(57)【要約】【課題】バックグランドのノイズを効率的に低減させた、基板表面にＤＮＡ鎖を固定化したハイブリダイゼーション用基板を提供し、さらにこの基板を用いた相補性試験方法を提供すること。【解決手段】プローブ核酸のスポットを少なくとも１個基板表面に固定化し、かつ少なくとも前記スポットの周辺の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されているハイブリダイゼーション用基板。基板表面にプローブ核酸のスポットを少なくとも１個固定化する工程、及び、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液で基板表面をリンスする工程を含む上記ハイブリダイゼーション用基板の製造方法。上記基板のプローブ核酸のスポットを固定化した表面にターゲット核酸を接触させ、前記ターゲット核酸と前記プローブ核酸との相補性を試験する方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ核酸のスポットを少なくとも１個基板表面に固定化し、かつ少なくとも前記スポットの周辺の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されているハイブリダイゼーション用基板。
【請求項２】
前記スポット以外の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されている請求項１に記載の基板。
【請求項３】
核酸の単分子膜が、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を基板表面に反応させることにより形成されたものである請求項１または２に記載の基板。
【請求項４】
プローブ核酸がＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡである請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板。
【請求項５】
核酸の単分子膜がＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡの単分子膜である請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板。
【請求項６】
単分子膜を構成する核酸の長さが５〜１００merの範囲である請求項１〜５のいずれか１項に記載の基板。
【請求項７】
基板表面が金属、ガラスまたはシリコンである請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板。
【請求項８】
基板表面にプローブ核酸のスポットを少なくとも１個固定化する工程、及び、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液で基板表面をリンスする工程を含む請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイブリダイゼーション用基板の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板のプローブ核酸のスポットを固定化した表面にターゲット核酸を接触させ、前記ターゲット核酸と前記プローブ核酸との相補性を試験する方法。
【請求項１０】
プローブ核酸のスポットを固定化した表面へのターゲット核酸の接触を、２価金属イオンの存在下で行う請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
２価金属イオンがマグネシウムイオンである請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ターゲット核酸と前記プローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無を表面プラズモン共鳴法または水晶振動子法により検出する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
ターゲット核酸が蛍光標識を有する核酸であり、前記プローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無を蛍光により検出する請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
塩基のミスマッチを含むターゲット核酸を検出するための請求項９〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリダイゼーション用基板、及びこの基板を使用する相補性試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決すべき課題】
遺伝子診断や病原菌の特定、あるいは一塩基多型の検出等、ある種の核酸(標的核酸)を検出する目的で核酸プローブが用いられる。核酸プローブは標的核酸と混合され、核酸プローブと標的核酸とのハイブリダイズの有無を、例えば、核酸プローブが有する、蛍光標識等の標識を用いて検知する。
上記核酸プローブとしては、ＤＮＡ合成機により容易に合成できるという理由から、ＤＮＡプローブが主に使用されている。また、標的核酸とハイブリダイズした核酸プローブを検知しやすいという観点から、蛍光標識を用いることが多いが、蛍光標識以外に、RIなどが用いられる場合もある。
そして、近年、多数の核酸プローブを基材に固定したＤＮＡチップやＤＮＡマイクロアレーが実用されるようになり、標的核酸の検出に使用されている。
【０００３】
ＤＮＡチップやＤＮＡマイクロアレーの作製においては、基板にＤＮＡの集団を島状に(スポットとして)点在させて固定化する必要がある。ＤＮＡの固定化には、例えば、チオールを一本鎖ＤＮＡに接合させ、チオール化した一本鎖ＤＮＡを、例えば、金属基板に固定化する方法が取られている。そして、固定化されたＤＮＡに被検体であるターゲットＤＮＡを作用させ、ハイブリダイゼーションの有無を検出する。ハイブリダイゼーションの有無の検出には、例えば、表面プラズモン法や蛍光法が用いられる。ターゲットＤＮＡとハイブリダイズした固定化ＤＮＡのスポットを表面プラズモンや蛍光を測定することにより、検出する。
【０００４】
より多くの検体を一度に試験するためには、ＤＮＡチップやＤＮＡマイクロアレーの集積度を上げる必要が有り、そのためには、固定化ＤＮＡのスポットのサイズを小さくし、かつ密度を高めていく必要がある。一方、集積度を上げると、スポットから得られる表面プラズモンや蛍光の強度は低下し、SN比が低下し、一定以上の集積度になると検出不能になる。また、従来のサイズのスポットにおいてもシグナルの強度を高めるために、種々の工夫をすることで、測定可能な状態を作り出している。
【０００５】
SN比の向上を目的として、ＤＮＡを固定化したスポットの周辺の基板表面をブロッキングする方法が幾つか提案されている。
例えば、化学修飾法と呼ばれる方法がある(非特許文献１)。
化学修飾法では、コハク酸を修飾剤として用いる。しかし、コハク酸を用いて基板表面を処理する際に使用できる溶媒が限られ、かつ加熱処理も必要である。
従って、化学修飾法を利用できる範囲は限られている。
【０００６】
別の方法として、生体物質前処理法が知られている(非特許文献１)。
非特許文献1に記載の方法は、ブロッキング剤としてBSA(牛血清アルブミン)や鮭精子DNAを用いた例が記載されている。また、特許文献１には、合成ヌクレオチドをブロッキング剤として用いた例が記載されている。
しかし、これらのブロッキング剤を用いた例では、ブロッキング剤の基板への吸着効率が一定でないため、却ってバックグランドのノイズを高めてしまっていた。
【０００７】
【非特許文献１】
HYPERLINK "http://www.schott.com/health/english/products/coatedsubstrates/download/cdna"http://www.schott.com/health/english/products/coatedsubstrates/download/cdna#microarray#protocol.pdf
【特許文献１】
特開平5-199898号公報
【０００８】
そこで本発明の目的は、バックグランドのノイズを効率的に低減させた、基板表面にＤＮＡ鎖を固定化したハイブリダイゼーション用基板を提供し、さらにこの基板を用いた相補性試験方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明は以下のとおりである。
（１）プローブ核酸のスポットを少なくとも１個基板表面に固定化し、かつ少なくとも前記スポットの周辺の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されているハイブリダイゼーション用基板。
（２）前記スポット以外の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されている（１）に記載の基板。
（３）核酸の単分子膜が、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を基板表面に反応させることにより形成されたものである（１）または（２）に記載の基板。
（４）プローブ核酸がＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡである（１）〜（３）のいずれかに記載の基板。
（５）核酸の単分子膜がＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡの単分子膜である（１）〜（４）のいずれかに記載の基板。
（６）単分子膜を構成する核酸の長さが５〜１００merの範囲である（１）〜（５）のいずれかに記載の基板。
（７）基板表面が金属、ガラスまたはシリコンである（１）〜（６）のいずれかに記載の基板。
（８）基板表面にプローブ核酸のスポットを少なくとも１個固定化する工程、及び、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液で基板表面をリンスする工程を含む（１）〜（７）のいずれかに記載のハイブリダイゼーション用基板の製造方法。
（９）（１）〜（７）のいずれかに記載の基板のプローブ核酸のスポットを固定化した表面にターゲット核酸を接触させ、前記ターゲット核酸と前記プローブ核酸との相補性を試験する方法。
（１０）プローブ核酸のスポットを固定化した表面へのターゲット核酸の接触を、２価金属イオンの存在下で行う（９）に記載の方法。
（１１）２価金属イオンがマグネシウムイオンである（１０）に記載の方法。
（１２）ターゲット核酸と前記プローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無を表面プラズモン共鳴法または水晶振動子法により検出する（９）〜（１１）のいずれかに記載の方法。
（１３）ターゲット核酸が蛍光標識を有する核酸であり、前記プローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無を蛍光により検出する（９）〜（１１）のいずれかに記載の方法。
（１４）塩基のミスマッチを含むターゲット核酸を検出するための（９）〜（１３）のいずれかに記載の方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
[基板]
本発明のハイブリダイゼーション用基板では、プローブ核酸のスポットを少なくとも１個基板表面に固定化し、かつ少なくとも前記スポットの周辺の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されている。
本発明のハイブリダイゼーション用基板においてプローブ核酸のスポットには、特に制限はない。例えば、アフィメトリクス型のＤＮＡマイクロアレーに固定された一本鎖ＤＮＡスポットやスタンフォード型のＤＮＡマイクロアレーに固定された一本鎖ＤＮＡスポットであっても良い。プローブ核酸のスポットについては後述する。
【００１１】
本発明のハイブリダイゼーション用基板は、スポットの周辺の基板表面、好ましくは、スポットが固定化された以外の基板表面が核酸の単分子膜で被覆されている。
核酸の単分子膜は、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡまたはＰＮＡの単分子膜であることができる。単分子膜を構成する核酸の長さは、プローブ核酸の長さよりも短く、かつ二本鎖の熱的安定性を考慮して適宜決定することができるが、例えば、５〜１００merの範囲であることができ、好ましくは１０〜５０merの範囲、より好ましくは１０〜２０merの範囲である。
より具体的には、プローブ核酸の長さが４０merであり、かつプローブ核酸のプローブとして働く核酸領域が２０merである場合、単分子膜を構成する核酸の長さは、例えば、１０〜２０merの範囲であることが適当である。
【００１２】
核酸の単分子膜は、例えば、一端に基板表面と反応性を示す基を有する核酸鎖を基板表面に反応させることにより形成されたものであることができる。また、基板表面は、例えば、金属、ガラスまたはシリコンであることができ、これらの基板を用いることで核酸鎖を基板表面に反応させることができる。
より具体的には、基板は、例えば、金属基板または金属被覆を有する基板であることができ、また、上記基板は、ガラス基板またはシリコン基板であることもできる。
【００１３】
基板表面への単分子膜を構成する核酸の被覆の密度は、核酸のモル数から計算することができ、例えば、５０００−８０００億個／cm2（理論計算）の範囲とすることができる。
【００１４】
例えば、単分子膜を構成する核酸がＤＮＡの場合、ＤＮＡ鎖の基板表面への固定化は、基板が金属基板または金属被覆を有する基板である場合、基板の金属表面にＤＮＡ鎖を硫黄原子を介して固定化させることができる。金属基板としては、例えば、金、銀、クロム、ガリウム、ニッケル、オネジウム等の金属製の基板を挙げることができる。また、金属被覆を有する基板としては、ガラス、マイカ(雲母)等の基板の表面に、金、銀、クロム、ガリウム、ニッケル、オネジウム等の金属被覆を設けた基板を挙げることができる。
基板の金属表面へのＤＮＡ鎖の硫黄原子を介しての固定化については基板の製造方法において詳述する。
【００１５】
また、ＤＮＡ鎖の基板表面への固定化は、例えば、基板がガラス基板またはシリコン基板である場合、基板の表面に前記ＤＮＡ鎖が硫黄原子を介して固定化させることができる。ガラス基板としては、一般的なスライドガラス等のガラス基板を挙げることができる。また、シリコン基板は、シリコンウエハ等であることができる。
基板の表面へのＤＮＡ鎖の硫黄原子を介しての固定化については基板の製造方法において詳述する。
【００１６】
スポットを構成するプローブ核酸には特に制限はないが、例えば、少なくとも一部が基板表面に固定されており、かつ少なくとも一部が一本鎖である主幹鎖核酸、及び前記主幹鎖核酸の一本鎖部分の少なくとも一部に部分的にハイブリダイズしている少なくとも１つのプローブ用一本鎖核酸を含む樹状核酸鎖であることができる。この樹状核酸鎖は、１つの主幹鎖核酸と１つまたは２つ以上のプローブ用一本鎖核酸とからなり、プローブ用一本鎖核酸の一部は、主幹鎖核酸の一本鎖部分にハイブリダイズしている。
【００１７】
また、スポットを構成するプローブ核酸は、例えば、少なくとも一部が基板表面に固定されており、かつ少なくとも一部が一本鎖である主幹鎖核酸、前記主幹鎖核酸の一本鎖の少なくとも一部に部分的にハイブリダイズしている一本鎖である少なくとも１つの副幹鎖核酸、並びに前記主幹鎖核酸の一本鎖の少なくとも一部に部分的にハイブリダイズしている少なくとも１つのプローブ用一本鎖核酸及び／又は前記副幹鎖核酸の少なくとも一部に部分的にハイブリダイズしている少なくとも１つのプローブ用一本鎖核酸を含む樹状核酸鎖であることもできる。この樹状核酸鎖は、１つの主幹鎖核酸と１つまたは２つ以上の副幹鎖核酸と１つまたは２つ以上のプローブ用一本鎖核酸とからなり、副幹鎖核酸の一部は、主幹鎖核酸の一本鎖部分にハイブリダイズしており、プローブ用一本鎖核酸の一部は、主幹鎖核酸の一本鎖部分または副幹鎖核酸にハイブリダイズしている。
【００１８】
上記樹状核酸鎖はともに、樹状核酸鎖を構成する１つの主幹鎖核酸を有し、かつ主幹鎖核酸は少なくとも一部が基板表面に固定されており、かつ少なくとも一部が一本鎖である。
以下に、主幹鎖核酸についてさらに説明する。
主幹鎖核酸は少なくとも一部が基板表面に固定されており、例えば、一端が基板表面に固定され、他端が基板表面から遊離しているものである場合、両端がともに基板表面に固定され、途中が基板表面から遊離しているものである場合、途中が基板表面に固定され、両方の末端が基板表面から遊離しているものである場合、のいずれかであることができる。但し、一端が基板表面に固定され、他端が基板表面から遊離しているものであることが、製造のし易さという観点では好ましい。
【００１９】
一端が基板表面に固定され、他端が基板表面から遊離している主幹鎖核酸は、基板表面に固定されている部分は二本鎖であり、基板表面から遊離している部分が一本鎖である核酸であることができる。主幹鎖核酸は、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ等であることができる。さらに、主幹鎖核酸の一本鎖は、プローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせるための配列部分を少なくとも一カ所有する。プローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせるための配列部分の数は、特に制限はないが、１つの樹状核酸鎖におけるプローブ領域の所望の数に応じて適宜決定できる。また、プローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせるための配列部分の数は、ハイブリダイズさせる領域の塩基数（長さ）と準備できる主幹鎖核酸塩基数（長さ）等を考慮することでも適宜決定できる。プローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせるための配列部分は、プローブ用一本鎖核酸のハイブリダイズ領域と相補性であれば特に制限はなく、ハイブリダイズの安定性という観点からは、塩基数が１０〜３０の間であることが適当であり、１０〜２０であることが好ましく、１５であることが特に好ましい。但し、この範囲に限定する意図ではない。
【００２０】
主幹鎖核酸の一本鎖は、基板表面から遊離している部分の途中または先端に、プローブ領域を有することもできる。
主幹鎖核酸が、一端が基板表面に固定され、他端が基板表面から遊離しているものである場合、及び途中が基板表面に固定され、両方の末端が基板表面から遊離しているものである場合には、基板表面から遊離している部分の先端に、プローブ領域を有することもできる。両端がともに基板表面に固定され、途中が基板表面から遊離しているものである場合には、基板表面から遊離している部分の途中（基板表面に固定された両端からほぼ等距離（等塩基数）の位置）に、プローブ領域を有することもできる。
主幹鎖核酸の一本鎖が有するプローブ領域の配列及び塩基数は、本発明の基板の使用用途に応じて適宜決定することができる。
【００２１】
主幹鎖核酸の構造や基板表面への固定化方法は、特に限定は無い。例えば、アフィメトリクス型のＤＮＡマイクロアレーに固定された一本鎖ＤＮＡやスタンフォード型のＤＮＡマイクロアレーに固定された一本鎖ＤＮＡであっても良い。
この固定化された一本鎖ＤＮＡに対して、相補的塩基配列部分を持つ、少なくとも1つの一本鎖副幹鎖ＤＮＡを、固体基板上で固定化一本鎖ＤＮＡハイブリダイゼーションさせることにより、樹状ＤＮＡを作製することが可能である。
【００２２】
あるいは、主幹鎖核酸は、例えば、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖であって、二重鎖部分側が基板表面に固定化されている物であることができる。このＤＮＡ鎖は、一方の鎖が他方の鎖よりも長く、ある部分は二重鎖であり、残りの部分が一重鎖であり、二重鎖部分から始まり、途中から最後まで一重鎖部分である。主幹鎖核酸はＤＮＡ鎖でなく、例えば、二重鎖部分及び一重鎖部分のいずれかの一本鎖がＲＮＡであってもよい。また、二重鎖部のみからなる鎖のいずれかの一本鎖がＲＮＡであってもよい。
また、主幹鎖核酸は、例えば、両端にそれぞれ二重鎖部分を有し、中間部分に一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖であって、両端の二重鎖部分が基板表面に固定化されている物であることもできる。
【００２３】
二重鎖部分の塩基数及び一重鎖部分の塩基数には特に制限や限定はないが、二重鎖部分の塩基数は、例えば、二重鎖部分の安定性という観点から10〜80の範囲とすることができ、一重鎖部分の塩基数は、ハイブリダイズさせるプローブ用一本鎖核酸や副幹鎖核酸の数やハイブリダイズさせるための領域の長さを考慮して適宜決定でき、例えば、20〜90の範囲であることができる。但し、これより長いものであっても製造可能であり、利用できる。
上記のようなＤＮＡ鎖は、長さが異なる2本の一本鎖であって、短鎖の一本鎖ＤＮＡは、塩基配列が、長鎖の一本鎖ＤＮＡのいずれかの端からの塩基配列と、相補的である、2本の一本鎖をハイブリダイズすることで作製することができる。
【００２４】
上記二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖は、二重鎖部分側で基板表面に固定化されている。このような構造を有することで、基板表面寄りには、二重鎖部分があるが、基板表面から離れた場所では、ＤＮＡ鎖は一重鎖部分となり、一重鎖部分の周囲にはある程度の空間が生じ、一重鎖部分をハイブリダイズ用の配列として利用し易くなり、かつ基板表面に近い場所では二重鎖部分を密に存在させて、ＤＮＡ鎖の横倒れを防止できるという利点がある。
尚、前述のように、単分子膜を構成する核酸は、上記二重鎖部分と同等またはそれ以下の長さを有することが、一重鎖部分のターゲット核酸とのハイブリダイズを阻害しないという観点から、好ましい。
【００２５】
ＤＮＡ鎖スポットの基板表面への固定化は、単分子膜の場合と同様に、例えば、基板が金属基板または金属被覆を有する基板である場合、基板の金属表面にＤＮＡ鎖が硫黄原子を介して固定化させることができる。金属基板としては、例えば、金、銀、クロム、ガリウム、ニッケル、オネジウム等の金属製の基板を挙げることができる。また、金属被覆を有する基板としては、ガラス、マイカ(雲母)等の基板の表面に、金、銀、クロム、ガリウム、ニッケル、オネジウム等の金属被覆を設けた基板を挙げることができる。
基板の金属表面へのＤＮＡ鎖の硫黄原子を介しての固定化については基板の製造方法において詳述する。
【００２６】
また、ＤＮＡ鎖スポットの基板表面への固定化は、例えば、基板がガラス基板またはシリコン基板である場合、基板の表面に前記ＤＮＡ鎖が硫黄原子を介して固定化させることができる。ガラス基板としては、一般的なスライドガラス等のガラス基板を挙げることができる。また、シリコン基板は、シリコンウエハ等であることができる。
基板の表面へのＤＮＡ鎖スポットの硫黄原子を介しての固定化については基板の製造方法において詳述する。
【００２７】
上記ＤＮＡ鎖スポットは、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖に加えて、二重鎖部分のみを有するＤＮＡ鎖が前記基板の表面にさらに固定化されているものであることもできる。ＤＮＡ鎖スポット内に二重鎖部分のみを有するＤＮＡ鎖をさらに固定化することで、基板表面から離れた場所での一重鎖部分の周囲にある空間がより広がり、一重鎖部分をハイブリダイズ用の配列としてより利用し易くなるとともに、基板表面に近い場所では二重鎖部分をさらに密に存在させて、ＤＮＡ鎖の横倒れを防止できるという利点がある。
【００２８】
上記基板は、例えば、金属基板または金属被覆を有する基板であることができ、その場合、ＤＮＡ鎖スポットとして、基板の金属表面には、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖に加えて、二重鎖部分のみを有するＤＮＡ鎖も硫黄原子を介して固定化される。また、上記基板は、ガラス基板またはシリコン基板であることもでき、その場合にも、ＤＮＡ鎖スポットとして、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖に加えて、二重鎖部分のみを有するＤＮＡ鎖が硫黄原子を介して固定化される。
【００２９】
上記のように二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖に加えて、二重鎖部分のみを有するＤＮＡ鎖も、ＤＮＡ鎖スポットとして、基板表面に固定化する場合、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖と二重鎖部分のみを有するＤＮＡ鎖との固定化数の割合は、ハイブリダイズ用の配列である一重鎖部分の密度(密集度)を考慮して適宜決定できるが、例えば、９９：１〜１：９９の範囲、好ましくは９９：１〜２５：７５の範囲であることが適当である。
【００３０】
［基板の製造方法］
上記本発明の基板は、例えば、基板表面にプローブ核酸のスポットを少なくとも１個固定化する工程、及び、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液で基板表面をリンスする工程を含む方法により製造することができる。
【００３１】
（基板表面にプローブ核酸のスポットを複数個固定化する工程）
例えば、基板が、金属基板または金属被覆を有する基板の場合、これら基板の金属表面に、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖を接触させて、前記ＤＮＡ鎖スポットを前記金属表面に固定化させることができる。二重鎖部分及び一重鎖部分を有する二本鎖ＤＮＡは、前述のように、長さが異なる2本の一本鎖であって、短鎖の一本鎖ＤＮＡは、塩基配列が、長鎖の一本鎖ＤＮＡのいずれかの端からの塩基配列と、相補的である、2本の一本鎖をハイブリダイズすることで作製することができる。そして、例えば、短鎖の一本鎖ＤＮＡの5'端にチオール基を導入し、この短鎖の一本鎖ＤＮＡの配列と3'端側が相補的配列である長鎖の一本鎖ＤＮＡとをハイブリダイズさせれば、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖が得られる。一本鎖ＤＮＡの5'端へのチオール基の導入は、例えば、公知のC6合成方法を用いて行うことができる。(例えば、化学と生物実験ライン22、丹羽峰雄著、"ＤＮＡの化学合成"38〜43頁、廣川書店参照)また、短鎖の一本鎖ＤＮＡの配列と3'端側が相補的配列である長鎖の一本鎖ＤＮＡとのハイブリダイズも通常の方法と条件で適宜行うことができる。
【００３２】
基板の金属表面へのＤＮＡ鎖スポットの形成は、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖を金属表面と接触させることが行うことができる。チオール基を有するＤＮＡ鎖の金属表面への固定化は例えば、J.Am.Chem.Soc.1998,120,9787-9792に記載され、公知の方法である。
【００３３】
さらに、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖及び末端にチオール基を有する二重鎖部分のみからなるＤＮＡ鎖の所定割合の混合物を金属基板または金属被覆を有する基板の金属表面に、上記と同様に接触させることで、所定の割合で二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖及び二重鎖部分のみからなるＤＮＡ鎖スポットを金属表面に形成することもできる。
【００３４】
基板は、基板がガラス基板またはシリコン基板の場合、例えば、これらの基板の表面をヘテロ２官能性架橋剤で表面処理し、表面処理した表面に、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖を接触させて、前記ＤＮＡ鎖スポットを前記表面に形成させることもできる。二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖は上記の方法で製造することができる。
【００３５】
上記のように、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖の二重鎖部分の末端にチオール基を導入するが、チオール基を導入する鎖は、二重鎖部分及び一重鎖部分を有するＤＮＡ鎖の短鎖であっても、長鎖であっても良い。但し、二重鎖部分のみを構成する短鎖にチオール基を導入することが好ましい。何故なら、ハイブリダイゼーションに関与することになる一重鎖部分を有する長鎖を、短鎖とハイブリダイゼーションさせる以外の処理することなく、使用できるという利点があるからである。
【００３６】
この固定化方法は、例えば、Nucleic Acids Research, 1996, Vol.24, No.15,3031-3039に記載されている。
上記ヘテロ２官能性架橋剤は、スクシンイミジル４−［マレイミドフェニル］ブチレート（ＳＭＰＢ）、ｍ−マレイミドベンゾイル−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（ＭＢＳ）、スクシンイミジル４−（マレイミドメチル）シクロヘキサン−１−カルボキシレート（ＳＭＣＣ）、Ｎ−（γ−マレイミドブチロキシ）スクシンイミドエステル（ＧＭＢＳ）、ｍ−マレイミドプロピオニックアシド−Ｎ−ヒドロキシスクシンイミドエステル（ＭＰＳ）及びＮ−スクシンイミジル（４−ヨードアセチル）アミノベンゾエート（ＳＩＡＢ）からなる群から選ばれる少なくとも１種の架橋剤であることができる。
【００３７】
さらに、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖及び末端にチオール基を有する二重鎖部分のみからなるＤＮＡ鎖を所定割合で含む混合物を、ヘテロ２官能性架橋剤を表面処理したガラス基板またはシリコン基板の表面に接触させることで、前記２種のＤＮＡ鎖を所定割合で含むスポットを表面に形成させることができる。
【００３８】
上記基板の金属表面に、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖、または二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖及び末端にチオール基を有する二重鎖部分のみからなるＤＮＡ鎖を所定割合で含む混合物を接触させて、前記ＤＮＡ鎖スポットを前記金属表面に形成する方法においては、前記ＤＮＡ鎖の金属表面への接触を、２価金属イオンの存在下で行うことが好ましい。２価金属イオンの存在下で行うことで、二重鎖部分の安定性が増加し、さらに二重鎖部分が凝集し、基板上で安定に存在するという利点がある。
また、２価金属イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、コバルトイオン、バリウムイオン、ストロンチウムイオン、カドミウムイオン、亜鉛イオン、鉄イオン等を挙げることができる。これら２価金属イオンの濃度は、例えば、1〜1000mMの範囲とすることが適当である。
【００３９】
同様に、上記ヘテロ２官能性架橋剤で表面処理した基板表面に、二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖、または二重鎖部分及び一重鎖部分を有し、かつ前記二重鎖部分の末端にチオール基を有するＤＮＡ鎖及び末端にチオール基を有する二重鎖部分のみからなるＤＮＡ鎖を所定割合で含む混合物を接触させて、前記ＤＮＡ鎖スポットを前記表面に形成させる方法においても、前記ＤＮＡ鎖の表面への接触を、上記と同様の２価金属イオンの存在下で行うことが、上記と同様の理由で好ましい。
【００４０】
ＤＮＡ鎖スポットの形成は、公知のスポッティング法を用いて行うことができる。スポッティング法としては、例えば、マイクロアレイヤー法、インクジェット法、スポッター等を用いた手動法を挙げることができる。
【００４１】
本発明の基板は、１つのスポットに複数のプローブ核酸が固定化され、さらにそのようなスポットが、１つの基板表面に複数形成されているものであることができる。１つのスポットの大きさや１つのスポットにおけるプローブ酸鎖の数（密度）は、基板の用途等を考慮して適宜決定できる。また、１つの基板に設けられるスポットの数も適宜決定できる。
【００４２】
樹状核酸鎖のスポットを基板表面に形成した基板は、例えば、
（１）基板表面に主幹鎖核酸を固定化した基板を用意し、この基板の主幹鎖核酸にプローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせる方法、
（２）主幹鎖核酸にプローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせて樹状核酸鎖を用意し、この樹状核酸鎖を基板表面に固定化する方法や
（１）基板表面に主幹鎖核酸を固定化した基板を用意し、この基板の主幹鎖核酸に副幹鎖核酸をハイブリダイズさせ、さらにこの副幹鎖核酸（必要により、主幹鎖核酸）にプローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせる方法、
（２）主幹鎖核酸に副幹鎖核酸をハイブリダイズさせて樹状核酸鎖前駆体を用意し、この樹状核酸鎖前駆体を基板表面に固定化し、さらにこの樹状核酸鎖前駆体（副幹鎖核酸部分及び、必要により、主幹鎖核酸部分）にプローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせる方法、
（３）主幹鎖核酸に副幹鎖核酸をハイブリダイズさせさせて樹状核酸鎖前駆体を用意し、この樹状核酸鎖前駆体にプローブ用一本鎖核酸をハイブリダイズさせて樹状核酸鎖を用意し、この樹状核酸鎖を基板表面に固定化する方法
で形成することができる。
主幹鎖核酸、副幹鎖核酸及びプローブ用一本鎖核酸は、いずれもそれぞれ公知の方法で入手することができる。例えば、公知の核酸合成方法を用いることや、天然物から切り出してくることもできる。
【００４３】
（一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液で基板表面をリンスする工程）
本発明の製造方法では、上記で得られたプローブ核酸のスポットを形成した基板の表面を、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液でリンスする。
一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖は、例えば、基板表面と反応性の基として、チオール基を有するＤＮＡ鎖を挙げることができる。ＤＮＡ鎖の5'端へのチオール基の導入は、例えば、公知のC6合成方法を用いて行うことができる。(例えば、化学と生物実験ライン22、丹羽峰雄著、"ＤＮＡの化学合成"38〜43頁、廣川書店参照)
さらに、一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖としては、上記チオール基を有するＤＮＡ鎖以外に、例えば、アミノ基を有するＤＮＡ鎖、ビオチン、アビチン、ストレプトアビジンを有するＤＮＡ鎖等を挙げることもできる。
【００４４】
一端に基板表面と反応性の基を有する核酸鎖を含む液でのリンスは、例えば、核酸鎖がチオール基を有するＤＮＡ鎖である場合、0.1〜1000マイクロモルの範囲の濃度のチオール基を有するＤＮＡ鎖を含有する液（例えば、ＭｇＣｌ2含有水溶液）に、スポットを有する基板表面を３時間浸漬することでリンスして行うことができる。尚、DNA単分子膜形成には、マグネシウム等の２価金属イオンを共存させることが好ましい。リンス終了後、基板は余剰のDNAを、例えば、純水で洗浄することができる。
【００４５】
［相補性を試験する方法］
本発明の相補性試験方法は、上記本発明の基板のプローブ核酸のスポットを固定化した表面にターゲット核酸を接触させ、ターゲット核酸とプローブ核酸との相補性を試験することを含む。より具体的には、プローブ核酸とハイブリダイズしたターゲット核酸の存在を適当な手段で検出して、相補性を試験する。
【００４６】
ターゲット核酸とプローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無の検出は、公知の方法を適宜使用できるが、例えば、表面プラズモン共鳴法または水晶振動子法により検出する方法を挙げることができる。
表面プラズモン共鳴法は、基板表面にレーザ光を照射し、基板表面で生じる表面プラズモン共鳴を測定することで基板表面に存在する膜等の厚みを測定する方法であり、ターゲット核酸とハイブリダイゼーションした核酸鎖の存在の有無を膜厚の違いとして認識し、ハイブリダイゼーションの有無を検出する。
表面プラズモン共鳴法では、ターゲット核酸や基板に固定する核酸鎖に標識を付す必要がなく、簡便にハイブリダイゼーションの有無を検出することができる。
【００４７】
水晶振動子法は、水晶振動子の電極への物質の付着による振動数の減少から付着物の質量を求める方法である(例えば、Chem. Rev.,1992,92,1355-1379参照)。
【００４８】
ターゲット核酸とプローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無の検出は、例えば、ターゲット核酸が蛍光標識を有するＤＮＡであり、プローブ核酸とのハイブリダイゼーションの有無を蛍光により検出することによっても行うことができる。蛍光標識を有するＤＮＡ及びハイブリダイゼーションの有無を蛍光により検出する方法も公知であり、本発明では、それら公知の技術をそのまま使用することができる。
【００４９】
本発明の相補性試験方法では、塩基のミスマッチを含むターゲット核酸を検出することもできる。即ち、本発明の相補性試験方法では、完全相補的なターゲット核酸は、ハイブリダイゼーションをするが、一塩基ミスマッチを含むターゲット核酸は、ハイブリダイゼーションをせず、その結果、一塩基ミスマッチを含むターゲット核酸を検出することもできる。
【００５０】
本発明の相補性試験方法では、基板表面へのターゲット核酸の接触を、２価金属イオンの存在下で行うことがハイブリダイゼーション後の二重鎖部分の安定性という観点から好ましい。２価金属イオンとしては、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、コバルトイオン、バリウムイオン、ストロンチウムイオン、カドミウムイオン、亜鉛イオン、鉄イオン等を挙げることができる。これら２価金属イオンの濃度は、例えば、1〜1000mMの範囲とすることが適当である。
【００５１】
【実施例】
以下本発明を実施例によりさらに説明する。
実施例１
以下の４種類のＤＮＡオリゴマーを用意した。
20merSH:
5'-ATgCATgCATTAgCATgCTA-3' (配列番号1)
5'末端チオール化
50merP:
5'-TggAgAACTgATCgACACAgTTTTTTTTTTTAgCATgCTAATgCATgCAT-3' (配列番号2)
(5'末端から２０塩基がプローブ用領域、10塩基(TTTTTTTTTT)がスペーサ、２０塩基が20merSHとのハイブリダイズ領域)
20merM:
5'-CTgTgTCgATCAgTTCTCCA-3' (配列番号3)
【００５２】
［チオール化したＤＮＡオリゴマーの合成］
5'末端チオール化した20merSHは公知のC6合成方法を用いて合成した。(例えば、化学と生物実験ライン22、丹羽峰雄著、"ＤＮＡの化学合成"38〜43頁、廣川書店参照)
【００５３】
[プローブＤＮＡの調製方法]
上記50merPと20merSHとを１：１の割合でパッファー溶液に溶解させ、この溶液を９５℃まで過熱し、次いで室温まで放冷して一部をハイブリダイズさせた後、エタノールを加えてＤＮＡを沈殿させた。得られたＤＮＡを凍結乾燥することにより溶媒を除去して、図2に示すプローブＤＮＡ（樹状ＤＮＡ）を得た。得られたＤＮＡの構造は、電気泳動法により確認した。
【００５４】
［チオール化した二重鎖ＤＮＡオリゴマーの金表面への固定化］
図2に示すように、上記プローブＤＮＡ及び20mer/20merSH複合体を用い、以下の条件でチオール化した二重鎖ＤＮＡオリゴマーの金基板表面への固定化を行った。固定化のためのリンス工程は、上記20mer/20merSH水溶液にプローブDNAを有する基板を３時間浸漬して行った。得られた基板の断面説明図を図１に示す。
バッファーの種類：MgCl2(H2O)6を20mMの濃度に調整し、この溶液を１２０℃で２０分間滅菌した後、溶媒として使用した。
チオール化した二重鎖ＤＮＡオリゴマー濃度：０．７５ＯＤ（約3.0マイクロツ求j。
温度:20℃
後処理: 溶媒（純水）で基板表面をリンスして過剰のＤＮＡを洗い流した。
【００５５】
［ハイブリダイゼーション実験］
上記で得られたプローブＤＮＡを固定化した基板にターゲットＤＮＡをハイブリダイゼーションさせた。
プローブ  ＤＮＡ のプローブ部位へ相補的に相互作用が期待される5'-CTGTGTCGATCAGTTCTCCA-3'（20merM）(配列番号3)をターゲットＤＮＡとして用いた。
さらに塩基の互変異性構造（塩基のミスマッチング）の検出実験のために、20merMと1つだけ塩基配列が異なる 5'-CTGTGTCAATCAGTTCTCCA-3'（20merS）(配列番号4)をコントロールＤＮＡとして用いた。
ハイブリダイゼーションのためにＤＮＡを溶解させる溶媒としては20mMのMgCl2水溶液を用いた。ハイブリダイゼーションの温度は２０℃とし、２時間行った。
【００５６】
［ＤＮＡ単分子膜の評価の具体的方法］
金属固体基板上へ吸着およびターゲットＤＮＡと基板に固定化したプローブＤＮＡとの相互作用（ハイブリダイゼーション）は表面プラズモン共鳴によりその場観察を行なった。
また、ＤＮＡ単分子膜の評価は原子間力顕微鏡（AFM: NanoScopeIII, DigitalInstruments、大気中においてタッピングモードで測定）光電子分光法(XPS: ESCALAB 250system, Thermo VG Scientific)、反射赤外分光法（IR-RAS: Infinity60AR, Mattson 入射角８０度）により行なった。これらの測定から均一な単分子膜の形成が確認された。
【００５７】
［ＤＮＡ固定化の確認］
上記プローブＤＮＡの金基板表面への固定化の状況を、表面プラズモン共鳴によりその場観察し、結果を図２及び３に示す。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、バックグランドのノイズを効率的に低減させた、基板表面にＤＮＡ鎖を固定化したハイブリダイゼーション用基板を提供し、さらにこの基板を用いた相補性試験方法を提供することができる。
【配列表】
2004205414.tif 000003
2004205414.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＤＮＡ単分子膜でブロッキングされた基板の断面説明図。
【図２】実施例で得られた基板にターゲットＤＮＡ 5'-CTGTGTCGATCAGTTCTCCA-3'（20merM）をハイブリダイズさせた状況を表面プラズモン共鳴によりその場観察した結果。
【図３】実施例で得られた基板にターゲットＤＮＡ 5'-CTGTGTCGATCAGTTCTCCA-3'（20merM）をハイブリダイズさせたスポットとバックグランド（ＤＮＡ単分子膜）の表面プラズモン共鳴の強度。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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