WO2007049508A1 - 長鎖ｄｎａ塩基配列解析装置及び方法 - Google Patents

長鎖ｄｎａ塩基配列解析装置及び方法 Download PDF

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Seiichi Iwamatsu
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Intellectual Property Bank Corp.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for analyzing a base sequence of long-chain DNA.
  • a DNA chip has a DNA fixing end 105 having a functional base on the surface of a substrate 100 having a sliding glass force as shown in FIG. 3, and a short DNA strand 104 is fixed on the DNA fixing end 105. It is common to construct a microarray DNA chip by establishing a forest, label the DNA with a fluorescent label, identify the emission color of the label by ultraviolet irradiation and its intensity, obtain base sequence information, and analyze it. It is.
  • Patent Document 1 US6376166 "Apparatus and Method for The Analysis of Numeric Acids Hybridization on High Density NA Chips J Vladimir Poponin.
  • Patent Document 1 such as a high-speed DNA base sequence analysis method by surface-enhanced Raman scattering spectroscopy using a near-field optical microscope and other scanning DNA bases. It cannot be applied to sequence analysis methods, and cannot be applied to base sequence analysis of long-chain DNA such as single-molecule macro DNA strands.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is mainly applied to a high-speed DNA base sequence analysis method by surface-enhanced Raman scattering spectroscopy using a near-field optical microscope and other scanning DNA base sequence analysis methods.
  • the purpose is to provide a novel long-chain DNA base sequence analyzer and method capable of performing the above.
  • one end of a DNA strand wound around a microcylinder is hooked on a pulley and then wound around another microcylinder.
  • a device that analyzes the base sequence of DNA strands by spectroscopically analyzing surface-enhanced Raman scattered light using a near-field microscope probe close to the contact point
  • the loop-shaped DNA strand is hooked on at least two pulleys to apply tension, while at least one pulley is rotated and driven.
  • the instrument uses a device that analyzes the base sequence of the DNA strand by spectroscopically analyzing the surface-enhanced Raman scattered light with a near-field microscope probe close to the contact point between the pulley and the DNA strand.
  • At least one pulley is driven to rotate while the looped DNA strand is hooked on at least two pulleys, and is provided in the vicinity of the contact point between the other pulley and the DNA strand.
  • the method using a method for analyzing the base sequence of the DNA strand by spectroscopically analyzing the surface-enhanced Raman scattered light through a spectroscope with the near-field microscope probe.
  • a single-molecule macro DNA strand can be converted into a loop-like DNA strand when a long-chain DNA can be analyzed at high speed and with high accuracy by a Raman spectroscopic analysis method using a near-field optical microscope probe.
  • the sequence can be performed at high speed, and the genome analysis time can be greatly shortened.
  • FIG. 1 is a schematic external view and a cross-sectional schematic view of the main part of a long-chain DNA base sequence analysis technique according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic external view of the main part of the loop-like long DNA base sequence analysis technology according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the main part of a microarray DNA chip in conventional DNA base sequence analysis technology.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of the main part showing an example of a long-chain DNA base sequence analysis apparatus and method according to the present invention, (a) is a schematic external view, and (b) is a base of a DNA strand.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a detection unit that performs sequence analysis.
  • the long DNA 104 is wound up with one end fixed to the microcylinder 101-A at a fixed end 105, and the other end of the long DNA is cantilever pin set. After hooking into the narrow groove 103 of the pulley 102 using optical tweezers and fixing it to the micro cylinder 102-B with the fixed end 105 and winding it, the long DNA is driven in the direction of the arrow (b ) A probe end 108 of an optical fiber 106 in which a metal film 107 of a near-field microscope is partially coated near the contact portion of the long-chain DNA 104 in the narrow groove 103 of the pulley 102 is provided close to the long-chain DNA 104.
  • one or more micro cylinders 101-A and 101-B may be provided with a plurality of pulleys 102 or a probe including a probe end 108 which may be provided with a plurality of narrow grooves 103.
  • the lobe may be a mano recipro probe.
  • the DNA strand 104 will slide in the narrow groove 103 if it is not rotated, and at least the narrow groove has a smooth surface with a smooth surface. It may be a fixed body.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a main part showing another example of the long-chain DNA base sequence analysis apparatus and method according to the present invention.
  • both ends of the long-chain DNA including the single molecule macro DNA strand are bonded with an amine function silane fixing group or tweezers.
  • a probe including a probe end 108 that may be provided with a plurality of narrow grooves 103 that may include two or more pulleys 102-A and 102-B may be a multi-probe.
  • the DN A chain 104 will slide in the narrow groove 103, and at least the narrow groove has a smooth surface.
  • a hook-shaped fixed body may be used.

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Abstract

　長鎖ＤＮＡの塩基配列を近接場光学顕微鏡プローブによるラマン分光特性解析により高速で高精度に解析する方法とその装置を提供する。 　長鎖ＤＮＡを近接場光学顕微鏡プローブによるラマン分光特性解析法による塩基配列解 析を、長鎖ＤＮＡをプーリーに接触させ、接点近傍に設けた近接場光学顕微鏡プローブに よりラマン分光特性解析する事により、高速且つ高精度で行える様にし、単一分子マクロ ＤＮＡ鎖やループ状ＤＮＡ鎖までものシーケンスを高速に行い、ゲノム解析時間を大幅に 短縮する。

Description

明 細 書
長鎖 DNA塩基配列解析装置及び方法
技術分野
[0001] 本発明は、長鎖 DNAの塩基配列解析装置とその方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、 DN Aチップは図 3に示す如ぐスライドガラス力も成る基板 100の表面に官 能基力も成る DNA固定端 105を形成し、該 DNA固定端 105上に短い DNA鎖 104 を固定して林立させてマイクロアレイ DNAチップを構成し、 DNAに蛍光標識をラベリ ングして該標識の紫外線照射による発光色やその強度を識別して塩基配列情報を 得て解析して ヽるのが通例である。
[0003] 特許文献 1 :US6376166「Apparatus and Method for The Analysis of Numeric Acid s Hybridization on High Density NA Chips J Vladimir Poponin.
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかし、上記従来のマイクロアレイ DNAチップは、 [特許文献 1]に示されて 、る如き 、近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光による高速 DNA塩基配列解析 法やその他の走査型 DNA塩基配列解析法に適用する事が出来ないと共に、単一 分子マクロ DNA鎖の如き長鎖 DNAの塩基配列解析に適用する事が出来ない。
[0005] すなわち、近接場光学顕微鏡による表面増強ラマン散乱分光による高速 DNA塩 基配列解析法や、その他の走査型 DNA塩基配列解析法では、単一分子マクロ DN A鎖やループ状 DNA鎖の長鎖 DNAを走査しながら塩基配列解析する装置と方法 を要する。
[0006] 本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、主として近接場光学顕微鏡による表 面増強ラマン散乱分光による高速 DNA塩基配列解析法や、その他の走査型 DNA 塩基配列解析法に適用する事が出来る新規な長鎖 DNA塩基配列解析装置とその 方法を提供する事を目的とするものである。
課題を解決するための手段 [0007] 上記課題を解決し、上記目的を達成するために、マイクロシリンダーに巻き取られ た DNA鎖の一端をプーリーに引っ掛けた後に他のマイクロシリンダーに巻き取りつ つ、 DNA鎖とプーリーとの接点近傍に近接した近接場顕微鏡プローブにより表面増 強ラマン散乱光を分光して DNA鎖の塩基配列を解析する装置を用いる手段を取る
[0008] 又、マイクロシリンダーに巻き取られた DNA鎖の一端をプーリーに引っ掛けた後に 他のマイクロシリンダーに巻き取りつつ、 DNA鎖とプーリーとの接点近傍に近接して 具備した近接場顕微鏡プローブにより表面増強ラマン散乱光を分光器を介して分光 して DNA鎖の塩基配列を解析する方法を用いる手段を取る。
[0009] 更に、上記課題を解決し、上記目的を達成するために、ループ状 DNA鎖を少なく とも 2個のプーリーに引っ掛けて張力を付与しつつ少なくとも 1個のプーリーを回転駆 動しながら他のプーリーと DNA鎖との接点近傍に近接した近接場顕微鏡プローブに より表面増強ラマン散乱光を分光して DNA鎖の塩基配列を解析する装置を用いる 手段を取る。
[0010] 又、ループ状 DNA鎖を少なくとも 2個のプーリーに引っ掛けて張力を付与しつつ少 なくとも 1個のプーリーを回転駆動しながら他のプーリーと DNA鎖との接点近傍に近 接して具備した近接場顕微鏡プローブにより表面増強ラマン散乱光を分光器を介し て分光して DNA鎖の塩基配列を解析する方法を用いる手段を取る。
発明の効果
[0011] 本発明により、長鎖 DNAを近接場光学顕微鏡プローブによるラマン分光特性解析 法による塩基配列解析が高速且つ高精度で行えると、単一分子マクロ DNA鎖ゃル ープ状 DNA鎖までものシーケンスを高速に行える様に成り、ゲノム解析時間を大幅 に短縮できる効果がある。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明に係る長鎖 DNA塩基配列解析技術の要部の模式外観図と断面模式図 である。
[図 2]本発明に係るループ状長鎖 DNA塩基配列解析技術の要部の模式外観図で ある。 [図 3]従来 DNA塩基配列解析技術に於けるマイクロアレイ DNAチップの要部の断 面模式図である。
符号の説明
[0013] 100 基板
101— A、101— B マイクロシリンダー
102、 102— A、 102— B プーリー
103 細溝
104 長鎖 DNA
105 固定端
106 光ファイバ一
107 金属膜
108 プローブ端
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下に、本発明の実施の形態に係る長鎖 DNA塩基配列解析装置及び方法に関 し、図面に基いて詳細に説明する。
[0015] 図 1は、本発明に係る長鎖 DNAの塩基配列解析装置とその方法の一例を示す要 部の模式図であり、（a)は模式外観図、（b)は DNA鎖の塩基配列解析を行う検出部 の模式断面図である。
[0016] 即ち、（a)前記長鎖 DNA104は、マイクロシリンダー 101— Aに一方の端部を固定 端 105で固定されて巻き取られ成り、該長鎖 DNAの他方の端部をカンチレバーピン セットや光ピンセットを用いてプーリー 102の細溝 103に引っ掛けた後に、マイクロシ リンダ一 102— Bに固定端 105で固定して巻き取る事により、矢印方向に長鎖 DNA を駆動しつつ、（b)プーリー 102の細溝 103内での長鎖 DNA104の接点部近傍上 に近接場顕微鏡の金属膜 107を一部被覆した光ファイバ一 106のプローブ端 108を 長鎖 DNA104に近接して備える。
[0017] 前記の長い DNA鎖 104をプーリー 102の細溝 103を走査させながら、近接場光学 顕微鏡のプローブ端 108からの表面増幅ラマン散乱光を分光解析する方法により、 単一分子マクロ DNA鎖を含む長鎖 DNAの塩基配列を高速に精度良く解析する事 が出来る。
[0018] 尚、マイクロシリンダー 101— Aや 101— Bは 1個以上複数個備えても良ぐプーリ 一 102も複数個備えるか細溝 103を複数本備えても良ぐプローブ端 108を含むプ ローブをマノレチプローブとしても良い。
[0019] 更に、プーリー 102は必ずしも回転する必要は無ぐ回転させない場合には DNA 鎖 104は細溝 103内で摺動する事と成り、少なくとも細溝内が平滑な表面を持った蒲 鋅状の固定体であっても良い。
[0020] 図 2は、本発明に係る長鎖 DNAの塩基配列解析装置とその方法のその他の例を 示す要部の模式図である。
[0021] 即ち、細溝 103を備えたプーリー 102— Aと 102— B間に、単一分子マクロ DNA鎖 を含む長鎖 DNAの両端をァミン官能基ゃシラン固定基や、ピンセット類を用いて固 結びにより固定端 105を形成したループ状の DNA鎖 104や、元々ループ状の DNA 鎖 104をカンチレバーピンセットを含むピンセット類で差し渡して DNA鎖 104に張力 を付与しつつ、プーリー 102— Aや 102— Bの何れか双方を回転駆動する事により、 矢印方向に長鎖 DNAを駆動すると共に、光ファイバ一 106と金属膜 107とプローブ 端 108を備えた近接場顕微鏡のプローブ端 108をプーリー 102— Aの細溝 103内の DNA鎖 104の接点近傍に配備して成る。
[0022] 前記の長いループ状の DNA鎖 104をプーリー 102— Aの細溝 103内を走査させ ながら、近接場光学顕微鏡のプローブ端 108からの表面増幅ラマン散乱光を分光解 析する方法により、単一分子マクロ DN A鎖を含む長鎖 DN Aやループ状 DN Aの塩 基配列を高速に精度良く解析する事が出来る。
[0023] 尚、プーリー 102— Aや 102— Bは 2個以上複数個備えても良ぐ細溝 103を複数 本備えても良ぐプローブ端 108を含むプローブをマルチプローブとしても良い。
[0024] 更に、プーリー 102— Aは必ずしも回転する必要は無ぐ回転させない場合は DN A鎖 104は細溝 103内で摺動する事と成り、少なくとも細溝内が平滑な表面を持った 蒲鋅状の固定体であっても良い。

Claims

請求の範囲
[1] マイクロシリンダーに巻き取られた DNA鎖の一端をプーリーに弓 Iつ掛けた後に他の マイクロシリンダーに巻き取りつつ、 DNA鎖とプーリーとの接点近傍に近接した近接 場顕微鏡プローブにより表面増強ラマン散乱光を分光して DNA鎖の塩基配列を解 析する事を特徴とする DNA鎖塩基配列解析装置。
[2] マイクロシリンダーに巻き取られた DNA鎖の一端をプーリーに弓 Iつ掛けた後に他の マイクロシリンダーに巻き取りつつ、 DNA鎖とプーリーとの接点近傍に近接して具備 した近接場顕微鏡プローブにより表面増強ラマン散乱光を分光器を介して分光して DNA鎖の塩基配列を解析する事を特徴とする DNA鎖塩基配列解析方法。
[3] ループ状 DNA鎖を少なくとも 2個のプーリーに引っ掛けて張力を付与しつつ少なくと も 1個のプーリーを回転駆動しながら他のプーリーと DNA鎖との接点近傍に近接した 近接場顕微鏡プローブにより表面増強ラマン散乱光を分光して DNA鎖の塩基配列 を解析する事を特徴とする DNA鎖塩基配列解析装置。
[4] ループ状 DNA鎖を少なくとも 2個のプーリーに引っ掛けて張力を付与しつつ少なくと も 1個のプーリーを回転駆動しながら他のプーリーと DNA鎖との接点近傍に近接して 具備した近接場顕微鏡プローブにより表面増強ラマン散乱光を分光器を介して分光 して DNA鎖の塩基配列を解析する事を特徴とする DNA鎖塩基配列解析方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH07227299A (ja) * 1994-02-14 1995-08-29 Kyoto Daiichi Kagaku:Kk Ｄｎａの特定塩基配列の検出方法及びその装置
JP2005524849A (ja) * 2002-05-07 2005-08-18 ノースウエスタン ユニバーシティ ラマン分光分析のフィンガープリントを備えた分析物質検出用のナノ粒子プローブ

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