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JP4453334B2 - Hybridization apparatus and method - Google Patents
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Description

本発明は、1本鎖のヌクレオチド鎖と、その相補的なヌクレオチド鎖とをハイブリダイゼーションさせるハイブリダイゼーション装置及び方法に関するものである。   The present invention relates to a hybridization apparatus and method for hybridizing a single-stranded nucleotide chain and its complementary nucleotide chain.

現在、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おいて、DNAチップ等を利用したハイブリダイゼーションによるDNA解析が行われている。ハイブリダイゼーションによるDNA解析は、ガラスやシリコン等の基板上に配置されたDNAオリゴ鎖やcDNA(Complementary DNA)等の既知の塩基配列のDNA(DNAプローブ)とハイブリダイゼーションさせることによって、検体から得られたDNA(ターゲットDNA)の塩基配列を解析するものである。特に、DNAチップを用いた場合は、多種、多数のプローブDNAが1つの基板上に配置されているため、網羅的なDNA解析を行うことができる。   Currently, DNA analysis by hybridization using a DNA chip or the like is performed in gene mutation analysis, SNPs (single nucleotide polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, and the like. DNA analysis by hybridization is obtained from a specimen by hybridization with a DNA (DNA probe) of a known base sequence such as a DNA oligo chain or cDNA (Complementary DNA) placed on a substrate such as glass or silicon. The base sequence of DNA (target DNA) is analyzed. In particular, when a DNA chip is used, exhaustive DNA analysis can be performed because a large number of probe DNAs are arranged on one substrate.

DNAチップによる解析手法の一例を簡単に説明すると、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mRANを逆転写PCR(Polymerase Chain Reaction)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。   An example of the analysis method using a DNA chip will be briefly described. For example, reverse transcription PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction of mRAN extracted from cells, tissues, etc. to DNA probes immobilized on a glass substrate or silicon substrate. In this method, PCR amplification is carried out while incorporating a fluorescent probe dNTP, hybridization is performed on the substrate, and fluorescence is measured with a predetermined detector.

特開平11−281534号公報JP-A-11-281534

ところで、溶液中の一本鎖のDNAは、通常の状態では、自己の相補的な配列の塩基同士でハイブリダイゼーションを起しており、ランダムコイル状になっている。そのため、他の一本鎖のDNAとハイブリダイゼーションさせようとしても、立体障害が大きく、高速に結合しない。さらに、自己の塩基同士で既にハイブリダイゼーションを起している場合、相補的な配列同士の結合が100%行われず、不完全に終わってしまう場合がある。   By the way, in a normal state, single-stranded DNA in a solution causes hybridization between bases of its own complementary sequence, and has a random coil shape. For this reason, even when trying to hybridize with other single-stranded DNA, steric hindrance is great and it does not bind at high speed. Furthermore, in the case where hybridization has already occurred between the self bases, the complementary sequences may not be 100% bonded to each other and may end incompletely.

本発明は、立体障害が生じる一本鎖DNAのハイブリダイゼーションを高速且つ確実に行うことができるハイブリダイゼーション装置及び方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a hybridization apparatus and method capable of performing high-speed and reliable hybridization of single-stranded DNA causing steric hindrance.

本発明に係るハイブリダイゼーション装置は、標的となるヌクレオチド鎖が浮遊した溶液を貯留する空間部を有し、検出用のヌクレオチド鎖である複数のプローブの一端が上記空間部内を形成する面に各々固定されている反応容器と、上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記反応容器の外表面上でかつ上記プローブの一端が固定された面と同一側の面に形成された陽極と、上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記プローブの一端が固定された面に対向する上記反応容器の外表面上に形成され、上記陽極よりも大きな表面積を有する陰極と、上記陽極と陰極との間に交流電圧を印加する交流電源と、上記反応容器の外表面上でかつ上記陽極及び陰極が設けられている面以外の面に設けられ、上記反応容器内に貯留された溶液の温度を調整する温度調整手段と、検出用のヌクレオチド鎖である各プローブの中で一番高いディネーチャ温度を有するプローブのディネーチャ温度よりも高い温度に達するまで、上記反応容器内の溶液を加熱し、当該到達した温度のまま溶液の温度を維持した状態で、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって、上記陽極と上記陰極との間に1×10 V/m、1MHz程度の電界を発生させ、発生させた電界を所定の時間だけ維持することによって上記溶液に電界を印加して、自己ハイブリダイゼーションを起こしているプローブ及びターゲットの結合を分離する自己ハイブリダイゼーション分離処理と、上記自己ハイブリダイゼーションの分離後、上記反応容器内の溶液を冷却しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返すことによって、プローブと標的となるヌクレオチド鎖であるターゲットとの伸張及びハイブリダイゼーションを促進させる第1の反応促進処理と、上記第1の反応促進処理の終了後、上記反応容器内の溶液の温度が、任意のプローブのアニーリング温度まで達した場合には、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返しながらアニーリング温度の状態を所定の時間だけ継続させることによって任意のプローブとターゲットとのハイブリダイゼーションを促進させる処理を上記反応容器内部に含まれる全てのプローブに関して実行する第2の反応促進処理と、上記第2の反応促進処理の実行後、上記反応容器内に貯留された溶液の温度を全てのプローブのアニーリング温度よりも低い生化学反応に寄与しない温度又は室温まで冷却した後で、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させる第1のターゲット分離処理と、上記第1のターゲット分離処理の実行後、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させて未反応のターゲットを完全に除去する第2のターゲット分離処理とを実行するように上記交流電源と上記温度調整手段とを制御するコントローラとを備えることを特徴とする。 The hybridization apparatus according to the present invention has a space for storing a solution in which a target nucleotide chain is suspended, and one end of a plurality of probes, which are detection nucleotide chains, is fixed to a surface forming the space. And a plate-like member provided so as to be in contact with the reaction vessel, and formed on the outer surface of the reaction vessel and on the same side as the surface to which one end of the probe is fixed An anode and a plate-like member provided so as to be in contact with the reaction vessel, are formed on the outer surface of the reaction vessel facing the surface to which one end of the probe is fixed, and has a larger surface area than the anode. An AC power source for applying an AC voltage between the cathode, the anode and the cathode, and a surface on the outer surface of the reaction vessel other than the surface on which the anode and the cathode are provided; The temperature adjustment means for adjusting the temperature of the solution stored in the reaction vessel, and until the temperature reaches a temperature higher than the deactivation temperature of the probe having the highest deactivation temperature among the probes that are the nucleotide chains for detection. solution in the reaction vessel was heated, while maintaining the temperature remains the solution temperature was the arrival, by applying a voltage between the anode and the cathode, between the anode and the cathode Binding of a probe and a target that generate self-hybridization by applying an electric field to the solution by generating an electric field of about 1 × 10 6 V / m, 1 MHz, and maintaining the generated electric field for a predetermined time. After the self-hybridization separation process and the separation of the self-hybridization, while cooling the solution in the reaction vessel, And a state of applying a voltage between the anode and the cathode, by alternately repeating the state where no voltage is applied between the anode and the cathode, the target and which is a nucleotide chain as a probe and the target When the temperature of the solution in the reaction container reaches the annealing temperature of an arbitrary probe after completion of the first reaction promotion treatment for promoting extension and hybridization and the first reaction promotion treatment, any and conditions for applying a voltage between the anode and the cathode, by continuing for a predetermined time the state of the annealing temperature while repeating a state in which no voltage is applied alternately between the anode and the cathode A process for promoting hybridization between the probe and the target for all probes contained in the reaction container; After performing the reaction promotion treatment and the second reaction promotion treatment, after cooling the temperature of the solution stored in the reaction vessel to a temperature that does not contribute to a biochemical reaction lower than the annealing temperature of all probes or room temperature in occurs and a state of applying a voltage between the anode and the cathode, and a state where no voltage is applied between the anode and the cathode, the negative pulse electric field between the anode and the cathode By alternately repeating the state in which the voltage is applied, the first target separation is performed by pulling the unreacted target away from the probe and moving it to the surface opposite to the surface on which one end of the probe in the reaction vessel is fixed. After the process and the first target separation process, a voltage is not applied between the anode and the cathode, and an electric field that generates a negative pulse electric field between the anode and the cathode. By alternately repeating the state in which pressure is applied, the unreacted target is pulled away from the probe and moved to a surface opposite to the surface on which one end of the probe in the reaction vessel is fixed. And a controller for controlling the AC power supply and the temperature adjusting means so as to execute a second target separation process for completely removing the target.

本発明に係るハイブリダイゼーション方法は、検出用のヌクレオチド鎖である各プローブの中で一番高いディネーチャ温度を有するプローブのディネーチャ温度よりも高い温度に達するまで、標的となるヌクレオチド鎖が浮遊した溶液を貯留する空間部を有し、検出用のヌクレオチド鎖である各プローブの一端が上記空間部内を形成する面に固定されている反応容器内の溶液を加熱し、当該到達した温度のまま溶液の温度を維持した状態で、上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記反応容器の外表面上でかつ上記プローブの一端が固定された面と同一側の面に形成された陽極と上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記プローブの一端が固定された面に対向する上記反応容器の外表面上に形成され、上記陽極よりも大きな表面積を有する陰極との間に電圧を印加することによって、上記陽極と上記陰極との間に1×10 V/m、1MHz程度の電界を発生させ、発生させた電界を所定の時間だけ維持することによって上記溶液に電界を印加して、自己ハイブリダイゼーションを起こしているプローブ及びターゲットの結合を分離する自己ハイブリダイゼーション分離工程と、上記自己ハイブリダイゼーションの分離後、上記反応容器内の溶液を冷却しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返すことによって、プローブと標的となるヌクレオチド鎖であるターゲットとの伸張及びハイブリダイゼーションを促進させる第1の反応促進工程と、上記第1の反応促進工程の終了後、上記反応容器内の溶液の温度が、任意のプローブのアニーリング温度まで達した場合には、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返しながらアニーリング温度の状態を所定の時間だけ継続させることによって任意のプローブとターゲットとのハイブリダイゼーションを促進させる処理を上記反応容器内部に含まれる全てのプローブに関して実行する第2の反応促進工程と、上記第2の反応促進工程の実行後、上記反応容器内に貯留された溶液の温度を全てのプローブのアニーリング温度よりも低い生化学反応に寄与しない温度又は室温まで冷却した後で、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させる第1のターゲット分離工程と、上記第1のターゲット分離工程の実行後、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させて未反応のターゲットを完全に除去する第2のターゲット分離工程とを含むことを特徴とする。 In the hybridization method according to the present invention, a solution in which a target nucleotide chain is suspended until reaching a temperature higher than that of the probe having the highest deactivation temperature among the probes that are nucleotide chains for detection. The solution in the reaction vessel having a space portion to be stored and one end of each probe, which is a nucleotide chain for detection, fixed to the surface forming the space portion is heated, and the temperature of the solution is maintained at the reached temperature. An anode formed on the outer surface of the reaction vessel and on the same side as the surface to which one end of the probe is fixed, comprising a plate-like member provided in contact with the reaction vessel And a plate-like member provided in contact with the reaction vessel, and formed on the outer surface of the reaction vessel facing the surface to which one end of the probe is fixed. , By applying a voltage between a cathode having a surface area greater than the anode, 1 × 10 6 V / m , to generate an electric field of about 1MHz to between the anode and the cathode, was generated A self-hybridization separation step in which an electric field is applied to the solution by maintaining the electric field for a predetermined time to separate the binding of the probe and the target that have caused self-hybridization, and after the separation of the self-hybridization, while the solution in the reaction vessel was cooled, and a state of applying a voltage between the anode and the cathode, by alternately repeating the state where no voltage is applied between the anode and the cathode, the probe A first reaction promoting step for promoting extension and hybridization between the target and the target nucleotide chain, and After completion of the first reaction promoting step, the temperature of the solution in the reaction vessel, when it reaches to the annealing temperature of any of the probe, the conditions for applying a voltage between the anode and the cathode, A process for promoting hybridization between an arbitrary probe and a target by continuing an annealing temperature state for a predetermined time while alternately repeating a state in which no voltage is applied between the anode and the cathode. After the execution of the second reaction promotion step executed with respect to all the probes contained therein and the second reaction promotion step, the temperature of the solution stored in the reaction vessel is lower than the annealing temperature of all the probes. after cooling to a temperature or room does not contribute to the biochemical reaction, and a state of applying a voltage between the anode and the cathode, the anode and the anion Alternately repeating a state in which no voltage is applied between and a state in which a voltage generating a negative pulse electric field is applied between the anode and the cathode, thereby pulling the unreacted target away from the probe, A first target separation step for moving the probe in the reaction vessel to a surface opposite to the surface on which one end of the probe is fixed, and a voltage between the anode and the cathode after the execution of the first target separation step. By alternately repeating a state in which no voltage is applied and a state in which a voltage generating a negative pulse electric field is applied between the anode and the cathode to separate the unreacted target from the probe. And a second target separation step of completely removing the unreacted target by moving it to a surface opposite to the surface to which one end of the substrate is fixed. .

本発明に係るハイブリダイゼーション装置及び方法では、全てのプローブの溶解温度よりも高い温度まで溶液の温度を上昇させるとともに溶液に対して交流電界を印加し、その後に、全てのプローブのアニーリング温度以下まで溶液の温度を下降させる。   In the hybridization apparatus and method according to the present invention, the temperature of the solution is raised to a temperature higher than the melting temperature of all the probes, an alternating electric field is applied to the solution, and then the annealing temperature of all the probes is reached or lower. Lower the temperature of the solution.

このような本発明に係るハイブリダイゼーション装置及び方法では、融解温度より高くするとともに交流電界が印加されるので、全ての標的となるヌクレオチド鎖(ターゲット)と全てのプローブの結合が解けて且つ交流電界の電気力線の方向に伸張し、伸張した状態でアニーリング温度以下となる。   In such a hybridization apparatus and method according to the present invention, since the AC electric field is applied while the temperature is higher than the melting temperature, the binding of all the target nucleotide chains (targets) and all the probes is released and the AC electric field is applied. It expands in the direction of the electric field line, and in the expanded state it becomes below the annealing temperature.

従って、本発明に係るハイブリダイゼーション装置及び方法では、高速且つ確実にハイブリダイゼーションを起させることができる。   Therefore, in the hybridization apparatus and method according to the present invention, hybridization can be caused at high speed and reliably.

以下、本発明が適用されたハイブリダイゼーション装置について説明をする。   Hereinafter, a hybridization apparatus to which the present invention is applied will be described.

本発明が適用されたハイブリダイゼーション装置10の構成を図1に示す。ハイブリダイゼーション装置10は、塩基配列が既知の検出用の一本鎖のヌクレオチド鎖(以下、プローブという。)と、検体から検出した標的となるヌクレオチド鎖(以下、ターゲットという。)とをハイブリダイゼーションさせる装置である。ハイブリダイゼーションは、相補的な塩基配列のヌクレオチド鎖間で行われる。このため、このハイブリダイゼーション処理を行った後に、ターゲットがどのプローブと反応したかを検出することによって、ターゲットの塩基配列を解析することが可能となる。   A configuration of a hybridization apparatus 10 to which the present invention is applied is shown in FIG. The hybridization apparatus 10 hybridizes a single-stranded nucleotide chain for detection (hereinafter referred to as a probe) with a known base sequence and a target nucleotide chain (hereinafter referred to as a target) detected from a specimen. Device. Hybridization is performed between nucleotide strands of complementary base sequences. For this reason, it is possible to analyze the base sequence of the target by detecting with which probe the target has reacted after this hybridization treatment.

ハイブリダイゼーション装置10は、図1に示すように、ハイブリダイゼーション反応の場となるバッファ溶液11を保留する内部空間を形成する反応容器12を備えている。反応容器12内には、バッファ溶液11が注入されている。   As shown in FIG. 1, the hybridization apparatus 10 includes a reaction container 12 that forms an internal space in which a buffer solution 11 serving as a hybridization reaction place is reserved. A buffer solution 11 is injected into the reaction vessel 12.

反応容器12の内部側壁の所定の位置には、プローブの末端の一方が接続されている。例えば、プローブの末端を官能基(例えばビオチン)により修飾し、反応用器12の内側壁の一部も対となる官能基(例えばストレプトアビジン)により表面修飾する。そして、官能基同士を結合することにより、プローブの一方の末端を反応用器12内の所定の位置に結合させることができる。反応容器12内に結合するプローブの数は1つでもよいし、複数であってもよい。ここでは、異なる塩基配列の2つのプローブP,Pが接続されているものとする。また、プローブの結合位置は、溶液11内に浸る位置であれば、側壁に限らず底面でもよい。 One end of the probe is connected to a predetermined position on the inner side wall of the reaction vessel 12. For example, the end of the probe is modified with a functional group (for example, biotin), and a part of the inner wall of the reactor 12 is also surface-modified with a paired functional group (for example, streptavidin). Then, by bonding the functional groups, one end of the probe can be bonded to a predetermined position in the reaction vessel 12. The number of probes bound in the reaction vessel 12 may be one or plural. Here, it is assumed that two probes P 1 and P 2 having different base sequences are connected. In addition, the probe coupling position is not limited to the side wall as long as the position is immersed in the solution 11, and may be the bottom surface.

なお、例えば、複数のウェルが形成されたDNAチップを用いる場合には、一つのウェル(反応容器)内には1種類のプローブのみが結合されるが、チップ全体としては異なる塩基配列のプローブが多数結合されることとなり、本発明はこのようなDNAチップを用いた場合でも適用することができる。   For example, when a DNA chip having a plurality of wells is used, only one type of probe is bound in one well (reaction vessel). The present invention can be applied even when such a DNA chip is used.

また、ハイブリダイゼーション装置10は、一対の電極13(例えば、プラス電極13-1及びマイナス電極13-2)と、この一対の電極13に電力を印加する電源14とを備えている。一対の電極(プラス電極13-1及びマイナス電極13-2)は、図2に示すように、電源14により電圧が印加されたときに、反応容器12内の溶液11中に電界を与えることができるように、全体が例えば薄板状に形成され、反応容器12を外側から挟むように設けられている。また、さらに、プローブの結合位置の反対側からプローブに向かう方向へ沿って電気力線が発生し、さらに、プローブに近づくに従い電気力線間の距離が短くなるように(電気力線の密度が高くなるように)、一対の電極13の大きさ及び配置の構成がされている。例えば、プローブが反応容器12の側壁に結合されていれば、プラス電極13-1を反応容器12のプローブが結合された側壁部分に対応した外部側壁に設け、マイナス電極13-2をその反対側の外部側壁に設け、さらに、プローブ側の側壁に設けた電極(プラス電極)の大きさを、反対側の電極(マイナス電極13-2)の大きさよりも充分に小さくすれば、以上のような電気力線を形成することができる。なお、このように電気力線を形成するのは、プローブ及びターゲットを溶液11中で伸張させるとともに、ターゲットを電気泳動させてプローブに近づけるためである。   The hybridization apparatus 10 also includes a pair of electrodes 13 (for example, a positive electrode 13-1 and a negative electrode 13-2) and a power source 14 that applies power to the pair of electrodes 13. As shown in FIG. 2, the pair of electrodes (the positive electrode 13-1 and the negative electrode 13-2) can apply an electric field to the solution 11 in the reaction vessel 12 when a voltage is applied by the power source 14. The whole is formed in a thin plate shape, for example, and is provided so as to sandwich the reaction vessel 12 from the outside. Furthermore, electric lines of force are generated along the direction from the opposite side of the probe coupling position toward the probe, and further, the distance between the electric lines of force decreases as the probe is approached (the density of electric lines of force is reduced). The size and arrangement of the pair of electrodes 13 are configured so as to be higher. For example, if the probe is coupled to the side wall of the reaction vessel 12, the plus electrode 13-1 is provided on the outer side wall corresponding to the side wall portion to which the probe of the reaction vessel 12 is coupled, and the minus electrode 13-2 is disposed on the opposite side. If the size of the electrode (plus electrode) provided on the outer side wall of the probe and the side wall on the probe side is sufficiently smaller than the size of the opposite electrode (minus electrode 13-2), the above Electric field lines can be formed. The reason why the lines of electric force are formed in this way is that the probe and the target are extended in the solution 11 and the target is electrophoresed to approach the probe.

また、ハイブリダイゼーション装置10は、溶液11の温度を検出する温度センサ15と、溶液11の温度を保持、上昇及び下降させるヒータ/クーラ16を備えている。ハイブリダイゼーション装置10では、温度センサ15及びヒータ/クーラ16を備えているので、反応容器12内の溶液11の温度を特定の温度に調整することができる。   Further, the hybridization apparatus 10 includes a temperature sensor 15 that detects the temperature of the solution 11 and a heater / cooler 16 that holds, raises, and lowers the temperature of the solution 11. Since the hybridization apparatus 10 includes the temperature sensor 15 and the heater / cooler 16, the temperature of the solution 11 in the reaction container 12 can be adjusted to a specific temperature.

また、ハイブリダイゼーション装置10は、コントローラ17を備えている。コントローラ17は、ヒータ/クーラ16に対して制御命令を与えて反応容器12内の溶液11の温度を制御するとともに、電源14の出力電圧及び電流を制御して反応容器12内の溶液11に印加する電界を制御する。   The hybridization apparatus 10 includes a controller 17. The controller 17 gives a control command to the heater / cooler 16 to control the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 and controls the output voltage and current of the power supply 14 to be applied to the solution 11 in the reaction vessel 12. To control the electric field.

つぎに、以上のような構成のハイブリダイゼーション装置10によるハイブリダイゼーション手順について説明をする。   Next, the hybridization procedure by the hybridization apparatus 10 having the above configuration will be described.

なお、図3は、ハイブリダイゼーションを行っている際の各経過時刻(期間s1〜s9)での反応容器12内の溶液11の温度を示している。   FIG. 3 shows the temperature of the solution 11 in the reaction container 12 at each elapsed time (periods s1 to s9) during hybridization.

ハイブリダイゼーション処理を開始する前に、図4に示すように、まず、予めバッファ溶液11中にターゲット(標的ヌクレオチド鎖)Tを滴下しておく。このとき、バッファ溶液11内の温度は低く、室温もしくはTm以下のTmでもTaでもなく生化学反応に寄与しない温度となっている。また、バッファ溶液11内の電界は印加されていない。従って、反応容器12の溶液11中のプローブP及びターゲットTは、鎖がさまざまな方向に乱れているコイル状(スーパーコイル、ランダムコイル)となっている。また、プローブPは所定の位置に固定されているが、ターゲットTは溶液11で浮遊している。   Before starting the hybridization process, as shown in FIG. 4, first, a target (target nucleotide chain) T is dropped in advance in the buffer solution 11. At this time, the temperature in the buffer solution 11 is low, and is a temperature that does not contribute to the biochemical reaction, neither room temperature nor Tm below Tm nor Ta. Further, the electric field in the buffer solution 11 is not applied. Therefore, the probe P and the target T in the solution 11 of the reaction vessel 12 are in a coil shape (supercoil, random coil) in which chains are disturbed in various directions. The probe P is fixed at a predetermined position, but the target T is suspended in the solution 11.

続いて、ヒータ/クーラ16を制御して、複数のプローブPのディネーチャ温度(融解温度)Tmのうちの最も高いディネーチャ温度Tm-maxより高い温度まで、反応容器12内の溶液11の温度を上昇させる(期間s2)。   Subsequently, the heater / cooler 16 is controlled to increase the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 to a temperature higher than the highest detent temperature Tm-max among the detent temperatures (melting temperatures) Tm of the plurality of probes P. (Period s2).

ここで、水素結合により安定化した二本鎖のDNA又はRNAに熱を加えると、一本鎖に分離する。全てが二本鎖の状態を100%ヘリックスとし、熱を加えることにより全てが一本鎖になる状態を0%ヘリックスとすると、ちょうど半分のDNA又はRNAが二本鎖を形成している状態を50%ヘリックスという。このときの温度がディネーチャ温度(融解温度)Tmと定義されている。ディネーチャ温度Tmは、二本鎖が安定であれば融解温度Tmは高く(80度〜90度)、不安定であれば低い(39度〜40度)と推定される。一般に、融解温度Tmは、GC塩基対含量、ヌクレオチド鎖の長さ、塩基対のミスマッチ(塩基対が一致しないこと)、溶液11の塩濃度と組成といった項目により変動する。融解温度Tmは、これらの影響により変動するが、経験的に次式によりその温度を推定することができるとされている。
Tm=81.5+(16.6×logM)+{0.41×(G+C)}-(0.72×F)-(500/L)
上式において、Mは一価の正イオンのモル濃度、G+CはGC含量(%)、Fはホルムアミド濃度(%)、Lはプローブの長さ(塩基対 base pair: bp)を意味する。また、Tmは、1%のミスマッチにより、0.5度〜1.4度程度低下する。
Here, when heat is applied to double-stranded DNA or RNA stabilized by hydrogen bonding, it is separated into single strands. If all double-stranded state is 100% helix, and all is single-stranded by applying heat is 0% helix, then exactly half of the DNA or RNA is forming a double strand. 50% helix. The temperature at this time is defined as the deny temperature (melting temperature) Tm. The denature temperature Tm is estimated to be high (80 to 90 degrees) if the duplex is stable and low (39 to 40 degrees) if unstable. In general, the melting temperature Tm varies depending on items such as GC base pair content, nucleotide chain length, base pair mismatch (base pairs do not match), salt concentration and composition of the solution 11. Although the melting temperature Tm varies due to these influences, it is empirically estimated that the temperature can be estimated by the following equation.
Tm = 81.5 + (16.6 × logM) + {0.41 × (G + C)}-(0.72 × F)-(500 / L)
In the above formula, M is the molar concentration of monovalent positive ions, G + C is the GC content (%), F is the formamide concentration (%), and L is the length of the probe (base pair base pair: bp) . Also, Tm decreases by about 0.5 to 1.4 degrees due to a 1% mismatch.

従って、反応容器12の溶液11の温度をディネーチャ温度Tmより高い温度まで上昇させることによって、プローブP及びターゲットTがたとえ自己ハイブリダイゼーションを起していたとしても、確実にその結合が分離される。   Therefore, by raising the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 to a temperature higher than the deenergizing temperature Tm, even if the probe P and the target T have undergone self-hybridization, the binding is reliably separated.

続いて、反応容器12の溶液11の温度をディネーチャ温度Tmより高い温度で一定に保ちながら(期間s3)、電源14を制御して図5に示すような高周波交流電圧を電極13間に印加する。高周波電圧は、反応容器12内の溶液11中に1×10V/m、約1MHz程度の電界が印加されるのが望ましい( 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)参照。)。 Subsequently, while keeping the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 constant at a temperature higher than the deenergizing temperature Tm (period s3), the power supply 14 is controlled to apply a high-frequency AC voltage as shown in FIG. . As the high-frequency voltage, an electric field of about 1 × 10 6 V / m and about 1 MHz is preferably applied to the solution 11 in the reaction vessel 12 (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)).

このように高周波交流電圧を印加することによって、図6に示すように、プローブP及びターゲットTが電気力線に沿って伸張し(図中X1方向)、さらに、ターゲットTがプラス電極13-1側に向う方向(つまり、プローブPへ向かう方向(図中X1方向))へ、移動をしてゆく。   By applying the high-frequency AC voltage in this way, as shown in FIG. 6, the probe P and the target T expand along the lines of electric force (X1 direction in the figure), and further, the target T becomes the positive electrode 13-1. It moves in the direction toward the side (that is, the direction toward the probe P (direction X1 in the figure)).

このようにプローブP及びターゲットTが伸張するのは、ヌクレオチド鎖の骨格をなすリン酸イオン(陰電荷)とその周辺にある水がイオン化した水素原子(陽電荷)とによってイオン曇を作っていると考えられ、これらの陰電荷及び陽電荷により生じる分極ベクトル(双極子)が、高周波高電圧の印加により全体として一方向を向き、その結果としてヌクレオチド鎖が伸長すると考えられる。加えて、電気力線が一部に集中する不均一電界が印加された場合、ヌクレオチド鎖は電気力線が集中する部位に向かって移動する(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(1998)参照)。   In this way, the probe P and the target T are extended by forming an ion cloud by the phosphate ion (negative charge) forming the skeleton of the nucleotide chain and the hydrogen atom (positive charge) obtained by ionizing water in the vicinity thereof. It is considered that the polarization vector (dipole) generated by these negative and positive charges is directed in one direction as a whole by application of a high frequency high voltage, and as a result, the nucleotide chain is elongated. In addition, when an inhomogeneous electric field in which electric lines of force are concentrated in part is applied, the nucleotide chain moves toward the site where electric lines of force concentrate (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 (1998)).

つまり、ハイブリダイゼーション装置10では、電気力線がプローブPに向かう方向に発生しているとともに、プローブPに近づくにつれ電気力線の密度が高くなるように一対の電極13が構成されているので、プローブP及びターゲットTが同一方向に伸張するとともに、ターゲットTがプローブPへ向かって電気泳動してゆく。   That is, in the hybridization device 10, the electric lines of force are generated in the direction toward the probe P, and the pair of electrodes 13 is configured so that the density of the electric lines of force increases as the probe P is approached. The probe P and the target T extend in the same direction, and the target T is electrophoresed toward the probe P.

そして、ディネーチャ温度Tmより高い温度で高周波電界を印加する状態を一定時間以上保つと、図7に示すように、プローブP及びターゲットTは充分に伸張し、ターゲットTがプローブPに近接した状態となる。なお、高周波電界は、ディネーチャ温度Tmより高い温度となってから印加するのではなく、期間s2の温度上昇時から印加を開始してもよい。   When the state in which the high-frequency electric field is applied at a temperature higher than the deenergizing temperature Tm is maintained for a certain period of time or longer, the probe P and the target T are sufficiently expanded as shown in FIG. Become. Note that the high-frequency electric field may not be applied after the temperature becomes higher than the deenergizing temperature Tm, but may be applied when the temperature rises during the period s2.

続いて、ヒータ/クーラ16を制御して、反応容器12内の溶液11の温度を徐々に下降させる(期間s4)。このとき、電源14を制御して、“高周波電界”と“無電界”とが交互に繰り返されて印加される図8に示すような電圧を電極13間に印加する。このような電界を印加することによって、高周波電界の印加時には、プローブP及びターゲットTが伸張及び接近し、電界の無印加時にはプローブPとターゲットTとのハイブリダイゼーションが促進される。すなわち、プローブPとターゲットTとのハイブリダイゼーション等の相互反応を確実に進行させるためには、電界を印加している状態よりは、物質のブラウン運動に専ら委ねた方がより効率がよいと考えられる。しかしながら、高周波電界を全く印加しなければヌクレオチド鎖が自己ハイブリダイゼーションを起してしまう可能性がある。そのため、ハイブリダイゼーション装置10では、ディネーチャ温度Tmまで上昇してプローブP及びターゲットTが伸張した後は、高周波電界の印加状態と電界の無印加状態とを交互に繰り返して、伸張及び相互反応との両者を促すようにしている。   Subsequently, the heater / cooler 16 is controlled to gradually lower the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 (period s4). At this time, the power supply 14 is controlled to apply a voltage as shown in FIG. 8 between the electrodes 13 in which “high-frequency electric field” and “no electric field” are alternately applied. By applying such an electric field, the probe P and the target T extend and approach when a high-frequency electric field is applied, and hybridization between the probe P and the target T is promoted when no electric field is applied. That is, in order to advance the mutual reaction such as hybridization between the probe P and the target T with certainty, it is considered more efficient to entrust the Brownian motion of the substance exclusively than the state where the electric field is applied. It is done. However, the nucleotide chain may cause self-hybridization if no high frequency electric field is applied. For this reason, in the hybridization apparatus 10, after the probe P and the target T are extended to rise to the deenergizing temperature Tm, the application state of the high frequency electric field and the non-application state of the electric field are alternately repeated, and the extension and the interaction are performed. Encourage both.

続いて、反応容器12内の溶液11の温度が、あるプローブPのアニーリング温度Taまで達すると、反応容器12内の溶液11の温度をTaで一定時間保持する(期間s5)。このときにも、“高周波電界”と“無電界”とが交互に繰り返されて印加される図8に示すような電圧を、電極13間に印加する。このようにアニーリング温度Taで温度を一定時間保持することによって、そのプローブPとターゲットTとの塩基配列が相補的な関係にあれば、両者の間の結合のみが確実に行われることとなる。 Subsequently, when the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 reaches the annealing temperature Ta 1 of a certain probe P, the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 is held at Ta 1 for a certain time (period s5). Also at this time, a voltage as shown in FIG. 8 in which “high frequency electric field” and “no electric field” are applied alternately is applied between the electrodes 13. By holding the temperature at the annealing temperature Ta for a certain time as described above, if the base sequences of the probe P and the target T are in a complementary relationship, only the binding between the two is surely performed.

なお、アニーリング温度とは、次のような温度である。つまり、DNAを水溶液中でTm以上に上昇させるとss-DNAに分かれるが、その水溶液をゆっくりと温度を下げてTmよりも少し低めに長く保つと、ss-DNAは再結合して生物活性を持つds-DNAを形成する。これをDNAのアニーリングと言い、このとき設定したTmよりも少し低い温度がアニーリング温度である。アニーリング温度は、特に、特定の一点の温度に限定された温度ではない。   The annealing temperature is the following temperature. In other words, when DNA is raised above Tm in an aqueous solution, it is separated into ss-DNA, but when the aqueous solution is slowly lowered in temperature and kept slightly lower than Tm, ss-DNA recombines and becomes biologically active. Forms ds-DNA with it. This is called DNA annealing, and the temperature slightly lower than the Tm set at this time is the annealing temperature. The annealing temperature is not particularly limited to a specific single point temperature.

続いて、反応容器12内の溶液11の温度を徐々に下降させ(期間s6)、各プローブのアニーリング温度まで達すると、それぞれ同様に反応容器12内の溶液11の温度を一定時間保持する(期間s7)。   Subsequently, the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 is gradually decreased (period s6), and when the annealing temperature of each probe is reached, the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 is similarly held for a certain period of time (period). s7).

続いて、反応容器12内の溶液11の温度を徐々に下降させて、室温もしくはTm以下の
TmでもTaでもなく生化学反応に寄与しない温度Tiまで達すると(期間s8)、電源14を制御して、 “高周波電界”と“無電界”と“マイナス側パルス電界”とが連続的に繰り返されて印加される図9に示すような電圧を電極13間に印加する。マイナス側パルス電界が印加されると、図10に示すように、浮遊しているターゲットTはプローブPに向かう方向とは反対方向(図10中に示すX2方向)に電気泳動する。そのため、高周波電界と無電界とマイナス側パルス電界とを連続的に繰り返し印加していくと、ハイブリダイゼーションをせずに溶液11中に残ってしまったターゲットを伸張しながら、プローブから引き離すことができる。
Subsequently, the temperature of the solution 11 in the reaction vessel 12 is gradually lowered to room temperature or Tm or less.
When it reaches a temperature Ti that is neither Tm nor Ta and contributes to the biochemical reaction (period s8), the power supply 14 is controlled to repeat “high frequency electric field”, “no electric field”, and “negative pulse electric field” continuously. A voltage as shown in FIG. 9 is applied between the electrodes 13. When a minus side pulse electric field is applied, the floating target T is electrophoresed in a direction opposite to the direction toward the probe P (X2 direction shown in FIG. 10) as shown in FIG. Therefore, when a high-frequency electric field, a non-electric field, and a negative pulse electric field are continuously applied repeatedly, the target remaining in the solution 11 can be pulled away from the probe without being hybridized. .

そして、以上の図9に示すような電界を一定時間印加してハイブリダイゼーションが生じてないターゲットTをプローブPから充分引き離した後は(期間s9)、 “無電界”と“マイナス側パルス電界”とが交互に繰り返される図11に示すような電圧を電極13間に印加する。このことにより、ターゲットは伸張はしないが高速にプローブから引き離されることとなり、以後、不必要なハイブリダイゼーションが生じなくなる。   Then, after applying the electric field as shown in FIG. 9 for a certain time and sufficiently separating the target T where no hybridization has occurred from the probe P (period s9), “no electric field” and “minus side pulse electric field” A voltage as shown in FIG. As a result, the target does not extend but is separated from the probe at a high speed, and thereafter unnecessary hybridization does not occur.

以上のように本発明が適用されたハイブリダイゼーション装置10では、複数のプローブのうちの最も高いディネーチャ温度(融解温度)Tmより溶液の温度を高くするとともに交流電界を印加し、その後徐々に溶液の温度を下げる。このことにより、全ての標的となるヌクレオチド鎖(ターゲット)と全ての検出用のヌクレオチド鎖(プローブ)の結合が解けて且つ交流電界の電気力線の方向に伸張し、伸張した状態でアニーリング温度以下となる。   As described above, in the hybridization apparatus 10 to which the present invention is applied, the temperature of the solution is made higher than the highest detent temperature (melting temperature) Tm among the plurality of probes, an alternating electric field is applied, and then the solution is gradually added. Reduce the temperature. As a result, the bonds between all target nucleotide chains (targets) and all detection nucleotide chains (probes) are released and stretched in the direction of the electric field lines of the AC electric field. It becomes.

従って、ハイブリダイゼーション装置10では、高速且つ確実にハイブリダイゼーションを起させることができる。   Therefore, the hybridization apparatus 10 can cause hybridization at high speed and reliably.

本発明が適用されたハイブリダイゼーション装置の構成図を示す。The block diagram of the hybridization apparatus to which this invention was applied is shown. 電極により印加される電界の電気力線を示す図である。It is a figure which shows the electric lines of force of the electric field applied by an electrode. ハイブリダイゼーションを行っている際の各経過時刻での反応容器内の溶液の温度を示す図である。It is a figure which shows the temperature of the solution in the reaction container in each elapsed time at the time of performing hybridization. ハイブリダイゼーションを行う前の反応容器内の状態を示す図である。It is a figure which shows the state in the reaction container before performing hybridization. 高周波電界を与えるための印加電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the applied voltage for giving a high frequency electric field. プローブ及びターゲットが伸張したときの反応容器内の状態を示す図である。It is a figure which shows the state in the reaction container when a probe and a target expand | extend. ターゲットがプローブに接近したときの反応容器内の状態を示す図である。It is a figure which shows the state in the reaction container when a target approaches a probe. 高周波電界及び無電界を交互に与えるときの印加電圧の波形図である。It is a wave form diagram of an applied voltage when applying a high frequency electric field and a no electric field alternately. 高周波電界、無電界、マイナスパルス電界を与えるときの印加電圧の波形図である。It is a wave form diagram of the applied voltage when giving a high frequency electric field, a no electric field, and a minus pulse electric field. 残存したターゲットがプローブから離間するときの反応容器内の状態を示す図である。It is a figure which shows the state in the reaction container when the remaining target leaves | separates from a probe. 無電界及びマイナスパルス電界を与えるときの印加電圧の波形図である。It is a wave form diagram of an applied voltage when giving a no electric field and a minus pulse electric field.

符号の説明Explanation of symbols

10 ハイブリダイゼーション装置、11 溶液、12 反応容器、13 電極、14 電源、15 温度センサ、16 ヒータ/クーラ、17 コントローラ   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hybridization apparatus, 11 Solution, 12 Reaction container, 13 Electrode, 14 Power supply, 15 Temperature sensor, 16 Heater / cooler, 17 Controller

Claims (2)

標的となるヌクレオチド鎖が浮遊した溶液を貯留する空間部を有し、検出用のヌクレオチド鎖である複数のプローブの一端が上記空間部内を形成する面に各々固定されている反応容器と、
上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記反応容器の外表面上でかつ上記プローブの一端が固定された面と同一側の面に形成された陽極と、
上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記プローブの一端が固定された面に対向する上記反応容器の外表面上に形成され、上記陽極よりも大きな表面積を有する陰極と、
上記陽極と陰極との間に交流電圧を印加する交流電源と、
上記反応容器の外表面上でかつ上記陽極及び陰極が設けられている面以外の面に設けられ、上記反応容器内に貯留された溶液の温度を調整する温度調整手段と、
検出用のヌクレオチド鎖である各プローブの中で一番高いディネーチャ温度を有するプローブのディネーチャ温度よりも高い温度に達するまで、上記反応容器内の溶液を加熱し、当該到達した温度のまま溶液の温度を維持した状態で、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加することによって、上記陽極と上記陰極との間に1×10V/m、1MHz程度の電界を発生させ、発生させた電界を所定の時間だけ維持することによって上記溶液に電界を印加して、自己ハイブリダイゼーションを起こしているプローブ及びターゲットの結合を分離する自己ハイブリダイゼーション分離処理と、上記自己ハイブリダイゼーションの分離後、上記反応容器内の溶液を冷却しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返すことによって、プローブと標的となるヌクレオチド鎖であるターゲットとの伸張及びハイブリダイゼーションを促進させる第1の反応促進処理と、上記第1の反応促進処理の終了後、上記反応容器内の溶液の温度が、任意のプローブのアニーリング温度まで達した場合には、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返しながらアニーリング温度の状態を所定の時間だけ継続させることによって任意のプローブとターゲットとのハイブリダイゼーションを促進させる処理を上記反応容器内部に含まれる全てのプローブに関して実行する第2の反応促進処理と、上記第2の反応促進処理の実行後、上記反応容器内に貯留された溶液の温度を全てのプローブのアニーリング温度よりも低い生化学反応に寄与しない温度又は室温まで冷却した後で、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させる第1のターゲット分離処理と、上記第1のターゲット分離処理の実行後、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させて未反応のターゲットを完全に除去する第2のターゲット分離処理とを実行するように上記交流電源と上記温度調整手段とを制御するコントローラと
を備えるハイブリダイゼーション装置。
A reaction vessel having a space for storing a solution in which a target nucleotide chain is suspended, and one end of a plurality of probes, which are detection nucleotide chains, fixed to a surface forming the inside of the space,
An anode formed on the outer surface of the reaction vessel and on the same side as the surface to which one end of the probe is fixed, comprising a plate-like member provided in contact with the reaction vessel;
A plate-like member provided so as to be in contact with the reaction vessel, formed on the outer surface of the reaction vessel facing the surface to which one end of the probe is fixed, and a cathode having a larger surface area than the anode;
An AC power source for applying an AC voltage between the anode and the cathode;
A temperature adjusting means for adjusting the temperature of the solution stored on the outer surface of the reaction vessel and other than the surface on which the anode and the cathode are provided, and stored in the reaction vessel;
The solution in the reaction vessel is heated until reaching a temperature higher than that of the probe having the highest deactivation temperature among the probes that are nucleotide chains for detection, and the temperature of the solution is maintained at the reached temperature. In this state, an electric field of about 1 × 10 6 V / m and 1 MHz was generated between the anode and the cathode by applying a voltage between the anode and the cathode. A self-hybridization separation process in which an electric field is applied to the solution by maintaining the electric field for a predetermined time to separate the binding between the probe and the target causing self-hybridization, and after the separation of the self-hybridization, While cooling the solution in the reaction vessel, a voltage is applied between the anode and the cathode, and the anode and the upper A first reaction promoting treatment for promoting extension and hybridization between a probe and a target, which is a nucleotide chain serving as a target, by alternately repeating a state in which no voltage is applied between the cathode and the cathode; When the temperature of the solution in the reaction vessel has reached the annealing temperature of an arbitrary probe after completion of the reaction promotion treatment, a state in which a voltage is applied between the anode and the cathode, and the anode and the above A process for promoting hybridization between an arbitrary probe and a target by continuing the annealing temperature state for a predetermined time while alternately repeating a state in which no voltage is applied between the cathode and the cathode is included in the reaction vessel. After the execution of the second reaction promotion process executed for all the probes and the second reaction promotion process, the reaction volume A state in which a voltage is applied between the anode and the cathode after the temperature of the solution stored therein is cooled to a temperature that does not contribute to a biochemical reaction lower than the annealing temperature of all probes or a room temperature; and By alternately repeating a state in which no voltage is applied between the anode and the cathode and a state in which a voltage generating a negative pulse electric field is applied between the anode and the cathode, an unreacted target is removed from the probe. A first target separation process in which the probe is moved to a surface opposite to the surface on which one end of the probe in the reaction vessel is fixed; and after the first target separation process, the anode and the cathode By alternately repeating a state in which no voltage is applied between and a state in which a voltage generating a negative pulse electric field is applied between the anode and the cathode, unreacted The target is pulled away from the probe and moved to a surface opposite to the surface on which one end of the probe in the reaction vessel is fixed to perform a second target separation process for completely removing the unreacted target. And a controller for controlling the AC power source and the temperature adjusting means.
検出用のヌクレオチド鎖である各プローブの中で一番高いディネーチャ温度を有するプローブのディネーチャ温度よりも高い温度に達するまで、標的となるヌクレオチド鎖が浮遊した溶液を貯留する空間部を有し、検出用のヌクレオチド鎖である各プローブの一端が上記空間部内を形成する面に固定されている反応容器内の溶液を加熱し、当該到達した温度のまま溶液の温度を維持した状態で、上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記反応容器の外表面上でかつ上記プローブの一端が固定された面と同一側の面に形成された陽極と上記反応容器に接するように設けられた板状部材からなり、上記プローブの一端が固定された面に対向する上記反応容器の外表面上に形成され、上記陽極よりも大きな表面積を有する陰極との間に電圧を印加することによって、上記陽極と上記陰極との間に1×10V/m、1MHz程度の電界を発生させ、発生させた電界を所定の時間だけ維持することによって上記溶液に電界を印加して、自己ハイブリダイゼーションを起こしているプローブ及びターゲットの結合を分離する自己ハイブリダイゼーション分離工程と、
上記自己ハイブリダイゼーションの分離後、上記反応容器内の溶液を冷却しながら、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返すことによって、プローブと標的となるヌクレオチド鎖であるターゲットとの伸張及びハイブリダイゼーションを促進させる第1の反応促進工程と、
上記第1の反応促進工程の終了後、上記反応容器内の溶液の温度が、任意のプローブのアニーリング温度まで達した場合には、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態とを交互に繰り返しながらアニーリング温度の状態を所定の時間だけ継続させることによって任意のプローブとターゲットとのハイブリダイゼーションを促進させる処理を上記反応容器内部に含まれる全てのプローブに関して実行する第2の反応促進工程と、
上記第2の反応促進工程の実行後、上記反応容器内に貯留された溶液の温度を全てのプローブのアニーリング温度よりも低い生化学反応に寄与しない温度又は室温まで冷却した後で、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加する状態と、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させる第1のターゲット分離工程と、
上記第1のターゲット分離工程の実行後、上記陽極と上記陰極との間に電圧を印加しない状態と、上記陽極と上記陰極との間にマイナス側パルス電界を生じる電圧を印加する状態とを交互に繰り返すことによって、未反応のターゲットをプローブから引き離して、上記反応容器内のプローブの一端が固定された面とは反対側の面に移動させて未反応のターゲットを完全に除去する第2のターゲット分離工程と
を含むハイブリダイゼーション方法。
It has a space to store the solution in which the target nucleotide chain floats until it reaches a temperature higher than that of the probe having the highest deactivation temperature among the probes that are the nucleotide chains for detection. The reaction vessel is heated in a state where one end of each probe, which is a nucleotide chain for use, is fixed to the surface forming the space, and the temperature of the solution is maintained at the reached temperature. An anode formed on the outer surface of the reaction vessel and on the same side as the surface to which one end of the probe is fixed, and is provided in contact with the reaction vessel. A cathode having a surface area larger than that of the anode, the plate being formed on the outer surface of the reaction vessel facing the surface to which one end of the probe is fixed. The solution by the application of a voltage, the 1 × 10 6 V / m between the anode and the cathode to generate an electric field of about 1 MHz, to maintain the electric field generated by a predetermined time during the A self-hybridization separation step of separating the binding of the probe and the target causing self-hybridization by applying an electric field to
After separation of the self-hybridization, while cooling the solution in the reaction vessel, a state in which a voltage is applied between the anode and the cathode, and a state in which no voltage is applied between the anode and the cathode A first reaction promoting step for promoting extension and hybridization between the probe and the target, which is a target nucleotide chain, by alternately repeating
When the temperature of the solution in the reaction vessel reaches the annealing temperature of an arbitrary probe after the first reaction promotion step is finished, a state in which a voltage is applied between the anode and the cathode; A process for promoting hybridization between an arbitrary probe and a target by continuing an annealing temperature state for a predetermined time while alternately repeating a state in which no voltage is applied between the anode and the cathode. A second reaction accelerating step to be performed on all the probes contained therein;
After the execution of the second reaction promoting step, the temperature of the solution stored in the reaction vessel is cooled to a temperature that does not contribute to a biochemical reaction lower than the annealing temperature of all probes or room temperature, and then the anode and A state in which a voltage is applied between the cathode, a state in which no voltage is applied between the anode and the cathode, and a state in which a voltage generating a negative pulse electric field is applied between the anode and the cathode; The first target separation step in which the unreacted target is separated from the probe by alternately repeating the above and moved to the surface opposite to the surface on which one end of the probe in the reaction vessel is fixed;
After execution of the first target separation step, a state where no voltage is applied between the anode and the cathode and a state where a voltage generating a negative pulse electric field is applied between the anode and the cathode alternately By repeating the above, the unreacted target is separated from the probe and moved to the surface opposite to the surface on which one end of the probe in the reaction container is fixed, thereby completely removing the unreacted target. A hybridization method comprising a target separation step.
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