및 이 분야에 있어서 공지의 다른 개변이 포함된다.
본 명세서에서 사용되는 용어 「폴리뉴클레오티드」, 「올리고뉴클레오티드」 및 「핵산」은, 본 명세서에 있어서 동일한 의미로 사용되며, 임의의 길이의 뉴클레오티드의 폴리머를 말한다. 이 용어는 또한, 「유도체 올리고뉴클레오티드」 또는 「유도체 폴리뉴클레오티드」를 포함한다. 「유도체 올리고뉴클레오티드」 또는 「유도체 폴리뉴클레오티드」라 함은, 뉴클레오티드의 유도체를 포함하거나, 또는 뉴클레오티드 간의 결합이 통상적인 결합과는 상이한 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드를 말하고, 호환적으로 사용된다. 그러한 올리고뉴클레오티드로서 구체적으로는, 예를 들면, 2'-0-메틸-리보뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 인산 디에스테르 결합이 포스포로티오에이트 결합으로 변환된 유도체 올리고뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 인산 디에스테르 결합이 N3'-P5' 포스포로아미데트 결합으로 변환된 유도체 올리고뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 리보오 스와 인산 디에스테르 결합이 펩티드-핵산 결합으로 변환된 유도체 올리고뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 우라실이 C-5 프로피닐 우라실로써 치환된 유도체 올리고뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 우라실이 C-5 티아졸 우라실로써 치환된 유도체 올리고뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 시토신이 C-5 프로피닐 시토신으로써 치환된 유도체 올리고뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드 중의 시토신이 페녹사진 수식(修飾) 시토신(phenoxazine-modified cytosine)으로써 치환된 유도체 올리고뉴클레오티드, DNA 중의 리보오스가 2'-0-프로필 리보오스로써 치환된 유도체 올리고뉴클레오티드 및 올리고뉴클레오티드 중의 리보오스가 2'-메톡시에톡시리보오스로써 치환된 유도체 올리고뉴클레오티드 등을 예시할 수 있다.
본 명세서에 있어서 「유전자」라 함은, 유전 형질을 규정하는 인자를 말한다. 보통 염색체 위에 일정한 순서로 배열해 있다. 단백질의 일차 구조를 규정하는 유전자를 구조 유전자라고 하고, 그 발현을 좌우하는 유전자를 조절 유전자라고 한다. 본 명세서에서의 「유전자」는, 「폴리뉴클레오티드」, 「올리고뉴클레오티드」 및 「핵산」 및/또는 「단백질」, 「폴리펩티드」, 「올리고펩티드」 및 「펩티드」를 가리키는 경우가 있다. 본 명세서에 있어서 유전자의 「상동성」이라 함은, 2 이상의 유전자 서열 사이의 서로간에 대한 동일성의 정도를 말한다. 따라서, 어떤 2개의 유전자 사이의 상동성이 높을수록, 그것들의 서열의 동일성 또는 유사성은 높다. 2 종류의 유전자가 상동성을 가지는지 아닌지는, 서열의 직접 비교해 조사하거나, 또는 핵산의 경우 스트린젠트(stringent)한 조건하에서의 하이브리다이제이션 법에 의해 조사할 수 있다. 2개의 유전자 서열을 직접 비교할 경우, 그 유 전자 서열 사이에서 DNA 서열이, 대표적으로는 적어도 50％ 동일할 경우, 바람직하게는 적어도 70％ 동일할 경우, 보다 바람직하게는 적어도 80％, 90％, 95％, 96％, 97％, 98％ 또는 99％ 동일할 경우, 그것들의 유전자는 상동성을 가진다.
용어 「폴리사카리드」, 「다당」, 「올리고사카리드」, 「당」 및 「탄수화물」은, 본 명세서에 있어서 동일한 의미로 사용되며, 단당이 글리코시드 결합에 의해 탈수 축합한 고분자 화합물을 한다. 「단당」 또는 「모노사카라이드」라 함은, 이 보다 더 간단한 분자로 가수분해되지 않는, 일반식 CnH2n0n으로 나타내어지는 것을 말한다. 여기서, n=2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10인 것을, 각각 디오스, 트리오스, 테트로오스, 펜토오스, 헥소오스, 헵토오스, 옥토오스, 노노오스 및 데코오스라고 한다. 단당은, 일반적으로 쇄(鎖)식 다가 알코올의 알데히드 또는 케톤에 상당하는 것으로서, 전자를 알도오스, 후자를 케토오스라고 한다.
본 발명의 생체분자는, 생체로부터 채취될 수 있는 것 이외에, 당업자에게 공지된 방법에 의해 화학적으로 합성될 수 있다. 예를 들면, 자동 고상 펩티드 합성기를 사용한 합성 방법은, 아래의 문헌에 기재되어 있다: Stewart, J. M, et al. (1984). Solid Phase Peptide Synthesis, Pierce Chemical Co.; Grant, G. A. ( 1992). Synthetic Peptides: A User's Guide, W. H. Freeman; Bodanszky, M. ( 1993). Principles of Peptide Synthesis, Springer-Verlag; Bodanszky, M. et al. (1994). The Practice of Peptide Synthesis, Springer-Verlag; Fields, G. B. (1997). Phase Peptide Synthesis, Academic Press; Pennington, M. W. et al. ( 1994). Peptide Synthesis Protocols, Humana Press; Fields, G. B. (1997). Solid-Phase Peptide Synthesis, Academic Press.
올리고뉴클레오티드는, Applied Biosystems 등에 의해 시판되는 DNA 합성기의 어느 것을 사용하여 자동 화학 합성에 의해 제조할 수 있다. 자동 올리고뉴클레오티드의 합성을 위한 조성물 및 방법은, 예를 들면, 미국 특허 제4,415,732호, Caruthers et al. (1983); 미국 특허 제4,500,707호, Caruthers (1985); 미국 특허 제4,668,777호, Caruthers et al. (1987)에 개시되어 있다.
한 가지 실시 형태에 있어서, 본 발명에서는 생체분자 (예를 들면, 유기 저분자, 콤비네이토리알 케미스트리 생성물)의 라이브러리를 기판에 결합시키고, 수득한 기판을 이용해서 분자를 스크리닝 하기 위한 마이크로어레이를 생성할 수 있다. 본 발명에서 사용하는 화합물 라이브러리는, 예를 들면, 콤비네이토리알 케미스트리 기술, 발효방법, 식물 및 세포추출 조작 등을 들 수 있는데, 이들에 한정되지 않고 어떠한 수단에 의해 제조할 수 있거나 또는 입수할 수 있다. 콤비네이토리알 라이브러리(combinatorial library)를 작성하는 방법은 이 기술분야에서 주지인데, 예를 들면, E. R. Felder, Chimia l994, 48, 512-541； Ga11op et al, J. Med. Chem. 1994, 37, 1233-1251; R. A. Houghten, Trends Genet. 1993, 9, 235-239; Houghten et al., Nature 1991, 354, 84-86; Lam et al., Nature 1991, 354, 82-84; Carell et al., Chem. Biol. 1995, 3, 171-183; Madden et al., Perspectives in Drug Discovery and Design2, 269-282; Cwirla et al., Biochemistry 1990, 87, 6378-6382; Brenner et al., Proc. Nat1. Acad. Sci. USA 1992, 89, 5381-5383; Gordon et al., J. Med. Chem. 1994, 37, 1385-1401; Lebl et al., Biopolymers 1995, 37, 177-198; 및 이들 문헌에서 인용된 참고 문헌을 참조. 이들의 참고 문헌은, 그 전체를 본 명세서 중에서 참고로서 원용한다.
본 명세서에 있어서 「스트린젠트(stringent)한 조건」이라 함은, 하이브리다이제이션에 대해서 말할 때, 이 분야에서 관용되는 주지의 조건을 말한다. 이러한 조건은, 예를 들면, 0.7∼1.OM의 NaCl 존재하, 65℃에서 하이브리다이제이션을 한 후, 0.1∼2배 농도의 SSC(saline-sodium citrate) 용액 (1배 농도의 SSC 용액의 조성은, 150mM 염화 나트륨, 15mM 시트르산 나트륨이다)을 사용하고, 65℃ 조건하에서 필터를 세정하는 것을 들 수 있다. 하이브리다이제이션은, Molecular Cloning 2nd ed., Current Protocols in Molecular Biology， Supplement 1-38, DNA Cloning l: Core Techniques, A Practical Approach， Second Edition, 0xford University Press (1995) 등의 실험서에 기재되어 있는 방법에 준해서 할 수 있다.
본 명세서에서는 염기서열의 동일성의 비교는, 서열 분석용 툴(tool)인 BLAST를 사용해서 디폴트 파라미터(default parameter)를 이용해서 산출된다.
본 발명의 방법, 생체분자 칩 및 장치는, 예를 들면, 진단, 법의학, 약품탐색(의약품의 스크리닝) 및 개발, 분자생물학적 분석 (예를 들면, 어레이 베이스의 뉴클레오티드 서열 분석 및 어레이 베이스의 유전자 서열 분석), 단백질 특성 및 기능의 분석, 약리 게놈학, 프로테오믹스(proteomics), 환경조사 및 기타의 생물학적 및 화학적인 분석에 있어서 사용될 수 있다.
본 발명의 방법, 생체분자 칩 및 장치는, 여러 가지 유전자의 검출에 사용할 수 있고, 검출하는 유전자는 특히 한정되지 않는다. 그러한 검출되는 유전자로서는, 예를 들면, 바이러스 병원체 (예를 들면, 간염 바이러스(A, B, C, D, E, F, G형), HIV, 인플루엔자 바이러스, 헤르페스군 바이러스, 아데노바이러스, 인간 폴리오마 바이러스, 인간 파필로마 바이러스, 인간 파르보바이러스, 뭄프스(mumps) 바이러스, 인간 로타바이러스, 엔테로바이러스, 일본 뇌염 바이러스, 뎅그(dengue) 바이러스, 풍진 바이러스, HTLV를 포함하는데, 그것들에 한정되지 않음.)의 유전자; 세균 병원체 (예를 들면, 황색 포도상 구균, 용혈성 연쇄 구균, 병원성 대장균, 장염 비브리오균, 헬리코박터 파일로리균, 캄필로박터, 콜레라균, 적리균, 살모넬라균, 에르시니어, 임균, 리스테리아균, 렙토스피라, 리지오넬라균, 스피로헤타, 폐렴 마이코플라즈마, 리케차, 클라미디아를 포함하는데, 그것들에 한정되지 않음.)의 유전자, 말라리아, 이질 아메바, 병원 진균, 기생충, 진균의 유전자의 검출에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 방법, 생체분자 칩 및 장치는 유전성 질환, 망막 아세포종, 윌름스 종양(Wilm's tumor), 가족성 결장 폴립증, 신경섬유종증, 가족성 유방암, 색소성 건피증, 뇌종양, 구강암, 식도암, 위암, 결장암, 간장암, 취장암, 폐암, 갑상선종양, 유선(乳腺) 종양, 비뇨기 종양, 남성기 종양, 여성기 종양, 피부 종양, 뼈·연부(軟部) 종양, 백혈병, 림프종, 고형 종양 등의 종양성 질환을 검사 및 진단하는 위해서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 RFLP, SNP(1염기 다형; single nucleotide polymorphism) 해석 등의 다형(多型) 해석, 염기서열의 해석 등에도 적용할 수 있다. 본 발명은 또한, 의약품의 스크리닝에 사용할 수 있다.
본 발명은 또한, 의료 이외에도, 식품검사, 검역, 의약품 검사, 법의학, 농업, 축산, 어업, 임업 등에 있어서 생체분자의 검사가 필요한 것에 모두 적용 가능하다. 본 발명에 있어서는 특히, 식료의 안전 목적을 위한 사용 (예를 들면, BSE검사)도 기도할 수 있다.
본 발명은 또한, 생화학 검사 데이터를 검출하기 위해서 이용될 수 있다. 생화학 검사의 항목으로서는, 예를 들면, 총 단백, 알부민, 티몰 반응, 쿤켈(Kunkel) 황산아연 시험, 혈장 암모니아, 요소 질소, 크레아티닌, 요산, 총 빌리루빈, 직접 반응 빌리루빈, GOT, GPT, 콜린에스테라아제, 알칼리 포스파타아제, 로이신 아미노펩티타아제, γ-글루타밀 트란스페펩티타아제, 트레아티닌 포오파키나아제, 락트산 데히드로게나아제, 아밀라아제, 나트륨, 칼륨, 염소 이온(클로르), 총 칼슘, 무기 인, 혈청 철, 불포화 철결합능, 혈청 침투압, 총 콜레스테롤, 유리 콜레스테롤, HDL-콜레스테롤, 트리글리세라이드, 인 지질, 유리 지방산, 혈장 글루코오스, 인슐린, BSP 정체율, ICG 소실율, ICG 정체율, 수액(髓液)·총 단백, 수액·당, 수액·염소, 오줌·총 단백, 오줌·포도당, 오줌·아밀라아제, 오줌·요산, 오줌·요소질소, 오줌·크레아티닌, 오줌·칼슘, 오줌·침투압, 오줌·무기 인, 오줌·나트륨, 오줌·칼륨, 오줌·클로르, 오줌중 N-아세틸칠글루코사미니다아제, 1시간 클레아티닌 클리어런스, 24시간 클레아티닌 클리어런스, 페놀술포프탈레인, C-반응성 단백질 등을 들 수 있는데, 그것들에 한정되지 않는다. 이러한 검사 항목을 측정하는 방법 및 원리는 이 분야에 있어서 주지 관용으로 되어 있다.
본 발명은 또한, 생체로부터 직접 채취한 샘플 이외에, PCR, SDA, NASBA법 등에 의해 증폭한 유전자의 검출에 대하여도 이용하는 것은 가능하다. 본 발명은 더욱이, 표적 유전자는 미리 전기 화학적으로 활성한 물질이나, 형광물질 (FITC, 로다민, 아크리딘, Texas Red, 플루오레세인 등), 효소 (알카리 포스파타아제, 퍼옥시다아제, 글루코오스 옥시다제 등), 콜로이드 입자 (하프텐, 발광물질, 항체, 항원, 금 콜로이드 등), 금속, 금속 이온, 및 금속 킬레이트 (트리스피비리딘, 트리스페난토롤린, 헥사민 등) 등으로 표지해 두는 것도 가능하다.
본 발명이 검사 또는 진단 목적으로 하는 시료는 특히 한정되지 않고, 예를 들면, 혈액, 혈청, 백혈구, 오줌, 변, 정액, 타액, 조직, 배양 세포, 타액 등을 사용할 수 있다.
한 가지 실시 형태에 있어서, 핵산을 사용한 검사를 위해서는, 이들 검체시료로부터 핵산성분의 추출을 실시한다. 추출은 특정의 방법에 한정되지 않고, 페놀-클로로포름법 등의 액-액 추출법이나 담체를 이용하는 고액 추출법을 이용할 수 있다. 또한, 시판의 핵산추출 방법 QIAamp (QIAGEN사, 독일) 등을 이용하는 것도 가능하다. 이어서, 추출한 핵산성분을 함유한 샘플과 본 발명의 생체분자 칩과의 사이에서 하이브리다이제이션 반응을 실시한다. 반응 용액은, 이온 강도 0.01∼5의 범위에서, pH 5∼10의 범위의 완충액 중에서 실시한다. 이 용액 중에는 하이브리다이제이션 촉진제인 황산 덱스트란이나, 연어 정자 DNA, 소 흉선(胸線) DNA, EDTA, 계면활성제 등을 첨가할 수 있다. 여기에 추출한 핵산성분을 첨가하고, 90℃ 이상에서 열변성시킨다. 생체분자 칩의 삽입은, 변성 직후, 혹은 0℃로 급냉 후에 실시 할 수 있다. 또한, 기판 위에 액을 적하함으로써 하이브리다이제이션 반응을 실시하는 것도 가능하다. 반응 도중에 교반 혹은 진탕 등의 조작에 의해 반응 속도를 높일 수도 있다. 반응 온도는 10℃∼90℃의 범위이며, 또한 반응 시간은 1분 이상으로부터 하룻밤 정도 실시한다. 하이브리다이제이션 반응 후, 전극을 꺼내어 세정을 한다. 세정에는, 이온 강도 0.01∼5의 범위 및 pH 5∼10의 범위의 완충액을 이용할 수 있다.
본 명세서에 있어서 사용되는 「마이크로캡슐」이라 함은, 분자 등의 박막으로 물질을 감싼 미소한 입자 또는 그 용기상 물질을 말한다. 보통은 구상(球狀)이고, 크기는 수 ㎛에서부터 수 백 ㎛이다. 일반적으로는 유중 수적형(油中水滴型) 에멀션을 만들고, 그 미소 에멀션 입자와 매질액의 계면에서 계면 중축합에 의해 고분자 박막을 형성하여 입자를 피복한다. 그 다음에 원심분리하여 기름으로부터 캡슐을 분리하고, 투석해서 정제함으로써 제조할 수 있다. 에멀션을 만들 때에 물상(水相)에 목적으로 하는 생체분자를 용해분산시켜서, 캡슐 속에 감쌀 수 있다. 박막의 두께는 10∼20㎛이고, 반투성(半透性)을 부여하거나, 표면전하를 가지게 하거나 할 수도 있다. 본 발명에 있어서 마이크로캡슐은 생체분자와 같은 내포물을 보호·격리하는데, 필요에 따라서 내용물을 용출, 혼합 또는 반응시킬 수 있다. 본 발명의 생체분자 기판을 제조하는 방법에서는, 마이크로캡슐은 잉크젯 방식 [버블 제트(등록상표)방식 등], PIN 방식과 같은 스프레이 공정에 의해 기판에다 스프레이할 수 있고, 스프레이된 마이크로캡슐은 쉘(shell)의 융점보다 온도를 상승시킴으로써 생체분자와 같은 내용물을 기판에 고정할 수 있다. 이 경우, 기판 위에는, 바람직하게는, 그 생체분자와 친화성이 있는 물질로 코팅되어 있다.
「표지」 및 「마크」는 본 명세서에 있어서 동일한 의미로 사용되며, 목적이 되는 분자 또는 물질을 기타 물질과 식별하기 위한 것 (예를 들면, 물질, 에너지, 전자파(電磁波) 등)을 말한다. 그러한 표지방법으로서는, RI (래디오아이소토우프; radioisotope)법, 형광법, 바이오틴법, 화학발광법 등을 들 수 있다. 상기의 핵산단편 및 상보성을 나타내는 올리고뉴클레오티드를 모두 형광법에 의해 표지할 경우에는, 형광발광 극대파장이 서로 다른 형광물질에 의해 표지를 한다. 형광발광 극대파장의 차이는 10nm 이상인 것이 바람직하다. 형광물질로서는, 핵산의 염기부분과 결합할 수 있는 것이면 모두 이용할 수 있는데, 시아닌 색소 (예를 들면, Cy DyeTM 시리즈인 Cy3, Cy5 등), 로다민 6G 시약, N-아세톡시-N2-아세틸아미노플루오렌(AAF), AAIF (AAF의 요오드 유도체) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 형광발광 극대파장의 차이가 10nm 이상인 형광물질로서는, 예를 들면, Cy5과 로다민 6G 시약의 조합, Cy3과 플루오레세인의 조합, 로다민 6G 시약과 플루오레세인의 조합 등을 들 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「칩 속성 데이터」라 함은, 본 발명의 생체분자 칩에 관한 어떠한 정보와 관련된 데이터를 말한다. 칩 속성 데이터에는, 칩 ID, 기판 데이터, 생체분자 속성 데이터와 같은 생체분자 칩에 관련된 정보가 포함된다. 본 명세서에 있어서 「칩 ID」라 함은, 각각의 칩을 식별하는 부호를 말한다. 본 명세서에 있어서, 「기판 데이터」 또는 「기판속성 데이터」라 함은, 동일한 의미로 사 용되고, 본 발명의 생체분자 칩에서 사용되는 기판에 관한 데이터를 말한다. 기판 데이터는, 예를 들면, 생체분자의 배치 또는 패턴에 관한 정보를 포함할 수 있다. 「생체분자 속성 데이터」라 함은, 생체분자에 관한 정보를 말하고, 예를 들면, 그 생체분자의 유전자 서열 (핵산인 경우는 뉴클레오티드 서열, 단백질인 경우는 아미노산 서열), 유전자 서열에 관련된 정보 (예를 들면, 유전자와 특정 질환 또는 상태 사이의 관련), 저분자 또는 호르몬인 경우에는 그 기능, 콤비네이토리알 라이브러리인 경우에는 그 라이브러리 정보, 저분자에 대해 친화성이 있는 분자정보 등을 들 수 있다. 본 명세서에 있어서 「개인정보 데이터」라 함은, 본 발명의 방법, 칩 또는 장치가 측정 대상으로 하는 생체 또는 피험체를 식별하는 정보와 관련된 데이터를 말한다. 생체 또는 피험체가 인간인 경우, 연령, 성별, 건강 상태, 치료 이력 (예를 들면 약물 이력), 학력, 가입한 보험 회사, 개인의 게놈 정보, 주소, 성명 등이 포함되는데, 그것들에 한정되지 않는다. 개인정보 데이터는, 가축의 경우, 가축의 생산 회사의 데이터도 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 「측정 데이터」라 함은, 본 발명의 생체분자 기판, 장치 및 시스템에 의해 측정된 생 데이터(raw data) 및 거기에서 도출되는 특정한 처리 데이터를 말한다. 그러한 데이터는, 생 데이터인 경우, 전기신호의 강도로 나타내어지고, 처리된 데이터의 경우는, 혈당값, 유전자 발현량과 같은 구체적인 생화학 데이터이어도 좋다.
본 명세서에 있어서 「기록 영역」이라 함은, 데이터를 기록할 수 있는 영역을 말한다. 기록 영역에는, 상기 칩 속성 데이터의 이외에 측정한 데이터도 기록할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 개인정보 데이터와 생체분자 속성 데이터 또는 측정 데이터는, 별도로 관리될 수 있다. 이들 데이터를 별도로 관리함으로써, 개인의 프라이버시인 건강관련 정보의 비밀을 유지할 수 있다. 또한, 의약품 스크리닝에서 사용할 경우에 있어서, 외부회사에 스크리닝을 의뢰할 경우라도 기밀정보를 외부에 누설하지 않고 데이터를 얻을 수 있다. 따라서, 기밀정보를 유지한 아웃소싱에도 이용될 수 있다.
(일반기술)
본 명세서에 있어서 사용되는 기술은, 별달리 구체적으로 지시하지 않는 한, 이 분야의 기술범위 내에 있는 마이크로플루이딕스(microfluidics), 미세가공, 유기화학, 생화학, 유전자 공학, 분자생물학, 미생물학, 유전학 및 관련된 분야에 있어서의 주지 관용 기술을 사용한다. 그러한 기술은, 예를 들면, 아래에 열거한 문헌 및 본 명세서에서 기타의 장소에서 인용한 문헌에 있어서도 충분히 설명되어 있다.
미세가공에 대해서는, 예를 들면, Campbell, S. A. (1996). The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication, 0xford University Press; Zaut, P. Ⅴ. (1996), Micromicroarray Fabrication; a Practical Guide to Semiconductor Processing, Semiconductor Services; Madou, M. J. (1997), Fundamentals of Microfabrication, CRC1 5 Press; Rai-Choudhury, P. (1997), Handbook of Microlithography, Micromachining，＆ Microfabrication: Microlithography 등에 기재되고 있고, 이들은 본 명세서에서 관련된 부분이 참고로서 원용된다.
분자생물학 및 재조합 DNA 기술은, 예컨대, Maniatis，T. et al．（1982), Molecular Cloning: A Laboratory Manual，Cold Spring Harbor; Ausubel，F．M. (1987), Current Protocols in Molecular Bio1ogy，Greene Pub．Associates and Wiley-Interscience; Ausubel，F. M. (1989). Short Protocols in Molecular Biology; A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates and Wiley-Interscience； Sambrook，J. et al.（1989). Molecular Cloning: A Laboratory Manual，Cold Spring Harbor; Innis，M. A. (1990). PCR Protocols： A Guide to Methods and Applications，Academic Press; Ausubel，F．M．（1992). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology，Greene Pub．Associates; Ausubel，F．M．(1995). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecular Biology, Greene Pub. Associates; Innis，M. A. et al.（1955). PCR Strategies，Academic Press; Ausubel，F．M． (1999). Short Protocols in Molecular Biology: A Compendium of Methods from Current Protocols in Molecu1ar Biology，Wiley，and annual updates; Sninsky， J．J．et al. (1999). PCR Applications: Protocols for Functional Genomics， Academic Press 등에 기재되어 있으며, 이들은 본 명세서에서 관련된 부분이 참고로서 원용된다.
DNA 합성 기술 등의 핵산화학에 대해서는, 예를 들면, Gait, M. J. (1985). 01igonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Gait, M. J. (1990). 01igonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Press; Eckstein, F. (1991). Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, IRL Press: Adams, R. L. et al. (1992), The Biochemistry of the Nucleic Acids, Chapman & Hall; Shabarova, Z. et al. (1994). Advanced Organic Chemistry of Nucleic Acids, Weinheim; Blackburn, G. M. et al. (1996). Nucleic Acids in Chemistry and Bio1ogy, Oxford University Press; Hermanson, G. T. (1996). Bioconjugate Techniques, Academic Press 등에 기재되어 있고, 이들은 본 명세서에어서 관련된 부분이 참고로서 원용된다.
포토리소그래피 기술은, Fordor 등에 의해서 개발된 기술이며, 광반응성 보호기를 이용한다 [Science, 251, 767 (1991)을 참조]. 이 보호기는, 각 염기 모노머와 동종, 혹은 별종의 염기 모노머와의 결합을 저해하는 작용이 있고, 이 보호기가 결합해 있는 염기말단에는 새로운 염기의 결합 반응은 생기지 않는다. 또한, 이 보호기는 광조사에 의해 용이하게 제거할 수 있다. 먼저, 기판 전체면에 이 보호기를 가진 아미노기를 고정화시켜 둔다. 이어서, 소망의 염기를 결합시키고 싶은 스폿에만, 통상적인 반도체 프로세스에서 사용되는 포토리소그래피 기술과 마찬가지 방법을 사용하여 선택적으로 광조사를 한다. 이것에 의해, 광이 조사된 부분의 염기만, 후속의 결합에 의해 다음 염기를 도입할 수 있다. 여기에, 동일한 보호기를 말단에 가진 소망의 염기를 결합시킨다. 그리고 포토마스크의 형상을 변경하고, 다른 스폿에 선택적으로 광조사를 한다. 그 후, 마찬가지로 하여, 보호기를 가진 염기를 결합시킨다. 이 공정을 스폿마다 소망의 염기서열이 얻어질 때까지 되풀이함 으로써 DNA 어레이가 제조된다. 본 명세서에 있어서, 포토리소그래피 기술을 사용해도 좋다.
잉크젯 방식(기술)은, 열, 압전 효과를 이용하여 극히 작은 액적(液滴)을 2차원 평면의 소정의 위치에 사출하는 기술이며, 주로 프린터 장치에서 널리 사용되고 있다. DNA 어레이의 제조에는 압전소자를 유리 모세관과 조합한 구조의 잉크젯 장치가 사용된다. 액체 챔버에 접속된 압전소자에 전압을 가함으로써, 압전소자의 체적의 변화에 의해 챔버 내의 액체가 챔버에 접속된 모세관으로부터 액적으로 되어 사출된다. 사출되는 액적의 크기는 모세관의 지름, 압전소자의 체적 변화량, 액체의 물리적 성질에 의해 결정되는데, 일반적으로는 지름이 30㎛ 정도이다. 압전소자를 이용한 잉크젯 장치는, 이러한 액적을 10KHz 정도의 주기로 사출할 수 있다. 이러한 잉크젯 장치를 사용한 DNA 어레이 제조 장치는, 잉크젯 장치와 DNA 어레이 기판을 상대운동시킴으로써, DNA 어레이 위의 소망의 스폿에 소망의 액적을 적하할 수 있다. 잉크젯 장치를 사용한 DNA 어레이 제조 장치는 크게 2종류가 있다. 그 하나는 단지 1대의 잉크젯 장치를 사용한 DNA 어레이 제조 장치이며, 또 하나는 멀티헤드의 잉크젯 장치를 사용한 장치이다. 단지 1대의 잉크젯 장치를 사용한 DNA 어레이 제조 장치는, 올리고머 말단의 보호기를 제거하는 시약을 소망의 스폿에 적하하는 구성으로 되어 있다. 소망의 염기를 도입하고 싶은 스폿의 보호기를, 이 잉크젯 장치를 사용하여 제거해서 활성의 상태로 한 후, DNA 어레이 전체에 소망의 염기의 결합 반응 조작을 실시한다. 이 때, 잉크젯 장치로부터의 시약의 적하에 따라, 말단이 활성화한 올리고머를 가진 스폿에만 소망의 염기가 결합한다. 이 후, 새롭게 부가한 염기의 말단을 보호하는 조작을 한다. 이어서, 보호기를 제거하는 스폿을 변경해서 이 조작을 소망의 뉴클레오티드 서열을 얻을 수 있을 때까지 되풀이한다. 한편, 멀티헤드의 잉크젯 장치를 사용한 DNA 어레이 제조 장치는, 각 염기를 함유하는 시약마다 잉크젯 장치를 준비함으로써, 각 스폿마다 소망의 염기를 직접 결합시킬 수 있는 구성으로 되어 있어, 전술한 1대 잉크젯 장치를 사용한 DNA 어레이 제조 장치보다도 높은 처리 능력을 얻을 수 있다. 미리 합성한 올리고뉴클레오티드를 기판에 고정화시키는 방법 중에서, 메커니컬 마이크로스포팅 기술은, 스텐레스제의 핀의 선단에 붙은 올리고뉴클레오티드를 함유하는 액체를 기계적으로 기판 위로 꽉 눌려 붙여서 고정화해 가는 기술이다. 이 방법으로 얻을 수 있는 스폿은 50∼300㎛ 정도가 된다. 마이크로스포팅 후에는, UV광에 의한 고정화 등의 후처리가 실시된다.
최선의 실시형태에서의 하나의 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 기판을 제조하는 방법을 제공한다. 이 방법은 1) 1세트의 생체분자 및 기판을 제공하는 공정; 2) 상기 세트의 생체분자의 각각의 생체분자종마다 마이크로캡슐화하는 공정; 및 3) 마이크로캡슐화된 상기 생체분자를 기판에 스프레이하는 공정을 포함한다. 여기서, 생체분자는 그 세트에 있어서 균일한 것이 바람직하다. 바람직한 실시 형태에서, 생체분자는 복수의 세트가 제공된다. 여기서, 바람직하게는, 상기 1세트의 생체분자 중에서, 상이한 종의 생체분자의 마이크로캡슐은 다른 위치에 배치될 수 있다. 하나의 실시 형태에서는, 본 발명은, 마이크로캡슐화 공정의 후에, 마이크로캡슐화된 상기 생체분자를 세정하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 스프레이 공정으로서는, 잉크젯 방식 [버블 제트(Bubble Jet); 등록상표) 방식을 포함함], PIN법 등을 들 수 있다. 바람직하게는, 스프레이 공정을 버블 제트(등록상표) 방식으로 실시할 수 있다. 그 이유는 마이크로캡슐이 효율적으로 고정화될 수 있기 때문이다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 스프레이 공정에서 사용되는 용액의 온도를 상기 마이크로캡슐화된 상기 생체분자의 쉘(shell)의 융점을 보다 높게 하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 용액의 온도를 상승시킴으로써 효율적으로 생체분자를 고정할 수 있다.
이 생체분자 기판제조 방법에 있어서, 생체분자는 천연에 존재하는 것이라도 좋고, 합성된 것이라도 좋은데, 그러한 생체분자로서는, 단백질, 폴리펩티드, 올리고펩티드, 펩티드, 폴리뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드, 핵산 (예를 들면, cDNA, 게놈 DNA와 같은 DNA, mRNA와 같은 RNA를 포함함), 폴리사카리드, 올리고사카리드, 지질, 저분자 (예를 들면, 호르몬, 리간드, 정보전달 물질, 유기 저분자 등), 이들의 복합 분자 등을 들 수 있으며, 그것들에 한정되지 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 생체분자 기판제조 방법은, 상기 마이크로캡슐의 종마다 특유한 표지를 하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 기판과, 상기 기판에 배치된 생체분자 및 칩 속성 데이터를 구비한다. 여기서, 상기 칩 속성 데이터는 상기 생체분자와 동일한 영역에 배치되어 있다. 동일한 영역 에 생체분자와 칩 속성 데이터를 쌍방이 배치함으로써 효율적인 검사를 할 수 있다.
하나의 실시 형태에 있어서, 상기 칩 속성 데이터는 칩 ID 및 상기 기판에 관한 정보를 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 본 발명의 생체분자 칩은 기록 영역을 추가로 포함할 수 있고, 상기 기록 영역은 상기 생체분자와 상기 칩 속성 데이터와 동일한 기판 위에 배치되며, 상기 기록 영역에는 피험체 데이터 및 측정 데이터 중의 적어도 한쪽이 기록될 수 있다. 바람직하게는, 피험체 데이터 및 측정 데이터가 모두 상기 기록 영역에 기록될 수 있다. 단, 목적에 따라, 프라이버시 보호 등을 의도할 경우에는, 이들 정보의 일부만이 상기 기록 영역에 기록될 수 있다. 이 경우, 이러한 데이터는 암호화되어서 기록되어도 좋다.
바람직하게는, 상기 생체분자를 검출하는 수단과 동일한 수단을 이용해서 읽을 수 있도록 상기 칩 속성 데이터가 기록될 수 있다. 그러한 검출수단으로서는, 형광분석 장치, 분광 광도계, 신틸레이션 카운터, 루미노메타(luminometer) 등을 들 수 있는데, 그것들에 한정되지 않으며, 생체분자를 검출할 수 있는 수단이면 어떤 것이라도 좋다. 칩 속성 데이터와 생체분자가 동일한 검출수단에 의해 판독될 수 있기 때문에, 일회의 판독 동작에 의해, 생 데이터(raw data)의 검사 및 측정 조건의 판독의 양쪽을 실행할 수 있어, 동작 시간의 대폭적인 단축 및 신호 송수신 설비의 간략화를 할 수 있다.
바람직한 실시 형태에서는, 상기 기판에 특이적인 마크가 추가로 첨부될 수 있다. 기판에 특이적인 마크를 첨부함으로써, 기판의 대조확인을 더블 체크할 수 있어, 진단·검사 에러를 감소시킬 수 있다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, 칩 속성 데이터에 근거한 특정의 마크가 배치된다. 이러한 특정의 마크를 배치함으로써, 칩 속성 데이터의 판독을 간단히 할 수 있다.
또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 칩 속성 데이터는 상기 생체분자 속성 데이터를 포함할 수 있다. 생체분자 속성 데이터를 생체분자 칩에 포함시킴으로써, 칩만을 이용하여 여러 가지 검사 및 진단을 할 수 있다. 다른 실시 형태에서는, 이 칩 속성 데이터를 기타의 장소에서 관리할 수 있다. 기타의 장소에서 관리함으로써, 생체분자 칩이 우연히 제삼자에게 양도되었을 때에도 개인정보의 뜻하지 아니한 누설을 막을 수 있다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자의 어드레스에 관한 정보가 추가로 기록될 수 있다. 어드레스에 관한 정보로서는, 본 발명에서 정의된 배치 또는 패턴에 의한 기하학적 정보에 의한 어드레스 정보를 들 수 있다. 어드레스에 관한 정보를 생체분자 칩에 포함시킴으로써, 스탠드 얼론 검사(stand-alone test)를 할 수 있다. 또한, 어드레스에 관한 정보도 다른 장소에서 관리할 수 있다. 다른 장소에서 관리함으로써, 생체분자 칩이 우연히 제삼자에게 양도되었을 때에도 개인정보의 뜻하지 아니한 누설을 막을 수 있다. 바람직한 실시 형태에 있어서 이 어드레스는 트래킹 어드레스이어도 좋다.
더욱 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 칩 속성 데이터를 암호화할 수 있다. 암호화는 데이터 전부에 대해서 실행되어도 좋고, 일부에 대해서 실행되어도 좋다.
바람직하게는, 개인정보 데이터, 생체분자 속성 데이터 및 측정 데이터를 암호화할 수 있다. 이들 데이터는, 개개의 암호화 수단에 의해서 암호화되어 있어도 좋다. 이러한 암호화 수단은 이 분야에 있어서 주지이며, 예를 들면, 공개키(public key)를 사용한 수단을 들 수 있는데, 본 발명은 그것들에 한정되지 않는다.
다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자를 검출하기 위해서 사용되는 표지에 관한 데이터가 기록될 수 있다. 표지로서는, 생체분자를 표지하기 위한 것이라면 어떤 것이라도 좋은데, 예를 들면, 형광 분자, 화학발광 분자, 방사성 동위체 등을 들 수 있으며, 그것들에 한정되지 않는다. 그러한 표지에 관한 데이터를 포함시킴으로써, 생체분자 칩만을 이용한 검사 또는 진단을 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 표지에 관한 데이터는, 여기(勵起) 광 파장 및 형광 파장 중의 적어도 하나를 포함하고, 보다 바람직하게는, 그 양쪽을 포함한다.
본 발명의 생체분자 칩에 사용되는 생체분자는 천연에 존재하는 것이라도 좋고, 합성된 것이라도 좋은데, 그러한 생체분자로서는, 단백질, 폴리펩티드, 올리고펩티드, 펩티드, 폴리뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드, 핵산 (예를 들면, cDNA, 게놈 DNA와 같은 DNA, mRNA와 같은 RNA를 포함함), 폴리사카리드, 올리고사카리드, 지질, 저분자 (예를 들면, 호르몬, 리간드, 정보전달 물질, 유기 저분자 등), 이들의 복합 분자 등을 들 수 있으며, 그것들에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 생체분자는 핵산 또는 단백질이며, 보다 바람직하게는 DNA (예를 들면, cDNA 또는 게놈 DNA)이다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, 생체분자는 PCR 등 의 증폭수단에 의해 증폭된 DNA이어도 좋다. 다른 바람직한 실시 형태에서는 생체분자는 합성된 단백질일 수 있다.
또 다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은 1) 기판; 및 2) 상기 기판에 배치된 생체분자를 구비하고, 상기 생체분자의 스폿의 간격은 적어도 하나의 등간격이 아닌 간격을 포함하며, 상기 등간격이 아닌 간격으로부터 상기 생체분자의 스폿의 어드레스가 특정 가능하다. 등간격이 아닌 간격을 적어도 하나 포함함으로써, 그 간격을 기점으로 하여 다른 스폿의 상대위치를 특정할 수 있다. 이러한 구성을 이용함으로써, 모든 생체분자를 검출하는 공정 및 샘플과의 접촉 후에 상호작용을 일으킨 스폿을 검출하는 공정만으로도, 기타의 위치를 확인하는 공정을 실시함이 없이, 상호작용을 일으킨 스폿의 어드레스를 확인하는 것이 가능하게 된다. 이러한 어드레스 특정의 방법을, 본 명세서에서 특정 「배치」에 의한 어드레스 특정이라고 할 경우가 있다. 특정 배치에 의한 어드레스 특정의 예는 도 47에 예시되어 있다. 도 47에서, 생체분자는, 302로 나타낸 바와 같이 등간격의 간격으로 나열해 있지만, 이 중 적어도 하나의 생체분자끼리의 간격은 303으로 나타낸 바와 같이 등간격이 아니다. 이 등간격이 아닌 간격을 기점으로 하면 어떤 스폿도 어드레스 특정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 등간격이 아닌 간격은 변조되어 있다. 본 명세서에 있어서 변조라 함은 스폿의 간격에 변화를 주는 것을 말한다. 변조는 규칙적인 변조이어도 좋고, 불규칙한 변조이어도 좋다. 그러한 변조로서는, 2진수법(binary number system)으로 00, 01, 10, 00, 01, 01과 같은 배열을 들 수 있으며, 그것들에 한정 되는 것은 아니다. 변조를 변화시킴으로써 보다 효율적인 어드레스 특정을 할 수 있게 된다.
어떤 실시 형태에서는 상기 등간격이 아닌 간격은 적어도 두 가지 방향에서 존재할 수 있다. 바람직하게는, 이 두 가지 방향에 있어서의 등간격이 아닌 간격은 서로 식별 가능하다. 이러한 적어도 두 가지 방향에 있어서의 등간격이 아닌 간격을 사용함으로써, 표리가 뒤집힌 데이터를 판독했을 경우라도 확실하게 어드레스 특정할 수 있다. 이러한 등간격이 아닌 간격은 복수 존재하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 등간격이 아닌 간격을 기판 위에 산재시키는 것도 가능하다.
다른 실시 형태에 있어서, 본 발명은, 생체분자 칩으로서, 1) 기판; 및 2) 상기 기판에 배치된 생체분자를 구비하고, 상기 생체분자는, 변별 가능한 제1 생체분자와 제2 생체분자를 포함하며, 상기 제1 생체분자의 스폿과 상기 제2 생체분자의 스폿의 스폿 배열 상태로부터 상기 생체분자의 어드레스가 특정 가능한 생체분자 칩을 제공한다. 적어도 2종류의 변별 가능한 생체분자를 함유시킴으로써, 모든 생체분자를 검출하는 공정 및 샘플과의 접촉 후에 상호작용을 일으킨 스폿을 검출하는 공정만으로도, 기타의 위치를 확인하는 공정을 실시함이 없이, 상호작용을 일으킨 스폿의 어드레스를 확인하는 것이 가능하게 된다. 이러한 어드레스 특정의 방법을 본 명세서에서는 특정 「패턴」에 의한 어드레스 특정이라고 하는 경우도 있다. 특정 패턴에 의한 어드레스 특정의 예는 도 48에 예시되어 있다. 도 48에서는, 제1 생체분자 311은 제2 생체분자 312와는 변별 가능하다. 이 예에서는, 제2 생체분자 312를 기점으로 하면 어떤 스폿도 어드레스 특정할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「변별 가능」이라 함은, 적어도 하나의 검출수단 (육안, 형광측정 장치, 분광 광도계, 방사선 측정 장치 등을 포함하지만 그것들에 한정되지 않음)에 의해 식별을 할 수 있는 것을 말한다. 따라서 변별 가능한 생체분자라 함은, 예를 들면, 육안으로 식별 가능한 분자일 수도 있고, 혹은 여기(勵起)되었을 때에 다른 형광을 발하는 분자이어도 좋다. 변별 가능하다는 것은, 상이한 레벨 (예를 들면, 색소량 등의 상위)을 가진 동일한 표지에 의해서 식별되는 것도 포함된다.
본 발명의 특정 배치 또는 특정 패턴에 의해 어드레스가 확인되는 생체분자 칩에 대한 하나의 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자와는 변별 가능한 표지가 상기 생체분자 스폿 사이에 추가로 배치될 수 있다. 그러한 표지는 본 명세서에서 정의되는 어떠한 표지이어도 좋은데, 상기 생체분자 검출수단과 동일한 검출수단에 의해서 검출 가능한 표지인 것이 바람직하다.
본 발명의 특정 배치 또는 특정 패턴에 의해 어드레스가 확인되는 생체분자 칩에 대한 하나의 실시 형태에 있어서, 상기 변별 가능한 표지는 검출수단에 의해 검출 가능하다. 그러한 검출수단으로서는 형광분석 장치, 분광 광도계, 신틸레이션 카운터, 루미노메타 등을 들 수 있는데 그것들에 한정되지 않으며, 생체분자를 검출할 수 있는 수단이면 어떤 것이라도 좋다.
본 발명의 특정 배치 또는 특정 패턴에 의해 어드레스가 확인되는 생체분자 칩에 대한 하나의 실시 형태에 있어서, 상기 표지를 상기 기판 위에서 수평방향 및 수직방향으로 배치할 수 있다.
본 발명의 특정 배치 또는 특정 패턴에 의해 어드레스가 확인되는 생체분자 칩에 대한 하나의 실시 형태에 있어서, 동기 마크를 추가로 배치할 수 있다. 동기 마크를 배치함으로써, 어드레스 특정이 더욱 용이해진다.
본 발명의 특정 배치 또는 특정 패턴에 의해 어드레스가 확인되는 생체분자 칩에 대한 하나의 실시 형태에서 사용되는 생체분자는 천연에 존재하는 것이라도 좋고 합성된 것이라도 좋은데, 그러한 생체분자로서는, 단백질, 폴리펩티드, 올리고펩티드, 펩티드, 폴리뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드, 핵산 (예를 들면, cDNA, 게놈 DNA와 같은 DNA, mRNA와 같은 RNA를 포함함), 폴리사카리드, 올리고사카리드, 지질, 저분자 (예를 들면, 호르몬, 리간드, 정보전달 물질, 유기 저분자 등), 이들의 복합 분자 등을 들 수 있으며, 그것들에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 생체분자는 핵산 또는 단백질이며, 보다 바람직하게는 DNA (예를 들면, cDNA 또는 게놈 DNA)이다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, 생체분자는 PCR 등의 증폭수단에 의해 증폭된 DNA이어도 좋다.
또 다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체분자 칩을 제공한다. 이 생체분자 칩은, 1) 기판 및 2) 상기 기판에 배치된 생체분자를 구비하고, 상기 기판에 있어서의 상기 생체분자의 스폿의 뒤쪽에 속성 데이터가 저장된 스폿이 배치된다. 이렇게 하여 속성 데이터를 저장한 스폿을 생체분자의 뒤쪽에 배치함으로써, 1회의 판독에서 양쪽 데이터를 검출하여 검사 및/또는 진단할 수 있다. 바람직하게는, 이 속성 데이터는 어드레스 정보를 포함할 수 있다. 속성 데이터는, 생체분자 속성 데이터 등을 포함하고 있어도 좋다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은, 생체분자 칩으로서, 1) 기판; 2) 상기 기판에 배치된 생체분자; 및 3) 데이터 기록 영역을 구비한 생체분자 칩을 제공한다. 이렇게 하여 데이터 기록 영역을 구비함으로써, 생체분자 칩만을 사용한 검사 및/또는 진단을 할 수 있다. 바람직하게는, 상기 데이터 기록 영역은 상기 생체분자의 스폿이 배치된 면의 뒷면의 기판 쪽에 배치된다.
한 가지 국면에 있어서, 본 발명은, 생체분자 칩의 표지를 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 1) 적어도 하나의 표지된 생체분자가 배치된 생체분자 칩을 제공하는 공정; 2) 상기 생체분자 칩 위의 상기 생체분자를 검출하는 검출소자를 순차로 스위칭하는 공정; 및 3) 상기 검출소자에서 검출된 신호를 확인하는 공정을 포함한다. 이 방법에 의해, 생체분자 칩에서 양호한 효율로, 또한 실시간(real-time)으로 신호 검출을 할 수 있다. 바람직하게는, 이 방법은, 4) 상기 검출된 신호 각각을 가산하는 공정을 추가로 포함한다. 한 가지 실시 형태에 있어서, 이 신호는 파장분리 미러(mirror)를 이용해서 분리될 수 있다. 또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 기판은 추가로 동기 마크를 포함하고, 상기 표지는 상기 동기 마크에 근거해서 확인될 수 있다. 동기 마크를 포함시킴으로써 원활한(smooth) 어드레스 특정이 가능하게 된다. 또 다른 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 기판은 상기 생체분자의 뒷면에 어드레스 정보를 더 포함하고, 상기 표지는 상기 어드레스 정보에 근거해서 특정된다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체 정보를 검사하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 1) 상기 생체로부터 생체분자 시료를 제공하는 공정; 2) 본 발명의 생체분자 칩을 제공하는 공정; 3) 상기 생체분자 시료를 상기 생체분자 칩에 접촉시켜, 상기 생체분자 칩을, 상기 생체분자 시료와 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자 사이에 상호작용을 발생시키는 조건하에 두는 공정; 및 4) 상기 상호작용에서 기인하는 신호와 생체분자에서 기인하는 신호를 검출하는 공정으로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 공정을 포함한다.
본 발명의 생체의 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 시료는 단백질을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 항체이거나, 혹은 상기 시료는 항체를 함유하며, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 단백질이다. 이 검사 방법에서는, 핵산 사이의 하이브리다이제이션이 검출된다. 이 하이브리다이제이션은, 여러 가지의 스트린젠시(stringency) 조건하에서 실시해도 좋다. SNP를 검출할 때는, 스트린젠트한 하이브리다이제이션 조건을 사용해도 좋다. 관련성은 있지만 종(種)이 멀다고 생각되는 유전자를 검색할 경우, 완만한 하이브리다이제이션 조건을 이용해도 좋다. 이러한 하이브리다이제이션 조건은, 당업자는 그 상황에 따라 주지 관용 기술로부터 결정할 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 시료는 단백질을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 항체이거나, 혹은 상기 생체분자 시료는 항체를 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 단백질이다. 이 검사 방법에서는 항원-항체반응이 검출된다. 항원-항체반응에서는, 여러 가지 스트린젠시 조건하에서 반응이 검출될 수 있다. 항체 는 모노클로날 항체이어도 좋고 폴리클로날 항체이어도 좋다. 바람직하게는, 모노클로날 항체이다. 또한, 항체는 키메라 항체, 인간화 항체 등이어도 좋다.
바람직한 실시 형태에서는, 본 발명의 방법은 상기 생체분자 시료를 표지분자로써 표지하는 공정을 추가로 포함한다. 시료를 소망의 표지분자로써 표지함으로써, 소망의 검출수단을 사용할 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자를, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 변별할 수 있다. 생체분자로부터 변별 가능한 표지를 이용함으로써, 상호작용을 일으킨 스폿의 검출이 용이해진다. 생체분자로부터 변별 가능한 표지라 함은, 앞서 설명한 바와 같이, 생체분자와 적어도 하나의 검출수단에 의해 식별할 수 있는 표지를 말한다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자는 형광 분자, 인광 분자, 화학발광 분자 또는 방사성 동위체를 포함한다. 이 경우, 표지분자의 종류에 따른 검출수단이 사용될 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 신호 검출 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와는 상이한 장소에서 실행되어도 좋고, 상기 상호작용이 생긴 장소와 같은 장소에서 실행되어도 좋다. 신호 검출 공정이 상이한 장소에서 실행될 경우에는 신호를 암호화해도 좋다. 그러한 암호화는 이 분야에 있어서 주지이며, 예를 들면, 공개키를 사용한 암호가 사용될 수 있다. 상이한 장소에서 신호 검출 공정을 실행함으로써, 진단 또는 검사의 아웃소싱이 가능하게 될 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 신호를 필터링하여, 필요한 정보와 관련된 신호만을 추출하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 이 공정은, 외부에 검사를 위탁할 때에, 개인정보를 보호하기 위해서 필요하다.
다른 국면에 있어서 본 발명은, 피험체를 진단하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 1) 상기 피험체로부터 시료를 제공하는 공정; 2) 본 발명의 생체분자 칩을 제공하는 공정; 3) 상기 생체분자 시료를 상기 생체분자 칩에 접촉시켜, 상기 생체분자 칩을, 상기 생체분자 시료와 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자 사이에 상호작용을 발생시키는 조건하에 두는 공정; 4) 상기 상호작용에서 기인하는 신호와 상기 생체분자에서 기인하는 신호를 검출하는 공정으로서, 상기 신호는, 상기 피험체에 대한 적어도 하나의 진단 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 공정; 및 5) 상기 신호로부터 상기 진단 지표를 판정하는 공정을 포함한다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 생체분자 시료는 핵산을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 핵산이다. 이 검사 방법에서는, 핵산 사이의 하이브리다이제이션이 검출된다. 이 하이브리다이제이션은 여러 가지의 스트린젠시 조건하에서 실시해도 좋다. SNP를 검출할 때는, 스트린젠트한 하이브리다이제이션 조건을 사용해도 좋다. 특정 질환에 관련된 핵산을 생체분자 칩에 배치함으로써, 하이브리다이제이션에서 기인하는 신호는 그 특정질환의 지표가 될 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 시료는 단백질을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 항체이거나, 혹은 상기 시료는 항체를 함유하며, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 단백질이다. 이 검사 방법에서는, 항원-항체반응이 검출된다. 항원-항체반응에서는, 여러 가지의 스트린젠시 조건하에서 반응이 검출될 수 있다. 특정한 질환 또는 상태와 관련된 단백질 또는 항체를 생체분자 칩에 배치함으로써, 검출되는 신호는 그 특정한 질환 또는 상태와 관련된 지표가 될 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 방법은 상기 시료를 표지분자로써 표지하는 공정을 추가로 포함한다. 시료를 소망의 표지로써 표지함으로써, 소망의 검출수단을 사용할 수 있다. 여기서, 상기 표지분자는 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 변별 가능하다. 생체분자와 변별 가능한 표지를 이용함으로써, 상호작용을 일으킨 스폿의 검출이 용이해진다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 표지분자는 형광 분자, 인광 분자, 화학발광 분자 또는 방사성 동위체를 포함한다. 이 경우, 표지분자의 종류에 따른 검출수단이 사용될 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 질환 또는 장해의 지표일 수 있다. 다른 실시 형태에 있어서, 상기 진단 지표는 1염기 다형 (SNP)에 근거할 수 있다. 이 진단 지표는 또한, 유전자 질환과 관련될 수 있다. 다른 실시 형태에서는, 상기 진단 지표는 단백질의 발현량에 근거할 수 있다. 상기 진단 지표는 생화학 검사의 검사결과에 근거할 수 있다. 이 러한 생화학 검사에 근거한 복수의 검사값을 사용할 수 있다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 판정하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와는 다른 장소에서 실행되어도 좋고, 혹은 상기 상호작용이 생긴 장소와 동일한 장소에서 실행되어도 좋다. 다른 장소에서 판정 공정이 실행될 경우는, 특히, 본 발명은, 상기 신호를 암호화하는 공정을 추가로 포함할 수 있다. 다른 장소에서 판정 공정을 실행함으로써, 진단 또는 검사의 아웃소싱이 가능하게 될 수 있다. 이러한 아웃소싱은 산업상 이용 가능한 것에 상응하다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에 있어서, 상기 신호를 필터링하여, 필요한 정보와 관련된 신호만을 추출하는 공정을 추가로 포함해도 좋다. 이렇게 함으로써, 이 공정은, 외부에 검사를 위탁할 때에, 개인정보의 과도한 누설을 피하여 개인정보를 보호하기 위해서 필요하게 된다.
본 발명의 생체 정보를 검사하는 방법의 바람직한 실시 형태에서는, 상기 검출 공정에서 생체분자 속성 데이터는 은폐되어 있고, 상기 판정 공정에서는 개인정보 데이터는 은폐되어 있다. 따라서, 진단에 필요한 정보의 전부가 어떠한 개인 또는 한 기관에 집중하는 것을 피할 수 있어 개인정보를 보호할 수 있게 된다.
또 다른 국면에 있어서 본 발명은, 생체 정보의 검사장치를 제공한다. 이 검사장치는, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락(fluid communication)하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉과 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 및 4) 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부를 구비한다. 이 장치는, 어드레스 특정을 별도로 실행함이 없이, 생체의 정보를 검사할 수 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 본 발명의 검사장치는 상기 신호의 송수신부를 추가로 구비한다. 신호의 송수신부를 구비함으로써, 외부 쪽으로의 또는 외부로부터의 정보의 송수신을 실행할 수 있다. 이 송수신부는, 플렉시블 디스크 드라이브, MO 드라이브, CD-R 드라이브, DVD-R 드라이브, DVD-RAM 드라이브 등의 기록 장치 드라이브에 접속되어 있어도 좋고, 인터넷, 인트라넷 등의 네트워크에 접속되어 있어도 좋다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 본 발명의 검사장치는 상기 신호의 기록 영역을 추가로 구비한다. 기록 영역을 구비함으로써, 검사 결과를 보존하는 것이 가능하게 된다. 검사장치를 복수 회 사용할 때에는, 보존된 검사 결과를 서로 비교하는 것도 가능하게 된다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 피험체의 진단 장치를 제공한다. 이 진단 장치는, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉과 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 4) 상기 상호작용에서 기인하는 신호와 생체분자에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부; 및 5) 상기 신호로부터 상기 진단 지표를 판정하는 판정부를 구비한다. 이 장치는 어드레스 특정을 별도로 실행함이 없이, 피험체를 진단할 수 있다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 본 발명의 진단 장치는 상기 신호의 송수신부를 추가로 구비한다. 신호의 송수신부를 구비함으로써, 외부 쪽으로의 또는 외부로부터의 정보의 송수신을 실행할 수 있다. 이 송수신부는, 플렉시블 디스크 드라이브, M0 드라이브, CD-R 드라이브, DVD-R 드라이브, DVD-RAM 드라이브 등의 기록 장치 드라이브에 접속되어 있어도 좋고, 인터넷, 인트라넷 등의 네트워크에 접속되어 있어도 좋다.
바람직한 실시 형태에 있어서, 본 발명의 진단 장치는 상기 신호의 기록 영역을 추가로 구비한다. 기록 영역을 구비함으로써, 진단 결과를 보존하는 것이 가능하게 된다. 진단 장치를 복수 회 사용함으로써, 보존된 진단 결과를 서로 비교하는 것도 가능하게 된다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체검사 시스템을 제공한다. 이 생체검사 시스템은, A) 주(主) 서브시스템 및 B) 부(副) 서브시스템을 구비한다. 여기서, 상기 주 서브시스템은, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉과 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열 상태로부터 할당된 어드레스와 관련된 검출부; 및 5) 신호를 송수신하는 송수신부를 구비하고, 상기 부 서브시스템은, 1) 신호를 송수신하는 송수신부; 및 2) 상기 주 서브시스템으로부터 수신한 상기 신호로부터 검사값을 산출하는 검사부를 구비한다. 여기서, 상기 주 서브시스템과 상기 부 서브시스템은 네트워크를 통해 함께 접속되어 있다.
바람직하게는, 상기 주 서브시스템과 상기 부 서브시스템은 네트워크를 통해 함께 접속되어 있다.
다른 바람직한 실시 형태에서는, 상기 부 서브시스템이 수신하는 신호는 상기 부 서브시스템이 측정한 측정 데이터에 관한 신호를 포함한다.
보다 바람직하게는, 상기 속성 데이터는 칩 ID, 개인정보 데이터 및 생체분자 속성 데이터를 포함하고, 상기 주 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 개인정보 데이터를 포함하지만 상기 생체분자 속성 데이터를 포함하지 않으며, 상기 부 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 생체분자 속성 데이터를 포함하지만 상기 개인정보 데이터는 포함하지 않고, 상기 부 서브시스템은, 요구에 따라서 판정된 상기 검사값을 상기 주 서브시스템에 송신한다. 따라서, 본 발명의 생체검사 시스템은 정보를 제삼자에게 누설할 일이 없고, 또한 만일 누설하였다고 하더라도 프라이버시를 보호하도록 생체 검사를 할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서는, 송수신되는 상기 신호는 암호화되어 있다.
바람직하게는 상기 네트워크는 인터넷일 수 있지만, 그 밖의 네트워크 (예를 들면, 인트라넷 등)이어도 좋다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 피험체의 진단 시스템을 제공한다. 이 진단 시스템은, A) 주(主) 서브시스템 및 B) 부(副) 서브시스템을 구비한다. 상기 주 서브시스템은, 1) 본 발명의 생체분자 칩; 2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부; 3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체분자 시료 사이의 접촉과 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호와 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는 상기 생체 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호는 상기 등간격이 아닌 간격 또는 상기 스폿 배열에 할당된 어드레스와 관련된 검출부; 및 5) 신호를 송수신하는 송수신부를 구비하고, 상기 부 서브시스템은, 1) 신호를 송수신하는 송수신부; 및 2) 상기 주 서브시스템으로부터 수신한 상기 신호로부터 상기 진단 지표를 판정하는 판정부를 구비한다. 여기서, 상기 주 서브시스템과 상기 부 서브시스템은 네트워크를 통해 함께 접속되어 있고, 바람직한 실시 형태에서는, 송수신되는 상기 신호는 암호화되어 있다.
바람직하게는, 상기 부 서브시스템이 수신하는 신호는, 상기 부 서브시스템이 측정한 측정 데이터에 관한 신호를 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 속성 데이터는, 칩 ID, 개인정보 데이터 및 생체분자 속성 데이터를 포함하고, 상기 주 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 개인정보 데이터를 포함하지만 상기 생체분자 속성 데이터를 포함하지 않고, 상기 부 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 생체분자 속성 데이터와, 생체분자 속성 데이터로부터 진단 지표를 포함하지만 상기 개인정보 데 이터는 포함하지 않고, 상기 부 서브시스템은, 요구에 따라서 판정된 상기 진단 지표를 상기 주 서브시스템에 송신한다. 따라서, 본 발명의 진단 시스템은 정보를 제삼자에게 누설할 일이 없고, 또한 만일 누설하더라도 프라이버시를 보호하도록 진단할 수 있다.
바람직하게는 상기 네트워크는 인터넷일 수 있지만, 그 밖의 네트워크 (예를 들면, 인트라넷 등)이어도 좋다.
다른 국면에 있어서, 본 발명은 생체의 정보를 검사하는 검사장치를 제공한다. 이 검사장치는, 기판의 지지대; 및 상기 기판 위에 배치된 복수 개의 동일한 종류의 생체분자군; 상기 기판을 이동시키는 이동 수단; 검사해야 할 시료를 표지하는 형광물질을 여기(勵起)시키기 위한 광원; 및 상기 광원으로부터의 광을 집속시키는 광학수단을 구비한다. 여기서, 이 검사장치는, 간헐적인 발광신호에 따라서 상기 광원을 간헐적으로 발광시킴으로써 상기 형광물질을 여기시키고, 상기 간헐적인 발광신호의 휴지기간 중에 광검지부에 의해 상기 형광물질로부터의 형광을 검출하며, 상기 DNA군의 배치로부터 식별 정보를 재생하여, 형광을 발하고 있는 상기 생체분자군을 식별하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 검사장치는 검출한 검출신호를 가산하는 수단을 추가로 구비한다. 다른 바람직한 실시 형태에서는, 파장분리 미러를 추가로 구비한다.
다른 국면에서는, 본 발명은 생체 정보를 검사하는 장치를 제조하기 위한, 본 발명의 생체분자 칩의 사용을 제공한다.
또 다른 국면에서는, 본 발명은 피험체를 진단하는 장치를 제조하기 위한, 본 발명의 생체분자 칩의 사용을 제공한다.
또한 다른 국면에서는, 본 발명은, 의약품 스크리닝을 위하여, 그리고 의약품을 스크리닝하는 장치를 제조하기 위한, 본 발명의 생체분자의 사용을 제공한다. 또한, 본 발명은 의약품 스크리닝을 위한 생체분자 칩을 제공한다. 또한, 본 발명은 의약품 스크리닝을 위한 스크리닝 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 생체분자 칩을 이용한 의약품 스크리닝 방법을 제공한다. 이들 방법, 장치, 및 생체분자 칩의 기본적인 구성은 생체분자의 검사 및 진단과 동일한 원리로 구성되며, 당업자라면 본 명세서의 기재를 참작해서 용이하게 응용할 수 있다.
(실시예)
아래에, 본 발명의 최선의 실시형태의 예시인 실시예에 근거해서 본 발명을 설명하지만, 아래의 실시예는 예시의 목적으로만 제공된다. 따라서, 본 발명의 범위는 실시예에만 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 의해서만 한정된다.
아래에 본 발명의 최선의 실시형태를 본 발명의 구체적인 실시예에 의해, 도 1∼도 46을 참조해서 설명한다.
[실시예 1: 생체분자 칩의 제작예 (1)]
본 실시의 형태에서는, 서열이 상이한 캡처(capture) DNA(2)를 기판(1) 위에 배열하고, 고정화하는 방법을 설명한다.
도 1(a)는, 본 발명의 특정한 서열의 DNA 단편의 집합체가 도트(dot) 형상으로 기판(1)에 고정된 DNA 스폿(2)의 상면도이고, 도 1(b)는 횡단면도이다. 기판(1) 은 통상적으로 유리로 된 것을 사용하지만 플라스틱이어도 좋다. 기판(1)의 형상은 DNA 칩과 같은 4각형이라도 좋고, 원형이라도 좋다. DNA 도트(2)는 각각 상이한 캡처 DNA를 포함하고, 기판(1)에 고정화되어 있다. DNA 도트의 크기는, 마이크로어레이의 경우는 지름 100∼200㎛이고, DNA 칩의 경우는 10∼30㎛이다.
도 2 및 도 3을 참조하면서 각각의 DNA 스폿의 형성방법을 설명한다. 먼저, 도 2에 나온 바와 같이 (1)은 캡처 DNA(3)이다. 캡처 DNA의 작성법은 생략한다. 캡처 DNA와 검체(檢體) 표지(subject label)된 표지 DNA를 하이브리다이제이션 시킴으로써, 검체의 DNA의 서열을 예상한다. (2)는 캡처 DNA(3)을 함유한 DNA 용액(4)이다.
(3)은 DNA 용액(4)을 피복재(5)로써 피복한 DNA 마이크로캡슐(6)이다. (4)는 DNA 마이크로캡슐(6)을 용액(8)에 용해한 용기(11)를 나타낸다. (5)는 (4)의 DNA 마이크로캡슐(6)을 모아서 용액(8)과 함께 부피막(sub-membrane)으로 싼 마이크로캡슐(9)이다.
이 마이크로캡슐화에 의해, DNA의 주(主)용액(4)과 DNA 마이크로캡슐의 부(副)용액(8)의 2종류의 용액을 독립해서 선택할 수 있다. DNA 용액(4)은 DNA의 용액으로서, DNA에 최적인 용액 혹은 DNA(3)를 기판(1)에 고정화 처리하는데 필요한 용액을 선택할 수 있다. 또한 부용액(8)은, PIN법(PIN method)이나 잉크젯 방식 등으로 기판(1) 위에 DNA를 배치할 때, 최적의 점성이나 세정성 부착력을 선택할 수 있다는 효과가 있다.
도 3은, 핀 스폿법(pinning spot method)에 의해, 기판(1) 위에 1번에서부터 K번까지의 DNA의 스폿을 배치하는 방법을 나타낸다. 우선, 트레이(12) 위에는, 상이한 서열의 캡처 DNA를 수용한 도 2의 (4)에 나타낸 용기(11)가, DNA 번호순으로 수 백 내지 수천 개 배치된다. 도 4(1), (2), (3), (4)에 나온 바와 같이, (1)에서 이동 핀(14)에 의해 DNA의 용기(11)로부터 DNA 마이크로캡슐을 이동 핀(14)에 부착시키고, (2) (3)에서 핀(13)의 선단에 DNA 마이크로캡슐의 용액을 부착시켜, (4)에서 세정부(15)에서 이동 핀(14)을 세정하고, n번째의 DNA를 제거한 후, n+1번째의 DNA를 부착시킨다. 다시 도 3에 돌아가서, 이렇게 해서 핀 드럼(16) 위의 핀(13)에는 1번에서부터 K번까지의 DNA가 특정한 간격을 두고 차례로 부착된다.
이 부착된 DNA는, 핀 드럼(16)의 회전에 따라, 차례로 기판(1)에 부착되어, 기판(1) 위에는 DNA(3)이 배치되어 간다. DNA의 최소간격의 절반을 t로 정의하면, 도 3에서는 DNA의 간격이 1t, 2t, 3t, 5t의 경우의 예로 나타나 있다.
도 7을 참조하면서, 부착된 DNA 마이크로캡슐(6)과 부용액(8) 중에서의 DNA 고정화, 즉, 캡처 DNA의 기판(1)에의 고정화에 대해서 설명한다. 도 7의 (1)에 나온 바와 같이, 기판(1) 위에는 DNA 마이크로캡슐(6)과 부용액(4)이 부착되어 있다. 부용액(4)의 기화 온도는 피막(6)의 융점보다 낮기 때문에, (2)에서 온도를 조금 올리면 부용액(4)은 증발하고, 마이크로캡슐(6)만이 남는다. (3)에서 온도를 더 올리면 피막(6)의 융점에 도달하여 피막(6)이 융해하여, 피막(6)의 융해액과 주용액(4)과 캡처 DNA(3)가 혼합된 용액이 된다. 이 경우, 피막(6)의 기화 온도가 주용액의 기화 온도보다 낮아지는 재료를 사용하여 피막(6)을 증발시켜도 좋다. 기판(1)의 표면은 DNA가 용이하게 고정되도록 표면처리 되어있다. 따라서, (4)에서, 도 8에 나온 바와 같이, 캡처 DNA(3)가 기판(1)에 고정화된다. (5)에서, 주용액(4)의 일부 또는 전부를 건조시켜 (6)에서 세정함으로써, DNA 스폿(2)이 완성된다.
본 발명에서는, DNA의 스폿(2a, 2b, 2c)의 배치를 변조함으로써, 위치 정보를 넣고 있다. 이렇게 함으로써 각각의 DNA 스폿(2)이 몇 번째의 DNA 스폿(2)에 해당하는지를 안다. 동시에, 도 5와 같이 DNA 스폿이 영역(17)과 데이터 영역(18)으로 분리되어 있고, 데이터 영역에는 도 5의 (2)에서의 데이터 구조에 나온 바와 같이, 기판 ID(19)와, DNA 스폿 위치와 DNA 스폿 식별 번호의 DNA 번호 대응표(20), 및 DNA 자신의 서열 데이터(21) (생체분자 속성 데이터)가 도트 형상으로 변조되어서 기록되어 있기 때문에 XY 스캐너에 의해서도 판독할 수 있다. 따라서, XY 스캐너로써 DNA 스폿의 배치 데이터를 읽을 수 있다. 또한, 시료를 형광발광시키기 위한 여기용 레이저를 이용해서 데이터 영역의 데이터를 판독할 수 있다. 도 6에 DNA 기판 속성 데이터의 더욱 구체적인 데이터의 예를 나타낸다. 데이터로서는, DNA 기판 ID(19), DNA 번호와 위치 정보의 대응을 나타내는 DNA 번호-위치 대응표(20), 각각의 DNA의 DNA 서열을 나타내는 DNA 서열 데이터(21)가 공장출하 단계에서 데이터 영역에 기록되어 있다. 단, DNA 번호의 DNA 서열 데이터는 암호키로 암호화되어 기록되어 있다. 개인의 DNA 데이터는, 고도의 개인 프라이버시 정보이어서 엄중히 보호해야 할 필요가 있으므로, RSA 이나 타원 암호 등의 공개키나 고(高)비트의 암호키로써 암호화되어 있다. 따라서, 검체의 정보를 포함하는 DNA 칩이나 DNA 기판이 유출해도, 암호키가 없으면 특정한 DNA 스폿의 DNA 서열을 알 수 없다. 따라서, 개인의 DNA 정보가 누설되는 것이 방지되는 효과가 있다. 더욱이, 보안 성(security)를 향상하기 위해서는, DNA 서열 데이터(21)을 DNA 칩에 기록하지 않고, DNA 관리 센터에 축적해 두는 방법이 고려된다. 사용자는 DNA 기판 ID(19), 그리고 표지 DNA(22)의 DNA 스폿(2)과의 반응, 즉 형광량 데이터를 DNA 관리 센터에 통지한다. 그러면, 센터에서는 DNA 기판 데이터베이스를 검색해서 DNA 기판 ID(19)로부터, 그 기판의 각각의 DNA 스폿의 DNA 서열을 구하여, DNA 스폿과 표지 DNA(22)와의 반응 상태와 DNA 서열-질병 대응 데이터로부터 분석을 하여, 인간의 경우라면 병의 진단 예지를 하고, 필요한 정보만을 병원 등의 검사 기사나 의사에게 암호화해서 보내준다. 이 방식에 의해, 프라이버시 정보가 부주의로 누설되는 것을 피할 수 있다.
[실시예 2: 생체분자 칩의 제작예 (2): 잉크젯 방식]
핀 스폿법의 경우를 설명했지만, 이어서 잉크젯을 이용해서 DNA를 기판에 부착시키는 방법을 설명한다. 도 9는 버블 제트(등록상표) 방식의 잉크젯 방식의 부착 장치의 블록도이다. 잉크젯의 노즐(24)에는 잉크의 공급부(25)로부터 공급된 DNA가 들어 있는 마이크로캡슐(9a, 9b)과 주용액(4)만이 들어있는 빈(empty) 마이크로캡슐(23a, 23b, 23c, 23d)이 있다. 특정한 빈 캡슐에는 어드레스 정보를 나타내기 위해서 특정한 색소가 들어 있다. 마스터 제어부(28)로부터 송출 신호 발생부(29), 그리고 송출 제어회로(27)에 송출 명령이 보내지면, 송출부(26)가 발열해서 버블이 발생하고, 이 버블은 마이크로캡슐(9a)을 기판방향으로 송출시킨다. 빈 마이크로캡슐(23b, 23C)이 송출되지만 불필요하기 때문에, 광검지부(31)가 빈 마이크로캡슐의 존재를 검지하면 제거 신호 발생부(30)로부터 불필요액 제거부(32)에 제거 신호가 보내진다. 불필요액 제거부(32)에서는, 편향부(33)에 편향 전계가 인가되고, 빈 마이크로캡슐(23) 속의 불필요액은 점선 화살표(34)로 나타낸 바와 같이 제거되어, 기판에는 도달하지 않는다.
광검지부(31)는 RGB 등의 컬러 필터(31g, 31h, 31i)를 가지므로, 빈 마이크로캡슐의 색정보를 검출할 수 있고, 또한 카운터부(counter section)(111)를 가지며, 제1카운터(111a)는 마이크로캡슐 블록의 수를 카운트하고, 제2카운터(111b)는 DNA 마이크로캡슐의 개수를 카운트하여, 제3카운터(111c)는 빈 마이크로캡슐의 개수를 카운트 한다. 4 종류의 색이 있을 경우, 2-bit의 어드레스 데이터가 1 조(set)의 빈 마이크로캡슐로부터 얻어지므로, 8개의 빈 마이크로캡슐로부터는 16-비트의 어드레스 데이터가 얻어진다. 16 비트 중에서 2 비트를 체크 비트로서 이용하면, 마이크로캡슐의 순서나 배열이나 수가 잘못되었을 경우, 정확히 체크할 수 있으므로, DNA의 배치를 잘못했을 경우라도 정확하게 체크하여 오부착(incorrect attachment)을 방지할 수 있는 효과가 있다. 마이크로캡슐에 색을 부여하지 않을 경우라도 마이크로캡슐을 1개, 2개, 3개, 4개와 연속시킴으로써 2 비트를 얻을 수 있고, 8조를 이용하면 16 비트를 얻을 수 있으므로, 상기와 마찬가지로 동일한 사이즈의 어드레스 데이터를 얻을 수 있다. 광검지부(31)에서 얻은 마이크로캡슐의 어드레스 정보는 어드레스 출력부(31p)로부터 마스터 제어부에 보내진다. 어드레스 정보에 의해 몇 번째의 DNA를 송출하고 있는지를 식별할 수 있다. 예를 들면, 도 15의 플로 차트의 스텝 68m에서 나온 바와 같이 n번째의 DNA 캡슐이 1개 많으면, 아래에서 설명하는 제거부에서 마이크로캡슐을 제거한다.
한편, 기판(1)은 이동량 검지부(35)로부터의 신호에 근거해서 이동량 제어회로(36)에 의해 이동부(37)가 기판(1)을 소정량만큼 이동시키므로, 기판(1) 위에는 도 10의 (4)에 나온 바와 같이 DNA 스폿(2a∼2h)이 부착된다.
여기서 도 15의 플로 차트를 설명한다. 먼저, 스텝 68a에서 m=0, n=1로 설정하고, 스텝 68b에서 동기 캡슐 배열을 검출했을 경우는 스텝 68c에서 제1카운터(111a)의 캡슐 블록 번호 m을 하나 증가시킨다. 스텝 68d에서 m이 최후의 번호인가 아닌가를 체크하고, 스텝 68f에서 m 블록째의 빈 마이크로캡슐의 배열과 순서를 체크한다. 스텝 68g의 결과가 옳지 않으면 스텝 68m으로 진행하고, 마이크로캡슐의 수가 기준개수보다 L개 많을 때는 스텝 68n에서 L개의 캡슐에 대하여 송출 신호( =1)를 보내고, 제거 신호( =1)를 보내므로 하나의 캡슐을 제거한다. 이것을 L회 반복하면 정규의 배열에 돌아가므로 스텝 68g로 되돌아온다. 스텝 68m이 NO일 때는, 스텝 68p로 진행하고, 기준값보다 L개 적을 경우는 스텝 68q에서 L개의 마이크로캡슐에 상응한 클럭(clock) 동안 송출을 정지한다. 이 동안에 DNA 스폿(2)은 결락(缺落; missing)한다. 따라서 결함 블록 플래그(defect block flag)를 1로 하고, 이 블록에 결함이 있는 것을 DNA 기판(2)의 데이터 영역(18)에 기록하므로 결함의 존재를 알 수 있다. 어드레스 카운터(112) 혹은 어드레스 블록 카운터(113)에서의 마이크로캡슐의 어드레스를 L 만큼 증가시켜서 수정한다.
그런데, 스텝 68g로 되돌아와서, 스텝 68h에서 DNA 마이크로캡슐의 개수를 체크해서 그 결과가 OK이면, 스텝 68i에서 1 단위만큼 송출 신호를 ON으로 하고, 제거 신호를 OFF로 해서 마이크로캡슐을 송출하므로, DNA 스폿이 1개 형성된다. 이 경우는 결함이 아니라고 판단하여, DNA 마이크로캡슐의 어드레스를 하나 증가시킨다 (스텝 68k). 이어서 스텝 68b로 되돌아온다. 이렇게 해서 DNA 스폿(2)을 각각의 DNA에 대응시키면서 형성할 수 있다.
여기서, 도 11을 참조하여 잉크젯의 송출 순서를 설명한다. (1)과 (2)에서 노즐(24)의 선단부에 n번째의 DNA를 포함하는 마이크로캡슐(9a)이 도달한다. (2)에서 송출부(26)에 전압이 인가되면 (3)에서 기포가 발생하여, 마이크로캡슐(9a)은 송출되고, (4)에서 기판(1) 위에 부착된다. 이 방법은 일반적으로는 버블 제트(등록상표)라고 불리는 방식이다. 송출부(26)의 대신에 피에조 소자(piezoelectric device) 등의 압전(壓電) 소자를 구성하여 송출 전압을 인가함으로써, 마이크로캡슐을 압전 잉크젯 방식으로 송출해도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 동시에, n+1 번째의 DNA를 포함하는 마이크로캡슐(9b)이 선단부에 도달하고, (5)에서 송출 전압이 인가되면 기판(1) 방향으로 송출된다. (6)에서 n+2 번째의 마이크로캡슐(9c)이 선단부에 보내지는데, 광검지부(31a, 31b)에는 동기 마크를 나타내는 3개의 연속한 빈 마이크로캡슐(23c, 23d, 23e) 중에서 23d 및 23e가 존재한다. 이들은 투과율이 높기 때문에, 2개 모두 광검지부(31)에 의해 검지된다. 이 캡슐은 동기 마크로서 검출되므로 이 캡슐의 뒤의 마이크로캡슐(9d)이 n+3 번째의 DNA를 포함하는 것을 대응표로부터 알 수 있으므로, 마이크로캡슐의 변위에 의한 오(誤)번호의 DNA가 송출되는 것을 방지할 수 있다. 동기 마크는 2개, 3개, 4개의 빈 캡슐로 구성되며, 1 조에서 2 비트의 데이터를 포함할 수 있다. 동기용의 캡슐에 의해, DNA 번호와 DNA 그 자체가 정확하게 일치한 상태로 송출된다. 만약에 도 15의 스텝 68p와 같이, 특 정한 번호의 DNA가 송출되지 않을 경우는, 결여 정보(lack information)를 도 5의 데이터 영역에 기록한다. 도 12에 나온 바와 같이, 예를 들면 n+1 번째의 DNA 스폿은 DNA 스폿(3a, 3b, 3c)에 나온 바와 같이 복수 개 형성되므로, 결여가 있어도 문제가 없다. (7)에서 동기 캡슐(23d, 23e)이 선단부에 도달하는데, 이 캡슐은 DNA를 포함하고 있지 않으므로 불필요하다. 따라서 (8)에서 제거 신호가 인가되어 불필요액 제거부(32)에 의해 편향(偏向; deviation)되어 제거되므로, 기판(1)에는 도달하지 않는다. 제거 회로에 의해 기판(1)에 불필요한 물질이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
도 10을 참조해서 광검지 신호와 송출 신호, 제거 신호와 DNA 스폿의 배치에 관해서 설명한다. 먼저, 시스템은 도 10의 (3)의 기판 이동 클럭(shift clock)에 근거해서 동작한다. 우선, (1)과 같이 DNA 캡슐은 광투과성이 낮기 때문에 (4)의 송출 신호에 동기해서 검출된다. 2개의 광검지부(31a, 31b)가 양쪽 모두 ON으로 되기 때문에 동기 캡슐은 (2)에 나온 바와 같이 검출된다. 송출 신호는 (4)에 나온 바와 같이 DNA가 들어간 마이크로캡슐에도 생기고, 들어가지 않은 동기 캡슐에도 생기지만, (2)의 검지 신호 다음의 송출 신호에 동기해서 (5)의 제거 신호가 발생하므로, 동기 캡슐은 모두 제거된다. 본 발명에서는 각각의 DNA 스폿(2)이 몇 번째의 DNA인가를 특정하기 위해서, (11)에 나온 바와 같이 어드레스 등의 위치 데이터를 DNA 스폿 사이의 간격으로서 채워 넣고 있다. 위치 데이터가 12 비트의 경우, (10)에 나온 바와 같이 위치 데이터를 00, 01, 10, 00, 01로 분할해서, (4)에 나온 바와 같이, 00의 경우는 3 클럭의 마크 간격으로 하고, 01 , 10, 11의 경우는 각각 4t, 5t, 6t로 한다. 즉, 간격변조를 실행한다. 그리고 10t의 간격을 가진 동기 마크(37)가 있다. 이 방법에 의해, DNA 스폿의 형성시에 위치 정보를 채워 넣을 수 있다. 각각의 DNA 스폿의 어드레스를 알 수 있으므로, 도 6에 나타낸 DNA 번호 위치 정보(20)로부터 동기 마크의 최초의 DNA 스폿의 DNA의 번호를 알 수 있다. 이렇게 해서 본 발명에서는 모든 DNA 스폿(2)의 DNA 번호를 확인할 수 있다. 도 6의 기판(1)에 기록되어 있는 DNA 번호의 서열 정보(21)를 이용함으로써 모든 DNA 스폿의 배열 정보를 알 수 있다. 어드레스가 얻어지기 때문에 DNA 스폿을 읽어낼 때의 위치의 절대 정밀도가 필요 없다. 따라서, 종래와 같은 높은 정밀도의 XY 스캐너가 필요 없고, 정밀도가 낮은 장치로써 DNA 스폿의 작성 및 판독이 가능해 지므로, DNA 검사장치를 염가로 공급할 수 있게 된다. 또한, 종래에는 DNA 스폿의 밀도를 증가시키기 위해서는 초고정밀도의 제작 장치와 판독 장치가 필요하였다. 본 발명에서는 정밀도가 낮은 제작 장치와 판독 장치만으로도 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한 도 6에 나온 바와 같이, 동일한 기판(1)에 DNA 스폿의 속성 데이터가 기록되어 있기 때문에, DNA 속성을 잘못 판독할 가능성이 없어진다고 하는 효과도 있다.
도 30은, 도 9의 방식에 부(副)노즐(116)과 부(副)송출부(114)와 부(副)용액 공급부(115)를 추가한 것이다. 부노즐(116)에는 마이크로캡슐이 공급되고, 부용액 공급부(115)로부터는 부용액이 공급된다.
동작을 (1)∼(6)의 순서로 설명하면, (1), (2), (3)에서 DNA 캡슐(9a)이 보내지고, (4)에서 송출된다. (5)에서, 부용액 공급부(115)로부터 부용액이 대량에 방출되어 제거부(32)에 의해 제거된다. (6)에서, DNA 마이크로캡슐(9b)이 보내진 다. 이 방식은 부용액을 사용하여 노즐 속을 씻으므로 DNA 사이의 혼합을 막을 수 있다.
[실시예 3: 생체분자 칩의 제작예 (3): 튜브 방식]
이어서, 섬유 집속형 방식을 한 가지 예로 하여 본 발명의 구체적인 생체분자 칩의 제조 방법과 구성에 대해 설명한다. 또한, 이 실시예에서는 섬유 집속형의 제조법을 예로서 이용하지만, 본 발명의 특징의 하나인 프로브(probe)가 포함되는 생체분자 스폿의 배치에 의해 어드레스나 칩 ID 등의 데이터를 매립(burying)하는 방법은 핀(PIN)법, 잉크젯법, 반도체 마스크법 등의 기타의 제조법에도 적용할 수 있다.
이 방법에서는, 먼저, 중공사(hollow thread)로 된 튜브(130)에, 프로브(131)가 겔 상으로 되어 들어있는 용기(132)로부터, 특정의 DNA, RNA, 단백질 등에 대응하는 프로브(131)를 겔 상의 용액과 함께 주입한다. 1개씩 상이한 프로브(131a, 131b, 131c, 131d)를 주입한 튜브(130a, 130b, 130c, 131c, 130d)를, 도 33(b)에 나온 바와 같이, x 방향, 즉 수평방향으로 묶어서 시트(133)를 작성한다. 또한, 묶은 시트(133a, 133b)를 중첩함으로써 도 33(c)에 나온 바와 같이 튜브(130)가 매트릭스상으로 배열된 블록(137)을 형성할 수 있다. 튜브는 원형으로 배치해서 원주상의 블록을 형성해도 좋다.
본 발명의 하나의 실시 형태에서는, 이 중에 어드레스나 데이터를 나타내는 마크용의 마크 튜브(134)를 배치한다. 또한, 제2 방법에서는 프로브의 용액(135) 또는 튜브(130)에 특정한 파장을 반사 혹은 흡수, 혹은 형광을 발광하는 재료가 함 유된 마크 튜브(136)를 배치하는데, 이 마크 튜브(136)에 대해서는 나중에 상세히 설명한다. 도 33(c)에서는 편의상 10×10의 매트릭스를 나타내고 있지만, 실제는 한 변이 수백 개의 튜브 내지 수천 개의 튜브로 된 매트릭스이다.
이 블록(137)을 Z 방향으로 슬라이스함으로써 칩(138)이 완성되고, 이 칩(138)은 고정판(139) 위에 고정된다. 고정판(139)은 칩을 고정하기 위한 것인데, 검체를 넣는 용기를 포함해도 좋으며, 이 형태로 출하되는데, 이대로 검체를 검사하는데 사용할 수 있다. 이 고정판에는 프로브군의 속성에 대응해서 상이한 고정판 ID(140)가 바코드나 문자나 피트 패턴으로 기록되어 있다. 제1 시트(133a)에는, 공정 관리용의 칩 ID나 칩의 속성 데이터가 본 발명의 데이터 매립 방법에 의해 기록되어 있다. 이 속성 데이터에 의해 상이한 프로브 배열을 가진 칩을 용이하게 식별할 수 있기 때문에, 칩(138)에 잘못된 고정판 ID(140)가 설치되었을 경우라도 대조함으로써 용이하게 발견할 수 있다.
(데이터의 매립 방법(burying method))
이 칩(138) 위에는 각각의 프로브의 스폿이 배치되고, 스폿의 배치 상태로 데이터가 채워 넣어져 있다. 본 명세서에서는 DNA나 단백질을 검출하는 프로브(131)가 포함된 스폿을 DNA 스폿(2)이라고 불렀지만 생체분자 스폿이라고 불러도 좋다. 여기서 데이터의 매립 방법을 설명한다. 구체적으로는 도 35의 (3)에 나온 바와 같이, 생체분자 스폿(141e∼141p)이, 예를 들면 10개가 x 방향으로 나란히 배치되어 있다. 이 양단에는 왼쪽 끝에 마크 스폿(142a, 142b)이 합계 2개, 오른쪽 끝에는 마크 스폿(142c, 142d, 142e)이 합계 3개 배치되어 있다. 이 마크 스폿에 생체분자를 포함하지 않을 경우를 먼저 설명하고, 생체분자를 포함할 경우를 나중에 설명한다.
마크 스폿은 특정한 파장에 대하여 생체분자 스폿(141)과 상이한 광학특성을 나타낸다. 구체적으로는 특정한 파장에 대한 반사율이나 흡수율이 바뀌고 있거나, 특정한 파장에 대한 형광의 유무나 형광의 강도가 다르기 때문에, 생체분자 스폿(141)과는 명확히 식별할 수 있다. 예를 들면, 여기광이나 조사광에 대한 반사나 흡수가 다르면, 도 35의 (3)의 사선으로 나타낸 바와 같이 광학적으로 명확히 구별할 수 있다. 마크 스폿(142)의 여기광에 대한 형광의 파장이 생체분자 스폿(141)의 형광의 파장과 다르더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 마크 스폿에 특정한 파장의 광을 조사해서 얻게 되는 반사광 혹은 형광의 강도는 도 35(4)와 같이 된다. (3)에서의 마크 스폿(142)의 군을 하나로 간주하여, 식별 마크(143)라 부르고, 식별 마크(143e, 143f)를 각각, 예를 들면 2-bit의 "10", "11" 등의 부호를 할당한다. 도 35(2)는 식별 마크(143e, 143f)를 포함하는 전체도로서 식별 마크의 사이의 생체분자 스폿(141)의 일부를 생략해서 나타낸다. 이 도면에는 7개의 식별 마크(143a∼143g)가 나타나 있고, 각각 00, 10, 11, 01, 10, 11, 00의 부호를 할당한다. 마크 스폿(142)이 4개 늘어선 식별 마크(143a, 143g)를 동기 마크(144a, 144b)로서 이용하면, 동기 마크(144)의 사이에는 5개의 식별 마크(143)가 있으므로, 10, 11, 01, 10, 11의 10-bit의 데이터를 채워 넣을 수 있다.
검사장치에 있어서 주사(走査) 빔 혹은 CCD로써 이들 마크를 판독함으로써, 이 영역으로부터 10-bit의 데이터를 읽어낼 수 있다. 이 10 bit를, 예를 들면 어드 레스 데이터로서 이용하면, 이 영역을 보는 것만으로 이 영역의 어드레스가 "1011011011"인 것을 알 수 있으므로, 식별 마크(143c)의 오른쪽 3번째의 생체분자 스폿(141x)은 어드레스 "101101011"의 23번째의 생체분자 스폿이다. 이로부터 이 생체분자 스폿의 식별 번호(145)가 "101101011-23" 인 것을 확인할 수 있다. 이렇게 하여 매트릭스의 끝에서부터 세지 않아도 칩 위의 모든 생체분자 스폿(141)의 식별 번호를 한 개, 한 개씩 확인할 수 있다. 따라서 매트릭스의 끝에서부터 스폿에 해당하는 매트릭스의 x, y 좌표까지 스폿을 카운트함으로써 스폿을 확인하는 종래의 방법을 이용할 필요가 없다.
도 40의 속성 테이블(146) 중에서, 이 식별번호(145)에 해당하는 생체분자 스폿(141)의 속성정보를 판독함으로써, 다양한 검사 및 진단이 가능해 진다. 이 속성정보로서는, 이 식별 번호의 생체분자 혹은, 이 생체분자의 프로브에 하이브리다이즈 하는 분자의 DNA, RNA, 기타의 물질 등의 서열 또는 유전자 정보 또는 특정한 질병의 마커(marker) 정보 등의 이 생체분자에 관한 속성정보가 도 40의 속성 테이블(146)에 포함된다.
실제의 제조법, 예를 들면 튜브를 쌓아 중첩하는 제조법에서는 쌓아 겹침의 오차가 축적되므로 매트릭스의 x축 및 y축의 좌표축을 정확하게 형성할 수 있는 확률은 낮다. 따라서, x, y 좌표로부터 각각의 생체분자 스폿의 식별 번호를 특정해도 합치하지 않을 가능성이 높다. 식별 번호가 틀리면 검사 결과도 다르다. DNA 등의 검사에 있어서, 잘못된 검사 결과로 환자를 진단하면, 오진이 다발하여 심각한 문제를 발생시킬 가능성이 있다.
이에 대하여 본 발명에서는, 생체분자 스폿이 정확한 매트릭스상으로 배열되지 않더라도 확인하고 싶은 생체분자(141)의 부근만을 국소적으로 보는 것만으로 생체분자(141)의 식별 번호를 정확하게 확인할 수 있다고 하는 효과가 있다. 반도체 프로세스 이외의 생체분자 칩의 제조법에서도 대량의 생체분자 스폿을 포함하는 칩의 제조를 가능하게 하는 것이다. 또한 반도체 프로세스와 같이 완전한 매트릭스 배열의 경우에서도, 스폿 수가 늘어나면 검사장치에서의 스폿 카운트시에 에러가 발생해서 잘못된 식별 번호를 초래할 가능성이 있다. 본 발명을 이용하면, 생체분자 칩의 끝에서부터 x, y의 카운터를 할 필요가 없기 때문에 카운트 에러가 발생하지 않는다. 또한, 각각의 생체분자 스폿의 식별번호를 부근을 보는 것만으로 입수할 수 있으므로 단시간에 소망의 생체분자 스폿의 식별 번호를 특정할 수 있다.
구체적인 수단으로서는, 예를 들면 생체분자 스폿(141x)에 파장 λ2의 형광을 발하는 표지를 가진 DNA, RNA 등이 하이브리다이즈 되어 있다고 가정하면, 파장 λ1의 여기광을 조사하면, 파장 λ2의 형광을 발하는 생체분자 스폿(141x)을 관찰할 수 있다. 본 발명의 데이터 매립 방법에 의해, 이 생체분자 스폿(141x)의 식별 번호를 얻어, 속성 테이블로부터 이 DNA 등의 서열을 알 수 있으므로, 검체의 분석이나 검사가 가능해 진다.
[실시예 4: 생체분자 칩을 이용한 검사]
(검사의 순서)
여기서 검사나 진단의 순서를 도 41의 플로 차트를 이용해서 설명한다. 우 선, 스텝 148a에서 튜브방식이나 반도체 프로세스 방식이나 잉크젯 방식이나 PIN법 등의 칩 제조 공정에 의해 작성한 생체분자 칩(138)의 표면에, 형광 표지가 된 검체를 부여하고, 하이브리다이즈 시킨다. 스텝 148b에서 하이브리다이즈 하지 않고 있는 불필요한 검체를 제거한다. 이 칩을, 나중에 설명하는 도 14에 나온 레이저 주사형 검사장치 혹은, CCD 판독 방식의 검사장치에 장착한다. 스텝 148c에서는 칩(138)의 제1행에 기록되어 있는 칩 ID 또는/및 도 33의 고정판(139) 위의 고정판 ID(140)을 광 빔 또는 CCD 등으로써 판독하여, 먼저 칩 ID 혹은 고정판 ID가 소정의 것일지를 대조한다. 이어서 이들 ID가 미리 설정된 ID 리스트에 있을지를 체크한다. 이상의 체크 결과가 옳지 않으면 정지한다. 체크 결과가 옳을 경우, 칩 ID에 대응하는 속성 테이블(146) (도 40 참조)을 인터넷이나 LAN 등의 네트워크(150)를 통해서 입수하고, 검사장치(149)의 메모리(151)에 일단 축적한다.
그리고 검사 모드에 들어간다. 스텝 148d에서 m=0로 설정한다. 스텝 148e에서 m을 하나 늘리고, 스텝 148f에서, 우선 제1파장 λ1의 여기광을 칩의 표면에 조사하고, 레이저나 CCD를 주사하면서 도 14의 미러(65, 66)와 같은 파장분리 필터에 의해 특정한 파장의 형광을 발하는 m 번째의 생체분자 스폿을 탐색한다. 스텝 148g에서 발견할 때 까지 계속한다. m 번째의 생체분자 스폿을 발견하면, 스텝 148h에서 여기광이나 참조광을 조사한다. 반사율 등의 마크 스폿(142)의 광학적 특성이, 생체분자 스폿(141)과 다르도록, 마크 스폿(142)의 여기광의 파장에 대한 광학적 특성이 설정되어 있다. 따라서, 도 35의 (2)에 나온 바와 같이 여기광 혹은 참조광 에 의해서 광학적으로 변별할 수 있다. 이 경우, 마크 스폿(142)이 생체분자 스폿(141)과 다른 파장의 형광을 발하도록 구성해도 같은 효과를 얻을 수 있다. 이렇게 해서, 마크 스폿(142)을 검출한다. 스텝 148j에서, n=0로 설정하고, 스텝 148k에서, n을 1 증가하면, n번째의 식별 마크(143)의 부호를 특정한다. 스텝 148n에서 최후의 n까지 반복하면 하나의 데이터 열(data row)을 얻게 된다. 이 데이터 열에는 신뢰성을 향상하기 위해서 에러 정정 코드(152)가 포함되어 있다. 따라서, 스텝 148p에서 데이터 열의 에러 정정을 실행하고, 에러가 없는 데이터 열을 스텝 148q에서 얻는다. 스텝 148r에서, 대상인 생체분자 스폿에 가장 가까운 식별 마크(143)로부터의 스폿수를 카운트하면, 도 35의 (2)에 나온 바와 같이 동기 마크로부터 대상으로 하는 생체분자 스폿(141) (예: 141x)까지의 생체분자 스폿의 총 수를 산출할 수 있다. 스텝 148s에서, 어드레스와 상기 카운터수로부터 m번째의 생체분자 스폿의 식별 번호(145)를 확인한다. 이 때, 형광의 파장은 필터를 설정함으로써 특정할 수 있으므로 형광의 표지번호는 특정되어 있다.
스텝 148t에서는, 메모리(151)로부터 칩 ID에 대응한 속성 테이블(146)을 판독하고, 도 40에 나온 바와 같이 특정한 식별 번호의 DNA 등의 서열 데이터를 얻음으로써, 어떤 종의 DNA나 RNA나 단백질이 검체에 함유되어 있는지를 알 수 있다. 스텝 148u에서 이 정보와 식별 번호를 메모리(151)의 검사 데이터베이스(147)에 등록한다. 스텝 148v에서는 형광을 발하고 있는 생체분자 스폿이 또 남아있지 않는가를 확인하고, 아직 남아있으면 스텝 148e로 되돌아 와서, 다음의 형광을 발하고 있는 생체분자 스폿을 찾는다. 없을 경우는, 스텝 148x에서 검사 데이터베이스(147) 의 데이터를 분석 프로그램(155)에 보내고, 스텝 148y에서는 분석한 검사 결과 혹은 진단 결과를 출력해서 작업을 완료한다.
이상, 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 생체분자 스폿의 배열 상태에 어드레스나 칩 ID 등의 데이터가 채워 넣어져 있다. 따라서 식별 번호를 얻고 싶은 생체분자 스폿 주위의 생체분자 스폿이나 마크 스폿의 배열 상태만으로부터 얻고 싶은 생체분자 스폿의 식별 번호를 얻을 수 있다. 이 데이터 중에는 어드레스뿐만 아니라 칩 ID나 칩의 속성 데이터를 포함하는 것도 가능하다. 이 경우는, 검사나 분석에 필요한 모든 데이터가 칩 바로 그 자체로부터 얻게 된다. 칩으로부터 얻은 칩 ID와 앞서 설명한 고정판의 고정판 ID(140)를 대조함으로써, 고정판 ID의 에러를 검사시에도 체크할 수 있으므로, 잘못된 제조공정에서 발생한 고정판 ID의 에러에 의한 오검출의 발생 요인을 감소시킨다. 또한 고정판(139)이 없는 생체분자 칩 단독의 유통도 가능해져서, 칩의 비용을 절감할 수 있다.
또한, 설명을 쉽게 하기 위해서 도 35와 같이, 생체분자를 함유한 생체분자 스폿(141)과 생체분자를 함유하지 않은 마크 스폿(142)의 2종류의 스폿에 의해, 어드레스 등의 데이터를 매립하는 실시예를 먼저 설명하였다. 이 방법은, 마크 스폿을 추가하는 것뿐이기 때문에 제조시의 관리가 용이한 반면, 생체분자 스폿의 밀도가 낮아진다고 하는 이해손실이 있다. 이 밀도를 올리는 것이 요구되는 용도에는, 도 34의 (a')에 나온 바와 같이 특정파장에 대한 반사율, 흡수율, 굴절률, 형광 등의 광학성질이 (a)에서의 용액(135)과는 다른 마크 용액(153)을 튜브 내에 넣는다. (b)의 튜브(130c)에 나온 바와 같이 이 튜브를 배열함으로써, (d)에 나온 바와 같 은 마크 생체분자 스폿(154)이 칩 위에 형성된다. 마크가 있는 것과 마크가 없는 것의 2종류의 생체분자의 용액을 준비하는 것이 효율이 나쁜 용도의 경우는 튜브(130)에 마크를 붙인 마크 튜브(134, 136)를 이용해도 마크의 감도는 저하하지만, 도 36에서 설명하는 마크 생체분자 스폿(154)과 거의 마찬가지의 효과가 얻어진다.
이 제조법은 그 외에도 적용할 수 있다. 핀 방식의 경우는 도 2의 주용액 혹은 부용액(8)에 마크 재료를 넣어 마크 용액(153)을 작성하고, 도 38과 같이 백색으로 나타내는 통상의 용액과 흑색으로 나타내는 마크 용액의 생체분자를 기판(1) 위에 고정시킨다. 따라서 생체분자 스폿(141a∼141i)과 마크 용액(153)을 함유하는 마크 생체분자 스폿(154)을, 도 38에 나온 바와 같이 기판(1) 위에 형성할 수 있다. 도 38은 도 3과 거의 동일한 동작을 하므로 설명은 생략한다.
잉크젯 방식의 경우는, 도 11에 나타낸 동기 캡슐(23d, 23e)의 대신에 마크 용액을 함유하는 생체분자가 함유된 마크 마이크로캡슐(156)을 봉입하고, 도 39의 (4), (5), (6), (7)에 나온 바와 같이 기판(1) 위에 이 캡슐을 부착시키도록 하면, 도 38과 마찬가지의 생체분자 스폿(141)과 마크 생체분자 스폿(154)의 배열을 할 수 있다. 또한, 반도체 마스크를 이용할 경우도 마크 생체분자 스폿부에 마크 재료를 가해 중첩하면 동일한 효과를 얻게 된다.
상기한 세 가지 제조법의 경우도, 칩의 기판상의 생체분자 스폿(141)과 마크 생체분자 스폿(154)의 배열 상태는 도 36과 마찬가지이다. 또한, 도 35와 같이 마크 생체분자 스폿(154)의 대신에 마크 스폿(142)을 이용해도 튜브식과 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우는 세 가지 제조법에 있어서, 생체분자를 넣지 않고 마크 용액만을 함유한 용액 혹은 재료를 칩의 기판 위에 고정하면 좋다. 4가지 제조 방법의 실시예를 설명했지만, 4가지의 예 이외의 여러 가지 생체분자 칩의 제조법에 있어서도 본 발명을 적용할 수 있다.
여기서 도 35로 되돌아가서 데이터 매립 방법을 설명한다. 도 35의 (2) 및 (3)은 연속하는 마크 스폿의 개수를 1 내지 n의 범위로 한 마크 스폿(142)을 배열하여, 어드레스 등의 데이터를 매립한 상태를 나타내고 있다. 이하, 괄호 속의 기재는 도 41에 대응한다. 도 36의 (5)에서는, 매립하고 싶은 데이터에 따라서 마크 스폿(142) [마크 생체분자 스폿(154)] 사이의 간격을 변경함으로써 데이터를 매립하고 있다. 구체적으로는, 8개의 생체분자 스폿에 해당하는 만큼의 간격을 가진 2개의 마크 스폿을 동기 마크(157)라고 정의한다. 동기 마크(157a, 157b) 사이의 마크 스폿(142) [마크 생체분자 스폿(154)]의 간격은 각각 4, 5, 6, 7, 4이므로, 7진법으로 5자리수, 즉, 7의 5승분의 데이터를 채워 넣을 수 있다. 이 데이터에 어드레스 데이터, 에러 정정 코드, 칩의 속성 데이터를 포함시킬 수 있다. 이 경우, 마크 스폿은 가장 간격이 길기 때문에 용이하게 검출할 수 있다.
그리고 도 35(도 36)의 (6)은, 2개 연속한 마크 스폿(142) [마크 생체분자 스폿(154)]을 동기 마크(158)로 하여 배열한 방법을 나타내고 있다. 이 경우, 동기 마크(158a, 158b) 사이의 마크 스폿(142) [마크 생체분자 스폿(154)]의 간격은 3, 6, 4, 5, 8이기 때문에, 7의 5승의 데이터를 채워 넣을 수 있다.
도 37의 (a)는 편평 튜브(flat tube)(160)를 사용하여 튜브 방식에 의해 얻 어지는, 긴 생체 분자 스폿(161a, 161b, 161c)과 생체분자 스폿(141a∼141k)을 배치한 것을 나타낸다. 긴 생체분자 스폿(161a)을 하나의 마크 스폿으로 간주하면, 2개 늘어선 긴 생체분자 스폿(16a, 161b)은 동기 마크(162)라고 정의할 수 있다. 도 35의 (6)의 동기 마크(158)와 마찬가지로, 도 37의 생체분자 스폿(141k, 141j)의 7개의 배열로부터 7의 데이터가 판독된다. 이렇게 해서, 도 37(b)에 나온 바와 같이 긴 생체분자 스폿(161b)과 그 다음의 긴 생체 스폿(161) (도시하지 않음)의 사이에 "75456"의 8진법의 5자리수의 데이터를 채워 넣을 수 있다.
본 발명에서는 에러 정정 부호를 이용해서 데이터의 에러를 정정하는 수법을 취하고 있다. 10 비트의 경우는 도 110의 데이터 구성도에 나온 바와 같이 A0으로부터 A9까지의 10 비트의 원래의 데이터(159)에 대하여, Reed Solomon 부호방식이나 터보 부호(turbo coding)를 이용해서 생성한 C0, C1의 2 비트의 에러 정정 부호(152)를 부가함으로써 에러가 정정된다. 따라서 매립한 데이터의 신뢰성이 증가하므로 어드레스 등의 중요 데이터에서 에러가 발생하는 일이 없어진다. 도 42에서는 가로 방향으로만 에러 정정 부호를 사용했지만, 세로 방향의 에러 정정 부호를 더한 적부호 방식(product code method)으로 하면 연산이나 원래의 데이터의 입수에 긴 시간을 필요로 하지만, 매립한 데이터의 신뢰성이 향상한다.
[실시예 5: 생체분자 칩용 검출장치]
이상과 같이 해서, 캡처 DNA가 배치된 DNA 칩, DNA 기판을 제작할 수 있다. 이 DNA 기판을 이용함으로써 DNA나 단백질을 검사할 수 있다.
검체로부터 cDNA 등의 DNA를 추출하고, 형광재(38)를 표지로서 부가한 표지 DNA(22)를 작성한다. 도 13(1)에 나온 바와 같이 본 발명의 DNA 기판 위에 표지 DNA(22)를 주입한다. DNA 기판을 섭씨 수십 도 가열 등의 특정한 조건하에 둠으로써 하이브리다이제이션 시킨다. 도 13(2)에 나온 바와 같이 n번째의 DNA 스폿에 있어서, 표지 DNA(22)와 캡처 DNA(3a)가 결합한다.
여기서 이 표지 DNA나 표지 단백질을 본 발명의 DNA 기판을 이용해서 검출하는 방법에 대해서 설명한다. 도 14는 검출용의 검출장치(39)의 블록도를 나타낸다. 먼저 블록도의 왼쪽반을 설명한다. 레이저 등의 여기용 광원(40)으로부터 나온 광은 파장 선택성을 가진 미러(41)와 렌즈(42)에 의해 집속되어 기판(1) 위에 초점을 형성한다. 기판(1)으로부터의 반사광은 미러(41)와 편광 미러(42)를 통해서 검출부(43)에 도달하고, 포커스 오차신호 검출부(45)에 의해 포커스 오차와 트래킹 오차가 각각, 포커스 제어회로(46)와 트래킹 제어회로(47)에 보내지며, 액추에이터(48)에 의해 렌즈(42)가 구동되어 초점과 트래킹이 맞도록 제어된다. 표지 검출 신호를 최적화하기 위해서, 포커스 오프셋 신호 발생부(49)와 트랙 오프셋 신호 발생부(50)가 포커스와 트래킹에 오프셋을 가할 수 있다. 본 발명에서는 DNA 스폿(2)의 배치에 의도적으로 변조를 가해 위치 정보를 포함시키고 있다. 이 데이터를 재생하는 순서를 설명한다.
주(主) 신호는 주 신호 재생부(69)에서 재생되고, 위치 정보 검출부(64)에 의해 위치 정보가 검출되며, 트랙 번호 출력부(52)와 DNA 스폿 번호 출력부(51)로부터 주사중의 DNA 스폿의 번호와 트랙의 번호가 데이터 처리부(55)에 보내짐으로 써, DNA 스폿이 특정된다.
도 5에 나타낸 데이터 영역(18)으로부터의 신호는 주 신호 재생부에 있어서 EFM이나 PM 등의 복조부에 의해 데이터로서 재생되고, 이 데이터는 ECC 디코더(53)에서 에러 정정된다. 도 6에 나온 DNA 기판 속성 데이터를 DNA 기판 속성 데이터 판독부(54)에 의해 재생하여 데이터 처리부(55)에 보낸다. 데이터 처리부(55)에서는 현재 주사중인 DNA 스폿(2a)의 캡처 DNA 식별 번호(58)를 알기 때문에, 미러(65)를 사용하여 캡처 DNA 식별 번호(58)에 대응하는 형광 데이터를 제1 표지신호 검출부(60)에 보낸다. 따라서, 특정한 식별 번호를 가진, 캡처 DNA(3)에 대응하는 제1식별 DNA의 표지강도 데이터 (형광 레벨 등)가 표지신호 출력부에서 출력된다.
DNA 스폿(2a)에 결합해 있는 제1표지 DNA(22)의 형광색소(38)에는 제1파장 λ0의 광원(40)으로부터의 여기광이 조사된다. 형광이 발광되어 반감기가 경과하면, 형광 레벨은 절반으로 된다. 반감기는 수 ns 내지 수 십 ㎲(microsecond)이다.
도 17(1)은 여기광으로부터의 출력을 나타낸다. 도 17(2)는 여기광에 의해 형광재료 혹은 형광색소로부터 발광한 형광 강도를 나타낸다. 도 17(2)로부터 형광 강도가 t=t6에서 반감기에 달하는 상태를 나타내고 있다.
여기서 도 16을 이용해서 파장을 분리하는 방법에 대해서 자세하게 설명한다.
λ0, λ1, λ2의 복수의 입사광 중에서, 가장 강도가 큰 파장 λ0을 가진 여기 광은 막 두께가 λ0/4인 광학막(68a)을 가진 미러(41)에 의해 반사된다. 파장 λ1을 가진 제1표지의 형광은, 막 두께가 λ1/4인 광학막(68b)을 가진 미러(65)에서 반사되지만, 파장 λ2의 형광은 미러(65)를 투과한다. 이렇게 해서 3개의 파장은 분리된다. 분리된 파장의 투과 광량은 1/1000 이하가 되므로, 각 파장 사이의 크로스토크(crosstalk)가 억압된다. 따라서 약한 형광표지 레벨이라도 검출할 수 있다. λ0에 대한 λ/4 필터를 추가함으로써 분리도를 더욱 향상시킬 수 있으므로, 여기광원(40)의 각 성분을 억압할 수 있어 S/N비를 증가시킬 수 있다. 그리고 도 18에 나온 바와 같이 여기광 빔(71)의 크기를 DNA 스폿(2) 보다 작게 하는데, 예를 들면, 수 ㎛ 정도로 작게 한다. 이렇게 함으로써 DNA 스폿(2)을 주사 방향, 즉 주사 트랙(72) 방향으로 분할할 수 있다. 분할한 부분을 셀(70a, 70b, 70c, 70d)이라고 부르면, 주사 방향으로 4개의 데이터를 얻을 수 있으므로, 보다 정밀하게 형광량의 분포를 측정할 수 있다. 셀(70g, 70h)을 측정할 경우는, 트랙 오프셋 신호 발생부(50)에서 Vo가 되는 트랙 오차 신호를 의도적으로 발생시켜 트래킹 제어회로(47)에 부여하면, 트랙 방향으로 오프셋이 발생하고, 도 18의 주사 트랙(72a)에 나온 바와 같이, 트랙이 어긋나면 셀(70g, 70h)을 주사(走査)해서 이들 셀에 여기광을 가한다. 반대의 트랙 오차 신호를 부여하면 셀(70e, 70f)을 주사할 수 있다. 따라서 도 18의 경우, DNA 스폿(2)을 8개의 셀로 분할해서 주사하여 여기광을 조사할 수 있다.
이어서 도 20을 이용해서 검출순서를 설명한다. 도 20의 (1)은, DNA 기판(1) 에 DNA 스폿(2a∼2i)이 배치되어 있는 것을 나타내고 있다. (2)에서 제1 형광 파장 λ1의 표지를 가진 제1 표지 DNA(22a)와 제2 형광 파장 λ2의 표지를 가진 제2 표지 DNA(22b)를 기판 위에 주입하여 하이브리다이즈 시킨다. 제1 표지 DNA(22a)는 DNA 스폿(2b, 2e, 2h)의 DNA와 상보적으로 결합하고, 제2 표지 DNA(22b)는 DNA 스폿(2h)과 결합한다. (3)에서 건조시켜, 파장 λ0의 여기광원(40)을 사용하여 주사를 시작한다. (4)는 여기광의 반사광의 여기광 검출신호이다. 파장 λ0의 여기광에 의해 발생한 형광에는 λ0의 파장성분은 포함되지 않으므로, λ0만의 검출신호가 얻어진다. 유리 등의 기판(1)의 표면은 반사율을 가지고 있지만, 여기광 검출 신호의 신호 레벨을 올리기 위해서 도 1의 기판의 표면에 추가로 반사층을 형성해도 좋다. DNA 스폿(2)의 λ0에 대한 반사율과 기판(1)의 표면의 반사율의 차이로부터(4)와 같은 검출신호가 얻어진다. 도 10의 DNA 스폿의 형성 순서에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기판(1)에 있어서는 DNA 패턴이나 배치를 특정 데이터에 따라서 변화시킴으로써 위치 데이터 등을 채워 넣고 있다. (4)에 나온 바와 같이 검출신호 사이의 간격이 다르므로, (5)와 같이 각각 00, 01, 10, 00, 01, 01의 신호를 재생할 수 있다. 이 신호로부터 (6)과 같은 위치 데이터, 즉 어드레스 정보를 재생할 수 있다. 따라서 예를 들면, DNA 마크(2a)는 260번째의 트랙의 1128번째의 어드레스에 위치하는 것을 알 수 있다. 검출장치는 기판(1)의 데이터 영역(18)으로부터 도 6에서 설명한 바와 같이 DNA 기판 속성 데이터를 얻는다. 구체적인 예를 들면, DNA 번호 위치 정보(20) 중의 260번째의 트랙의 DNA 식별번호의 개시번호는 243142이다. 따라서, 244270의 식별 번호의 DNA인 것을 확인할 수 있다. 더욱이 암호키(73)를 입수할 수 있는 사용자의 경우는 암호 디코더(74)에 의해 DNA 번호별 서열 정보(21)의 DNA 번호 (= 244270)의 DNA 서열 정보의 암호가 복호(decode)되므로, DNA 스폿(2)이 ATCTAGTA ---- 의 DNA 서열을 가진 DNA인 것까지 확인할 수 있다. 단지, 사용자가 암호키(73)를 가지지 않은 경우에는 DNA 서열은 복호 되지 않으므로, 가령 DNA 스폿의 형광 데이터를 알고 있더라도 개인의 DNA 정보에 관한 프라이버시는 지켜진다. 도 6의 추기(追記) 데이터(postscript data) 영역(76)에는, 하이브리다이즈 된 표지 DNA의 제1 표지 속성 데이터(77)와 제2 표지 속성 데이터(78)가 추기(追記)되어 있어 각각의 표지의 여기광 파장 410nm, 410nm, 형광 파장 700nm, 600nm 반감기 100ns, 100ns 등이 기록되어 있으므로, 검출장치는 이 추기 데이터에 의해 동작의 체크 혹은 설정을 할 수 있다.
도 20으로 돌아가서, 여기광에 의해 발생한 표지의 형광의 측정 순서를 설명한다. 우선, 도 18에서 설명한 바와 같이, 주사 트랙(72)의 경우에 있어서 셀(70a, 70b, 70c, 70d)을 여기 빔(71)으로 주사한다. DNA 스폿(2b)의 경우, 파장 λ1의 형광이 발생하고, 제1 표지 신호 검출부 (도 14)에 의해 검출되어 (8)에 나온 바와 같은 4개의 셀에 대응한 제1 표지 검출 신호(85a)가 검출된다. DNA 스폿(2g)을 주사했을 경우는, 파장 λ2의 형광이 발생하고, (9)에서와 같은 제2 표지 검출 신호(85b)가 발생한다. 도 18에서 오프셋을 걸었을 경우, 즉, 주사 트랙(72a)의 경우 는 (10)에 나온 바와 같이 2개의 셀의 형광만이 검출된 표지 검출 신호(85c)가 얻어진다.
본 발명에서는, 표지 DNA의 더욱 높은 검출감도가 필요할 경우는 여기광원(40)을 간헐 발광시킨다. 기판의 직선방향 혹은 회전방향의 이동량을 이동량 검지부(86)에 의해 검지하고, 이동량에 따라서 펄스 발광 제어부(87)에 의해 펄스 발광 신호(88) 또는 역상(逆相)의 부(副)펄스 발광 신호(87)를 발생시킨다. 1 회째의 주사에서는, (11)에 나타내는 바와 겉이, 펄스 발광 신호(88)를 광원(40)에 가하면 펄스 발광하고, 그 결과, 1번째와 3번째의 셀, 즉 셀(70a, 70c)의 형광이 발생한다. 이 방식에 있어서, 광원(40)이 OFF 상태인 동안에 형광이 검출되므로 극히 높은 S/N이 얻어진다. 예를 들면 (13)에 나온 바와 같은 표지 검출 신호(85d)가 얻어진다. 이 경우, 제1 표지 검출부의 수광부를 약간 이동시키면, 수광 효율이 좋아진다. 2회째, 즉 짝수 회째의 주사에 있어서는, (12)에 나타낸 바와 같이, 역상의 부펄스 발광 신호를 광원(40)에 주고, 동일한 트랙(72)을 주사시킨다. 1회째 주사에 대해 역상이므로, 이번은 우선 2번째와 4번째의 셀, 즉 셀(70b, 2 클럭 후에 70d)(도 18)에 여기광이 조사된다. 다음의 1 클럭의 기간 동안은 여기광이 OFF가 되므로, 셀(70b 혹은 70d)의 형광을 여기광의 방해를 받지 않고 검출할 수 있다. 이렇게 해서 2회 주사함으로써, 고감도를 실현하면서 모든 셀의 형광 레벨을 검출할 수 있다는 효과가 있다. 도 31의 플로 차트를 이용해서 설명한다. 스텝 118a에서 1회 주사해서 그 트랙상의 모든 DNA 스폿의 배치 정보를 메모리에 기억한다 (스텝 118b, 118c). 이 경우에 있어서, 스텝 118d에서 2회째 이후는 일정 속도로 주사 하면 DNA 스폿의 위치는 메모리로부터 판독함으로써 재현할 수 있다 (스텝 118f).
도 31 및 도 32를 이용해서 설명하면 스텝 118g에서 홀수 클럭시에 여기광을 간헐 발광시킨다 [도 32의 (2)]. 형광이 발생한다 [도 32의 (4)]. 스텝 118h에서 도 32(3)의 검출허가 신호에 근거해서 형광을 검출한다 [도 32의 (5)].
3회째의 주사에서는, 스텝 118j에서 짝수 클럭시에 여기광을 간헐 발광시킨다[도 32의 (6)]. 스텝 118k에서 간헐적으로 형광을 검출한다 [도 3 22의 (9)]. 이렇게 해서, 여기광의 영향이 없어지므로 SN이 향상한다.
따라서 본 발명에서는 펄스 발광시켜도 선방향의 높은 정밀도를 얻을 수 있다. 트랙 방향의 정밀도는 펄스 발광에서 문제가 없다.
이어서 위치 분해능을 높이면서 감도를 높이는 방법을 설명한다. 도 19에 있어서, 기판(1)은 이동하고 있기 때문에, 셀(70b)은 (1), (2), (3), (4), (5), (6)의 순서로 이동한다. 기판(1)으로부터 이 형광량을 측정하기 위해서는, 광검출부(90)를 어레이(array) 구조(91)로 해서, (1'), (2'), (3'), (4'), (5'), (6')과 같이 이동량에 따라서 차례로 스위칭해 감으로써, 분해능을 유지하면서 높은 감도가 얻어진다. 도 21은 블록도를 나타내는데, 이동량 검지부(87)로부터의 신호와 DNA 스폿(2)의 동기 신호에 따라서 전환기(92)에 의해 어레이를 전환하여 셀(70b)의 형광을 추적하고, 가산기(93)에서 형광의 데이터를 누적해 출력한다. 이 경우, 렌즈(42)의 초점거리 f에 대하여 셀의 중심으로부터의 이동량이 f x O.05 이내이면, 어레이(91)에서 셀을 검출할 수 있다.
검출장치에 있어서의 표지 검출 신호 리스트(94)는 도 22에 나온 바와 같은 데이터를 가진다. 이 데이터는 여기광에 의해 도 5의 데이터 영역(18)에 기록된다. 이 경우, 1개의 기판에 모든 데이터가 모여지므로, 잘못된 데이터를 얻을 가능성이 없어져서, 오진 등의 사고를 막을 수 있다.
도 23은, 기판(1)에 기록층(95)을 추가함과 아울러 반대쪽에 광원(40)과 렌즈(42a)를 배치한 것이다. 기록층(95)에 데이터를 기록할 수 있기 때문에 대용량의 데이터 기록이 가능해 진다. 도 24는 상하 2개의 액튜에이터(48, 48a)를 기계적으로 결합한 것이다. 이 경우, 도 25에 나온 바와 같이 DNA 스폿(2a)의 각 위치가 기록층(95)의 어드레스(96)로써 규정할 수 있으므로, 개시 어드레스(97), 종료 어드레스(98), 최내주 트랙 번호(99), 최외주 트랙 번호(100)에 의해 DNA 스폿(2a)의 외형을 특정할 수 있으므로 DNA 스폿의 액세스도 정확하게 고속으로 할 수 있다. 이 대응 리스트는 기록층(95)에 기록해 둘 수 있다. 도 26에서는 DNA 스폿(2a, 2b, 2c)을 장방형으로 한 것이어서 주사 트래킹을 보다 정확하게 할 수 있다. 도 27, 도 28은 도 5의 DNA 칩을 원형으로 한 것이다. 특히 도 28은 DNA 칩의 뒷면 전체를 쓸 수 있으므로 도 28의 DNA 칩의 기록 용량이 대용량이어서 모든 DNA 서열을 수용할 수 있다. 본문 중에서는 DNA라고 하는 용어를 사용했지만, 표지 대상으로서는 본 명세서에서 정의되는 생체분자이면 어떤 물질 (예를 들면, 단백질)이어도 좋다. DNA 대신에 RNA를 사용해도 좋다. 또한, 기판에 배치될 수 있는 한, 세포 또는 조직의 일부이어도 좋다.
또한, 실시의 형태에서는 DNA 기판의 제조법의 예시로서 핀 방식 및 잉크젯 방식을 이용해서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명을 반도체 프로세스 방 식에도 적용할 수 있다. 도 29에 나온 바와 같이 반도체 프로세스 방식에서는, 유리 기판에 프로브 DNA를 배치하고, 도 29의 (2)와 같이 리소그래피를 다음과 같이 실시한다. 즉, 마스크(120)를 사용해서 마스킹을 하고, 특정한 프로브 DNA에 광을 조사하여 신장(伸長)반응을 활성화시켜서 도 29의 (3)과 같이 A (아데닌; 123)를 함유한 프로브 DNA를 형성하고, 이어서 도 29의 (4) 및 (5)에 나온 바와 같이 C (시토신; 124)를 형성한다. 이 신장반응을 A, C, G, T의 4회 반복하여 1층을 완성시킨다. 도 29의 (6)에 나온 바와 같이 신장반응을 4N회 반복하면 N개 염기 길이를 가진 프로브 DNA가 형성된다. 이 반도체 프로세스 방식의 DNA 칩의 제조에 있어서, 본 발명을 이용해서 마스킹의 개구부의 배치를 도 10의 (7)과 같이 이동시킴으로써, 그리고 도 29의 (1)에 나온 바와 같이, 본래의 마스크(121b)에 대하여 마스크(121a)를 특정 데이터에 대응하여 이동시킴으로써, 위치 데이터를 DNA 스폿 배치 중에 채워 넣어 기록할 수 있다.
[실시예 6: 네트워크형 검사장치]
본 발명의 생체분자 칩을 이용한 검사 시스템의 동작을 설명한다. 도 43은 본 발명의 검사 시스템의 동작 흐름도이다. 생체분자 추출부(172)에 있어서, 피험자(170)로부터 채취한 시료(171)를 사용하여 생체분자의 추출 혹은 정제 혹은 증식을 하여 검체(173)를 제조한다. 주 검사 시스템(174)의 검사부(175)에서, 이 검체(173)를 생체분자 칩(138)에 주입하여 반응시키면, 앞서 설명한 바와 같이 특정의 생체분자 스폿(141)의 프로브와 검체(173)의 일부의 분자가 하이브리다이즈를 일으킨다. 이 부분의 생체분자 스폿은 형광 등의 표지정보를 나타내므로 용이하게 검출할 수 있다. 한편, 생체분자 칩(138)으로부터 칩 ID(19)를 검출할 수 있다. 이들의 검사 데이터는 칩 ID(l9) (기판 ID(19)를 칩 ID(19)라고도 부른다)와 함께 암호화해서 통신부(176)를 경유한 다음 인터넷(177) 혹은 통신 회로를 통하여, 검사 센터 등의 부(副)검사 시스템(178)의 통신부(179)에 보내진 다음, 분석 시스템(180)의 분석부(181)에 보내진다. 분석부(181)에서는 해당하는 칩 ID의 각각의 생체분자 스폿에 대응하는 속성 데이터가 식별 번호-속성 데이터베이스(184)로부터 얻을 수 있다. 얻어진 속성 데이터와 표지번호로부터 검체(173)의 유전자나 단백질 등의 상태를 확인할 수 있다.
유전자 정보의 경우의 분석 결과를 도 45에 나타낸다. 먼저, 유전자 서열에 대응하는 유전자 번호(183)를 나타낸다. 그 번호의 유전자에 대응하는 유전자 속성(184)을 나타내는 유전자 속성 데이터에는 유전자의 서열이나 질병 혹은 성격 등에 관한 마크 등의 데이터가 포함된다. 이 종류의 검사는 특정한 질병의 검사나 특정한 분자의 검사에 이용되기 때문에 주 검사 시스템(174)으로부터 요구 출력, 구체적으로는 예를 들면, "질병 a에 관한 정보를 출력하고 싶다" 라고 한 데이터가 보내져 온다. 도 45의 선택 출력(185)에 나온 바와 같이 요구 출력(186)에 관련된 정보만이 선택부(182)에서 선택되어 출력부(183)에서 암호화되어서 통신부(179)와 인터넷(187)을 통해서 주 검사 시스템(174)에 보내진다.
유전자 검사에 있어서는, 검사, 분석의 과정에서 당초 목적으로 하지 않았던 데이터도 얻어진다. 예를 들면, 특정한 암의 유전자 정보를 얻고 싶을 경우에, 다른 질병이나 성격, 예컨대, 청년성 Alzheimer 등의 치료 곤란하고 불가피한 질병 데이터나, 파멸적인 성격 등의 당초의 목적외의 유전자 정보가 출력되어 버리면 피험자의 이익을 손상할 우려가 있다. 또한 이러한 종류의 정보가 부주의로 유출하면 프라이버시의 문제가 발생한다. 본 발명과 같이, 요구된 출력과는 관련이 없는 정보나 생(生) 유전자 정보를 선택부(182)에서 필터링함으로써, 상기와 같은 불필요한 정보출력을 막을 수 있다.
그런데, 주 검사 시스템(174)에 보내진 칩 ID에 대응하는 요구된 검사 결과는, 진단 시스템(187)에서 수신되어 진단부(188)에서 처리된다. 칩 ID-피험자 대응 데이터베이스(191)를 이용하여 칩 ID(19)로부터 어느 피험자(170)에 관한 정보인가를 특정할 수 있다. 모든 칩은 각기 특이한 칩 ID를 가지고 있기 때문에, 어느 칩이 어느 피험자의 것인가를 알 수 있다. 이 데이터는 부(副)검사 시스템에는 보내지지 않으므로, 환자의 데이터가 검사 부문이나 병원의 외부에 누설되는 것을 방지할 수 있다. 주 검사 시스템 쪽에서는 피험자와 칩 ID의 관계를 알지만, 그 칩 ID의 각각의 생체분자 스폿의 속성 데이터를 가지지 않고 있다. 부검사 시스템으로부터 속성 데이터를 얻지 않는 한, 전체적인 유전자 정보는 알 수 없다. 즉, 주 검사 시스템(174)과 부검사 시스템(178)은 불완전한 정보를 각각 보완적으로 가짐으로써 보안성을 유지하고 있다. 이렇게 해서 피험자의 유전자 정보의 보안성이 지켜진다.
이 경우, 칩 ID는 1매마다 다르고, 또한 제조시에 난수화(亂數化)된 번호가 부여되어 있다. 따라서 만약 하나의 칩 ID 번호를 가진 칩에 관한 속성정보, 예를 들면 생체분자 스폿의 각 식별번호에 대응하는 생체분자의 속성 데이터가 모두 공개되었을 경우라도, 특정한 칩 ID와 각각의 칩ⅠD 사이에는 전혀 상관이 없기 때문 에 다른 칩 ID의 데이터를 특정할 수는 없다. 부검사 시스템의 기밀성을 유지하는 한, 시스템 전체의 보안성이 지켜진다. 그리고 주 검사 시스템의 기밀성이 유지되면, 칩과 개인 ID를 제3자가 입수하더라도, 칩과 개인을 관련짓는 정보가 얻어지지 않으므로, 보안성이 더욱 향상된다.
진단부(188)에서 피험자의 질병 등의 이력 데이터와, 부검사 시스템으로부터 얻은 검사 결과로부터 진단 결과를 내고, 진단 결과 출력부(192)로부터 외부에 출력한다. 또는, 치료 방침 작성부(189)에서 진단 결과에 근거하여 치료 방침을 복수 개 작성하고, 우선 순위를 붙여서 치료 방침 출력부(190)로부터 출력한다.
(질병 이외의 유전자 정보의 활용)
상기의 예에서 요구 정보로서는, 특정한 질병에 관련된 정보를 지정해서 요구 출력(186)으로서 송신하였다. 최근에는, 유전자 정보로부터 피험자의 성격 등의 정신적 속성을 얻고 있다. 예를 들면, 제11번 염색체에서의 도파민 D4 리셉터(receptor)의 제3 엑손(exon)을 가진 인간은 도전적 성격을 가진 것이 알려져 있다. 따라서, 금후, 유전자 정보로부터 각 개인의 성격 등의 속성정보가 하나씩 해명될 것이다. 이 점을 이용하여, 도 43의 요구 출력(186)에 피험자의 성격 등의 정신적 특징을 나타내는 속성 데이터를 질병 데이터에 더해서 추가한다. 이 경우에 있어서, 부검사 시스템으로부터 진단 시스템(187)에 피험자(170)의 성격, 적성 등의 정보가 송신되어 온다. 치료 방침 작성부(189)의 치료 방침안(方針案)의 우선 순위를, 이 데이터 피험자의 속성, 적성 데이터에 따라서 변경한다. 예를 들면, 고리스크(high risk)와 좋은 결과를 선호하는 피험자에게는 고리스크에서 높은 효과 를 얻을 수 있는 치료안(治療案)의 우선 순위를 높여 준다. 저리스크에서 적당한 결과를 선호하는 피험자에게는, 안전하지만 효과가 높지 않은(治療案) 우선 순위를 높여 준다. 이 방법에 의해, 피험자나 환자의 성격이나 적성에 따른 치료 방침을 나타내는 진단 시스템이 실현된다.
[실시예 7: 스탠드 얼론형(Stand-alone type) 검사장치]
도 43의 네트워크형 검사 시스템의 실시예를 이용하여 본 발명의 보안성 등의 동작을 설명했지만, 도 44에 나온 바와 같은 스탠드 얼론형의 검사 시스템(193)에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 43의 네트워크형 검사 시스템은 주 검사 시스템과 부 검사 시스템의 2개의 시스템으로 구성된다. 후자는 검사 센터와 같이 중립적인 기관에 의해 운용되어 기밀성을 높임으로써 전체의 보안성을 유지할 수 있다. 이에 대하여 도 44의 스탠드 얼론형 검사 시스템은 부 검사 시스템(178) 대신에 시스템 내부에 기밀성이 높은 블랙 박스부(black box section)(194)가 설치되어 있다. 블랙 박스부(194)에서는 출력에 필요한 정보 이외의 내부정보는 전혀 밖으로 누설되지 않고, 필요한 데이터만이 입출력부(195)로부터 출력된다. 이 블랙 박스부(194)에 의해 정보의 보안성이 유지된다.
대부분은 도 43과 동일한 동작을 하므로 도 43과 다른 점만을 설명한다. 먼저, 검사부(175)에서는 공개키 암호 함수 등을 이용해서 암호화된 생체분자 스폿 속성 데이터(146) 등의 암호 데이터가 칩(138)에 의해 재생되어, 블랙 박스부(194）에 보내진다. 이 암호 데이터는 블랙 박스부(194)의 내부의 암호 복호부(197)에 서 평문(平文) 데이터(plain text data)로 복호(decode)된다. 이 평문 데이터에는 생체분자 칩의 각각의 생체분자 스폿에 관한 속성정보가 포함되며, 이들 속성정보는 생체분자 스폿의 식별 번호-속성 데이터베이스(184)에 추가된다.
도 43의 경우는 네트워크를 이용해서 주 검사 시스템이 검사 센터 등의 부검사 시스템의 데이터베이스(184)를 액세스해서 데이터를 얻는다. 따라서 검사 센터 등의 부검사 시스템 쪽에서는 전세계에서 생산된 칩의 모든 최신의 데이터를 입수하고, 필요할 때마다 갱신할 필요가 있었다. 또한, 주 검사 시스템 쪽도 네트워크를 사용하지 않는 한 검사 결과를 얻을 수 없다. 그러나 도 44의 방식에서는 최근 제조된 칩이더라도 그 속성 데이터(146)는 생체분자에 존재하므로, 칩이 검사 시스템에 장착될 때마다 이 속성정보는 식별 번호-속성 데이터 대응 데이터베이스(184)에 자동으로 기록되어 갱신된다. 따라서 스탠드 얼론형의 검사 시스템을 네트워크에 접속하지 않아도 좋다. 또한 검사 시스템의 메모리에는 최저 칩 1개에 해당하는 데이터를 보존하면 좋기 때문에, 메모리 용량을 대폭으로 적게 할 수 있다. 이방식의 경우에 있어서, 이동형의 검사장치로 사용하는 것도 가능해 진다. 도 43과 마찬가지로, 이 방식에 있어서도 주 검사 시스템으로부터 요구된 출력과 관련된 정보만이 선택부(182)에 의해 선택되어서, 블랙 박스부(194)로부터 주 검사 시스템(174)의 진단 시스템(187)에 보내진다.
또한, 블랙 박스부(194)의 제작 방법으로서는, 예를 들면 1칩의 LSI에 블랙 박스부(194)를 넣고, 그 외부단자를 입출력부(195)와 암호 복호부(197)에만 한정하면, 외부에서 내부의 데이터를 판독할 수 없기 때문에 보안성이 유지된다. 이상과 같이 본 발명의 암호 데이터를 포함하는 생체분자 칩과 본 발명의 스탠드 얼론형 검사 시스템에 의해, 네트워크나 외부입력 데이터를 이용함이 없이 피험자의 정보 보안성을 지키면서 필요한 검사나 진단을 실시할 수 있다.
또한, 생체분자 칩의 속성정보는, 생체분자 스폿의 배치 데이터에 매립하는 실시예를 나타냈지만, 도 5와 같이 칩과 일체화된 기판 위에 피트 마크 등으로써 광학적으로 기록해도 좋다. 또한, 도 46에 나온 바와 같이 기판(200) 위에 생체분자 칩(138)과, 불휘발성(non-volatile) 메모리(201)를 가진 IC 칩(198) 및 전극(199)을 구성하고, IC 칩(198)의 불휘발성 메모리(201)에 속성정보를 기록해도 좋다. 검사 시스템에 있어서의 상기 속성정보의 판독 방법도 광학적으로 판독해도 좋고, 전극(199) 등으로 전기적으로 판독해도 좋다.
본 명세서에 있어서 인용한 모든 간행물, 특허 및 특허문헌은 본 명세서에서 각각이 구체적으로 참고로서 인용되도록 참고로서 원용된다. 본 발명은 여러 가지의 특정 및 바람직한 실시 형태 및 기술을 참조해서 기재하였다. 그러나 많은 개변 및 변경이 본 발명의 취지 및 범위 내에서 될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
그리고 실시의 형태의 설명에 있어서, 생체분자 스폿의 특정한 하나의 배열 방향과 동일한 방향으로 생체분자 스폿의 배열을 변화시키는 예를 이용해서 설명하였다. 그러나 설명을 생략했지만, 다른 방법도 용이하게 실시할 수 있다. 우선, 생체분자 스폿의 크기를 변경하는 방법이 있다. 구체적으로는, 생체분자 스폿의 크기가 작은 것에 데이터 "01"을 할당하고, 중간 크기의 생체분자 스폿에는 데이터 "10"을 할당하며, 큰 크기의 생체분자 스폿에는 데이터 "11"을 각각 할당한다. 이 렇게 해서 하나의 생체분자 스폿의 3값의 데이터(three-valued data)를 채워 넣을 수 있다.
이어서, 생체분자 스폿의 특정한 하나의 배열 방향에 대해 수직방향으로, 생체분자 스폿의 배치를 기준위치로부터 의도적으로 이동시키는 방법이 있다. 구체적으로는, 기준위치에 대하여 의도적으로 +20％ 이동시킨 배치의 생체분자 스폿에 데이터 "01"을 할당하고, 0％ 이동시킨, 즉, 이동시키지 않은 배치의 생체분자 스폿에 데이터 "10"을 할당하며, -20％ 이동시킨 배치의 생체분자 스폿에 데이터 "11"을 할당하면, 하나의 생체분자 스폿에 3값의 데이터를 채워 넣을 수 있다. 이동시키는 양 또는 분해능을 증가시키면, 5값 데이터, 7값 데이터 등의 많은 값 데이터(multivalued data)를 채워 넣을 수 있다.
또한, 생체분자 스폿의 배치를 변경하지 않고, 특정한 배열 방향에 대해 수직방향으로 생체분자 스폿의 크기를 변경하는 방법이 있다. 예를 들면, 수직방향으로 긴 타원상으로 한 생체분자 스폿에 데이터 "0"을 할당하고, 원형의 생체분자 스폿에 데이터 "1"을 할당함으로써, 2값의 데이터(two-valued data)를 채워 넣을 수 있다. 또한 배열 방향과 동일한 방향으로 생체분자 스폿의 크기를 변화시켜도 좋다.
상기 매립 방법(burying method)의 복수의 방식을 동시에 이용하면, 매립 데이터의 양을 더욱 늘릴 수 있다.
본 명세서는, 아래에서 간단히 설명하는 도면을 참조해서 설명하지만, 이들 도면은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 예시할 목적으로 제공되는 것이며, 본 발명의 범위를 한정할 목적으로 제공되는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 어디까지나 특허청구의 범위에 의해서만 특정된다. 아래에 각 도면에 대해서 간단히 설명한다.
도 1: (a) 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA가 배치된 기판의 상면도
(b) 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA가 배치된 기판의 횡단면도
도 2: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA 마이크로캡슐의 제조법의 도면
도 3: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 핀법에 의한 DNA의 부착 방법의 도면
도 4: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA를 핀에 이동시키는 방법의 도면
도 5: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA 칩의 상면도와 데이터 구조도
도 6: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA 기판 속성 데이터의 구조도
도 7: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA의 고정화 방법의 도면
도 8: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA의 고정화의 모식도
도 9: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 잉크젯 방식의 DNA 송출 장치의 블록도
도 10: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA의 기판상의 배치 상황을 나타내는 도면
도 11: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 잉크젯 방식의 송출 상황도
도 12: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 기판상의 DNA 스폿의 배치 도면
도 13: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 표지 DNA의 하이브리다이제이션 도면
도 14: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 검사장치의 블록도
도 15: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 마이크로캡슐 송출의 플로 차트
도 16: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 미러(mirror)의 동작도
도 17: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 여기(勵起) 광과 형광과의 관계도
도 18: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA 스폿의 주사(走査) 상황도
도 19: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 수광 어레이(receiving array)와 형광과의 관계도
도 20: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 형광의 검출 타이밍 차트
도 21: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 수광 어레이를 포함하는 광검지부의 블록도
도 22: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 표지 검출 신호의 데이터 예(例)의 도면
도 23: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 검출장치의 원리도
도 24: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 검출장치의 원리도
도 25: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 DNA 스폿과 트랙과의 관계의 상면도
도 26: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 다른 형상의 DNA 스폿의 배치도
도 27: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 원형 기판의 상면도
도 28: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 원형 기판의 DNA 영역을 나타내는 도면
도 29: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 반도체 프로세스 방식에 의한 DNA 기판의 작성 순서도
도 30: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 잉크젯 방식의 동작 원리도
도 31: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 복수 회 주사(走査)해서 형광검출하는 방식의 플로 차트
도 32: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 복수 회 주사하는 방식의 여기(勵起) 광과 검출광의 타이밍 차트
도 33: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 생체분자 칩의 제조 방법을 나타내는 도면
도 34: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 튜브 방식에 의한 생체분자 칩의 다른 제조 방법을 나타내는 도면
도 35: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 생체분자 스 폿의 배열도와 매립(burying) 데이터를 나타내는 도면
도 36: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 생체분자 스폿의 배열도와 매립 데이터를 나타내는 도면
도 37: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 생체분자 스폿의 배열도
도 38: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 핀 방식에 의한 생체분자 스폿의 배치 방법을 나타내는 도면
도 39: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 잉크젯 방식에 의한 생체분자 스폿의 배치 방법을 나타내는 도면
도 40: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 식별 번호와 생체 분자 속성 데이터의 표를 나타내는 도면
도 41: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 핀 방식에 의한 검사 순서를 나타내는 플로 차트
도 42: 본 발명의 한 가지 실시 형태에 의한 튜브 방식에 의한 매립 데이터의 ECC을 포함하는 데이터 구성도
도 43: 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 네트워크형 검사 시스템의 블록도
도 44: 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 스탠드 얼론형(stand-alone type) 검사 시스템의 블록도
도 45: 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 분석 결과의 표를 나타내는 도면
도 46: 본 발명의 실시의 형태에 있어서의 생체분자 칩의 구조를 나타내는 도면
도 47: 본 발명의 특정 배치에 의한 어드레스 특정을 할 수 있는 생체분자 칩의 구성을 나타내는 도면
도 48: 본 발명의 특정 패턴에 의한 어드레스 특정을 할 수 있는 생체분자 칩의 구성을 나타내는 도면
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 기판, 2 DNA 스폿, 3 DNA, 4 주(主)용액, 5 주막(主膜)
6 DNA 마이크로캡슐, 7 부막, 8 부(副)용액, 9 마이크로캡슐
10 주용기, 11 용기, 12 트레이, 13 핀, 14 이동 핀,
15 세정부, 16 핀 드럼, 17 DNA 스폿 영역, 18 데이터 영역
19 기판 ID, 20 DNA 번호-위치 대응 정보, 21 DNA 서열 데이터,
22 표지 DNA, 23 빈(empty) 마이크로캡슐, 24 노즐, 25 공급부
26 송출부 (히터), 27 송출 제어회로, 28 마스터 제어부,
29 송출 신호 발생부, 30 제거 신호 발생부, 31 광검지부,
32 불필요액 제거부, 33 편향부, 34 화살표, 35 이동량 검지부
36 이동 제어회로, 37 동기 마크, 38 형광색소, 39 검출장치
40 광원 [여기용(勵起用)], 41 미러, 42 렌즈, 43 검출부
44 포커스 오차신호 검출부, 45 트래킹 오차신호 검출부
46 포커스 제어회로, 47 트래킹 제어회로, 48 액추에이터
49 포커스 오프셋 신호 발생부, 50 트랙 오프셋 신호 발생부
51 스폿 번호 출력부, 52 트랙 번호 출력부, 53 ECC 디코더
54 DNA 기판속성 데이터 판독부, 55 데이터 처리부,
56 동기 신호 발생부, 57 기판 이동부, 58 캡처 DNA 번호,
59 제2 표지신호 검출부, 60 제1 표지신호 검출부
61 제1 표지신호 출력부, 62 제2 표지신호 출력부
63 데이터 출력부, 64 위치 정보 검출부, 65 미러, 66 미러
67 표지신호 검출부, 68 스텝, 69 주신호 재생부, 70 검출 셀
71 여기 빔(excitation beam), 72 주사 트랙(scanning track)
73 암호키, 74 암호 디코더, 75 공장 출하(出荷) 데이터 영역
76 추기(追記) 데이터 영역, 77 제1 표지속성 데이터,
78 제2 표지속성 데이터, 79 동기(同期) 데이터, 80 데이터 재생 영역
85 표지 검출 신호, 86 이동량 검지부, 87 펄스 발광 제어부
88 펄스 발광 신호, 89 부(副)펄스 발광 신호, 90 광검출부
91 어레이, 92 전환기, 93 가산기, 94 표지 검출 신호 리스트
95 기록층, 96 어드레스, 97 개시 어드레스, 98 종료 어드레스
99 최내주(最內周) 트랙 번호, 100 최외주 트랙 번호, 111 카운터
112 어드레스 카운터, 113 어드레스 블록 카운터
114 부(副)송출부, 115 부(副)용액 공급부, 116 부(副)노즐
118 스텝, 120 마스크, 121 마스크 (DNA 스폿용), 122 히드록실기
123 A (아데닌), 124 C (시토신), 125 G (구아닌), 126 T (티민)
130 튜브, 131 프로브, 132 용기, 133 시트, 134 마크 튜브
135 용액, 136 마크 튜브, 137 블록, 138 칩, 139 고정판
140 고정판 ID, 141 생체분자 스폿, 142 마크 스폿, 143 식별 마크
144 동기 마크, 145 식별 번호, 146 속성 테이블,
147 검사 데이터베이스, 148 스텝(플로 차트), 149 검사장치
150 네트워크, 151 메모리, 152 에러 정정 코드, 153 마크 용액
154 마크 생체분자 스폿, 155 분석 프로그램, 156 마크 마이크로캡슐
157 동기 마크, 158 동기 마크, 159 원래의 데이터, 160 편평 튜브
161 직사각형 생체분자 스폿, 162 동기 마크, 170 피험자,
171 시료, 172 생체분자 추출부, 173 검체, 174 주(主) 검사 시스템
175 검사부, 176 통신부, 177 인터넷, 178 부(副) 검사 시스템
179 통신부, 180 분석 시스템, 181 분석부, 182 선택부, 183 출력부
184 (생체분자 스폿 식별 번호) 속성 데이터베이스, 185 선택 출력
186 요구 출력, 187 진단 시스템, 188 진단부,
189 치료 방침 작성부, 190 치료 방침 출력부,
191 칩 ID-피험자 대응 데이터베이스, 192 진단 결과 출력부
193 검사 시스템, 194 블랙 박스부, 195 입출력부, 197 암호 복호부
198 IC 칩, 199 전극, 200 기판, 201 불휘발성 메모리
300 생체분자 칩, 301 생체분자 스폿, 302 등간격의 간격
303 등간격이 아닌 간격, 310 생체분자 칩, 311 제1 생체분자 스폿
312 제2 생체분자 스폿

Claims (67)

  1. 생체분자 칩에 있어서,
    1) 기판; 및
    2) 상기 기판에 도트 형상으로 배치된 생체분자를 구비하고,
    상기 생체분자의 도트 형상 스폿의 간격은, 특정 데이터에 따라 변화하고, 상기 특정 데이터는 상기 기판 내에서의 상기 생체분자의 도트 형상 스폿의 어드레스를 나타내는 생체분자 칩.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 특정 데이터에 따라 변화하는 상기 생체분자의 도트 형상 스폿의 간격은, 적어도 두 가지 방향에서 존재하는 생체분자 칩.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 생체분자의 도트 형상 스폿 사이에 상기 생체분자와 변별 가능한 표지가 배치되는 생체분자 칩.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변별 가능한 표지는, 검출수단에 의해 검출 가능한 생체분자 칩.
  7. 제5항에 있어서, 상기 표지는 상기 기판 위에서 수평방향 및 수직방향으로 배치되는 생체분자 칩.
  8. 제1항에 있어서, 동기 마크가 추가로 배치되어 있는 생체분자 칩.
  9. 제1항에 있어서, 상기 생체분자는, DNA, RNA 및 펩티드 중의 적어도 하나를 함유하는 생체분자 칩.
  10. 제1항에 있어서, 상기 생체분자가 DNA인 생체분자 칩.
  11. 제1항에 있어서, 상기 생체분자가 cDNA 또는 게놈 DNA인 생체분자 칩.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 생체로부터 채취한 생체분자 시료의 정보를 검사하는 방법에 있어서,
    1) 상기 생체로부터 채취한 생체분자 시료를 제공하는 공정;
    2) 제1항에 기재한 생체분자 칩을 제공하는 공정;
    3) 상기 생체분자 시료를 상기 생체분자 칩에 접촉시켜, 생체분자 칩을, 상기 생체분자 시료와 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자 사이의 상호작용을 발생시키는 조건하에 두는 공정; 및
    4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 공정으로서, 상기 신호는, 상기 생체로부터 채취한 생체분자 시료 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이고, 상기 신호의 검출 간격은 특정 데이터에 따라 변화하고, 상기 특정 데이터는 상기 기판 내에서의 상기 생체분자의 도트 형상 스폿의 어드레스를 나타내는, 공정을
    포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 생체분자 시료는 핵산을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자가 핵산인 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 시료는 단백질을 함유하고, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 항체이거나, 혹은 상기 시료는 항체를 함유하며, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자는 단백질인 방법.
  24. 제21항에 있어서, 상기 생체분자 시료를 표지분자로써 표지하는 공정을 추가로 포함하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 표지분자는, 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자 와 변별 가능한 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 표지분자는 형광 분자, 인광 분자, 화학발광 분자 또는 방사성 동위체를 포함하는 방법.
  27. 제21항에 있어서, 상기 신호를 검출하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와는 다른 장소에서 실행되는 방법.
  28. 제21항에 있어서, 상기 신호를 검출하는 공정은, 상기 상호작용이 생긴 장소와 동일한 장소에서 실행되는 방법.
  29. 제21항에 있어서, 상기 신호를 암호화하는 공정을 추가로 포함하는 방법.
  30. 제21항에 있어서, 상기 신호를 필터링하여, 필요한 정보와 관련된 신호만을 추출하는 공정을 추가로 포함하는 방법.
  31. 제21항에 있어서,
    5) 상기 신호로부터 상기 정보 파라미터의 지표를 판정하는 공정을 추가로 포함하고, 여기서 상기 생체는 인간을 제외한 동물인 방법.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 제31항에 있어서, 상기 정보 파라미터의 지표는 질환 또는 장해의 지표인 방법.
  38. 제31항에 있어서, 상기 정보 파라미터의 지표는 1염기 다형 (SNP)에 근거한 방법.
  39. 제31항에 있어서, 상기 정보 파라미터의 지표는 유전자 질환에 근거한 방법.
  40. 제31항에 있어서, 상기 정보 파라미터의 지표는 단백질의 발현량에 근거한 방법.
  41. 제31항에 있어서, 상기 정보 파라미터의 지표는 생화학 검사의 검사값에 근거한 방법.
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 제31항에 있어서, 상기 검출 공정에서 생체분자 속성 데이터는 은폐되어 있고, 상기 판정 공정에서 개인정보 데이터가 은폐되어 있는 방법.
  47. 생체로부터 채취한 생체분자 시료의 정보의 검사장치에 있어서,
    1) 제1항에 기재한 생체분자 칩;
    2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부;
    3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체로부터 채취한 생체분자 시료 사이의 접촉 및 상호작용을 제어하는 반응 제어부; 및
    4) 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는, 상기 생체로부터 채취한 생체분자 시료 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호의 검출 간격은 특정 데이터에 따라 변화하고, 상기 특정 데이터는 상기 기판 내에서의 상기 생체분자의 도트 형상 스폿의 어드레스를 나타내는, 검출부를
    구비하는 검사장치.
  48. 제47항에 있어서, 상기 신호의 송수신부를 추가로 구비한 검사장치.
  49. 제47항에 있어서, 상기 신호의 기록 영역을 추가로 구비한 검사장치.
  50. 제47항에 있어서,
    5) 상기 신호로부터 상기 정보 파라미터의 지표를 판정하는 판정부를 추가로 구비한 검사장치.
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 생체로부터 채취한 생체분자 시료의 검사 시스템에 있어서,
    A) 주(主) 서브시스템으로서,
    1) 제1항에 기재한 생체분자 칩;
    2) 상기 생체분자 칩과 유체연락하는 시료 주입부;
    3) 상기 생체분자 칩 위에 배치된 생체분자와 상기 시료 주입부에서 주입되는 생체로부터 채취한 생체분자 시료 사이의 접촉 및 상호작용을 제어하는 반응 제어부;
    4) 상기 생체분자에서 기인하는 신호 및 상기 상호작용에서 기인하는 신호를 검출하는 검출부로서, 상기 신호는, 상기 생체로부터 채취한 생체분자 시료 중의 적어도 하나의 정보 파라미터의 지표이며, 상기 신호의 검출 간격은 특정 데이터에 따라 변화하고, 상기 특정 데이터는 상기 기판 내에서의 상기 생체분자의 도트 형상 스폿의 어드레스를 나타내는, 검출부; 및
    5) 신호를 송수신하는 송수신부를 구비하고
    B) 부 서브시스템으로서,
    1) 신호를 송수신하는 송수신부; 및
    2) 상기 주 서브시스템으로부터 수신한 상기 신호로부터 상기 지표를 판정하는 판정부를 구비하고,
    상기 주 서브시스템과 상기 부 서브시스템은 네트워크를 통해 함께 접속되어 있는 검사 시스템.
  54. 제53항에 있어서, 상기 부 서브시스템이 수신하는 신호는, 상기 부 서브시스템이 측정한 측정 데이터에 관한 신호를 포함하는 검사 시스템.
  55. 제53항에 있어서,
    상기 주 서브시스템은 칩 ID와 개인정보 데이터를 포함하나 생체분자 속성 데이터를 포함하지 않고,
    상기 부 서브시스템은 상기 칩 ID와 상기 생체분자 속성 데이터와, 생체분자 속성 데이터로부터 진단 지표를 판정하기 위한 데이터를 포함하나, 상기 개인정보 데이터는 포함하지 않으며, 상기 부 서브시스템은 요구에 따라서 판정된 상기 검사값을 상기 주 서브시스템에 송신하는, 검사 시스템.
  56. 제53항에 있어서, 상기 네트워크는 인터넷인 검사 시스템.
  57. 제53항에 있어서, 송수신되는 상기 신호는 암호화되어 있는 검사 시스템.
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 삭제
  64. 삭제
  65. 삭제
  66. 삭제
  67. 삭제
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