(57)【要約】ハイブリダイゼーション反応後に、超音波を用いて固体基板を洗浄するための方法および装置が提供される。この方法は、（１）固体基板を洗浄溶液を有する容器中に配置し、この基板上でハイブリダイゼーション反応を完了させる工程、（２）超音波発生器を使用して特定の強度の超音波を生じ、この超音波を洗浄溶液中に伝達する工程、（３）超音波により洗浄溶液中に発生するキャビテーション効果によって、基板を洗浄する工程を包含する。洗浄溶液中のキャビテーション気泡は、固体基板に対して強烈な流出物と局所的な微小スリップ流を生じ得、液体の表面張力と摩擦を明らかに減少させ、液体の流れを増強するので、非特異的な吸着および固体基板上に弱く結合した堆積が、迅速に洗い流され得る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体基板を洗浄するための方法であって、該固体基板上でハイブリダイゼーション反応が超音波を使用して完了され、該方法は、
１）洗浄溶液を有する容器内に該固体基板を配置する工程；
２）超音波発生器を用いて特定の強度の超音波を生じ、該超音波を該洗浄溶液内に伝達する工程であって、該固体基板の洗浄は、該超音波により産生される該洗浄溶液内でのキャビテーション効果によって促進される、工程
を包含する、方法。
【請求項２】
前記超音波発生器の出力は、約０．１Ｗ〜約２００Ｗの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記超音波発生器により発生される超音波の周波数は、約２０ｋＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記超音波発生器による超音波の発生様式は、連続的または断続的である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法に従って、ハイブリダイズした固体基板を洗浄するための装置であって、該装置は、洗浄溶液を有する容器と、該溶液内に配置されるハイブリダイズした固体基板とを備え、少なくとも１つの超音波共鳴成分が、該ハイブリダイズした固体基板の上、下または周囲に配置され、該超音波共鳴成分は、共鳴回路に接続されている、装置。
【請求項６】
前記共鳴成分が、前記洗浄溶液に直接または間接的に接触している、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、超音波を使用して、ハイブリダイゼーション反応後に、固体基板を洗浄するための方法および装置に関し、特に、ハイブリダイゼーション反応後に、バイオチップを洗浄するための方法および装置に関する。この方法および装置は、臨床診断、基本的なライフサイエンスの研究、農業、環境のモニタリングおよび他の分野において使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
非特異的な吸着は、ハイブリダイゼーション反応の間に非常に一般的であり、生物学的適用および医療用適用におけるハイブリダイゼーションの結果を分析することを困難にする。従って、非特異的な吸着を排除するための洗浄は、生物学的サンプルおよび医療用サンプルの分析および検出の間の重要な工程の一つである。従来の洗浄方法は、洗浄されるべき固体基板の表面領域を洗浄溶液中に沈め、機械的な振動によって固体基板を洗浄することによって実行される。このような方法は単純であるが、時間がかかり、かつ不十分であり、高いバックグラウンドシグナルおよび均一性の乏しさを残す。さらに、このような洗浄装置は可動部品を有するので、装置を一体化し、小型化することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
（発明の簡単な要旨）
本発明の目的は、ハイブリダイゼーション反応後の洗浄時間を短くし、ハイブリダイゼーションとバックグラウンドシグナルとの間の対比を増加させ、そして、構造的に単純で、高速で、安価で、扱いやすく、自動化に適し、かつ、微小反応系に適用可能なハイブリダイゼーション反応の洗浄装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、以下の技術的スキームにより達成される：超音波を使用して、ハイブリダイズした固体基板（すなわち、この基板上でハイブリダイゼーション反応が完了する固体基板）を洗浄するための方法であって、この方法は、１）洗浄溶液を有する容器内にハイブリダイズした固体基板を配置する工程；２）超音波発生器を用いて特定の強度の超音波を発生し、この超音波を洗浄溶液に伝達する工程であって、この固体基板の洗浄は、超音波により発生される洗浄溶液中のキャビテーション効果により促進される、工程を包含する。
【０００５】
本発明はさらに、上記の洗浄方法を実施するための装置を提供する。この装置は、洗浄溶液を有する容器と、この洗浄溶液中に配置されるハイブリダイズした固体基板とを備え、超音波共鳴成分の少なくとも１つは、ハイブリダイズした固体基板の上、下または周囲に配置され、この超音波共鳴成分は、共鳴回路に接続される。
【０００６】
洗浄する場合、まずハイブリダイズした固体基板を洗浄溶液中に配置し、次いで、超音波共鳴回路を活性化し、これにより超音波共鳴成分が超音波を発生するように駆動する。洗浄は、溶液に伝達される超音波により発生されるキャビテーション効果により促進される。洗浄溶液中のキャビテーション気泡が、固体表面に対して強烈なジェット気流と局所的なマイクロスリップの流れを生じ得、明らかに液体の表面張力および摩擦を減少させ、固体−液体界面における境界層を破壊し、そして、液体の流れを増強する。従って、非特異的な吸着および固体基板上に弱く結合した堆積は、容易に洗い流され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（発明の詳細な説明）
本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照して本明細書中以下に記載される。
【０００８】
いくつかの実施形態において、ハイブリダイズした固体基板は、まず、洗浄溶液中に配置され、洗浄されるべき基板の表面は、ここで洗浄溶液と接触させられる。超音波共鳴成分は、洗浄溶液と直接接触させられ得るか、または、接着剤（例えば、エポキシ接着剤）によって溶液の容器の外壁へと接着され得る。超音波共鳴成分は、容器の上側部分、下側部分または周辺に位置付けられ得る。超音波共鳴成分の物質は、圧電セラミックまたは圧電石英の物質であり得る。超音波共鳴成分の形状は、カラム、円錐形、円筒形、立方体、または超音波共鳴を発生するために適した任意の他の形状であり得る。超音波共鳴成分のサイズは、１０μｍ３〜１０００ｃｍ３の範囲であり得る。超音波共鳴成分により発生される超音波の周波数は、２０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの範囲であり得る。超音波発生器の出力は、１Ｗ〜２００Ｗの範囲であり得、超音波の発生様式は、連続的または断続的であり得る。
【０００９】
図１は、本発明に従う実際の例を示す。この例は、超音波を使用してハイブリダイズしたジーンチップを洗浄する方法を提供する。直径２．５ｃｍ、周波数１．７ＭＨｚの円形の圧電セラミックディスク２が、８．５ｃｍ×５ｃｍ×２ｃｍの寸法を有するプラスチックボックス１の内側に取り付けられた。圧電セラミックディスク２は、プラスチックボックス１の側壁に穿孔された穴を通過するワイヤ３によって超音波共鳴回路５に接続された。超音波共鳴回路５の出力は２０Ｗであった。次いで、ワイヤを通すための穴を、エポキシ接着剤でシールした。圧電セラミックディスク２の外側リムが、循環型ゴム製シーリングループ４により取り囲まれた。ゴム製シーリングループ４は、エポキシ接着剤７によってプラスチックボックス１の底部に固定され、これを使用して、ハンダ部分を洗浄溶液から絶縁し、回路のショートを防いだ。洗浄する場合、洗浄されるべきジーンチップ６は、プラスチックボックス１内の洗浄溶液８に浸された。
【００１０】
図２および３は、本発明の圧電セラミック超音波共鳴成分上の電極の配置を示す。図２は、圧電セラミックディスクの正面図であり、図３は、圧電セラミックディスクの背面図である：９は、超音波圧電セラミックディスクの表面上のコーティングされた金属電極を表し、３は、超音波圧電セラミックディスクにハンダ付けされたワイヤを表し、そして、１０は、圧電セラミックディスクの後にある、露出された圧電物質を表す。
【００１１】
図４および５は、本発明の例示的な方法に従って得られたハイブリダイゼーションおよびバックグラウンドの蛍光シグナルと、従来の方法に従って得られた蛍光シグナルとの比較を示す。図４および５に示される洗浄条件１は、機械的な振動（振動回転数８０ｒｐｍ、振幅１５ｍｍ）によって１５分間の、液体−固体ハイブリダイゼーションシステムの洗浄を表す。洗浄条件２は、２０Ｗの電源下で、１．７ＭＨｚの圧電セラミックを使用して３分間の、同じシステムの洗浄を表す。洗浄の間、ジーンチップを、圧電セラミックディスクの上約２ｍｍのどこかに配置し、プローブを有するその表面を、セラミックディスクからそらした。次いで、洗浄溶液を添加して、ジーンチップを沈めた。洗浄溶液は０．２％  ＳＤＳであり、その容積は１０ｍＬであった。
【００１２】
アレイ１およびアレイ２についてのプローブ、ハイブリダイゼーションサンプルおよびハイブリダイゼーション条件は同一である。プローブは３５マーのオリゴヌクレオチドであり、アルデヒド修飾ガラススライドに共有結合した。標的サンプルは、１０４５ｂｐのＤＮＡであり、その一部は、プローブと完全に適合する。サンプルＤＮＡ鎖は、Ｃｙ５蛍光分子で標識された。ハイブリダイゼーションを、６５℃にて９０分間実施した。レーザー励起蛍光検出法を用いて、検出を実施した。検出のための機器はＳｃａｎＡｒｒａｙ  ４０００であった。光電増倍管（ＰＭＴ）を、機器の最大設定の７５％に設定した。レーザー源の出力を、機器の最大設定の８０％に設定した。
【００１３】
図４および５に示されるように、超音波の助けを借りる３分間の洗浄は、従来の洗浄法と同じ洗浄結果を達成した。ハイブリダイゼーション蛍光シグナル（図４）も、バックグラウンド蛍光シグナル（図５）も、２つの方法間では明らかな相違を示さなかった。実験を８〜９回繰り返した。これらの実験は、比較的短い時間の超音波のキャビテーション効果を利用することによって、機械的洗浄方法と同じ洗浄結果が達成され得ることを示す。従って、検出プロセスが加速された。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
（産業への適用）
ハイブリダイゼーション反応における従来の洗浄技術と比較して、本発明の方法は、洗浄時間を有意に短縮し（例の結果は、超音波法を用いる、ハイブリダイズしたジーンチップの洗浄時間が、従来の機械的振動法を用いた場合に必要とされる時間の約５分の１であったことを示す）、そして、ハイブリダイゼーションシグナルとバックグラウンドシグナルの対比が増加する。さらに、本発明の装置の構造は、単純（コアエレメントは、ただ、超音波共鳴成分、対応する超音波共鳴回路、および洗浄溶液容器を備える）であり、かつ、可動部品を有さず、このことが、一体化および自動化を容易にする
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の例示的な装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の例において使用される、圧電セラミックディスクから作製された超音波共鳴成分の正面図である。
【図３】図３は、本発明の例において使用される、圧電セラミックディスクから作製された超音波共鳴成分の背面図である。
【図４】図４は、本発明の例示的な方法に従って得られたハイブリダイゼーション蛍光シグナルと、従来の機械的振動法に従って得られた蛍光シグナルとの比較を示す。
【図５】図５は、本発明の例示的な方法に従って得られたバックグラウンド蛍光シグナルと、従来の機械的振動法に従って得られた蛍光シグナルとの比較を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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