JP2003083965A - 蛋白・核酸解析用チップ - Google Patents
蛋白・核酸解析用チップInfo
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- JP2003083965A JP2003083965A JP2001317402A JP2001317402A JP2003083965A JP 2003083965 A JP2003083965 A JP 2003083965A JP 2001317402 A JP2001317402 A JP 2001317402A JP 2001317402 A JP2001317402 A JP 2001317402A JP 2003083965 A JP2003083965 A JP 2003083965A
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- acid analysis
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 検体から核酸を抽出して蛋白・核酸を解析す
る手段として、ＰＣＲ法等が知られているが解析には比
較的大型の機器及び周辺機材が必要であり、検体試料が
極少量であることから考えて非効率的、かつ非経済的で
あった。本発明は、効率的で経済的な蛋白・核酸解析チ
ップを提供することにある。 【解決手段】 ガラス板、シリコン板等の加工可能な固
形板状片の一面に微細な窪み、溝等の形状を構築して機
能部品化し、該部品を使用して核酸増幅から検定に至る
一連の操作工程を連続して短時間に行える解析チップと
することによって課題を解決した。
る手段として、ＰＣＲ法等が知られているが解析には比
較的大型の機器及び周辺機材が必要であり、検体試料が
極少量であることから考えて非効率的、かつ非経済的で
あった。本発明は、効率的で経済的な蛋白・核酸解析チ
ップを提供することにある。 【解決手段】 ガラス板、シリコン板等の加工可能な固
形板状片の一面に微細な窪み、溝等の形状を構築して機
能部品化し、該部品を使用して核酸増幅から検定に至る
一連の操作工程を連続して短時間に行える解析チップと
することによって課題を解決した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蛋白・核酸解析に
必要な工程を効率的で経済的、かつ簡易に行うことを特
徴とする蛋白・核酸解析用チップに関する。
必要な工程を効率的で経済的、かつ簡易に行うことを特
徴とする蛋白・核酸解析用チップに関する。
【０００２】
【従来の技術】蛋白・核酸解析には、従来、比較的大型
の機器及び周辺機材を利用する場合が多く、通常、蛋白
・核酸解析に扱う検体試料が極少量であることを考える
と非効率的、かつ非経済的の誹りを免れなかった。
の機器及び周辺機材を利用する場合が多く、通常、蛋白
・核酸解析に扱う検体試料が極少量であることを考える
と非効率的、かつ非経済的の誹りを免れなかった。
【０００３】例えば、核酸増幅に広く用いられているＰ
ＣＲ法の場合、原理的には１コピーの遺伝子から解析可
能であるが、ＰＣＲ機器にはチューブを使用するために
試薬容量が必然的に多く必要であり、その結果として核
酸量も多くを必要とした。当然、機器を稼働させるため
の電力消費も増大することになる。
ＣＲ法の場合、原理的には１コピーの遺伝子から解析可
能であるが、ＰＣＲ機器にはチューブを使用するために
試薬容量が必然的に多く必要であり、その結果として核
酸量も多くを必要とした。当然、機器を稼働させるため
の電力消費も増大することになる。
【０００４】電気泳動、特にシークエンスの場合などは
数十センチのゲル板を用い３０００ボルトの電圧を必要
とするが、１μｇ以下の核酸を試料とすることを考える
と、この様な解析法は非効率的、かつ非経済的と言わざ
るを得ない。
数十センチのゲル板を用い３０００ボルトの電圧を必要
とするが、１μｇ以下の核酸を試料とすることを考える
と、この様な解析法は非効率的、かつ非経済的と言わざ
るを得ない。
【０００５】上述の欠点を補うためにＤＮＡチップやナ
ノシークエンサーを始めとする微細加工技術を用いた新
たな核酸検査法が考案され、極少量の検体を効率的、か
つ経済的に解析する検査法として開発が進行している。
ノシークエンサーを始めとする微細加工技術を用いた新
たな核酸検査法が考案され、極少量の検体を効率的、か
つ経済的に解析する検査法として開発が進行している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、現在ま
でに開発が行われているＤＮＡチップなどの微量検体解
析機器は各々が単機能であり、遺伝子解析を総合的、か
つ効率的に遂行する機能を有していない。このために一
連のステップを経て解析結果を得る遺伝子検には何れか
のステップに従来型の機器を利用することとなり、結果
的に非効率、かつ非経済的な検査法の域を脱していな
い。
でに開発が行われているＤＮＡチップなどの微量検体解
析機器は各々が単機能であり、遺伝子解析を総合的、か
つ効率的に遂行する機能を有していない。このために一
連のステップを経て解析結果を得る遺伝子検には何れか
のステップに従来型の機器を利用することとなり、結果
的に非効率、かつ非経済的な検査法の域を脱していな
い。
【０００７】例えばＰＣＲ法にて遺伝子解析を行う場
合、大きく分けて、検体からの核酸抽出、ＰＣＲ法
による核酸増幅、核酸増幅産物の電気泳動、染色に
よる核酸検出、の４ステップの工程から成立するが、何
れのステップも独立した機器を用い、検体試料を移動さ
せるため連続的な作業を成し得ない。効率的、かつ経済
的な検査を行うためには、これら全てのステップを微小
化し、更に各ステップに連続性を持たせる必要がある。
合、大きく分けて、検体からの核酸抽出、ＰＣＲ法
による核酸増幅、核酸増幅産物の電気泳動、染色に
よる核酸検出、の４ステップの工程から成立するが、何
れのステップも独立した機器を用い、検体試料を移動さ
せるため連続的な作業を成し得ない。効率的、かつ経済
的な検査を行うためには、これら全てのステップを微小
化し、更に各ステップに連続性を持たせる必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】係る事情に鑑み、発明者
は鋭意研究の結果、これら一連の操作工程を微小化した
解析チップ上で連続して行うことにより、その結果とし
て少量の試薬及び検体試料で短時間に一台の小型機器の
みで実施する画期的な方法の発明に至った。
は鋭意研究の結果、これら一連の操作工程を微小化した
解析チップ上で連続して行うことにより、その結果とし
て少量の試薬及び検体試料で短時間に一台の小型機器の
みで実施する画期的な方法の発明に至った。
【０００９】本発明の特徴は、ガラス板、シリコン板
等の表面加工、滅菌処理、洗浄等の操作が可能で、光の
透過が可能な固形板状片の一面に微細な窪み、溝等の形
状を構築し、これらの形状を機能化して部品として連
続性を持たせ、各部品には加温又は冷却で開閉するバ
ルブ機構を配置し、機能部品やバルブの温度変化を加
温法としては非接触性加温、冷却法としては接触性冷却
を採用して温度制御を行う蛋白・核酸解析チップを設
計、製造することにある。
等の表面加工、滅菌処理、洗浄等の操作が可能で、光の
透過が可能な固形板状片の一面に微細な窪み、溝等の形
状を構築し、これらの形状を機能化して部品として連
続性を持たせ、各部品には加温又は冷却で開閉するバ
ルブ機構を配置し、機能部品やバルブの温度変化を加
温法としては非接触性加温、冷却法としては接触性冷却
を採用して温度制御を行う蛋白・核酸解析チップを設
計、製造することにある。
【００１０】固形板状片の表面に構築された窪み、溝等
の形状を機能化して解析チップとし、該解析チップ上の
ＰＣＲ槽、電気泳動溝、緩衝液槽等の機能部品やバルブ
を非接触で加温するための熱源としてはレーザー光線、
赤外線、遠赤外線などが利用出来るがこれに限定される
ものでなく、非接触で短時間に目的部品やバルブだけを
加温出来るものであれば何れでも良い。又、目的部品や
バルブを接触で速やかに冷却する手段としては二種類の
金属又は半導体の接合面を通じて電流を流す時、その接
合部に発熱又は吸熱を生じるペルチェ効果を利用した電
子機器を冷却熱交換器として使用するのが適切である。
の形状を機能化して解析チップとし、該解析チップ上の
ＰＣＲ槽、電気泳動溝、緩衝液槽等の機能部品やバルブ
を非接触で加温するための熱源としてはレーザー光線、
赤外線、遠赤外線などが利用出来るがこれに限定される
ものでなく、非接触で短時間に目的部品やバルブだけを
加温出来るものであれば何れでも良い。又、目的部品や
バルブを接触で速やかに冷却する手段としては二種類の
金属又は半導体の接合面を通じて電流を流す時、その接
合部に発熱又は吸熱を生じるペルチェ効果を利用した電
子機器を冷却熱交換器として使用するのが適切である。
【００１１】解析チップ上でバルブの開閉を温度変化に
よって行うために、ある温度以上に加熱するとマルテン
サイト相からオーステナイト相に変態し、変形以前の形
状を回復する性質のあるＮｉ−ＴｉやＣｕ−Ｔｉ等の形
状記憶合金、あるいは外力で造られた一定の変形が熱処
理などで失われ、元の形状に戻る性質を持つ形状記憶高
分子等が適当である。
よって行うために、ある温度以上に加熱するとマルテン
サイト相からオーステナイト相に変態し、変形以前の形
状を回復する性質のあるＮｉ−ＴｉやＣｕ−Ｔｉ等の形
状記憶合金、あるいは外力で造られた一定の変形が熱処
理などで失われ、元の形状に戻る性質を持つ形状記憶高
分子等が適当である。
【００１２】本発明のさらなる特徴は、解析チップに核
酸検出用特異的プローブを単数あるいは複数固定するこ
とにより目的とする特異的な核酸が各々特定の位置に検
出され、その位置パターンから核酸の性状を容易に推定
することを可能とすることである。
酸検出用特異的プローブを単数あるいは複数固定するこ
とにより目的とする特異的な核酸が各々特定の位置に検
出され、その位置パターンから核酸の性状を容易に推定
することを可能とすることである。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の原理の一例を図で説明す
れば以下の様になる。尚、本例は、ＰＣＲ、電気泳動、
ハイブリダイゼーション、蛍光核酸検出をシングルチッ
プで遂行する方法について例示するものであるが、本発
明はこれに限定されるものではない。
れば以下の様になる。尚、本例は、ＰＣＲ、電気泳動、
ハイブリダイゼーション、蛍光核酸検出をシングルチッ
プで遂行する方法について例示するものであるが、本発
明はこれに限定されるものではない。
【００１４】図１において、先ず検体試料（核酸）を解
析チップ上に構築されたＰＣＲ槽にＰＣＲ反応液と共に
注入する。この槽は、上部に設置された熱線源で非接触
に加温され、下部に設置されている冷却時以外は非接触
となる冷却熱交換器にて冷却される。ＰＣＲ槽中の検体
試料は、適当な加温−冷却の繰り返しによりＰＣＲ反応
が進行し、核酸が増幅される。
析チップ上に構築されたＰＣＲ槽にＰＣＲ反応液と共に
注入する。この槽は、上部に設置された熱線源で非接触
に加温され、下部に設置されている冷却時以外は非接触
となる冷却熱交換器にて冷却される。ＰＣＲ槽中の検体
試料は、適当な加温−冷却の繰り返しによりＰＣＲ反応
が進行し、核酸が増幅される。
【００１５】ＰＣＲ反応終了後、熱線源がＰＣＲ槽に取
り付けられたバルブを加熱することによりバルブが開
き、ＰＣＲ槽中の増幅された核酸産物は電気泳動溝への
移動が可能となる。該バルブは、加温することによって
変形する形状記憶合金や形状記憶高分子物質からなり、
加温されることによって変形して核酸産物を通過させ
る。
り付けられたバルブを加熱することによりバルブが開
き、ＰＣＲ槽中の増幅された核酸産物は電気泳動溝への
移動が可能となる。該バルブは、加温することによって
変形する形状記憶合金や形状記憶高分子物質からなり、
加温されることによって変形して核酸産物を通過させ
る。
【００１６】バルブの通過が可能となった後、電極へ通
電するとＰＣＲ槽から核酸は電気泳動溝を通り、緩衝液
槽へ移動を始める。電気泳動溝には、あらかじめ寒天あ
るいは高分子化合物を充填しておくことが出来るが、そ
の他の抵抗物質でも良い。これらの抵抗物質によりＰＣ
Ｒ反応液中に存在する蛋白等の不純物が電気泳動中に分
離される。又、電気泳動溝は緩衝液で満たしておくこと
が出来る。
電するとＰＣＲ槽から核酸は電気泳動溝を通り、緩衝液
槽へ移動を始める。電気泳動溝には、あらかじめ寒天あ
るいは高分子化合物を充填しておくことが出来るが、そ
の他の抵抗物質でも良い。これらの抵抗物質によりＰＣ
Ｒ反応液中に存在する蛋白等の不純物が電気泳動中に分
離される。又、電気泳動溝は緩衝液で満たしておくこと
が出来る。
【００１７】核酸が電気泳動溝を移動中、この溝にあら
かじめ固定された核酸検出用プローブとハイブリダイズ
反応を起こすと、これに捕らえられ二本鎖核酸を形成す
るが、この反応は検体核酸中に目的核酸配列が存在した
場合に起こるため、該反応の有無で目的核酸配列の有無
を確認することが出来る。尚、この反応を起こさせるた
めには非対称ＰＣＲ等、一本鎖核酸を増幅する方法との
併用が望ましい
かじめ固定された核酸検出用プローブとハイブリダイズ
反応を起こすと、これに捕らえられ二本鎖核酸を形成す
るが、この反応は検体核酸中に目的核酸配列が存在した
場合に起こるため、該反応の有無で目的核酸配列の有無
を確認することが出来る。尚、この反応を起こさせるた
めには非対称ＰＣＲ等、一本鎖核酸を増幅する方法との
併用が望ましい
【００１８】核酸が二本鎖を形成した際に蛍光を励起す
る、サイバーグリーン等のインターカレーターをＰＣＲ
反応液、あるいは緩衝液に混在しておくと解析チップ下
部から蛍光を当てた場合に特定の波長の蛍光を発する。
この励起蛍光を検出することで最終的に核酸の存在を確
認するが、何種類かのプローブを電気泳動溝に固定して
おくと、蛍光の位置情報から遺伝子の性状を多角的にパ
ターンで判定することが可能である。
る、サイバーグリーン等のインターカレーターをＰＣＲ
反応液、あるいは緩衝液に混在しておくと解析チップ下
部から蛍光を当てた場合に特定の波長の蛍光を発する。
この励起蛍光を検出することで最終的に核酸の存在を確
認するが、何種類かのプローブを電気泳動溝に固定して
おくと、蛍光の位置情報から遺伝子の性状を多角的にパ
ターンで判定することが可能である。
【００１９】
【実施例】図２に概念図を示した、血液型判定チップを
用いて、表１に示すＰＣＲ反応液を図１のＰＣＲ槽に入
れて血液型を判定した結果を図３〜図５に示す。尚、こ
の使い方は一例であり、本発明の用途はこれに限定され
るものではない。
用いて、表１に示すＰＣＲ反応液を図１のＰＣＲ槽に入
れて血液型を判定した結果を図３〜図５に示す。尚、こ
の使い方は一例であり、本発明の用途はこれに限定され
るものではない。
【００２０】
【表１】
【００２１】図２に示した血液型判定チップを使用して
得られた結果を示す。図３はＡＯ型Ｒｈ（＋）の場合の
判定例、図４はＢＢ型Ｒｈ（＋）の判定例、図５はＯ型
Ｒｈ（−）の判定例であるが、何れの場合にも通常の血
液型判定方法で判定した結果と同じ判定を示した。
得られた結果を示す。図３はＡＯ型Ｒｈ（＋）の場合の
判定例、図４はＢＢ型Ｒｈ（＋）の判定例、図５はＯ型
Ｒｈ（−）の判定例であるが、何れの場合にも通常の血
液型判定方法で判定した結果と同じ判定を示した。
【００２２】
【発明の効果】本発明は、検体試料から目的核酸を抽出
して検出するまでの一連の操作工程をガラス板、シリコ
ン板等の表面加工が可能な固形板状片の一面に連続して
構築された機能部品からなる蛋白・核酸解析チップに関
するものであり、該チップを使用することによって解析
操作を連続してチップ上で行うことが出来るので、従
来、比較的大型の機器及び周辺機材を利用する場合が多
く、通常、蛋白・核酸解析に扱う検体試料が極少量であ
ることを考えると非効率的、かつ非経済的の誹りを免扱
う検体試料が極少量であることを考えると非効率的、か
つ非経済的の誹りを免れなかった核酸検査を効率的、か
つ経済的に行うことを可能とする。
して検出するまでの一連の操作工程をガラス板、シリコ
ン板等の表面加工が可能な固形板状片の一面に連続して
構築された機能部品からなる蛋白・核酸解析チップに関
するものであり、該チップを使用することによって解析
操作を連続してチップ上で行うことが出来るので、従
来、比較的大型の機器及び周辺機材を利用する場合が多
く、通常、蛋白・核酸解析に扱う検体試料が極少量であ
ることを考えると非効率的、かつ非経済的の誹りを免扱
う検体試料が極少量であることを考えると非効率的、か
つ非経済的の誹りを免れなかった核酸検査を効率的、か
つ経済的に行うことを可能とする。
【図１】蛋白・核酸解析チップ全体の概念図である。
【図２】血液型判定チップの概念図である。
【図３】ＡＯ型Ｒｈ（＋）型の場合の判定例である。
【図４】ＢＢ型Ｒｈ（＋）型の場合の判定例である。
【図５】Ｏ型Ｒｈ（−）型の場合の判定例である。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ
Claims (9)
- 【請求項１】 加工可能な固形板状片の表面に微細な窪
みや溝等の形状を構築して該形状を機能化して部品と
し、それを使用して蛋白・核酸解析に必要な単数あるい
は複数の操作工程を同時あるいは逐次遂行する多機能性
を有することを特徴とする蛋白・核酸解析用チップ。 - 【請求項２】 蛋白・核酸解析に必要な単数あるいは複
数の操作工程を選択あるいは可変させて遂行する多機能
性を有することを特徴とする請求項１に記載の蛋白・核
酸解析用チップ。 - 【請求項３】 蛋白・核酸解析に必要な単数あるいは複
数の操作工程を選択あるいは可変させる際、各工程間の
検体試料の移動をバルブにて遂行する多機能性を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の蛋白・核酸解析用チ
ップ。 - 【請求項４】 上記請求項３に記載のバルブの開閉を、
温度により形状変化をする材料の特性を利用して行い、
該バルブの加温時には検体試料を通過させ、冷却時に遮
断する機能を有することを特徴とする蛋白・核酸解析用
チップ。 - 【請求項５】 上記請求項４に記載のバルブの開閉を目
的とし、加温法としては熱線源を用いた非接触性で加温
する機能、冷却法としては接触性で冷却する機能を有す
ることを特徴とする蛋白・核酸解析用チップ。 - 【請求項６】 蛋白・核酸解析に必要な単数あるいは複
数の操作工程を選択あるいは可変させて遂行する多機能
性を有した解析用チップの内、ＰＣＲ法を行う機能部品
の加温法としては熱線源を用い非接触性で加温する機
能、冷却法としては接触性で冷却する機能を有すること
を特徴とする請求項１に記載の蛋白・核酸解析用チッ
プ。 - 【請求項７】 蛋白・核酸解析に必要な単数あるいは複
数の操作工程を選択あるいは可変させて遂行する多機能
性を有した解析チップの内、電気泳動を機能部品に核酸
検出用特異的プローブを単数あるいは複数固定し、泳動
中の特異的な核酸配列を検出する機能を有することを特
徴とする請求項１に記載の蛋白・核酸解析用チップ。 - 【請求項８】 蛋白・核酸解析に必要な単数あるいは複
数の操作工程を選択あるいは可変させて遂行する多機能
性を有した解析チップの内、ハイブリダイゼーション緩
衝液を充填した溝に核酸検出用特異的プローブを単数あ
るいは複数固定し、検体試料を注入することにより特異
的な核酸配列を検出する機能を有することを特徴とする
請求項１に記載の蛋白・核酸解析用チップ。 - 【請求項９】 蛋白・核酸解析に必要な単数あるいは複
数の操作工程を選択あるいは可変させて遂行する多機能
性を有した解析チップの内、核酸検出用特異的プローブ
を単数あるいは複数固定した電気泳動あるいはハイブリ
ダイゼーションを遂行する溝を単数あるいは複数配置
し、検出された核酸の位置情報をパターン化し、核酸情
報を判定する機能を有することを特徴とする請求項７又
は請求項８に記載の蛋白・核酸解析用チップ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317402A JP2003083965A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 蛋白・核酸解析用チップ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001317402A JP2003083965A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 蛋白・核酸解析用チップ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003083965A true JP2003083965A (ja) | 2003-03-19 |
Family
ID=19135278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001317402A Pending JP2003083965A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 蛋白・核酸解析用チップ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003083965A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004005507A1 (ja) * | 2002-07-05 | 2004-01-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | ポリメラーゼ連鎖反応容器及びその製造方法 |
| WO2004018664A1 (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-04 | Japan Science And Technology Agency | 核酸分析チップと核酸分析装置 |
| WO2004018665A1 (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-04 | Japan Science And Technology Agency | 核酸回収チップと核酸回収装置 |
| WO2005111587A1 (ja) * | 2004-05-18 | 2005-11-24 | Kabushiki Kaisya Advance | 生体試料検出装置 |
| CN1297651C (zh) * | 2003-11-17 | 2007-01-31 | 松下电器产业株式会社 | 核酸扩增反应器及其制造方法 |
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| US7604938B2 (en) | 2005-02-18 | 2009-10-20 | Canon U.S. Life Sciences, Inc. | Devices and methods for monitoring genomic DNA of organisms |
| JP2011505548A (ja) * | 2007-11-22 | 2011-02-24 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 薄膜バルブ装置及びその制御装置 |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001317402A patent/JP2003083965A/ja active Pending
Cited By (12)
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| US7790441B2 (en) | 2002-07-05 | 2010-09-07 | Panasonic Corporation | Polymerase chain reaction kit and method of manufacturing the same |
| WO2004018664A1 (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-04 | Japan Science And Technology Agency | 核酸分析チップと核酸分析装置 |
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| JP2011505548A (ja) * | 2007-11-22 | 2011-02-24 | サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド | 薄膜バルブ装置及びその制御装置 |
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