WO2004018663A1 - ハイブリダイゼーション検出部とセンサーチップ及びハイブリダイゼーション方法 - Google Patents

ハイブリダイゼーション検出部とセンサーチップ及びハイブリダイゼーション方法 Download PDF

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Takayoshi Mamine
Yasuhiro Sakamoto
Akira Yoshio
Takuro Yamamoto
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Definitions

  • Hybridization detection unit Description: Hybridization detection unit, sensor chip, and hybridization method
  • the present invention relates to a technique relating to a hybridization detection unit that can be suitably used for a sensor chip such as a DNA chip. More specifically, the present invention relates to a technique for improving the hybridization efficiency by aligning and fixing an extended state detection nucleotide chain at a predetermined electrode site in a reaction region providing a hybridization field.
  • DNA chips integrated substrates for bioassays called DNA chips or DNA microarrays (hereinafter collectively referred to as “DNA chips”) in which predetermined DNA is finely arranged by microarray technology are used for gene mutation analysis, SNPs (— It is used for nucleotide polymorphism analysis and gene expression frequency analysis, and has begun to be widely used in drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenetics, forensic medicine and other fields.
  • this DNA chip has a large number of DNA oligo chains and cDNA (complementary DNA) integrated on a glass substrate ⁇ silicon substrate, comprehensive analysis of intermolecular interactions such as hybridization can be performed.
  • the feature is that it is possible.
  • DNA chip analysis method An example of a DNA chip analysis method is briefly described as follows: DNA probes immobilized on a glass substrate or silicon substrate PCR amplification is performed by incorporating the fluorescent probe dNTP by reverse transcription PCR reaction, etc., from the mRNA extracted from the sample, etc., hybridization is performed on the substrate, and fluorescence measurement is performed using a predetermined detector.
  • DNA chips can be classified into two types. The first type synthesizes oligonucleotides directly on a given substrate using a photolithography technique that applies semiconductor exposure technology. A typical example is that by Affymetrix Inc. (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-501573) This type of chip has a high degree of integration, There is a limit to DNA synthesis on a substrate, which is several tens of bases long.
  • the second type also called the “Stanford method” is made by dispensing and immobilizing DNA prepared in advance on a substrate using split pins. (See, for example, Japanese Patent Application Publication No. 10-5303841). Although this type of chip has a lower degree of integration than the former, it has the advantage that a DNA fragment of about 1 kb can be immobilized.
  • the nucleotide chain for detection of a DNA probe or the like immobilized on the detection surface site is entangled in a random coil shape due to Brownian motion, or a round pill or the like.
  • there was a bias in the integration density on the detection surface ⁇ For this reason, steric hindrance occurs at the time of hybridization with the target nucleotide chain, the efficiency of hybridization is low, the reaction takes a long time, and furthermore, false positive or false negative is shown There was a technical issue that could be possible.
  • the DNA should be immobilized on the detection surface area (spot area) of the existing DNA chip with a linear structure that is expected not to cause steric hindrance.
  • the floating electrode having the same length as the counter electrode is simply arranged between the counter electrodes, the amount and density of the non-uniform electric field formed on the surface of the floating electrode are low, and It was predicted that the hybridization efficiency would not be sufficiently improved because the amount of DNA to be used was not sufficient.
  • the present invention improves the efficiency of hybridization by contriving and fixing the nucleotide chain for detection in the extended state in the reaction region providing a hybridization field at the detection surface site.
  • the main purpose is to achieve Disclosure of the invention
  • the present invention provides a site for hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the nucleotide chain for detection.
  • Reaction area A “hybridization detection unit” configured to extend the detection nucleotide chain by an electric field and to be fixed to a scanning electrode site arranged in the reaction region by the operation of dielectrophoresis, and the detection unit.
  • the present invention provides a “sensor-one-chip” including the above, and also provides a “high-priority dicing method” that can be carried out using these.
  • the detection-use nucleotide chain can be extended by the electric field formed in the reaction region, and in addition, a locally non-uniform electric field is formed in a region around the end of the scanning electrode arranged in the reaction region. (An electric field in which the lines of electric force are partially concentrated), whereby the extended detection nucleotide chain present in the reaction region is subjected to dielectrophoresis toward the end of the scanning electrode, and the extended state is obtained.
  • the detected nucleotide chain for detection can be fixed so as to bridge between the electrodes constituting the scanning electrode.
  • an electrode including a counter electrode and a common electrode
  • a scanning electrode for immobilizing the extended nucleotide chain for detection. It can be determined appropriately within the range.
  • a scanning electrode with an appropriate number of electrodes, by switching the switches provided at the specified locations on the chip, the electrodes to which the voltage is applied are selected in order, and the electrodes are applied to the electrodes (the electrodes in the applied state). It is possible to attract nearby (extended) detection nucleotide chains to the electrode side by the effect of dielectrophoresis and to fix them one after another so as to form a bridge between the ends of adjacent scanning electrodes. Become.
  • the detection nucleotide chain which is dropped and dispersed in the reaction region and is in a form of being entangled in a random coil by Brownian motion) (which is not suitable for hybridization) is extended.
  • the target nucleotide chain to be added later is extended by the same means and attracted to the scanning electrode site, so that hybridization can be carried out.
  • the bases of the extended nucleotide chains do not overlap with each other, so that the steric hindrance during the reaction is eliminated, and the octahydridation reaction can be carried out smoothly.
  • the nucleotide chain When a high-frequency electric field of about 1 MV Zm is applied to the nucleotide chain, the nucleotide chain (a large number of polarization vectors composed of the negative charge of a nucleotide chain containing phosphate ions and the like and the positive charge of ionized hydrogen atoms). Is based on the principle that dielectric polarization occurs in the nucleic acid chain, and as a result, the nucleotide molecule is linearly elongated in parallel with the electric field.
  • a reaction region serving as a field for hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the nucleotide chain for detection, and a counter electrode disposed in the reaction region.
  • a plurality of floating electrodes disposed so as to be interspersed between the opposed electrodes; To provide.
  • the arrangement configuration of the counter electrode is not particularly limited, by adopting a configuration arranged in parallel with the reaction region, an electric field can be uniformly and densely formed in the entire reaction region sandwiched between the counter electrodes. Thereby, each nucleotide chain present in the reaction region can be extended in parallel along the line of electric force. When a high-frequency electric field of about 1 MV Zm is applied, the nucleotide chain elongates.
  • Nucleotide chain (a large number of polarization vectors composed of the negative charge of the nucleotide chain containing phosphate ions and the positive charge of the ionized hydrogen atom) It is based on the principle that dielectric polarization occurs in the nucleotide chain consisting of a molecule, and as a result, the nucleotide molecule is stretched linearly parallel to the zero field.
  • the bases do not overlap with each other, so that steric hindrance during the reaction is eliminated, and the probability of association (hydrogen bonding) between complementary base sequences can be further increased.
  • the hybridization reaction with the existing nucleotide chain is smoothly performed.
  • the floating electrode plays a role of forming a large number of locations in the reaction region where the lines of electric force concentrate, and plays a role of fixing (terminals of) the nucleotide chain for detection to the locations.
  • the floating electrodes are arranged so as to be scattered in the reaction region between the counter electrodes, it is possible to uniformly and densely provide a portion where the electric flux lines are concentrated in the reaction region. it can.
  • the configuration in which the floating electrodes are scattered in the reaction region has an advantage that the nucleotide chain in the reaction region can move freely.
  • the floating electrode is not particularly limited, from the viewpoint that the electric field (lines of electric force) is easily concentrated and the nucleotide chain is easily fixed, the floating electrode having a circular or polygonal surface shape, that is A floating electrode having a shape capable of forming a uniform electric field can be employed. Also, it is preferable that the electrode surface of the floating electrode is formed narrower than the electrode surface of the counter electrode, since an electric field is easily concentrated on the electrode surface of the floating electrode, and an uneven electric field is easily formed. . Furthermore, the surface of the floating electrode is subjected to a surface treatment capable of fixing the nucleotide chain for detection, whereby the operation of fixing the nucleotide chain for detection can be reliably performed.
  • the present invention provides a sensor chip including at least the above-mentioned hybridization detection unit. More specifically, a reaction region serving as a field for hybridization between a nucleotide chain for detection and a target nucleotide chain having a nucleotide sequence complementary to the nucleotide chain for detection, Provided, and a plurality of floating electrodes disposed between the counter electrodes, and a voltage is applied to the counter electrode to extend the detection nucleotide chain present in the reaction region.
  • the extended detection nucleotide chain is subjected to dielectrophoresis by a non-uniform electric field generated at a local surface portion of the counter electrode and the floating electrode, and is fixed to the surface portion of the counter electrode and the floating electrode.
  • a sensor chip that can be activated.
  • the detection nucleotide chain (in a form unsuitable for hybridization) is dropped into the reaction region and dispersed, and is entangled in a random coil shape by the Brownian motion. It is possible to adjust the nucleotide chain to a linear form that is easily extended and hybridized, and to fix the nucleotide chain for detection on the surface of the floating electrode in the extended state.
  • the electric field formed by the counter electrode in the sensor chip according to the present invention may be an alternating current.
  • the present invention provides the following hybridization method.
  • the method comprises the steps of hybridizing a nucleotide sequence between a detection nucleotide chain and a target nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain.
  • This method uses a detection surface including: a reaction region serving as a field for Yon; a counter electrode disposed in the reaction region; and a plurality of floating electrodes disposed between the counter electrodes.
  • a voltage is applied to the counter electrode to bring the detection nucleotide chain present in the reaction region into an extended state, and the detection nucleotide chain in the extended state is locally applied to the counter electrode and the floating electrode.
  • a step of performing dielectrophoresis with a non-uniform electric field generated at the site and fixing the surface to the surface of the floating electrode (first procedure);
  • an electric field is formed in the reaction region by applying a voltage to the counter electrode, so that a non-uniform electric field is applied to the surface portion of the floating electrode and the surface portion of the counter electrode provided in the reaction region.
  • a detection nucleotide chain is fixed to the surface portion of the electrode while extending.
  • the target nucleotide chain which has been added to the reaction region, is extended while approaching the extended detection nucleotide chain fixed to the surface site. As a result, more efficient hybridization can proceed between linear nucleotide chains.
  • the present invention provides a hybridization detection unit that can efficiently perform the above-described detection of hybridization, which is essential in gene mutation analysis, SNP s (base polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, and the like.
  • a sensor chip such as a DNA chip equipped with the detection unit for drug discovery, clinical diagnosis, It has the technical significance of providing it to enomics, forensic medicine and other related industries.
  • nucleotide chain refers to a polymer of a phosphate ester of a nucleoside in which a purine or pyrimidine base and a sugar are daricoside-bonded, and includes an oligonucleotide, a polynucleotide, and a purine nucleotide containing a DNA probe.
  • DNAs full length or fragments thereof obtained by polymerizing DNA with pyrimidine nucleotides, cDNA (cDNA probes) obtained by reverse transcription, RNA, polyamide nucleotide derivatives (PNA), etc.
  • the “detection nucleotide chain” is a nucleotide chain directly or indirectly immobilized on the detection surface
  • the “target nucleotide chain” is a nucleotide chain having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain. In some cases, it is labeled with a fluorescent substance or the like.
  • Hybridization refers to a reaction for forming a complementary chain (duplex) between nucleotide chains having a complementary base sequence structure.
  • reaction zone is a sample solution storage zone that can provide a place for the hybridization reaction in the liquid phase.
  • reaction region in addition to the interaction between single-stranded nucleotides, that is, hybridization, a desired double-stranded nucleotide is formed from the nucleotide chain for detection, and the double-stranded nucleotide and the peptide (or protein) are formed.
  • Interactions, enzyme response reactions and other intermolecular interactions can also be performed. For example, when the double-stranded nucleotide is used, binding between a receptor molecule such as a hormone receptor, which is a transcription factor, and a response element DNA portion can be analyzed.
  • Step hindrance refers to the approach of a reaction partner molecule due to the presence of a bulky substituent in the vicinity of a reaction center or the like in a molecule, or the posture or tertiary structure (higher order structure) of a reaction molecule.
  • the desired reaction book In the present invention, it means a phenomenon in which hybridization is unlikely to occur.
  • Dielectrophoresis is a phenomenon in which molecules are driven in a direction where the electric field is strong in a field where the electric field is not uniform.
  • the polarity of the polarization reverses as the polarity of the applied voltage reverses.
  • a driving effect can be obtained in the same way as in the case of direct current (Supervision, Teru Hayashi, “Micromachines and Material Technology (published by CM)", P37-P46 ⁇ Chapter 5 “Manipulation of cells and DNA” ).
  • the “counter electrode” is at least a pair of electrodes facing each other in the reaction region, and plays a role of forming an electric field in the reaction region when a voltage is applied.
  • “Common electrode” means an electrode to which a voltage can be applied between a plurality of electrodes
  • “Scan electrode” means an electrode group in which a plurality of electrodes that can sequentially apply a voltage by turning on and off a switch .
  • Floating electrode means an isolated electrode that is conductive and is not connected to an external power supply.
  • ⁇ Sensor chip '' means a substrate made of quartz glass, synthetic resin, etc., provided with a detection surface and a reaction area that can detect the interaction between substances, and a typical example is a DNA chip. it can.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration of a hybridization detection unit (la) and a sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line I-I of the detection unit (la) shown in FIG. 1.
  • FIG. 2B is a modification of the detection unit (1a) shown in FIG. 2A. It is I-I which represents the form (1'a).
  • FIG. 3 shows that in the detection section la (or l ′ a), a voltage is applied between the counter electrodes A and B, and a voltage is applied between the second counter electrodes G and CX and between the counter electrodes G and C y.
  • scanning electrodes C x is a diagram representing a condition like that nonuniform electric field L 2 in the vicinity of C y are formed.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a main part of a second embodiment (reference numeral lb) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a main part of a third embodiment (reference numeral l c) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a fourth embodiment (reference numeral Id) of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7C are diagrams showing a voltage application operation (3 examples) to the detection unit (la).
  • 8A to 8C are diagrams showing three examples of voltage application operation corresponding to the detection unit (lb).
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a main part of a fifth embodiment (reference numeral le) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a main part of a sixth embodiment (reference numeral 1f) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a main part of a seventh embodiment (reference numeral 1 g) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • Fig. 12A is a cross-sectional view taken along the line II-II in Fig. 9, and Fig. 12B is a cross-sectional view taken along the line II-1 FIG.
  • FIG. 13A is a diagram showing an example of a voltage application operation corresponding to the detection unit (1 e).
  • FIG. 13B is a diagram showing an example of a voltage application operation corresponding to the detection unit (If).
  • FIG. 3C is a diagram illustrating an example of a voltage application operation corresponding to the detection unit (lg).
  • FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a voltage application operation.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a main part configuration of an eighth embodiment (reference numeral lh) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a main part of a ninth embodiment (reference numeral 1 i) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing a configuration of a main part of the ninth embodiment (reference numeral 1 i).
  • FIG. 18A is a view taken along the line III-III in FIGS. 16 and 17. Sectional Drawing.
  • FIG. 18B is a sectional view taken along the line III-III showing a modified form (reference numeral 1 ′ i) of the detecting section 1 i shown in FIG. 18A.
  • FIG. 19A is a diagram showing the rectangular end (Ea) of the scan electrode
  • FIG. 19B is a diagram showing the triangular end (Eb) of the scan electrode
  • FIG. FIG. 4 is a view showing an arc-shaped end (E c) of a scanning electrode.
  • FIG. 20 is a diagram showing a main part configuration of a tenth embodiment (10a) of a hybridization detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • FIG. 21 is a diagram showing a state where a non-uniform electric field (L) is formed in the detection unit.
  • FIG. 22 is a diagram illustrating a main configuration of a first embodiment (10b) of a hybridization detection unit and a sensor-chip according to the present invention.
  • FIG. 23 is a flowchart schematically showing the procedure of an embodiment of the hybridization method according to the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main part configuration of a first embodiment (reference numeral 1a) of a hybridization detection unit (hereinafter abbreviated as “detection unit”) and a sensor chip according to the present invention. .
  • a reaction region R is provided.
  • the reaction region R is a storage region to which a sample solution containing the detection nucleotide chain X or the target nucleotide chain Y is added, and is a region or a space that provides a reaction site for hybridization.
  • the counter electrodes A and B are arranged in the reaction area R.
  • the opposite electrodes A and B are preferably arranged in parallel, and both are connected to a power supply.
  • a uniform electric field an electric field in which the lines of electric force are not partially concentrated
  • first electric field See the line indicated by the symbol 1 ⁇ in the figure.
  • the counter electrode A, the electric field conditions B is about l X 1 0 6 VZm, condition of about 1 MH z are suitable (Masao Washizu and Osamu).
  • the detection nucleotide chain X dispersed and present in the reaction region R in the form of a random coil or the like is extended in a direction along the uniform electric field 1 ⁇ . It can be chain-like (the principle has already been described).
  • the second counter electrodes G and C (C 1 ; C 2 , C, ⁇ CX, Cy, C z) is Are arranged, it is made connected or connectable to structure the supply V 2 illustrated respectively.
  • one rectangular electrode is adopted as the electrode G, and one electrode C group includes a scanning electrode in which each electrode is arranged at a predetermined distance so as to face the electrode G.
  • the scanning electrode group C sequentially turns on and off the switches S 2 , S 3... S x, S y, and S z, so that a voltage is successively applied between a pair of adjacent scanning electrodes D. Is applied.
  • the scan electrodes e.g., G and C x, C between y
  • the peripheral edge portion of the particular scanning electrode C to the respective regions of non-uniform electric field L 2 lines of electric force you concentrated form (See Figure 3).
  • the spacing between the electrodes C and C 2 of the scanning electrode group C is set so that the detection nucleotide chain X ′ in the extended state is fixed so as to bridge the nucleotide chain X ′.
  • X ′ or less (hereinafter the same in all embodiments).
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line I—I in FIG. 1, and FIG. 2B is a modified form (reference numeral 1 ′) of the detection unit 1 a shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line I-I of FIG.
  • detection unit 1 a and its variations 1 'a is quartz glass or silicon, polycarbonate, narrow gap between the substrate M 2 formed of a synthetic resin such as polystyrene It is provided in.
  • the thickness of the electrodes A and B and the depth (or width) of the reaction region R are in agreement.
  • FIG. 3 shows that in the detection section la (or 1 ′ a), a voltage is applied between the counter electrodes A and B, and between the second counter electrodes G and C x and between G and C. a voltage is applied between the y, it represents a state in which Hashi ⁇ electrode C x, in the vicinity of C y inhomogeneous electric field L 2 is formed.
  • FIG. 3 shows a state where the target nucleotide chain Y has already been added to the reaction region R, and the electric field formed between the counter electrodes A and B is omitted.
  • the detection nucleotide chain X extended by the action of the uniform electric field generated by the counter electrodes A and B is a nearby scanning electrode.
  • the symbol X ′ in FIG. 3 indicates a detection nucleotide chain fixed between the adjacent scanning electrodes C (the same applies to other drawings).
  • the third figure switch S x, S y is turned on, shows the step of non-uniform electric field L 2 between the electrodes G and C x- C y are formed.
  • the target nucleotide chain Y that has been added to the reaction region R is elongated by the action of the uniform electric field formed by the counter electrodes A and B, similarly to the nucleotide chain X for detection.
  • this extended target nucleotide chain Y (the complementary sequence portion) is attracted to the (extended) detection nucleotide chain X ′ immobilized between the electrodes C, it is not affected by steric hindrance and the efficiency is improved. Good hybridization progresses.
  • FIG. 4 shows a configuration of a main part of a second embodiment (reference numeral lb) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • the detection unit lb unlike the first embodiment in which the detection unit 1 a described above (1 'a), each scanning electrode group flicking C 2, C 3 - ⁇ ⁇ CX, C y, electrode opposed to C z (Electrode corresponding to reference G in Figs. 1 and 3) is not provided.
  • a voltage is applied to the counter electrodes A and B and the scanning electrodes C x and C y, and a non-uniform electric field L 2 is formed between the scanning electrodes CX and C y, and the scanning electrode CX and C y
  • the state where the target nucleotide chain Y is attracted toward the detection nucleotide chain X ′ immobilized at the position is illustrated.
  • FIG. 5 shows a configuration of a third embodiment (reference numeral l c) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • the detector 1 c represented in Figure 5 the counter electrodes A, in the region between the B, and the run ⁇ electrode group D applied by the scan electrode group C and the power supply V 4 is applied by the power supply V 3 They are arranged to face each other. Specifically, the scanning electrodes D 2 , D 3 , D 2 , D 3, C 2 , C 3- 3- ⁇ ⁇ DX, Dy and Dz are provided.
  • a target nucleotide chain Y is applied to a counter electrode A—B, a scanning electrode C x _C y, and a D x—D y, and the non-uniform electric field L 2 acts.
  • the state of being attracted to the detection nucleotide chain X ′ fixed between y and between DX and D y (see arrow) is illustrated.
  • FIG. 6 shows a main part configuration of a fourth embodiment (reference numeral Id) of the detection unit and the sensor according to the present invention.
  • the detection unit Id is similar to the detection unit 1c of the third embodiment, and is provided for the scan electrodes C 2 , C 3-... CX, Cy, and Cz arranged in parallel.
  • Scan electrodes D 2 , D 3 ---DX, D y, D z are arranged so as to face each other.
  • Scan electrode group C and group D has a structure which is applied by the common power supply V 5.
  • the counter electrode A- B, the scanning electrodes CX- DX, respectively are applied to the C y- and D y, by the action of the non-uniform electric field L 2, nucleotides for detection target nucleotide chain Y is fixed The state of being attracted to the chain X '(see arrow) is illustrated.
  • FIGS. 7A to 7C and FIGS. 8A to 8C show examples of voltage application operations corresponding to the detection unit la (three examples), and FIGS. 8A to 8C show examples of voltage application operations corresponding to the detection unit 1b. (3 examples) are shown.
  • the voltage applied between the counter electrodes A and B is such that when the scanning electrodes are sequentially turned on ( G-C! ⁇ C 2 ⁇ G-C 2 ⁇ C 3 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ), and may be always on.
  • the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off each time the scanning electrodes are turned on in order.
  • the voltage applied between the counter electrodes A_B may be turned off when the voltage is applied to the scanning electrodes.
  • the detection nucleotide chain X can be reliably fixed to the scanning electrode.
  • the voltage applied between the opposing electrodes A and B changes when the scanning electrodes are sequentially turned on ( C i- C 2 — C 2 — C 3 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ), and may be always turned on.
  • the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off each time the scanning electrodes are turned on in order.
  • the voltage applied between the counter electrodes A and B may be turned off when applied to the scanning electrodes.
  • the nucleotide chain X for detection can be reliably fixed to the scanning electrode. It should be noted that the same voltage application operation as described above can also be performed for the detection unit 1c and the detection unit 1d described above.
  • the detection nucleotide chain X ′ extended linearly and fixed to the scanning electrode group D or the like and the target nucleotide chain Y linearly extended similarly thereto are complemented.
  • the formation of hydrogen bonds between toxic bases proceeds efficiently with less steric hindrance.
  • FIG. 9 shows a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a fifth embodiment (reference numeral le) of the present invention.
  • a reaction area R is provided in the detection unit indicated by reference numeral 1 e, and a common electrode indicated by reference numeral G and a common electrode G are disposed in the reaction area R in parallel with the common electrode G.
  • Scanning electrode group C (( ⁇ - ⁇ ?)) And are arranged.
  • the common electrode G is connected to a power supply, and the electrodes C to Cz of the scanning electrode group C arranged in a row are connected to the power supply by turning on the switches S i to S z in order.
  • FIG. 9 shows a state (step) in which the switch S y is turned on, a voltage is applied between the electrodes G and C y, and the non-uniform electric field L 2 is formed around the end of the scanning electrode C y.
  • the detection nucleotide chain X dispersed and present in the reaction region R in the form of a random coil or the like extends in the direction along the electric field, and becomes linear.
  • the electrodes to which a voltage is applied (:. E ⁇ by non-uniform electric field L 2 formed in the peripheral edge portion E of z, for detection, which is an extended state in the reaction region R
  • the nucleotide chain X is subjected to dielectrophoresis toward each end E of each electrode, and the nucleotide chain X for detection is placed between the electrodes (C i — CC 2 -C
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a sixth embodiment (reference numeral 1f) of the present invention.
  • a common electrode G is provided in the reaction region R, similarly to the detecting section le.
  • the detection unit If is provided with two rows of scan electrodes C and D, and each of the electrodes ( ⁇ C 2 , C 3 ⁇ C x, Cy * 'C each electrode end E of z, each electrode D 1 (D 2, D 3 ⁇ ⁇ ⁇ DX constituting the scan electrode group D, D y - ⁇ D respectively disposed to face the respective electrode end e of z Have been.
  • the electrodes C to Cz of the scan electrode C group are electrically connected to the power supply by sequentially turning on the switches S ⁇ Sz, and the electrodes D to Dz of the scan electrode D group are connected to the switches s to s.
  • the power is turned on. That is, when Ru oz switch S E and s E, a voltage is applied between the common electrode G-C 1, when turning on the switch S 2 and s 2, the voltage between the common electrode G-C 2, D 2 Applied.
  • FIGS. 2A to 2B show a state in which the switches Sy and sy are turned on and a voltage is applied between the electrodes G-Cy and Dy.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a main configuration of a detection unit and a sensor chip according to a seventh embodiment (reference numeral lg) of the present invention.
  • the detection unit 1g shown in FIG. 3 has a common electrode G in the reaction area R, as well as the detection units le and If, and has two rows of scanning electrodes D and F. It is arranged.
  • the electrodes D i to D z of the scan electrode D group are turned on by the switch S z in order, and the power is turned on.
  • the electrodes F i to F z of the scan electrode F group are sequentially connected to the switches si to s z. By turning it on, it is configured to conduct to the power supply. That is, when turning on the switch S and s E, a voltage is applied between the common electrode G-D have d and turns on the switch s 2 and S 2, a voltage is applied between the common electrode G-D 2, F 2 You.
  • FIG. 11 shows a state in which the switches Sy and sy are turned on, and a voltage is applied between the electrodes G-Dy and Fy.
  • the distance H between each electrode and D 2 and F 2 , and the distance H between D 3 and F 3 * Dz and F z is gradually increased.
  • voltage is applied in the reaction region R.
  • the detection nucleotide chain X that dielectrophores toward (the end of) the contacted electrode can move freely without being physically disturbed by the adjacent electrode (electrode to which no voltage is applied). Desired effects can be obtained. The same effect can be obtained in dielectrophoresis of the target nucleotide chain Y.
  • FIG. 12A is a sectional view taken along line II-II in FIG. 9, and FIG. 12B is a sectional view taken along line II-II showing a modified form (symbol e) of the detector 1e. It is arrow sectional drawing.
  • detector le, 1 'e are quartz glass, silicon, polycarbonate, substrates formed of a synthetic resin such as polystyrene, between the M 2
  • the detector le is configured so that the thickness of the common electrode G and the scanning electrode group C and the depth (or width) of the reaction region R match.
  • a configuration in which the common electrode G and the scanning electrode group C are sandwiched by the dielectric U as in the detection unit 1'e in FIG. 12B can be adopted.
  • a plurality of scanning electrodes C may be arranged in the reaction region R in the depth direction of the reaction region R (the same applies to the detection units lf and lg).
  • the target nucleotide chain Y added to the reaction region R is converted into electrodes G—C (Ci Cz), GD (Di to Dz), and G—F (Fi Fz ) receiving for the action of non-uniform electric field L 2 formed between the respective, hold such is extended by the action of an electric field similar to the detecting nucleotide chain X, the scan electrode group C, D group, the group F fixed It is attracted to the (extended) detection nucleotide chain X ′ in the oxidized state, and the efficient hybridization proceeds without steric hindrance.
  • FIG. 9 shows the progress of hybridization between the nucleotide chain X ′ for detection fixed between the scanning electrodes C x and Cy and the target nucleotide chain Y subjected to the elongation action.
  • Figure 0 shows that hybridization progresses between the detection nucleotide chain X 'fixed between the scanning electrodes Cx and Cy and between DX and Dy and the target nucleotide chain Y that has undergone an elongation action.
  • Fig. 11 shows that the hybridization between the detection nucleotide chain X 'fixed between the scanning electrodes Dx and Dy and between the Fx and Fy and the target nucleotide chain Y subjected to the elongation action was observed. It should be noted that the progress is shown schematically.
  • FIG. 13A is an example of a voltage application operation corresponding to the detection unit 1e
  • FIG. 13B is an example of a voltage application operation corresponding to the detection unit 1f
  • FIG. 13C is a detection unit
  • Each voltage application operation example corresponding to 1 g is shown.
  • each voltage application time can be determined appropriately.
  • the series of voltage application operations in the above order may be repeated a plurality of times as necessary.
  • an effect is obtained that the nucleotide chain X for detection can be reliably fixed by the scanning electrode.
  • FIG. 14 when applying a voltage between the electrodes in each of the detecting sections 1e to lg, the voltage is repeatedly turned on and off a desired number of times, and the voltage is applied intermittently. Adjusts the immobilization of the detection nucleotide chain X, or gradually brings the target nucleotide chain Y in the reaction region R closer to the already fixed detection nucleotide chain X '.
  • the formation of hydrogen bonds between bases complementary to the target nucleotide chain Y extended linearly in the same manner as the nucleotide chain X ′ for use proceeds efficiently without any problem of steric hindrance. That is, the result is obtained that the hybridization reaction between the detection nucleotide chain X ′ and the target nucleotide chain Y proceeds efficiently.
  • a favorable result is obtained in which the reaction time of the hybridization is shortened and the probability of showing a false positive or false negative is also reduced.
  • FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a main part of an eighth embodiment (reference numeral l h) of a detection unit and a sensor chip according to the present invention.
  • the detection unit 1h includes a reaction region R that serves as a place for hybridization between the nucleotide chain X for detection and the target nucleotide chain Y having a base sequence complementary to the nucleotide chain X for detection. Then, a first scan electrode C group arranged in the reaction region R, and a second scan electrode D group arranged so that the ends of the first scan electrode C and each electrode face each other. An electric field is formed by sequentially applying a voltage between adjacent electrodes of the first scanning electrode group C and between adjacent electrodes of the second scanning electrode group D to form a detection nucleotide chain. While being extended by the electric field Then, dielectrophoresis is performed toward the applied scanning electrode, and the extended detection nucleotide chain X ′ can be immobilized so as to bridge between the scanning electrodes.
  • the first 5 figures voltage is marked addition to the scanning electrodes C x- C y by the power supply V 4, the voltage on the scanning electrodes D x- D y is applied by a power supply V 5,.
  • Inhomogeneous field L 2 represents a state in which it is formed.
  • FIG. 16 and FIG. 17 are diagrams illustrating a main configuration of a ninth embodiment (reference numeral 1 i) of the detection unit and the sensor chip according to the present invention.
  • the detection section 1 i is first provided with a reaction region R, and opposed electrodes G and C (C C 2 , C 3 ,... Cx, Cy, C z) are arranged in the reaction region R. It is, are configured connectable state to the power shown and v 2.
  • one rectangular electrode is employed as the electrode G, and one group of electrodes C is a scanning electrode that is arranged to face the electrode G at a predetermined interval.
  • Suitsuchi S and S have S 2, S 3, ⁇ ⁇ ⁇ S x, S y, S z and switch W, W 2, W 3, ⁇ ⁇ 'Wx, Wy, by sequentially On'noofu the Wz, and the electrode G
  • the configuration is such that voltages are successively applied between the electrodes C 2 , C 3. * ′ Cx, Cy, and Cz.
  • FIG. 18A is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIGS. 16 and 17, and FIG. 18B is a detection unit shown in FIG. 18A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III, showing a modified embodiment (reference numeral 1′i) of 1i.
  • the detection units 1 i and 1 ′ i are narrow gaps between substrates M 2 formed of synthetic resin such as quartz glass, silicon, polycarbonate, and polystyrene. It is provided in.
  • the thickness of the electrode C and the like and the depth (or width) of the reaction region R match.
  • each electrode C group is sandwiched between dielectrics U, as in the detection unit 1 ′ i shown in FIG. 18B, so that the distance between the substrates M i and M 2 is increased, The capacity of the region R may be increased.
  • a plurality of scanning electrode groups may be arranged in the reaction region R in a row.
  • FIG. 16 shows a state in which the switches S and Si shown in the drawing are turned on in the detection unit 1 i (or ⁇ i), and a high frequency voltage is applied between the counter electrodes G-C by a power supply.
  • a high-frequency voltage is applied between the electrodes G and C
  • a non-uniform electric field L 2 is formed in the reaction region R.
  • the reaction area R detecting nucleotide chain X being present distributed randomly in, is extended to the line with non-uniform electric field L 2 direction, and a linear can do.
  • the detecting nucleotide chain X in non-uniform electric field L 2 is driven by dielectrophoresis, its one end is fixed in an extended state to an end of a strong electrode Ji E electric field strength.
  • the switch S Next, by turning off the switch S, the high-frequency voltage applied between the electrodes G and C is cut off. Simultaneously or subsequently thereto, by turning on the switch S 2 and W 2 ⁇ Wz, a high frequency voltage is applied between the electrodes C ⁇ one C 2 by the power supply V 2.
  • the other end of the non-fixed nucleotide chain for detection X ′ one end of which is fixed, moves in the direction along the line of electric force of the non-uniform electric field generated between the electrodes Ci and Cs, and the electric field strength is large. It is fixed to the end of the electrode C 2.
  • switch S 2 is turned on, Sl 15 W 2 is turned off, and similarly, one end of detection nucleotide chain X is fixed to the end of scan electrode C 2 , then switches S, W 2 are turned off, and switch S 2 is turned off. 3 and and W 3 to Wz are turned on, and the extended detection nucleotide X ′ is fixed between the scan electrodes C 2 and C 3 .
  • FIG. 17 shows a state in which a nucleotide X ′ for detection is bridge-fixed between the scanning electrodes Cx and Cy.
  • a high-frequency voltage is applied to the electrodes GC at a time, and the nucleotide chain for detection is extended and arranged at each end of the scanning electrode group C. Then, the electrodes adjacent to the scanning electrode group C are arranged. By scanning the applied electric field between The detection nucleotide X ′ may be fixed by bridging between the electrodes of the scanning electrode group C.
  • the target nucleotide chain added later to the reaction region R is extended by the action of the non-uniform electric field formed by the common electrodes G and C, similarly to the nucleotide chain X for detection, and scanned. Electrodes are attracted to the end of group B by dielectrophoresis. The target nucleotide chain attracted to the scanning electrode group B is combined with the detection nucleotide chain X ′ fixed to each end of the scanning electrode group B, and efficiently hybridized without steric hindrance. Progresses.
  • an electric field applied between the common electrodes G and C to G and CX may be sequentially scanned in order to cause the target nucleotide chain to undergo dielectrophoresis on the electrode B group, or a plurality of electrode C groups may be used.
  • An electric field may be applied between electrodes G and C at the same time at the same potential.
  • FIGS. 19A to 19C show a typical embodiment of the scanning electrode end portion E with the scanning electrodes Cx to Cy as a representative example among all the scanning electrodes described above. (The same applies to the other scanning electrodes D and F).
  • FIG. 19A shows a scanning electrode having a rectangular end Ea
  • FIG. 19B shows a scanning electrode having an end Eb having an S-shape
  • FIG. 19C shows an arc Ec having an end Ec.
  • the ends E c is arc-shaped scanning electrodes are considered to be preferred, especially .
  • the surface of the scanning electrode end portion E (Ea, Eb, Ec) may be subjected to a surface treatment so that the terminal of the nucleotide chain X for detection is fixed by a reaction such as a coupling reaction.
  • a reaction such as a coupling reaction.
  • a detection surface that has been surface-treated with streptavidin, it is suitable for immobilization of the end of a nucleotide chain that has been biotinylated.
  • Hybridization can be detected by a conventional method.
  • POP 0-1 that specifically binds between bases of a fluorescent dye or a double-stranded nucleotide labeled on the target nucleotide chain Y can be used.
  • Excitation light is applied to the entire surface of the fluorescent pointer, such as a laser or TOT-13, and the resulting fluorescent light can be detected using a conventional detector.
  • a laser beam for example, a blue laser beam
  • the magnitude of the fluorescence intensity is detected by a detector (not shown).
  • AZD conversion of the fluorescence intensity for each reaction region R is performed, and the binding reaction ratio can be visualized by distributing and displaying the ratio on a computer screen.
  • FIG. 20 shows a main configuration of a hybridization detection unit (hereinafter abbreviated as “detection unit”) and a 10th embodiment (reference numeral 10a) of a sensor chip according to the present invention.
  • detection unit a hybridization detection unit
  • reference numeral 10a a 10th embodiment of a sensor chip according to the present invention.
  • reaction region R is provided in the detection unit 10a.
  • This reaction area R is a storage area to which a sample solution containing a detection nucleotide chain indicated by the symbol X in FIG. 20 and a target nucleotide chain (not shown) is added, and the reaction of the eight hybridizations is performed. Area or space that provides a place for
  • each floating electrode is a circular shape, the shape is not particularly limited, and may be any shape such as a polygon or an ellipse that forms a non-uniform electric field.
  • FIG. 20 shows a state where the switch S is turned on and a voltage is applied between the counter electrodes A and B, and the symbol X shown in the reaction region R is still a random coil.
  • the symbol X ′ represents a detection nucleotide chain that has been linearly extended and fixed to the electrode surface.
  • the detection unit 10a is provided in a narrow gap between substrates formed of a synthetic resin such as quartz glass, silicon, polycarbonate, or polystyrene.
  • a synthetic resin such as quartz glass, silicon, polycarbonate, or polystyrene.
  • the thickness of the counter electrodes A and B and the depth (or width) of the reaction region R match, and in some cases, a configuration is adopted in which the electrodes A and B are sandwiched by a dielectric. However, this may widen the distance between the substrates and increase the capacity of the reaction region R (the same applies to the later-described eleventh embodiment).
  • FIG. 21 shows that, in the detection section 10a, the switch S shown in the figure is turned on, and a high-frequency voltage is applied between the counter electrodes A and B by the power supply V, so that the electric field is applied to the reaction region R.
  • the state in which L is formed is indicated by showing electric lines of force.
  • a non-uniform electric field L in which the electric field is locally concentrated on the surface portions of the electrodes A and B and the floating electrodes C-11 is formed (second example). 1). Due to the action of the non-uniform electric field L, the detection nucleotides randomly dispersed in the reaction area R are present. The chain X can be driven while extending in the direction along the non-uniform electric field L.
  • the detection nucleotide chain X is driven by the effect of dielectrophoresis, and one end thereof is fixed in an extended state to each surface portion of the electrodes A, B, and C11 having a strong electric field strength.
  • FIG. 20 and FIG. 21 show a state in which an extended detection nucleotide chain X ′ is fixed to the surface of each of the electrodes A, B and C-11.
  • the conditions of the electric field applied opposing electrode A, between B is about l X 1 0 6 v / m , about 1 MH z is suitable (Masao Wash i zu and Osamu).
  • the target nucleotide chain that has been added later to the reaction region R is elongated by the action of the non-uniform electric field L formed by the counter electrodes A and B in the same manner as the detection nucleotide chain X ′, and The strong electrodes A, B, and C 11 are attracted by dielectrophoresis to each surface region.
  • the target nucleotide chain attracted to each surface site is efficiently affected by steric hindrance between the target site and the extended detection nucleotide chain X ′ already immobilized on the surface site.
  • the surface so that the terminal site of the nucleotide chain X ′ for detection is fixed by a reaction such as force coupling reaction. It may be processed.
  • the electrode surface is suitable for immobilization of the end of a biotinylated nucleotide chain.
  • the detection unit 10b has a reaction region R, and the counter electrodes A and B are arranged in parallel with the reaction region R so that the connection is possible with the power supply V. Has become.
  • a plurality of floating electrodes D-1 that are not connected to the power supply V are arranged between the counter electrodes A and B.
  • the floating electrode D-1 group of the eleventh embodiment and the floating electrode C-11 group of the tenth embodiment are common in that they are arranged so as to be scattered in the reaction region R.
  • the floating electrodes C-11 are arranged in both the vertical and horizontal directions (see FIGS. 20 and 21), whereas the floating electrodes C-11 of the detector 1013 are not aligned.
  • -1 differs in that they are staggered (see Figure 22).
  • each floating electrode D-1 has a circular shape.
  • the floating electrode D-1 may have any shape such as a polygon, an ellipse, or the like that forms a non-uniform electric field. it can.
  • the floating electrodes C-1 and D-1 groups are spaced apart in the reaction region R so as to be in a matrix shape, so that There is an advantage that many places where the lines of electric force are concentrated can be formed, and the non-uniformity of the electric field formed in the reaction region R can be increased.
  • the hybridization can proceed over the entire reaction region R while ensuring free movement of the nucleotide chains. it can. As a result, the range in which the hybridization can be detected is widened over the entire reaction region R, thereby improving the detection sensitivity.
  • the spacing between the electrodes of each floating electrode C-1 group or D-1 group is not particularly limited, but the molecular length of the detection nucleotide chain X 'in the extended state. 2 times or more, the free movement of the detection nucleotide chain X 'was secured and fixed between the adjacent electrodes C1-1C-1 or D1-1 D-1. Interference and steric hindrance between the detection nucleotides X 'can be prevented.
  • the detection nucleotide chain X' is cross-linked between the floating electrodes C111 and C1-1. It becomes possible to fix it.
  • FIG. 23 is a flow chart briefly showing the procedure of the method.
  • FIG. 23 (A) shows a stage in which the detection nucleotide chain X is present in a rounded state immediately after dropping into the reaction region R.
  • the floating electrode C-1 In (D-1) the nucleotide chain for detection is not yet fixed.
  • FIGS. 23 (B) and (C) show a first procedure P of the hybridization method according to the present invention.
  • Fig. 23 (B) shows that a voltage is applied between the counter electrodes A and B shown in Figs. 20 to 22, and a voltage is applied to the surface of the floating electrode C-1 (D-1).
  • the drawing shows a stage in which a non-uniform electric field L in which the lines of electric force are concentrated is formed, the nucleotide chain X for detection is extended along the lines of electric force, and is attracted to the floating electrode C-1 (D-1).
  • Fig. 23 (C) shows the stage where one end of the extended detection nucleotide chain X 'is fixed to the floating electrode C-1 (D-1) after this stage. I have.
  • FIG. 23 (D) shows a stage where the target nucleotide chain Y has been added to the reaction region R.
  • the voltage application to the counter electrodes AB is stopped, and the target nucleotide chain Y is in a rounded state.
  • the voltage application to the counter electrode ⁇ may be continued.
  • the second 3 view (E), (F) shows a second procedure P 2 of High Priestess die See Shi Yong method according to the present invention.
  • Fig. 23 (E) shows that a voltage is applied again between the counter electrodes A and B, and the non-uniform electric field L in which the lines of electric force are concentrated on the surface of the floating electrode C-1 (D-1).
  • the target nucleotide chain Y is extended along the lines of electric force, and is drawn to the nucleotide chain X ′ for detection.
  • Fig. 23 (F) shows the stage in which the detection nucleotide chain X 'and the target nucleotide chain Y', both of which are in an extended state, are subjected to Brownian motion and hybridized when the voltage is turned off. ing.
  • the voltage application between the counter electrodes A and B is performed by the operation example of the switch S being continuously turned on over the stages of FIGS. 23 (B) to (E) ⁇ switch S Any of the operation examples of intermittently turning on and off the vehicle can be adopted.
  • the voltage is turned on and off a desired number of times, and the voltage is intermittently applied to adjust the timing of fixing the detection nucleotide chain X 'to the electrode, or the detection nucleotide chain already fixed It is possible to make the target nucleotide chain in the reaction region R approach the X ′ in a stepwise manner, move the target nucleotide chain back and forth, and further adjust the timing of the reaction.
  • the complementarity between the nucleotide chain X ′ for detection in a state of being linearly extended and fixed to the electrode and the target nucleotide chain linearly extended in the same manner as the nucleotide chain X ′ for detection is
  • the formation of hydrogen bonds between certain bases, i.e., eight hybridizations proceeds efficiently without steric hindrance, shortens the reaction time, and reduces the probability of showing false positives or false negatives Is obtained.
  • Hybridization can be detected by a conventional method.
  • POP-1 or TOT which specifically binds between the bases of a fluorescent dye or a double-stranded nucleotide labeled on the target nucleotide chain Y, can be used.
  • Excitation light is applied to the fluorescent intercalator such as III-3, and the resulting fluorescence can be detected using a conventional detector.
  • a laser beam for example, a blue laser beam
  • the magnitude of the fluorescence intensity is detected by a detector (not shown).
  • the fluorescence intensity for each reaction region R is AZD-converted, and the binding reaction ratio can be visualized by displaying the distribution on a computer screen.
  • the method for detecting hybridization is not particularly limited.
  • the present invention relates to a reaction region for providing a hybridization field at a surface of a sensor chip such as a D ⁇ chip.
  • the detection nucleotide chain adjusted to the extended state is aligned and fixed in the reaction region (between the scanning electrodes), thereby improving hybridization efficiency, shortening the reaction time, and generating false positives or false negatives. Prevention, etc. can be reliably achieved.
  • the present invention provides a method for immobilizing a nucleotide chain for detection, which has been adjusted to an extended state, on the entire reaction region that provides a hybridization field on the surface of a sensor chip such as DNA. It is possible to reliably improve the efficiency of the solution, shorten the reaction time, improve the detection sensitivity, and prevent the occurrence of false positives or false negatives.

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Abstract

　伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を整列固定させるように工夫することによって、ハイブリダイゼーション効率を向上できるハイブリダイゼーション検出部である。検出用ヌクレオチド鎖（Ｘ）と該検出用ヌクレオチド鎖（Ｘ）と相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖（Ｙ）との間のハイブリダイゼーションの場となる反応領域（Ｒ）が、前記検出用ヌクレオチド鎖（Ｘ）を電界により伸長させながら、誘電泳動の作用によって走査電極（Ｃ）の端部（Ｅ）に固定できる構成とされたハイブリダイゼーション検出部（１ａ）等及びこの検出部（１ａ）等を備えるセンサーチップ及びこれらを用いるハイブリダイゼーション方法を提供する。

Description

明細書 ハイプリダイゼーション検出部とセンサ一チップ及びハィブリダイゼ一 シヨン方法 技術分野
本発明は、 DN Aチップ等のセンサ一チップに好適に利用できるハイ ブリダィゼ一シヨン検出部に係わる技術に関する。 より詳細には、 ハイ ブリダィゼ一ションの場を提供する反応領域において、 伸長状態の検出 用ヌクレオチド鎖を所定電極部位に整列固定させることによって、 ハイ プリダイゼ一ション効率の向上を図る技術に関する。 背景技術
本発明の主たる従来技術を以下説明する。 現在、 マイクロアレイ技術 によって所定の DNAが微細配列された、 いわゆる DNAチップ又は D N Aマイクロアレイ （以下、 「DNAチップ」 と総称。 ） と呼ばれるパ ィオアッセィ用の集積基板が、 遺伝子の変異解析、 SNP s (—塩基多 型） 分析、 遺伝子発現頻度解析等に利用されており、 創薬、 臨床診断、 薬理ジエノミクス、 法医学その他の分野において広範囲に活用され始め ている。
この DNAチップは、 ガラス基板ゃシリコン基板上に多種 ·多数の D NAオリゴ鎖ゃ c DNA (complementary DNA) 等が集積されている ことから、 ハイプリダイゼ一シヨン等の分子間相互反応の網羅的解析が 可能となる点が特徴とされている。
DNAチップによる解析手法の一例を簡潔に説明すれば、 ガラス基板 やシリコン基板上に固相化された DNAプローブに対して、 細胞、 組織 等から抽出した mRN Aを逆転写 P CR反応等によって蛍光プローブ d NT Pを組み込みながら P CR増幅し、 前記基板上においてハイブリダ ィゼーションを行い、 所定の検出器で蛍光測定を行うという手法である ( ここで、 DNAチップは二つのタイプに分類できる。 第 1のタイプは， 半導体露光技術を応用したフォトリソグラフィ一の技術を用いて、 所定 の基板上に直接オリゴヌクレオチドを合成していくものであり、 ァフィ メトリクス社 （A f f yme t r i x社） によるものが代表的である (例えば、 特表平 4一 5 0 5 7 6 3号公報参照） 。 この種のチップは、 集積度は高いが、 基板上での DNA合成には限界があって、 数十塩基程 度の長さである。
第 2のタイプは、 「スタンフォード方式」 とも称されるもので、 先割 れピンを用いて、 予め用意された DNAを基板上に分注 ·固相化してい くことによって作製されるものである （例えば、 特表平 1 0— 5 0 3 8 4 1号公報参照） 。 この種のチップは、 集積度は前者に比べて低いが、 l k b程度の DNA断片を固相化できるという利点がある。
続いて、 I EEE TRANSACT I ONS ON I NDUS T R Y AP P L I CAT I ONS, VOL. 3 1， N o. 3 MAY/ J UNE 1 9 9 5、 P 4 5 1には、 対向電極間に配列された浮遊電極 (floating potential electrodes) に形成される電界の作用によつ て、 DNAを電極表面に固定する技術 （DNA i mm o b i 1 i z a t i o n m e t h o d s ) が開示されている。
しかしながら、 上記した従来の DNAチップ技術では、 検出表面部位 (スポット部位） に固定化された DNAプローブ等の検出用ヌクレオチ ド鎖は、 ブラウン運動の作用でランダムコイル状に絡まったり、 丸まつ たり等しており、 また、 検出表面においてその集積密度に偏りがあった < このため、 標的ヌクレオチド鎖とのハイプリダイゼーションの際には 立体障害が発生するので、 ハイブリダィゼ一シヨンの効率が悪く、 反応 にも長時間を要し、 更には、 擬陽性又は偽陰性を示してしまう可能性も あるという技術的課題があつた。
このため、 ハイブリダィゼ一シヨンの効率を向上させるために、 既存 の DNAチップの検出表面領域 （スポット領域） に対して、 DNAを、 立体障害が起き難いと予測される直鎖状構造で固定することを実現する ベく、 前記 I EEE TRANSACT I ONS ON I NDUS T R Y AP P L I CAT I ONS, VOL. 3 1 , No. 3 MAY/ J UNE 1 99 5、 P 45 1に開示された D N A固定技術を応用し、 DNAチップの検出表面領域に、 対向電極と該対向電極間に浮遊電極を 配列しておき、 試料溶液に電界をかけて浮遊電極表面に DN Aを固定す ることが考えられる。 しかし、 前記 DNA固定技術では、 対向電極の間 に該対向電極と同長の浮遊電極を単に配置した構成であるので、 浮遊電 極表面に形成される不均一電界の量や密度が低く、 固定される DNAの 量が充分でないため、 ハイブリダィゼーション効率の向上が充分に図れ ないことが予測された。
そこで、 本発明は、 検出表面部位においてハイブリダィゼ一シヨンの 場を提供する反応領域において、 伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を整 列固定させるように工夫することによって、 ハイブリダィゼーシヨン効 率の向上を図ることを主な目的とする。 発明の開示
上記技術的課題を解決するために、 本発明においては、 検出用ヌクレ ォチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を備える標 的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼーションの場となる反応領域 が、 前記検出用ヌクレオチド鎖を電界によって伸長させ、 誘電泳動の作 用により前記反応領域に配列された走査電極部位に固定できる構成とさ れた 「ハイブリダィゼーシヨン検出部」 及び該検出部を備える 「センサ 一チップ」 を提供するとともに、 これらを用いて実施できる 「ハイプリ ダイゼーシヨン方法」 を提供する。
本発明では、 前記反応領域に形成された電界によって検出用ヌクレオ チド鎖を伸長させることができ、 加 て、 反応領域内に配列された走査 電極の端部周辺領域に、 局所的に不均一電界 （電気力線が一部に集中す る電界） を形成し、 これにより、 前記反応領域に存在する伸長状態の検 出用ヌクレオチド鎖を走査電極の端部に向けて誘電泳動して、 伸長状態 とされた検出用ヌクレオチド鎖を、 走査電極を構成する電極間に橋架け するように固定させていくことができるという作用 ·効果を得ることが できる。
ヌクレオチド鎖を伸長させるための電界を形成するための電極 （対向 電極、 共通電極を含む。 ） 並びに伸長状態とされた検出用ヌクレオチド 鎖を固定するための走査電極の構成は、 前記効果が得られる範囲内で適 宜決定できる。 電極が適当数設けられた走査電極においては、 チップ所 定箇所に設けられたスィツチを切り替えていくことで、 電圧が印加され る電極を順番に選択し、 印加電極 （印加状態にある電極） に近在する (伸長状態の） 検出用ヌクレオチド鎖を、 誘電泳動の作用によって電極 側に引き付け、 隣り合う走査電極の各端部間に橋架け状態となるように 次々に固定させていくことが可能なる。
この手段又は方法により、 反応領域に滴下されて分散し、 ブラウン運 動によってランダムコイル状に絡み合った形態となっている ひ イブリ ダイゼ一シヨンには適さない形態の） 検出用ヌクレオチド鎖を、 伸長さ せてハイブリダィゼ一シヨンし易い直鎖状の形態に調整し、 更に、 検出 用ヌクレオチド鎖を伸長状態のままで走査電極部位に整列固定させてい くことによって、 反応領域における検出用ヌクレオチド鎖の密度を平均 化できる。
反応領域内に整列固定された検出用ヌクレオチド鎖に対し、 後添加さ れてくる標的ヌクレオチド鎖も同様の手段で伸長させて走査電極部位に 引き付け、 ハイブリダィゼ一シヨンさせることができる。 伸長されたヌ クレオチド鎖同士は、 それぞれ塩基同士が重層することが無くなる結果、 反応時の立体障害がなくなり、 八イブリダィゼ一ション反応が円滑に行 われるようになる。
なお、 ヌクレオチド鎖の伸長は、 1 M V Zm程度の高周波電界を印加 すると、 ヌクレオチド鎖 （リン酸イオン等を備えるヌクレオチド鎖の陰 電荷とイオン化した水素原子の陽電荷で構成される多数の分極べクトル からなるヌクレオチド鎖） に誘電分極が生じ、 その結果、 ヌクレオチド 分子が電界と平行に直線状に引き伸ばされるという原理に基づいている, また、 上記技術的課題を解決するために、 まず、 本発明においては、 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配 列を有する標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ションの場と なる反応領域と、 前記反応領域に配置された対向電極と、 前記対向電極 間に点在するように配設された複数の浮遊電極と、 を備えるハイプリダ ィゼーション検出部を提供する。
前記対向電極の配置構成は特に限定しないが、 反応領域に平行に配置 された構成を採用することによって、 対向電極に挟まれた反応領域全体 に、 電界を均一かつ高密度に形成することができ、 これにより反応領域 に存在する各ヌクレオチド鎖を電気力線に沿って平行に伸長させること ができる。 ヌクレオチド鎖の伸長は、 1 M V Zm程度の高周波電界を印加すると. ヌクレオチド鎖 （リン酸イオン等を備えるヌクレオチド鎖の陰電荷とィ オン化した水素原子の陽電荷で構成される多数の分極べク卜ルからなる ヌクレオチド鎖） に誘電分極が生じ、 その結果、 ヌクレオチド分子が零 界と平行に直線状に引き伸ばされるという原理に基づいている。
伸長されたヌクレオチド鎖は、 塩基同士が重層することが無くなる結 果、 反応時の立体障害がなくなって、 相補性のある塩基配列同士の会合 (水素結合） の確率をより高めることができ、 近在するヌクレオチド鎖 とのハイプリダイゼーシヨン反応が円滑に行われるようになる。
本発明において、 上記浮遊電極は、 電気力線が一部に集中する箇所を 反応領域内に多数形成する役割を果たし、 当該箇所に検出用ヌクレチド 鎖 （の末端） を固定する役割を果たす。 この浮遊電極を前記対向電極間 の反応領域に点在するように配設する構成を採用することによって、 電 気力線が集中する箇所を、 前記反応領域内に均一かつ高密度で設けるこ とができる。 また、 浮遊電極を反応領域に点在させる構成によって、 反 応領域中のヌクレオチド鎖が自由に移動できるという利点がある。
浮遊電極の形態は特に限定しないが、 電界 （電気力線） が集中し易く かつヌクレオチド鎖が固定し易い形態であるという観点から、 円弧状又 は多角形状の表面形状を備える浮遊電極、 即ち不均一電界を形成できる 形状を備える浮遊電極を採用することができる。 また、 浮遊電極の電極 表面は、 前記対向電極の電極表面よりも狭小に形成することによって、 浮遊電極の電極表面に電界が集中し易くなり、 不均一電界が形成されや すくなるので好適である。 更には、 浮遊電極の表面を、 前記検出用ヌク レオチド鎖を固定できる表面処理を施こしておくことによって、 前記検 出用ヌクレオチド鎖の固定作業を、 確実に行うことができる。 次に、 本発明では、 上記ハイブリダィゼ一シヨン検出部を少なくとも 備えるセンサ一チップを提供する。 より具体的には、 検出用ヌクレオチ ド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある塩基配列を備える標的ヌ クレオチド鎖との間のハイプリダイゼーションの場となる反応領域と、 前記反応領域に配設された対向電極と、 前記対向電極間に配置された複 数の浮遊電極と、 を備え、 前記対向電極に電圧を印加することにより前 記反応領域に存在する前記検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態にし、 この 伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を前記対向電極及び前記浮遊電極の局 所的な表面部位に生じる不均一電界で誘電泳動させて、 前記対向電極及 び前記浮遊電極の前記表面部位に固定させることが可能なセンサ一チッ プを提供する。
このセンサーチップによれば、 反応領域に滴下されて分散し、 ブラウ ン運動によってランダムコイル状に絡み合った形態となっている （ハイ ブリダィゼーシヨンには適さない形態の） 検出用ヌクレオチド鎖を、 伸 長させてハイブリダィゼ一シヨンし易い直鎖状の形態に調整し、 更に、 この検出用ヌクレオチド鎖を、 伸長状態のままで浮遊電極の表面部位に 固定させていくことが可能となる。
そして、 更に前記対向電極に電圧を印加することによって、 前記反応 領域に存在する前記標的ヌクレオチド鎖を伸長状態にして、 前記対向電 極及び前記浮遊電極の前記表面部位に固定させた前記検出用ヌクレオチ ド鎖とハイブリダィゼ一シヨンさせることが可能となる。 なお、 本発明 に係るセンサーチップにおける前記対向電極によって形成される電界は, 特に交流を採用することができる。
更に、 本発明では、 以下のハイブリダィゼーシヨン方法を提供する。 本方法は、 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性の ある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一シ ヨンの場となる反応領域と、 前記反応領域に配置された対向電極と、 前 記対向電極間に配設された複数の浮遊電極と、 を備えた検出表面を用い る方法である。
そして、 前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存 在する前記検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態とし、 この伸長状態の検出 用ヌクレオチド鎖を前記対向電極及び前記浮遊電極の局所的な表面部位 に生じる不均一電界で誘電泳動して、 前記浮遊電極の前記表面部位に固 定させる手順 （第 1手順） と、 前記対向電極に電圧を印加することによ り前記反応領域に存在する前記標的ヌクレオチド鎖を伸長状態にして、 前記浮遊電極の前記表面部位に固定された伸長状態の前記検出用ヌクレ ォチド鎖とハイブリダィゼーシヨンさせる手順 （第 2手順） と、 を備え る。
この方法では、 対向電極に電圧を印加することによって反応領域中に 電界を形成することによって、 該反応領域中に配設された浮遊電極の表 面部位及び対向電極の表面部位に不均一電界を形成し、 この不均一電界 による誘電泳動の作用に基づいて、 最初に、 前記電極の表面部位に検出 用ヌクレオチド鎖を伸長させながら固定する。
続いて、 前記同様の誘電泳動の作用に基づいて、 前記反応領域に後添 加されてきた標的ヌクレオチド鎖を伸長させながら、 前記表面部位に固 定されている伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖に接近させ、 直鎖状同士 のヌクレオチド鎖同士で、 より効率の良いハイブリダィゼ一ションを進 行させることができる。
本発明は、 以上の遺伝子の変異解析、 S N P s (—塩基多型） 分析、 遺伝子発現頻度解析等において必須となるハイプリダイゼーシヨンの検 出を、 効率良く実施できるハイブリダィゼーシヨン検出部及び該検出部 を備える D N Aチップ等のセンサ一チップを、 創薬、 臨床診断、 薬理ジ エノミクス、 法医学その他の関連産業界に提供するという技術的意義を 有している。
ここで、 本発明における主な技術用語の定義付けを行う。 本発明にお いて 「ヌクレオチド鎖」 とは、 プリンまたはピリミジン塩基と糖がダリ コシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体を意味し、 DN Aプロ一ブを含むオリゴヌクレオチド、 ポリヌクレオチド、 プリンヌク レオチドとピリミジンヌクレオチォドが重合した DNA (全長あるいは その断片） 、 逆転写により得られる c DNA (c DNAプローブ） 、 R NA、 ポリアミドヌクレオチド誘導体 （PNA) 等を広く含む。
「検出用ヌクレオチド鎖」 は、 前記検出表面に直接的に又は間接的に 固定化されるヌクレオチド鎖であり、 「標的ヌクレオチド鎖」 は、 前記 検出用ヌクレオチド鎖と相補的な塩基配列を備えるヌクレオチド鎖であ つて、 場合によっては、 蛍光物質等により標識される。
「ハイブリダィゼ一シヨン」 は、 相補的な塩基配列構造を備えるヌク レオチド鎖間の相補鎖 （二重鎖） 形成反応を意味する。
「反応領域」 は、 液相中でのハイブリダィゼ一シヨン反応の場を提供 できる試料溶液貯留領域である。 この反応領域では、 一本鎖ヌクレオチ ド間の相互反応、 即ちハイブリダィゼ一シヨンに加え、 検出用ヌクレオ チド鎖から所望の二本鎖ヌクレオチドを形成し、 該ニ本鎖ヌクレオチド とペプチド （又はタンパク質） の相互反応、 酵素応答反応その他の分子 間相互反応も行わせることができる。 例えば、 前記二本鎖ヌクレオチド を用いる場合は、 転写因子であるホルモンレセプ夕一等のレセプ夕一分 子と応答配列 DN A部分の結合等を分析することができる。
「立体障害 （steric hindrance) 」 は、 分子内の反応中心等の近傍 に嵩高い置換基の存在や反応分子の姿勢や立体構造 （高次構造） によつ て、 反応相手の分子の接近が困難になることによって、 所望の反応 （本 発明では、 ハイブリダィゼーシヨン） が起こりにくくなる現象を意味す る。
「誘電泳動」 は、 電界が一様でない場において、 分子が電界の強い方 へ駆動する現象であり、 交流電圧をかけた場合も、 かけた電圧の極性の 反転につれて分極の極性も反転するので、 直流の場合と同様に駆動効果 が得られる （監修，林 輝、 「マイクロマシンと材料技術 （シーエムシ 一発行） 」 、 P 3 7〜P 4 6 ·第 5章 '細胞および D N Aのマニピユレ —ション参照） 。
「対向電極」 は、 反応領域内に少なくとも一対の相対向する電極であ つて、 電圧が印加されたときに、 反応領域に電界を形成する役割を発揮 するものである。
「共通電極」 は、 複数の電極との間で電圧印加可能な電極を意味する < 「走査電極」 は、 スィッチのオン オフにより順次電圧印加可能な複数 の電極が配列された電極群を意味する。
「浮遊電極」 は、 導電性を備え、 外部電源に接続されていない孤立し た電極を意味する。
「センサーチップ」 は、 石英ガラスや合成樹脂等で形成された基板に 物質間の相互反応作用を検出できる検出表面及び反応領域が設けられた ものを意味し、 代表例として D N Aチップを挙げることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係るハイブリダィゼ一シヨン検出部 （l a ) 及び センサーチップの要部構成を表す図である。
第 2 A図は、 第 1図に表された検出部 （ l a ) の I 一 I線矢視断面図. 第 2 B図は、 第 2 A図で示された検出部 （ 1 a ) の変形形態 （ 1 ' a ) を表す I 一 Iである。 第 3図は、 検出部 l a (又は l ' a) において、 対向電極 A— B間に 電圧が印加され、 かつ第 2対向電極 G— C X間及び G— C y間に電圧が 印加されて、 走査電極 C x、 C y付近に不均一電界 L 2が形成された状 態を表す図である。
第 4図は、 本発明に係る検出部及びセンサ一チップの第 2実施形態 (符号 l b) の要部構成を表す図である。
第 5図は、 本発明に係る検出部及びセンサ一チップの第 3実施形態 (符号 l c ) の要部構成を表す図である。
第 6図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 4実施形態 (符号 I d) の要部構成を表す図である。
第 7 A図乃至第 7 C図は、 検出部 （l a) の対する電圧印加操作 （3 例） を表す図である。
第 8 A図乃至第 8 C図は、 検出部 （l b) に対応する電圧印加操作例 ( 3例） を表す図である。
第 9図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 5実施形態 (符号 l e ) の要部構成を表す図である。
第 1 0図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 6実施形態 (符号 1 f ) の要部構成を表す図である。
第 1 1図は、 本発明に係る検出部及びセンサ チップの第 7実施形態 (符号 l g) の要部構成を表す図である。
第 1 2 A図は、 第 9図中の I I _ I I線矢視断面図、 第 1 2 B図は、 検出部 （ 1 e ) の変形形態 （符号 1 ' e ) を表す I I 一 I I線矢視断面 図である。
第 1 3 A図は、 検出部 （ 1 e ) に対応する電圧印加操作例を表す図、 第 1 3 B図は、 検出部 （ I f ) に対応する電圧印加操作例を表す図、 第 1 3 C図は、 検出部 （ l g) に対応する電圧印加操作例を表す図である 第 1 4図は、 他の電圧印加操作例を表す図である。
第 1 5図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 8実施形態 (符号 l h) の要部構成を表す図である。
第 1 6図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 9実施形態 (符号 1 i ) の要部構成を表す図である。
第 1 7図は、 同第 9実施形態 （符号 1 i ) の要部構成を表す図である, 第 1 8 A図は、 第 1 6図、 第 1 7図中の I I I — I I I線矢視断面図. 第 1 8 B図は、 前第 1 8 A図で示された検出部 1 iの変形形態 （符号 1 ' i ) を示す I I I — I I I線矢視断面図である。
第 1 9 A図は、 走査電極の矩形状端部 （E a) を表す図、 第 1 9 B図 は、 走査電極の三角形状端部 （E b) を表す図、 第 1 9 C図は、 走查電 極の円弧状端部 （E c ) を表す図である。
第 2 0図は、 本発明に係るハイブリダィゼーシヨン検出部及びセンサ 一チップの第 1 0実施形態 （1 0 a) の要部構成を表す図である。
第 2 1図は、 同検出部に不均一電界 （L) が形成された様子を示す図 である。
第 2 2図は、 本発明に係るハイブリダィゼ一ション検出部及びセンサ —チップの第 1 1実施形態 （ 1 0 b) の要部構成を表す図である。
第 2 3図は、 本発明に係るハイブリダィゼーシヨン方法の実施例手順 を簡潔に示すフロー図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面に基づいて、 本発明の好適な実施形態について説明す る。
<第 1実施形態 > まず、 第 1図は、 本発明に係るハイブリダィゼ一シヨン検出部 （以下, 「検出部」 と略称する。 ） 及びセンサーチップの第 1実施形態 （符号 1 a) の要部構成を表す図である。
第 1実施形態である検出部 1 aには、 まず、 反応領域 Rが設けられて いる。 この反応領域 Rは、 検出用ヌクレオチド鎖 X又は標的ヌクレオチ ド鎖 Yを含む試料溶液が添加される貯留領域であって、 ハイプリダイゼ —シヨンの反応の場を提供する領域又は空間である。
この反応領域 Rには、 対向電極 A, Bが配置されている。 この対向電 極 A, Bは、 好適には平行に配置され、 ともに電源 ェに接続されてい る。 図示されたスィッチ sをオンにし、 電源 ェによって高周波電圧を 印加すると、 電極 A, B間の反応領域 Rに、 均一電界 （電気力線が一部 に集中しない電界） が形成される （第 1図中の符号 1^で示す線を参 照） 。
前記対向電極 A, Bの電界の条件は、 約 l X 1 06VZm、 約 1 MH zという条件が、 好適である （Masao Washizu and Osamu
Kurosawa： Electrostatic Manipulation of DNA in
Microf abr icated Structures" ， IEEE Transaction on
Industrial Application Vo 1.26, No. 6, .1165-1172 (1990) 照） 。 以下説明するすべての電界条件は、 これと同様であるので説明を 割愛する。
前記均一電界 Lェの作用によって、 前記反応領域 R中にランダムコィ ル状等の形態で分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖 Xを、 前記 均一電界 1^に沿った方向に伸長させ、 直鎖状とすることができる （原 理については既述） 。
続いて、 対向電極 A, Bの間には、 対向電極 A， Bと直交するように. 第 2の対向電極 G, C (C 1； C 2, C , · · · C X, C y, C z ) が 配置されており、 それぞれ図示された電源 V2に接続又は接続可能に構 成されている。
検出部 l aにおいては、 電極 Gに一つの矩形状電極が採用され、 一方 の電極 C群には、 所定距離を隔てて、 前記電極 Gに対向するように各電 極が配置された走査電極が採用されている。 即ち、 走査電極 C群は、 ス イッチ Sい S 2, S 3 · · · S x， S y , S zを順次オン Zオフするこ とによって、 隣り合う一対の走査電極 D間に次々に電圧が印加されてい く構成を備える。 導通状態では、 各走査電極間 （例えば、 Gと Cx， C y間） の各領域に （特に走査電極 Cの端部周辺に） 、 電気力線が集中す る不均一電界 L 2が形成される （第 3図参照） 。
なお、 走査電極 C群の各電極 Cい C 2 · · · C zの配置間隔は、 伸 長状態の検出用ヌクレオチド鎖 X' を橋架けするように固定する目的か ら、 前記検出用ヌクレオチド鎖 X' の分子長以下とする （以下、 すべて の実施形態において同様） 。
次に、 第 2 A図は、 第 1図中の I — I線矢視断面図であり、 第 2 B図 は、 第 2 A図で示された検出部 1 aの変形形態 （符号 1 ' a) を表す I 一 I線矢視断面図である。
第 2 A図で示されているように、 検出部 1 aとその変形形態 1 ' aは, 石英ガラスやシリコン、 ポリカーボネート、 ポリスチレン等の合成樹脂 で形成された基板 M2の間の狭小な間隙に設けられている。 検出 部 l aでは、 電極 A， B等の厚みと反応領域 Rの深さ （又は幅） がー致 している。
場合によっては、 第 2 B図に示される検出部 1 ' aのように、 誘電体 Uによって各電極 A, B等を挟持させた構成とし、 これにより基板 M1 ; M2の間隔を広げ、 反応領域 Rの容積を増やすようにしてもよい。 また, 図示はしないが、 反応領域 Rには、 走査電極 C群を反応領域 Rの深さ方 向に複数列並べて配置してもよい。
ここで、 第 3図は、 前記検出部 l a (又は 1 ' aでもよい。 ） におい て、 対向電極 A— B間に電圧が印加され、 かつ第 2対向電極 G— C x間 及び G— C y間に電圧が印加されて、 走查電極 C x、 C y付近に不均一 電界 L 2が形成された状態を表している。 この第 3図では、 反応領域 R に対して標的ヌクレオチド鎖 Yが既に添加された状態が示されており、 対向電極 A— B間に形成された電界 は、 省略されて表されてい る。
第 3図に示すように、 対向電極 A、 Bによる均一電界の作用で伸長さ れた検出用ヌクレオチド鎖 Xは、 近在する走査電極。エー c 2， c 2— c
3 - · - C x - C y - · ·の間に向けて誘電泳動によって駆動され、 各 電極 Dの端部 d— d間に橋架けされた状態で固定される。
第 3図中における符号 X 'は、 隣り合う走査電極 C間に固定された状 態の検出用ヌクレオチド鎖を示している （他の図面でも同様） 。 なお、 この第 3図は、 スィッチ S x、 S yがオンされ、 電極 Gと C x— C y間 に不均一電界 L 2が形成されている段階を示している。
ここで、 反応領域 Rに後添加されてきた標的ヌクレオチド鎖 Yは、 対 向電極 A , Bによって形成された均一電界の作用を受けて、 検出用ヌク レオチド鎖 Xと同様に伸長される。 この伸長された標的ヌクレオチド鎖 Y (の相補配列部分） は、 電極 C間に固定化された状態の （伸長され た） 検出用ヌクレオチド鎖 X 'に引き寄せられると、 立体障害の影響も なく、 効率の良いハイブリダィゼーションが進行する。
<第 2実施形態 >
次に、 第 4図は、 本発明に係る検出部及びセンサ一チップの第 2実施 形態 （符号 l b ) の要部構成を表している。 この検出部 l bは、 上記した第 1実施形態である検出部 1 a ( 1 ' a) と異なり、 各走査電極群じい C 2, C 3 - · · C X , C y , C zに 対向する電極 （第 1図， 第 3図中の符号 Gに相当する電極） が設けられ ていない。 隣り合う走査電極間 ^— C 2， C 2 - C 3 , · · · C x - C y, · · · に対しては、 図示された所定のスィッチ S群のオン Zオフ手 順に基づき、 図示された電源 V3から電圧が順次印加される構成となつ ている。
この第 4図では、 対向電極 A— B、 走査電極 C x— C yに電圧が印加 され、 走查電極 C X — C y間に不均一電界 L2が形成され、 走査電極 C X — C y間に固定された検出用ヌクレオチド鎖 X'に向けて標的ヌクレ ォチド鎖 Yが引き付けられている状態 （矢印部分参照） が例示されてい る。
<第 3実施形態 >
第 5図は、 本発明に係る検出部及びセンサ一チップの第 3実施形態 (符号 l c ) の構成を表している。
第 5図で表された検出部 1 cは、 対向電極 A, Bの間の領域に、 電源 V3によって印加される走査電極 C群と電源 V4によって印加される走 查電極 D群とを対向するように配置させている。 具体的には、 並んで配 列された走査電極 Cい C 2, C 3 - · · C X , C y, C zに対して、 そ れぞれ対向するように走査電極 Dい D 2, D 3 - · ■ D X , D y , D z が配設されている。
この第 5図では、 対向電極 A— B、 走査電極 C x _ C y、 D x— D y に印加され、 標的ヌクレオチド鎖 Yが、 不均一電界 L2 の作用によって. 走查電極 C X — C y間、 D X — D y間にそれぞれ固定された検出用ヌク レオチド鎖 X'に引き付けられている状態 （矢印部分参照） が例示され ている。 <第 4実施形態 >
続いて、 第 6図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチ、;/プの第 4実 施形態 （符号 I d) の要部構成を表している。
この検出部 I dは、 第 3実施形態である検出部 1 cと同様に、 並設さ れた走査電極 Cい C 2, C 3 - · · C X , C y , C zに対して、 それぞ れ対向するように走査電極 Dい D 2, D 3 - · - D X, D y， D zが配 設されている。 走査電極 C群と D群は、 共通の電源 V5によって印加さ れる構成を備えている。
この第 6図では、 対向電極 A— B、 走査電極 C X— D X, C y—と D yにそれぞれ印加され、 不均一電界 L 2の作用によって、 標的ヌクレオ チド鎖 Yが固定された検出用ヌクレオチド鎖 X'に引き付けられている 状態 （矢印部分参照） が例示されている。
続いて、 電圧印加操作例を第 7 A図乃至第 7 C図、 第 8 A図乃至第 8 C図について説明する。 なお、 第 7 A図乃至第 7 C図は、 検出部 l aに 対応する電圧印加操作例 （3例） 、 第 8 A図乃至第 8 C図は、 検出部 1 bに対応する電圧印加操作例 （3例） をそれぞれ表している。
第 1図の検出部 1 aを例に説明すると、 第 7 A図に示すように、 対向 電極 A— B間に印加している電圧は、 走査電極を順番にオンしていくと きに (G - C！ · C 2→G- C 2 · C 3→ · · · ) 、 常時印加オンとして もよい。
また、 第 7 B図に示すように、 対向電極 A— B間に印加している電圧 は、 走査電極を順番にオンするたびにオフするようにしてもよい。
更に、 第 7 C図に示すように、 対向電極 A_ B間に印加している電圧 は、 走査電極に印加するときはオフするようにしてもよい。 これらの電 圧印加操作を繰り返すことによって、 検出用ヌクレオチド鎖 Xは走查電 極に確実に固定できる。 第 4図の検出部 1 bを例に説明すると、 第 8 A図に示すように、 対向 電極 A— B間に印加している電圧は、 走査電極を順番にオンしていくと きに （C i一 C 2— C 2— C 3→ · · · ) 、 常時印加オンとしてもよい。 また、 第 8 B図に示すように、 対向電極 A _ B間に印加している電圧 は、 走査電極を順番にオンするたびにオフするようにしてもよい。
更に、 第 8 C図に示すように、 対向電極 A— B間に印加している電圧 は、 走査電極に印加するときはオフ状態にしてもよい。 これらの電圧印 加操作を繰り返すことによって、 検出用ヌクレオチド鎖 Xは走査電極に 確実に固定できる。 なお、 既述した検出部 1 c、 検出部 1 dについても， 上記同様の電圧印加操作を実施できる。
なお、 第 7 B図、 第 7 C図、 第 8 B図、 第 8 C図の塲合のように、 対 向電極 A— B間に対する電圧をオン オフして断続的に印加すると、 固 定された検出用ヌクレオチド鎖 X 'に対して、 反応領域 R中の標的ヌク レオチド鎖 Yを段階的に接近させたり、 あるいは標的ヌクレオチド鎖 Y を前後に移動させたり、 更には、 反応のタイミングを調整したりするこ とができるという利点がある。
また、 対向電極 A— B間に対する電圧の印加をオフにすることによつ て、 直鎖状の標的ヌクレオチド鎖 Yと直鎖状の検出用ヌクレオチド鎖 X 'との間の相補鎖形成反応、 即ちハイブリダィゼーシヨンを、 専らブラ ゥン運動に委ねて進行させることができる。
以上の電圧印加操作により、 直鎖状に伸長されて走査電極 D群等に固 定された状態の検出用ヌクレオチド鎖 X 'とこれと同様に直鎖状に伸長 された標的ヌクレオチド鎖 Yの相補性のある塩基間の水素結合の形成は， 立体障害が少なくなり、 効率良く進行することになる。
即ち、 検出用ヌクレオチド鎖 X 'と前記標的ヌクレオチド鎖 Yとのハ ィブリダイゼーション反応が効率良く進行するという結果が得られる。 この結果、 ハイブリダィゼーションの反応時間が短縮されるとともに、 擬陽性又は偽陰性を示す確率も減少するという好ましい結果が得られる, <第 5実施形態 >
第 9図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 5実施形態 (符号 l e ) の要部構成を表している。
符号 1 eで示された検出部には、 反応領域 Rが設けられており、 この 反応領域 Rには、 符号 Gで示される共通電極と、 この共通電極 Gとそれ ぞれ平行に配置された走査電極群 C ( ( ェ〜じ？） と、 が配設されてい る。
共通電極 Gは、 電源 ェに接続されており、 一列に配置された走査電 極群 Cの各電極 C 〜C zは、 スィッチ S i〜S zを順にオンにしてい くことで電源 に接続される構成となっている。 第 9図は、 スィッチ S yがオンにされ、 電極 G— C y間に電圧が印加され、 走査電極 C yの 端部周辺に不均一電界 L 2が形成されている状態 （段階） を示している 共通電極 Gと走査電極群 Cを構成する各電極 ェ〜。 zとの間に、 ス イッチ S i〜S zを切り替えて、 高周波電圧を順番に印加していくと、 電極 Gと各電極 ：ェ〜じ zの間の反応領域 Rには、 不均一電界 L 2が形 成される。
前記電界の作用によって、 前記反応領域 R中にランダムコィル状等の 形態で分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖 Xは、 前記電界に沿 つた方向に伸長し、 直鎖状とされる。 このヌクレオチド鎖の伸長作用と 同時に、 電圧が印加された各電極（：ェ〜。 zの端部 E周辺に形成された 不均一電界 L 2により、 前記反応領域 Rにおいて伸長状態とされた検出 用ヌクレオチド鎖 Xは、 各電極じェ〜。 zの各端部 Eに向けて誘電泳動 され、 検出用ヌクレオチド鎖 Xは、 各電極間 （C i— C C 2 - C
3 , · · - C y - C z ) に橋架けされるように固定される。 より具体的には、 反応領域 Rにおいて伸長状態とされた検出用ヌクレ ォチド鎖 Xの一端部は、 不均一電界 L 2による誘電泳動により電極 C の端部 に引き寄せられて接着し、 続いて、 該ヌクレオチド鎖 Xの残 りの他端部は、 次に電圧印加される隣の電極 C2の端部 E 2に引き寄せ られて接着固定される。 このようにして、 検出用ヌクレオチド鎖 Xは、 各電極間 （C i— C^ C 2 - C 3 , · · - C y - C z ) に橋架けされる ように固定されることになる。 なお、 第 9図中の符号 X'は、 電極端部 に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖を表している。
<第 6実施形態 >
続いて、 第 1 0図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 6 実施形態 （符号 1 f ) の要部構成を表す図である。
検出部 I f には、 上記検出部 l eと同様に、 反応領域 Rに共通電極 G が設けられている。 この検出部 I f には、 2列の走査電極 C群， Dが配 設されており、 走査電極 C群を構成する各電極（ ぃ C2， C3 · · ■ C x, Cy * ' C zの各電極端部 Eは、 走査電極 D群を構成する各電極 D 1( D 2, D 3 · · · D X , D y - · D zの各電極端部 e とそれぞれ対向 するように配置されている。
ここで、 走査電極 C群の各電極 C 〜C zは、 スィッチ S ^S zを 順にオンにしていくことで電源 に導通され、 走査電極 D群の各電極 D 〜D zは、 スィッチ s 〜 s zを順にオンにしていくことで電源 に導通される構成となっている。 即ち、 スィッチ Sェ及び sェをオンす ると、 共通電極 G— C 1 間に電圧が印加され、 スィッチ S 2及び s 2をオンすると、 共通電極 G— C2， D 2間に電圧が印加される。 なお、 第 2 A図乃至第 2 B図は、 スィッチ S y、 s yがオンにされ、 電極 G— C y , Dy間に電圧が印加された状態を示している。
<第 7実施形態 > 続いて、 第 1 1図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 7 実施形態 （符号 l g) の要部構成を表す図である。
第 3図に示された検出部 1 gには、 上記検出部 l e， I f と同様に、 反応領域 Rに共通電極 Gが設けられているとともに、 2列の走査電極 D 群， F群が配設されている。 走査電極 D群を構成する各電極 Dい D 2 D3 - · - D X , D y - · D zの各電極端部Eは、 走査電極 F群を構成 する各電極 F 2, F 3 - · - F x, F y - ' F zの各電極端部 eと それぞれ対向するように配置されている。
走査電極 D群の各電極 D i〜D zは、 スィツチ S zを順にオン にしていくことで電源 に導通され、 走査電極 F群の各電極 F i〜F zは、 スィツチ s i〜 s zを順にオンにしていくことで電源 に導通 される構成となっている。 即ち、 スィッチ S 及び sェをオンすると、 共通電極 G— Dい エ間に電圧が印加され、 スィッチ s 2及び S 2を オンすると、 共通電極 G— D2, F2間に電圧が印加される。 なお、 第 1 1図は、 スィッチ S y、 s yがオンにされ、 電極 G— Dy， F y間に 電圧が印加された状態を示している。
ここで、 第 1 1図の第 7実施形態においては、 各電極 と D2 と F2, D3と F3 * · · D zと F zの間の距離 Hが徐々に長くなるよう に構成されている。 この走査電極 D群、 F群を構成する各対向電極間の 距離 Hを徐々に長くし、 電極間の反応場が徐々に拡大する構成を採用し たことによって、 反応領域 Rにおいて、 電圧印加された電極 （の端部） に向けて誘電泳動する検出用ヌクレオチド鎖 Xは、 隣接する電極 （電圧 が印加されていない電極） によって物理的に邪魔されることなく、 自由 に移動できるようになるという望ましい効果が得られる。 なお、 標的ヌ クレオチド鎖 Yの誘電泳動の際にも同様の効果が得られる。 次に、 第 1 2 A図は、 第 9図中の I I一 I I線矢視断面図であり、 第 1 2 B図は、 検出部 1 eの変形形態 （符号 e) を表す I I一 I I線 矢視断面図である。
第 1 2 A図乃至第 1 2 Bに示されているように、 検出部 l e、 1 ' e は、 石英ガラスやシリコン、 ポリカーボネート、 ポリスチレン等の合成 樹脂で形成された基板 ， M2の間の狭小な間隙に配設されており、 検出部 l eでは、 共通電極 G， 走査電極群 Cの厚みと反応領域 Rの深さ (又は幅） がー致した構成が採用されている。
場合によっては、 第 1 2 B図の検出部 1 ' eのように、 誘電体 Uによ つて共通電極 G, 走査電極群 Cを挟持させる構成も採用できる。 これに より基板 Ml5 M2の間隔を広げ、 反応領域 Rの容積 増やすことがで きる。 なお、 図示はしないが、 反応領域； には、 走査電極 C群を反応領 域 Rの深さ方向に複数列並べて配置してもよい （検出部 l f 、 l gにお いても同様） 。
上記構成の検出部 1 e〜 l gでは、 反応領域 Rに添加された標的ヌク レオチド鎖 Yは、 電極 G— C (Ci C z) 、 G-D (Di〜D z) 、 G— F (Fi F z) のそれぞれの間に形成された不均一電界 L2の作 用を受けて、 検出用ヌクレオチド鎖 Xと同様に電界の作用で伸長されな がら、 走査電極 C群、 D群、 F群に固定化された状態の （伸長された） 検出用ヌクレオチド鎖 X'に引き寄せられ、 立体障害の影響もなく、 効 率の良いハイプリダイゼ一ションが進行する。
なお、 第 9図は、 走査電極 C x— Cy間に固定された検出用ヌクレオ チド鎖 X'と伸長作用を受けた標的ヌクレオチド鎖 Yとの間でハイプリ ダイゼ一シヨンが進行する様子、 第 1 0図は、 走査電極 C x— Cy間並 びに D X— D y間に固定された検出用ヌクレオチド鎖 X'と伸長作用を 受けた標的ヌクレオチド鎖 Yとの間でハイプリダイゼーシヨンが進行す る様子、 第 1 1図は、 走査電極 Dx— Dy間並びに F x— F y間に固定 された検出用ヌクレオチド鎖 X'と伸長作用を受けた標的ヌクレオチド 鎖 Yとの間でハイプリダイゼーションが進行する様子を、 それぞれ模式 的に示していることに言及しておく。
続いて、 電圧印加操作例を第 1 3 A図乃至第 1 3 C図に基づいて説明 する。 なお、 第 1 3 A図は、 検出部 1 eに対応する電圧印加操作例、 第 1 3 B図は、 検出部 1 f に対応する電圧印加操作例、 第 1 3 C図は、 検 出部 1 gに対応する電圧印加操作例をそれぞれ表している。
第 9図の検出部 l eでは、 第 1 3A図に示すように、 電極 G— ( ぃ 電極 G— C2 ， · ·間に、 順番に電圧を印加していき、 第 1 0図の検出 部 1 f では、 第 1 3 B図に示すように、 電極 G— Cェ · Dい 電極 G— C2 · D2 · · ·間に、 順番に電圧を印加していき、 第 1 1図の検出部 1 gでは、 第 1 3 C図に示すように、 電極 G— D · 電極 G— D
2 · F2 · · ·間に、 順番に電圧を印加していく。 なお、 それぞれの電 圧印加時間は適宜決定できる。
また、 上記順番の一連の電圧印加操作を必要に応じて複数回繰り返し てもよい。 一連の電圧印加操作を繰り返すことによって、 検出用ヌクレ ォチド鎖 Xは走査電極により確実に固定できるという効果が得られる。 更に、 第 14図に示すように、 各検出部 1 e〜 l gにおける各電極間 の電圧印加の際に、 電圧のオン Zオフを所望の回数だけ繰り返して、 断 続的に電圧を印加することによって、 検出用ヌクレオチド鎖 Xの固定の 夕イミングを調整したり、 あるいは既に固定された状態の検出用ヌクレ ォチド鎖 X'に対して、 反応領域 R中の標的ヌクレオチド鎖 Yを段階的 に接近させたり、 または標的ヌクレオチド鎖 Yを前後に移動させたり、 更には、 反応のタイミングを調整したりすることが可能となる。 また、 各電極間における電圧印加の際に、 電圧オフとなる時間 T (第 1 4図参照） を確保することによって、 直鎖状の標的ヌクレオチド鎖 Y と直鎖状の検出用ヌクレオチド鎖 X 'との間の相補鎖形成反応、 即ちハ イブリダィゼーションを、 専らブラウン運動に委ねて進行させることが できる。
以上の電圧印加操作により、 直鎖状に伸長された状態で、 検出部 l e 〜 1 8の走査電極じ群、 D群、 F群に固定された状態の検出用ヌクレオ チド鎖 X 'と該検出用ヌクレオチド鎖 X 'と同様に直鎖状に伸長された 標的ヌクレオチド鎖 Yとの相補性のある塩基間の水素結合の形成は、 立 体障害の問題もなく、 効率良く進行する。 即ち、 検出用ヌクレオチド鎖 X 'と前記標的ヌクレオチド鎖 Yとのハイプリダイゼ一シヨン反応が効 率良く進行するという結果が得られる。 この結果、 ハイブリダィゼ一シ ョンの反応時間が短縮されるとともに、 擬陽性又は偽陰性を示す確率も 減少するという好ましい結果が得られる。
ぐ第 8実施形態 >
第 1 5図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 8実施形態 (符号 l h ) の要部構成を表す図である。
検出部 1 hは、 検出用ヌクレオチド鎖 Xと該検出用ヌクレオチド鎖 X と相補性のある塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖 Yとの間のハイブ リダィゼーシヨンの場となる反応領域 Rを備える。 そして、 この反応領 域 Rに配列された第 1走査電極 C群と、 前記第 1走査電極 C群と各電極 の端部同士が対向するように配列された第 2走査電極 D群と、 を備える, 前記第 1走査通電極 C群の隣り合う電極間並びに前記第 2走査電極 D 群の隣り合う電極間に、 それぞれ電圧を順次印加していくことによって 電界を形成し、 検出用ヌクレオチド鎖を前記電界によって伸長させなが ら印加走査電極へ向けて誘電泳動し、 伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖 X' を走査電極間に橋架けするように固定することができる。
なお、 第 1 5図は、 電源 V4によって走査電極 C x— C yに電圧が印 加され、 電源 V5により走査電極 D x— D yに電圧が印加されて、.不均 一電界 L 2が形成されている状態を表している。
<第 9実施形態 >
第 1 6図、 第 1 7図は、 本発明に係る検出部及びセンサーチップの第 9実施形態 （符号 1 i ) の要部構成を表す図である。
検出部 1 iには、 まず、 反応領域 Rが設けられ、 この反応領域 Rには、 対向電極 G、 C (Cい C2、 C3、 · · · C x, Cy、 C z ) が配置さ れており、 図示された電源 及び v2に接続可能な状態に構成されて いる。
この検出部 1 iにおいては、 電極 Gに 1つの矩形状電極が採用されて おり、 一方の電極 C群は、 所定間隔を隔てて電極 Gに対向配置された走 査電極とされている。 スィツチ Sおよび Sい S 2、 S 3、 · · · S x、 S y、 S zおよびスィッチ W 、 W2、 W3、 · · ' Wx、 Wy、 Wzを 順次オンノオフすることによって、 電極 Gと電極 C2、 C 3 · * ' C x、 C y、 C z間に次々に電圧が印加される構成となっている。
更に、 走査電極 C群は、 スィッチ S 2、 S 3、 · · ' S x、 S y， S zおよびスィッチ W2、 W3、 · · - Wx, Wy、 Wzを順次ォ ン /オフすることによって、 隣り合う一対の走査電極 C間に次々に電圧 が印加されていく構成となっている。 電極 Gと走査電極 C群間の導通状 態においては、 走査電極 C群の端部に不均一電界 L2が形成され （第 1 6図参照） 、 走査電極 C群を構成する走査電極間 （例えば、 と C2 の間） の導通状態においては、 .各走査電極端部に不均一電界 L 2が形成 される （第 1 7図参照） 。 第 1 6図、 第 1 7図で示された第 9実施形態では、 選択された一つの 前記走査電極 （例えば、 第 1 6図に示すように C に、 伸長された状 態の検出用ヌクレオチド鎖 X ' の一端を固定させる手順と、 該手順に続 いて、 隣の走査電極 （例えば、 C 2 ) に前記検出用ヌクレオチド鎖の他 端を固定させることによって、 隣り合う走査電極間 （例えば、 一 C 2 ) に前記検出用ヌクレオチド鎖 X ' を架橋するように固定する手順と, を行い、 この架橋固定された検出用ヌクレオチド鎖 X ' に （伸長され た） 標的ヌクレオチド鎖をハイブリダィゼーションさせる方法を実施で きる。 この方法は、 走査電極群とこれらに対向する共通電極 Gを備える 任意の構成によって実施できる。
次に、 第 1 8 A図は、 第 1 6図、 第 1 7図中の I I I 一 I I I線矢視 断面図であり、 第 1 8 B図は、 第 1 8 A図で示された検出部 1 iの変形 形態 （符号 1 ' i ) を示す I I I 一 I I I線矢視断面図である。
第 1 8 A図で示されているように、 検出部 1 i 、 1 ' iは、 石英ガラ スゃシリコン、 ポリカーボネート、 ポリスチレン等の合成樹脂で形成さ れた基板 M 2の間の狭小な間隙に設けられている。 検出部 1 iで は、 電極 C等の厚みと反応領域 Rの深さ （又は幅） がー致している。 場合によっては、 第 1 8 B図に示される検出部 1 ' iのように、 誘電 体 Uによって各電極 C群を挟持させた構成とし、 これにより基板 M i、 M 2の間隔を広げ、 反応領域 R の容量を増やすようにしてもよい。 また- 図示はしないが、 反応領域 Rには、 走査電極 C群を複数列並べて配置し ても良い。
ここで、 第 1 6図は、 前記検出部 1 i (又は Γ i ) において、 図示 されたスィツチ Sおよび S iをオンにし、 電源 によって対向電極 G - Cェ間に高周波電圧を印加した状態を表している。 電極 G— Cェ間に高周波電圧が印加されると前記反応領域 Rには、 不 均一電界 L 2が形成される。 その不均一電界 L 2の作用によって、 前記 反応領域 R中にランダムに分散して存在している検出用ヌクレオチド鎖 Xを、 前記不均一電界 L2に沿った方向に伸長させ、 直鎖状とすること ができる。 さらに、 不均一電界 L 2中で前記検出用ヌクレオチド鎖 Xは, 誘電泳動によって駆動され、 電界強度の強い電極じェの端部に伸長した 状態でその一端が固定される。
次にスィツチ Sをオフにすることにより、 電極 G— C 間に印加した 高周波電圧を切る。 それと同時あるいはその後に、 スィッチ S2及び W 2〜Wzをオンにすることにより、 電源 V2によって電極 C丄一 C 2間に 高周波電圧を印加する。 前記 に一端が固定された検出用ヌクレオチ ド鎖 X' の固定されていない他端が、 電極 Ci— Cs間に生じた不均一 電界の電気力線に沿った方向に移動し、 電界強度の大きい電極 C 2の端 部に固定される。
ついで、 スィッチ S 2, をオン、 S l5 W2をオフにし、 同様に検 出用ヌクレオチド鎖 Xの一端を走査電極 C 2端部に固定した後、 スイツ チ S， W2をオフ、 スィッチ S 3および および W3〜Wzをオンにし, 走査電極 C2— C3間に、 伸長状態にある検出用ヌクレオチド X' を固 定させる。
以上のように、 順次電極間に印加される電圧を走査していくことによ り、 走査電極 B群の各電極端部間に検出用ヌクレオチド鎖 X' を固定さ せることができる。 第 1 7図には、 走査電極 Cx— Cy間に検出用ヌク レオチド X' が橋渡し固定されている状態が示されている。
また、 図示はしないが、 電極 G—C群に一度に高周波電圧を印加し、 検出用ヌクレオチド鎖を走査電極 C群の各端部に伸長配列させた後、 走 査電極 C群の隣接する電極間への電界印加を走査することによって、 前 記検出用ヌクレオチド X ' を走査電極 C群の各電極間に橋渡し固定させ ても良い。
ここで、 反応領域 Rに後に添加されてきた標的ヌクレオチド鎖は、 共 通電極 G、 C群により形成された不均一電界の作用を受けて、 検出用ヌ クレオチド鎖 Xと同様に伸長され、 走査電極 B群の端部に誘電泳動によ り引き寄せられる。 この走査電極 B群に引き寄せられた標的ヌクレオチ ド鎖は、 走査電極 B群の各端部に固定された状態の検出用ヌクレオチド 鎖 X ' と、 立体障害の影響もなく、 効率の良いハイブリダィゼ一シヨン が進行する。
なお、 前記標的ヌクレオチド鎖を電極 B群へと誘電泳動させるために 共通電極 G— Cェ間〜 G— C X間のように印加する電界を順次走査して も良いし、 複数の電極 C群を同電位にして一度に電極 G— C間に電界を 印加してもよい。
第 1 9 A図乃至第 1 9 C図は、 以上説明した全ての走査電極の中で、 走査電極 C x〜C yを代表例として、 走査電極の端部 Eの代表的な実施 例を表す （他の走査電極 D、 Fも同様） 。 第 1 9 A図は、 端部 E aが矩 形状の走査電極、 第 1 9 B図は端部 E bが S角形状の走查電極、 第 1 9 C図は端部 E cが円弧状の走査電極をそれぞれ表している。 電気力線を 集中させて不均一電界 L 2を形成し易く、 かつ検出用ヌクレオチド鎖 X を固定し易い形状でもあることから、 端部 E cが円弧状の走査電極が特 に好適と考えられる。
なお、 走査電極端部 E ( E a , E b , E c ) の表面は、 検出用ヌクレ ォチド鎖 Xの末端がカツプリング反応等の反応によって固定されるよう に表面処理してもよい。 一例を挙げれば、 ストレプトアビジンによって 表面処理された検出表面の場合には、 ピオチン化されたヌクレオチド鎖 末端の固定化に適している。 なお、 ハイブリダィゼーシヨンの検出は、 慣用の方法によって実施で き、 例えば、 標的ヌクレオチド鎖 Yに標識された蛍光色素や二重鎖ヌク レオチドの塩基間に特異的に結合する P O P 0— 1や T O T〇一 3等の 蛍光ィンタ一力レ一夕に励起光を照射し、 得られる蛍光を慣用のディテ クタを用いて検出できる。
より具体的には、 レーザー光 （例えば、 青色レーザー光） を照射して 反応領域 Rを励起し、 蛍光強度の大きさを検出器 （図示せず。 ） によつ て検出し、 検出用ヌクレオチド鎖 X 'と標的ヌクレオチド鎖 Yとの間の ハイブリダィゼ一シヨンの状態を判断する。 最後に、 各反応領域 Rに対 する蛍光強度を A Z D変換し、 結合反応割合をコンピュータの画面に分 布表示することによって、 視覚化することができる。
以下、 添付図面に基づいて、 本発明の好適な実施形態について説明す る。 まず、 第 2 0図は、 本発明に係るハイブリダィゼ一シヨン検出部 (以下、 「検出部」 と略称する。 ） 及びセンサーチップの第 1 0実施形 態 （符号 1 0 a ) の要部構成を表す図である。
検出部 1 0 aには、 まず、 反応領域 Rが設けられている。 この反応領 域 Rは、 第 2 0図中において符号 Xで示された検出用ヌクレオチド鎖と 図示しない標的ヌクレオチド鎖を含む試料溶液が添加される貯留領域で あって、 八イブリダィゼーションの反応の場を提供する領域又は空間で ある。
この反応領域 Rには、 対向電極 A、 Bがその端面が平行になるよう配 置されており、 図示された電源 Vに、 スィッチ Sを介して接続可能な状 態に構成されている。 また、 対向電極 A、 B間には、 複数の浮遊電極 C 一 1が電源 Vには接続されない状態で、 縦横方向に整列されて点在する ように配設されている （第 2 0図参照） 。 なお、 ここでは、 各浮遊電極 C一 1を円形状としたが、 この形状に特に限定ものではなく、 多角形、 楕円等、 不均一電界を形成させる任意の形状とすることができる。
また、 各浮遊電極 C一 1の電極表面を、 前記対向電極 A， Bの電極表 面よりも狭小に形成することによって、 浮遊電極 C一 1の電極表面に電 界が集中し易くなり、 不均一電界が形成され易くなるので好適である。 なお、 第 2 0図は、 スィッチ Sがオンされ、 対向電極 A— B間に電圧 が印加されている状態を示しており、 また、 反応領域 R中に示された符 号 Xは未だランダムコイル状に丸まっている状態の検出用ヌクレオチド 鎖を表し、 符号 X ' は、 直鎖状に伸長されて、 電極表面に固定された検 出用ヌクレオチド鎖を表している。
なお、 検出部 1 0 aは、 特に図示しないが、 石英ガラスやシリコン、 ポリカーボネート、 ポリスチレン等の合成樹脂で形成された基板の間の 狭小な間隙に設けられている。 検出部 1 0 aでは、 対向電極 A、 B等の 厚みと反応領域 Rの深さ （又は幅） がー致し、 場合によっては、 誘電体 によって各電極 A、 B等を挟持させた構成を採用し、 これにより基板の 間隔を広げ、 反応領域 Rの容量を増やすようにしてもよい （後述する第 1 1実施形態でも同様） 。
ここで、 第 2 1図は、 前記検出部 1 0 aにおいて、 図示されたスイツ チ Sをオンにし、 電源 Vによって対向電極 A— B間に高周波電圧を印加 することによって、 反応領域 Rに電界 Lが形成された状態を、 電気力線 を示すことで表している。 電極 A— B間に高周波電圧が印加されると前 記反応領域 Rには、 符号 Lで示された不均一電界が形成される。
即ち、 対向電極 A、 Bの電圧を印加すると、 電極 A , B及び各浮遊電 極 C一 1の表面部位に電界が局所的に集中する不均一電界 Lが形成され ることになる （第 2 1図参照） 。 この不均一電界 Lの作用によって、 前 記反応領域 R中にランダムに分散して存在している検出用ヌクレオチド 鎖 Xを、 前記不均一電界 Lに沿った方向に伸長させながら駆動させるこ とができる。
更に、 前記検出用ヌクレオチド鎖 Xは、 誘電泳動の作用によって駆動 されて、 電界強度の強い電極 A、 B、 C一 1の各表面部位に対して、 伸 長した状態でその一端が固定される。 第 2 0図， 第 2 1図は、 各電極 A, B、 C一 1の表面部位に伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖 X' が固定さ れている状態を示している。
なお、 対向電極 A、 B間に印加される電界の条件は、 約 l X 1 06 v /m, 約 1 MH zが好適である (Masao Wash i zu and Osamu
Kurosawa: " Electrostatic Manipulation of DNA in
Microf abr icated Structures" ， IEEE Transact ion on
Industrial Application Vol .26, No.26, p.1165-1172 (1990) 照） 。
続いて、 反応領域 Rに後添加されてきた標的ヌクレオチド鎖は、 対向 電極 A、 Bにより形成された不均一電界 Lの作用を受けて、 上記検出用 ヌクレオチド鎖 X' と同様に伸長され、 電界強度の強い電極 A、 B、 C 一 1の各表面部位に対して誘電泳動により引き寄せられる。
前記各表面部位に引き寄せられた標的ヌクレオチド鎖は、 同表面部位 に既に固定された伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖 X' との間で、 立体 障害の影響を受けずに、 効率の良いハイブリダィゼ一シヨンが進行する < なお、 対向電極 A， B並びに各浮遊電極 C一 1の表面あるいは端部を. 検出用ヌクレオチド鎖 X ' の末端部位が力ップリング反応等の反応によ つて固定されるように表面処理しても良い。 一例を挙げれば、 ストレブ トァビジンによって表面処理された電極表面の場合には、 ピオチン化さ れたヌクレオチド鎖末端の固定に適している。 次に、 第 2 2図に基づいて、 本発明に係る検出部及びセンサーチップ の第 1 1実施形態 （符号 1 0 b ) の構成を説明する。
まず、 検出部 1 0 bには、 上記した検出部 1 0 a同様に、 反応領域 R と、 該反応領域 Rに対向電極 A、 Bが平行に配置され、 電源 Vにより接 続可能な状態となっている。 そして、 対向電極 A— B間には、 電源 Vに は接続されていない複数の浮遊電極 D— 1群が配置されている。
この第 1 1実施形態の浮遊電極 D— 1群と上記第 1 0実施形態の浮遊 電極 C一 1群は、 反応領域 Rに点在するように配置されている点で共通 しているが、 検出部 1 0 aにおいては浮遊電極 C一 1が縦横方向ともに 整列されて配置されているのに対して （第 2 0図、 第 2 1図参照） 、 検 出部 1 0 13の浮遊電極0—1は、 互い違いに配置されている点で異なる (第 2 2図参照） 。 なお、 第 2 2図においては、 各浮遊電極 D— 1を円 形状としたが、 この形状に特に限定ものではなく、 多角形、 楕円等、 不 均一電界を形成させる任意の形状とすることができる。
以上説明した第 1 0 , 1 1実施形態では、 浮遊電極 C一 1群又は D— 1群を反応領域 R内に間隔を置いて、 いわばマトリックス状に点在させ た結果、 反応領域 R内に電気力線が集中する箇所を多数形成することが でき、 反応領域 R内に形成される電界の不均一性を強めることができる という利点がある。
更に、 浮遊電極 C—1が反応領域 Rに点在するように配設されたこと で、 ヌクレチド鎖の自由な移動を確保しながら、 反応領域 R全域にわた つてハイブリダィゼ一シヨンを進行させることができる。 この結果、 ノ、 イブリダイゼーションを検出できる範囲が反応領域 R全体に広がるので. 検出感度が向上する。
各浮遊電極 C一 1群又は D— 1群の各電極の配置間隔は、 特に限定す るものではないが、 伸長状態である検出用ヌクレオチド鎖 X ' の分子長 の 2倍以上とすることによって、 隣接する電極 C一 1— C— 1間あるい は D— 1一 D— 1間において、 検出用ヌクレオチド鎖 X' の自由な移動 を確保し、 固定された検出用ヌクレオチド X' 同士の干渉や立体障害を 防ぐことができる。
一方、 各浮遊電極 C一 1の配置間隔を伸長状態の検出用ヌクレオチド 鎖 X' よりも短い間隔とすることによって、 前記検出用ヌクレオチド鎖 X' を浮遊電極 C一 1一 C一 1間に架橋するように固定することが可能 となる。
以下、 添付した第 2 3図に基づいて本発明に係る 「ハイブリダィゼー シヨン方法」 の実施例について説明する。 第 2 3図は、 同方法の手順を 簡潔に示すフロー図である。
まず、 第 2 3図 （A) は、 反応領域 Rに滴下された直後において、 検 出用ヌクレオチド鎖 Xが丸まった状態で存在している段階を示している この段階では、 浮遊電極 C一 1 (D— 1) には、 まだ検出用ヌクレオチ ド鎖は固定されていない。
第 2 3図 （B) 、 (C) は、 本発明に係るハイブリダィゼ一シヨン方 法の第 1手順 Pェを示している。 まず、 第 2 3図 （B) は、 第 2 0図〜 第 2 2図に図示された対向電極 A—B間に電圧を印加し、 浮遊電極 C一 1 (D— 1) の表面部位に電気力線が集中する不均一電界 Lを形成し、 検出用ヌクレオチド鎖 Xを電気力線に沿って伸長させ、 浮遊電極 C一 1 (D— 1) に引き寄せている段階を示している。 第 2 3図 （C) は、 こ の段階を経て、 浮遊電極 C一 1 (D— 1) に対して、 伸長された状態の 検出用ヌクレオチド鎖 X' の一端が固定された段階を示している。
続いて、 第 2 3図 （D) は、 反応領域 Rに標的ヌクレオチド鎖 Yが添 加されてきた段階を示している。 この段階では、 対向電極 A—Bに対す る電圧印加は停止され、 標的ヌクレオチド鎖 Yは丸まった状態にある。 なお、 反応領域 Rに標的ヌクレオチド鎖 Yを添加する段階においても、 対向電極 Α— Βに対する電圧印加を継続させておいてもよい。
次に、 第 2 3図 （E ) 、 ( F ) は、 本発明に係るハイプリダイゼーシ ヨン方法の第 2手順 P 2を示している。 まず、 第 2 3図 （E ) は、 再び 対向電極 A— B間に電圧を印加して、 浮遊電極 C一 1 ( D— 1 ) の表面 部位に電気力線が集中する不均一電界 Lを形成することにより、 前記標 的ヌクレオチド鎖 Yを電気力線に沿って伸長させ、 検出用ヌクレオチド 鎖 X ' に引き寄せている段階である。
第 2 3図 （F ) は、 電圧印加がオフされた状態で、 ともに伸長状態に ある検出用ヌクレオチド鎖 X ' と標的ヌクレオチド鎖 Y ' が、 ブラウン 運動に委ねられてハイプリダイゼ一シヨンした段階を示している。
本発明に係るハイブリダィゼーション方法では、 対向電極 A— B間に 対する電圧印加は、 第 2 3図 （B ) 〜 （E ) の段階にわたって、 スイツ チ Sをオンし続ける操作例ゃスィツチ Sのオンノオフを断続的に行う操 作例のいずれも採用できる。
電圧のオン Zオフを所望の回数だけ繰り返し、 断続的に電圧を印加す ることによって、 検出用ヌクレオチド鎖 X ' の電極固定のタイミングを 調整したり、 あるいは既に固定された状態の検出用ヌクレオチド鎖 X ' に対して、 反応領域 R中の標的ヌクレオチド鎖を段階的に接近させたり または標的ヌクレオチド鎖を前後に移動させたり、 更には、 反応のタイ ミングを調整したりすることが可能となる。
また、 電圧印加の際 （特に第 2 3図 （F ) の段階） に、 電圧オフとな る時間を確保することによって、 直鎖状とされた標的ヌクレオチド鎖と 直鎖状の検出用ヌクレオチド鎖 X ' との間の相補鎖形成反応、 即ちハイ ブリダィゼーシヨンを、 専らブラウン運動に委ねて進行させることがで さる。 以上の方法により、 直鎖状に伸長されて電極に固定された状態の検出 用ヌクレオチド鎖 X 'と該検出用ヌクレオチド鎖 X ' と同様に直鎖状に 伸長された標的ヌクレオチド鎖との相補性のある塩基間の水素結合の形 成、 即ち八イブリダィゼーシヨンが、 立体障害の問題もなく、 効率良く 進行し、 反応時間が短縮されるとともに、 擬陽性又は偽陰性を示す確率 も減少するという好ましい結果が得られる。
なお、 ハイブリダィゼ一シヨンの検出は、 慣用の方法によって実施で き、 例えば、 標的ヌクレオチド鎖 Yに標識された蛍光色素や二重鎖ヌク レオチドの塩基間に特異的に結合する P O P〇— 1や T O T〇一 3等の 蛍光インターカレー夕に励起光を照射し、 得られる蛍光を慣用のディテ クタを用いて検出できる。
より具体的には、 レーザー光 （例えば、 青色レーザ一光） を照射して 反応領域 Rを励起し、 蛍光強度の大きさを検出器 （図示せず。 ） によつ て検出し、 検出用ヌクレオチド鎖 X ' と標的ヌクレオチド鎖との間のハ イブリダィゼーシヨンの状態を判断する。 最後に、 各反応領域 Rに対す る蛍光強度を AZ D変換し、 結合反応割合をコンピュータの画面に分布 表示することによって、 視覚化することができる。 なお、 本発明におい て、 ハイブリダィゼーシヨンの検出方法は、 特に限定されることはない, 本発明は、 D Ν Αチップ等のセンサ一チップ表面部位においてハイブ リダィゼーシヨンの場を提供する反応領域に、 伸長状態に調整された検 出用ヌクレオチド鎖を反応領域中 （の走査電極間） に整列固定させるこ とによって、 ハイブリダィゼ一シヨン効率の向上、 反応時間の短縮、 偽 陽性又は偽陰性の発生防止等を確実に達成できる。
また、 本発明は、 D N A等のセンサーチップ表面部位においてハイブ リダィゼーシヨンの場を提供する反応領域全体に、 伸長状態に調整され た検出用ヌクレオチド鎖を固定させることによって、 ハイブリダィゼー シヨン効率の向上、 反応時間の短縮、 検出感度の向上、 偽陽性又は偽陰 性の発生防止等を確実に達成できる。

Claims

請求の範囲
1 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある 塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダィゼーシヨン の場となる反応領域が、 前記検出用ヌクレオチド鎖を電界によって伸長 させ、 誘電泳動の作用で前記反応領域に配列された走査電極部位に固定 できる構成とされたハイプリダイゼ一シヨン検出部。
2 . 請求の範囲第 1項記載のハイプリダイゼ一ション検出部を備える ことを特徴とするセンサーチップ。
3 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある 塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ション の場となる反応領域と、
前記反応領域中の前記検出用ヌクレオチド鎖を伸長させるための均一 電界を形成する対向電極と、
前記反応領域に配列された走査電極と、 を備え、 それぞれ電圧印加可 能に構成され、
前記走査電極の隣り合う一対の前記走査電極間に電圧を印加して不均 一電界を形成することによって、 前記対向電極で伸長された検出用ヌク レオチド鎖を前記走査電極間に誘電泳動し、 伸長状態とされた前記検出 用ヌクレオチド鎖を走査電極間に橋架けするように固定させる手段を備 えるセンサーチップ。
4 . 前記均一電界で伸長された標的ヌクレオチド鎖を前記走査電極へ 向けて誘電泳動して、 該走査電極間に固定された状態の前記検出用ヌク レオチド鎖とハイプリダイゼーションさせることを特徴とする請求の範 囲第 3項記載のセンサーチップ。
5 . 前記走査電極の端部形状が、 円弧状又は多角形状を備えることを 特徴とする請求の範囲第 3項のセンサーチップ。
6 . 前記対向電極が、 平行に配置されて対向していることを特徴とす る請求の範囲第 3項記載のセンサーチップ。
7 . 前記対向電極及び前記走査電極によって形成される電界が、 交流 であることを特徴とする請求の範囲第 2項記載のセンサーチップ。
8 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のある 塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ション の場となる反応領域と、
前記反応領域に設けられた共通電極と、
複数の電極が並列されてなる走査電極と、 を備え、
前記共通電極と前記走査電極を構成する各電極の間に電圧を順次印加 していくことによって電界を形成し、 前記反応領域に存在する検出用ヌ クレオチド鎖を前記電界によって伸長させながら印加走査電極へ向けて 誘電泳動し、 伸長状態の該検出用ヌクレオチド鎖を前記走査電極間に橋 架けするように固定させる手段を備えるセンサーチップ。
9 . 前記共通電極と、 それぞれの電極の端部同士が互いに対向するよ うに配置された 2列の前記走査電極と、 を備えることを特徴とする請求 の範囲第 8項記載のセンサ一チップ。
1 0 . 前記走査電極の対向する各電極間の距離が、 電圧が印加されて いく順番方向に段階的に長くなるように構成されたことを特徴とする請 求の範囲第 9項載のセンサ一チップ。
1 1 . 前記共通電極と前記走査電極を構成する電極の間に電圧を順次 印加していくことによって、 前記反応領域に存在する標的ヌクレオチド 鎖を伸長させながら印加走査電極に誘電泳動し、 伸長状態の該標的ヌク レオチド鎖を走査電極間に固定された状態の前記検出用ヌクレオチド鎖 と八イブリダイゼ一シヨンさせることを特徴とする請求の範囲第 8項記 載のセンサーチップ。
1 2 . 前記走査電極の端部形状が、 円弧状又は多角形状を備えること を特徴とする請求の範囲第 8項記載のセンサ一チップ。
1 3 . 前記共通電極及び前記走査電極によって形成される電界が、 交 流であることを特徴とする請求の範囲第 8項記載のセンサーチップ。
1 4 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のあ る塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ショ ンの場となる反応領域と、
前記反応領域に配列された第 1走査電極と、
前記第 1走査電極と各電極の端部同士が対向するように配列された第 2走査電極と、 を備え、
前記第 1走査通電極の隣り合う電極間並びに前記第 2走査電極の隣り 合う電極間に、 それぞれ電圧を順次印加していくことによって電界を形 成し、 検出用ヌクレオチド鎖を前記電界によって伸長させながら印加走 查電極へ向けて誘電泳動し、 伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を走査電 極間に橋架けするように固定させる手段を備えるセンサーチップ。
1 5 . 前記検出用ヌクレオチド鎖と同様に伸長された標的ヌクレオチ ド鎖を印加走査電極へ向けて誘電泳動して、 走査電極間に固定された状 態の前記検出用ヌクレオチド鎖とハイプリダイゼ一シヨンさせることを 特徴とする請求の範囲第 1 4項記載のセンサ一チップ。
1 6 . 前記第 1走査電極及び前記第 2走査電極の端部形状が、 円弧状 又は多角形状を備えることを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載のセン サーチップ。
1 7 . 前記第 1走査電極又は前記第 2走査電極によって形成される電 界が、 交流であることを特徴とする請求の範囲第 1 4項記載のセンサ一 チップ。
1 8 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のあ る塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ショ ンの場となる反応領域と、
前記反応領域に配置された共通電極と、
前記共通電極と各電極の端部がそれぞれ対向するように配列された走 査電極と、 を備え、
前記共通電極と前記走査電極の構成電極との間に、 それぞれ電圧を順 次印加していくことによって電界を形成し、 検出用ヌクレオチド鎖を前 記電界によって伸長させながら印加走査電極へ向けて誘電泳動する手段 と、
隣り合う走査電極間に、 それぞれ電圧を順次印加していくことによつ て、 伸長状態の検出用ヌクレオチド鎖を走査電極間に橋架けするように 固定させる手段を備えるセンサーチップ。
1 9 . 前記検出用ヌクレオチド鎖と同様に伸長された標的ヌクレオチ ド鎖を印加走査電極へ向けて誘電泳動して、 走査電極間に固定された状 態の前記検出用ヌクレオチド鎖とハイブリダィゼ一ションさせることを 特徴とする請求の範囲第 1 8項記載のセンサ一チップ。
2 0 . 前記走査電極の端部形状が、 円弧状又は多角形状を備えること を特徴とする請求の範囲第 1 8項記載のセンサーチップ。
2 1 . 前記共通電極と前記走査電極との間並びに走査電極間に形成さ れる電界が、 交流であることを特徴とする請求の範囲第 1 8項記載のセ ンサーチップ。
2 2 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のあ る塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイブリダィゼ一ショ ンの場となる反応領域と、 該反応領域に配列された走査電極と、 を少な くとも備えるハイブリダィゼ一シヨン検出部を用いて、
前記反応領域中の前記検出用ヌクレオチド鎖を電界によって伸長させ る手順と、 伸長状態とされた前記検出用ヌクレオチド鎖を誘電泳動の作 用で前記走査電極に固定する手順と、
固定された検出用ヌクレオチド鎖に標的ヌクレオチド鎖をハイプリダ ィゼーションさせる手順と、
を備えるハイブリダィゼ一シヨン方法。
2 3 . 選択された一つの前記走査電極に前記検出用ヌクレオチド鎖の 一端を固定する手順と、 該手順に続いて、 隣の走査電極に前記検出用ヌ クレオチド鎖の他端を固定することによって、 隣り合う走査電極間に検 出用ヌクレオチド鎖を架橋するように固定する手順と、 を備える請求の 範囲第 2 2項記載のハイブリダィゼ一シヨン方法。
2 4 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のあ る塩基配列を有する標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ショ ンの場となる反応領域と、
前記反応領域に配置された対向電極と、
前記対向電極間に点在するように配設された浮遊電極と、 を備えるハ イブリダィゼ一シヨン検出部。
2 5 . 前記浮遊電極は、 不均一電界を形成できる形状を備えることを 特徴とする請求の範囲第 2 4項記載のハイブリダィゼ一ション検出部。
2 6 . 前記浮遊電極の電極表面は、 前記対向電極の電極表面よりも狭 小に形成されていることを特徴とする請求の範囲第 2 4項記載のハイブ リダィゼーション検出部。
2 7 . 前記浮遊電極の表面が、 前記検出用ヌクレオチド鎖を固定でき る表面処理が施されていることを特徴とする請求の範囲第 2 4項記載の ハイプリダイゼーション検出部。
2 8 . 前記対向電極が、 平行に配置されていることを特徴とする請求 の範囲第 2 4項記載のハイブリダィゼーション検出部。
2 9 . 前記対向電極によって形成される電界が、 交流であることを特 徴とする請求の範囲第 2 4項記載のハイブリダィゼーシヨン検出部。
3 0 . 請求の範囲第 2 4項記載の八イブリダィゼ一ション検出部を少 なくとも備えることを特徴とするセンサ一チップ。
3 1 . 検出用ヌクレオチド鎖と該検出用ヌクレオチド鎖と相補性のあ る塩基配列を備える標的ヌクレオチド鎖との間のハイプリダイゼ一ショ ンの場となる反応領域と、 前記反応領域に配置された対向電極と、 前記 対向電極間に配設された複数の浮遊電極と、 を備えた検出部を用いて、 前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前 記検出用ヌクレオチド鎖を伸長状態とし、 この伸長状態の検出用ヌクレ ォチド鎖を前記対向電極及び前記浮遊電極の局所的な表面部位に生じる 不均一電界で誘電泳動して、 前記浮遊電極の前記表面部位に固定させる 手順と、
前記対向電極に電圧を印加することにより前記反応領域に存在する前 記標的ヌクレオチド鎖を伸長状態にして、 前記浮遊電極の前記表面部位 に固定された伸長状態の前記検出用ヌクレオチド鎖とハイブリダィゼ一 ションさせる手順と、
を備えるハイプリダイゼ一ション方法。
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