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JP4045535B2 - Biochemical analysis method using beads - Google Patents
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JP4045535B2 - Biochemical analysis method using beads - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遺伝子の変異解析、遺伝子発現解析、多型解析、分子間相互反応のカイネティクス等に有用な生化学的分析方法に関する。詳しくは、ヌクレオチド等の物質を固定するための担体として機能するビーズの表面において、ハイブリダイゼーション反応等の相互反応を行った後に、電気泳動に基づきアクティブな反応を示したビーズを分別する手法を含む生化学的分析方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、マイクロアレイ技術によって所定のDNAが微細配列された、いわゆるDNAチップ又はDNAマイクロアレイ(以下、「DNAチップ」と総称する。)と称されるバイオアッセイ用の分子集積基板が、遺伝子の変異解析、SNPs(一塩基多型)分析、遺伝子発現頻度解析等に利用されており、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の分野において広範囲に活用され始めている。
【0003】
このDNAチップは、ガラス基板やシリコン基板上に多種・多数のDNAオリゴ鎖やcDNA(complementary DNA)等が集積されていることから、ハイブリダイゼーション等の分子間相互反応の網羅的解析が可能となる点が特徴とされている。
【0004】
DNAチップによる解析手法の一例を簡潔に説明すれば、ガラス基板やシリコン基板上に固相化されたDNAプローブに対して、細胞、組織等から抽出したmRNAを逆転写PCR反応等によって蛍光プローブdNTPを組み込みながらPCR増幅し、前記基板上においてハイブリダイゼーションを行い、所定の検出器で蛍光測定を行うという手法である。
【0005】
ここで、DNAチップは二つのタイプに分類できる。第1のタイプは、半導体露光技術を応用したフォトリソグラフィーの技術を用いて、所定の基板上に直接オリゴヌクレオチドを合成していくものであり、アフィメトリクス社(Affymetrix社)によるものが代表的である(例えば、特表平4−505760号公報参照)。この種のチップは、集積度は高いが、基板上でのDNA合成には限界があって、数十塩基程度の長さである。第2のタイプは、「スタンフォード方式」とも称されるもので、先割れピンを用いて、予め用意されたDNAを基板上に分注・固相化していくことによって作製されるものである(例えば、特許3272365号公報参照)。この種のチップは、集積度は前者に比べて低いが、1kb程度のDNA断片を固相化できるという利点がある。
【0006】
また、現在、プロテインチップを含むバイオセンサーチップと称される、薄い平板上に設けられた微小な検出表面部位に所定の検出用物質を固相化し、この検出用物質に対して、標的物質を含む溶液を微容量通水し、両物質の相互反応を表面プラズモン共鳴原理や水晶発振子等の原理を用いて観察・分析するバイオセンサー技術が進展しており、抗体抗原反応やホルモン応答反応等の物質間相互反応の分析における有用な技術となっている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のDNAチップ技術は、二次元である基板の狭小なスポット部位においてDNAプローブ等のヌクレオチドを固相化(固定化)し、ハイブリダイゼーション反応を行う技術であるため、空間的にヌクレオチド分子の自由度が制限される。また、ハイブリダイゼーション反応の際に立体障害が発生する可能性がある。これらの理由から、従来のDNAチップ技術では、ハイブリダイゼーション反応の効率が悪く、反応時間が長い傾向があるという技術的課題があった。
【0008】
また、既述したバイオセンサー技術においては、ナノリッターレベルの極微量溶液の取り扱いが難しく、ハイスル−プット化する際には、高度な熟練技術が必要となる等の技術的課題があり、加えて、当該技術を実施するための装置又はシステムが非常に高価であった。
【0009】
そこで、本発明の主な目的は、光学的又は電気的に識別可能なビーズ表面で、ハイブリダイゼーション等の物質間相互反応を行う技術と、電気泳動によるビーズ分別技術等を駆使することによって、反応効率を向上させるとともに、全体の手順が簡易な生化学的分析方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために、まず、本願においては、(1)光学的又は電気的に識別可能とされたビーズ表面に固定された検出用物質に対して、標的物質を液相中で相互反応させる反応手順、(2)前記反応手順を経て得られる前記ビーズが存在する電解液に対して直流電界及び/又は交流電界を印加する電界印加手順、これら(1)、(2)の手順を少なくとも含む生化学的分析方法を提供する。
【0011】
ここで、本発明に係る生化学的分析方法では、微小なビーズを検出用物質及び反応物質(検出用物質と標的物質が結合した物質)の担体並びにカウンターウエイトとして機能させることによって、該ビーズ群を所定の電解液流路中に投入し、ビーズに保持された物質の電荷量に応じた駆動力による泳動を行って、ビーズの分別を行う。
【0012】
即ち、ビーズに固定化された検出用物質とサンプル溶液中の標的物質がアクティブな反応を示した場合には、ビーズ表面に保持されている物質の電荷総量に応じてクーロン力の大小が発生し、このクーロン力の差異が移動速度の差になって現出する。より具体的には、ビーズに固相化された検出用物質とサンプル溶液中の標的物質がアクティブな反応を示した場合には、当該ビーズに保持された反応物質のクーロン力が歴然として大きくなる。
【0013】
ここで、本発明において使用することができるビーズは、手段を問わず、光学的又は電気的に識別可能な構成とされた微小なビーズである。また、各ビーズに固定された検出用物質の種類は予め記録しておくことも必要である。本発明では、光学的又は電気的に識別可能とされたビーズ自体を検出すればよいので、従来は必須であった反応物質の蛍光標識やRI標識は不要となる。
【0014】
ビーズの光学的識別方法としては、ビーズの色調を変える方法を採用でき、例えば、2色のシアニン色素Cy3,Cy5を混合して染色を施し、各蛍光色素の含有割合によって色の階調が施されたビーズ群や、複数の蛍光色素を混合することなく組み合わせ、色分けしたビーズ群等を採用することができる。なお、ビーズは輪郭がはっきりしているので、光学的に高解像度で読み取ることができ、低価格の光学システムを採用できるという利点がある。
【0015】
ビーズの電気的識別方法としては、例えば、磁気ビーズを用い、電磁誘導によって発生する電流を検出することによって電気的に識別することができる。磁気ビーズを用いる場合、例えば、泳動開始地点となる電極側に磁石を配置しておくことにより、電解液流路中に投入されたビーズ群を一旦電極側に留めおくことが可能となる。これにより、ビーズの泳動を開始する前のビーズ群の自由拡散を防止することができる。なお、ビーズの泳動の開始と同時に、前記磁石の磁力が磁気ビーズに及ばないように工夫する。
【0016】
これにより、光学的又は電気的にビーズを識別できる所定の読み取りセンサーを用いて、どの種のビーズが、迅速に移動し、又はゆっくりと移動し、又は移動しなかったのか、を的確に把握することができるので、標的物質と検出用物質の相互反応の有無、反応強度、親和性、塩基配列の相補性等を容易に追跡することができる。即ち、本発明に係る生化学的分析方法は、遺伝子の変異解析、遺伝子発現解析、多型解析、分子間相互反応のカイネティクスの解析、抗原抗体反応やホルモン応答反応等の解析に利用できる。
【0017】
なお、ビーズ表面には、各種検出用物質を固定できるように、検出用物質との結合部位を備える物質をコーティングする。そして、前記コーティング処理後のビーズ表面には、一本鎖又は二本鎖の全長又は断片のヌクレオチド、ペプチド、タンパク質、脂質、低分子化合物、糖、リポソームその他の生体物質等の検出用物質を固相化しておく。光学的又は電気的に同一種として識別されるビーズ毎に、異なる前記検出用物質をそれぞれ固定しておくこともできる。
【0018】
本発明では、異なる前記検出用物質毎に、それぞれ独立の電解液流路で前記電界印加手順を行ってもよい。
【0019】
また、ビーズ表面に結合している反応物質を電気的に振動させることによって、検出用物質から反応不充分な標的物質を解離させる手順を採用してもよい。例えば、電解液にAC( Alternating current )電界をかけて、ビーズ表面に不充分な結合状態(例えば、ミスハイブリ)で留まっている標的物質に振動を加え、物理的に検出用物質から解離させることができる。このような解離手順によれば、反応手順を経たビーズ群を、「アクティブな反応を示した物質を保持するビーズ」と「検出用物質のみが固定された未反応状態のビーズ」に大別することができる。この結果、電解液流路中においてビーズ群を一方の電極側と他方の電極側に二分することができる。
【0020】
また、前記解離手順を採用することによって、既存のDNAチップ、プロテインチップその他のバイオセンサーチップにおいて必須とされる洗浄、乾燥手順が全く不要となるという利点がある。即ち、洗浄液の組成や洗浄条件の選定に関する余計な配慮が不要となり、また、洗浄、乾燥手順自体も不要であるので、分析作業全体を簡略化できる。
【0021】
検出用物と標的物質が共に一本鎖ヌクレオチドであって、前記反応手順がハイブリダイゼーション反応である場合では、前記(2)の手順後に、電解液流路中を一方の電極側に泳動してきた前記ビーズを回収し、該ビーズに結合している二本鎖ヌクレオチドの標的ヌクレオチド鎖をPCR増幅して、該標的ヌクレオチド鎖の塩基配列を決定することもできる。
【0022】
なお、本願においてハイブリダイゼーションなる用語は、デオキシリボ核酸(DNA)、リボ核酸(RNA)、ポリヌクレオチド及びオリゴヌクレオチドを包含する全ての天然又は合成の核酸並びに核酸誘導体の間における全ての相補鎖形成反応を包含する。
【0023】
次に、本発明は、上記方法発明に加えて、光学的又は電気的に識別可能なビーズに保持された物質の電荷量に応じて、該ビーズを電界により移動させる電解液流路と、前記電解液流路へ直流電界及び/又は交流電界を印加するための電界印加手段と、を備える生化学的分析装置を提供する。なお、ビーズの前記回収作業を容易化する目的で、使用する電解液流路には、電極側に集まってきたビーズを槽外に簡易に排出・回収できる構造を付設してもよい。
【0024】
以上のように、本発明は、基板上の狭小なスポット部位においてハイブリダイゼーション行う構成であるDNAチップとは全く異なる構成の網羅的遺伝子解析手段、並びに薄板状のセンサーチップの狭小な検出表面で物質間の相互反応を進行させるバイオセンサーチップとは全く異質な構成の網羅的相互反応解析手段を提供するという技術的意義を有している。
【0025】
ビーズ表面は、従来のDNAチップの基板上のスポット部位やセンサーチップの薄板上の検出表面部位に比して、表面積が大きく、また反応空間も広いので、物質の自由度が大きく、相互反応の際の立体障害も大きな問題にならない。このため、ハイブリダイゼーションその他の相互反応を効率良く進行させ、反応を短時間で完了させることができる。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について説明する。まず、図1は、本発明に係る生化学的分析方法で用いられるビーズの一実施形態を表す図、図2は、同ビーズのコーティング処理について説明する図、である。
【0030】
図1,図2中の符号1は、本発明に係る生化学的分析方法に好適な球形のポリスチレン製ビーズである。該ビーズ1は、2種類の蛍光色素Cy3(蛍光波長570nm、励起波長543nm)、Cy5(蛍光波長670nm、励起波長633nm)の含有割合を段階的に変えることによって染色が施され、本実施形態では、10×10=100階調のビーズ1群が作製されている。なお、ビーズ1の階調数は、必要に応じて適宜決定でき、100階調に限定されない。
【0031】
これらのビーズ1は、2波長(657nm、720nm)のレーザー光を出射する構成の光学センサーによって色調が読み取られ、識別可能とされる。なお、ビーズ1は光学的に識別可能な構成であれば採用可能である。なお、本発明では、光学的に識別できるビーズ1に換えて、磁気ビーズを用い、電磁誘導によって発生する電流を検出することによって識別方法を使用することも可能である。
【0032】
次に、図2に示すように、ビーズ1は、様々な検出用物質を固定するために適したコーティング処理が施される。例えば、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、アルデヒド基、ストレプトアビジン、NTA(ニトリロ三酢酸)等によってコーティング処理を行い、更にリンカーやキャプチャーを結合させる等して、ビーズ1の表層膜101を形成する。なお、アミノ基、カルボキシル基、チオール基、アルデヒド基は、これらの官能基との結合部位を備える分子の固相化に適しており、ストレプトアビジンはビオチン化したDNA断片やビオチン化リガンドの固定に適しており、NTAは、His−Tagタンパク質の固定に適している。
【0033】
次に、ビーズ1には、所定のバッファー溶液中において検出用物質を固定する。検出用物質は、一本鎖又は二本鎖のヌクレオチド(全長又は断片、DNAとRNAの双方を含む。)、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、脂質、低分子化合物、リポソームその他の生体物質のいずれかを分析目的に合わせて選択する。
【0034】
検出用物質が一本鎖ヌクレオチドの場合は、標的ヌクレオチドとのハイブリダイゼーション反応の分析に利用でき、二本鎖ヌクレオチドの場合は、該ヌクレオチドの所定配列部位とレセプター分子との間の特異的結合等から構成されるホルモン応答反応等の分析に利用できる。なお、前記ホルモン応答反応は、内分泌攪乱物質の分析等に有用である。また、検出用物質がヌクレオチドの場合、ヌクレオチドのTm( melting Temperature )又はGC含有率によってビーズをグルーピングし、グループ毎に反応場を区別することにより、最適なバッファー溶液の組成又は温度条件の下で、ハイブリダイゼーション反応を行わせるように工夫することができる。この工夫によれば、一律の反応条件でハイブリダイゼーションを行わなければならない既存のDNAチップに比して、ハイブリダイゼーション反応を高精度に行うことができる。
【0035】
図3(A)には、ビーズ1に検出用物質2として機能する一本鎖ヌクレオチドが固定された状態のビーズを模式的に示されている。なお、ビーズ1の表面には実際は多数の一本鎖ヌクレオチドが固定されることになるが、図3では、説明の便宜上省略して示している。このように検出用物質2が固定されたビーズは、プローブビーズと称することも可能であろう。
【0036】
図3(B)は、検出用物質2として機能する一本鎖ヌクレオチドに対して、標的物質3である一本鎖ヌクレオチドがアクティブにハイブリダイゼーションした状態を模式的に示している。
【0037】
この図3(B)に示す例では、検出用物質2と標的物質3がアクティブに相互反応を示した場合は、当該ビーズ1が保持する負電荷量が増加するので、該ビーズ1は、例えば、DC電界をかけた電解液流路中では、迅速に正電極側に移動することになる。
【0038】
図4は、電解液流路中におけるビーズ1の移動の様子を模式的に示した図である。
【0039】
符号4で示す電解液流路は、槽状に形成してもよく、基板上に細長のキャピラリー状に形成する構成でも採用可能であり、またマルチチャンネル化しても良いのであって、流路の形態は狭く限定されない。光学的(又は電気的に)同一種に識別されるビーズ毎に、異なる検出用物質を固定する場合は、それぞれ独立の電解液流路で電界による泳動を行うようにする。電解液流路4にDC電界を印加する場合は、一端部に負電極として機能させる電極41、他端部に正電極として機能させる電極42を形成し、導通可能とする。なお、電気泳動する物質の電荷によって、正負電極の配置は適宜決定する。
【0040】
電解液流路4には低融点アガロースゲル等の電解液Rが充填されている。電極41の近傍には、ハイブリダイゼーション等の反応手順が完了したビーズ1群が含有されているサンプル溶液Sを添加する。このサンプル溶液Sは、電解液流路4に設けられた、開閉可能な開口部44から注入できるように工夫できる。電解液流路4中に添加されてきたサンプル溶液S中のビーズ1群は、電極41近傍の移動開始領域43に一次滞留させておくようにする。
【0041】
なお、ビーズ1として磁気ビーズを採用することも可能である。この場合には、前記移動開始領域43に磁石Mを配置し、この磁石Nの磁力によって磁気ビーズ群を移動開始領域43内に確実に留めておくことができるようになる。そして、電解液Rに電界Eをかける際には、前記磁力を解除し電界による泳動を行うようにすることができる。この結果、泳動開始前に、拡散やブラウン運動等によってビーズ1群が移動してしまうのを防止できるので、電界Eのみの作用によって生ずる移動を観察し易くなる。
【0042】
ここで、上記電解液Rに、例えば、DC電界をかけると、ビーズ1群は、ビーズ1に保持された物質の電荷量(クーロン力)に応じた速度で、正電極として機能する電極42側に移動することになる。図4中に示す符号1aは、アクティブな反応を示したビーズ群を模式的に示し、符号1bは、反応が不充分であったビーズ群、符号1cは、アクティブな反応を全く示さなかったビーズ群を示している。
【0043】
ビーズ1a群は、短時間の内に迅速に電極42に引き寄せられて移動し、一方のビーズ1b群は、ゆっくりと移動する。即ち、ビーズ1aとビーズ1b、1cでは、保持されている物質の電荷量に応じて、その泳動の速度に歴然とした違いが生じ、その速度差に応じてビーズ1の色調に基づくバンドが電解液流路4に形成される。どの種のビーズが速く移動して正電極部42側に集まり、どの種のビーズがゆっくり移動するかを確認することによって、検出用物質2と標的物質3との反応状況を確認できる。
【0044】
ここで、電解液RにDC電界をかける前又は同時に、低・中周波数のAC電界をかけることによって、ビーズ1群に保持されている物質を電気的に振動させ、アクティブな反応を示さなかった標的物質3を、検出用物質2から解離させるように工夫してもよい。
【0045】
この解離手順によって、反応不充分(ミスハイブリダイゼーション等)であったビーズ1b群から標的物質3を解離させることができるため、電解液R中のビーズ1群を、アクティブな反応を示したビーズ1a群と、アクティブな反応を全く示さなかったビーズ1c群に二分することが可能となる。この結果、既存のDNAチップやバイオセンサーチップ等のような面倒な洗浄・乾燥手順を行う必要がなくなるので、作業効率が非常によい。
【0046】
次に、正電極部42側に移動したビーズ1a群を回収し、読み取り装置によってビーズ1aの色調を解析することによって、どの種の検出用物質と標的物質がアクティブな反応を示したかを容易に把握できる。
【0047】
なお、電解液流路4からのビーズ1群の回収は、ビーズが集まる電極42側の好適位置に設けた開閉可能な開口部45から自動的に取り出すことができるようにしてもよい。
【0048】
ここで、本発明に係る生化学的分析方法では、検出用物質2と標的物質3が、共に一本鎖ヌクレオチドであって、即ち上記反応手順がハイブリダイゼーション反応である場合では、電界による泳動に基づく上記分別手順の後に、電解液流路4中の電極42側に移動したビーズ1a群を回収し、該ビーズ1a群に保持された二本鎖ヌクレオチドの標的ヌクレオチド鎖をPCR増幅処理し、シークエンシングすることによって、該標的ヌクレオチド鎖の塩基配列を容易に知ることができる。
【0049】
【実施例】
本発明に係る生化学的分析方法の有効性を検証すべく、ビーズに一本鎖の25塩基のDNAプローブを固定してプローブビーズを作製した。このプローブビーズのcDNAプローブと所定のmRNAをハイブリダイゼーションさせたビーズとハイブリダイゼーションさせなかったビーズの両方を、同条件の電解液中に添加して電気泳動させ、その移動速度の差を調べた。両ビーズの移動速度の差異が観察できれば、本発明方法の有効性が実証されることになる。
【0050】
<ビーズの前処理>
まず、ダイナル(DYNAL)社のmRNADirectKit(製品番号:No.610.11と610.12)のDynabeads Oligo dt25の1mL入りチューブ(「▲1▼チューブ」と称する。)を軽く振って、底に沈んでいたビーズ群(比重1.6、直径2.8μm)を均一に懸濁させた。次に、1.5μLのマイクロセントリフュージチューブ(「▲2▼チューブ」と称する。)をダイナル(Dynal)社のMPCマグネットスタンドに立て、前記▲1▼チューブから10μLの懸濁液を採取し分注した。30秒経過後、ビーズがマグネットに引きつけられて懸濁液が清澄になったら、液体をピペットで吸い取って捨てる。▲2▼チューブをMPCマグネットスタンドから取り出して、容量10μLのLysis/Bindingバッファー液を注入し、該チューブを再び軽く振って再懸濁させ、保管した。
【0051】
<mRNAの抽出>
凍結保存されていたマウスの脳組織の保存液を10μL採取して、1.5mLのマイクロセントリフュージチューブに分注し、20μLのクロロフォルムを添加し、30秒ボルテックスミキサーにて攪拌した。続いて、該チューブを遠心機にセットして、1万rpm条件で30秒遠心した。遠心終了後、チューブ上側の水層のみを注意深くピペットで吸い取り、RNaseフリーのマイクロセントリフュージに分注し、更にLysis/Bindingバッファー液を20μL添加した。次に、チューブを回転式ミキサーに取り付け、2分間回転させて細胞壁を溶解させた。次に、遠心機にかけ、1万rpmで1分間回転し、異物を沈降させ、上清を別のチューブに取り出した。
【0052】
<反応手順(ハイブリダイゼーション)>
段落0049で準備したビーズと、段落0050の手順で準備したmRNAの抽出液を混合し、常温で3〜5分反応させた。そして、ダイナル(Dynal)社のMPCマグネットスタンドに設置し、30秒清澄するのを待った。次に上清を全て捨て、チューブを前記スタンドから外し、mRNA抽出液を10μl分注した。チューブをローテーター又は揺動機に載置して、室温下3〜5分間インキュベートした。続いて、チューブを前記スタンドに再び設置し、1分間待機し、上清をピペットで吸引除去した。上記キットの洗浄バッファー液Aを20μl加え、軽く振って前記スタンドに立てて、上清を除く作業を2回繰り返してから、上記キットの洗浄バッファー液Bを20μl加え、同様の作業で1回洗浄した。このサンプル溶液を氷温保存した。
【0053】
<電気泳動による分別手順>
段落0043で得たサンプル溶液および段落番号0049の手順で準備したビーズ、即ちハイブリダイゼーションさせなかったビーズを別々にアガロースゲル溶液に加え、これらを別々のスライドガラスにセットし、電界をかけながら各々顕微鏡で調べた。具体的には、前記サンプル溶液に50μlの2%低融点アガロースゲルのTAE溶液を加えて軽く振って懸濁させた。懸濁液を10μl採取し、スライドガラスの中央に滴下し、懸濁液に泡が入り込まないようにカバーガラスを慎重に被せ、周囲を高融点1%アガロースゲルで閉塞した。そして、スライドガラスを顕微鏡に設置し、DC電界を20v/cm、10mAの条件でかけ、×200倍率でビーズ群の移動速度を観察した。
【0054】
<結果>
上記実験の結果、アクティブなハイブリダーゼーションを示したビーズは、正電極側に速やかに移動した。一方、アクティブなハイブリダイゼーションを示さなかったビーズの電気泳動速度は、歴然として遅く、電界を30v/cmに上げても速やかな電気泳動は観察できなかった。このことから、本発明に係る生化学的分析方法の有効性が実証できた。
【0055】
以上、本発明の実施形態並びに実施例は、ビーズ上においてハイブリダイゼーションを行う反応系を代表例として説明してきたが、本発明に係る生化学的分析方法は、ハイブリダイゼーションに限定されることなく、低・高分子間の相互反応の解析に有用な方法であって、ビーズに保持された物質の電荷量(クーロン力)の差異に基づいて電界による泳動を行って、光学的又は電気的に識別可能なビーズを分別する技術的思想を備えるものを広く包含する。
【0056】
【発明の効果】
本発明に係る生化学的分析方法によれば、光学的又は電気的に識別できる構成のビーズ表面で物質間の相互反応を行わせ、このビーズを、電界を用いた泳動により分別し、所定の読み取りセンサーを用いて、どの種のビーズが、電極側に迅速に移動し、又はゆっくりと移動し、又は移動しないか、を的確に把握することが可能となるので、標的物質と検出用物質の相互反応の有無、反応強度、親和性、塩基配列の相補性等を容易に追跡することができる。また、ビーズは輪郭がはっきりしているので、光学的に高解像度で容易に読み取ることができるため、低価格の光学システムを使えるという利点もある。
【0057】
従って、本発明に係る生化学的分析方法は、遺伝子の変異解析、遺伝子発現解析、多型解析、分子間相互反応のカイネティクスの解析、抗原抗体反応や酵素応答反応等の解析に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る生化学的分析方法で用いられるビーズ(1)の一実施形態を表す図
【図2】同ビーズ(1)のコーティング処理について説明する図
【図3】(A)検出用物質(2)として機能する一本鎖ヌクレオチドが固定された状態のビーズ(1)を模式的に示す図
(B)同一本鎖ヌクレオチドに対して、標的物質(3)である一本鎖ヌクレオチドがアクティブにハイブリダイゼーションした状態を模式的に示す図
【図4】電解液流路(4)中におけるビーズ(1)の移動の様子を模式的に示した図
【符号の説明】
1 ビーズ
2 検出用物質
3 標的物質
4 電解液流路
41,42 電極
R 電解液
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a biochemical analysis method useful for gene mutation analysis, gene expression analysis, polymorphism analysis, kinetics of intermolecular interaction, and the like. Specifically, it includes a method of separating beads that showed an active reaction based on electrophoresis after performing an interaction such as a hybridization reaction on the surface of the bead that functions as a carrier for immobilizing substances such as nucleotides. It relates to a biochemical analysis method.
[0002]
[Prior art]
Currently, molecular integration substrates for bioassays called so-called DNA chips or DNA microarrays (hereinafter collectively referred to as “DNA chips”), in which predetermined DNA is finely arranged by microarray technology, are used for gene mutation analysis, It is used for SNPs (single nucleotide polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, etc., and has begun to be widely used in fields such as drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and others.
[0003]
Since this DNA chip has a large number of DNA oligo chains and cDNA (complementary DNA) integrated on a glass substrate or silicon substrate, comprehensive analysis of intermolecular interactions such as hybridization becomes possible. It is characterized by dots.
[0004]
To briefly explain an analysis method using a DNA chip, a fluorescent probe dNTP is obtained by reverse transcription PCR reaction or the like by extracting mRNA extracted from cells, tissues, etc. with respect to a DNA probe solid-phased on a glass substrate or a silicon substrate. In this method, PCR amplification is carried out while incorporating, hybridization is performed on the substrate, and fluorescence is measured with a predetermined detector.
[0005]
Here, DNA chips can be classified into two types. The first type is one in which oligonucleotides are directly synthesized on a predetermined substrate using a photolithographic technique applying a semiconductor exposure technique, and a typical one is by Affymetrix (Affymetrix). (For example, refer to Japanese translations of PCT publication No. 4-505760). Although this type of chip has a high degree of integration, there is a limit to DNA synthesis on the substrate, and the length is about several tens of bases. The second type is also referred to as “Stanford method”, and is prepared by dispensing and solidifying a prepared DNA on a substrate using a tip-breaking pin ( For example, refer to Japanese Patent No. 3272365. This type of chip is less integrated than the former, but has the advantage that a DNA fragment of about 1 kb can be solid-phased.
[0006]
Currently, a predetermined detection substance is solid-phased on a minute detection surface portion provided on a thin flat plate called a biosensor chip including a protein chip, and a target substance is applied to the detection substance. Biosensor technology has been developed to pass a minute volume of the solution containing the solution and observe / analyze the interaction between the two substances using the principle of surface plasmon resonance, crystal oscillator, etc., such as antibody antigen reaction and hormone response reaction. It has become a useful technique in analyzing the interaction between substances.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional DNA chip technology is a technology in which a nucleotide such as a DNA probe is immobilized (immobilized) in a narrow spot portion of a two-dimensional substrate and a hybridization reaction is performed. The degree of freedom of the nucleotide molecule is limited. In addition, steric hindrance may occur during the hybridization reaction. For these reasons, the conventional DNA chip technology has a technical problem that the efficiency of the hybridization reaction is low and the reaction time tends to be long.
[0008]
In addition, in the biosensor technology described above, it is difficult to handle a nanoliter level of a very small amount of solution, and there are technical issues such as the need for highly skilled technology when making high throughput. The apparatus or system for implementing the technique was very expensive.
[0009]
Therefore, the main object of the present invention is to make a reaction by making full use of a technique for performing an inter-substance reaction such as hybridization on an optically or electrically distinguishable bead surface and a bead fractionation technique by electrophoresis. The objective is to provide a biochemical analysis method that improves efficiency and simplifies the overall procedure.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above technical problem, first, in the present application, (1) a target substance is placed in a liquid phase with respect to a detection substance fixed on a bead surface that is optically or electrically distinguishable. (2) an electric field application procedure in which a DC electric field and / or an AC electric field is applied to an electrolyte containing the beads obtained through the reaction procedure, and the procedures of (1) and (2) A biochemical analysis method comprising at least
[0011]
Here, in the biochemical analysis method according to the present invention, the microbeads are caused to function as a carrier for a detection substance and a reaction substance (a substance in which a detection substance and a target substance are bound) and a counterweight, thereby allowing the group of beads. Is put into a predetermined electrolyte flow path, and electrophoresis is performed with a driving force in accordance with the amount of electric charge of the substance held on the beads, thereby separating the beads .
[0012]
That is, when the detection substance immobilized on the beads and the target substance in the sample solution show an active reaction, the magnitude of the Coulomb force is generated according to the total charge of the substance held on the bead surface. This difference in Coulomb force appears as a difference in moving speed. More specifically, when the detection substance immobilized on the beads and the target substance in the sample solution show an active reaction, the Coulomb force of the reactant held on the beads is obviously increased . .
[0013]
Here, the beads that can be used in the present invention are minute beads that are configured to be optically or electrically distinguishable regardless of the means. It is also necessary to record in advance the type of the detection substance immobilized on each bead. In the present invention, it is only necessary to detect the bead itself that is optically or electrically discriminable, so that the fluorescent label and RI label of the reactive substance that have been essential in the past are unnecessary.
[0014]
As a method for optically identifying the beads, a method of changing the color tone of the beads can be adopted. For example, two cyanine dyes Cy3 and Cy5 are mixed and dyed, and a color gradation is applied depending on the content ratio of each fluorescent dye. A group of beads or a group of beads that are combined and color-coded without mixing a plurality of fluorescent dyes can be employed. Since the bead has a clear outline, there is an advantage that it can be read optically with high resolution and a low-cost optical system can be adopted.
[0015]
As an electrical identification method for beads, for example, magnetic beads can be used, and electrical identification can be performed by detecting a current generated by electromagnetic induction. When magnetic beads are used, for example, by placing a magnet on the electrode side that is the starting point of electrophoresis, it is possible to temporarily hold the group of beads introduced into the electrolyte flow path to the electrode side. Thereby, the free diffusion of the bead group before the start of the bead migration can be prevented. In addition, at the same time as the start of the bead migration, the magnetic force of the magnet is devised so as not to reach the magnetic beads.
[0016]
This makes it possible to accurately grasp which kind of beads moved quickly, slowly moved, or did not move using a predetermined reading sensor capable of optically or electrically identifying the beads. Therefore, the presence / absence of interaction between the target substance and the detection substance, reaction intensity, affinity, complementarity of the base sequence, etc. can be easily traced. That is, the biochemical analysis method according to the present invention can be used for gene mutation analysis, gene expression analysis, polymorphism analysis, kinetic analysis of intermolecular interaction, antigen-antibody reaction, hormone response reaction, and the like.
[0017]
The bead surface is coated with a substance having a binding site with the detection substance so that various detection substances can be immobilized. Further, a single-stranded or double-stranded full-length or fragment nucleotide, peptide, protein, lipid, low-molecular compound, sugar, liposome or other biological substance is immobilized on the surface of the beads after the coating treatment. Keep in phase. Different detection substances may be immobilized for each bead that is optically or electrically identified as the same species.
[0018]
In the present invention, the electric field application procedure may be performed in an independent electrolyte flow path for each of the different detection substances.
[0019]
Alternatively, a procedure for dissociating a target substance with insufficient reaction from a detection substance by electrically vibrating a reactive substance bound to the bead surface may be employed. For example, an AC ( Alternating current ) electric field is applied to the electrolyte, and vibration is applied to the target substance remaining in an insufficiently bound state (for example, mishybrid) on the bead surface to physically dissociate from the detection substance. Can do. According to such a dissociation procedure, the bead group that has undergone the reaction procedure is broadly divided into “beads that hold a substance that has shown an active reaction” and “unreacted beads in which only a detection substance is fixed”. be able to. As a result, the bead group can be divided into one electrode side and the other electrode side in the electrolyte flow path.
[0020]
Further, by adopting the dissociation procedure, there is an advantage that the cleaning and drying procedures that are essential in the existing DNA chip, protein chip and other biosensor chips are completely unnecessary. That is, unnecessary consideration regarding the selection of the composition of the cleaning liquid and the cleaning conditions is not required, and the cleaning and drying procedures themselves are not required, so that the entire analysis operation can be simplified.
[0021]
When both the detection object and the target substance are single-stranded nucleotides and the reaction procedure is a hybridization reaction, the electrolyte channel has been migrated to one electrode side after the procedure (2). The base sequence of the target nucleotide chain can also be determined by collecting the beads and PCR-amplifying the target nucleotide chain of the double-stranded nucleotide bound to the bead.
[0022]
In this application, the term hybridization refers to all complementary strand-forming reactions between all natural or synthetic nucleic acids and nucleic acid derivatives including deoxyribonucleic acid (DNA), ribonucleic acid (RNA), polynucleotides and oligonucleotides. Includes.
[0023]
Next, in addition to the above-described method invention, the present invention provides an electrolyte flow path for moving the beads by an electric field according to the amount of charge of the substance held on the optically or electrically distinguishable beads, There is provided a biochemical analyzer comprising an electric field applying means for applying a direct current electric field and / or an alternating electric field to an electrolyte flow path. In addition, for the purpose of facilitating the recovery operation of the beads, the electrolyte flow path to be used may be provided with a structure that allows the beads collected on the electrode side to be easily discharged and recovered outside the tank.
[0024]
As described above, the present invention provides a comprehensive gene analyzing means having a configuration completely different from a DNA chip that is configured to perform hybridization at a narrow spot site on a substrate, and a substance on a narrow detection surface of a thin plate-shaped sensor chip. It has the technical significance of providing a comprehensive interaction analysis means having a completely different structure from the biosensor chip that promotes the interaction between the two.
[0025]
The bead surface has a larger surface area and wider reaction space than the spot sites on the substrate of the conventional DNA chip and the detection surface sites on the thin plate of the sensor chip. The steric hindrance is not a big problem. For this reason, hybridization and other interactions can proceed efficiently, and the reaction can be completed in a short time.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of beads used in the biochemical analysis method according to the present invention, and FIG. 2 is a diagram for explaining the coating process of the beads.
[0030]
Reference numeral 1 in FIGS. 1 and 2 denotes a spherical polystyrene bead suitable for the biochemical analysis method according to the present invention. The beads 1 are stained by stepwise changing the content ratio of two kinds of fluorescent dyes Cy3 (fluorescence wavelength 570 nm, excitation wavelength 543 nm) and Cy5 (fluorescence wavelength 670 nm, excitation wavelength 633 nm). A group of beads of 10 × 10 = 100 gradations is produced. Note that the number of gradations of the beads 1 can be appropriately determined as necessary, and is not limited to 100 gradations.
[0031]
These beads 1 can be identified by their color tones read by an optical sensor configured to emit laser light having two wavelengths (657 nm and 720 nm). The bead 1 can be adopted as long as it has an optically distinguishable configuration. In the present invention, it is also possible to use an identification method by detecting a current generated by electromagnetic induction using magnetic beads instead of the optically distinguishable beads 1.
[0032]
Next, as shown in FIG. 2, the beads 1 are subjected to a coating process suitable for fixing various detection substances. For example, the surface film 101 of the beads 1 is formed by coating with an amino group, a carboxyl group, a thiol group, an aldehyde group, streptavidin, NTA (nitrilotriacetic acid), etc., and further binding a linker or a capture. . Amino groups, carboxyl groups, thiol groups, and aldehyde groups are suitable for immobilizing molecules with binding sites for these functional groups, and streptavidin is suitable for immobilizing biotinylated DNA fragments and biotinylated ligands. NTA is suitable for fixing His-Tag proteins.
[0033]
Next, a detection substance is fixed to the beads 1 in a predetermined buffer solution. Substances for detection include single-stranded or double-stranded nucleotides (full length or fragments, including both DNA and RNA), amino acids, peptides, proteins, lipids, low molecular weight compounds, liposomes and other biological materials. Select according to the purpose of analysis.
[0034]
When the detection substance is a single-stranded nucleotide, it can be used for analysis of the hybridization reaction with the target nucleotide. When the detection substance is a double-stranded nucleotide, specific binding between the predetermined sequence site of the nucleotide and the receptor molecule, etc. It can be used for analysis of hormone response reaction composed of The hormone response is useful for analysis of endocrine disrupting substances. In addition, when the detection substance is a nucleotide, the beads are grouped according to the Tm ( melting temperature) or GC content of the nucleotide, and the reaction field is distinguished for each group. , It can be devised to perform a hybridization reaction. According to this device, the hybridization reaction can be performed with higher accuracy than the existing DNA chip that must be hybridized under uniform reaction conditions.
[0035]
FIG. 3A schematically shows a bead in a state where a single-stranded nucleotide functioning as the detection substance 2 is fixed to the bead 1. Although a large number of single-stranded nucleotides are actually immobilized on the surface of the bead 1, in FIG. 3, it is omitted for convenience of explanation. The beads on which the detection substance 2 is thus fixed may be referred to as probe beads.
[0036]
FIG. 3B schematically shows a state in which the single-stranded nucleotide that is the target substance 3 is actively hybridized with the single-stranded nucleotide that functions as the detection substance 2.
[0037]
In the example shown in FIG. 3 (B), the case where the detection substance 2 and the target substance 3 showed interaction active, the negative charge amount to which the bead 1 is held is increased, the beads 1, for example, in the electrolyte flow path multiplied by the DC electric field will move quickly to the positive electrode side.
[0038]
FIG. 4 is a diagram schematically showing how the beads 1 move in the electrolyte flow path.
[0039]
The electrolyte flow path indicated by reference numeral 4 may be formed in a tank shape, may be adopted in a configuration in which it is formed in a narrow capillary shape on a substrate, and may be multi-channeled. The form is not limited narrowly. When a different detection substance is immobilized for each bead that is optically (or electrically) identified as the same species, electrophoresis by an electric field is performed in each independent electrolyte flow path. When a DC electric field is applied to the electrolyte flow path 4, an electrode 41 that functions as a negative electrode is formed at one end , and an electrode 42 that functions as a positive electrode is formed at the other end, thereby enabling conduction . The arrangement of the positive and negative electrodes is appropriately determined depending on the charge of the substance to be electrophoresed.
[0040]
The electrolyte channel 4 is filled with an electrolyte R such as a low melting point agarose gel. In the vicinity of the electrode 41, a sample solution S containing a group of beads for which a reaction procedure such as hybridization has been completed is added. This sample solution S can be devised so that it can be injected from an opening / closing opening 44 provided in the electrolyte channel 4. A group of beads in the sample solution S that has been added to the electrolyte flow path 4 is allowed to primarily stay in the movement start region 43 in the vicinity of the electrode 41.
[0041]
It is also possible to employ magnetic beads as the beads 1. In this case, the magnet M is disposed in the movement start area 43, and the magnetic beads can be reliably retained in the movement start area 43 by the magnetic force of the magnet N. Then, when applying an electric field E in the electrolyte solution R, to release the magnetic force, it is possible to perform the migration due to the electric field. As a result, it is possible to prevent the group of beads from moving due to diffusion, Brownian motion, or the like before the start of electrophoresis, so that it is easy to observe the movement caused only by the action of the electric field E.
[0042]
Here, for example, when a DC electric field is applied to the electrolytic solution R, the group of beads 1 is on the side of the electrode 42 that functions as a positive electrode at a speed corresponding to the charge amount (Coulomb force) of the substance held on the beads 1. Will be moved to. The symbol 1a shown in FIG. 4 schematically shows a bead group showing an active reaction, the symbol 1b is a bead group in which the reaction is insufficient, and the symbol 1c is a bead that shows no active reaction at all. Shows the group .
[0043]
The beads 1a group is attracted and moved quickly to the electrode 42 within a short time, and the one beads 1b group moves slowly. That is, the bead 1a and the beads 1b and 1c have a remarkably different migration speed depending on the amount of charge of the substance being held, and the band based on the color tone of the bead 1 depends on the speed difference. It is formed in the flow path 4. By confirming which kind of beads move fast and gather on the positive electrode part 42 side and which kind of beads move slowly, the reaction state between the detection substance 2 and the target substance 3 can be confirmed.
[0044]
Here, before or at the same time as applying a DC electric field to the electrolyte R, by applying a low / medium frequency AC electric field, the substance held in the group of beads 1 was electrically vibrated and showed no active reaction. The target substance 3 may be devised so as to be dissociated from the detection substance 2.
[0045]
By this dissociation procedure, the target substance 3 can be dissociated from the bead 1b group that has been insufficiently reacted (mishybridization etc.), so that the bead group 1 in the electrolyte R is replaced with the bead 1a that has shown an active reaction. It becomes possible to bisect the group and the bead 1c group that did not show any active reaction. As a result, since it is not necessary to perform a troublesome washing / drying procedure such as an existing DNA chip or biosensor chip, work efficiency is very good.
[0046]
Next, by collecting the beads 1a group moved to the positive electrode part 42 side and analyzing the color tone of the beads 1a by a reading device, it is easy to determine which kind of detection substance and target substance showed an active reaction. I can grasp.
[0047]
The collection of the beads 1 group from the electrolyte flow path 4 may be automatically taken out from the openable / closable opening 45 provided at a suitable position on the electrode 42 side where the beads gather .
[0048]
Here, in the biochemical analysis method according to the present invention, when the detection substance 2 and the target substance 3 are both single-stranded nucleotides, that is, when the above reaction procedure is a hybridization reaction, electrophoretic migration is performed. After the separation procedure based on the above, the group of beads 1a moved to the electrode 42 side in the electrolyte channel 4 is collected, the target nucleotide chain of double-stranded nucleotides held in the group of beads 1a is subjected to PCR amplification treatment, and the sequence By sequencing, the base sequence of the target nucleotide chain can be easily known.
[0049]
【Example】
In order to verify the effectiveness of the biochemical analysis method according to the present invention, probe beads were prepared by immobilizing single-stranded 25-base DNA probes on beads. Both the cDNA probe of this probe bead and a bead that had been hybridized with a predetermined mRNA and a bead that had not been hybridized were added to an electrolyte under the same conditions and electrophoresed, and the difference in the migration speed was examined. If the difference in the moving speed of both beads can be observed, the effectiveness of the method of the present invention will be demonstrated.
[0050]
<Bead pretreatment>
First, a 1 mL tube of Dynabeads Oligo dt25 (referred to as “▲ 1 ▼ tube”) of DynaDirect's mRNADirectKit (product numbers: No. 610.11 and 610.12) is shaken lightly and sinks to the bottom. The bead group (specific gravity 1.6, diameter 2.8 μm) was uniformly suspended. Next, a 1.5 μL microcentrifugation tube (referred to as “▲ 2 ▼ tube”) is placed on a Dynal MPC magnet stand, and 10 μL of the suspension is collected from the tube and dispensed. did. After 30 seconds, when the beads are attracted to the magnet and the suspension is clear, pipette off the liquid and discard. {Circle around (2)} The tube was taken out of the MPC magnet stand, injected with a volume of 10 μL of Lysis / Binding buffer, and the tube was shaken lightly again to be resuspended and stored.
[0051]
<Extraction of mRNA>
10 μL of a cryopreserved mouse brain tissue preservation solution was collected, dispensed into a 1.5 mL microcentrifugation tube, 20 μL of chloroform was added, and the mixture was stirred with a vortex mixer for 30 seconds. Subsequently, the tube was set in a centrifuge and centrifuged at 10,000 rpm for 30 seconds. After completion of the centrifugation, only the aqueous layer on the upper side of the tube was carefully sucked with a pipette, dispensed into an RNase-free microcentrifugation, and 20 μL of Lysis / Binding buffer solution was further added. Next, the tube was attached to a rotary mixer and rotated for 2 minutes to dissolve the cell wall. Next, the mixture was centrifuged and rotated at 10,000 rpm for 1 minute to precipitate foreign matter, and the supernatant was taken out into another tube.
[0052]
<Reaction procedure (hybridization)>
The beads prepared in paragraph 0049 and the mRNA extract prepared in the procedure of paragraph 0050 were mixed and reacted at room temperature for 3-5 minutes. Then, it was placed on a Dynal MPC magnet stand and waited for 30 seconds to clear. Next, all the supernatant was discarded, the tube was removed from the stand, and 10 μl of mRNA extract was dispensed. The tube was placed on a rotator or rocker and incubated at room temperature for 3-5 minutes. Subsequently, the tube was placed on the stand again, waited for 1 minute, and the supernatant was removed by suction with a pipette. Add 20 μl of wash buffer solution A from the above kit, shake it lightly on the stand, repeat the procedure of removing the supernatant twice, add 20 μl of wash buffer solution B from the above kit, and wash once with the same procedure. did. This sample solution was stored at ice temperature.
[0053]
<Separation procedure by electrophoresis>
The sample solution obtained in paragraph 0043 and the beads prepared in the procedure of paragraph 0049, that is, beads that were not hybridized, were separately added to the agarose gel solution, and these were set on separate glass slides, and each microscope was applied while applying an electric field. I examined it. Specifically, 50 μl of 2% low melting point agarose gel TAE solution was added to the sample solution and suspended by shaking lightly. 10 μl of the suspension was sampled and dropped onto the center of the slide glass. The cover glass was carefully covered so that bubbles did not enter the suspension, and the periphery was closed with a high melting point 1% agarose gel. Then, a slide glass was set in a microscope, a DC electric field was applied at 20 v / cm and 10 mA, and the moving speed of the bead group was observed at × 200 magnification.
[0054]
<Result>
As a result of the above experiment, beads that showed active hybridization rapidly moved to the positive electrode side. On the other hand, the electrophoresis speed of beads that did not show active hybridization was clearly slow, and rapid electrophoresis could not be observed even when the electric field was increased to 30 v / cm. This proves the effectiveness of the biochemical analysis method according to the present invention.
[0055]
As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described with the reaction system that performs hybridization on beads as a representative example, but the biochemical analysis method according to the present invention is not limited to hybridization, a useful method for analysis of interaction between low-high molecular charge quantity of material retained on the beads I row electrophoresis by an electric field based on the difference (Coulomb force), optically or electrically Widely includes those having the technical idea of sorting identifiable beads.
[0056]
【The invention's effect】
According to the biochemical analysis method of the present invention, an interreaction between substances is performed on a bead surface having an optically or electrically distinguishable configuration, and the beads are separated by electrophoresis using an electric field . Using the reading sensor, it is possible to accurately grasp which kind of beads move quickly to the electrode side, or slowly or not, so that the target substance and the detection substance can be detected. Presence / absence of reaction, reaction intensity, affinity, complementarity of base sequences and the like can be easily traced. In addition, since the bead has a clear outline, it can be easily read with high optical resolution, so that an inexpensive optical system can be used.
[0057]
Therefore, the biochemical analysis method according to the present invention can be used for gene mutation analysis, gene expression analysis, polymorphism analysis, kinetic analysis of intermolecular interaction, antigen-antibody reaction, enzyme response reaction, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an embodiment of a bead (1) used in the biochemical analysis method according to the present invention. FIG. 2 is a view for explaining a coating treatment of the bead (1). The figure which shows typically the bead (1) of the state by which the single-stranded nucleotide which functions as a substance for a detection (2) was fixed (B) Single strand which is a target substance (3) with respect to the same single-stranded nucleotide Fig. 4 schematically shows the state where nucleotides are actively hybridized. Fig. 4 schematically shows how the beads (1) move in the electrolyte flow path (4).
1 Bead 2 Detection substance 3 Target substance 4 Electrolyte flow path
41, 42 Electrode R Electrolyte

Claims (8)

少なくとも次の(1)、(2)、(3)の手順が含まれる生化学的分析方法。
(1)光学的又は電気的に識別可能とされたビーズ表面に固定された検出用一本鎖ヌクレオチドに対して、標的一本鎖ヌクレオチドハイブリダイゼーション反応させる反応手順。
(2)前記反応手順を経て得られる前記ビーズが存在する電解液に対して直流電界及び/又は交流電界を印加する電界印加手順。
(3)前記電界印加手順を経て得られる前記ビーズの泳動状態に基づき、前記相互反応を解析する相互反応解析手順。
A biochemical analysis method including at least the following procedures (1), (2), and (3).
(1) A reaction procedure in which a target single- stranded nucleotide is subjected to a hybridization reaction with a single-stranded nucleotide for detection immobilized on a bead surface optically or electrically distinguishable.
(2) An electric field application procedure in which a DC electric field and / or an AC electric field is applied to the electrolytic solution containing the beads obtained through the reaction procedure.
(3) An interaction analysis procedure for analyzing the interaction based on a migration state of the beads obtained through the electric field application procedure.
少なくとも次の(1)、(2)、(3)の手順が含まれる生化学的分析方法。
(1)光学的又は電気的に同一種に識別されるビーズ毎に異なる検出用物質を固定し、該検出用物質に対して標的物質を相互反応させる反応手順。
(2)前記反応手順を経て得られる前記ビーズが存在する電解液に対し、異なる前記検出用物質毎にそれぞれ独立の電解液流路で直流電界及び/又は交流電界を印加する電界印加手順。
(3)前記電界印加手順を経て得られる前記ビーズの泳動状態に基づき、前記相互反応を解析する相互反応解析手順。
A biochemical analysis method including at least the following procedures (1), (2), and (3).
(1) optical or electrical detection substance different for each bead identified in the same species were fixed, reacted procedure for interaction with a target substance with respect to the detection substance.
(2) An electric field application procedure in which a DC electric field and / or an AC electric field is applied to an electrolyte solution containing the beads obtained through the reaction procedure in an independent electrolyte channel for each of the different detection substances .
(3) An interaction analysis procedure for analyzing the interaction based on a migration state of the beads obtained through the electric field application procedure.
前記検出用物質は、一本鎖又は二本鎖のヌクレオチド、アミノ酸、ペプチド、タンパク質、脂質、低分子化合物、糖、リポソームその他の生体物質のいずれかであって、電解液中で電荷を有し、該電荷の駆動力により泳動可能な物質であることを特徴とする請求項に記載の生化学的分析方法。The detection substance is any one of single-stranded or double-stranded nucleotides, amino acids, peptides, proteins, lipids, low molecular compounds, sugars, liposomes, and other biological substances, and has a charge in the electrolyte. The biochemical analysis method according to claim 2 , wherein the substance is a substance that can be migrated by the driving force of the electric charge. 少なくとも次の(1)、(2)、(3)、(4)の手順が含まれる生化学的分析方法。
(1)光学的又は電気的に識別可能とされたビーズ表面に固定された検出用物質に対して、標的物質を相互反応させる反応手順。
(2)ビーズ表面に結合している反応物質を電気的に振動させることによって、検出用物質から反応不充分な標的物質を解離させる解離手順。
(3)前記解離手順を経て得られる前記ビーズが存在する電解液に対して直流電界及び/又は交流電界を印加する電界印加手順。
(4)前記電界印加手順を経て得られる前記ビーズの泳動状態に基づき、前記相互反応を解析する相互反応解析手順。
A biochemical analysis method including at least the following procedures (1), (2), (3), and (4) .
(1) A reaction procedure in which a target substance interacts with a detection substance immobilized on a bead surface that is optically or electrically distinguishable.
(2) A dissociation procedure for dissociating a target substance with insufficient reaction from a substance for detection by electrically vibrating a reactive substance bound to the bead surface.
(3) An electric field application procedure in which a DC electric field and / or an AC electric field is applied to an electrolytic solution containing the beads obtained through the dissociation procedure.
(4) An interaction analysis procedure for analyzing the interaction based on a migration state of the beads obtained through the electric field application procedure.
少なくとも次の(1)、(2)、(3)の手順が含まれる生化学的分析方法。
(1)光学的又は電気的に識別可能とされた磁気ビーズ表面に固定された検出用物質に対して、標的物質を相互反応させる反応手順。
(2)前記反応手順を経て得られる前記磁気ビーズが存在する電解液に対して直流電界及び/又は交流電界を印加する電界印加手順。
(3)前記電界印加手順を経て得られる前記磁気ビーズを、電磁誘導によって発生する電流を検出することによって電気的に識別することにより、前記磁気ビーズの泳動状態を検出し、該泳動状態に基づき、前記相互反応を解析する相互反応解析手順。
A biochemical analysis method including at least the following procedures (1), (2), and (3).
(1) A reaction procedure in which a target substance interacts with a detection substance fixed on the surface of a magnetic bead that is optically or electrically distinguishable.
(2) An electric field application procedure in which a DC electric field and / or an AC electric field is applied to an electrolytic solution containing the magnetic beads obtained through the reaction procedure.
(3) the magnetic beads obtained by the above electric field application step, by electrically identified by detecting the current generated by electromagnetic induction to detect the electrophoretic state of the magnetic beads, on the basis of the electrophoretic state An interaction analysis procedure for analyzing the interaction.
少なくとも次の(1)、(2)、(3)、(4)の手順が含まれる生化学的分析方法。
(1)光学的又は電気的に識別可能とされたビーズ表面に固定された検出用一本鎖ヌクレオチドに対して、標的一本鎖ヌクレオチドハイブリダイゼーション反応させる反応手順。
(2)前記反応手順を経て得られる前記ビーズが存在する電解液に対して直流電界及び/又は交流電界を印加する電界印加手順。
(3)前記電界印加手順を経て得られる前記ビーズの泳動状態に基づき、前記相互反応を解析する相互反応解析手順。
(4)電解液流路中を電極側に泳動してきた前記ビーズを回収し、該ビーズに結合している二本鎖ヌクレオチドの標的ヌクレオチド鎖をPCR増幅して、該標的ヌクレオチド鎖の塩基配列を決定する塩基配列決定手順。
A biochemical analysis method including at least the following procedures (1), (2), (3), and (4) .
(1) A reaction procedure in which a target single- stranded nucleotide is subjected to a hybridization reaction with a single-stranded nucleotide for detection immobilized on a bead surface optically or electrically distinguishable.
(2) An electric field application procedure in which a DC electric field and / or an AC electric field is applied to the electrolytic solution containing the beads obtained through the reaction procedure.
(3) An interaction analysis procedure for analyzing the interaction based on a migration state of the beads obtained through the electric field application procedure.
(4) Collect the beads that have migrated to the electrode side in the electrolyte flow path, PCR amplify the target nucleotide chain of double-stranded nucleotides bound to the beads, and determine the base sequence of the target nucleotide chain Procedure for determining the nucleotide sequence to be determined.
前記(2)の電界印加手順は、ビーズに保持された物質の電荷量に応じた移動速度の差異によりビーズを分別する手順であることを特徴とする請求項1記載の生化学的分析方法。  The biochemical analysis method according to claim 1, wherein the electric field application procedure of (2) is a procedure of separating beads based on a difference in moving speed according to a charge amount of a substance held on the beads. 検出用物質と標的物質の相互反応を検出する生化学的分析装置であって、
光学的又は電気的に同一種に識別可能で同一種毎に異なる前記検出用物質が固定されたビーズを、該ビーズに保持された物質の電荷量に応じて、電界により同一種のビーズ毎に移動させるそれぞれ独立した電解液流路と、
前記電解液流路へ直流電界及び/又は交流電界を印加するための電界印加手段と、
前記ビーズの泳動状態を光学的又は電気的に識別可能な読み取りセンサーと、
を備える生化学的分析装置。
A biochemical analyzer that detects the interaction between a detection substance and a target substance,
Beads said detection substance different for each same type optically or electrically discernible the same species have been fixed, according to the charge amount of material retained in the beads, each bead of the same type by an electric field Each independent electrolyte flow path to be moved;
Electric field applying means for applying a DC electric field and / or an AC electric field to the electrolyte flow path;
A reading sensor capable of optically or electrically discriminating the migration state of the beads;
A biochemical analyzer comprising:
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