JP2006133080A - Dna chip and inspection apparatus using same - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DNA chip for determining a number of specimens by using a conventional inspection apparatus, and to provide an inspection apparatus using the DNA chip. <P>SOLUTION: The inspection apparatus has a number of probes, and integrated circuit sections 14 (12, 13) between a probe electrode 9 connected to the probes and an electrode 10 for outputting signals from the DNA chip in the DNA chip for reacting with the specimens. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ＤＮＡチップ及びそのＤＮＡチップを用いた検査装置に関する。   The present invention relates to a DNA chip and an inspection apparatus using the DNA chip.

近年、バイオテクノロジーにおいて、遺伝子検査（或いはＤＮＡ鑑定。以下、「鑑定」と称する）を行うのにＤＮＡチップが用いられている。このＤＮＡチップは、鑑定したい検体に対するプローブをＤＮＡチップ内に組み込んだものであり、検体中の所定のＤＮＡに結合（反応）するプローブを用意して、当該プローブに所定のＤＮＡが結合したかどうかを電流値によってＤＮＡの種類を鑑定するものである。このようなＤＮＡチップを用いることにより、従来の電気泳動法などと比較して短時間で鑑定を行うことができる。なお、ＤＮＡチップ上に設けられたプローブからの信号は、各プローブに対応して設けられた電極から検査装置に出力され、検査装置で当該信号を増幅して、所定の処理を行っている。   In recent years, DNA chips have been used in biotechnology to perform genetic testing (or DNA testing, hereinafter referred to as “testing”). This DNA chip is a probe in which a probe for a specimen to be identified is incorporated in the DNA chip. A probe that binds (reacts) with a predetermined DNA in the specimen is prepared, and whether the predetermined DNA is bound to the probe. The type of DNA is identified by the current value. By using such a DNA chip, it is possible to carry out an identification in a short time compared with a conventional electrophoresis method or the like. A signal from a probe provided on the DNA chip is output to an inspection device from an electrode provided corresponding to each probe, and the signal is amplified by the inspection device to perform a predetermined process.

現在のＤＮＡチップは、１つのチップ当たりプローブが例えば３２個設けられている。この場合に、１種類のＤＮＡ鑑定を行うのに３個ほどのプローブを使用するので、１０種類（すなわち、１０検体）のＤＮＡ鑑定しか行うことができない。しかし、１度に鑑定を行う検体数が多いほど検査時間が短縮するので、１度に鑑定を行う検体数を増やすこと、すなわち、ＤＮＡチップ上のプローブ数を増やすことが望まれる。このように、ＤＮＡチップ上のプローブ数を増やすと、それに応じてプローブに対応する電極数も増えることになる。   The current DNA chip is provided with, for example, 32 probes per chip. In this case, since about three probes are used to perform one type of DNA test, only ten types (ie, ten samples) of DNA test can be performed. However, since the examination time is shortened as the number of samples to be verified at a time is increased, it is desired to increase the number of samples to be verified at once, that is, to increase the number of probes on the DNA chip. As described above, when the number of probes on the DNA chip is increased, the number of electrodes corresponding to the probes is increased accordingly.

このように、鑑定したい検体が増えるごとに電極数が増えることになるので、ＤＮＡチップの形状を変更することが必要になるばかりでなく、検査装置のＤＮＡチップを取り扱うユニットまで変更しなければならない。加えて、電極数が多くなると信号線の本数が多くなると、微弱な検出電流（ナノアンペアオーダー）同士が、互いに影響を及ぼして誤検出の原因を招くこともありうる。   Thus, since the number of electrodes increases as the number of specimens to be verified increases, it is necessary not only to change the shape of the DNA chip but also to the unit that handles the DNA chip of the testing apparatus. . In addition, when the number of electrodes increases, the number of signal lines increases, so that weak detection currents (nanoampere order) may affect each other and cause erroneous detection.

本発明は、従来の検査装置をそのまま用いて、多くの検体数の鑑定を行うことができるＤＮＡチップ及びそのＤＮＡチップを用いた検査装置を提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a DNA chip capable of performing identification of a large number of specimens using a conventional inspection apparatus as it is, and an inspection apparatus using the DNA chip.

本発明の一局面に係るＤＮＡチップは、複数のプローブを備え、検体と反応させるためのＤＮＡチップであって、前記プローブに接続されたプローブ電極と、前記ＤＮＡチップからの信号出力用電極との間に集積回路部を備えたことを特徴とする。また、本発明は、このＤＮＡチップを用いた検査装置にも適用可能である。   A DNA chip according to an aspect of the present invention includes a plurality of probes and is a DNA chip for reacting with a specimen, and includes a probe electrode connected to the probe and a signal output electrode from the DNA chip. An integrated circuit portion is provided between them. The present invention can also be applied to an inspection apparatus using this DNA chip.

本発明によれば、従来の検査装置をそのまま用いて、多くの検体数の鑑定を行うことができるＤＮＡチップ及びそのＤＮＡチップを用いた検査装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a DNA chip capable of performing identification of a large number of specimens using a conventional inspection apparatus as it is, and an inspection apparatus using the DNA chip.

図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るＤＮＡチップが適用される検査装置の概略ブロック図である。
図１において、検査装置は、ＤＮＡチップを装填するカセット機構部１と、ＤＮＡチップに供給する各種試薬をセットする試薬セット部２と、各種試薬をＤＮＡチップに供給するバルブユニット３と、ＤＮＡチップから検出した検出信号を増幅したり、外部とのデータ送受信や検査装置全体の制御を行う主制御部４と、検査装置内で使用する各種電源を供給する電源部５とを備えている。なお。カセット機構部１は、温度制御を行うことができるようになっている。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram of an inspection apparatus to which a DNA chip according to the present invention is applied.
In FIG. 1, the inspection apparatus includes a cassette mechanism unit 1 for loading a DNA chip, a reagent setting unit 2 for setting various reagents to be supplied to the DNA chip, a valve unit 3 for supplying various reagents to the DNA chip, and a DNA chip. The main control unit 4 that amplifies the detection signal detected from the above, performs data transmission / reception with the outside and controls the entire inspection apparatus, and the power supply unit 5 that supplies various power sources used in the inspection apparatus. Note that. The cassette mechanism unit 1 can perform temperature control.

上記の検査装置において、その動作を簡単に説明する。
鑑定したい検体に対応するプローブが組み込まれたＤＮＡチップに被鑑定用の検体のＤＮＡを注入し、検査装置のカセット機構部１にセットする。次に、カセット機構部１にセットされたＤＮＡチップを定められた温度シーケンスに従って温度制御部で温度制御を行ったり、試薬セット部２から、バルブユニットや試薬送液部を介して各種試薬をＤＮＡチップに供給する。これにより、カセット機構部１内でプローブの反応を実行させる。プローブ反応の判定は、電極から出力される微弱電流を主制御部４に出力し、主制御部４で当該電流を増幅することにより行うことができる。なお、判定結果は、主制御部４より通信部を介して外部機器へ送信してもよい。 The operation of the inspection apparatus will be briefly described.
The DNA of the sample to be verified is injected into a DNA chip in which a probe corresponding to the sample to be verified is incorporated, and is set in the cassette mechanism unit 1 of the inspection apparatus. Next, the temperature control of the DNA chip set in the cassette mechanism unit 1 is performed by the temperature control unit according to a predetermined temperature sequence, or various reagents are transferred from the reagent setting unit 2 via the valve unit and the reagent feeding unit. Supply to the chip. Thereby, the reaction of the probe is executed in the cassette mechanism unit 1. The determination of the probe reaction can be performed by outputting a weak current output from the electrode to the main control unit 4 and amplifying the current by the main control unit 4. The determination result may be transmitted from the main control unit 4 to the external device via the communication unit.

図２にＤＮＡチップの概略構成を示す。ＤＮＡチップは、鑑定したい検体を量るためのプローブ６と電極７とが１対１の関係で配置されて、ＤＮＡチップ８を構成している。従って、鑑定したい検体が増えると、それに応じて必然的に電極数も増えることになる。このため、ＤＮＡチップの形状寸法を一定にしようとすれば、電極の形状を小さくし、多数の電極を設けることになるため、この電極の形状を変更により装置側の接点の変更などが必要になる。   FIG. 2 shows a schematic configuration of the DNA chip. In the DNA chip, a probe 6 and an electrode 7 for measuring a specimen to be verified are arranged in a one-to-one relationship to constitute a DNA chip 8. Therefore, as the number of specimens to be verified increases, the number of electrodes inevitably increases accordingly. For this reason, if the shape and size of the DNA chip are made constant, the shape of the electrode is reduced and a large number of electrodes are provided. Therefore, it is necessary to change the contact on the apparatus side by changing the shape of the electrode. Become.

このため、本発明においては、ＤＮＡチップに集積回路を搭載している。図３に本発明の一実施形態にかかるＤＮＡチップの概略ブロック図を示す。
本発明の一実施形態に係るＤＮＡチップ１１は、検出用のプローブ９（電極を含む。以下、単に「プローブ」と称する）と、微弱電流を増幅する増幅回路１２と、増幅後の信号を検査装置の主制御部４の指示に基づき、どのプローブの信号を送るかなどを切替えて主制御部４に送信する信号切替回路１３と、ＤＮＡチップと主制御部との接点である電極１０（信号出力用電極）とを備えている。このような構成にすることにより、例えば、信号切替回路１３により、１つの電極当たり、４つのプローブを切り替えることができれば、従来の３２プローブが１つのＤＮＡチップに形成されていたものが、最大で１２８プローブまで１つのＤＮＡチップで形成可能となる。この場合のＤＮＡチップ１１の電極の例としては、電源線１本・接地線１本・プローブアドレス指定線（４本×４本）８本で構成される。なお、増幅回路１２と信号切替回路１３は、１つの集積回路部１４として構成してもよい。 For this reason, in the present invention, an integrated circuit is mounted on the DNA chip. FIG. 3 shows a schematic block diagram of a DNA chip according to an embodiment of the present invention.
A DNA chip 11 according to an embodiment of the present invention inspects a detection probe 9 (including electrodes; hereinafter simply referred to as “probe”), an amplifier circuit 12 that amplifies a weak current, and an amplified signal. Based on an instruction from the main control unit 4 of the apparatus, a signal switching circuit 13 for switching which probe signal is transmitted and the like and transmitting the signal to the main control unit 4 and an electrode 10 (signal) that is a contact point between the DNA chip and the main control unit Output electrode). By adopting such a configuration, for example, if the signal switching circuit 13 can switch four probes per electrode, the conventional 32 probes formed on one DNA chip are the maximum. Up to 128 probes can be formed with one DNA chip. As an example of the electrode of the DNA chip 11 in this case, it is composed of one power line, one ground line, and eight probe address designation lines (4 × 4). The amplifier circuit 12 and the signal switching circuit 13 may be configured as one integrated circuit unit 14.

上記の実施形態により、下記の効果が得られる。   According to the above embodiment, the following effects can be obtained.

ＤＮＡチップについては、
（１）ＤＮＡチップの外形寸法から鑑定する検体によるプローブ数の制限つまり設けられる電極数の制限がなくなり、ある程度のプローブまでが同一寸法のＤＮＡチップで製作が可能となる。
（２）鑑定する検体によるプローブ数増加によるＤＮＡチップの種類の増加が防げる。
（３）プローブ数によって異なっていたＤＮＡチップをある程度プローブ数まで共通化が図れ、ＤＮＡチップのコスト低下が図れる。
（４）ＤＮＡチップに電極数が一定の本数で信号の受け渡しが検査装置と行えることから従来非常に注意をしていた信号の受け渡し方法や電極の接触抵抗なども注意をせずに済み、電極の処理部分が大きく得られ、安定した方法で検査装置と接続できる。 For DNA chips,
(1) The restriction on the number of probes by the specimen to be identified from the external dimensions of the DNA chip, that is, the restriction on the number of provided electrodes is eliminated, and a certain amount of probes can be manufactured with the DNA chip of the same size.
(2) It is possible to prevent an increase in the number of types of DNA chips due to an increase in the number of probes by the specimen to be identified.
(3) The DNA chip that differs depending on the number of probes can be shared up to a certain number of probes, and the cost of the DNA chip can be reduced.
(4) Since the number of electrodes on the DNA chip is fixed and the signal can be transferred to and from the inspection device, the signal transfer method and the contact resistance of the electrodes, which have been very careful in the past, can be avoided. Thus, a large processing part can be obtained and can be connected to the inspection apparatus in a stable manner.

また、検査装置については、
（１）ＤＮＡチップの種類（すなわち、プローブ数）が異なっていても同一の接続方法でＤＮＡチップと接続が可能となる。そのため、ＤＮＡチップの種類による検査装置側での配線などの変更が不要になる。
（２）検出電流の増幅処理をＤＮＡチップで行うので安定した出力が得られ、検査装置側の回路の省略化が図れる。 For inspection equipment,
(1) Even if the type of DNA chip (that is, the number of probes) is different, it can be connected to the DNA chip by the same connection method. Therefore, it is not necessary to change the wiring on the inspection apparatus side depending on the type of DNA chip.
(2) Since the detection current is amplified by the DNA chip, a stable output can be obtained and the circuit on the inspection apparatus side can be omitted.

本発明は、上記各実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。例えば、上記の実施形態では、増幅回路などをプローブや電極と同じ面にもうける構成としたが、増幅回路と信号切替回路とをプローブとは異なる面に設けてもよい。さらに、上記各実施形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. For example, in the above embodiment, the amplifier circuit or the like is provided on the same surface as the probe or the electrode, but the amplifier circuit and the signal switching circuit may be provided on different surfaces from the probe. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.

また、例えば各実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   In addition, for example, even if some structural requirements are deleted from all the structural requirements shown in each embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the effect of the invention Can be obtained as an invention.

本発明に係るＤＮＡチップが適用される検査装置の概略ブロック図。1 is a schematic block diagram of an inspection apparatus to which a DNA chip according to the present invention is applied. ＤＮＡチップの概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of a DNA chip. 本発明の一実施形態にかかるＤＮＡチップの概略ブロック図。1 is a schematic block diagram of a DNA chip according to an embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…カセット機構部
２…試薬セット部
３…バルブユニット
４…主制御部
５…電源部
６…プローブ
７…電極
８…ＤＮＡチップ
９…プローブ
１０…電極
１１…ＤＮＡチップ
１２…増幅回路
１３…信号切替回路
１４…集積回路部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cassette mechanism part 2 ... Reagent setting part 3 ... Valve unit 4 ... Main control part 5 ... Power supply part 6 ... Probe 7 ... Electrode 8 ... DNA chip 9 ... Probe 10 ... Electrode 11 ... DNA chip 12 ... Amplification circuit 13 ... Signal Switching circuit 14 ... integrated circuit section

Claims (4)

複数のプローブを備え、検体と反応させるためのＤＮＡチップにおいて、前記プローブに接続されたプローブ電極と、前記ＤＮＡチップからの信号出力用電極との間に集積回路部を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ。 A DNA chip comprising a plurality of probes and reacting with a sample, wherein an integrated circuit section is provided between a probe electrode connected to the probe and a signal output electrode from the DNA chip. DNA chip. 請求項１に記載のＤＮＡチップにおいて、前記プローブ電極の数は、前記信号出力用電極の数の整数倍であることを特徴とするＤＮＡチップ。 2. The DNA chip according to claim 1, wherein the number of the probe electrodes is an integral multiple of the number of the signal output electrodes. 請求項１又は請求項２に記載のＤＮＡチップにおいて、前記集積回路部は、前記プローブからの検出電流を増幅する増幅回路と、前記プローブ電極に対する前記信号出力用電極の接続関係を切り替える信号切替回路とを備えたことを特徴とするＤＮＡチップ。 3. The DNA chip according to claim 1, wherein the integrated circuit unit includes an amplifier circuit that amplifies a detection current from the probe, and a signal switching circuit that switches a connection relationship of the signal output electrode with respect to the probe electrode. A DNA chip characterized by comprising: 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＤＮＡチップを装着可能であり、温度制御が可能なカセット機構部と、
前記カセット機構部に装着されたＤＮＡチップに、バルブを介して試薬を供給する試薬セット部と、
前記ＤＮＡチップからの出力信号の判定を行う制御部と、を具備することを特徴とする検査装置。 A cassette mechanism that is capable of mounting the DNA chip according to any one of claims 1 to 3 and capable of temperature control;
A reagent setting unit for supplying a reagent to the DNA chip mounted on the cassette mechanism unit via a valve;
And a control unit for determining an output signal from the DNA chip.

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