生物测定方法、生物测定设备和生物测定衬底技术

本发明专利技术公开了一种生物测定方法，在此方法中，通过控制其中发生相互作用的反应区中的电场形成来提高如像杂交之类反应物之间相互作用的效率。本发明专利技术还公开了一种能有效地实施该方法的生物测定装置。在此方法中，利用检测元件１（１０）来检测物质间的相互作用，该检测元件至少包括：经过表面处理的、用以固定检测物质Ｄ的检测表面Ｓ（Ｓ’）；反应区Ｒ（Ｒ’），它为固定在检测表面Ｓ（Ｓ’）上的检测物质Ｄ和目标物质Ｔ之间的相互作用提供场所；以及电场形成装置Ｅ，它通过在反应区Ｒ（Ｒ’）上施加电位差而在反应区Ｒ（Ｒ’）中形成电场；该方法还至少包括这样的一个步骤，即在预定的时间利用电场形成装置Ｅ来开／关电场形成。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在生物信息学(生命信息科学)中特别有用的生物测定方法、生物测定设备和生物测定衬底。
技术介绍
下面将说明本专利技术涉及的主要的常规技术。当前，生物测定用的集成衬底，即所谓的DNA芯片或DNA微阵列(下文中统称为“DNA芯片”)，其中选出的DNA是用微阵列技术细微排列的(microarrayed)，已用于基因突变分析、SNP(单个核苷酸的多态性)分析和基因表达频率分析等方面，并且也开始广泛地用于开发新药和临床诊断、药物遗传学、法医学和其它领域。DNA芯片的特点在于，可能将它广泛地用于分析如像杂交之类的分子间的相互作用，这是因为能够在玻璃衬底和硅衬底上集成大量的各类DNA低聚物链、cDNA(互补DNA)等。下面将简要地说明使用DNA芯片的分析方法的一个例子。这就是进行PCR放大，其中，通过反转录-PCR或类似的操作将从细胞或组织中提取的mRNA掺入到在玻璃或硅衬底上固态化的DNA试样中，并在衬底上进行杂交。然后用适当的检测器进行荧光测量。可将DNA芯片分成两大类。在第一类芯片中，用半导体曝光技术在指定的衬底上进行光刻来直接合成寡核苷酸。一个典型的例子就是美国Affymetrix公司制造的产品(例如，参见美国专利No.5,445,934)。在此类芯片中，尽管集成度很高，在衬底上加入到的合成还是有限的，并且长度限制在大约几十个碱基之内。在也称之为“斯坦福方法”的第二类芯片中，芯片通过以下方式制造使用开口的锥形针，将制备的DNA在衬底上分散并固态化。(例如，参见美国专利No.5,807,522)。在此类芯片中，尽管集成度比前一类的要低，但是可能使大约1kb的DNA片断固态化。近来，生物传感器技术一直在取得进展，其中将选出的检测物质在精细的检测表面位置上固态化，而该检测表面位置位于称之为生物传感器芯片，如像蛋白质芯片之类的薄片上，并使含有目标物质的微量溶液流向检测物质，然后，根据表面胞质团共振原理、石英晶体振荡器原理或类似的原理，来观察和分析在两个物质之间的相互作用。这个技术对分析物质间的相互作用(如像抗体-抗原反应和激素反应)是很有用的。然而，在常规的DNA芯片技术和生物传感器技术中，物质之间的相互作用，如像杂交反应和抗体-抗原反应，是通过使检测核苷酸链(如DNA试样和蛋白质等)在衬底上的一个小的二维检测区域中固态化(固定化)来进行的。因此，在不一定是有利于反应的条件下，主要是依靠反应物的布朗运动来进行相互作用的，在这样的反应条件下，反应物的自由度在空间上受到了限制，并且在反应时也有出现空间位阻的可能性。因此，常规的DNA芯片技术和生物传感器技术存在一些技术间题，这就是相互作用效率低和反应时间长。进而，在已知的DNA等芯片中，样品溶液只点滴在衬底的预定点位置(检测区)上，而且不用器件来使含在样品溶液中的目标物质和固定在预定点位置上的检测物质相对对准。相应地，本专利技术的主要目标是提供一种生物测定方法、一种生物测定设备和一种能在此生物测定方法和生物测定设备中有效使用的生物测定衬底，其中，通过控制进行物质间相互作用(如杂交)的反应区中的电场形成，使检测物质和目标物质彼此相对对准并调整这些物质的结构，从而提高该相互作用的效率。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，在本专利技术的一个方面中，提出了下面的“生物测定方法”。此外，在本专利技术中，“生物测定”一词，广泛地表示基于物质间相互作用(例如杂交)的生物化学分析，。在本专利技术的“生物测定”方法中，通过检测元件来检测物质间的相互作用。检测元件至少包括表面经过处理、用以固定检测物质的检测表面；反应区，它为固定在检测表面上的检测物质和目标物质之间的相互作用提供了场所；以及电场形成装置，它通过在反应区中施加电位差而在反应区中形成电场，这个方法至少还包括一个在预定的时间、用电场形成装置来开/关电场形成的步骤。在反应区中形成的电场主要执行如下功能(1)拉伸检测物质和目标物质，如核苷酸链；(2)沿着电力线来回移动与检测物质分开的目标物质；以及(3)调整由检测物质和目标物质相互作用而得到的反应产物(检测物质和目标物质的结合)的较高级的结构到这样一种结构其中可能更加准确地读出从荧光标记的目标物质或从专门连接在该反应产物上的荧光嵌入剂上发出的荧光。这就是说，通过在适当的预定时间形成所希望的电场(通过加电压)或取消电场(取消电压)来依次实现功能(1)到(3)。更具体地说，通过施加一个高频、高压来实施功能(1)以制备一些结构，这些结构允许检测物质和目标物质彼此间易于发生反应。这种结构如像其中核苷酸链的碱基序列没有折叠的线性结构(拉伸结构)。然后，通过施加矩形波电压(脉冲直流电压)，更具体地说，通过交替地施加矩形波电压(即+/-电压)来实施功能(2)，以使在反应区中被释放出的目标物质能更接近固定在检测表面上检测物质。从而，因为能提高反应的效率(反应的机率)，所以可以缩短反应的时间。在检测阶段中，也是通过在反应区上加以高频、高压来实施功能(3)，以便能够用一种如像光学装置之类的检测装置来准确地检测从反应区中的反应产物上发出的荧光和类似的光。为了使检测物质和目标物质之间能够可靠地进行如杂交之类的相互作用，最好是制备反应区，以便主要根据物质的布朗运动而发生相互作用。因此，在本专利技术中，在形成电场的一系列步骤中，明确地规定了一个在反应区中不形成电场的阶段。这就是说，在矩形波电压开的阶段之后，通过规定有一个关矩形波电压的阶段，来加速物质间的相互作用。在此，在本专利技术的“生物测定方法”中，并未具体限定检测物质和目标物质的类型。“目标物质”的例子包括用荧光或其它的标志作了标记的物质以及没有作标记的物质。“检测物质”也非是狭隘定义的，检测物质的例子广义地包括直接或间接通过接头(linker)固定在检测表面上的低分子物质、高分子物质和生物物质，这些物质专门与用荧光或其它标志作了标记的目标物质相互作用。“检测表面”表示有利地进行过表面处理的表面位置，以便能固定核苷酸链或类似反应物的终端。例如，在用链亲和素来进行表面处理时，得到了一个适合于固定生物素酰核苷酸链的检测表面。本专利技术的方法适用于高分子物质之间、高分子物质和低分子物质之间、以及低分子物质之间的所有相互作用，高分子物质之间的相互作用诸如蛋白质-蛋白质、核苷酸链-核苷酸链(包括DNA-DNA和DNA-RNA)、蛋白质-核苷酸链(包括双链的核苷酸链)，和其它的相互作用。例如，当检测物质和目标物质是核苷酸链并且相互作用是杂交反应的时候，即使是在很小的反应区域(点区)中，也一定能提高杂交的效率。因此，可能提供一种新颖的DNA芯片或者是一种微阵列技术，它具有短的反应时间以及读数的高准确度。在物质之间的相互作用是杂交时，生物测定方法最好包括如下步骤(a)生成电场，以便拉伸终端固定在检测表面上的检测核苷酸链，(b)在步骤(a)之后，将目标核苷酸链掺入到反应区中，(c)在步骤(b)之后，在反应区中施加电位差，以便在反应区中相对移动检测核苷酸链和目标核苷酸链，(d)在步骤(c)后，在取消电压的状态下进行杂交。下面将专门说明步骤(a)到步骤(d)。在本专利技术中，“核苷酸链”一词表示的是核苷的磷酸的聚合物，其中，嘌呤或嘧啶基配糖链接到一个糖上。核苷酸链的例子广义地包括含有DNA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物测定方法，此方法包括利用检测元件来检测物质间的相互作用，该检测元件至少包括：　经过表面处理的、用以固定检测物质的检测表面；反应区，该区为固定在检测表面上的检测物质和目标物质之间的相互作用提供场所；以及电场形成 装置，该装置通过在反应区中施加电位差而在反应区中形成电场；其中，该方法至少包括在预定的时间利用电场形成装置来开／关电场形成的步骤。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：真锋隆义，山本拓郎，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]