(57)【要約】【課題】簡単な構造で高速のハイブリダイゼーションを行い得る高速・高精度のハイブリダイゼーション法およびハイブリダイゼーション用装置を提供する。【解決手段】基板上の複数のサイトに生体高分子を固定してなるバイオチップと、このバイオチップ基板面に沿って電場を発生させるための正負の電極と、前記バイオチップ基板面に沿って磁場を発生させるための磁場発生手段を備え、前記電場と磁場を作用させて前記生体高分子のハイブリダイゼーション中に前記バイオチップ基板上の流動体中で可動な生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させると共にバイオチップ基板面に引き寄せるように構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオチップ基板上の複数のサイトに固定された生体高分子と前記基板上の流動体中で可動な生体高分子を基板上でハイブリダイズさせるハイブリダイゼーション法であって、
前記バイオチップ基板面に沿って電場を作用させて、前記可動側の生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させるようにしたハイブリダイゼーション法。
【請求項２】
前記生体高分子のハイブリダイゼーション中に前記電場の方向を切替えて、前記可動側の生体高分子の移動方向を切替えるようにしたことを特徴とする請求項１記載のハイブリダイゼーション法。
【請求項３】
バイオチップ基板上の複数のサイトに固定された生体高分子と前記基板上の流動体中で可動な生体高分子を基板上でハイブリダイズさせるハイブリダイゼーション法であって、
前記バイオチップ基板面に沿って、互いに直交する電場と磁場を作用させて、前記可動側の生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させると共にバイオチップ基板面に引き寄せるようにしたハイブリダイゼーション法。
【請求項４】
前記電場と磁場の方向を共に切替えて、前記生体高分子のハイブリダイゼーション中に前記可動側の生体高分子の移動方向を切替えるようにしたことを特徴とする請求項３記載のハイブリダイゼーション法。
【請求項５】
基板上の複数のサイトに生体高分子を固定してなるバイオチップと、
このバイオチップ基板面に沿って電場を発生させるための正負の電極を備え、前記電場を作用させて前記バイオチップ基板上の流動体中で可動な生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させるように構成したハイブリダイゼーション用装置。
【請求項６】
前記電場の方向を切替えて、前記生体高分子のハイブリダイゼーション中に前記流動体中で可動な生体高分子の移動方向を切替えるように構成したことを特徴とする請求項５記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項７】
基板上の複数のサイトに生体高分子を固定してなるバイオチップと、
このバイオチップ基板面に沿って電場を発生させるための正負の電極と、
前記バイオチップ基板面に沿って磁場を発生させるための磁場発生手段
を備え、前記電場と磁場を作用させて前記生体高分子のハイブリダイゼーション中に前記バイオチップ基板上の流動体中で可動な生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させると共にバイオチップ基板面に引き寄せるように構成したハイブリダイゼーション用装置。
【請求項８】
前記電場と磁場の方向を切替えて、前記生体高分子のハイブリダイゼーション中に前記可動側の生体高分子の移動方向を切替えるように構成したことを特徴とする請求項７記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項９】
前記正負の電極は、前記サイトを挟むように前記基板上に直接または固定用の部材を介して間接的に取りつけたことを特徴とする請求項５ないし８のいずれかに記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項１０】
前記磁場発生手段は、磁石またはコイルを用いたことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項１１】
前記磁場発生手段にコイルを用いた場合に、コイル中に前記バイオチップ基板を配置したことを特徴とする請求項１０記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項１２】
前記電極に電圧を供給する電源として、直流電源または交流電源を使用することを特徴とする請求項５ないし９のいずれかに記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項１３】
前記流動体が液体またはゲルであることを特徴とする請求項５ないし１２のいずれかに記載のハイブリダイゼーション用装置。
【請求項１４】
前記基板は、板またはワイヤまたはメッシュで形成されたことを特徴とする請求項５ないし１３のいずれかに記載のハイブリダイゼーション用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡや、ＲＮＡ、ＤＮＡに付加したタンパクなどの生体高分子に係るハイブリダイゼーションの高速化、高効率化を実現するためのハイブリダイゼーション法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＤＮＡや、ＲＮＡ、ＤＮＡに付加したタンパクなどの生体高分子（以下ＤＮＡを例にとって説明する）の遺伝子配列を測定する際には、ハイブリダイゼーション用のＤＮＡチップが使用される。
ハイブリダイゼーション用のＤＮＡチップとしては、例えば基板上に多数の電極を設け、各電極に電流源を接続した構造のものである。電極数は１００〜１００００程度であり、一般に各電極には既知の異なったＤＮＡが固定される（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
このような既知のＤＮＡが固定された基板上に未知のＤＮＡを流してハイブリダイズさせることにより、対応するＤＮＡ配列に未知のＤＮＡを結合させることができる。未知のＤＮＡ側に蛍光試薬を結合しておけば、既知のＤＮＡと結合した未知のＤＮＡ配列を知ることができる。
【０００４】
以下さらに詳しく説明する。図１１（ａ）に示すように、既知のＤＮＡ８２が固定された電極８１に正の電圧を印加する。電極８１の上の領域には未知のＤＮＡ８３が流動できる溶液が含まれている（図示せず）。未知のＤＮＡ８３は負に帯電しており、図１１（ｂ）に示すように溶液中を移動してＤＮＡ８２が固定された電極８１に引き寄せられる。これにより電極８１の周辺で未知のＤＮＡ８３の濃度が上がり、ハイブリダイゼーションが高速になる。
【０００５】
また、図１２（ａ）に示すように誤った配列で結合した場合には、その結合が弱いため、ハイブリダイゼーションの後で逆に電極８１に弱い負の電圧を印加することにより図１２（ｂ）に示すように外すことができる。これによってＳＮＰｓ（１塩基多型）のような１塩基の違いも高精度で測定することができる。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｊ．Ｈｅｌｌｅｒ、「Ａｎ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｄｅｖｉｃｅ
ｆｏｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ  ＤＮＡ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」、ＩＥＥＥ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｉｎ
Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、１９９６，Ｍａｒｃｈ／Ａｐｒｉｌ、ｐ１００−１０１
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の方式では次のような課題がある。
（１）ＤＮＡチップの各サイトごとに個別の電極を設ける必要があり、高価であると共に、構造が複雑であって電極のための場所も広くとる必要がある。したがって、サイトの数を増やせず、パターンに自由度がない。
【０００８】
（２）１つのサイトに一度集ると、既知のＤＮＡと異なる配列の余計なＤＮＡでも不完全ながら結合してしまう。例えば、図１３に示すように、既知のＤＮＡ（Ａ１：図示せず）が固定されたサイトＡに未知のＤＮＡ（Ａ２）と未知のＤＮＡ（Ｂ２）が集ったとする。既知のＤＮＡ（Ａ１）と未知のＤＮＡ（Ａ２）の結合が適切なハイブリダイゼーションである場合、サイトＡにとって未知のＤＮＡ（Ｂ２）は余計なものである。
【０００９】
他方、既知のＤＮＡ（Ｂ１：図示せず）が固定されたサイトＢに未知のＤＮＡ（Ｂ２）と未知のＤＮＡ（Ａ２）が集ったとする。既知のＤＮＡ（Ｂ１）と未知のＤＮＡ（Ｂ２）の結合が適切なハイブリダイゼーションである場合、サイトＢにとって未知のＤＮＡ（Ａ２）は余計なものである。
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、簡単な構造で高速のハイブリダイゼーションを行い得る高速・高精度のハイブリダイゼーション法およびハイブリダイゼーション用装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、各生体高分子が正しいサイトに出会う可能性を向上させ得る、換言すればハイブリダイゼーションの効率の向上が図れるハイブリダイゼーション法およびハイブリダイゼーション用装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１の発明は、
バイオチップ基板上の複数のサイトに固定された生体高分子と前記基板上の流動体中で可動な生体高分子を基板上でハイブリダイズさせるハイブリダイゼーション法であって、
前記バイオチップ基板面に沿って電場を作用させて、前記可動側の生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
これにより、未知の生体高分子を移動・攪拌でき、ハイブリダイゼーションの高速化が容易に実現できる。例えば、正電極側に、負に荷電した浮遊生体高分子が高濃度に集まる。
また、移動により固定側と可動側の生体高分子が出会う確率が向上する。
【００１３】
この場合、請求項２のように、電場の方向を切替えて、可動側の生体高分子の移動方向を切替えるようにすることができる。移動方向を切替えることにより、全サイトにわたって平均して、可動側の生体高分子の高濃度化や出会う確率の向上化を図ることができる。
【００１４】
また、請求項３のように、電場と共に磁場も作用させることもできる。磁場を作用させることにより可動側の生体高分子を基板面側に引き寄せることができる。
そして、請求項４のように電場と磁場の方向を共に切替えることもできる。
【００１５】
請求項５の発明は、
基板上の複数のサイトに生体高分子を固定してなるバイオチップと、
このバイオチップ基板面に沿って電場を発生させるための正負の電極を備え、前記電場を作用させて前記バイオチップ基板上の流動体中で可動な生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させるように構成したことを特徴とする。
【００１６】
この場合も、請求項６のように、電場の方向を切替えて、可動側の生体高分子の移動方向を切替えるように構成することができる。
【００１７】
請求項７の発明は、さらに磁場を発生させる磁場発生手段を持ち、電場と磁場を作用させて前記バイオチップ基板上の流動体中で可動な生体高分子をバイオチップ基板面に沿って移動させると共にバイオチップ基板面に引き寄せるように構成したことを特徴とする。
この場合、請求項８のように、電場と磁場の方向を切替えて、前記可動側の生体高分子の移動方向を切替えるようにすることもできる。
【００１８】
正負の電極は、請求項９のように、前記サイトを挟むように前記基板上に直接または間接的に取りつけることができる。
また、磁場発生手段は、請求項１０のように磁石またはコイルを用いることができ、コイルを用いた場合は、請求項１１のようにコイル中に前記バイオチップ基板を配置する。
【００１９】
また、前記電極に電圧を供給する電源には、請求項１２のように直流電源のみならず、交流電源も使用することができる。
また、請求項１３のように前記流動体として液体またはゲルが使用できる。
また、基板としては、請求項１４のように板またはワイヤまたはメッシュで形成されたものを使用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係るハイブリダイゼーション用装置の一実施例を示す構成図である。図において、１は基板、２は基板１上の複数のサイトに固定されたサンプル（固定側の生体高分子）である。３ａと３ｂは基板１に取り付けられた電極、４ａと４ｂは磁場を発生する手段としての磁石、５は電極３ａ、３ｂに直流電圧を加えるための電源である。なお、電極３ａと３ｂはサイトを挟むサイトの両脇の位置に固定されている。そして、サンプル２は、この電極上には固定されず、電極３ａと３ｂに挟まれるサイト上に固定されている。
【００２１】
基板１上の領域には、流体系、例えば溶液やゲルなどの流動体を溜めておくための構造が採用されている（図示せず）。そしてこの流動体中には、流動体中で可動な生体高分子（可動側の生体高分子）２１が含まれている。
なお、固定側の生体高分子２と可動側の生体高分子２１は、いずれか一方が既知、他方が未知の生体高分子であり、またいずれか一方をプローブ生体高分子、他方をターゲット生体高分子とすることもできる。
なお、本実施例では固定側の生体高分子２が既知のプローブＤＮＡ２、可動側の生体高分子が未知のターゲットＤＮＡ２１である場合を例にとって説明する。
【００２２】
磁石４ａと４ｂは、図２の（ａ）に示すようにサイトの両脇にＮ極とＳ極が対向するように配置される。電極３ａ、３ｂは図２の（ｂ）に示すようにサイトの両脇に配置される。そして、磁石４ａと４ｂにより生ずる磁場（磁界とも言う）の方向と電極３ａと３ｂにより発生する電場（電界とも言う）の方向とは直交する。
【００２３】
このような構成において、基板１上の領域にターゲットＤＮＡ２１の混入した溶液を満たす。負に荷電したターゲットＤＮＡは溶液中を移動して図３に示すように正（＋）の電極側３ａに引き寄せられる。この力をＦ１とする。このとき、フレミング左手の法則に基き、電流（負に荷電したターゲットＤＮＡの移動はその逆方向に電流が流れたことに等価である）と直角方向に加えられている磁場Ｂ（紙面の表側から裏側へ向く方向の磁場）により、ターゲットＤＮＡ２１は図３に示すように紙面の下方に向う力Ｆ２を受ける。
【００２４】
これによって、溶液中のターゲットＤＮＡ２１はサイト側に引き寄せられ、サイト近傍ではターゲットＤＮＡが高濃度になる。例えば、引き寄せられる前の元の高さ２０μｍから２０ｎｍに引き寄せられると、１０００倍圧縮され、ＤＮＡの混入濃度も１０００倍に高濃度となる。
【００２５】
なお、そのままの状態にしておくとターゲットＤＮＡ２１は正電極側に片寄ってしまうため、途中で電場と磁場の両方を同期して反転させ（反転させる機構は周知のものが使用できる）再びターゲットＤＮＡ２１をサイト上で逆方向に移動させる。これにより、各サイトにわたっての高濃度化が実現できる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。以下列挙する。
【００２７】
（１）実施例ではサンプルとしてＤＮＡを例にとって説明したが、本発明はＤＮＡやＲＮＡ、ＤＮＡに付加したタンパクなどの生体高分子に広く適用できる。
（２）例えば、電極の形状（平面形状）は直線状でなく図４に示すようにサイトに対して反り返る弓状の電極形状３１ａ，３１ｂとしても構わない。また、図５に示すように、一方の電極３２ａは直線状の共通電極、他方の電極３２ｂは各サイトごとの個別電極でも差支えない。個別電極の平面形状は、円形、楕円、四角形など各種の形状を取り得る。
【００２８】
また、図６に示すように、櫛歯状にして、各櫛歯の間にサイトが配置されるようにしてもよい。
また、電極は、サイト側の断面形状が、図７に示すように三角状、あるいは図８に示すように鋸歯状であっても構わない。
なお、図４〜図８に示す電源５０は交流電源であり、所定の周期の交番電界を発生する。もちろん、電源５０は直流電源としても差支えない。
【００２９】
また、磁場は磁石に代えてコイルで発生してもよい。図９は、コイル６１中にＤＮＡチップを配置し、交流電源６０でコイル６１を駆動してＤＮＡチップに交番磁界を与えるようにした構成例である。
以上の図４〜図９において、磁場と電場の交番周期を同期させておけば、上記実施例で説明したようにターゲットＤＮＡを基板上で逆方向へ交互に移動させることができる。なお、永久磁石でこのような磁場の逆転を実現するには、モータなどを用いて機械的に磁石の位置を変化させればよい。
【００３０】
（３）電極は、図１０に示すように保持のための部材（図示せず）を用いて基板１と分離してもよい。電極３６ａと３６ｂを絶縁体７０（ターゲットＤＮＡ混入溶液を溜める容器の蓋を兼ねたカバーガラスなど）に取付けて、上記実施例と同様に電場を発生させるようにしてもよい。
【００３１】
（４）磁場はなくても電場のみでもよい。ターゲットＤＮＡを電極側に引き寄せ、攪拌が可能である。したがって、ある程度の高速ハイブリダイゼーションが可能になる。
（５）いずれの実施例においても溶液をゲルにすると、ターゲットＤＮＡの移動速度を落すことができる。
【００３２】
（６）電極には、金属でもカーボンのような無機系の材料でも使用できる。
（７）電圧は、電気分解による気泡の発生しない値、例えば１．３Ｖ以下が望ましい。
（８）基板１は板でなくワイヤやメッシュなどでも構わない。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば次のような効果がある。
（１）プローブＤＮＡ近傍のターゲットＤＮＡの分布が高濃度になるため、ハイブリダイゼーションが高速化できる。
（２）電場と磁場の与え方によりハイブリダイズしたＤＮＡを引き剥がす力も発生させ得るので、電場と磁場の発生条件を適切に設定することにより、ＳＮＰｓのような微妙なミスハイブリダイゼーションを剥すことができる。
【００３４】
（３）電極は、従来のようにサイトの位置ではなく、サイトを挟むようにサイトの両側に配置されているため、ターゲットＤＮＡが特定のサイトのプローブＤＮＡに片寄って吸着することはない。ターゲットＤＮＡを全サイトにわたってサイト配列方向に均一的に移動させることができ、また無駄な吸着も生じない。
（４）サイト数が多くても電極は少なくて済む（少なくとも２つの電極でよい）ため、安価、コンパクト、簡単な構造であり、高信頼性が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリダイゼーション用装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】磁石と電極の配置を示す図である。
【図３】ターゲットＤＮＡに働く力の説明図である。
【図４】電極の他の実施例を示す説明図である。
【図５】電極のさらに他の実施例を示す説明図である。
【図６】電極のさらに他の実施例を示す説明図である。
【図７】電極のさらに他の実施例を示す説明図である。
【図８】電極のさらに他の実施例を示す説明図である。
【図９】磁場の与え方の他の実施例図である。
【図１０】電極部分の他の実施例図である。
【図１１】従来のハイブリダイゼーション用のＤＮＡチップの一例を示す説明図である。
【図１２】従来のＤＮＡチップにおける電極印加電圧の切替えの様子を説明する説明図である。
【図１３】不完全結合を説明する図である。
【符号の説明】
１  基板
２  サンプル
２ａ  サイト
３ａ，３ｂ  電極
４ａ，４ｂ  磁石
５，５０，６０  電源
２１  ターゲットＤＮＡ
３１ａ，３１ｂ  電極
３２ａ，３２ｂ  電極
３３ａ，３３ｂ  電極
３４ａ，３４ｂ  電極
３５ａ，３５ｂ  電極
３６ａ，３６ｂ  電極
６１  コイル
７０  絶縁体
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004191161.tif 000011
【図１０】
2004191161.tif 000012
【図１１】
2004191161.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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