JP5619082B2 - バイオリアクションデバイスチップの使用方法 - Google Patents
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Description
本発明は、生体物質反応を確認または検出するためのバイオリアクション（バイオ反応）デバイスチップに関し、より詳細には、試験しようとする生体物質を収容できるようにプレート上に複数個のウェルを形成することにより様々な標的を同時に分析することができ、生体物質の反応による蒸発を防止することができる構造に形成され、検査の信頼性を向上させることができるバイオリアクションデバイスチップに関する。
通常、遺伝子、感染原、細菌、突然変異、遺伝子解析、遺伝子発現などを確認または検出するためにＤＮＡマイクロアレイ（ＤＮＡチップ）技術が使用される。
前記技術は短い核酸プローブや抗体などをガラス板、金属板、ビード、プラスチックなど様々な固体表面に固定して具現し、多くの標的を同時に分析することができるという長所により病院や診療所で診断用に使用されている。
このような臨床診断において便利性と信頼性は非常に重要な要素である。しかし、従来のＤＮＡマイクロアレイ及びタンパク質チップの場合、平坦なスライドガラス上にフレームシールというチャンバの形成が可能なステッカーを付着し、この中に溶液を注入して生物反応を進め、反応後にシールを取り外して洗浄を行うため手間がかかるだけでなく作業者の熟練度を必要とする問題点がある。即ち、増幅された遺伝子を前記フレームシールで形成されたチャンバの注入口を介して注入する過程が複雑であり、注入する過程中に空気が入って気泡が形成されるとその部分は反応しないという問題点がある。また、洗浄時には付着されたフレームシールを取り外した後、洗浄バッファーに浸漬して洗浄しなければならず、増幅された遺伝子をＤＮＡチップで注入するために増幅された遺伝子チューブのふたを開けるとその時から空気が汚染される問題（aerosol contamination）が発生する。
また、このような生体物質の反応のために試料が収容されることができるようにプレート形状に多数個のウェル（収容空間）が形成されたマルチウェルプレートが使用されることもある。これは、図１のように、平板状のプレートの上面に試料を満たすことができるように複数個のウェルを形成して各種試料を同時に試験及び分析できるように構成されている。しかし、前記ウェルは単なる溝状に形成されて試料を反応させるための加熱時に蒸発されたり、外部から他の物質が流入される可能性があるため、検査の信頼性が低下するという問題点がある。
これに係わる従来技術では韓国公開特許（２００９−００４４１４４）であるマイクロプレート試料分析装置がある。
本発明は、前記問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明は、試験しようとする生体物質を収容できるようにプレート上に複数個のウェルを形成することにより様々な標的を同時に分析することができ、生体物質の反応による蒸発を防止することができる構造に形成され、検査の信頼性を向上させることができるバイオリアクションデバイスチップを提供することを目的とする。
前記のような目的を果たすための本発明のバイオリアクションデバイスチップの使用方法は、プレート１００と、前記プレート１００の一面に凹状に形成される複数個のウェル２００と、を含み、前記ウェル２００は、上部に形成される上部ウェル２１０と、前記上部ウェル２１０の下部に形成され、前記上部ウェル２１０より小さい直径を有する下部ウェル２２０と、を含むバイオリアクションデバイスチップの使用方法であって、前記下部ウェル２２０に試料を収容し、前記上部ウェル２１０にオイルを収容し、試料の注入量を一定にすることを特徴とする。
また、前記下部ウェル２２０の底面に、タンパク質、核酸、ＰＮＡ（Peptide Nucleic Acid）、アプタマ（Aptamer）または抗体から選択される物質が塗布またはアレイ（配列）されることによって形成された検出部３００をさらに含むことを特徴とする。
また、前記ウェル２００は２段以上に形成され、下方の段ほど小さい直径を有することを特徴とする。
本発明のバイオリアクションデバイスチップは、試験しようとする生体物質を収容できるようにプレート上に複数個のウェルを形成することにより様々な標的を同時に分析することができ、２段以上のウェル構造に形成され、下部ウェルに試験対象となる試料を収容し、上部ウェルに試料を保護するためのオイルのような保護層を収容できるようにすることで生体物質の反応時に加熱による蒸発を防止することができ、検査の信頼性を向上させることができるという長所がある。
以下、図面を参照して、前記本発明のバイオリアクションデバイスチップについて詳細に説明する。
図２は本発明のバイオリアクションデバイスチップを示す斜視図である。
図２に図示されたように、本発明のバイオリアクションデバイスチップ１０００は、プレート１００と、前記プレート１００の一面に凹状に形成される複数個のウェル２００と、を含み、前記ウェル２００は、上部に形成される上部ウェル２１０と、前記上部ウェル２１０の下部に形成され、前記上部ウェル２１０より小さい直径を有する下部ウェル２２０と、を含むことを特徴とする。
先ず、プレート１００は平板状に形成されることができ、ガラス板、金属板、プラスチック板など様々な材質で形成されることができる。
また、ウェル２００は、前記プレート１００の表面にエッチング（食刻）または物理的な加工などの方法により凹状に形成されることができる。この際、前記ウェル２００は多段に形成されることができ、２段に形成される実施例について説明する。
前記ウェル２００は、図３及び図４のように、前記プレート１００の上面に直径が大きい上部ウェル２１０が形成され、前記上部ウェル２１０の下部に前記上部ウェル２１０より直径が小さい下部ウェル２２０が形成される。
この際、前記上部ウェル２１０及び下部ウェル２２０は様々な直径及び深さを有することができ、本発明では、生体物質を反応させるための試料及びその上層に前記試料を保護するためのオイルが収容されることができるようにマイクロ単位でウェルが形成される。
この際、前記上部ウェル２１０と下部ウェル２２０を形成する方法としては、先ず、前記プレート１００の上面に上部ウェル２１０の直径に該当する部分が空の状態でレジストなどのマスクパターンを形成し、食刻することにより特定の深さの上部ウェル２１０を形成することができる。また、前記上部ウェル２１０が形成された後また前記上部ウェル２１０の底面に下部ウェル２２０の直径に該当する部分が空の状態になるようにドーナツ状のマスクパターンを形成し、また食刻することにより特定の深さの下部ウェル２２０を形成することができる。また、前記マスクパターンらを除去して洗浄することにより所望の形状（２段）にウェル構造を形成することができる。
他の方法としては、物理的な加工によりウェル２００を形成することができ、切削加工、レーザ加工または放電加工など、前記プレート１００の材質によって様々な方法を用いて前記のように２段にウェル２００を形成することができる。
なお、前記のように構成される本発明のバイオリアクションデバイスチップは、遺伝子増幅反応などに使用され、その使用方法としては、図５のように、前記下部ウェル２２０に試験しようとする試料４００を注入し、その上層である上部ウェル２１０に前記試料４００を保護するためのオイル５００などを注入する。そうすると、前記上部ウェル２１０に注入されたオイル５００層が前記下部ウェル２２０に収容された試料４００を覆っている状態になる。この際、１段でウェルが形成される場合には、試料を一定の高さで注入し、その上にオイルを注入して前記試料の上面をオイル層で覆うこともできるが、その場合、前記オイルと試料が一方に傾いたり混合される可能性があり、注入時に混合されなくても試料を反応させるための加熱時にオイルと試料が一方に傾いたり混合されて生体物質反応の信頼性が低下され得る。従って、本発明は、２段でウェルを形成することにより、試料の上部にオイルが覆われるが、物理的な構造によって試料とオイルが混合されないため、試料の加熱による蒸発を防止することができる。また、ウェルが２段で形成されるため、試料の注入量とオイルの注入量が一定にすることができ、試料の上部にオイルが覆われるようにすることができ、外部から試料に不純物が流入されることを防止することができるため、検査の信頼性を向上させることができる。
このように本発明のバイオリアクションデバイスチップは、試験しようとする生体物質を収容できるようにプレート上に複数個のウェルを形成することにより様々な標的を同時に分析することができ、２段以上のウェル構造に形成されて下部ウェルに試験対象となる試料が収容され、上部ウェルに試料を保護するためのオイルのような保護層を収容することにより、生体物質の反応時に加熱による蒸発を防止することができ、検査の信頼性を向上させることができる。
また、増幅された遺伝子をウェルに注入する過程が簡単になり、注入する過程中に空気の入る現象が全くなく、洗浄時にウェル中の試料を除去し、洗浄バッファーのみに浸漬すれば良いため、従来のＤＮＡチップで洗浄時にフレームシールを取り外す複雑さがないという長所がある。
さらに、ELISA自動洗浄機のような原理でウェル中の試料洗浄を自動で行うこともでき、従来のＤＮＡチップでフレームシールを取り外して洗浄する複雑さを自動化を可能にして解消することもできる。
また、増幅された遺伝子をＤＮＡチップに注入するために、増幅された遺伝子チューブのふたを開けるとその時から空気汚染の問題が発生するため、本発明では、増幅された遺伝子をＤＮＡチップに移す別途の工程を除去し、直接ＤＮＡチップ上で遺伝子増幅と混成化を進めることができる。そうすると、ＤＮＡチップ上で遺伝子増幅が行われ、その状態でその後の混成化もすぐ行うことができ、増幅された遺伝子を移す工程の複雑さ及び前記過程中に生じる空気からの汚染問題を解消することができる。
また、本発明のバイオリアクションデバイスチップ１０００は、前記下部ウェル２２０の底面に、タンパク質、核酸、ＰＮＡ（Peptide Nucleic Acid）、アプタマ（Aptamer）または抗体から選択される物質が塗布またはアレイ（配列）される検出部３００をさらに含むことができる。即ち、前記下部ウェル２２０の底面にＤＮＡチップのように生体物質を検出することができる検出部３００を形成し、前記下部ウェル２２０に試料４００注入し、その上の上部ウェル２１０にオイルを注入した後、遺伝子増幅及び混成化過程を行って前記検出部３００の標的遺伝子プローブに増幅された遺伝子を接合及び反応させることができる。そうすると、前記過程で発生する蛍光信号をモニタリング装置を用いて信号を取得することができる。
また、本発明のバイオリアクションデバイスチップ１０００は２段以上の多段に形成されることができ、前記ウェル２００は２段以上に形成され、下方の段ほど小さい直径を有することができる。
即ち、前記のようにウェル２００は２段に形成されることもでき、それ以上の多段に形成されることができる。ウェル２００が３段に形成される場合には前記プレート１００の上面から下部方向に１段、２段及び３段でウェルが形成され、最下部の３段には試料が収容され、その上部である２段には試料保護用オイルが覆われて収容され、その上部の１段には保護用キャップなどを結合することもできる。
このように本発明のバイオリアクションデバイスチップを活用して分子診断を行う中にリアルタイム遺伝子増幅を行うことができ、例えば、生物反応のための溶液をウェルに注入し、遺伝子増幅中に蒸発を防止するためにオイルでカバーして遺伝子増幅を行い、マイクロウェル中で発生する蛍光信号をリアルタイムで取得し、チップ上でリアルタイム遺伝子増幅を行うことができる。
このように本発明の生体物質検出用素子は、前記のような長所により、次のような実験領域において多様に活用することができる。
１）ＤＮＡチップ分析：多段ウェル中の下部ウェルの底面に多数個の標的遺伝子プローブ（検出部）をアレイ固定し、外部で遺伝子増幅反応を行ったサンプルをウェルに移して混成化反応を行うことができる。
２）遺伝子増幅＋ＤＮＡチップ分析：多段ウェル中の下部ウェルの底面に多数個の標的遺伝子プローブ（検出部）をアレイ固定し、下部ウェルに遺伝子増幅のための試料を注入した後、遺伝子増幅過程中に蒸発を防止するために上部ウェルにオイルで試料をカバーした後、遺伝子増幅後に混成化反応を行うことができる。
３）リアルタイムＰＣＲ分析：多段のウェルが形成された本発明のバイオリアクションデバイスチップをＰＣＲのためのチップとして活用することができる。即ち、下部ウェルにリアルタイムＰＣＲ（Real−time PCR）を行うための遺伝子増幅試料を注入し、遺伝子増幅過程中の蒸発を防止するために、上部ウェルにオイルで試料をカバーした後、温度サイクルを進めながら遺伝子増幅が行われる間ウェルで発生する蛍光信号をカメラがリアルタイムで信号取得し、リアルタイムＰＣＲを具現することができる。
４）リアルタイムＰＣＲ＋ＤＮＡチップ分析：下部ウェルの底面に多数個の標的遺伝子プローブをアレイ固定し、３）のリアルタイムＰＣＲを行って遺伝子増幅過程中にウェルで発生する蛍光信号をカメラがリアルタイムで信号を取得して値を得て、その後混成化を行った後、洗浄後に下部ウェルの底面に固定したプローブ（検出部）で反応した蛍光信号を得てＤＮＡチップ分析を行うことができるため、リアルタイムＰＣＲとＤＮＡチップ分析を統合して行うことができる。
５）ＥＬＩＳＡ分析：多段ウェルが形成された本発明のバイオリアクションデバイスチップは従来のプラスチックマイクロ滴定プレート（micro−titer plate）のように機能することができ、免疫分析においても活用することができ、固定しようとする抗体を下部ウェルに注入し下部ウェルの底面全体を塗布して固定し、洗浄、残りの部分をブロッキング（blocking）試薬で充填した後、洗浄、検査しようとするサンプルを下部ウェルまたは上部ウェルまで注入して抗原抗体反応、洗浄、抗原抗体が反応するか否かを確認するために信号確認のための２次抗体をまた注入して反応誘導、洗浄、蛍光あるいは気質を注入し、発色、または発光の信号を取得することができる。
６）ＲＩＡ分析：４）と同様な工程を行い、最後の信号を放射線同位元素信号として取得することにより反応性を確認することができる。
７）タンパク質アレイ（タンパク質チップ）：下部ウェルの底面に多数個の標的抗体をアレイ固定し、４）の工程で残りの部位をブロッキング（blocking）する工程から同様な工程を行い、信号を取得することができる。
本発明は、前記の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは言うまでも無く、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく、本発明が属する分野で通常の知識を有した者であれば誰でも様々な変形実施が可能であることは言うまでもない。
１０００ （本発明の）バイオリアクションデバイスチップ
１００ プレート
２００ ウェル
２１０ 上部ウェル
２２０ 下部ウェル
３００ 検出部
４００ 試料
５００ オイル
１００ プレート
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Claims (3)
- プレート１００と、
前記プレート１００の一面に凹状に形成される複数個のウェル２００と、を含み、
前記ウェル２００は、上部に形成される上部ウェル２１０と、前記上部ウェル２１０の下部に形成され、前記上部ウェル２１０より小さい直径を有する下部ウェル２２０と、を含むバイオリアクションデバイスチップの使用方法であって、
前記下部ウェル２２０に試料を収容し、前記上部ウェル２１０にオイルを収容し、試料の注入量を一定にすることを特徴とし、
さらに、前記下部ウェル２２０の底面に、タンパク質、核酸、ＰＮＡ（Peptide Nucleic Acid）、アプタマ（Aptamer）または抗体から選択される物質が塗布またはアレイ（配列）されることによって形成された検出部３００をさらに含むことを特徴とする、バイオリアクションデバイスチップの使用方法。 - 前記ウェル２００は２段以上に形成され、各々の段において下方の段が上方の段より小さい直径を有することを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクションデバイスチップの使用方法。
- 前記下部ウェル２２０の上端まで試料を収容することを特徴とする請求項１に記載のバイオリアクションデバイスチップの使用方法。
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