專利名稱：具備同一電位的電極的相互作用檢測(cè)部和使用該檢測(cè)部的傳感器芯片、以及相互作用檢 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)物質(zhì)間的相互作用的^支術(shù)。更詳細(xì)地 說(shuō)，涉及一種利用電動(dòng)力學(xué)的作用來(lái)檢測(cè)物質(zhì)間的相互作用的 技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，利用微列陣技術(shù)將規(guī)定的DN A精密排列的所謂的 DNA芯片或DNA微列陣(以下，在本申請(qǐng)中統(tǒng)稱為"DNA芯片，，) 的生物鑒定用的集成基板被利用到基因的變異分析、SNPs(單 核苷酸多態(tài)性)分析、基因表達(dá)頻率分析等中，開(kāi)始廣泛地靈活 運(yùn)用于新藥開(kāi)發(fā)、臨床診斷、藥理基因體學(xué)、進(jìn)化研究、法醫(yī) 學(xué)以及其他領(lǐng)域中。
該"DNA芯片"在玻璃基板、硅基板上集成了多種/很多的 DNA寡聚鏈、cDNA(complementary DNA:互補(bǔ)DNA)等核苷酸 鏈，因此特征在于能夠徹底地解析雜交。此外，開(kāi)發(fā)出各種檢 測(cè)核酸分子以外的生物體分子間的相互作用的傳感器芯片(例
如蛋白質(zhì)芯片)和檢測(cè)裝置。
在此，近年來(lái)開(kāi)始提出如下的技術(shù)在規(guī)定的反應(yīng)區(qū)域中， 在使物質(zhì)間進(jìn)行相互作用從而檢測(cè)該作用的鑒定系統(tǒng)中，利用 電泳、介電泳等電動(dòng)力學(xué)的效果。下面例示該^支術(shù)。
首先，在日本特開(kāi)2001-330608號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了如下的 技術(shù)使用固定在鑄型基板上的核酸探針鑄型鏈，沿著該鑄型 鏈合成核酸探針鏈，利用電場(chǎng)將該合成的探針固定在其它陣列 基板上，由此簡(jiǎn)單且低成本地制造核酸鏈固定化陣列。
在日本特開(kāi)2001-242135號(hào)公才艮中，公開(kāi)了如下的技術(shù) 由互相可安裝和拆卸的主體部和機(jī)架構(gòu)成，纟艮多針狀電極在主 體部的內(nèi)側(cè)突出成矩陣狀，在該針狀電極上固定由不同的基因 序列構(gòu)成的寡聚核苷酸，將共用電極配設(shè)在機(jī)架的凹處使其不 與該針狀電極4妄觸，在共用電極與針狀電極間施加電壓，并才全 測(cè)電流，從而檢測(cè)通過(guò)前述寡聚核苷酸雜交所得到的雙鏈 DNA。
在曰本特開(kāi)2004-135512號(hào)7》報(bào)中公開(kāi)了如下結(jié)構(gòu)的雜交 檢測(cè)部反應(yīng)區(qū)域構(gòu)成為邊利用電場(chǎng)使前述4全測(cè)用核苷酸鏈伸 長(zhǎng)、邊通過(guò)介電泳的作用固定在掃描電極的端部，其中，所述 反應(yīng)區(qū)域?yàn)闄z測(cè)用核苷酸鏈和具有與該檢測(cè)用核苷酸鏈有互補(bǔ) 性的堿基序列的目標(biāo)核苷酸鏈之間的雜交場(chǎng)所。
在前述的現(xiàn)有技術(shù)中，都利用相對(duì)配置在反應(yīng)區(qū)域上的電 極或電極群。因而存在如下技術(shù)上的問(wèn)題電場(chǎng)(電力線)形成 在相對(duì)電極間，因此難以在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域中達(dá)到期望的電動(dòng)力 學(xué)的效果。
另外，DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片等傳感器芯片中的反應(yīng)區(qū)域 通常是狹小的，因此當(dāng)設(shè)置具有相對(duì)配置關(guān)系的電極或電極群 時(shí)，存在如下的技術(shù)性問(wèn)題(l)反應(yīng)區(qū)域的構(gòu)造變得更復(fù)雜、 (2)為了形成相對(duì)電極而產(chǎn)生反應(yīng)區(qū)域的形態(tài)限制、(3)芯片制造 的工程數(shù)增加、(4)向電極的供電線的引線也復(fù)雜化等。
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域中 得到電動(dòng)力學(xué)的效果、并且具備構(gòu)造更簡(jiǎn)單的反應(yīng)區(qū)域的相互 作用檢測(cè)部等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明首先提供相互作用檢測(cè)部，其至少具備提供物質(zhì)
間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)域、和面向該反應(yīng)區(qū)域而設(shè)置的
具有同 一電位的電極或電才及群；以及至少具備一個(gè)該相互作用 檢測(cè)部的結(jié)構(gòu)的傳感器芯片。關(guān)于對(duì)前述電極或電極群施加的 電場(chǎng)，例如通過(guò)使用交流電場(chǎng)，得到介電泳等期望的電動(dòng)力學(xué)效果。
另外，通過(guò)采用電極或電極群的表面具備凹凸形狀的結(jié) 構(gòu)，能夠在凹凸形狀特別是在不平坦部位附近形成不均勻電場(chǎng)。 在形成該不均勻電場(chǎng)的區(qū)域中，能夠有效地得到介電泳的作用。 除此之外，通過(guò)用絕緣層覆蓋電極或電極群的表面，可防止由 有時(shí)儲(chǔ)存在反應(yīng)區(qū)域中的離子溶液所引起的電化學(xué)反應(yīng)。
在反應(yīng)區(qū)域中進(jìn)行的前述相互作用并不一皮狹義地限定，當(dāng) 舉出 一個(gè)例子時(shí)，可舉出認(rèn)為介電泳的作用對(duì)相互作用的效率、 精確度帶來(lái)更好的效果的核酸鏈間的雜交。
接著，在本發(fā)明中提供相互作用檢測(cè)裝置，其至少具備 提供物質(zhì)間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)域、面向該反應(yīng)區(qū)域而 設(shè)置的具有同 一電位的電極或電極群、以及對(duì)該電極或電極群 施力口電場(chǎng)用的電場(chǎng)施力口單元。
構(gòu)成本裝置的前述電場(chǎng)施加單元可釆用例如在電極或電 極群與接地部之間施加交流電場(chǎng)的單元。另外，在該單元中還 可以通過(guò)阻抗匹配電i 各施加高頻電場(chǎng)。
在本裝置中，通過(guò)施加電場(chǎng)，對(duì)前述反應(yīng)區(qū)域中存在的物 質(zhì)施加介電泳等電動(dòng)力學(xué)作用。
在此，說(shuō)明與本發(fā)明有關(guān)的主要的技術(shù)用語(yǔ)。
"相互作用"廣義意味著物質(zhì)間包含非共價(jià)鍵、共價(jià)鍵、氫 鍵的化學(xué)性結(jié)合或離解，例如廣義包含核酸分子間的雜交、蛋 白質(zhì)間的相互作用、抗原抗體反應(yīng)等物質(zhì)間的化學(xué)性結(jié)合或離 解。此外，"雜交"意味著具有互補(bǔ)的堿基序列結(jié)構(gòu)的物質(zhì)間的
互補(bǔ)鏈(雙鏈)形成反應(yīng)。
"核酸鏈，，意味著噪呤或嘧啶堿基和糖進(jìn)行糖苷鍵合而得至lj
的核苷的磷酸酯的聚合物(核苷酸鏈)，廣義包括含有DNA探針 的寡聚核普酸、多聚核苷酸、噤呤核苷酸和嘧啶核苷酸聚合而 成的DNA(全長(zhǎng)或其片段)、通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄得到的cDNA(cDNA探 針)、RNA、聚酰胺核苷酸書(shū)f生物(PNA)等。
"反應(yīng)區(qū)域"是可提供雜交等相互作用的場(chǎng)所的區(qū)域，舉出 一個(gè)例子就是可儲(chǔ)存液相、凝膠等的具有井形狀的反應(yīng)場(chǎng)。
"介電泳"是在電場(chǎng)不均勻的場(chǎng)中，分子向電場(chǎng)強(qiáng)的一方驅(qū) 動(dòng)的現(xiàn)象。在施加交流電壓的情況下，隨著施加的電壓的4l性 的反轉(zhuǎn)，極化作用的極性也反轉(zhuǎn)，因此可以獲得與直流情況相 同的驅(qū)動(dòng)效果(參照監(jiān)修 林輝、"7,夕口 7 、>y ^材料技術(shù) (、>一工厶、>一発行)"、P37 P46 .第5章.細(xì)胞:fe上t^DNAO 7 二匕° - P — 乂 3 乂)。特別是在高頻交流電場(chǎng)中，力與時(shí)間平 均電場(chǎng)的平方梯度成比例地作用在偶才及子上，并發(fā)生泳動(dòng)。
已知，例如核酸分子在液相中受到電場(chǎng)作用時(shí)進(jìn)行伸長(zhǎng)或 移動(dòng)。認(rèn)為該原理是通過(guò)形成骨架的磷酸離子(負(fù)電荷)以及存 在于其周圍的水產(chǎn)生電離作用得到的氫原子(正電荷)而形成了 離子云(Y才y曇)，由于施加高頻高電壓，由這些負(fù)電荷和正 電荷產(chǎn)生的極化矢量(偶極子)整體朝向一個(gè)方向，其結(jié)果伸長(zhǎng)， 此外，在施加不均勻電場(chǎng)的情況下，向電力線集中的部位進(jìn)行 移動(dòng)(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.l， P75-83( 1998))。
物質(zhì)間的相互作用并檢測(cè)該相互作用的基板，與前述物質(zhì)的種 類無(wú)關(guān)地廣義地包含，不限于前述相互作用的檢測(cè)原理。在該
傳感器芯片中至少包含將DNA探針等核酸鏈固定并精密排列 的狀態(tài)下的DNA芯片(DNA微列陣)、適合4全測(cè)蛋白質(zhì)間的相互 作用、抗原抗體反應(yīng)等的蛋白質(zhì)芯片等。
在本發(fā)明中是在反應(yīng)區(qū)域中設(shè)置具有同 一電位的電極或 電極群的結(jié)構(gòu)，而不是設(shè)置了相對(duì)配置的電招"即相對(duì)電極)的 結(jié)構(gòu)，因此能夠使施加電場(chǎng)(電力線)向電極的周圍全方位發(fā)散。
夠在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域中形成電氣性梯度或不均勻電場(chǎng)。由此，能 夠通過(guò)電動(dòng)力學(xué)的泳動(dòng)作用將分散在反應(yīng)區(qū)域中的物質(zhì)高效 地、且更多地聚集到電極側(cè)。
由于不需要在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成相對(duì)電才及，因此反應(yīng)區(qū)域的 形態(tài)限制也少，可使;險(xiǎn)測(cè)部的構(gòu)造簡(jiǎn)單。例如，在電場(chǎng)施加單 元中，關(guān)于供電用的配線自身，由于只要預(yù)先將接地部連接在
因此也可以使作為檢測(cè)裝置的構(gòu)造簡(jiǎn)單。


圖1是作為本發(fā)明所涉及的相互作用檢測(cè)部(以下簡(jiǎn)稱為 "檢測(cè)部"。)而說(shuō)明最佳的第 一 實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)的要部立體
圖2是該檢測(cè)部的橫向截面圖。 圖3是圖2中的A-A線截面圖。
圖4簡(jiǎn)略地示出了阻抗匹配電路(8)的電路結(jié)構(gòu)的 一 個(gè)例子。
圖5是表示電場(chǎng)施加單元的最佳實(shí)施方式的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)
的框圖。
圖6是用電力線示意性地示出向反應(yīng)區(qū)域(2)施加電場(chǎng)的情
形的截面圖(與圖2相同的截面圖)。
圖7是表示本發(fā)明所涉及的檢測(cè)部的第二實(shí)施方式的圖。
圖8是表示在電極E,與才妻地間施加了 士20V、 lMHz的交流電 場(chǎng)的情況下的垂直方向的電場(chǎng)強(qiáng)度分布的圖。
圖9是表示施加了該交流電場(chǎng)的情況下的傾斜方向的電場(chǎng) 強(qiáng)度分布的圖。
圖IO是表示施加了該交流電場(chǎng)的情況下的水平方向的電場(chǎng) 強(qiáng)度分布的圖。
圖11是表示垂直方向的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化率(電場(chǎng)強(qiáng)度的平 方斜率)分布的圖。
圖12是表示傾斜方向的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化率(電場(chǎng)強(qiáng)度的平 方斜率)分布的圖。
圖13是表示水平方向的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化率(電場(chǎng)強(qiáng)度的平 方斜率)分布的圖。
圖14是表示垂直方向、傾斜方向、水平方向各自的距離(單 位iim;)的電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)(右)和電場(chǎng)強(qiáng)度平方的微分的數(shù)值數(shù)據(jù) (左)的附圖代用數(shù)據(jù)表。
圖15是表示與電極周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度分布有關(guān)的垂直(Z)、水 平(Il)、斜向(R)的各方向的概念的圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照

用于實(shí)施本發(fā)明的最佳方式。此外，附 圖所示的各實(shí)施方式表示本發(fā)明所涉及的物體、方法的代表性 的實(shí)施方式的一例，并沒(méi)有由此來(lái)限定性地解釋本發(fā)明的范圍。
圖1是作為本發(fā)明所涉及的相互作用檢測(cè)部(以下簡(jiǎn)稱為
"-險(xiǎn)測(cè)部"。)而說(shuō)明最佳的第 一 實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)的要部立體
圖，圖2是其截面圖，圖3是圖2中的A-A線截面圖。
首先，圖1 圖3示出了本發(fā)明所涉及的檢測(cè)部l的最佳的第 一實(shí)施方式。如圖所示，在該檢測(cè)部l中設(shè)置有可儲(chǔ)存或保持溶 液、凝膠等介質(zhì)的井形狀(凹部形狀)的反應(yīng)區(qū)域2。
該反應(yīng)區(qū)域2作為提供雜交等的物質(zhì)間的相互作用的場(chǎng)所 的區(qū)域或空間而發(fā)揮功能。對(duì)儲(chǔ)存或保持在該反應(yīng)區(qū)域2中的介 質(zhì)，通過(guò)形成為面向該反應(yīng)區(qū)域2的電極Et來(lái)施加例如交流電 場(chǎng)。
在此，前述電才及E,由鋁、金等金屬或ITO(銦錫氧化物)等透 明的導(dǎo)體形成，在本實(shí)施方式的例子中配置在前述反應(yīng)區(qū)域2 的底面21的中央位置上。此外，電極E,的形成場(chǎng)所并不限于前 述底面21，例如也可以在上方側(cè)的基才反5、后述的隔板6的位置 上面向反應(yīng)區(qū)域2地形成。
如圖1 圖3所示，最好利用由選自Si02、 SiC、 SiN、 SiOC、 Si()F、 Ti02等中的材料形成的絕緣層3來(lái)覆蓋該電極E,。這是為 了防止由有時(shí)儲(chǔ)存在反應(yīng)區(qū)域2中的離子溶液引起的電化學(xué)反 應(yīng)。
檢測(cè)表面而發(fā)揮功能。具體地說(shuō)，預(yù)先對(duì)電極E,的表面實(shí)施能 夠?qū)⑻结楧NA等檢測(cè)用物質(zhì)D的末端進(jìn)行固定的表面處理。
關(guān)于檢測(cè)用物質(zhì)D的固定，能夠通過(guò)電極E,的表面與探針 D N A (檢測(cè)用物質(zhì)D的 一 例)的末端的耦合反應(yīng)等反應(yīng)來(lái)進(jìn)行。例
固定生物素化的檢測(cè)用物質(zhì)D的末端?；蛘?，在利用硫醇(SH) 基來(lái)進(jìn)行表面處理的電極表面的情況下，適合以二硫化物鍵 (-S- S-鍵)來(lái)固定末端上修飾有硫醇基的探針DNA等的檢測(cè)用
物質(zhì)D。
此外，在圖1等中所示的符號(hào)D示意性地示出了末端固定于
電極E,的表面上的DNA探針?biāo)淼臋z測(cè)用物質(zhì)，符號(hào)T示意 性地示出了表示與檢測(cè)用物質(zhì)D特異性相互作用的目標(biāo)物質(zhì)。 另外，在圖2、圖3中示出的符號(hào)W表示通過(guò)前述檢測(cè)用物質(zhì)D 與目標(biāo)物質(zhì)T之間的特異性相互作用(例如雜交)而形成的復(fù)合 體(例如雙《連核酸)。
圖l至圖3中所示的符號(hào)4、 5表示基板?；?是例如能夠 在光學(xué)上讀取反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的記錄信息(在本發(fā)明中是相互作用 信息)的光透射性基板，例如由石英玻璃、硅、聚碳酸酯、聚苯 乙烯、聚烯烴、其它合成樹(shù)脂形成。用符號(hào)5來(lái)表示的另一個(gè)基 板作為封閉反應(yīng)區(qū)域2的蓋而發(fā)揮功能，既可以根據(jù)目的由與基 板4相同的基材來(lái)形成，也可以用具有光反射功能的材料來(lái)形 成。
圖l等中示出的符號(hào)6是由Si02、合成樹(shù)脂等絕緣材料形成 的隔板部件。此外，該隔板部件6與基板4、 5既可以分開(kāi)形成， 也可以形成為一體。在將隔板部件6與基板4或5成形為一體的情 況下，能夠利用公知的光盤控制技術(shù)形成發(fā)揮提供雜交等的相 互作用的場(chǎng)所的作用的反應(yīng)區(qū)域2。
接著，能夠通過(guò)開(kāi)關(guān)S的接通/斷開(kāi)操作在前述電極E,與設(shè) 置在反應(yīng)區(qū)域2外的接地部7之間，以交流電源等的電源V施加 電壓(電場(chǎng)施加單元)。
在這種電場(chǎng)施加單元的結(jié)構(gòu)中，沒(méi)有必要在狹窄的反應(yīng)區(qū) 域2內(nèi)作出與電極E^t應(yīng)的相對(duì)電極，因此可^吏前述反應(yīng)區(qū)域2 的構(gòu)造簡(jiǎn)單化。并且，在施加電場(chǎng)的情況下，只要預(yù)先將配線 自身的接地部連接在系統(tǒng)側(cè)、并將向檢測(cè)部的配線僅連接在反 應(yīng)區(qū)域2內(nèi)的電極E,上即可，因此也可以使作為檢測(cè)(雜交以及
信號(hào)檢測(cè))裝置的構(gòu)造簡(jiǎn)單化。
當(dāng)接通開(kāi)關(guān)S時(shí)，電場(chǎng)集中在電極E,附近，從而可形成不 均勻電場(chǎng)。作為用于產(chǎn)生該不均勻電場(chǎng)的最佳的電極構(gòu)造，雖
然沒(méi)有特別進(jìn)行圖示，但是考慮通過(guò)對(duì)電極E,的表面例如實(shí)施 粗面加工而形成為凹凸形狀，或圖案形成為島狀，從而使電場(chǎng) 容易集中在該電才及E,表面的凸部位(山狀部位)。
在這種結(jié)構(gòu)中，特別是能夠使電場(chǎng)集中到凸部的角部或凹 部的彎曲部等，因此在電極E,的附近區(qū)域能夠更可靠地利用介 電泳的作用、效果。此外，對(duì)電極表面進(jìn)4亍粗面加工的方法可 使用例如公知的賊射蒸鍍技術(shù)、外延蒸鍍技術(shù)、蝕刻技術(shù)來(lái)實(shí) 施，并不特別限定。
利用該不均勻電場(chǎng)的作用，還能夠使隨機(jī)分散地存在于前 述反應(yīng)區(qū)域2中的物質(zhì)通過(guò)介電泳等電動(dòng)力學(xué)作用吸引到電極
K,側(cè)、或沿著電場(chǎng)的方向延伸。
該施加的電場(chǎng)強(qiáng)度、頻率、施加時(shí)間并不,皮特別限定，最 好根據(jù)電場(chǎng)施加對(duì)象的物質(zhì)的種類、分子長(zhǎng)度等來(lái)選擇合適的 電場(chǎng)強(qiáng)度、頻率、施加時(shí)間。關(guān)于波形也不限定于正弦波，例 如也可以是三角波等。
如圖3所示，在實(shí)際施加交流電場(chǎng)的情況下，最好事先在 電極E,與電源V之間設(shè)置阻抗匹配電3各8來(lái)進(jìn)行阻抗的匹配，由 此能夠有效地輸入電力。
在圖4中簡(jiǎn)單地示出了阻抗匹配電i 各8的電^各結(jié)構(gòu)的 一例。 阻抗匹配電路8設(shè)置在接地的電源V與接地的檢測(cè)部l之間，具 備各自接地的兩個(gè)可變電容器(Capacitor)d、 C2以及作為在這 些可變電容器C, 、 C2之間存在的中和元件的電感中和電路(中和 線圏)Ln。
可變電容器d、 (:2在施加電場(chǎng)時(shí)起到調(diào)整靜電電容的作
用，電感中和電^各Ln起到調(diào)整電感的作用。^使用這種結(jié)構(gòu)，4吏 從電源(信號(hào)產(chǎn)生源)V輸出的內(nèi)部阻抗和電源的負(fù)載阻抗匹配 (matching)。
并且，在圖5中以框圖的形式示出了電場(chǎng)施加單元的最佳
實(shí)施方式的更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。
從接地的電源(即，信號(hào)產(chǎn)生源)V輸出的信號(hào)通過(guò)連接在該 電源V上的放大器(amplifier)81被放大而作為輸出信號(hào)被取出。 而且，與該輸出信號(hào)有關(guān)的傳輸波Wt通過(guò)由符號(hào)82表示的方向 性耦合器(Directional Coupler)輸入到信號(hào)檢測(cè)器(傳感器)83而 被檢測(cè)，并由測(cè)量器84測(cè)量輸出電力。控制部85監(jiān)視該測(cè)量值。
另外，來(lái)自末端的電極E,的反射波Wr通過(guò)方向性耦合器82 由信號(hào)檢測(cè)器(傳感器)86進(jìn)行檢測(cè)，由測(cè)量器87測(cè)量反射電力。 控制部85監(jiān)視該測(cè)量值。
阻抗匹配電路8根據(jù)基于前述測(cè)量值而從控制部85發(fā)出的 控制信號(hào)C,分別調(diào)整電源的內(nèi)部阻抗Zv的大小和相對(duì)電極f" 的負(fù)載阻抗Ze的大小(參照?qǐng)D5),由此使兩個(gè)阻抗Zv、 Ze匹配使 得Zv^Ze。具體地說(shuō)，為了使由控制部85測(cè)量的反射電力最小， 例如通過(guò)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)來(lái)改變匹配電i 各8內(nèi)的電容成分或電感成分， 從而進(jìn)行阻抗自動(dòng)調(diào)整。
在通過(guò)以上的阻抗匹配單元對(duì)存在于才企測(cè)部1的反應(yīng)區(qū)域 2內(nèi)的物質(zhì)、例如核酸分子施加電動(dòng)力學(xué)作用的技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)減 少?gòu)碾娫碫向相對(duì)電極E,投入的電力的損失，使其投入電力最 大。
另外，能夠可靠地進(jìn)行對(duì)反應(yīng)區(qū)域2的投入電力(供給電力) 的固定化(穩(wěn)定化)，進(jìn)而可靠地抑制在利用高頻波電場(chǎng)、交流 電場(chǎng)、特別是高頻交流電場(chǎng)的情況下產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的波形紊 亂、消除成為投入電力的相位延遲等問(wèn)題原因的來(lái)自電極E,的
反射波Wr等。
如果以反應(yīng)區(qū)域2中存在作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)T的核酸鏈的情況 為例進(jìn)行說(shuō)明，則該核酸鏈?zhǔn)艿椒Q為介電泳的電動(dòng)力學(xué)的作用 而向電場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)的電極E, —方泳動(dòng)。其結(jié)果，目標(biāo)核酸鏈集中 到預(yù)先固定有作為檢測(cè)用物質(zhì)D而發(fā)揮功能的探針DNA等核酸 鏈的電極Ej表面上，從而有效地進(jìn)行雜交。
即，通過(guò)前述介電泳-使成為目標(biāo)的核酸嗜連在短時(shí)間內(nèi)向電 極Ii,的表面移動(dòng)，提高其濃度，由此能夠大幅度地縮短與固定 在電極E!表面上的核酸鏈之間的雜交時(shí)間。
并且，當(dāng)單鏈的核酸鏈由于介電泳的作用而伸長(zhǎng)時(shí)，與蜷 曲成隨機(jī)纏繞狀態(tài)時(shí)相比，雜交時(shí)的立體障礙減少，因此可提 高雜交的效率。
此外，關(guān)于雜交的信號(hào)，既可以測(cè)量特異地結(jié)合于雙鏈(雙 鏈核酸)并發(fā)光的來(lái)自嵌入劑的光量，也可以預(yù)先除去雜交后剩 余的DNA之后對(duì)來(lái)自與目標(biāo)DNA結(jié)合的熒光染料的發(fā)光量進(jìn) 行測(cè)量?；蛘咭部梢岳梅肿有艠?biāo)來(lái)測(cè)量伴隨雜交反應(yīng)的發(fā)光
在此，圖6是用電力線示意性地示出了向反應(yīng)區(qū)域2施加電 場(chǎng)的情形的截面圖(與圖2相同的截面圖)。
如該圖6所示，在本發(fā)明所涉及的檢測(cè)部l中，由于從不具 有相對(duì)電極的電極Ej朝向整個(gè)反應(yīng)區(qū)域2形成電場(chǎng)，因此能夠?qū)?整個(gè)反應(yīng)區(qū)域2產(chǎn)生介電泳等期望的電動(dòng)力學(xué)作用。
即，能夠朝向整個(gè)反應(yīng)區(qū)域2使電場(chǎng)(電力線)廣范圍地發(fā) 散，因此能夠在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域2中形成電氣梯度或不均勻電場(chǎng)。 由此，能夠通過(guò)電動(dòng)力學(xué)泳動(dòng)作用使分散在反應(yīng)區(qū)域2中的物質(zhì) 有效地并且更多地聚集到電極E,側(cè)。
圖7是表示本發(fā)明所涉及的檢測(cè)部的第二實(shí)施方式的圖。
電位的三個(gè)電4及E!、 E2、 E3。同 一電位的電才及的凄t量可以是兩 個(gè)、三個(gè)、或其以上的數(shù)量，也可以在基板4的上面等以各種模 式自由配設(shè)多個(gè)電才及。
在此，在直徑為100pm、高度為5^m的反應(yīng)區(qū)域內(nèi)設(shè)置的 直徑10為pm的電極E,中，假設(shè)接地部無(wú)限遠(yuǎn)，在圖8、圖9、圖 IO中示出了在電才及E，與接地間施加了士20V、 lMHz的交流電場(chǎng) 的情況下的垂直方向、傾斜方向、水平方向各自的電場(chǎng)強(qiáng)度分 布，另外在圖ll、圖12、圖13中示出了垂直方向、傾斜方向、 水平方向各自的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化率(電場(chǎng)強(qiáng)度的平方斜率)分
布。另外，圖14是表示垂直方向、傾斜方向、水平方向各自的 距離(單位pm)的電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)(右)和電場(chǎng)強(qiáng)度平方的微分的 數(shù)值數(shù)據(jù)(左)的附圖代用數(shù)據(jù)表。此外，圖15是表示與電極周 圍的電場(chǎng)強(qiáng)度分布有關(guān)的垂直(Z)、水平(H)、傾斜(R)的各方向
的概念的圖。
從這些附圖所示的結(jié)果可知，在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)形成電場(chǎng)，在 電極(Et)附近其電場(chǎng)強(qiáng)度更大，產(chǎn)生不均勻電場(chǎng)。此外，在實(shí) 際施加交流電場(chǎng)的情況下，如上所述，優(yōu)選通過(guò)進(jìn)行阻抗匹配 使得能夠有效地接通電力。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明可作為利用電動(dòng)力學(xué)的作用來(lái)高效地、在短時(shí)間內(nèi) 高精度地檢測(cè)物質(zhì)間的相互作用的技術(shù)而利用?？勺鳛镈NA芯 片、蛋白質(zhì)芯片等所代表的傳感器芯片技術(shù)、用于檢測(cè)前述相 互作用的裝置而利用。
權(quán)利要求
1.一種相互作用檢測(cè)部，至少具備提供物質(zhì)間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)域；以及面向該反應(yīng)區(qū)域而設(shè)置的具有同一電位的電極或電極群。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的相互作用檢測(cè)部，其特征在于， 對(duì)所述電t及或電才及群施加交流電場(chǎng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的相互作用檢測(cè)部，其特征在于， 所述電極或電極群的表面具備凹凸形狀。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的相互作用檢測(cè)部，其特征在于， 所述電極或電極群的表面用絕緣層覆蓋。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的相互作用^f全測(cè)部，其特征在于， 所述相互作用是核酸鏈間的雜交。
6. —種傳感器芯片，其特征在于， 至少具備一個(gè)權(quán)利要求l所述的相互作用；f僉測(cè)部。
7. —種相互作用檢測(cè)裝置，至少具備 提供物質(zhì)間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)域；面向該反應(yīng)區(qū)域而設(shè)置的具有同 一 電位的電才及或電才及群；以及對(duì)該電極或電極群施加電場(chǎng)用的電場(chǎng)施加單元。
8. 才艮據(jù)權(quán)利要求7所述的相互作用檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述電場(chǎng)施加單元是在電極或電極群與接地部之間施加交流電場(chǎng)的單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的相互作用檢測(cè)部，其特征在于， 所；i電場(chǎng)施加單元通過(guò)阻抗匹配電^各施加高頻電場(chǎng)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的相互作用檢測(cè)裝置，其特征在于， 通過(guò)施力。電場(chǎng)，對(duì)所述反應(yīng)區(qū)域中存在的物質(zhì)施力p電動(dòng)力學(xué)作用。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的相互作用檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述電動(dòng)力學(xué)作用是電泳和/或介電泳
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以在整個(gè)反應(yīng)區(qū)域中得到電動(dòng)力學(xué)效果、且具備構(gòu)造更簡(jiǎn)單的反應(yīng)區(qū)域的相互作用檢測(cè)部等。提供相互作用檢測(cè)部1，其至少具備提供物質(zhì)間的相互作用的場(chǎng)所的反應(yīng)區(qū)域2以及面向該反應(yīng)區(qū)域2而設(shè)置的具有同一電位的電極E₁(或電極群)。另外，提供具備該相互作用檢測(cè)部1的DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片等傳感器芯片和使用前述檢測(cè)部1的相互作用檢測(cè)裝置。
文檔編號(hào)G01N33/53GK101189517SQ20068001972
公開(kāi)日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月3日
發(fā)明者瀨川雄司, 勝本洋一 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社