JP4664846B2

JP4664846B2 - 核酸検出用デバイス

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Publication number: JP4664846B2
Application number: JP2006092030A
Authority: JP
Inventors: 純岡田; 禎人本郷; 信弘源間
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007263880A; US7851206B2; US20070227885A1

Description

本発明は、核酸認識体を利用した電気化学応答による測定によって標的核酸を検出するための核酸検出用デバイスに関する。

近年の遺伝子工学の発展に伴い、医療分野では遺伝子による病気の診断や予防が可能となっている。これは遺伝子診断と呼ばれ、病気の原因となるヒトの遺伝子欠陥、変化を検出することで、病気の発症前もしくは極めて初期の段階で診断や予測ができる。また、ヒトゲノムの解読と共に、遺伝子型と疾病との関連に関する研究が進み、各個人の遺伝子型に合わせた治療（テーラーメイド医療）も現実化しつつある。従って、遺伝子の検出、遺伝子型の決定を簡便に行なうことは非常に重要である。

核酸検出法には、放射性同位体を使用するもの、蛍光色素ラベルを使用したものがある。前者は検出を行なう場所が限定され、また操作が煩雑である。後者は蛍光色素検出するための高価な装置が必要である。

これらの手法とは別に、電極の表面に固定化された核酸プローブに対して試料核酸をハイブリダイズさせた後、核酸認識体を添加し、電気化学的検出を行なう手法が確立されている。この核酸検出を電気化学的に行なう手法は、１枚のチップ上で複数の反応を行なう、「Lab-on-a-chip」に適していることから、様々な開発が進められている。
米国特許第５，７７６，６７２号米国特許第５，９７２，６９２号米国特許第６，２９４，６７０号特開２００４−６１４２７号公報 E. Nebling, et.al, Anal. Chem. 2004 Feb 1; 76(3): 689-696

核酸認識体には様々な種類が存在する。例えば二本鎖核酸認識体の場合、標的核酸と相補的な配列を持つ核酸プローブと標的核酸とがハイブリダイゼーションして二本鎖となった核酸を認識して強く吸着する。核酸認識体の電気化学応答を測定することによって標的核酸の有無を検出する場合、吸着する場所が二本鎖なのか、一本鎖なのか、電極表面なのかを区別することはできないため、標的核酸のハイブリダイゼーションに起因する電気化学応答のほかに、一本鎖核酸や電極表面への吸着に起因するバックグラウンドの電気化学応答（基準値、ネガティブコントロール）が存在する。このことは、核酸を蛍光色素で検出する手法と比較して、核酸認識体の電気化学応答を利用して核酸を検出する手法の欠点であると言われている。核酸認識体の濃度が高ければ、バックグラウンドの電気化学応答（基準値）が増大し、核酸認識体の濃度が低ければ、ハイブリダイゼーションに起因する電気化学応答が減少する。従って、最適な濃度範囲になるように核酸認識体の濃度を設定する必要がある。

核酸のハイブリダイゼーションは、温度や塩濃度、溶液のｐＨ、溶液の流速などに敏感であり、せっかく標的核酸と核酸プローブがハイブリダイゼーションした核酸の結合を解離させてしまわないような条件下で核酸認識体を反応させなくてはならない。

流路を用いて核酸認識体を供給する核酸検出用デバイスでは、流路を長くするために流路途中にカーブ部分を設けて流路を蛇行させているものがある。この核酸検出用デバイスでは、流路途中に存在するカーブ部分では溶液の流れが乱れる。溶液の流れは検出精度を低下させる。

本発明は、このような実状を考慮してなされたものであり、その主な目的は、流路中のカーブ部分の存在に起因する溶液の流れの乱れに起因する検出精度の低下が避けられた核酸検出用デバイスを提供することである。

本発明による核酸検出用デバイスは、核酸認識体を含む溶液を流すための流路と、前記流路内に設けられた複数の核酸検出用プローブ固定化電極と、電気化学応答を測定するための対極とを有し、前記流路は互いに連続している直線部分とカーブ部分とを有し、前記核酸検出用プローブ固定化電極はそれぞれ前記流路に沿って間隔を置いて配置され、さらに前記核酸検出用プローブ固定化電極は、前記流路の前記カーブ部分と、前記カーブ部分の下流端から距離Ｌ以内の前記直線部分の一部とを避けて配置されている。ここで距離Ｌは、
Ｌ＝０．０６５×Ｒｅ×Ｄ
Ｒｅ＝ρｕＤ／μ
Ｄ＝４Ｓ／Ｌｐ
で与えられる。ここで、ρは前記溶液の密度、ｕは前記溶液の流速、μは前記溶液の粘度、Ｓは前記流路の断面積、Ｌｐは前記流路の壁周辺長である。

本発明によれば、流路中のカーブ部分の存在に起因する溶液の流れの乱れに起因する検出精度の低下が避けられた核酸検出用デバイスが提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、電気化学的核酸検出を行なうための核酸検出用デバイスの平面図を示している。図１に示されるように、核酸検出用デバイス１００は支持基板１０２と流路規定部材１０４を有している。支持基板１０２は複数の信号入出力用パッド１０６を有している。流路規定部材１０４は、核酸認識体を含む溶液を流すための流路１１０とを有している。

流路１１０は、上流端に位置する流路入口部１１０ａと、下流端に位置する流路出口部１１０ｄと、複数の直線部分１１０ｂと、直線部分１１０ｂ同士を接続している半円状のカーブ部分１１０ｃとを有している。直線部分１１０ｂとカーブ部分１１０ｃは流路入口部１１０ａと流路出口部１１０ｄの間に位置している。直線部分１１０ｂは互いに平行に整列している。直線部分１１０ｂ同士を連絡しているカーブ部分１１０ｃは、半円状の形状でなくともよく、曲線状の形状、直線が屈折した形状などであってもよい。

核酸検出用デバイス１００は、図示していないが、流路１１０内に複数の電極を有している。これらの電極は、互いに間隔を置いて流路１１０に沿って列をなして配置されている。また、これらの電極は、複数の核酸検出用プローブ固定化電極と、電気化学応答を測定するための少なくとも一つの補助電極とを含んでいる。補助電極は少なくとも対極を含んでおり、好ましくは対極と参照極の両方を含んでいる。これらの電極は、それぞれ、核酸検出用デバイス１００の内部あるいは表面に設けられた配線を介して信号入出力用パッド１０６と電気的に接続されている。

核酸検出用デバイス１００は公知の核酸検出装置に装着されて使用される。核酸検出装置は、流路１１０に対して核酸認識体を含む溶液を送液したり、信号入出力用パッド１０６を介して電極に流れる電流を測定したりする。

核酸検出用デバイス１００は、図１に示される形態に何ら限定されるものではない。

流路１１０は、流路規定部材１０４に溝を形成することにより形成しても、流路規定部材１０４上に平面状の部材を積層することにより形成しても、平面状の部材に溝を形成しこれを流路規定部材１０４上に積層することにより形成しても、平面状の部材と流路規定部材１０４の両方に溝を形成し平面状の部材を流路規定部材１０４上に積層することにより形成してもよい。また流路１１０は、流路規定部材１０４を省いて支持基板１０２上に直接形成してもよい。流路１１０の断面構造は、四角形や三角形などの多角形、半円や半楕円など、任意の形状であってよい。

例えば直線部分１１０ｂ、カーブ部分１１０ｃの流路の幅は、例えば０．０５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲、また高さは０．０２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下、より望ましくは０．１ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲が具体例としてあげられる。この範囲の流路サイズであると、流路内での核酸認識体の濃度のばらつきが抑制できる。

流路１１０の幅は常に一定であるが、広→狭、狭→広、広→狭を繰り返すなど、変動してもよい。

支持基板１０２上の信号入出力用パッド１０６は必要に応じて省略されてもよい。また核酸検出用デバイス１００が、核酸抽出反応、核酸増幅反応、濾過工程、撹拌工程など、様々な反応工程や他の検出を行なう領域を備えていてもよい。

［従来例］
図２は、従来例の核酸検出用デバイスデバイスにおける電極のレイアウトを示している。図２に示すように、従来例の核酸検出用デバイス１００は、複数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと複数の補助電極Ｅｒとを有している。核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはそれぞれ流路１１０に沿って間隔を置いて配置されている。また補助電極Ｅｒは、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの相互間と、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの並びの両端とに位置している。核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒは直線部分１１０ｂとカーブ部分１１０ｃの両方に位置している。

図３は、図２の核酸検出用デバイスを用いて測定された核酸認識体の電気化学応答の測定結果を示している。電極番号は、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐに割り当てた番号であり、図２に示すように、流路入口側から順番に１，２，３・・・と割り当てている。図３から分かるように、カーブ部分１１０ｃに配置されている核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐでは、直線部分１１０ｂに配置されているほかの核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐに比べて、大きい電流値が測定されている。つまり、直線部分１１０ｂとカーブ部分１１０ｃの間における測定結果の間にばらつきが生じている。

核酸検出用デバイスにおいて、直線部分１１０ｂで安定していた溶液の流れはカーブ部分１１０ｃに進入した際に乱れる。つまり、溶液の流れ方が直線部分１１０ｂとカーブ部分１１０ｃとで相違する。溶液の流れ方は、核酸のハイブリダイゼーション、ハイブリダイゼーションした核酸の結合の解離、核酸認識体の反応などに影響を与える。その結果、溶液の流れが乱れている部分に位置する核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐによって測定される測定結果と、溶液の流れが安定している部分に位置する核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐによって測定される測定結果との間にばらつきが生じる。このような測定結果のばらつきは検出精度を低下させる。

［第一実施形態］
図４は、本発明の第一実施形態による核酸検出用デバイスにおける電極のレイアウトを示している。図４に示すように、本実施形態の核酸検出用デバイス１００は、複数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと複数の補助電極Ｅｒとを有している。核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはいずれも直線部分１１０ｂに配置されている。言い換えれば、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはカーブ部分１１０ｃを避けて配置されている。また補助電極Ｅｒは、各直線部分１１０ｂに位置している核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの並びの両端と、それらの核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの相互間に配置されている。

核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒは規則的な間隔で配置されているが、必ずしもその必要はなく、不規則な間隔で配置されてもよい。

核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐのそれぞれの列の両側に位置する補助電極Ｅｒは、直線部分１１０ｂの外側に位置している。すなわち、これら両側の補助電極Ｅｒは、流路入口部１１０ａとカーブ部分１１０ｃと流路出口部１１０ｄのいずれかに位置している。

この核酸検出用デバイスでは、ある核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはそれに隣接する補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）と共に測定に使用される。

より好ましくは、図５に示されるように、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、カーブ部分１１０ｃと、カーブ部分１１０ｃの下流端から距離Ｌ以内の直線部分１１０ｂの一部とを避けて配置されている。ここで距離Ｌは以下の式で与えられる。

Ｌ＝０．０６５×Ｒｅ×Ｄ
Ｒｅ＝ρｕＤ／μ
Ｄ＝４Ｓ／Ｌｐ
ここで、ρは溶液の密度、ｕは溶液の流速、μは溶液の粘度、Ｓは流路の断面積、Ｌｐは流路の壁周辺長である。

距離Ｌは以下の考察に基づいて決められた。

管入り口から一様速度で流入すると、管壁に沿って境界層が発達し、それが厚みを増して中心部に達すると、管内の速度分布は一定（放物線速度分布など）になる。この十分に発達した流れ(Fully developed flow)に達するまでの区間を助走区間(entrance region)、その長さを助走距離Ｘ(inlet length)という。

層流の場合、Ｘ／ＤはＲｅの関数で、Boussinesqによると、Ｘ／Ｄ≧０．０６５×Ｒｅである。

管内流れが層流か乱流かは、次式で定義されるレイノルズ数(Reynolds number)と名づけられた無次元数Ｒｅの大きさにより判別される。

Ｒｅ＝ρｕｌ／μ
ここで、ｌは流れの代表長さ、代表流速ｕ、流体の密度ρ、粘度μである。Ｒｅ数は無次元数であるから同じ状態であれば使用する単位系にかかわらず値が同じである。管内の流れに対しては、流れの代表長さｌに管の内径Ｄを用いて、Ｒｅ＝ρｕＤ／μを用いる。

管路の断面が円形でない場合には、Ｒｅ中の代表長さとして次式で定義される相当直径(equivalent diameter)Ｄｅを用いれば乱流遷移、圧力損失などが円管と同様に取り扱える。

Ｄｅ＝４Ｓ／ｌｐ
ここで、Ｓは流れの断面積、ｌｐは流体が接触している固体壁周辺の長さすなわち浸辺長(wetted perimeter)である。

これらの関係式において、核酸検出用デバイスの構造に合わせて、助走距離Ｘを距離Ｌに、浸辺長ｌｐを流路の壁周辺長Ｌｐに置き換えることにより、前述の関係が得られる。

この考察の下、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの列の両側の補助電極Ｅｒは、直線部分１１０ｂの外側に位置している代わりに、直線部分１１０ｂのうち、カーブ部分１１０ｃの下流端から距離Ｌ以内に位置していても機能上は変わらない。

図４の核酸検出用デバイスでは半円状のカーブ部分を例にあげたが、カーブ部分の形状はこれに何ら限定されるものではない。図６〜図９に示される形状であってもよい。さらにカーブ部分は、ここに例示した形状に限らず、どのような形状であってもよい。上述した議論は、直線部分をつないでいるあらゆる形状のカーブ部分について当てはまる。

これまでの説明から分かるように、本実施形態によると、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはいずれも溶液の流れが乱れる部分を避けて配置されている。言い換えれば、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐが配置されている部分における溶液の流れはいずれも同様である。従って、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの相互間において、溶液の流れ具合の違いが原因で生じる測定結果のばらつきがなくなく。つまり、カーブ部分の存在に起因する溶液の流れの乱れに起因する検出精度の低下が避けられる。

また、図２と図４を比較して分かるように、本実施形態の核酸検出用デバイスは従来例の核酸検出用デバイスと比較して、同じ個数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐを有しながらも、流路規定部材１０４の横寸法が低減されており、核酸検出用デバイス１００が小型化されている。

核酸検出用デバイスは、微小かつ微量な物質である核酸を検出するという特性上、使い捨てで使用されることが好ましい。このため核酸検出用デバイスの低コスト化が望まれる。核酸検出用デバイス１００の小型化は低コスト化に貢献する。また、核酸検出用デバイス１００の小型化に伴って流路の長さが短縮されている。流路の短縮は必要サンプル量の低減に貢献する。

［第二実施形態］
図１０は、本発明の第二実施形態による核酸検出用デバイスにおける電極のレイアウトを示している。図１０に示すように、本実施形態の核酸検出用デバイス１００は、第一実施形態と同様に、複数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと複数の補助電極Ｅｒとを有し、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはいずれも直線部分１１０ｂに配置されている。また補助電極Ｅｒは、各直線部分１１０ｂに位置している核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの列の両端に配置されている。

本実施形態においても、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、より好ましくは、カーブ部分１１０ｃと、カーブ部分１１０ｃの下流端から距離Ｌ以内の直線部分１１０ｂの一部とを避けて配置されている。

また補助電極Ｅｒは、直線部分１１０ｂの外側に位置している。すなわち、これら両側の補助電極Ｅｒは、流路入口部１１０ａとカーブ部分１１０ｃと流路出口部１１０ｄのいずれかに位置している。補助電極Ｅｒは、直線部分１１０ｂのうち、カーブ部分１１０ｃの下流端から距離Ｌ以内に位置していてもよい。

この核酸検出用デバイスでは、ある核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、それが位置する直線部分１１０ｂの両側に位置する補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）と共に測定に使用される。

本実施形態においても、第一実施形態と同様、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはいずれも溶液の流れが乱れる部分を避けて配置されているので、カーブ部分の存在に起因する溶液の流れの乱れに起因する検出精度の低下が避けられる。

また本実施形態の核酸検出用デバイスは、第一実施形態と同様、従来例の核酸検出用デバイスと同じ個数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐを有しながらも、流路規定部材１０４の横寸法が低減されており、核酸検出用デバイス１００が小型化されている。核酸検出用デバイス１００の小型化は低コスト化に貢献する。また、核酸検出用デバイス１００の小型化に伴って流路の長さが短縮されている。流路の短縮は必要サンプル量の低減に貢献する。

本実施形態の核酸検出用デバイス１００では、直線部分１１０ｂに、第一実施形態と同数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐが配置されているが、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの間に補助電極Ｅｒが存在しないぶん、間隔を詰めてさらに多くの核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐを配置してもよい。これにより核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの配置密度が向上する。これは核酸検出用デバイス１００の小型化すなわち低コスト化に貢献する。

［第三実施形態］
図１１は、本発明の第三実施形態による核酸検出用デバイスにおける電極と配線のレイアウトを示している。図１１に示すように、本実施形態の核酸検出用デバイス１００は、第一実施形態と同様に、第一実施形態と同様に、複数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと複数の補助電極Ｅｒとを有し、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはいずれも直線部分１１０ｂに配置されている。核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、より好ましくは、カーブ部分１１０ｃと、カーブ部分１１０ｃの下流端から距離Ｌ以内の直線部分１１０ｂの一部とを避けて配置されている。

また補助電極Ｅｒは、直線部分１１０ｂを外して配置されている。従って補助電極Ｅｒは、流路入口部１１０ａとカーブ部分１１０ｃと流路出口部１１０ｄのいずれかに位置している。

左側に位置する補助電極Ｅｒは共に一本の補助電極用配線１０８ｒを介して一つの補助電極用パッド１０６ｒに接続されている。同様に、右側に位置する補助電極Ｅｒは共に一本の補助電極用配線１０８ｒを介して別の一つの補助電極用パッド１０６ｒに接続されている。また、各核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは一本のプローブ固定化電極用配線１０８ｐを介して一つのプローブ固定化電極用パッド１０６ｐに接続されている。

この核酸検出用デバイスでは、ある核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、それが位置する直線部分１１０ｂの近くに位置する補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）と共に測定に使用される。

本実施形態の核酸検出用デバイス１００では、直線部分１１０ｂに、第一実施形態と同数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐが配置されているが、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの間に補助電極Ｅｒが存在しないぶん、間隔を詰めてさらに多くの核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐを配置してもよい。これにより核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの配置密度が向上する。

さらに本実施形態の核酸検出用デバイス１００では、複数の補助電極Ｅｒが共に一本の補助電極用配線１０８ｒを介して一つの補助電極用パッド１０６ｒに接続されているので、一つの補助電極Ｅｒに一つの補助電極用パッド１０６ｒを接続する構成に比べて配線の本数が減り、配線のレイアウトも単純化される。これは核酸検出用デバイス１００の小型化、従って低コスト化に貢献する。

［第四実施形態］
図１２は、本発明の第四実施形態による核酸検出用デバイスにおける電極と配線のレイアウトを示している。図１２に示すように、本実施形態の核酸検出用デバイス１００は、第一実施形態と同様に、複数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと複数の補助電極Ｅｒとを有し、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐはいずれも直線部分１１０ｂに配置されている。核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、より好ましくは、カーブ部分１１０ｃと、カーブ部分１１０ｃの下流端から距離Ｌ以内の直線部分１１０ｂの一部とを避けて配置されている。

また補助電極Ｅｒは、直線部分１１０ｂの中央と流路入口部１１０ａとカーブ部分１１０ｃと流路出口部１１０ｄとに位置している。

左側に位置する補助電極Ｅｒは共に一本の補助電極用配線１０８ｒを介して一つの補助電極用パッド１０６ｒに接続されている。同様に、右側に位置する補助電極Ｅｒは共に一本の補助電極用配線１０８ｒを介して別の一つの補助電極用パッド１０６ｒに接続されている。さらに、中央に位置する補助電極Ｅｒは共に一本の補助電極用配線１０８ｒを介してさらに別の一つの補助電極用パッド１０６ｒに接続されている。また、各核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは一本のプローブ固定化電極用配線１０８ｐを介して一つのプローブ固定化電極用パッド１０６ｐに接続されている。

この核酸検出用デバイスでは、ある核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、流路１１０に沿って前後に位置する補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）と共に測定に使用される。

本実施形態の核酸検出用デバイス１００では、直線部分１１０ｂに、第一実施形態と同数の核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐが配置されているが、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの間隔を詰めてさらに多くの核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐを配置してもよい。これにより核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの配置密度が向上する。

［第五実施形態］
本実施形態は、図４に示される第一実施形態の核酸検出用デバイスにおける補助電極Ｅｒの形状の変更に関している。つまり、本実施形態の核酸検出用デバイスの構成は、補助電極Ｅｒの形状の違いを除いては第一実施形態の核酸検出用デバイスと同じである。

通常、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐ、補助電極Ｅｒ、補助電極用パッド１０６ｒ、プローブ固定化電極用パッド１０６ｐ、プローブ固定化電極用配線１０８ｐ、補助電極用配線１０８ｒは、金属薄膜をパターニングして形成され、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐ、補助電極Ｅｒ、補助電極用パッド１０６ｒ、プローブ固定化電極用パッド１０６ｐの中央部分を除いて保護膜で覆われる。これらの電極の実効的な大きさや形状は、保護膜に形成された開口によって規定される。ここで、補助電極が対極の場合は、対極とは、核酸検出用プローブ固定化電極からの電流を受け入れる電極であるため、核酸検出用プローブ固定化電極に対して十分な大きさを持つことが好ましいとされている。

核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐは、保護膜に形成された開口から露出している部分に、核酸検出用プローブを含む液滴を滴下して形成される。核酸検出用プローブを含む液滴は、補助電極Ｅｒに触れないように滴下する必要がある。このため、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒは、核酸検出用プローブを含む液滴の大きさを考慮した間隔を置いて形成される。一般に、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒの間隔は、例えば０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下に設定される。

図１３は、従来例の核酸検出用デバイスにおける核酸検出用プローブ固定化電極と補助電極を示している。図１３に示されるように、補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）は矩形形状をしている。核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒは、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐに滴下された核酸検出用プローブを含む液滴Ｄが補助電極Ｅｒに触れない間隔を置いて配置されている。

図１４は、本発明の第五実施形態による核酸検出用デバイスにおける核酸検出用プローブ固定化電極と補助電極を示している。図１４に示されるように、本実施形態の核酸検出用デバイスにおける補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）は、流路１１０の中央付近の部分が細く（流路１１０に沿った寸法が短く）、流路１１０の壁面の付近の部分が太い（流路１１０を垂直に横切る寸法が長い）矩形形状をしている。このため、図１４から分かるように、本実施形態の核酸検出用デバイスでは、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐに滴下された核酸検出用プローブを含む液滴Ｄが補助電極Ｅｒに触れないという条件下において、図１３に示される矩形形状の補助電極Ｅｒを有する核酸検出用デバイスに比べて間隔を詰めて核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒを配置することができる。これにより核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの配置密度が向上する。これは核酸検出用デバイス１００の小型化すなわち低コスト化に貢献する。

［第六実施形態］
本実施形態は、第五実施形態の核酸検出用デバイスにおける補助電極Ｅｒに代替可能な別の補助電極Ｅｒに関している。つまり、本実施形態の核酸検出用デバイスの構成は、補助電極Ｅｒの形状の違いを除いては、第五実施形態の核酸検出用デバイスあるいは第一実施形態の核酸検出用デバイスと同じである。

図１５は、本発明の第六実施形態による核酸検出用デバイスにおける核酸検出用プローブ固定化電極と補助電極を示している。図１５に示されるように、本実施形態の核酸検出用デバイスにおける補助電極Ｅｒ（対極または対極と参照極）は、流路１１０の中心線１１０ｘを外して配置された二つの部分からなり、各部分は例えば三角形形状をしていて、その三角形は、頂点が流路１１０の中心線１１０ｘに近くに位置し、底辺が流路１１０の壁面に近くに位置している。

補助電極Ｅｒを構成する各部分は、三角形形状に限定されるものではなく、流路１１０の中心線１１０ｘに近い部分が細く（流路１１０に沿った寸法が短く）、流路１１０の壁面に近い部分が太い（流路１１０を垂直に横切る寸法が長い）形状をしていればよい。

図１５から分かるように、本実施形態の核酸検出用デバイスでは、核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐに滴下された核酸検出用プローブを含む液滴Ｄが補助電極Ｅｒに触れないという条件下において、図１３に示される矩形形状の補助電極Ｅｒを有する核酸検出用デバイスに比べて間隔を詰めて核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒを配置することができる。さらに補助電極Ｅｒの構成部分が流路１１０の中心線１１０ｘ付近に存在しないので、図１５から容易に想像できるように、第五実施形態の核酸検出用デバイスよりもさらに間隔を詰めて核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐと補助電極Ｅｒを配置することができる。これにより核酸検出用プローブ固定化電極Ｅｐの配置密度が向上する。これは核酸検出用デバイス１００の小型化すなわち低コスト化に貢献する。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

電気化学的核酸検出を行なうための核酸検出用デバイスを示している。従来例の核酸検出用デバイスにおける電極のレイアウトを示している。図２の核酸検出用デバイスにおいて得られる核酸認識体の電気化学応答を示している。本発明の第一実施形態の核酸検出用デバイスにおける電極のレイアウトを示している。図４の核酸検出用デバイスにおけるカーブ部分を拡大して示している。図５のカーブ部分に代替可能な別のカーブ部分を示している。図５のカーブ部分に代替可能なまた別のカーブ部分を示している。図５のカーブ部分に代替可能なさらに別のカーブ部分を示している。図５のカーブ部分に代替可能なまたさらに別のカーブ部分を示している。本発明の第二実施形態の核酸検出用デバイスにおける電極のレイアウトを示している。本発明の第三実施形態の核酸検出用デバイスにおける電極と配線のレイアウトを示している。本発明の第四実施形態の核酸検出用デバイスにおける電極と配線のレイアウトを示している。従来例の核酸検出用デバイスにおける核酸検出用プローブ固定化電極と補助電極を示している本発明の第五実施形態の核酸検出用デバイスにおける核酸検出用プローブ固定化電極と補助電極を示している。本発明の第六実施形態の核酸検出用デバイスにおける核酸検出用プローブ固定化電極と補助電極を示している。

符号の説明

１００…核酸検出用デバイス、１０２…支持基板、１０４…流路規定部材、１０６…信号入出力用パッド、１０６ｐ…プローブ固定化電極用パッド、１０６ｒ…補助電極用パッド、１０８ｐ…プローブ固定化電極用配線、１０８ｒ…補助電極用配線、１１０…流路、１１０ａ…流路入口部、１１０ｂ…直線部分、１１０ｃ…カーブ部分、１１０ｄ…流路出口部、１１０ｘ…中心線。

Claims

核酸認識体に関する電気化学応答を測定して核酸検出を行なうための核酸検出用デバイスであり、
前記核酸認識体を含む溶液を流すための流路と、
前記流路内に設けられた複数の核酸検出用プローブ固定化電極と、
電気化学応答を測定するための対極とを有し、
前記流路は互いに連続している直線部分とカーブ部分とを有し、
前記核酸検出用プローブ固定化電極はそれぞれ前記流路に沿って間隔を置いて配置され、
さらに前記核酸検出用プローブ固定化電極は、前記流路の前記カーブ部分と、前記カーブ部分の下流端から距離Ｌ以内の前記直線部分の一部とを避けて配置されており、前記距離Ｌは、
Ｌ＝０．０６５×Ｒｅ×Ｄ
Ｒｅ＝ρｕＤ／μ
Ｄ＝４Ｓ／Ｌｐ
で与えられる（ここで、ρは前記溶液の密度、ｕは前記溶液の流速、μは前記溶液の粘度、Ｓは前記流路の断面積、Ｌｐは前記流路の壁周辺長である）ことを特徴とする核酸検出用デバイス。
前記対極を複数有し、この複数の対極の少なくとも一つは、前記流路の前記カーブ部分、この複数の対極の前記カーブ部分に配置されたものとは別の少なくとも一つは、前記直線部分に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の核酸検出用デバイス。
前記対極を複数有し、
信号の入出力のための複数のパッドと、
前記パッドをそれぞれ前記核酸検出用プローブ固定化電極と前記対極に接続する複数の配線とを有し、
前記複数の対極は共に一本の配線を介して一つのパッドに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の核酸検出用デバイス。
互いに一つのパッドに電気的に接続されている前記複数の対極はいずれも、前記流路の前記カーブ部分と前記直線部分の前記一部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の核酸検出用デバイス。
電気化学応答を測定するための参照極を複数有し、この複数の参照極の少なくとも一つは、前記流路の前記カーブ部分、この複数の参照極の前記カーブ部分に配置されたものとは別の少なくとも一つは、前記直線部分に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の核酸検出用デバイス。
電気化学応答を測定するための参照極を複数有し、前記複数の参照極は共に一本の配線を介して一つのパッドに電気的に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の核酸検出用デバイス。
互いに一つのパッドに電気的に接続されている前記複数の参照極はいずれも、前記流路の前記カーブ部分と前記直線部分の前記一部に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の核酸検出用デバイス。
前記流路の直線部分は、面部分と、その両側に位置する壁面部分とを備え、前記対極は、前記面部分上に形成されており、かつ前記両側の壁面付近の部分が太く、前記両側の壁面間の中央付近の部分が細いことを特徴とする請求項１に記載の核酸検出用デバイス。
前記流路の直線部分は、面部分と、その両側に位置する壁面部分とを備え、前記対極は、前記面部分上に形成されており、かつ前記両側の壁面間の中央を延びる中心線を外して配置された複数の部分を備えることを特徴とする請求項１に記載の核酸検出用デバイス。