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KR101162365B1 - Bioassay Method, Bioassay Device, and Bioassay Substrate - Google Patents

Bioassay Method, Bioassay Device, and Bioassay Substrate Download PDF

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KR101162365B1
KR101162365B1 KR1020047001023A KR20047001023A KR101162365B1 KR 101162365 B1 KR101162365 B1 KR 101162365B1 KR 1020047001023 A KR1020047001023 A KR 1020047001023A KR 20047001023 A KR20047001023 A KR 20047001023A KR 101162365 B1 KR101162365 B1 KR 101162365B1
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KR
South Korea
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detection
reaction
substrate
nucleotide chain
bioassay
Prior art date
Application number
KR1020047001023A
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Inventor
다까요시 마미네
다꾸로 야마모또
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소니 주식회사
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Publication date
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Abstract

하이브리다이제이션 등의 물질간의 상호 반응 작용이 행해지는 반응영역의 전기장 형성을 컨트롤함으로써, 상기 상호 반응작용의 효율을 높일 수 있다.

바이오 어세이 방법 및 그 방법을 아주 적합하게 실시할 수 있는 바이오 어세이 장치이다. 검출용 물질(D)이 고정 가능하도록 표면 처리가 된 검출표면(S)(S')과, 상기 검출표면(S)(S')에 고정된 상태의 검출용 물질(D)과 청가된 표적물질(T)의 상호반응작용의 장소를 제공하는 반응영역(R)(R')과, 상기 반응영역(R)(R')에 전위차를 생기게 하여, 그 반응영역(R)(R') 내에 전기장을 형성하는 전기장형성수단(E)을 적어도 구비하는 검출부(1)(10)에 있어서 물질간의 상호반응작용을 검출하는 방법으로서, 상기 전기장형성수단(E)에 의한 전기장형성을 소정 타이밍으로 온/오프하는 단계를 적어도 포함한다.

Figure R1020047001023

바이오 어세이 방법, 바이오 어세이 장치, 하이브리다이제이션, DNA, 누클레오티드 사슬, 검출용 물질, 표적물질, 기판

By controlling the formation of the electric field in the reaction zone in which the interaction reaction between materials such as hybridization is performed, the efficiency of the interaction reaction can be increased.

A bioassay method and a bioassay device capable of carrying out the method suitably. The detection surface S (S ') surface-treated so that the detection substance D can be fixed, and fixed to the detection surface S (S'). A potential difference is generated between the reaction zone R and R 'providing a place for interaction between the substance D for detection of the state and the target material T purged, and the reaction zone R and R'. In the detecting section (1) (10) having at least an electric field forming means (E) for forming an electric field in the reaction region (R) (R '), a method for detecting the interaction reaction between materials is provided. At least a step of turning on / off the electric field formation by the means E at a predetermined timing.

Figure R1020047001023

Bioassay methods, bioassay devices, hybridization, DNA, nucleotide chains, detection materials, target materials, substrates

Description

바이오 어세이 방법, 바이오 어세이 장치 및 바이오 어세이 기판 {Bioassay Method, Bioassay Device, and Bioassay Substrate}Bioassay Method, Bioassay Device, and Bioassay Substrate

본 발명은, 바이오인포매틱스(생명정보과학) 분야에 있어서 특히 유용한 바이오 어세이 방법, 바이오 어세이 장치 및 바이오 어세이용 기판에 관한 것이다. The present invention relates to a bioassay method, a bioassay device and a substrate for bioassay, which are particularly useful in the field of bioinformatics (bioinformatics).

본 발명의 주된 종래기술을 이하에 설명한다. The main prior art of the present invention is explained below.

현재, 마이크로어레이 기술에 의해 소정의 DNA가 미세 배열된, 이른바 DNA 칩 또는 DNA 마이크로어레이(이하, 「DNA 칩」이라고 총칭.)라고 불리우는 바이오 어세이용의 집적기판이, 유전자의 변이 해석, SNPs(1염기 다형) 분석, 유전자 발현 해석 등에 이용되고 있고, 신약 개발, 임상진단, 약리 제노믹스, 법의학 등의 분야에 있어서 광범위하게 활용되기 시작하고 있다. Currently, an integrated substrate for bioassay called a DNA chip or a DNA microarray (hereinafter, collectively referred to as a "DNA chip") in which predetermined DNA is microarrayed by microarray technology is used for analysis of gene mutation, SNPs ( It is used for monobasic polymorphism analysis, gene expression analysis, etc., and is widely used in the fields of new drug development, clinical diagnosis, pharmacological genomics, and forensic medicine.

이 DNA 칩은, 유리 기판이나 실리콘 기판 위에 다종ㆍ다수의 DNA 올리고 사슬이나 cDNA(상보적인 DNA)등이 집적되어 있기 때문에, 하이브리다이제이션 등의 분자간 상호반응의 망라적 해석이 가능해지는 점이 특징이다. This DNA chip is characterized in that a comprehensive analysis of intermolecular interactions such as hybridization is possible because a large number of DNA oligo chains and cDNA (complementary DNA), etc. are integrated on a glass substrate or a silicon substrate. .

DNA 칩에 의한 해석수법의 일례를 간결하게 설명하면, 유리 기판이나 실리콘 기판 위에 고상화 된 DNA 프로브에 대해서, 세포, 조직 등으로부터 추출한 mRNA를 역전사 PCR반응 등에 의해 형광 프로브 dNTP를 짜넣으면서 PCR 증폭하고, 상기 기 판상에 있어서 하이브리다이제이션을 행하고, 소정의 검출기로 형광측정을 행한다고 하는 수법이다. An example of an analysis method using a DNA chip will be described briefly. For a DNA probe solidified on a glass substrate or a silicon substrate, mRNA amplified from cells and tissues is PCR amplified by incorporating a fluorescent probe dNTP by reverse transcription PCR. In this method, hybridization is performed on the substrate and fluorescence measurement is performed with a predetermined detector.

여기에서, DNA 칩은 두개의 타입으로 분류할 수 있다. 제1의 타입은, 반도체 노광기술을 응용한 포토리소그래피의 기술을 이용하여, 소정의 기판 위에 직접 올리고 누클레오티드를 합성해 가는 것이며, 미국 애피매트릭스사(Affymetrix사)에 의한 것이 대표적이다(예를 들면, 미국 특허 제5,445,934호 공보 참조). 이 종류의 칩은 집적도는 높지만, 기판상에서의 DNA합성에는 한계가 있어서 몇십 염기 정도의 길이이다. Here, DNA chips can be classified into two types. The first type is to synthesize oligonucleotides directly on a predetermined substrate using a photolithography technique using a semiconductor exposure technique, and is typically made by Affymetrix (USA). , US Pat. No. 5,445,934. This type of chip has a high degree of integration, but there is a limit to the synthesis of DNA on a substrate, which is about tens of bases long.

제2의 타입은, 「스탬퍼드 방식」이라고도 칭해지는 것으로, 끝 분할 핀을 이용하여 미리 준비된 DNA를 기판 위에 분주·고상화해 감으로써 제작되는 것이다(예를 들면, 미국 특허 제5,807,522호 공보 참조). 이 종류의 칩은, 집적도는 전자에 비해서 낮지만, 1kb정도의 DNA 단편을 고상화할 수 있다고 하는 이점이 있다. The second type, also referred to as a "stamped method", is produced by dispensing and solidifying DNA prepared in advance on a substrate using an end split pin (see, for example, US Patent No. 5,807,522). . This type of chip has an advantage that the degree of integration is lower than that of the former, but it is possible to solidify a DNA fragment of about 1 kb.

또 현재, 프로테인 칩을 포함하는 바이오센서 칩이라고 칭해지는, 얇은 평판 위에 설치된 미소한 검출 표면부위에 소정의 검출용 물질을 고상화하고, 이 검출용 물질에 대해서, 표적물질을 포함하는 용액을 미용량 통수하고, 양 물질의 상호반응을 표면 플라즈몬 공명원리나 수정 발진자 등의 원리를 이용해서 관찰ㆍ분석하는 바이오센서 기술이 진전되어 있고, 항체항원반응이나 호르몬 응답반응 등의 물질간 상호반응의 분석에 있어서의 유용한 기술이 되어 있다. In addition, at present, a predetermined detection material is solidified on a minute detection surface provided on a thin plate called a biosensor chip containing a protein chip, and a solution containing a target material is added to the detection material. Advances in biosensor technology for monitoring dose and volumetric interactions between the two substances using principles such as surface plasmon resonance and crystal oscillators have been developed, and analysis of interactions between substances such as antibody antigen response and hormonal response. It is a useful technique in.

그렇지만 상기한 종래의 DNA 칩 기술이나 바이오센서 기술에서는, 이차원인 기판의 협소한 검출부에 있어서, DNA 프로브 등의 검출용 누클레오티드 사슬이나 단백질 등을 고상화(고정화)하고, 하이브리다이제이션 반응이나 항원 항체반응 등의 물질간의 상호 반응작용을 진행시킨다고 하는 기술이기 때문에 공간적으로 반응 생성물의 자유도가 제한되고, 또 반응 시에 입체장해가 발생할 가능성도 있다고 하는 반드시 적합하다고는 할 수 없는 반응조건하에서, 오로지 반응 생성물의 브라운 운동에 기초해서 상호반응작용을 진행시킨다고 하는 구성이었다. 이 때문에 종래의 DNA 칩 기술 또는 바이오 센서 기술에서는, 상호반응작용의 효율이 나쁘고, 반응시간이 길다고 하는 기술적 과제가 있었다. However, in the above-described conventional DNA chip technology and biosensor technology, in a narrow detection portion of a two-dimensional substrate, the nucleotide chains or proteins for detection such as DNA probes are solidified (fixed), and hybridization reactions and antigen antibodies. Because it is a technology that advances the interaction reaction between substances such as a reaction, the reaction is limited only under the reaction conditions that are not necessarily suitable, in which the degree of freedom of the reaction product is limited spatially and steric hindrance may occur during the reaction. The interaction was based on the Brownian motion of the product. For this reason, in the conventional DNA chip technology or biosensor technology, there existed a technical problem that the efficiency of interaction reaction is bad and reaction time is long.

또 기존의 DNA 칩 등에서는, 시료용액은, 기판 위의 소정의 스폿 부위(검출부)에 적하될 뿐이며, 상기 시료용액에 포함되어 있는 표적물질과, 상기 스폿 부위에 고정된 상태의 검출물질의 상대적인 위치결정을 하기 위한 연구는 조금도 강구되지 않고 있었다. In a conventional DNA chip or the like, the sample solution is only dropped to a predetermined spot portion (detection portion) on the substrate, and the relative relation between the target substance contained in the sample solution and the detection substance fixed to the spot portion is determined. No research has been done to locate them.

그래서 본 발명에서는, 하이브리다이제이션 등의 물질간의 상호반응작용이 행하여지는 반응영역의 전기장형성을 컨트롤하여, 검출용 물질과 표적물질 사이의 상대적 위치 결정이나 물질구조의 조정을 행함으로써, 상호반응작용의 효율을 향상시키는 것을 가능하게 한 바이오 어세이 방법, 바이오 어세이 장치 및 이들 바이오 어세이 방법, 바이오 어세이 장치에 이용되기에 아주 적합한 바이오 어세이 기판을 제공하는 것을 주목적으로 한다. Therefore, in the present invention, the interaction is carried out by controlling the electric field formation of the reaction region in which the interaction between the substances such as hybridization is performed, and adjusting the relative positioning and the structure of the substance between the detection substance and the target substance. It is a main object to provide a bioassay method, a bioassay device and a bioassay substrate well suited for use in these bioassay methods and bioassay devices, which make it possible to improve the efficiency of the.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해서, 우선 본원에 있어서는, 이하의 「바이오 어세이 방법」을 제공한다. 또한 본원에 있어서 「바이오 어세이」란, 하이브 리다이제이션 등의 물질간의 상호 반응에 근거하는 생화학적 분석을 넓게 의미한다. In order to solve the said technical subject, the following "bioassay method" is first provided in this application. In addition, in this application, "bioassay" means the biochemical analysis based on the mutual reaction between substances, such as hybridization, widely.

본 발명에 따른 「바이오 어세이 방법」은, 검출용 물질이 고정 가능하도록 표면처리가 된 검출 표면과, 상기 검출 표면에 고정된 상태의 검출용 물질과 표적물질의 상호반응작용의 장소를 제공하는 반응영역과, 상기 반응영역 내에 전위차를 발생시켜서 이 반응영역 내에 전기장을 형성하는 전기장형성수단을 적어도 구비하는 검출부에 있어서 물질간 상호반응작용을 검출하는 방법을 전제로 하는 방법으로서, 상기 전기장형성수단에 의한 전기장형성을 소정 타이밍으로 온/오프 하는 단계를 적어도 포함하는 방법이다. The "bioassay method" according to the present invention provides a detection surface surface-treated so that a detection substance can be fixed, and a place for interaction between a detection substance and a target substance in a state fixed to the detection surface. A field on the premise of a method for detecting interaction between materials in a detection section having at least a field forming means for generating a potential difference in the reaction zone by generating a potential difference in the reaction zone. And turning on / off electric field formation at a predetermined timing.

상기 반응영역에 형성되는 전기장은, 주로 (1)누클레오티드 사슬 등의 검출용 물질, 표적물질을 신장시키는 작용, (2)검출용 물질과 떨어져서 존재하고 있는 표적물질을 전기력선에 따라 전후방향으로 이동시키는 작용, (3)검출용 물질과 표적물질의 상호반응에 의해 얻어진 반응생성물(검출용 물질과 표적물질의 결합체)의 고차 구조를, 형광 표식된 표적물질이나 상기 반응생성물에 특이적으로 결합하는 형광 인터커레이터로부터 발해지는 형광의 판독을 보다 고정밀도로 행할 수 있는 구조로 조정하는 작용 등을 발휘한다. The electric field formed in the reaction zone is mainly used for (1) detecting a substance such as nucleotide chain, extending the target substance, and (2) moving the target substance which is separated from the detection substance in the forward and backward directions along the electric line of force. (3) fluorescence that specifically binds the higher-order structure of the reaction product (combination of the detection material and the target material) obtained by the interaction between the detection material and the target material with the fluorescently labeled target material or the reaction product. The present invention functions to adjust the structure in which the fluorescence emitted from the interlocker can be read more accurately.

즉 검출부의 반응영역에 대해서, 아주 적합한 소정의 타이밍으로 소망의 전기장을 형성하거나(인가 온), 전기장을 형성하지 않거나(인가 오프) 함으로써, 상기 (1) 내지 (3)의 작용을 순차 발휘시킬 수 있다. In other words, by forming a desired electric field (applying on) or not generating (applying off) the electric field at a predetermined timing which is well suited for the reaction region of the detection unit, the action of (1) to (3) can be exerted in sequence. Can be.

보다 구체적으로는, 고주파 고전압의 인가에 의해 상기 (1)의 작용을 얻고, 검출용 물질과 표적 물질을 반응시키기 쉬운 구조, 예를 들면 누클레오티드 사슬의 염기 배열이 중층 되어 있지 않은 직쇄상 구조(신장한 구조)로 조정할 수 있다.More specifically, the structure of the said (1) is acquired by application of a high frequency high voltage, and the structure which is easy to react a detection substance and a target substance, for example, the linear structure in which the nucleotide sequence of a nucleotide chain is not layered (extension | stretching) Can be adjusted).

계속해서, 직사각형파 전압(펄스상의 직류전압)을 인가함으로써, 보다 상세하게는, 직사각형파 전압을 교대로(즉, +/-) 인가함으로써, 상기 (2)의 작용을 얻고, 반응영역에 유리해서 존재하는 표적물질을, 검출 표면에 고정된 상태로 있는 검출용 물질에 접근시킨다. 이것으로 의해 반응효율(반응기회)이 향상되므로, 반응시간을 단축할 수 있다. Subsequently, by applying a rectangular wave voltage (pulse direct current voltage), more specifically, by applying an alternating rectangular wave voltage (that is, +/-), the action of (2) is obtained, and it is advantageous in the reaction region. The target substance present is thereby approached to the detection substance which is fixed on the detection surface. As a result, the reaction efficiency (reaction opportunity) is improved, so that the reaction time can be shortened.

그리고 검출의 단계에 있어서도, 고주파 고전압을 반응영역에 인가함으로써, (3)의 작용을 얻어서 반응영역에 존재하는 반응생성물로부터의 형광 등을 광학적 수단 등의 검출수단에 의해 정확하게 검출할 수 있다. Also in the detection step, by applying the high frequency high voltage to the reaction region, the fluorescence or the like from the reaction product present in the reaction region can be accurately detected by the detection means such as optical means.

여기에서, 검출용 물질과 표적물질의 하이브리다이제이션 등의 상호반응을 확실하게 진행시키기 위해서는 물질의 브라운 운동에 오로지 맡길 수 있는 반응영역에 형성된 쪽이 좋다고 생각된다. 그래서 본 발명에서는 일련의 전기장형성단계에 있어서, 상기 반응영역에 전기장을 형성하지 않는 시간을 적극적으로 만들도록 한다. 즉 상기 직사각형파 전압 온에 계속해서 직사각형파 전압 오프의 시간을 둠으로써, 물질간의 상호반응을 촉진시킬 수 있다. Here, in order to reliably advance the interaction between the detection material and the target material, such as hybridization, it is considered that it is better to form the reaction region that can be left only to the Brownian movement of the material. Therefore, in the present invention, in a series of electric field forming steps, it is to actively create a time that does not form an electric field in the reaction region. In other words, by allowing the rectangular wave voltage to be turned off after the rectangular wave voltage on, the interaction between materials can be promoted.

여기에서, 본 발명에 따른 「바이오 어세이 방법」에 있어서는, 검출용 물질 및 표적물질의 종류를 특별히 한정하는 것이 아니다. 또한 「표적물질」은 형광 표식 등의 표식이 붙여져 있는 것, 붙여져 있지 않는 것 쌍방을 포함한다. 「검출용 물질」은 검출 표면에 직접적으로, 또는 링커를 통해서 간접적으로 고상화되어, 형광물질 등에 의해 표식된 표적물질과 특이적인 상호반응작용을 발휘하는 저분자, 고분자 및 생체물질 등을 넓게 포함하고 좁게 해석되지 않는다. Here, in the "bioassay method" according to the present invention, the types of the detection substance and the target substance are not particularly limited. In addition, a "target substance" includes both the thing which has a mark, such as a fluorescent mark, and the thing which is not. The "detection material" broadly includes low molecules, polymers and biomaterials which solidify directly on the detection surface or indirectly through a linker and exhibit specific interactions with target substances labeled by fluorescent materials or the like. It is not interpreted narrowly.

「검출 표면」은, 누클레오티드 사슬 등의 말단을 고정화 할 수 있는 아주 적합한 표면처리가 된 표면 부위를 의미한다. 예를 들면 스트랩트아비딘에 의해 표면처리 되었을 경우에는, 비오틴화 된 누클레오티드 사슬의 고정화에 적합한 검출 표면이 된다. "Detection surface" means the surface part which carried out the surface treatment suitable for the surface which can fix | immobilize terminal, such as nucleotide chain. For example, when surface-treated with strapavidin, it is a detection surface suitable for immobilization of biotinylated nucleotide chains.

본 방법은, 본 발명의 목적, 효과에 합치하는 범위에서, 단백질-단백질 사이, 누클레오티드 사슬-누클레오티드 사슬 사이(DNA-DNA, DNA-RNA 쌍방을 포함한다.), 단백질-누클레오티드 사슬(쌍가닥을 포함함)사이 등의 고분자간의 상호 반응, 고분자와 저분자의 상호반응, 저분자간의 상호반응 모두에 적용가능하다. The method comprises, between the protein-protein, between the nucleotide chain and the nucleotide chain (including both DNA-DNA and DNA-RNA) and protein-nucleotide chains (in a range consistent with the object and effect of the present invention). It is applicable to the interaction between polymers, the interaction between polymers and low molecules, and the interaction between low molecules.

일례를 들면, 상기 검출용 물질 및 상기 표적물질은 누클레오티드 사슬이며, 상기 상호반응작용이 하이브리다이제이션인 경우에 있어서는, 협소한 반응영역(스폿영역)에서도 하이브리다이제이션 효율을 확실하게 향상시킬 수 있으므로, 반응시간이 짧으면서도 판독 정밀도가 높은 DNA 칩 또는 마이크로어레이 수법을 신규로 제공할 수 있다. For example, the detection substance and the target substance are nucleotide chains, and when the interaction reaction is hybridization, hybridization efficiency can be reliably improved even in a narrow reaction region (spot region). In addition, it is possible to provide a novel DNA chip or microarray technique with a short reaction time and high read accuracy.

여기에서, 상기 반응영역에 있어서의 물질간 상호반응작용이 하이브리다이제이션의 경우에 있어서의 아주 적합한 바이오 어세이 방법으로서는, (a)상기 검출 표면에 말단부위가 고정된 상태의 검출용 누클레오티드 사슬을 신장시키도록 전기장을 형성하는 단계와, (b)상기 단계 후에 상기 반응영역에 대해서 표적 누클레오티드 사슬을 첨가하는 단계와, (c)상기 단계 후에 상기 반응영역에 전위차를 발생 시켜서, 반응영역 중의 검출용 누클레오티드 사슬과 표적 누클레오티드 사슬을 상대적으로 이동시키는 단계와, (d)상기 단계 후에 인가를 오프로 한 상태로 하이브리다이제이션을 행하는 단계를 포함하는 방법이다. 이하, (a) 내지 (d)의 각 단계에 대해서 구체적으로 설명한다. Here, as a very suitable bioassay method in the case where the interaction between substances in the reaction region is hybridization, (a) detecting a nucleotide chain for detection in which the terminal is fixed to the detection surface Forming an electric field to extend, (b) adding a target nucleotide chain to said reaction zone after said step, and (c) generating a potential difference in said reaction zone after said step, thereby detecting Relatively moving the nucleotide chain and the target nucleotide chain, and (d) performing hybridization with the application off after the step. Hereinafter, each step of (a)-(d) is demonstrated concretely.

여기에서, 본원에 있어서 「누클레오티드 사슬」이란, 푸린 또는 피리미딘 염기와 당이 글리코시드 결합된 누클레오시드의 인산 에스테르의 중합체를 의미하고, DNA 프로브를 포함하는 올리고 누클레오티드, 폴리누클레오티드, 푸린 누클레오티드와 피리미딘 누클레오티드가 중합된 DNA(전체 길이 또는 그 단편), 역전사에 의해 얻을 수 있는 cDNA(cDNA 프로브), RNA 등을 넓게 포함한다. As used herein, the term "nucleotide chain" refers to a polymer of a phosphate ester of a nucleotide, in which a purine or pyrimidine base and a sugar are glycosylated, and an oligonucleotide, a polynucleotide, a purine nucleotide, and a DNA probe. Pyrimidine nucleotides include polymerized DNA (full length or fragment thereof), cDNA (cDNA probe) obtainable by reverse transcription, RNA, and the like.

검출 표면에 말단부위가 고정되어야 할 검출용 누클레오티드 사슬(한가닥)은 반드시 직쇄상의 컴포메이션를 취하고 있다고는 할 수 없기 때문에, 상기 (a)단계에 따라, 검출용 누클레오티드 사슬을 전기력선을 따라 직접 사슬모양으로 신장시킨다. 이것에 의해, 반응영역에 대해서 검출용 누클레오티드 사슬의 염기 배열이 노출되고, 상보적인 염기배열과의 수소결합반응을 진행하기 쉬운 상태를 형성할 수 있다. Since the detection nucleotide chain (single strand) to which the end portion is to be fixed to the detection surface does not necessarily have a straight chain composition, according to step (a) above, the detection nucleotide chain is directly chained along the electric line of force. Elongate. As a result, the nucleotide sequence of the detection nucleotide chain is exposed to the reaction region, whereby a state in which the hydrogen bond reaction with the complementary nucleotide sequence is easily proceeded can be formed.

보다 상세하게는, 인산 이온 등을 구비하는 누클레오티드 사슬의 음전하와 이온화 한 수소원자의 양전하로 구성되는 다수의 분극 벡터로 이루어지는 누클레오티드 사슬이 전계의 인가에 의해 신장되고, 이 때문에 염기끼리 중층하지 않게 되고, 이 결과, 입체장애가 없어지고, 근재하는 표적 누클레오티드와의 하이브리다이제이션 반응이 원활하게 행하여지게 된다. More specifically, a nucleotide chain composed of a plurality of polarization vectors composed of negative charges of nucleotide chains containing phosphate ions and positive charges of ionized hydrogen atoms is elongated by application of an electric field, and thus the bases are not layered. As a result, steric hindrance is eliminated and the hybridization reaction with the existing target nucleotide is performed smoothly.

누클레오티드 사슬이 신장 또는 이동하는 원리를 상세히 설명하면, 누클레오티드 사슬의 골격을 이루는 인산 이온(음전하)와 그 주변에 있는 물이 이온화 한 수소원자(양전하)에 의해 이온 구름을 만들고 있다고 생각되고, 이들 음전하 및 양전하에 의해 생기는 분극 벡터(쌍극자)가, 고주파 고전압의 인가에 의해 전체적으로 한방향을 향하고, 그 결과로서 누클레오티드 사슬이 신장한다고 생각된다. 부가해서 전기력선이 일부에 집중하는 불균일 전계가 인가 되었을 경우, 누클레오티드 사슬은 전기력선이 집중하는 부위를 향해서 이동한다(Seiichi Suzuki, Takeshi Yamanashi, Shin-ichi Tazawa, Osamu Kurosawa and Masao Washizu:"Quantitative analysis on electrostatic orientation of DNA in stationary AC electric field using fluorescence anisotropy", IEEE Transaction on industrial Applications, Vol.34, No.1, P75-83(1988) 참조).When the principle of nucleotide chain elongation or movement is explained in detail, it is thought that the phosphate ions (negative charge) forming the skeleton of the nucleotide chain and the surrounding water form an ion cloud by ionizing hydrogen atoms (positive charges). And a polarization vector (dipole) generated by positive charges is generally directed in one direction by application of a high frequency high voltage, and as a result, the nucleotide chain is elongated. In addition, when a non-uniform electric field in which the electric line is concentrated in part is applied, the nucleotide chain moves toward the area where the electric line is concentrated (Seiichi Suzuki, Takeshi Yamanashi, Shin-ichi Tazawa, Osamu Kurosawa and Masao Washizu: "Quantitative analysis on electrostatic orientation of DNA in stationary AC electric field using fluorescence anisotropy ", IEEE Transaction on industrial Applications, Vol. 34, No. 1, P75-83 (1988)).

계속해서 상기 (a)단계 후에, 전압인가를 온 상태로 한 채이거나, 또는 전압인가를 일단 오프로 한 상태에서, 반응영역의 액상 중에 표적 누클레오티드 사슬을 포함하는 시료용액을 첨가하는 (b)단계를 실행한다. Subsequently, after the step (a), the step of (b) adding the sample solution containing the target nucleotide chain to the liquid phase of the reaction zone while the voltage application is turned on or the voltage application is turned off once. Run

이 (a)단계에 계속해서 반응영역에 전기장을 형성하고, 반응영역 중의 검출용 누클레오티드 사슬과 누클레오티드 사슬을 상대적으로 이동시키는 상기 (c)단계를 실행하여, 하이브리다이제이션이 진행되기 쉬운 반응환경을 형성한다. 즉 (c)단계에 따르면, 반응영역에 전기장을 형성함으로써, 종래, 오로지 브라운 운동에만 기초하고 있던 양 누클레오티드 사슬간의 반응기회를 현격히 증가시킬 수 있으므로, 반응효율이 높아지고, 검출정밀도를 향상시킬 수 있다. Subsequent to step (a), an electric field is formed in the reaction zone, and step (c) of relatively moving the detection nucleotide chain and the nucleotide chain in the reaction zone is performed to create a reaction environment in which hybridization is likely to proceed. Form. That is, according to the step (c), by forming an electric field in the reaction region, the reactor circuit between both nucleotide chains, which was conventionally based solely on the Brownian motion, can be significantly increased, thereby increasing the reaction efficiency and improving the detection accuracy. .

다음에, (d)단계에서는, 상기 (c)단계 종료 후에, 인가를 오프한 상태를 형성하고, 브라운 운동에 기초하는 하이브리다이제이션을 행하도록 한다. 이 (d)단계에 있어서 인가 오프를 조건으로 한 이유는, 하이브리다이제이션이 상보적인 염기쌍간의 수소결합에 전적으로 맡겨진 반응이기 때문이다. Next, in step (d), after completion of step (c), the application is turned off, and hybridization based on the Brownian motion is performed. The reason why application (d) is turned off in this step (d) is that hybridization is a reaction that is entirely left to hydrogen bonding between complementary base pairs.

다음에, 본 발명에서는, 상기 바이오 어세이 방법을 아주 적합하게 실시 할 수 있는 툴로서, 이하의 구성을 구비하는 「하이브리다이제이션 장치」를 제공한다. Next, in this invention, the "hybridization apparatus" provided with the following structures is provided as a tool which can implement the said bioassay method suitably.

즉 본 발명에 따른 바이오 어세이 장치는, 검출용 물질이 고정 가능하도록 표면처리가 된 검출 표면과, 상기 검출 표면에 고정된 상태의 검출용 물질과 표적물질의 상호반응작용의 장소를 제공하는 반응영역과, 그 반응영역 내에 전위차를 생기게 함으로써, 그 반응영역 내에 전기장형성이 가능한 동시에, 상기 전기장형성을 소정 타이밍으로 온/오프 가능하게 구성된 전기장형성수단을 적어도 구비하는 검출부를 이용한다. In other words, the bioassay device according to the present invention is a reaction that provides a place for interaction between a detection surface that is surface-treated so that a detection material can be fixed, and a detection material that is fixed to the detection surface and a target material. By generating a potential difference in the region and the reaction region, a detection section having at least electric field forming means configured to enable electric field formation in the reaction region and to turn on / off the electric field formation at a predetermined timing is used.

상기 「검출부」는, 검출 표면과 반응영역과 전기장형성수단, 이상 세 가지를 필수 구성으로 하고, 기타의 구성, 구조에 대해서 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 주변에서 구획된 미소한 셀 구조나 채널 구조 등을 기판 위에 형성하고, 이들 구조부분에 상기 필수 구성을 만들어 검출부로 해도 좋다. 기판 위의 검출부의 수는, 목적ㆍ용도에 따라 결정할 수 있고, 기판의 형태는, 직사각형상, 원반형 등의 평판형의 형태를 적당히 선택 결정할 수 있다. The said "detection part" has three essential structures, a detection surface, a reaction area, an electric field formation means, and is not specifically limited about other structure and a structure. For example, a fine cell structure, a channel structure, or the like partitioned around the substrate may be formed on the substrate, and the above-described essential structures may be formed in these structure portions to form a detection unit. The number of detection parts on a board | substrate can be determined according to an objective and a use, and the form of a board | substrate can select suitably the form of flat form, such as rectangular shape and disk shape.

또한 본 발명에서는, 상기 바이오 어세이 방법을 아주 적합하게 실시할 수 있는 툴로서, 이하의 구성을 구비하는 「바이오 어세이 기판」을 제공한다. Moreover, in this invention, the "bioassay board | substrate" provided with the following structures is provided as a tool which can implement the said bioassay method suitably.

본 발명에 따른 「바이오 어세이용 기판」은, 광학적으로 기록정보의 판독이 가능해진 원반형 기판 위에, 적어도 (1)검출용 누클레오티드 사슬의 말단부위가 고정 가능하게 표면 처리가 실시된 검출 표면, (2)상기 검출 표면에 고정된 상태의 검출용 누클레오티드 사슬을 신장시키는 전기장을 형성하는 전극, (3)상기 검출용 누클레오티드 사슬과 표적 누클레오티드 사슬 사이의 하이브리다이제이션 반응의 장소가 되는 반응영역을 구비하는 「검출부」가 설치되어 있다. The "bioassay substrate" according to the present invention is a detection surface on which at least (1) a terminal portion of a nucleotide chain for detection is surface-fixed on a disc-shaped substrate on which optical recording information can be read, (2 ) An electrode forming an electric field which extends the detection nucleotide chain in a fixed state on the detection surface, and (3) a reaction region serving as a site for the hybridization reaction between the detection nucleotide chain and the target nucleotide chain. Detector ”is provided.

이 「검출부」를 가지는 바이오 어세이 기판에서는, 검출 표면에 고정된 검출용 누클레오티드에 전계를 거는 것에 의해, 그 누클레오티드 사슬을 직쇄상으로 신장시킨 후에, 표적 누클레오드 사슬을 포함하는 샘플 용액을, 검출부의 상기 반응영역을 겨냥해서 정확하게 적하하고, 검출용 누클레오티드 사슬과 표적 누클레오티드 사슬 사이의 하이브리다이제이션 반응을 진행시킬 수 있다. 이 결과, 하이브리다이제이션 반응을 단시간으로 효율적으로 행할 수 있다고 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. In the bioassay substrate which has this "detection part," the sample solution containing a target nucleotide chain is extended after extending | stretching the nucleotide chain linearly by applying the electric field to the detection nucleotide fixed to the detection surface, The reaction region of the detection unit can be accurately dropped to advance the hybridization reaction between the detection nucleotide chain and the target nucleotide chain. As a result, the advantageous effect that hybridization reaction can be performed efficiently in a short time can be acquired.

상기 효과는, 상술하는 바와 같이, 인산 이온 등을 구비하는 누클레오티드 사슬의 음전하와 이온화 한 수소원자의 양전하로 구성되는 다수의 분극 벡터로 이루어지는 누클레오티드 사슬이 전계의 인가에 의해 신장되고, 염기끼리 중층하지 않게 되는 결과, 반응 시의 입체 장해가 없어지고, 근재하는 표적 누클레오티드와 검출용 누클레오티드의 하이브리다이제이션 반응이 원활하게 행하여지게 됨으로써 초래된다. As described above, the nucleotide chain composed of a plurality of polarization vectors composed of a negative charge of a nucleotide chain having phosphate ions or the like and a positive charge of ionized hydrogen atoms is elongated by application of an electric field, and the bases are not laminated. As a result, the steric hindrance during the reaction is eliminated, and the hybridization reaction between the target nucleotide and the detection nucleotide in the vicinity is performed smoothly.

여기에서, 누클레오티드 사슬이 신장 또는 이동하는 원리를 다시 설명하면, 누클레오티드 사슬의 골격을 이루는 인산 이온(음전하)과 그 주변에 있는 물이 이온화 한 수소원자(양전하)에 의해 이온 구름을 만들고 있다고 생각되고 이들 음전하 및 양전하에 의해 생기는 분극 벡터(쌍극자)가, 고주파 고전압의 인가에 의해 전체적으로 한방향을 향하고, 그 결과로서, 누클레오티드 사슬이 신장된다고 생각된다. 부가해서, 전기력선이 일부에 집중하는 불균일 전계가 인가 되었을 경우, 누클레오티드 사슬은 전기력선이 집중하는 부위를 향해서 이동한다. Here, the principle of nucleotide chain elongation or movement will be explained again. It is thought that the phosphate ions (negative charge) forming the skeleton of the nucleotide chain and the surrounding water form an ion cloud by ionized hydrogen atoms (positive charges). The polarization vectors (dipoles) generated by these negative and positive charges are generally directed in one direction by application of a high frequency high voltage, and as a result, the nucleotide chains are elongated. In addition, when a non-uniform electric field in which the electric field lines concentrate on a portion is applied, the nucleotide chain moves toward the portion where the electric field lines concentrate.

여기에서, 상기 검출 표면에 전기력선이 집중하는 전계를 인가 하면, 결과적으로, 전계에 의해 신장처리(전술)된 누클레오티드 사슬이 그 검출 표면을 향해서 이동하고, 그 말단부위가 검출 표면에 충돌 함으로써, 검출용의 누클레오티드 사슬을 검출 표면에 확실하게 고정할 수 있다. Here, when an electric field in which electric force lines are concentrated on the detection surface is applied, as a result, nucleotide chains which have been elongated (described above) by the electric field move toward the detection surface, and the terminal portions thereof collide with the detection surface, thereby detecting. The nucleotide chain of the dragon can be reliably fixed to the detection surface.

「반응영역」은, 액상 중에서의 하이브리다이제이션 반응의 장소를 제공할 수 있는 구획된 영역 또는 공간이며, 또한 전극 사이에 전위차가 생김으로써 액상에 전기장이 형성되는 영역이다. A "reaction zone" is a partitioned area or space that can provide a place for hybridization reaction in a liquid phase, and a region in which an electric field is formed in the liquid phase by generating a potential difference between the electrodes.

또한 이 반응영역에서는, 한가닥 누클레오티드간의 상호반응, 즉 하이브리다이제이션에 부가해서, 검출용 누클레오티드 사슬로 소망의 쌍가닥 누클레오티드를 형성하고, 그 쌍가닥 누클레오티드와 펩티드(또는 단백질)의 상호반응, 효소응답반응 그 외의 분자간 상호반응도 행하게 할 수 있다. 예를 들면, 상기 쌍가닥 누클레오티드를 이용할 경우는, 전사인자인 호르몬 리셉터 등의 리셉터 분자와 응답배열 DNA부분의 결합 등을 분석할 수 있다. In addition, in this reaction region, in addition to the interaction between the single stranded nucleotides, that is, hybridization, a desired nucleotide chain is formed with a detection nucleotide chain, and the paired nucleotide and the peptide (or protein) interact with each other, and the enzyme response. Other intermolecular interactions can be made. For example, in the case of using the double-stranded nucleotide, binding of a receptor molecule such as a hormone receptor, which is a transcription factor, and a response array DNA portion, or the like can be analyzed.

다음에, 본 발명에 따른 바이오 어세이용 기판에서는, 상기한 「검출부」를, 한벽면에 검출 표면이 형성된 셀 구조를 구비하는 셀 검출부로 하고, 이 셀 검출부를 원반형 기판 위에 복수 배치시킨 형태를 채용할 수 있다. 또한 「셀 검출부」란, 주변의 기판영역과는 구획된 소실모양의 반응영역을 구비하는 부위로 정의한다. Next, in the bioassay substrate which concerns on this invention, the said "detection part" is made into the cell detection part which has a cell structure in which the detection surface was formed in one wall surface, and the form which arrange | positioned a plurality of this cell detection part on the disk-shaped board | substrate is employ | adopted. can do. In addition, a "cell detection part" is defined as a site | part which has a burn-up reaction area partitioned with the surrounding substrate area | region.

이 「셀 검출부」는, 기판 위의 적당한 위치에 배치하는 것이 가능한데, 위쪽에서 보아서 방사상을 나타내도록 나열해서 배치하면, 기판 위의 공간을 유효하게 이용할 수 있으므로 정보의 집적밀도를 높일 수 있다. 즉 기록정보의 집적량이 많은 (원반형의) DNA 칩을 제공할 수 있다. The "cell detection unit" can be disposed at an appropriate position on the substrate. If the cells are arranged side by side so as to show a radial view from above, the space on the substrate can be effectively used, so that the density of information can be increased. That is, it is possible to provide a (disc) DNA chip with a large amount of record information accumulation.

또한 셀 검출부는, 서로 콘터미네이션 하지 않도록 구획되어 있으므로, 셀 검출부 단위 또는 그루핑 된 복수의 셀 검출부 단위에, 다른 검출용 누클레오티드 사슬을 고정하고, 검출용 누클레오티드 사슬마다 별개 독립의 조건을 설정하고, 하이브리다이제이션 반응을 진행시킬 수 있다. In addition, since the cell detectors are partitioned so as not to be confused with each other, the other detector nucleotide chains are fixed to a cell detector unit or a plurality of grouped cell detector units, and a separate independent condition is set for each detection nucleotide chain. The redidation reaction can be advanced.

예를 들면, 질병발증의 마커 유전자를 기판 위에 그루핑 해서 고정할 수 있다. 이것에 의해 하나의 기판을 이용해서, 동시에 복수의 질병의 발현상황을 확인할 수 있다. For example, a marker gene of disease occurrence can be fixed by grouping on a substrate. This makes it possible to check the expression of a plurality of diseases at the same time using one substrate.

또 Tm 또는 GC 함유율의 차이에 기초하여, 고정화하는 검출용 누클레오티드 사슬을 그루핑 해 두는 것이 가능해진다. 이것에 의해 액티브한 하이브리다이제이션 반응을 얻을 수 있는 버퍼 조성, 농도 등의 반응조건, 세정조건, 적하하는 샘플 용액 농도 등을, 검출용 누클레오티드 사슬의 성질에 따라서 꼼꼼하게 선택하는 것 이 가능해지므로, 해석작업에 있어서 가짜양성 또는 가짜음성이 나타내어질 위험성을 현격히 감소시킬 수 있다. Moreover, based on the difference of Tm or GC content rate, it becomes possible to group the nucleotide chain for detection to immobilize. As a result, it is possible to meticulously select the reaction conditions such as the buffer composition, the concentration, and the like, the washing conditions, and the dropping sample solution concentration, which can obtain an active hybridization reaction, according to the nature of the detection nucleotide chain. The work can significantly reduce the risk of false positives or false negatives.

다음에, 본 발명에 따른 바이오 어세이용 기판에서는, 상기 검출부의 반응영역을, 원반형 기판 위에 방사상으로 연설된 줄기홈(groove) 내에 형성 또는 배치하고, 그 줄기홈의 내벽면에는, 상기 검출 표면을 배치한다고 하는 구성도 채용할 수 있다. Next, in the bioassay substrate according to the present invention, the reaction region of the detection portion is formed or arranged in a stem groove radially extended on the disk-shaped substrate, and the detection surface is placed on the inner wall surface of the stem groove. The arrangement of arranging can also be adopted.

또한, 기판에 형성되는 「줄기홈」이란, 줄무늬 모양으로 연설된 가늘고 긴 마이크로 채널 구조를 의미하고, 이 줄기홈을 구비하는 바이오 어세이용 기판이 속하는 하나의 분야는, 원반형의 마이크로 채널 어레이라고 말할 수 있다. 이하, 반응영역이 줄기홈 내에 설치되어 있는 구성의 검출부를, 상기 「셀 검출부」를 따라서 편의상 「줄기홈 검출부」라고 칭하기로 한다. In addition, the "stem groove" formed in a board | substrate means the elongate microchannel structure elongated in stripe form, and one field to which the bioassay board | substrate which has this stem groove belongs is a disk type microchannel array. Can be. Hereinafter, the detection part of the structure in which the reaction area is provided in the stem groove is called a "stem groove detection part" for convenience along with said "cell detection part."

이 「줄기홈 검출부」를 채용했을 경우는, 모세관 환경을 이용한 액체이송이나, 원반형의 기판을 소정 방법으로 회전시킴으로써 생기는 원심력을 살린 액체이송방법을 이용할 수 있다. 예를 들면, 샘플 용액이나 반응 후에 액티브하게 결합하지 않은 여분의 표적물질을 제거하기 위한 세정액 등을, 기판 중심영역에서 줄기홈 내(즉 반응영역)에, 원활하면서도 확실하게 액체이송 하는 것이 가능해진다.When this "stem groove detection part" is adopted, a liquid transfer method using a capillary environment or a liquid transfer method utilizing the centrifugal force generated by rotating a disk-shaped substrate by a predetermined method can be used. For example, it is possible to smoothly and reliably transfer a liquid such as a sample solution or a cleaning liquid for removing excess target material not actively bound after the reaction from the substrate center region to the stem groove (that is, the reaction region). .

또한 줄기홈 검출부의 경우라도, 상기 줄기홈 단위 또는 그루핑 된 복수의 줄기홈 단위에, 다른 검출용 누클레오티드 사슬을 고정할 수 있다. In addition, even in the case of the stem groove detection unit, another detection nucleotide chain may be fixed to the stem groove unit or the plurality of grouped stem groove units.

이상 설명한 바이오 어세이용 기판에 있어서, 상기 검출 표면부위의 위치정보와 회전동기정보를 제공하는 수단을 구비한 경우, 상기 위치정보와 회전동기정보 에 근거하여, 검출용 누클레오티드 함유 용액 및 표적 누클레오티드 함유 용액을,소정의 반응영역에 정확하게 추종시켜서 적하할 수 있다. In the above-described bioassay substrate, when a means for providing the positional information and the rotational synchronous information on the detection surface portion is provided, the detection nucleotide-containing solution and the target nucleotide-containing solution are based on the positional information and the rotational synchronous information. Can be dripped accurately following a predetermined reaction region.

상기 수단은, 상기 기판 위에 설치된 워블링(wobbling) 또는 어드레스 피트에 의한 것으로 할 수 있다. 또한, 「워블링」이란, 디스크위의 물리적인 번지(어드레스)의 정보를 미리 디스크 위에 기록하기 위해서, 유저에 의한 데이터를 기록하는 그룹(안내홈)을 트랙의 중심에 대해서 약간 좌우로 사행시키는 것이다. 통상, 트래킹 서보 대역보다 높은 주파수에 대해서, 사소한 주파수의 편향(Deviation)을 가지는 FM변조가 행하여져, 정현파 변조신호 진폭을 그룹 반경방향 변위로서 기판 위에 새긴다. The means may be based on wobbling or address pits provided on the substrate. In addition, "wobble" means that a group (guide groove) for recording data by a user meanders slightly to the center of the track in order to record the information of the physical address (address) on the disk in advance on the disk. will be. Usually, for a frequency higher than the tracking servo band, FM modulation with a slight frequency deviation is performed, and the sinusoidal modulation signal amplitude is inscribed on the substrate as a group radial displacement.

이상 설명한 바이오 어세이용 기판 위에 설치된 상기 반응영역에 대해서는, 실온과 반응에 적합한 온도 사이에서, 겔, 졸의 가역 상변화가 일어날 수 있는 물질(「상변화 물질」이라고 칭함)을 충전하는 것도 가능하다. 상변화 물질의 일례로서는, 아가로스 겔을 들 수 있다. In the reaction region provided on the substrate for bioassay described above, it is also possible to fill a substance (referred to as "phase change substance") in which reversible phase change of gel and sol can occur between room temperature and a temperature suitable for the reaction. . An example of a phase change substance is agarose gel.

이 수단으로는, 상변화 물질을 고온하에서 상기 상변화 물질을 졸화 하고, 이 상태로 전압을 인가해서 DNA 등의 누클레오티드 사슬을 배열한 후에, 온도를 저하시켜서 겔화 하고, 다시 계속해서 하이브리다이제이션 시에는, 반응에 적합한 온도 조건에서 졸화하는 단계를 실행할 수 있고, 하이브리다이제이션 시에 있어서 상기 상변화 물질을 겔 상태로 유지해 두면, DNA 등의 누클레오티드 사슬을 신장시킨 상태로 하이브리다이제이션시킬 수 있으므로 바람직하다. 또한, 상기 상변화 물질이 겔화 한 상태일 때에는, 표적 누클레오티드 사슬을 포함하는 시료용액을 검출부 에 적하했을 때에, 하이브리다이제이션이 잘 진행되지 않을 우려가 있으므로, 전기영동의 경우와 같이, 적하 포인트에 세로방향의 홈을 미리 형성해 두고, 이 홈 안에 시료용액을 적하해도 좋다. By this means, the phase change material is solvated at a high temperature, voltage is applied in this state to arrange nucleotide chains such as DNA, followed by gelation by lowering the temperature, and subsequent hybridization. The step of solvating at a temperature suitable for the reaction can be carried out, and if the phase change material is kept in a gel state at the time of hybridization, the hybridization can be performed in the state where the nucleotide chain such as DNA is elongated. Do. In addition, when the phase change material is in a gelled state, when the sample solution containing the target nucleotide chain is dropped into the detection unit, the hybridization may not proceed well. The longitudinal groove may be formed in advance, and the sample solution may be dropped into the groove.

본 발명에 있어서, 표적 누클레오티드 사슬은, 형광색소로 표식 하는 수단이나, 인터커레이터(intercalator)를 이용하는 수단 모두 채용할 수 있다. 「인터커레이터」는, 검출용 누클레오티드 사슬과 표적 누클레오티드 사슬의 염기간의 수소결합 중에 삽입되도록, 하이브리다이제이션 한 쌍가닥 누클레오티드 사슬에 혼입된다. 이것에 의해, 장파장측에 형광파장이 시프트 하고, 또한 형광강도와 쌍가닥 누클레오티드 사슬에 혼입된 인터커레이터의 양과의 사이에는 상관관계가 있으므로, 이 상관관계에 근거하여 정량적인 검출이 가능해진다. 이상과 같이, 본 발명은, DNA 칩이나 바이오 센서 칩에 관련되는 신규기술을 제공한다고 하는 기술적 의의를 가지고 있다. In the present invention, the target nucleotide chain can be either a means for labeling with fluorescent dye or a means for using an intercalator. The "integrator" is incorporated into the hybridization double-stranded nucleotide chain so as to be inserted during the hydrogen bond between the base of the detection nucleotide chain and the target nucleotide chain. As a result, the fluorescence wavelength shifts on the long wavelength side, and there is a correlation between the fluorescence intensity and the amount of the intercalator incorporated into the double-stranded nucleotide chain, so that quantitative detection is possible based on this correlation. As described above, the present invention has a technical meaning of providing a novel technology related to a DNA chip or a biosensor chip.

또한 본 발명은, 유전자의 변이 해석, SNPs(1염기 다형) 분석, 유전자 발현 해석 등에 이용할 수 있는 신규의 바이오 어세이용 기판을, 신약 개발, 임상진단, 약리 제노믹스, 법의학 등의 관련 산업계에 제공한다고 하는 기술적 의의를 가지고 있다. In addition, the present invention provides novel bioassay substrates that can be used for gene mutation analysis, SNPs (monopolymorphic) analysis, gene expression analysis, etc. to related industries such as new drug development, clinical diagnosis, pharmacological genomics, and forensic science. Has a technical significance.

도 1은 본 발명에 따른 바이오 어세이 방법의 아주 적합한 단계 및 본 발명에 따른 바이오 어세이 방법의 아주 적합한 실시 형태를 설명하기 위한 플로우 도이다. 1 is a flow diagram illustrating very suitable steps of a bioassay method according to the invention and a very suitable embodiment of the bioassay method according to the invention.

도 2는 상기 바이오 어세이 방법 또는 장치의 전압 인가의 온/오프 단계의 실시예를 설명하기 위한 파형도이다. 2 is a waveform diagram illustrating an embodiment of an on / off step of voltage application of the bioassay method or apparatus.

도 3은 본 발명에 따른 아주 적합한 실시 형태인 바이오 어세이용 기판을 위쪽에서 보았을 때의 외관 사시도이다. 3 is an external perspective view of the bioassay substrate according to the present invention as viewed from above.

도 4는 기판에 설치된 셀 검출부의 하나를 확대해서 도시하는 외관 사시도이다. 4 is an external perspective view showing an enlarged view of one of the cell detection units provided on the substrate.

도 5는 상기 셀 검출부의 반응영역의 검출 표면부근을 확대해서 도시하는 도이다. Fig. 5 is an enlarged view showing the vicinity of the detection surface of the reaction region of the cell detection unit.

도 6은 본 발명에 따른 아주 적합한 다른 실시 형태인 바이오 어세이용 기판을 도시하는 도이며, (A)는 기판의 위쪽에서 보았을 때의 평면도, (B)는 (A)도 중의 X부의 확대 평면도이다. Fig. 6 is a view showing a substrate for bioassay, which is another preferred embodiment according to the present invention, (A) is a plan view when viewed from the top of the substrate, and (B) is an enlarged plan view of part X in (A). .

이하, 첨부도면에 근거하여, 본 발명의 아주 적합한 실시 형태에 대해서 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, based on an accompanying drawing, the preferred embodiment of this invention is described.

도 1(A) 내지 (F)는, 본 발명에 따른 바이오 어세이 방법의 아주 적합한 단계 및 본 발명에 따른 바이오 어세이 장치의 아주 적합한 실시 형태를 설명하기 위한 플로우 도, 도 2는 상기 방법 또는 상기 장치에 있어서 실시되는 전압인가의 온/오프 단계의 일실시예를 설명하기 위한 파형도이다. 1 (A) to (F) are flow diagrams for explaining very suitable steps of a bioassay method according to the present invention and a very suitable embodiment of the bioassay device according to the present invention, and FIG. It is a waveform diagram for explaining an embodiment of the on / off step of applying voltage applied in the apparatus.

또한 이하, 본 발명에 관하여, 검출용 물질과 표적물질이 쌍방 한가닥의 누클레오티드 사슬이며, 상호반응작용이 하이브리다이제이션인 경우를 대표예로서 설 명한다. 또 이 설명을 근거로 하여, 검출용 물질과 표적물질이 누클레오티드 사슬로 한정되는 것은 아니고, 또한 본 발명의 대상이 되는 상호반응작용이 하이브리다이제이션으로 한정되는 것은 아니다. In addition, in the following, the present invention will be described as a representative example where the detection substance and the target substance are both nucleotide chains and the interaction is hybridization. On the basis of this explanation, the detection substance and the target substance are not limited to nucleotide chains, and the interaction reactions of the present invention are not limited to hybridization.

우선, 본 발명에 따른 바이오 어세이 방법 또는 장치는, 도 1 중에 부호(D)로 도시된 검출용 물질이 고정 가능하도록 표면 처리가 실시된 검출 표면(S)과, 이 검출 표면(S)에 고정된 상태의 검출용 물질(D)과 첨가된 표적 물질(T)의 상호반응작용의 장소를 제공하는 반응영역(R)과, 이 반응영역(R) 내에 전위차를 생기게 해서, 그 반응영역(R) 내에 전기장을 형성하는 전기장형성수단(E)으로서 기능하는 전극(E1), 전극(E2)를 적어도 구비하는 검출부(1)를 이용하는 것을 전제로 하고 있다. 또한 부호(2)는, 상기 검출부(1)를 구비하는 기판의 일부를 나타내고 있고, 부호(V)는 전극(E1), 전극(E2)에 전력을 가하는 전원이다. First, the bioassay method or apparatus according to the present invention includes a detection surface S on which surface treatment has been performed such that the detection substance indicated by the symbol D in FIG. 1 can be fixed, and the detection surface S. A reaction zone (R) providing a place for interaction between the fixed substance (D) and the added target substance (T) in a fixed state, and creating a potential difference in the reaction zone (R), It is assumed that the detection unit 1 having at least an electrode E1 and an electrode E2 serving as an electric field forming means E for forming an electric field in R) is used. Reference numeral 2 denotes a part of the substrate including the detection unit 1, and reference numeral V denotes a power source for applying electric power to the electrode E1 and the electrode E2.

도 1(A)은, 상기 검출 표면(S)에 대해서, 한가닥의 검출용 누클레오티드 사슬(예를 들면, DNA 프로브)(D1)의 말단부위가 고정되어 있는 상태를 간결하게 도시하고 있다. 이 상태에서는, 검출용 누클레오티드 사슬(D1)의 고차 구조는 직쇄상이 아니고, 예를 들면, 도 1(A)과 같이 사슬이 서로 얽히는 중층모양의 형태를 취하고 있는 경우가 많다. 이 때문에, 모든 염기배열이 반응영역(R)에 노출되어 있다고 할 수 없기 때문에, 반응영역(R)에 뒤에 첨가되는 표적 누클레오티드 사슬(T)과의 효율적인 하이브리다이제이션은 얻기 어려운 상태에 있다고 생각된다. FIG. 1A succinctly shows a state in which a terminal portion of one strand of a nucleotide chain for detection (for example, a DNA probe) D1 is fixed to the detection surface S. FIG. In this state, the higher-order structure of the detection nucleotide chain (D1) is not linear, for example, in many cases, the chains are entangled with each other as shown in Fig. 1A. For this reason, since all the nucleotide sequences are not exposed to the reaction region (R), efficient hybridization with the target nucleotide chain (T) added later to the reaction region (R) is considered to be difficult to obtain. .

그래서 본 발명에서는, 전극(E1)과 전극(E2) 사이에 있는 반응영역(R)의 액상(염 용액 등)에 고주파 고전압을 인가해서, 반응영역(R) 중에 전위차를 생기게 하여 전기장(전계)을 형성한다. 이 전기장은, 검출용 누클레오티드 사슬(D1)을 전계에 따라 직쇄상(직선상)으로 신장시키는 작용을 발휘한다. 이 결과, 검출용 누클레오티드 사슬(D1)이 신장된 상태(부호(D2)로 도시함)가 되어, 검출용 누클레오티드 사슬(D1)의 염기배열이 액상에 노출된다(도 1(B) 참조).Therefore, in the present invention, a high frequency high voltage is applied to the liquid phase (salt solution, etc.) of the reaction region R between the electrode E1 and the electrode E2, thereby generating a potential difference in the reaction region R, thereby causing an electric field (electric field). To form. This electric field exerts the effect | action which extends the detection nucleotide chain D1 linearly (linearly) according to an electric field. As a result, the detection nucleotide chain D1 is elongated (shown by reference numeral D2), and the base sequence of the detection nucleotide chain D1 is exposed to the liquid phase (see FIG. 1 (B)).

다음에, 고주파 고전압의 인가를 오프하거나, 또는 인가를 온한 상태로, 소정구조의 노즐(3)로 정확하게 반응영역(R)에 표적물질(T)(표적 누클레오티드 사슬(T1))을 포함하는 시료용액을 첨가한다. 표적 누클레오티드 사슬(T1)은, 첨가 당초, 도 1(C)에 도시되어 있는 바와 같이, 반드시 직쇄상은 아니지만, 고주파 전압이 인가 된 액상에서는, 도 1(D)에 도시되어 있는 바와 같이, 직쇄상으로 신장된 상태(부호(T2)로 도시함)가 되고, 마찬가지로 직쇄상으로 된 검출용 누클레오티드 사슬(D2)과 상보사슬을 형성하기 쉬운 상태가 된다. Next, the sample including the target substance T (target nucleotide chain T1) in the reaction region R with the nozzle 3 of a predetermined structure is turned off or the application of the high frequency high voltage is turned off. Add solution. The target nucleotide chain (T1) is not necessarily linear as shown in Fig. 1 (C) at the beginning of addition, but in the liquid phase to which a high frequency voltage is applied, as shown in Fig. 1 (D), It becomes the state extended in chain form (it shows with the code | symbol T2), and it becomes a state in which it is easy to form a complementary chain with the nucleotide chain for detection (D2) which became linear in the same way.

다음에, 직사각형파 전압의 인가의 온/오프를 수회 반복함으로써, 양 누클레오티드 사슬(D2, T2)을 단계적으로 접근시키거나, 또는 표적 누클레오티드 사슬을 전후로 이동시키거나, 나아가서는 반응의 타이밍을 조정하거나 한다. Then, by repeatedly turning on / off the application of the rectangular wave voltage, both nucleotide chains D2 and T2 are approached in stages, or the target nucleotide chain is moved back and forth, or the timing of the reaction is adjusted. do.

직사각형파 전압의 인가를 오프하는 이유는, 직쇄상의 표적 누클레오티드 사슬(T2)과 직쇄상의 검출용 누클레오티드 사슬(D2) 사이의 상보사슬 형성반응, 즉 하이브리다이제이션을, 오로지 브라운 운동에 맡겨서 진행시키기 위해서이다. 또한 도 1(E)은 양 사슬(D2, T2)의 상보적인 염기배열부분이 수소결합해서 쌍가닥이 된 상태의 반응생성물(D2+T2)을 간략하게 나타내고 있다. The reason for turning off the square wave voltage is that the complementary chain formation reaction between the linear target nucleotide chain (T2) and the linear detection nucleotide chain (D2), that is, hybridization, is left to Brownian motion only. To do that. 1 (E) briefly shows a reaction product (D2 + T2) in which the complementary base sequence portions of both chains (D2, T2) are hydrogen-bonded and paired.                 

또한 본 발명에서는, 검출용 누클레오티드 사슬(D1)(D2)과 상보적인 염기배열을 가지는 표적 누클레오티드 사슬(T1)(T2)의 검출을 행할 목적 이외에, 상기 단계를 이용해서 목적으로 하는 쌍가닥 누클레오티드 사슬(DNA)을 제작하고, 전사인자 등의 특정한 단백질과 상기 쌍가닥 누클레오티드 사슬(DNA) 중의 특정 반응 배열부분과의 상호반응작용을 검출하는 방법, 또한 이 방법을 이용한 내분비 교란물질의 탐색, 검정 등에 전개해도 좋다. In addition, in the present invention, in addition to the purpose of detecting the target nucleotide chain (T1) (T2) having a base sequence complementary to the detection nucleotide chain (D1) (D2), the target double-stranded nucleotide chain using the above steps (DNA), a method of detecting the interaction between a specific protein such as a transcription factor and a specific reaction sequence portion of the double-stranded nucleotide chain (DNA), and also searching for and detecting endocrine disruptors using the method. You may develop.

도 1(F)은, 광학적 수단(4)에 근거해서, 표식(예를 들면 형광 표식) 된 표적누클레오티드 사슬(T2)을 검출, 판독하는 단계를 나타내고 있고, 본 발명에 있어서는, 표식방법은 좁게 한정되지 않는다. 예를 들면 형광 인터커레이터를 이용해도 좋다. 형광 인터커레이터는, 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 표적 누클레오티드 사슬(T)의 염기간의 수소결합 중에 삽입되도록, 하이브리다이제이션한 쌍가닥 누클레오티드 사슬에 혼입된다. 이것에 의해 장파장측에 형광파장이 시프트하고, 또한 형광강도와 쌍가닥 DNA에 혼입된 형광 인터커레이터의 양 사이의 상관관계에 근거하여 정량적인 검출이 가능해진다. 형광 인터커레이터에 이용되는 형광색소로서는, POPO-1이나 TOTO-3 등을 생각할 수 있다. FIG. 1 (F) shows a step of detecting and reading a target nucleotide chain T2 labeled (e.g., fluorescently labeled) based on the optical means 4, and in the present invention, the labeling method is narrow. It is not limited. For example, you may use a fluorescent interpolator. The fluorescence intercalator is incorporated into the hybridized double-stranded nucleotide chain so as to be inserted during hydrogen bonding between the detection nucleotide chain (D) and the base of the target nucleotide chain (T). As a result, the fluorescence wavelength is shifted to the long wavelength side, and quantitative detection is possible based on the correlation between the fluorescence intensity and the amount of the fluorescence intercalator incorporated into the double-stranded DNA. As a fluorescent dye used for the fluorescent interpolator, POPO-1, TOTO-3, etc. can be considered.

검출단계에 있어서는, 고주파 고전압을 인가함으로써, 반응영역(R)에 형성되어 있는 반응생성물(2중사슬 누클레오티드 사슬)의 고차 구조를 중층이 없는 구조로 조정함으로써, 광학적 수단(4)에 의해 정확하게 검출할 수 있다. In the detecting step, by applying the high frequency high voltage, by adjusting the higher order structure of the reaction product (double-chain nucleotide chain) formed in the reaction region R to a structure without a middle layer, it is accurately detected by the optical means 4. can do.

계속해서, 도 2에 근거하여, 인가 온/오프 단계의 일실시예에 대해서 설명한다. 또한 이 실시예는, 도 1(C) 이후의 단계에 대응하고 있다. Subsequently, an embodiment of the application on / off step will be described based on FIG. 2. This embodiment also corresponds to the steps after Fig. 1C.                 

<스텝 a><Step a>

고주파 고전압의 인가에 의해 형성되는 전계하에 누클레오티드 사슬을 두는 것에 의해, 그 누클레오티드 사슬의 유도분극을 꾀하고, 이것에 의해 누클레오티드 사슬을 신장시킨다. 그래서 본 스텝 a에서는, 고주파 고전압을 인가 함으로써, 표적 누클레오티드 사슬(T1)을 신장시키고, 마찬가지로 검출용 누클레오티드 사슬(D1)에 대해서도 신장시킨다(도 1(C), 도 1(D)에 도시된 상태를 참조). By placing a nucleotide chain under an electric field formed by application of a high frequency high voltage, the induced polarization of the nucleotide chain is achieved, thereby extending the nucleotide chain. In this step a, by applying a high frequency high voltage, the target nucleotide chain T1 is extended, and similarly, the detection nucleotide chain D1 is also extended (the state shown in Figs. 1 (C) and 1 (D)). See).

또한 상기 고주파 고전압은, 1×106V/m, 약 1MHz 부근이 최적조건이라고 생각된다(Masao Washizu and Osamu Kurosawa:"Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures", IEEE Transaction on Industrial Application Vol.26, No.26, p.1165-1172(1990) 참조). In addition, it is thought that the high frequency high voltage is about 1 × 10 6 V / m, and about 1 MHz is optimal (Masao Washizu and Osamu Kurosawa: “Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated Structures”, IEEE Transaction on Industrial Application Vol. 26, No. 26, p. 1165-1172 (1990)).

<스텝 b><Step b>

양 누클레오티드 사슬(D2, T2)이 상대적으로 이동하여 접근했다고 생각되는 타이밍으로, 전압의 인가를 오프 하고, 오로지 브라운 운동에 근거해서 하이브리다이제이션을 진행시킨다(도 1(E)에 도시된 상태를 참조). At the timing at which both nucleotide chains D2 and T2 are considered to have moved relative to each other, the application of the voltage is turned off, and the hybridization proceeds solely based on the Brownian motion (the state shown in Fig. 1E). Reference).

<스텝 c> <Step c>

+방향으로 직사각형파 전압의 인가를 온 하고, 여전히 미접근 상태에 있는 표적 누클레오티드 사슬(T2)을 쿨롱력으로 이동시킴으로써, 검출용 누클레오티드 사슬(D2)과의 하이브리다이제이션에 적합한 위치로 한다(도 1(D)의 상태로부터 도 1(E)의 상태로 이행하는 과정을 참조). The application of the rectangular wave voltage in the + direction is turned on and the target nucleotide chain T2 still in the inaccessible state is moved to the Coulomb force, thereby making it a position suitable for hybridization with the detection nucleotide chain D2 (Fig. See the process of transitioning from the state of 1 (D) to the state of FIG. 1 (E)).                 

<스텝 d> <Step d>

다시 전압의 인가를 오프 하고, 오로지 브라운 운동에 근거해서 하이브리다이제이션을 진행시킨다(도 1(E)의 상태를 참조).The application of the voltage is again turned off, and the hybridization proceeds solely based on the Brownian motion (see the state of FIG. 1E).

<스텝 e> <Step e>

다음에, -방향으로 직사각형파 전압의 인가를 온 하고, 여전히 미접근 상태에 있는 표적 누클레오티드 사슬(T2)의 이동을 행한다(도 1(D)의 상태로부터 도 1(E)의 상태로 이행하는 과정을 참조). Next, the application of the rectangular wave voltage in the − direction is turned on, and the target nucleotide chain T2 which is still in an inaccessible state is moved (the state transitions from the state of FIG. 1D to the state of FIG. 1E). See course).

<스텝 f> <Step f>

다시 전압의 인가를 오프 하고, 오로지 브라운 운동에 근거해서 하이브리다이제이션을 진행시킨다(도 1(E)에 도시된 상태를 참조). Again, the application of the voltage is turned off, and hybridization proceeds solely based on the Brownian motion (see the state shown in Fig. 1E).

<스텝 g> <Step g>

다시 +방향으로 고직사각형파 전압의 인가를 온 하고, 여전히 미접근 상태에 있는 표적 누클레오티드 사슬(T2)의 이동을 행한다(도 1(D)의 상태로부터 도 1(E) 의 상태로 이행하는 과정을 참조).The application of the high square wave voltage in the + direction is again turned on, and the movement of the target nucleotide chain T2 still in the inaccessible state is performed (the process of transitioning from the state of FIG. 1 (D) to the state of FIG. 1 (E)). See).

<스텝 h> <Step h>

다시 전압의 인가를 오프 하고, 오로지 브라운 운동에 근거해서 하이브리다이제이션을 진행시킨다(도 1(E)에 도시된 상태를 참조). Again, the application of the voltage is turned off, and hybridization proceeds solely based on the Brownian motion (see the state shown in Fig. 1E).

<스텝 i> <Step i>

다시 -방향으로 직사각형파 전압의 인가를 온 하고, 여전히 미접근 상태에 있는 표적 누클레오티드 사슬(T2)의 이동을 행한다(도 1(D)의 상태로부터 도 1(E) 의 상태로 이행하는 과정을 참조). The application of the rectangular wave voltage in the-direction is again turned on, and the target nucleotide chain T2 which is still in an inaccessible state is moved (the process of transitioning from the state of FIG. 1 (D) to the state of FIG. 1 (E)). Reference).

<스텝 j> <Step j>

다시 전압의 인가를 오프로 하고, 오로지 브라운 운동에 근거해서 하이브리다이제이션을 진행시킨다(도 1(E)에 도시된 상태를 참조). The application of the voltage is turned off again, and the hybridization proceeds solely based on the Brownian motion (see the state shown in Fig. 1E).

<스텝 k><Step k>

하이브리다이제이션에 의한 반응생성물인 쌍가닥 누클레오티드 사슬(D2+T2)을, 고주파 고전압 하에서 신장시켜서 형광 판독에 건다(도 1(F)을 참조). The double-stranded nucleotide chain (D2 + T2), which is a reaction product by hybridization, is stretched under high frequency high voltage and subjected to fluorescence reading (see FIG. 1 (F)).

또한 이상 설명한 직사각형파 전압 등의 인가 온/오프의 단계는, 취급하는 반응생성물의 종류에 따라 적합한 단계, 타이밍을 선택, 결정할 수 있는 것으로, 상기 단계, 타이밍으로 한정되지 않는다. 또 목적에 따라, 주파수, 전압의 크기도 적당히 결정할 수 있다. Incidentally, the steps of applying on / off of the rectangular wave voltage and the like described above can select and determine a suitable step and timing according to the kind of reaction product to be handled, and are not limited to the above steps and timing. Moreover, according to the objective, the magnitude | size of a frequency and a voltage can also be determined suitably.

계속해서, 본 발명에서 채용할 수 있는 바이오 어세이용 기판 및 그 기판에 관련되는 바이오 어세이 장치에 대해서 설명한다. Subsequently, the bioassay board | substrate which can be employ | adopted by this invention and the bioassay apparatus which concerns on this board | substrate are demonstrated.

도 3은 소정 구성의 검출부가 다수 배치 된 바이오 어세이용 기판의 외관 사시도, 도 4는 상기 기판에 설치된 「검출부」의 적합한 실시 형태의 확대 외관도이다. 또한 본 발명에서 채용할 수 있는 기판은 도시된 형태로 한정되지 않는다. Fig. 3 is an external perspective view of a bioassay substrate in which a large number of detection portions having a predetermined configuration are arranged, and Fig. 4 is an enlarged external view of a preferred embodiment of the “detection portion” provided on the substrate. In addition, the substrate which can be employed in the present invention is not limited to the illustrated form.

우선, 도 3에 도시된 바이오 어세이용 기판(2)(이하, 「기판(2)」라고 약칭)은, CD, DVD, MD 등의 광정보 기록매체에 이용되는 원반기판(디스크)에 채용되는 기재로 형성되어 있다. 즉 기판(2)은 광학적으로 기록정보의 판독이 가능하게 되어 있다. First, the bioassay substrate 2 (hereinafter, abbreviated as &quot; substrate 2 &quot;) shown in FIG. 3 is employed in a disc substrate (disc) used for optical information recording media such as CD, DVD, MD, and the like. It is formed of a base material. That is, the board | substrate 2 is able to read record information optically.                 

상기 기재는, 석영 유리나 실리콘, 폴리카르보네이트, 폴리스티렌 등의 원반형으로 성형 가능한 합성 수지, 바람직하게는 사출 성형 가능한 합성 수지에 의해 원반형으로 형성되어 있다. 또한 저렴한 합성 수지 기판을 이용함으로써, 종래 사용되고 었던 유리 칩에 비해서 낮은 운행 비용을 실현할 수 있다. 기판(2)의 중심에는, 기판을 회전할 경우에 시용되는 스핀들 고정용 구멍(도시하지 않고)이 형성되는 경우도 있다. The said base material is formed in disk shape by synthetic resin which can be shape | molded in disk shape, such as quartz glass, silicone, polycarbonate, polystyrene, Preferably it is synthetic resin which can be injection-molded. In addition, by using an inexpensive synthetic resin substrate, it is possible to realize a low running cost as compared with the glass chips that have been conventionally used. In the center of the board | substrate 2, the spindle fixing hole (not shown) used when rotating a board | substrate may be formed.

이 기판(2)의 한 쪽 표면에는, 반사막인 두께 40nm 정도의 알루미늄 증착층이 형성되어 있고, 그 층은 반사막으로서 기능하고 있다. 이 반사막은, 굴절율 1.5이상의 기반 단체로부터의 표면반사 4%이상으로 한다. 이 반사막의 상층에는, 투명한 유리나 투명수지 등으로 이루어지는 광투과층이 성막 되어 있다. On one surface of the substrate 2, an aluminum vapor deposition layer having a thickness of about 40 nm, which is a reflective film, is formed, and the layer functions as a reflective film. This reflecting film is made into 4% or more of surface reflections from the base | substrate single body of refractive index 1.5 or more. On the upper layer of the reflective film, a light transmitting layer made of transparent glass, transparent resin, or the like is formed.

또한 기재가 고반사율의 재료인 경우에는, 기재 표면자체가 반사면으로서 기능하므로 상기 반사막은 형성하지 않아도 상관없다. 금속막 등의 고반사율막을 형성하면 형광 표식된 표적물질의 형광강도를, 감도가 뛰어나게 검출할 수 있다. 이상 설명한 기판(2)의 재질이나 층구조는, 후술하는 기판(20)(도 6 참조)에 있어서도 동일하다. In the case where the substrate is a material having a high reflectance, the surface of the substrate itself functions as a reflective surface, so the reflective film may not be formed. Formation of a high reflectivity film such as a metal film can detect the fluorescence intensity of the fluorescently labeled target material with excellent sensitivity. The material and layer structure of the board | substrate 2 demonstrated above are the same also in the board | substrate 20 (refer FIG. 6) mentioned later.

상기 광투과층에는, 기판(2) 중심의 주변 영역이 위쪽에서 보아서 방사상으로 연장되도록 검출부(1)가 다수 배치되어 있다. 도 4는 이 셀 검출부(1)의 하나를 확대해서 도시하는 외관 사시도이다. 또한 이하의 검출부(1)에 따른 설명은, 검출용 물질과 표적물질이 모두 한가닥의 누클레오티드 사슬인 경우를 대표예로 하는 하지만, 검출부(1)의 대상반응물질을 이것으로 한정하는 취지가 아니다. In the light transmitting layer, a plurality of detectors 1 are arranged so that the peripheral region at the center of the substrate 2 extends radially from above. 4 is an external perspective view showing an enlarged view of one of these cell detection units 1. In addition, although the description by the detection part 1 below makes a case where both a detection substance and a target substance are single-stranded nucleotide chains, it does not limit the target reaction substance of the detection part 1 to this.                 

여기에서 검출부(1)에는, 부호(D)로 나타내는 검출용 누클레오티드 사슬의 말단부위를 고정할 수 있도록 표면처리가 실시되어 있는 검출 표면(S)과, 그 검출 표면(S)에 미리 고정된 상기 검출용 누클레오티드 사슬(D)을 신장시키는 전기장을 형성하기 위한 전극(E1) 및 전극(E2)과, 상기 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 표적 누클레오티드 사슬(T) 사이의 하이브리다이제이션 반응의 장소가 되는 반응영역(R)을 구비하고 있다. 여기에서는, 반응영역(R)은, 윗쪽으로 개구하는 위쪽에서 보아서 직사각형모양의 셀, 예를 들면, 깊이 1㎛, 길이 100㎛, 폭 50μ의 셀로서 형성되어 있는 있지만, 도시된 형상, 사이즈로 한정되지 않는다. Here, the detection part 1 is a detection surface S which has been surface-treated so that the terminal part of the detection nucleotide chain shown by the code | symbol D can be fixed, and said fixed surface previously fixed to the detection surface S The site of the hybridization reaction between the electrode (E1) and the electrode (E2) for forming an electric field extending the detection nucleotide chain (D) and the detection nucleotide chain (D) and the target nucleotide chain (T) It has a reaction zone (R). Here, the reaction region R is formed as a rectangular cell, for example, a cell having a depth of 1 μm, a length of 100 μm, and a width of 50 μ when viewed from above, which opens upward. It is not limited.

검출 표면(S)은, 전극(E2)측의 반응영역(R)측에 대향하는 내벽면 부위에 형성되어 있다. 이 검출 표면(S)은, 검출용 누클레오티드 사슬(D)의 말단이 커플링 반응 등의 화학결합에 의해 고정되도록 표면처리되어 있다. The detection surface S is formed in the inner wall surface part facing the reaction area | region R side of the electrode E2 side. This detection surface S is surface-treated so that the terminal of the detection nucleotide chain D may be fixed by chemical bonds, such as a coupling reaction.

즉 검출 표면(S)은, DNA 프로브 등의 검출용 누클레오티드 사슬(D)의 미리 가공된 말단부위를 고정화 하는 데 아주 접합한 표면처리가 되어 있으면 좋은 것이며 좁게 한정되지 않는다. 일례를 들면, 스트렙트아비딘에 의해 표면처리된 검출 표면(S)의 경우에는, 비오틴화 된 누클레오티드 사슬 말단의 고정화에 적합하다. In other words, the detection surface S may be a surface treatment that is very bonded to fix the preprocessed terminal portion of the detection nucleotide chain D such as a DNA probe, and is not limited thereto. For example, in the case of the detection surface S surface-treated with streptavidin, it is suitable for immobilization of biotinylated nucleotide chain ends.

여기에서, 검출 표면(S)에 대한 검출용 누클레오티드 사슬을 고정하기 위한 적합한 방법을 설명하면, 반응영역(R)에 불균일 전계를 인가함으로써, 그 전계의 작용으로 얻어진(반응영역(R)에 유리하고 있는 상태의) 검출용 누클레오티드 사슬이, 상기 전기력선이 집중하는 검출 표면(S) 부분을 향해서 이동하고, 그 말단부위가 검출 표면(S)에 충돌하게 된다. 이것에 의해 그 누클레오티드 사슬을 검출 표면(S)에 확실하게 고정할 수 있다. 이 방법을 아주 적합하게 실행하기 위해서, 전극(E2)은, 도 4에 도시하는 바와 같이 빗 모양으로 한다. 또한 도 4의 부호(V)는, 전극(E1), 전극(E2)에 전력을 가하는 전원이다. Here, a suitable method for fixing the detection nucleotide chain to the detection surface (S) will be described. A non-uniform electric field is applied to the reaction zone (R), thereby obtaining the effect of the electric field (free to the reaction zone (R). The nucleotide chain for detection (in the present state) moves toward the portion of the detection surface S where the electric force lines are concentrated, and the terminal portion collides with the detection surface S. This makes it possible to reliably fix the nucleotide chain to the detection surface (S). In order to perform this method suitably, the electrode E2 is comb-shaped as shown in FIG. In addition, the code | symbol V of FIG. 4 is a power supply which supplies electric power to the electrode E1 and the electrode E2.

여기에서, 도 4중의 부호(3)는, 시료용액(5)을 적하하는 노즐의 선단부를 나타내고 있다. 노즐(3)은, 기판(2)으로부터 제공되는 위치정보와 회전동기정보에 근거하여, 검출용 누클레오티드 사슬(D)을 함유하는 시료용액(5) 및 표적 누클레오티드 사슬(T)을 함유하는 시료용액(5')을, 반응영역(R) 위치에 정확하게 추종해서 적하하는 구성으로 되어 있다. Here, the code | symbol 3 in FIG. 4 has shown the front-end | tip part of the nozzle which dripped the sample solution 5. As shown in FIG. The nozzle 3 contains a sample solution 5 containing the detection nucleotide chain D and a sample solution containing the target nucleotide chain T based on the positional information and rotation synchronization information provided from the substrate 2. It is set as the structure which 5 'is followed correctly and dripped at the reaction area | region R position.

적하수단으로서는, 잉크젯 프린팅 방법을 아주 적합하게 채용할 수 있다. 그 이유는, 소정의 반응영역(R) 부위에 정확하게 추종하고, 미소방울을 정확하게 적하할 수 있기 때문이다(후술하는 기판(20)에서도 동일). As a dripping means, the inkjet printing method can be employ | adopted suitably. The reason for this is that it can follow the predetermined reaction region R precisely and drop the microdroplets accurately (the same applies to the substrate 20 described later).

「잉크젯 프린팅법」은, 잉크젯 프린터에서 이용되는 노즐을 응용하는 방법으로서, 전기를 이용해서 잉크젯 프린터와 같이 프린터 헤드로부터 기판에 검출용 물질을 분사하여 고정하는 방법이다. 이 방법에는, 압전식 잉크젯법, 버블젯(등록상표)법, 초음파젯법이 있다. "Inkjet printing method" is a method of applying a nozzle used in an inkjet printer, and is a method of spraying and fixing a detection substance onto a substrate from a print head like an inkjet printer using electricity. This method includes a piezoelectric inkjet method, a bubblejet (registered trademark) method, and an ultrasonic jet method.

압전식 잉크젯법은, 압전체에 펄스를 인가 할 때 마다에 의해 생기는 변위의 압력에 의해 액적을 날리는 방법이다. 버블젯(등록상표)법은 열 방식이며, 노즐 중의 히터를 뜨겁게 하여 발생시킨 기포의 압력에 의해 액적을 날리는 방식이다. 노즐 내에 히터가 되는 실리콘 기판을 메워넣고, 약 300℃/s로 제어해서 똑같은 기포를 만들어 액적을 밀어낸다. 그렇지만 고온에 액체가 노출되게 되기 때문에, 생 체물질시료에 이용할 때는 주의를 요한다. 초음파 젯법은, 초음파 빔과 액체의 자유면에 쏘여 국소적으로 압력을 줌으로써 그 개소로부터 작은 방울을 방출시키는 방식이다. 노즐을 필요로 하지 않고, 고속으로 직경 약 1㎛의 작은 방울을 형성할 수 있다. The piezoelectric inkjet method is a method of blowing droplets by the pressure of the displacement caused by each time a pulse is applied to the piezoelectric body. The bubble jet (registered trademark) method is a thermal method, in which a droplet is blown by the pressure of bubbles generated by heating a heater in a nozzle. The silicon substrate used as a heater is embedded in the nozzle, and controlled at about 300 ° C / s to create the same bubble to push out the droplets. However, care must be taken when using them in biological samples because the liquid will be exposed to high temperatures. The ultrasonic jet method is a method of releasing small droplets from a location by applying a local pressure on a free surface of an ultrasonic beam and a liquid. It is possible to form small droplets of about 1 탆 in diameter at high speed without the need for a nozzle.

본 발명에 있어서는, 「잉크젯 프린팅법」으로서, 「압전식 잉크제팅법」을 아주 적합하게 채용할 수 있다. 인가 하는 펄스의 형상을 바꿈으로써, 액적(미소방울)의 사이즈를 제어할 수 있으므로, 해석 정밀도 향상에 아주 적합하다. 액적표면의 곡률반경이 작을 때는 액적을 작게 하고, 액적의 곡률반경이 클 때는 액적을 크게 할 수 있다. 또한 펄스를 급격하게 마이너스 방향으로 변화시킴으로써 액적 표면을 안쪽으로 잡아 당겨 곡률반경을 작게 하는 것도 가능하다. In the present invention, the "piezoelectric ink jetting method" can be suitably employed as the "inkjet printing method". By changing the shape of the pulse to be applied, the size of the droplets (micro droplets) can be controlled, which is very suitable for improving the analysis accuracy. When the radius of curvature of the droplet surface is small, the droplet can be made small. When the radius of curvature of the droplet is large, the droplet can be made large. It is also possible to reduce the radius of curvature by pulling the droplet surface inward by rapidly changing the pulse in the negative direction.

여기에서, 상기 반응영역(R)에 적하된 검출용 누클레오티드 사슬(D)의 대부분은, 염기가 중층된 상태로 검출 표면(S)에 고정되어 있으므로(도 1(A) 참조), 뒤에서 적하된 표적 누클레오티드 사슬(T)과의 하이브리다이제이션 시에는 입체장애의 문제 등이 발생하고 반응효율이 좋지 않다. Here, since most of the detection nucleotide chains D dropped in the reaction region R are fixed to the detection surface S in a state in which the bases are laminated (see FIG. 1 (A)), they are dropped in the back. In hybridization with the target nucleotide chain (T), problems of steric hindrance occur and reaction efficiency is not good.

그래서 본 발명에 따른 바이오 어세이 방법에 근거해서, 검출부(1)에 배치 된 상기 전극(E1, E2)에 전력을 가하여 반응영역(R)에 전위차를 생기게 함으로써, 반응영역(R)에 저류되어 있는 액상(염 용액)에 전기장을 형성하고, 그 전기장의 전계의 방향에 따라 검출용 누클레오티드 사슬(D) 및 표적 누클레오티드 사슬이 직쇄상(직선상)으로 신장하는 작용을 얻는다. Thus, based on the bioassay method according to the present invention, by applying electric power to the electrodes E1 and E2 disposed in the detection unit 1 to generate a potential difference in the reaction region R, the reaction region R is stored in the reaction region R. An electric field is formed in a liquid phase (salt solution), and the nucleotide chain for detection (D) and the target nucleotide chain are extended in a straight line (straight line) according to the direction of the electric field of the electric field.

직쇄상이 된 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 예를 들면 형광 색소 등에 의해 표식된 표적 누클레오티드 사슬(T)과의 염기간의 수소결합(상보 결합)은, 입체장해 등이 적어지므로, 상보성이 있는 염기배열끼리가 접근하기 쉬워지고, 효율적으로 진행하게 된다. Hydrogen bonds (complementary bonds) between the linear nucleotide chains for detection (D) and the target nucleotide chains (T) labeled with fluorescent dyes, for example, have less steric hindrance and the like. The arrays are easily accessed and progress efficiently.

즉 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 상기 표적 누클레오티드 사슬(T)의 하이브리다이제이션 반응이 효율적으로 진행된다고 하는 결과를 얻을 수 있다. 이 결과, 하이브리다이제이션의 반응 시간이 단축되는 동시에, 판독 시에 있어서 의양성 또는 가짜음성을 나타낼 확률도 감소한다고 하는 바람직한 결과를 얻을 수 있다. In other words, the hybridization reaction between the detection nucleotide chain (D) and the target nucleotide chain (T) proceeds efficiently. As a result, it is possible to obtain a desirable result that the reaction time of hybridization is shortened and the probability of showing false positive or false voice at the time of reading is also reduced.

여기에서 도 5는, 검출부(1)의 반응영역(R)의 검출 표면(S) 부근을 확대해서 도시하는 모식도이다. 이 도 5에서는, 검출 표면(S)에 그 말단부위가 고정된 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 그 검출용 누클레오티드 사슬(D)의 염기배열과 상보성이 있는 염기배열을 구비하는 표적 누클레오티드 사슬(T)이 하이브리다이제이션하여, 2중사슬을 형성하고 있는 상태가 모식적으로 나타내어져 있다. 5 is a schematic diagram which shows the detection surface S vicinity of the reaction area | region R of the detection part 1 on the enlarged scale. In FIG. 5, a target nucleotide chain (T) having a base sequence complementary to the base sequence of the detection nucleotide chain (D) and the detection nucleotide chain (D) whose immobilization is fixed to the detection surface (S). ) Is hybridized to form a double chain.

반응영역(R)(후술하는 반응영역(R')에 대해서도 동일)에 대해서는, 실온과 반응에 적합한 온도 사이에서, 겔, 졸의 가역 상변화가 일어날 수 있는 아가로스 겔 등의 상변화 물질(도시하지 않음)을 충전하는 것도 가능하다. 이 실시 형태에서는, 상기 상변화 물질을 고온하에서 상기 상변화 물질을 졸화하고, 이 상태에서 전압을 인가해서 DNA 등의 누클레오티드 사슬을 배열한 후에, 온도를 저하시켜서 겔화하고, 다시 계속해서 하이브리다이제이션 시에는, 반응에 적합한 온도 조건에서 졸화하는 단계를 행할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또 하이브리다이제이션 시에 있어서 상기 상변화 물질을 겔 상태로 유지해 두면, DNA 등의 누클레오티드 사 슬을 신장시킨 상태로 하이브리다이제이션 시킬 수 있으므로 바람직하다. Regarding the reaction zone R (the same applies to the reaction zone R 'described later), a phase change substance such as agarose gel, in which reversible phase change of the gel and the sol may occur between room temperature and a temperature suitable for the reaction ( (Not shown). In this embodiment, the phase change material is solvated at a high temperature, and in this state, a voltage is applied to arrange nucleotide chains such as DNA, followed by gelation by lowering the temperature, followed by hybridization. In this case, there is an advantage that the step of solving at a temperature condition suitable for the reaction can be performed. In addition, it is preferable to keep the phase change material in a gel state during hybridization, since hybridization such as DNA and nucleotide chains can be extended.

또한 상기 상변화 물질이 겔화 한 상태일 때에는, 표적 누클레오티드 사슬(T)을 포함하는 시료용액(5')을 검출부(1)에 적하했을 때에, 하이브리다이제이션의 진행이 잘 되지 않을 우려가 있기 때문에, 전기영동의 경우와 같이, 적하 포인트에 세로방향의 홈을 미리 형성해 두고, 이 홈 안에 시료용액을 적하해도 좋다. In addition, when the phase change material is in a gelled state, when the sample solution 5 'containing the target nucleotide chain T is dropped into the detection unit 1, the progress of hybridization may not be improved. As in the case of electrophoresis, a longitudinal groove may be formed in advance at the dropping point, and the sample solution may be dropped into the groove.

여기에서, 표적 누클레오티드 사슬(T)은 형광색소로 표식 해도 좋고, 인터커레이터를 이용해도 좋다. 인터커레이터는 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 표적 누클레오티드 사슬(T)의 염기간의 수소결합 중에 삽입되도록, 하이브리다이제이션한 쌍가닥 누클레오티드 사슬에 혼입된다. 이것에 의해, 장파장측에 형광파장이 시프트하고, 또한 형광강도와 쌍가닥 DNA에 혼입된 인터커레이터의 양과의 사이의 상관관계에 근거해서 정량적인 검출이 가능해진다. 인터커레이터로서 이용하는 형광색소로서는, POPO-1이나 TOTO-3 등을 생각할 수 있다. Here, the target nucleotide chain (T) may be labeled with fluorescent dyes, or an interlocker may be used. The intercalator is incorporated into the hybridized double-stranded nucleotide chain so that it is inserted during hydrogen bonding between the detection nucleotide chain (D) and the base of the target nucleotide chain (T). As a result, the fluorescence wavelength is shifted to the long wavelength side, and quantitative detection is possible on the basis of the correlation between the fluorescence intensity and the amount of the intercalator incorporated into the double-stranded DNA. As a fluorescent dye used as an interlocker, POPO-1, TOTO-3, etc. can be considered.

이것은, 예를 들면, 소정의 세포 등으로부터 추출된 시료용액(5') 중에, 특정한 질병이 일어나면 발현되는 것이 알려져 있는 마커 유전자를 포함하는 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 상보성을 가지는 표적 누클레오티드 사슬이 존재한다고 하는 사실을 인식할 수 있고, 그 결과, 상기 세포에는 상기 질병이 발생되어 있는 것이 예측되게 된다. For example, in the sample solution 5 'extracted from predetermined cells or the like, a target nucleotide chain having complementarity with a detection nucleotide chain (D) containing a marker gene that is known to be expressed when a specific disease occurs. The fact that it exists exists, and as a result, it is predicted that the said disease has arisen in the said cell.

또한 기판정보의 판독은, 기판(2)에 레이저광(예를 들면 청색 레이저광)을 조사해서 각 반응영역(R)을 여기 시켜 형광강도의 크기를 검출기(도시하지 않음)에 의해 검출하여, 검출용 누클레오티드 사슬(D)과 표식된 표적 누클레오티드 사슬 사 이의 결합반응상황을 판단한다. 마지막으로, 각 반응영역(R)에 대한 형광강도를, A/D 변환해서 결합반응비율을 컴퓨터(C)의 화면에 분포표시 함으로써 시각화한다(후술의 기판(20)에서도 동일).In addition, the reading of the substrate information is performed by irradiating a laser beam (for example, blue laser beam) on the substrate 2 to excite each reaction region R to detect the magnitude of the fluorescence intensity by a detector (not shown). The binding reaction state between the detection nucleotide chain (D) and the labeled target nucleotide chain is determined. Finally, the fluorescence intensity of each reaction region R is visualized by A / D conversion and the binding reaction ratio is distributedly displayed on the screen of the computer C (the same applies to the substrate 20 described later).

다음에, 도 6을 참조하여, 본 발명에서 이용할 수 있는 기판의 제2 실시예에 대해서 설명한다. 도 6(A)은 제2 실시예인 기판(20)의 위쪽에서 볼때의 평면도, 도 6(B)은 도 6(A) 중의 X부의 확대 평면도이다. Next, with reference to FIG. 6, the 2nd Example of the board | substrate which can be used by this invention is demonstrated. Fig. 6A is a plan view when viewed from above the substrate 20 of the second embodiment, and Fig. 6B is an enlarged plan view of an X portion in Fig. 6A.

도 6에 부호 (20)으로 도시된 기판은 줄기홈 검출부(10)를 구비한다. 이 검출부(10)는 반응영역(R')이 원반형 기판 위에 방사상으로 연장되는 줄기홈모양으로 형성되고, 그 줄기홈을 형성하는 길이방향의 한 쪽의 내벽면(V)에는, 상기 검출부 (1)의 검출 표면(S)과 동일한 구성을 구비하는 검출 표면(S')가, 소정간격으로 배치 되어 있다. 또 검출표면(S')이 형성된 각 부위에는, 반응영역(R')을 사이에 두도록 전극(E3, E4)이 대향 설치되어 있다(도 5(B)참조). 또한 줄기홈 검출부(10)는, 셀모양의 상기 검출부(1)가 줄기홈 내에 배열된 구성이라고도 말할 수 있다. The substrate shown by reference numeral 20 in FIG. 6 includes a stem groove detector 10. The detection unit 10 is formed in a stem groove shape in which the reaction region R 'extends radially on the disc-shaped substrate, and the detection unit 1 is formed on one inner wall surface V in the longitudinal direction forming the stem groove. The detection surface S 'which has the same structure as the detection surface S of () is arrange | positioned at predetermined intervals. Moreover, the electrodes E3 and E4 are provided in each site | part in which the detection surface S 'was formed so that the reaction area | region R' might be interposed (refer FIG. 5 (B)). In addition, the stem groove detection unit 10 may be said to have a configuration in which the cell-shaped detection unit 1 is arranged in the stem groove.

전극(E3, E3…)은, 공통전극화 할 수 있고, 마찬가지로, 전극(E4, E4…)에 대해서도 공통전극화 할 수 있다. 즉 반응영역(R')을 사이로 두고 대향하도록 공통전극인 전극(E3)과 전극(E4)을 병설 할 수 있다. 이 구성에서는, 바늘모양의 프로브를 전극(E3)과 전극(E4)에 윗쪽에서 눌러 댐으로써 전력을 가할 수 있다. The electrodes E3, E3 ... can be formed into a common electrode, and similarly, the electrodes E4, E4 ... can also be formed into a common electrode. That is, the electrode E3 and the electrode E4, which are common electrodes, may be disposed to face each other with the reaction region R 'interposed therebetween. In this structure, electric power can be applied by pressing the needle-shaped probe upward on the electrode E3 and the electrode E4.

반응영역(R')은, 각 줄기홈 내에 배열 형성한 피트(도시하지 않음)에 형성해 도 좋다. 이 피트 내의 반응영역에 미소방울을 적하 함으로써, 거의 동일한 스폿 사이즈를 실현하고, 재현성의 좋은 형광강도검출을 실현할 수 있다. The reaction region R 'may be formed in pits (not shown) arranged in each stem groove. By dropping microdroplets into the reaction region in the pit, it is possible to realize almost the same spot size, and to realize good fluorescence intensity detection with good reproducibility.

또한 상기 구성의 줄기홈 검출부(10)를 채용했을 경우는, 모세관현상을 이용한 액체이송이나, 원반형의 기판을 소정 방법으로 회전시킴으로써 생기는 원심력을 살린 액체이송 수단도 이용할 수 있다. In addition, when the stem groove detection unit 10 having the above-described configuration is employed, liquid transfer means using capillary action or liquid transfer means utilizing the centrifugal force generated by rotating the disc-shaped substrate by a predetermined method can also be used.

구체적으로는, 기판(20)의 중앙부에 액류부(21)를 설치하고, 이 액류부(21)에, 시료용액(5)(5')(도 4 참조)이나 반응 후에 액티브하게 결합하지 않은 여분의 표적물질을 제거하기 위한 세정액 등을 주입하고 기판(20)을 회전시킴으로써, 기판 중심영역에서 줄기홈 내(즉 반응영역(R'))로, 원활하면서도 확실하게 액체이송 할 수 있다. Specifically, the liquid flow part 21 is provided in the center part of the board | substrate 20, and sample liquid 5 (5 ') (refer FIG. 4) to this liquid flow part 21, and was not actively coupled after reaction. By injecting a cleaning solution or the like for removing excess target material and rotating the substrate 20, it is possible to smoothly and reliably transfer liquid from the center region of the substrate to the stem groove (that is, the reaction region R ').

상기 기판(2)의 검출부(1) 또는 기판(20)에 설치된 줄기홈 검출부(10)의 어느 경우라도, 검출부 단위 또는 그루핑 된 복수의 검출부 단위에, 다른 검출용 물질(D)을 고정할 수 있다.In any case of the stem groove detector 10 provided in the detector 1 or the substrate 20 of the substrate 2, the other detection substance D can be fixed to the detector unit or a plurality of grouped detector units. have.

여기에서, 기판(2)(20)의 위치정보 및 회전동기정보에 대해서 간결하게 설명해 두기로 한다. 기판(2)(20)의 회전방향에는, 미리 광 디스크 마스터링 프로세스에 의해 형성된 다수의 어드레스 피트가 형성되어 있다. 기판(2)(2O)을 광디스크로서 생각했을 경우, 적하검출위치인 반응영역(R)(R')을 유저 데이터 영역으로 생각하고, 다른 영역은 샘플서보방식 등에 의해 동기피트를 배열하는 동시에 트래킹 서보로서도 이용하고, 또한 직후에 어드레스부(디스크상의 지리적인 번지)를 삽입 함으로써 위치정보를 준다. Here, the positional information and the rotational synchronous information of the substrates 2 and 20 will be described briefly. In the rotational direction of the substrates 2 and 20, a plurality of address pits formed in advance by the optical disk mastering process are formed. When the substrate 2 (20) is regarded as an optical disk, the reaction region R (R '), which is a drop detection position, is regarded as a user data region, and the other regions are aligned and tracked at the same time by the sample servo method. It is also used as a servo, and position information is given immediately by inserting an address section (geographical address on disk).                 

어드레스부는 선두 패턴인 섹터 마크로부터 시작되고, 실제로 회전하고 있는 디스크의 회전위상을 주는 VFO(Variable Frequency Oscillater)와 어드레스 데이터의 개시위치를 주는 어드레스 마크와 트랙과 섹터의 넘버가 들어간 ID(Identifier) 등이 조합되어 이루어진다. The address section starts with a sector mark, which is the first pattern, and a VFO (Variable Frequency Oscillater) giving the rotational phase of the actually rotating disk, an address mark giving the starting position of the address data, an ID containing the track and sector numbers, and the like. This is done in combination.

상기 구성의 기판(2)(20)을 이용해서 바이오 어세이를 행하기 위해서는, 적어도 다음 수단 및 기구를 구비하는 장치를 사용하는 것이 아주 바람직하다. 즉 상기 기판(2)(20)을 회전가능하게 유지하는 기판회전수단과, 이 기판회전수단에 의해 상기 기판(2)(20)을 회전시키면서 검출용 누클레오티드 사슬 함유 용액(5) 및 표적 누클레오티드 사슬 함유 용액(5')을 반응영역(R)(R')에 대해서 소정의 단계, 타이밍으로 적하하는 적하수단과, 그 적하수단(의 노즐)과 기판(2)(20) 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위한 포커스 서보 기구와, 기판(2)(20)으로부터 제공되는 위치정보와 회전동기정보에 근거하여, 상기 용액(5, 5')의 적하를 기판(2)(26)의 반응영역(R)(R')에 추종시키는 트랙킹 서보 기구를 적어도 구비하고 있는 장치(도시하지 않음)이다. In order to perform bioassay using the board | substrate 2 (20) of the said structure, it is very preferable to use the apparatus provided with the following means and mechanism at least. That is, the substrate rotating means for rotatably holding the substrates 2 and 20, the solution containing the detection nucleotide chain 5 and the target nucleotide chain while rotating the substrate 2 and 20 by the substrate rotating means. A dropping means for dropping the containing solution 5 'at a predetermined stage and timing with respect to the reaction region R (R'), and the distance between the dropping means (the nozzle) and the substrate 2, 20 is fixed. The dropping of the solution (5, 5 ') on the reaction region of the substrate (2) (26) based on the focus servo mechanism for maintaining it, and the positional information and rotational synchronization information provided from the substrate (2) (20) (R) An apparatus (not shown) provided with at least the tracking servo mechanism that follows (R ').

또한 상기 어드레스 피트를 이용하는 대신에 트랙 위에 워블링을 형성하고, 위치에 따른 클록정보를 갖게 하도록 워블링의 사행을 조절하여 디스크상의 위치정보를 취득해서 어드레싱을 행하도록 해도 좋다. 동시에, 워블링 주파수 성분을 이용함으로써 트래킹 서보를 행할 수 있다. 또한 어드레스 피트와 워블링을 맞춰서 형성함으로써, 보다 고정밀도의 어드레싱 및 트래킹 서보가 가능해진다. Instead of using the address pits, wobbling may be formed on the track, and the meandering of the wobbling may be adjusted so that the clock information according to the position may be obtained so that the position information on the disc may be acquired and addressed. At the same time, tracking servo can be performed by using the wobbling frequency component. In addition, by forming the address pit and wobbling together, more accurate addressing and tracking servos are possible.

이상 설명한 기판(2, 20) 및 이것들을 이용하는 바이오 어세이 장치를 채용 하면, 이미 기술한 본 발명에 따른 바이오 어세이 방법을 아주 적합하게 실시할 수 있다. By employing the substrates 2 and 20 described above and the bioassay apparatus using these, the bioassay method according to the present invention described above can be suitably implemented.

특히, 상술한 바이오 어세이 기판에 따르면 다음과 같은 특유한 효과를 얻을 수 있다. In particular, according to the above-described bio assay substrate, the following unique effects can be obtained.

즉 종래의 DNA 칩 기술에서는 그 DNA 칩 자체의 집적수, 집적밀도가 적었기 때문에, 한번의 어세이로 달성할 수 있는 해석량이 충분하다고는 말할 수 없고, 검출용 물질의 종류와 수, 나아가서는 그 기판상에 있어서의 배치나눔(그루핑)을, 유저가 자유롭게 설정하는 것이 곤란했다. In other words, in the conventional DNA chip technology, since the DNA chip itself has a small number of accumulations and density, it cannot be said that the amount of analysis that can be achieved in one assay is sufficient. It was difficult for the user to freely set the arrangement (grouping) on the substrate.

또한 종래의 DNA 칩에서는, 기판표면에 미리 고정되어 검출용으로서 이용되는 누클레오티드 사슬은, 반드시 직쇄상으로 유지되어 있는 것은 아니기 때문에, 입체장애 등에 의해 표적 누클레오티드와의 하이브리다이제이션 반응의 정밀도에 편차가 있고, 반응에도 장시간을 필요로 하고 있었다. In the conventional DNA chip, since the nucleotide chains fixed in advance on the substrate surface and used for detection are not necessarily held linearly, variations in the accuracy of the hybridization reaction with the target nucleotide due to steric hindrance or the like are caused. The reaction required a long time.

나아가서는 Tm(융점) 또는 GC 함유율이 일치하지 않고 있는 DNA 프로브가 2차원의 평면적인 확장을 가지는 기판 표면상에 검출용 물질이 배열된 구성 종래의 DNA 칩에 있어서는, 동일한 하이브리다이제이션 조건, 세정조건에 노출되서 가짜양성 또는 가짜음성을 나타낼 위험성이 높다고 하는 문제가 있었다. Furthermore, in the case of a DNA probe having a Tm (melting point) or GC content inconsistent, the detection material is arranged on the surface of the substrate having two-dimensional planar expansion. In the conventional DNA chip, the same hybridization conditions and cleaning are performed. There was a problem that there is a high risk of exposing false positives or false negatives due to exposure to conditions.

이것과 비교해서 본 발명에 따른 바이오 어세이 기판에 따르면, 다음과 같은 뛰어난 효과를 얻을 수 있다. In comparison with this, according to the bioassay substrate which concerns on this invention, the following outstanding effect can be acquired.

(1)본 발명에 따른 바이오 어세이용 기판은, 다량ㆍ다수의 검출부를 형성할 수 있으므로 정보의 집적량이 많다. (1) Since the bioassay substrate which concerns on this invention can form a large quantity and a large number of detection parts, the amount of information accumulation is large.                 

(2)검출부의 검출 표면에 고정된 검출용 누클레오티드에 전계를 거는 것에 의해, 그 누클레오티드 사슬을 직쇄상으로 신장시키고 나서, 표적 누클레오티 사슬을 포함하는 샘플 용액을, 검출부의 상기 반응영역을 겨냥해서 정확하게 적하하여, 검출용 누클레오티드 사슬과 표적 누클레오티드 사슬 사이의 하이브리다이제이션 반응을 진행시키는 구성이므로, 하이브리다이제이션 반응을 단시간으로 효율적으로 행할 수 있다. (2) By extending the nucleotide chain in a straight chain by applying an electric field to a detection nucleotide fixed to the detection surface of the detector, the sample solution containing the target nucleotide chain is aimed at the reaction region of the detector. By accurately dropping the mixture, the hybridization reaction between the detection nucleotide chain and the target nucleotide chain can be carried out. Thus, the hybridization reaction can be efficiently performed in a short time.

(3)검출부 단위 또는 그루핑 된 검출부 단위로, 최적의 반응조건 등을 선택해서 어세이를 행할 수 있으므로, 가짜양성, 가짜음성의 결과의 발생율을 현격히 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 바이오 어세이용 기판에 따르면, 망라적, 효율적인 동시에 고정밀도의 해석을 행할 수 있고, 기록정보당의 비용도 저렴하다. (3) As the detection unit or the grouped detection unit, the assay can be performed by selecting the optimal reaction conditions and the like, and thus the incidence rate of false positives and false negatives can be significantly reduced. Therefore, according to the above-described bioassay substrate, it is possible to perform comprehensive and efficient analysis with high accuracy, and the cost per recording information is also low.

(4)본 발명에 따른 바이오 어세이용 기판은, DNA 칩이나 바이오 센서 칩으로서 특히 유용하다. 또한 신규구조를 구비하는 원반형의 마이크로 채널 어레이를 제공할 수 있다. 본 기판을 DNA 칩으로서 이용할 경우는, 유전자의 변이 해석, SNPs(1염기 다형) 분석, 유전자 발현 해석 등에 이용할 수 있고, 신약 개발, 임상진단, 약리 제노믹스, 법의학 기타 분야에 있어서 광범위하게 활용할 수 있다.(4) The bioassay substrate according to the present invention is particularly useful as a DNA chip or a biosensor chip. It is also possible to provide a disk-shaped micro channel array having a novel structure. When the substrate is used as a DNA chip, it can be used for gene mutation analysis, SNPs (monopolymorphic polymorphism) analysis, gene expression analysis, etc., and can be widely used in new drug development, clinical diagnosis, pharmacological genomics, forensic medicine, and other fields. .

본 발명은, 다음과 같은 특유한 효과가 있다. The present invention has the following unique effects.

(1)본 발명에 따른 바이오 어세이 방법 또는 바이오 어세이 장치에서는, 검출부에 설치된 반응영역의 전기장형성의 타이밍을 컨트롤 함으로써, 상기 반응영역에 있어서의 검출용 물질과 표적물질의 상호반응작용의 반응효율을 향상시킬 수 있 고, 반응의 타이밍을 제어할 수 있다. (1) In the bioassay method or bioassay apparatus according to the present invention, the reaction of the interaction between the detection substance and the target substance in the reaction zone is controlled by controlling the timing of the electric field formation in the reaction zone provided in the detection unit. The efficiency can be improved and the timing of the reaction can be controlled.

(2)DNA 칩이나 바이오 센서 칩에 근거하는 바이오 어세이 방법에 특히 유용하며, 유전자의 변이 해석, SNPs(1염기 다형) 분석, 유전자 발현 해석 등에 이용할 수 있고, 신약 개발, 임상진단, 약리 제노믹스, 법의학 기타 분야에 있어서 광범위하게 활용할 수 있고, 나아가서는, 항원항체반응의 검사, 내분비 교란물질의 검정 등에 이용할 수 있다. (2) Particularly useful for bioassay methods based on DNA chips or biosensor chips, which can be used for gene mutation analysis, SNPs (monopolymorphic) analysis, gene expression analysis, new drug development, clinical diagnosis, and pharmacological genomics. The present invention can be widely used in forensic medicine and other fields, and furthermore, it can be used for the examination of antigen-antibody reactions, the assay of endocrine disrupting substances, and the like.

Claims (14)

검출용 물질이 고정 가능하도록 표면처리가 된 검출 표면과, A detection surface that is surface-treated so that a detection material can be fixed, 상기 검출 표면에 고정된 상태의 검출용 물질과 표적물질의 상호반응작용의 장소를 제공하는 반응영역과, A reaction zone providing a place for interaction between the detection substance and the target substance in a fixed state on the detection surface; 상기 반응영역 내에 전위차를 발생시킴으로써, 그 반응영역 내에 전기장을 형성하는 전기장형성수단을 적어도 포함하는 검출부에 의해, 물질간의 상호반응작용을 검출하는 것을 포함하는 바이오 어세이 방법으로서,A bioassay method comprising detecting an interaction between materials by a detecting portion including at least electric field forming means for generating an electric field in the reaction region by generating a potential difference in the reaction region. 상기 검출용 물질 및 상기 표적물질은 누클레오티드 사슬이고, 상기 상호반응작용은 하이브리다이제이션이고,The detection material and the target material are nucleotide chains, and the interaction is hybridization, 상기 방법은 전기장형성수단에 의한 전기장형성을 소정 타이밍으로 온/오프 하는 단계를 적어도 포함하고,The method includes at least turning on / off the electric field formation by the electric field forming means at a predetermined timing, 상기 방법은 추가로,The method further comprises 상기 검출 표면에 말단부위가 고정된 검출용 누클레오티드 사슬을 신장시키도록 전기장을 형성하는 단계와, Forming an electric field to extend the detection nucleotide chain having a terminal moiety fixed to the detection surface; 상기 단계 후에 상기 반응영역에 대해서 표적 누클레오티드 사슬을 첨가하는 단계와, Adding a target nucleotide chain to said reaction zone after said step, 상기 단계 후에 전기장을 형성하여, 반응영역 중의 검출용 누클레오티드 사슬과 표적 누클레오티드 사슬을 상대적으로 이동시키는 단계와, Forming an electric field after the step to relatively move the detection nucleotide chain and the target nucleotide chain in the reaction zone; 상기 단계 후에 전기장을 제거한 상태로 하이브리다이제이션을 행하는 단계를 포함하는, 바이오 어세이 방법. And performing hybridization with the electric field removed after said step. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, The method of claim 1, 광학적으로 판독가능한 원반형 기판 위에서 복수의 검출부에 의해 물질간 상호반응작용을 검출하는 것을 포함하는 바이오 어세이 방법. A bioassay method comprising detecting material-to-material interactions by a plurality of detectors on an optically readable disc substrate. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 검출부는 상기 검출 표면이 한벽면에 형성된 셀 검출부이고, 복수의 셀 검출부가 상기 원반형 기판 위에 배치되는 바이오 어세이 방법. And the detection unit is a cell detection unit in which the detection surface is formed on one wall surface, and a plurality of cell detection units are disposed on the disc-shaped substrate. 제6항에 있어서, The method of claim 6, 상기 셀 검출부는, 상기 원반형 기판 위에, 위쪽에서 보아서 방사상을 나타내도록 배치되는 바이오 어세이 방법. And said cell detector is arranged on said disc-shaped substrate so as to be radial from above. 제7항에 있어서, The method of claim 7, wherein 각각의 셀 검출부 또는 각각의 셀 검출부 그룹에, 다른 검출용 누클레오티드 사슬이 고정되는 바이오 어세이 방법.A bioassay method in which a different detection nucleotide chain is fixed to each cell detector or each group of cell detectors. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 검출부의 반응영역은, 원반형 기판 위에 방사상으로 연설된 각 줄기홈 내에 설치되고, 그 줄기홈의 내벽면에는 상기 검출 표면이 배치되는 바이오 어세이 방법. The reaction region of the detection unit is provided in each stem groove radially extended on the disc-shaped substrate, and the detection surface is disposed on the inner wall surface of the stem groove. 제9항에 있어서, 10. The method of claim 9, 상기 각각의 줄기홈 또는 각각의 줄기홈 그룹에, 다른 검출용 누클레오티드 사슬이 고정되는 바이오 어세이 방법. A bioassay method in which a different detection nucleotide chain is fixed to each stem groove or each stem groove group. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 기판은 상기 검출표면부위의 위치정보와 회전동기정보를 제공하는 수단을 추가로 포함하는 바이오 어세이 방법. And the substrate further comprises means for providing positional information and rotational synchronization information of the detection surface portion. 제11항에 있어서, 12. The method of claim 11, 상기 수단은 상기 기판 위에 설치된 워블링 줄기홈 (wobbled groove) 또는 어드레스 피트를 포함하는 바이오 어세이 방법. And the means comprises a wobbled groove or address pit mounted on the substrate. 삭제delete 제5항에 있어서, The method of claim 5, 인터커레이터를 이용해서 상기 하이브리다이제이션 반응을 검출하는 바이오 어세이 방법. A bioassay method for detecting the hybridization reaction using an interlocker.
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