(57)【要約】【課題】ＤＮＡチップカップリングシステム及びそれを駆動する方法を提供する。【解決手段】第一ケースと、第一ケースと結合して内部に空間部を形成する第二ケースと、前記空間部内に設けられた基板と、前記第一ケースまたは第二ケースのうちいずれか一方に挿通され、かつ内端部が前記基板と連結された攪拌軸とを有し、前記基板が攪拌軸によって回転可能であるＤＮＡチップカップリングシステムである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ケースと、
前記第一ケースと結合して内部に空間部を形成する第二ケースと、
前記空間部内に設けられた基板と、前記第一ケースまたは第二ケースのうちいずれか一方に挿通され、かつ内端部が前記基板と連結された攪拌軸とを有し、前記基板が攪拌軸によって回転可能であることを特徴とするＤＮＡチップカップリングシステム。
【請求項２】
前記第一ケースまたは第二ケースのうちいずれか一方に、溶液を前記空間部に注入させるための少なくとも一つの注入ホールが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡチップカップリングシステム。
【請求項３】
前記基板に前記攪拌軸が取り付けられている面の反対面に前記基板との間隔を均一にする間隔維持部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のＤＮＡチップカップリングシステム。
【請求項４】
前記注入ホールは、前記基板と前記間隔維持部との間に設けられている離隔空間に直接注入されるように、前記第一ケースまたは第二ケースのうちいずれか一方に形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のＤＮＡチップカップリングシステム。
【請求項５】
前記基板と前記間隔維持部との離隔距離は、５０μｍないし１０００μｍであることを特徴とする請求項４に記載のＤＮＡチップカップリングシステム。
【請求項６】
前記攪拌軸は、時計回り方向及び逆時計回り方向に回転自在であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＮＡチップカップリングシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の構成と同じ構成を有するＤＮＡチップカップリングシステムを駆動する方法において、
（ａ）第一ケースと第二ケースとの間に基板を設けるステップと、
（ｂ）注入ホールを通じて溶液を注入するステップと、
（ｃ）前記基板に連結された攪拌軸を回転させて前記基板により前記溶液をミキシングするステップと、
（ｄ）前記溶液がミキシングされた前記基板を分離するステップと、を含むことを特徴とするＤＮＡチップカップリングシステムの駆動方法。
【請求項８】
前記（ａ）ステップは、
前記攪拌軸を前記基板の一方の面に連結させた後、前記第一ケース及び第二ケースを結合させて、前記基板を第一ケース及び第二ケースの間に備えることを特徴とする請求項７に記載のＤＮＡチップカップリングシステムの駆動方法。
【請求項９】
前記（ｂ）ステップで、注入された溶液は、毛細管現象により前記基板と、前記基板に前記攪拌軸が取り付けられている面の反対面に前記基板との間隔を均一にする間隔維持部との間に設けられている離隔空間の全体に広がることを特徴とする請求項７または８に記載のＤＮＡチップカップリングシステムの駆動方法。
【請求項１０】
前記（ｂ）ステップ後に、
前記注入ホールを閉塞部で閉塞して前記溶液の流出を防止するステップをさらに含むことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載のＤＮＡチップカップリングシステムの駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡチップカップリングシステム及びそれを駆動する方法に係り、特に基板に効率的にプローブＤＮＡを固定させるＤＮＡチップカップリングシステム及びそれを駆動する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ＤＮＡチップは、シリコン、表面改質ガラス、ポリプロピレン、活性化ポリアクリルアミドのような固体表面に、既知の塩基配列の８ないし２５塩基サイズのプローブオリゴヌクレオチドを、少なくは１０００個、多くは１，０００，０００個まで所定の位置に付着させて配列したものである。
【０００３】
かかるＤＮＡチップに分析しようとする標的ＤＮＡ断片を結合させれば、ＤＮＡチップに付着されているプローブＤＮＡと標的ＤＮＡ断片との塩基配列の相補性によって異なる混成化（ハイブリダイズ）様相を表すが、それを光学的な方法や放射能化学的方法などを通じて観察解析することによって、標的ＤＮＡの塩基配列または遺伝子型を分析するか、または試料中の特定の遺伝子発現様相を分析できる。
【０００４】
現在、この分野で先導的な役割を行っている米国のアフィメトリクス社をはじめとして２０社余り及び色々な大学で、ＤＮＡチップの製作及び利用技術を活発に開発している。
【０００５】
アフィメトリクス社の場合、一辺の長さが１．２８ｃｍである四角形チップに１２，２２４個のそれぞれ異なる塩基配列を付着させたＤＮＡチップを商用化した。そして、アフィメトリクス社は、ＨＩＶ（Ｈｕｍａｎ  Ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｖｉｒｕｓ）の薬剤に対する耐性と関連したあらゆる種類の突然変異を検出できる研究用チップを最初に販売し始めた。
【０００６】
アフィメトリクス社のマイクロチップであるＧｅｎｅＣｈｉｐは、疾病を惹起させる遺伝子の変異を、迅速な人体遺伝子の分析を通じて１時間内に見つけることができるため、治療薬物の研究及び開発のための貴重な道具と認識されている。
【０００７】
ＤＮＡチップを使用することによって、極微量の試料のみでも分析が可能であるだけでなく、標的ＤＮＡの塩基配列を色々な部位で同時に糾明できるようになった。ＤＮＡチップを利用したＤＮＡ分析システムは、低コストであり、簡便であり、かつ迅速な方法を提供している。すなわち、ＤＮＡ分析速度を数十ないし数百倍速めて人間遺伝体事業の完成時期を非常に操り上げるだけでなく、現在、塩基一つ当たり数ドルであるコストを数セントのレベルに低減させると期待され、遺伝病の診断、突然変異の探索、癌の診断、病原菌の検出、遺伝子発現の分析、新薬開発など幅広い応用分野が予想される。
【０００８】
かかるＤＮＡチップの製作は、（１）基板の表面にプローブＤＮＡを固定させるために、アミン基またはアルデヒド基を有する膜を形成する表面処理作業、（２）前記膜上にプローブＤＮＡを結合させるスペーサカップリング作業、（３）プローブＤＮＡと結合されていないアミン基またはアルデヒド基を除去するキャッピング作業、（４）脱保護作業、（５）所望のシーケンスでプローブＤＮＡを結合させるモノマーカップリング作業、（６）プローブＤＮＡと結合されていない反応位置を除去するキャッピング及び酸化作業、および（７）脱保護作業、の上記（１）〜（７）の順で行われる。
【０００９】
それらの作業のうち（２）ないし（５）作業は、従来には基板を所定の溶液に浸した状態で行う。図１は、従来の開放系であるＤＮＡチップカップリングシステムを利用して基板に作業を行う方法を示す断面図である。
【００１０】
図１に示すように、所定の体積を有する容器１０内に所定の溶液２０を満たした後、基板３０を溶液２０に浸す。かかる状態にすれば、基板３０は、溶液２０と反応しつつ所望の作業が行われる。
【００１１】
しかし、プローブＤＮＡと標的ＤＮＡとの反応であるアミダイト反応の場合、空気中の水分に非常に敏感に影響を受ける反応であるので、反応において湿度調節及び活性のない雰囲気の組成が重要である。しかし、従来のシステムは、開放系で反応を行うことによって、反応効率を極大化できないという短所がある。
【００１２】
また、従来のシステムは、過量の溶液（溶媒）を使用しているため、そのまま利用する場合、反応濃度を高めるために多くのＤＮＡ単量体を使用せねばならないという欠点が存在する。
【００１３】
そして、反応収率を高めるためには、反応溶液を攪拌して反応物間の衝突回数を増加させるが、従来のシステムは、基板を溶液に浸した状態で置いて自然的に反応を起こすので、反応収率が問題であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、前記問題点に鑑みてなされたものであって、少量の溶媒を使用しつつ反応効率を向上させるさらに効率的なＤＮＡチップカップリングシステム及びそれを駆動する方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明のＤＮＡチップカップリングシステムは、第一ケースと、前記第一ケースと結合して内部に空間部を形成する第二ケースと、前記空間部内に設けられた基板と、前記第一ケースまたは第二ケースのうちいずれか一方に挿通され、かつ内端部が前記基板と連結された攪拌軸とを有し、前記基板が攪拌軸によって回転可能であるる。
【００１６】
本発明の他の特徴によるＤＮＡチップカップリングシステムの駆動方法は、（ａ）第一ケースと第二ケースとの間に基板を設けるステップと、（ｂ）注入ホールを通じて溶液を注入するステップと、（ｃ）基板に連結された攪拌軸を回転させて、前記基板に溶液をミキシングするステップと、（ｄ）溶液がミキシングされた前記基板を分離するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によるＤＮＡチップカップリングシステム及びそれを駆動する方法は、次のような効果がある。
【００１８】
第１に、基板を第一ケースと第二ケースとの間に位置させる密閉系を使用することによって、外部環境の影響、特に水分による影響を受けないことによって、活性のない雰囲気を組成できる。
【００１９】
第２に、基板と間隔維持部との離隔空間内にのみ溶液を満たすため、少量の溶液使用による試薬の反応濃度が相対的に増大する。
【００２０】
第３に、攪拌軸を利用して基板を回転させることによって、溶液との反応収率を向上させる。
【００２１】
第４に、密閉系であるカップリングシステムであるので、溶液の蒸発を抑制できる。
【００２２】
第５に、基板の一方の面のみが溶液に接するので、基板の裏面の汚染を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明をさらに詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明によるＤＮＡチップカップリングシステムの構成を示す断面図であり、図３は、基板と攪拌軸との関係を示す部分斜視図である。
【００２５】
図２及び図３に示すように、本発明の望ましい実施形態によるＤＮＡチップカップリングシステム１００は、第一ケース１１０と第二ケース１２０とを備え、前記第一ケース１１０と第二ケース１２０とは互いに結合されて、その内部に所定体積の空間部１３０を形成する。
【００２６】
前記第一ケース１１０には、貫通ホール１１１が形成されており、前記貫通ホール１１１には、攪拌軸１１２が回転自在に設置される。前記攪拌軸１１２は、時計回り方向及び逆時計回り方向など両方向に回転自在であることが望ましい。
【００２７】
また、図３に示すように、前記攪拌軸１１２の一方の端部は、前記空間部１３０に設置される基板１４０の上面に連結される。したがって、前記攪拌軸１１２が回転すれば、それに連結された前記基板１４０も共に回転する。前記攪拌軸１１２と基板１４０との連結方法は、それらを永久的に固定させるものではなく、脱着可能なものであれば、多様な方法が適用される。
【００２８】
前記第二ケース１２０の内側には、所定厚さの間隔維持部１５０が設置されている。前記間隔維持部１５０は、前記第二ケース１２０の内部にあって、かつ前記間隔維持部１５０の表面と、前記表面に対向し、かつ前記攪拌軸１１２に連結された前記基板１４０の一方の面との間の離隔距離はＨである。したがって、離隔空間１３１が前記攪拌軸１１２に連結された前記基板１４０の一方の面と、前記間隔維持部１５０の表面との間に形成されている。前記間隔維持部１５０の表面は、粗くない扁平なものであって、前記基板１４０との間に直径方向に均一な離隔距離Ｈを維持するためである。もし、離隔距離Ｈが均一でなければ、溶液との反応で前記基板１４０の全体が均一に反応されずに反応収率が低下するという問題があるためである。もし、前記第二ケース１２０の内面が扁平であれば、前記間隔維持部１５０を使用することと同じ効果が得られるので、前記間隔維持部１５０を使用しなくてもよい。前記離隔距離Ｈは、１０００μｍ以下であり、望ましくは、５０μｍないし１０００μｍであることが望ましい。
【００２９】
本発明に係る離隔距離Ｈは、短いので、前記離隔空間１３１も小さくて、前記離隔空間１３１に満たされる溶液の量も少なくなる。
【００３０】
例えば、図１に示した従来のＤＮＡチップカップリングシステムに１０ｍｌの溶液が必要である場合には、本発明によるＤＮＡチップカップリングシステムは、３ｍｌの溶液が必要である。図１に示した従来のＤＮＡチップカップリングシステムと比較してみれば、定量的に溶液の量が顕著に減少したということが分かる。
【００３１】
前記第二ケース１２０の側面には、溶液を前記離隔空間１３１に注入するための注入ホール１２１が形成されている。前記注入ホール１２１を通じて注入される溶液は、毛細管現象を利用して前記離隔空間１３１内に広がる。
【００３２】
図２には、前記攪拌軸１１２が前記第一ケース１１０に設置されており、前記間隔維持部１５０が前記第二ケース１２０に設置されている構成が開示されているが、必ずしもそれに限定されるものではなく、前記攪拌軸１１２が前記第二ケース１２０に設置され、前記間隔維持部１５０が前記第一ケース１１０に設置される構成も可能である。この場合、前記注入ホール１２１は、前記第一ケース１１０の側面に形成される。
【００３３】
次いで、図４Ａないし図４Ｄは、図２に示したＤＮＡチップカップリングシステムを利用してＤＮＡチップを形成するための駆動方法を示す図面である。
【００３４】
図４Ａに示すように、前記基板１４０は、前記第一ケース１１０の内側に移動させた後、前記攪拌軸１１２を下側に移動させて前記基板１４０の一方の面１４１（図では上面）に連結させる。次いで、前記第二ケース１２０を前記第一ケース１１０側に移動させて、前記第一ケース１１０に結合させる。これにより、図２に示したように、前記基板１４０は、前記第一ケース１１０と第二ケース１２０との間に形成される前記空間部１３０に位置する。このとき、前記間隔維持部１５０と基板１４０との離隔距離Ｈは、前記攪拌軸１１２を上下方向に移動させて調整することによって、所望の離隔距離Ｈに合わせることができる。
【００３５】
図４Ｂに示すように、前記基板１４０を前記空間部１３０内に位置させた状態で、前記注入ホール１２１を通じて溶液１６０を注入すれば、前記溶液１６０は、毛細管現象により前記離隔空間１３１内に広がる。前記基板１４０の他方の面１４２（図では下面）は、前記溶液１６０に接触する。
【００３６】
図４Ｃに示すように、前記注入ホール１２１を閉塞部１２２で閉塞させて溶液が流出しないようにした後、前記攪拌軸１１２を矢印方向に回転させる。これにより、前記基板１４０は、前記溶液１６０と接触した状態で回転するので、前記溶液１６０との反応収率が向上する。反応時間は、条件によって流動的に設定できるが、通常約３０分である。前記攪拌軸１１２を回転させる方向（時計回り方向または逆時計回り方向）または速度を制御することによって、前記基板１４０及び溶液１６０との反応収率を変化させる。
【００３７】
図４Ｄに示すように、図４Ｃに示したような工程を行った後、前記基板１４０を前記空間部１３０から分離する。前記基板１４０の分離は、図４Ａに示した工程順序の逆順で行える。
【００３８】
本発明は、図面に示した一実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、ＤＮＡチップカップリングシステム関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の開放系であるＤＮＡチップカップリングシステムを利用して基板に作業を行う方法を示す断面図である。
【図２】本発明によるＤＮＡチップカップリングシステムの構成を示す断面図である。
【図３】基板と攪拌軸との関係を示す斜視図である。
【図４Ａ】図２に示したＤＮＡチップカップリングシステムを利用してＤＮＡチップを形成するための駆動方法を示す図面である。
【図４Ｂ】図２に示したＤＮＡチップカップリングシステムを利用してＤＮＡチップを形成するための駆動方法を示す図面である。
【図４Ｃ】図２に示したＤＮＡチップカップリングシステムを利用してＤＮＡチップを形成するための駆動方法を示す図面である。
【図４Ｄ】図２に示したＤＮＡチップカップリングシステムを利用してＤＮＡチップを形成するための駆動方法を示す図面である。
【符号の説明】
【００４１】
１００    ＤＮＡチップカップリングシステム
１１０    第一ケース
１１２    攪拌軸
１２０    第二ケース
１２１    注入ホール
１３０    空間部
１３１    離隔空間
１４０    基板
１４１    上面（一方の面）
１４２    下面（他方の面）
１５０    間隔維持部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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