WO2001038875A1 - Lecteur de biopuce et reactif de marquage - Google Patents

Description

明 細 書 バイオチッ プ読取装置及び標識試薬 技術分野

本発明は、 特定の生体物質と結合する物質をスポッ ト配列したバイオ チッ プにおいて結合が起こ ったスポッ ト を検出するバイオチッ プ読取装 置、 及び、 該バイオチッ プ読取装置で読み取るバイオチッ プを作成する のに好適な標識試薬に関する。 背景技術

従来、 生体内の分子を同定、 分画するために、 特に目的 D N Aの検出、 あるいは遺伝子 D N Aの有無の検出な どのために、 既知の配列を持つ核 酸、 タ ンパク質を プローブと して、 プローブに検体となる核酸、 タ ンパ ク質な どをハイ プリ ダイズさせる方法が多く 用いられている。 バイオチ ッ プは核酸、タ ンパク質な どのプローブを高密度に集積してスポッ ト し、 目的 D N Aの検出、 あるいは遺伝子 D N Aの有無の検出な どを効率良く 行う ためのものである。

図 6 は、 従来のバイオチップ読取装置の構成を例示する図である。 現 在、 ハイ プリ ダイズしたスポッ トの検出方法と して蛍光読取による方法 が一般的に使われている。 検体となる核酸、 タ ンパク質な どを蛍光物質 で標識し、 バイオチッ プ上にスポッ ト されたプローブとハイ ブリ ダィゼ ーシ ョ ンを行う。 この検体がハイ プリ ダイズしたスポッ ト に、 励起光源 と して レーザ 1 5 を用い、 励起光 1 6 をダイ ク ロイ ツク ミ ラ一 1 7 で反 射し、 集光レンズ 1 8 を介して照射する。 検体に標識されている蛍光物 質がこの励起光を受けて励起され、 発する蛍光は集光レンズ 1 8 で集光 される。 集光された蛍光はダイ ク ロイ ツク ミ ラー 1 7 を透過し光干渉フ ィ ルタ 1 9 で蛍光成分のみを選択的に透過する こ とでノ イズとなる光成 分をカッ ト し、 光電子増倍管 2 0 に導かれる。 光電子増倍管 2 0 はボイ ン トセンサであるので、 試料を X及び Y方向にコ ン ト ローラ 4 によって 走査し、 読み取ったデータ を画像と して コ ンピュータ 5 に取得する。

しかしながら、 従来の蛍光を用いた方法では、 読取のために高価な レ 一ザ 1 5及び光学系が必要であ り 、 装置のコス トが高く なる という 問題 があった。 さ らに、 蛍光物質を標識して検出を行う場合、 蛍光物質から 発せられる蛍光強度が微弱であ り 、 また、 蛍光波長が励起波長からそれ ほど離れていないため光電子増倍管 2 0 の前の光干渉フィ ルタ 1 9 で励 起光を完全にカツ トする こ とができず、 高感度な検出を行う こ とができ なかった。

本発明は、 上記問題点に鑑み、 蛍光を用いた方法よ り高感度で、 かつ、 安価な装置構成でバイオチップを読み取る こ とができるバイオチッ プ読 取装置、 及び、 該バイオチッ プ読取装置で読み取るバイオチッ プを作成 するのに好適な標識試薬を提供する こ と を 目的とする。 発明の開示

本発明のバイオチッ プ読取装置は、 平面上の磁界の強さ を読み取る磁 気センサと、 該磁気センサをバイオチッ プに対して相対的に 2次元走査 する走査手段と を備える ものである。

また、 前記走査手段は、 前記バイオチッ プを回転させ、 前記磁気セン サを前記回転の方向に直交する方向に 1 軸走査する こ とで、 汎用のハー ドディ スク ドライ ブのディ スク読取機構を用いる こ とができる。

さ らに、 本発明の標識試薬は、 生体物質に標識する強磁性物質を有す るものである。 図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の一実施の形態によるバイオチップ読取装置の構成を 示す図である。

図 2 は、 検体への標識方法を説明する図である。

図 3 は、 バイオチッ プの処理方法を説明する図である。

図 4 は、 本実施の形態によるバイオチッ プを本実施の形態によるバイ ォチッ プ読取装置で読み取った結果の例を示す図である。

図 5 は、 他の実施の形態によるバイオチッ プ読取装置の構成を示す図 である。

図 6 は、 従来のバイオチッ プ読取装置の構成を例示する図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳 細に説明する。

図 1 は、 本発明の一実施の形態によるバイオチッ プ読取装置の構成を 示す図である。 本実施の形態のバイオチッ プ読取装置は、 バイオチッ プ 6 を乗せ 2次元に走査するための X Yステージ 3 、 及びそのコ ン ト 口一 ラ 4 と、 磁界の強さ を読み取るための磁気センサ 1 、 及び抵抗計 2 と信 号処理用のコ ンピュータ 5 で構成する。

磁気の強さ を読み取るための磁気セ ンサ 1 には現在、 高密度ハー ドデ イ スク ドライ ブの磁気へッ ドで用いられている G M R ( Giant Magneto Re sistance ： 巨大磁気抵抗） 素子を用いる。 この G M R素子は磁界の変 化を電気抵抗値の変化と して取り 出すこ とができる。 よ って、 抵抗計 2 を介し、 磁界の強さ を信号化し、 信号処理用のコ ンピュータ 5 に取り込 む。 図 2 は、 検体への標識方法を説明する図である。 本実施の形態では生 体物質である検体と して D N Aを用い、 この D N Aに磁化する物質、 す なわち、 強磁性物質を標識する。 本実施の形態ではポリ スチレンの中に、 強磁性物質と してハー ドディ スク等の磁気記録媒体に使用される磁性酸 化鉄の微粒子磁性体を封入した磁化ビーズ 7 を使用する。 この磁性酸化 鉄を混ぜ込むこ とで封入したポリ スチレンを滴下させながら固める こ と によ り ビーズ状 （球形） に形成し、 表面にス ト レプ トアビジン 8 を コー ティ ングする。 磁化ビーズ 7 の大きさ は通常 1 から 5 の範囲で あ り 、 好ま し く は 1 mである。 一方、 検体 D N A 1 0 を ピオチン 9 で 標識しておき、 ス ト レプ ト アビジン 8 と ピオチン 9 の特異的な結合を用 いて検体 D N A 1 0 に磁化ビーズ 7 の標識を行う。

図 3 は、 バイオチッ プの処理方法を説明する図である。 この標識され た検体 D N A 1 0 を図 3 (_a)に示すよ う にプローブ D N A 1 1 をスポッ ト したバイオチッ プ 6 と反応させる。 する と図 3 (b)に示すよ う にバイオ チッ プ 6 上の各スポッ トの内、 検体 D N A 1 0 と相補となる塩基配列を 持つスポッ ト に検体 D N A 1 0 はハイ ブリ ダィ ズする。 このハイ プリ ダ ィゼーシヨ ン後のバイオチッ プ 6 を図 3 (c)に示すよ う に、 磁石 1 2 を配 した磁界内に置き、 磁化ビーズ 7 を磁化する。 本実施の形態で用いる微 粒子磁性体の保磁力は 3 2 0 k A T / m ( 4 0 0 0 ェルステツ ド） 程度 であるため、 その約 3倍の磁界を加える こ とで磁化を行う。

図 4 は、 磁化処理されたバイオチッ プ 6 を図 1 に示すバイオチッ プ読 取装置で読み取った結果の例を示す図である。 図 4では各スポッ トの磁 界の強さ をグレースケールの階調に置き換えて表示している。 色が黒に 近づく 程、 磁界が強いこ と を表し、 ハイ ブリ ダィ ズした検体 D N Aが多 いこ と を示す。

また、 本実施の形態の装置で用いる G M R素子は 0 〜 4 0 0 エルステ ヅ ドの磁界範囲で約 3 0 %の抵抗変化が得られるものを使用 してお り 、 検出感度が非常に高いので、 磁化ビーズ 1 個の検出が可能である。 つま リ 、 D N A 1 分子検出が可能である。

図 5 は、 他の実施の形態によるバイオチッ プ読取装置の構成を示す図 である。 読取の原理は図 1 のバイオチッ プ読取装置と同一であるがバイ ォチッ プを円盤形状に し、 走査方法と して円盤状バイオチップ 1 3 を回 転、 磁気センサ 1 を一軸方向に走査させて読取を行う。 いわゆる通常の ハー ドディ スク ドライ ブと同 じ機構で読取を行う装置である。 円盤状バ ィォチッ プ 1 3 を回転モータ 1 4で回転させ、 磁気センサ 1 を回転方向 と直交する よ う に走査するものである。 これによ り 、 汎用のハー ドディ スク ドライ ブと同 じ機構を採用する こ とができるので高感度で安価な装 置とする こ とができる。

なお、 本発明は上記実施の形態に限定される ものではない。

バイオチッ プ読取装置はハー ドディ スク ドライ ブではな く 、 フ レキシ ブルディ スク ドライ ブの機構を採用 しても よい。 この場合には、 フ レキ シブルディ スク ドライ ブにおけるディ スクの装着離脱機構も利用 して、 バイオチップを装着離脱する こ とができる。

磁化は磁石 1 2 で一括して行う のではな く 、 ハー ドディ スク ドライ ブ 等の書込用磁気へッ ドを用いて磁化しても よい。 産業上の利用可能性

以上のよ う に、 本発明によれば、 高価な レーザ及び光学系を用いず、 ハー ドディ スク ドライ ブ等で一般的に使用されている磁気センサ及びデ イ スク駆動機構を採用 して高性能で安価なバイオチップ読取装置を構成 する こ とが可能となる。

また、 磁気センサの感度は非常に高く 、 蛍光読取方式と比較して高感 度の読取が可能とな り 、 D N A 1 分子検出も可能である

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 平面上の磁界の強さ を読み取る磁気センサと、 該磁気センサをバイ ォチップに対して相対的に 2次元走査する走査手段と、 を備える こ と を 特徴とするバイオチッ プ読取装置。

2 . 前記走査手段は、 前記バイ オチップを回転させ、 前記磁気センサを 前記回転の方向に直交する方向に 1 軸走査する こ と を特徴とする請求項 1 記載のバイオチッ プ読取装置。

3 .生体物質に標識する強磁性物質を有する こ と を特徴とする標識試薬。