專(zhuān)利名稱(chēng)：反應(yīng)性芯片和利用該芯片的目標(biāo)物質(zhì)的結(jié)合檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)性芯片和利用該芯片的目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法。更詳細(xì)的說(shuō)，涉及新的反應(yīng)性芯片和利用該芯片的目標(biāo)物質(zhì)的新的檢測(cè)方法，其能夠排除目標(biāo)物質(zhì)和捕獲探針的錯(cuò)誤雜交，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行正確的檢測(cè)，還能夠選擇各種檢測(cè)方法和對(duì)象。
背景技術(shù)：
旨在對(duì)基因結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)方式進(jìn)行大量且快速的解析，使用了各種各樣的反應(yīng)性芯片。該反應(yīng)性芯片構(gòu)成為，將數(shù)千乃至數(shù)萬(wàn)個(gè)以上的不同捕獲探針作為點(diǎn)而整列固定在玻璃片等基板上，以由熒光等標(biāo)識(shí)過(guò)的目標(biāo)物質(zhì)與捕獲探針的結(jié)合的有無(wú)作為指標(biāo)，能夠?qū)μ囟ǖ哪繕?biāo)物質(zhì)或樣品中的目標(biāo)物質(zhì)的量進(jìn)行定量。固定在芯片上的捕獲探針根據(jù)待解析的目標(biāo)物質(zhì)的種類(lèi)而有所不同。例如，在DNA、RNA成為目標(biāo)物質(zhì)的情況，采用可以與之互補(bǔ)結(jié)合(雜交)的雙鏈或單鏈DNA片段、聚核苷酸鏈、寡核苷酸鏈等作為捕獲探針，它們被稱(chēng)為DNA芯片(或DNA陣列)(參照例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1-4，非專(zhuān)利文獻(xiàn)1，2)。還有，在蛋白質(zhì)芯片的情況下，蛋白質(zhì)或肽鍵，以及與它們特異結(jié)合的受體或抗體，構(gòu)成目標(biāo)物質(zhì)-捕獲探針的關(guān)系。
在反應(yīng)性芯片上的目標(biāo)物質(zhì)的結(jié)合，例如使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料(樣品溶液)與反應(yīng)性芯片接觸，反應(yīng)一段時(shí)間，使目標(biāo)物質(zhì)和捕獲探針結(jié)合，去掉未結(jié)合的物質(zhì)后，通過(guò)檢測(cè)反應(yīng)性芯片上的標(biāo)識(shí)位置，來(lái)判斷目標(biāo)物質(zhì)和哪些捕獲探針結(jié)合。此外，通過(guò)測(cè)定標(biāo)識(shí)信號(hào)的強(qiáng)度，也可以定量目標(biāo)物質(zhì)的量。
以往的反應(yīng)性芯片，為了使樣品溶液中的目標(biāo)物質(zhì)通過(guò)自由擴(kuò)散與對(duì)應(yīng)的捕獲探針接近并結(jié)合，而使樣品溶液和反應(yīng)性芯片長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng)。所以，存在到得到檢測(cè)結(jié)果為止，需要很長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題。
還有，利用反應(yīng)性芯片對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的精度依賴(lài)于目標(biāo)物質(zhì)與捕獲探針的特異性結(jié)合。例如DNA芯片的情況，目標(biāo)DNA和探針DNA相互完全互補(bǔ)結(jié)合是所理想的，但實(shí)際上通過(guò)幾個(gè)錯(cuò)配，目標(biāo)DNA也可能結(jié)合于探針DNA。尤其是，目標(biāo)DNA在樣品溶液中以自由擴(kuò)散的方式接近探針DNA的情況下，這種錯(cuò)配結(jié)合(錯(cuò)誤雜交)的危險(xiǎn)性極大。
作為解決這種問(wèn)題的DNA芯片，已知有專(zhuān)利文獻(xiàn)5中的發(fā)明(納米芯片)。這種納米芯片是在電極表面上固定探針DNA，并在給該電極通正直流電流的情況下，使目標(biāo)DNA和探針DNA雜交。由于DNA片段(目標(biāo)DNA)帶負(fù)電荷，可在短時(shí)間內(nèi)和帶正電荷的探針DNA接近并結(jié)合。當(dāng)雜交反應(yīng)結(jié)束后，給電極通負(fù)直流電流。這樣，探針DNA和目標(biāo)DNA都成為帶負(fù)電荷的狀態(tài)，與探針DNA錯(cuò)配的目標(biāo)DNA將被探針DNA排斥，在探針DNA上只剩下通過(guò)正確互補(bǔ)而結(jié)合的目標(biāo)DNA。
但是，由于該這種納米芯片利用了DNA通常帶負(fù)電荷的性質(zhì)，所以不適用于蛋白質(zhì)或肽的蛋白質(zhì)芯片上。
參考文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1美國(guó)專(zhuān)利第5,474,796號(hào)說(shuō)明書(shū)專(zhuān)利文獻(xiàn)2美國(guó)專(zhuān)利第5,605,662號(hào)說(shuō)明書(shū)專(zhuān)利文獻(xiàn)3國(guó)際公開(kāi)第95/251116號(hào)小冊(cè)子專(zhuān)利文獻(xiàn)4國(guó)際公開(kāi)第95/35505號(hào)小冊(cè)子專(zhuān)利文獻(xiàn)5特表2001-501301號(hào)公報(bào)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1Schena，M.et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA.9310614-10619，1996.
非專(zhuān)利文獻(xiàn)2Heller，R.A.et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.USA.942150-21551997.

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的發(fā)明是鑒于以上情況而進(jìn)行的，其目的在于，提供針對(duì)廣泛的目標(biāo)物質(zhì)，可縮短反應(yīng)時(shí)間，能夠有效地防止錯(cuò)配結(jié)合、得到高精度的檢測(cè)結(jié)果的新的反應(yīng)性芯片。
并且本申請(qǐng)的發(fā)明的又一目的在于，提供使用了上述反應(yīng)性芯片的目標(biāo)物質(zhì)的新的檢測(cè)方法。
本申請(qǐng)的第1發(fā)明是反應(yīng)性芯片，其特征在于在基板上整列布置了3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面，并在各振動(dòng)面上固定有與目標(biāo)物質(zhì)結(jié)合的捕獲探針。
第2發(fā)明是所述第1發(fā)明的一種形態(tài)，其是各振動(dòng)面分別具有在第1電極和第2電極間插入壓電/電致伸縮元件的振動(dòng)發(fā)生部的反應(yīng)性芯片。
第3發(fā)明是所述第2發(fā)明的一種形態(tài)，是捕獲探針的固定面經(jīng)過(guò)包被的反應(yīng)性芯片。
第4發(fā)明是所述第2或第3發(fā)明的一種形態(tài)，是基板具有薄壁區(qū)域和其周?chē)暮癖趨^(qū)域，并且薄壁區(qū)域上方有振動(dòng)發(fā)生部的反應(yīng)性芯片。
第5發(fā)明是所述第2或第3發(fā)明的另一種形態(tài)，是基板具有薄壁區(qū)域和其周?chē)暮癖趨^(qū)域，并且薄壁區(qū)域下方有振動(dòng)發(fā)生部的反應(yīng)性芯片。
第6發(fā)明是所述第2到第5發(fā)明的一種形態(tài)，是第1電極和第2電極的各自引線(xiàn)對(duì)于每個(gè)振動(dòng)發(fā)生部是獨(dú)立的反應(yīng)性芯片。
第7發(fā)明是所述第2到第5發(fā)明的另一種形態(tài)，是第1電極和第2電極中任意一方的引線(xiàn)是共用的反應(yīng)性芯片。
第8發(fā)明是所述第2到第7發(fā)明的一種形態(tài)，是具有測(cè)定壓電/電致伸縮元件的共振頻率的單元的反應(yīng)性芯片。
第9發(fā)明是所述第2到第7發(fā)明的另一種形態(tài)，是第1電極表面為捕獲探針的固定面，在第1電極和第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源的反應(yīng)性芯片。
第10發(fā)明是所述第2到第7發(fā)明的另一種別的形態(tài)，是在各振動(dòng)面固定有各種不同種類(lèi)的捕獲探針的反應(yīng)性芯片。
第11發(fā)明是所述第10發(fā)明的一種形態(tài)，是具有測(cè)定壓電/電致伸縮元件的共振頻率單元的反應(yīng)性芯片。
第12發(fā)明是所述第10發(fā)明的另一種形態(tài)，是第1電極表面為捕獲探針的固定面，第1電極和第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源的反應(yīng)性芯片。
第13發(fā)明是所述第2到第7發(fā)明的進(jìn)而另一種形態(tài)，將3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成同一列或?qū)?個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成n(n大于等于2)×m(m大于等于2)的格子狀，并在同一列的各振動(dòng)面上固定有同一種捕獲探針的反應(yīng)性芯片。
第14發(fā)明是所述第13發(fā)明的一種形態(tài)，是具有測(cè)定壓電/電致伸縮元件的共振頻率的單元的反應(yīng)性芯片。
第15發(fā)明是所述第13發(fā)明的另一種形態(tài)，是第1電極表面為捕獲探針的固定面，第1電極和第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源的反應(yīng)性芯片。
第16發(fā)明是第2到第7發(fā)明的進(jìn)而另一種形態(tài)，將3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成同一列或?qū)?個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成n(n大于等于2)×m(m大于等于2)的格子狀，并在同一列的振動(dòng)面上分別固定有與目標(biāo)物質(zhì)不同部位結(jié)合的捕獲探針的反應(yīng)性芯片。
第17發(fā)明是所述第16發(fā)明的一種形態(tài)，是具有測(cè)定壓電/電致伸縮元件的共振頻率的單元的反應(yīng)性芯片。
第18發(fā)明是所述第16發(fā)明的另一種形態(tài)，是第1電極表面為捕獲探針的固定面，第1電極和第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源的反應(yīng)性芯片。
第19發(fā)明是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在使所述第10發(fā)明的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)。
第20發(fā)明是第19發(fā)明的一種形態(tài)，是在使振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)，使溫度經(jīng)時(shí)變化的狀態(tài)下，使試料與捕獲探針接觸的檢測(cè)方法。
第21發(fā)明是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在使所述第11發(fā)明的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，以壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)。
第22發(fā)明是所述21發(fā)明的一種形態(tài)，是在使反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)，使溫度經(jīng)時(shí)變化的狀態(tài)下，使探針與試料接觸，將壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，經(jīng)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法。
第23發(fā)明是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在使所述第12發(fā)明的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料和反應(yīng)性芯片的探針接觸，待停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為捕獲探針的固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)。
第24發(fā)明是檢測(cè)多種的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，該檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法的特征在于，在使所述第13發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面的各振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使多種標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)各探針的親和性程度。
第25發(fā)明是所述第24發(fā)明的一種形態(tài)，是在使振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)，使溫度經(jīng)時(shí)變化的狀態(tài)下，使試料與捕獲探針接觸的檢測(cè)方法。
第26發(fā)明是檢測(cè)多種的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，該檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法的特征在于，在使所述第14發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，以壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)對(duì)各捕獲探針的親和性程度。
第27發(fā)明是所述第26發(fā)明的一種形態(tài)，是在使反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)，使溫度經(jīng)時(shí)變化的狀態(tài)下，使試料與捕獲探針接觸，以壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，經(jīng)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的有無(wú)的檢測(cè)方法。
第28發(fā)明是檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，該檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法的特征在于，在使所述第15發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使各種標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，待停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為捕獲探針的固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電流，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)各探針的親和性程度。
第29發(fā)明是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)變異的方法，其特征在于，在使所述第16發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的情況下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，通過(guò)以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。
第30發(fā)明是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)變異的方法，其特征在于，在使所述第17發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的情況下，使含有目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，通過(guò)以壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的有無(wú)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。
第31發(fā)明是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)變異的方法，該目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法的特征在于，在使所述第18發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的情況下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，待停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為捕獲探針的固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電流，通過(guò)以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。


圖1是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的基本結(jié)構(gòu)一例的側(cè)面圖。
圖2是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的基本結(jié)構(gòu)另一例的側(cè)面圖。
圖3是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的基本結(jié)構(gòu)的又一例的側(cè)面圖。
圖4是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面圖。
圖5是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的另一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面圖。
圖6是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的又一個(gè)實(shí)施例的側(cè)面圖。
圖7是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的進(jìn)而又一個(gè)實(shí)施例的平面圖以及側(cè)面圖。
圖8是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片的進(jìn)而又一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
圖9是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片中的捕獲探針的排列例的模式圖，四方形表示振動(dòng)面，不同的字母表示捕獲探針的不同。
圖10是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片中的捕獲探針的另一排列例的模式圖，四方形表示振動(dòng)面，不同的字母表示捕獲探針的不同。
圖11是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片中的捕獲探針的又一排列例的模式圖(左)和例示利用此反應(yīng)性芯片檢測(cè)染色體異常等時(shí)正常染色體的結(jié)合狀態(tài)的模式圖(右)；四方形表示振動(dòng)面，橫向的貫穿振動(dòng)面的波狀線(xiàn)表示振子，不同的字母以及不同的數(shù)字表示捕獲探針的不同。
圖12是表示本發(fā)明反應(yīng)性芯片中的捕獲探針的進(jìn)而又一排列例的模式圖，四方形表示振動(dòng)面，不同的字母以及不同的數(shù)字表示捕獲探針的不同。
圖13是圖11中例示的捕獲探針的排列例(左)和例示的利用此反應(yīng)性芯片檢測(cè)染色體異常(插入)時(shí)的結(jié)合狀態(tài)的模式圖(右)；四方形表示振動(dòng)面，橫向的貫穿振動(dòng)面的波狀線(xiàn)表示振子，不同的字母以及不同的數(shù)字表示捕獲探針的不同。
圖14是圖11中例示的捕獲探針的排列例(左)和例示的利用此反應(yīng)性芯片檢測(cè)染色體異常(缺失)時(shí)的結(jié)合狀態(tài)的模式圖(右)；四方形表示振動(dòng)面，橫向的貫穿振動(dòng)面的波狀線(xiàn)表示振子，不同的字母以及不同的數(shù)字表示捕獲探針的不同。
圖15是圖12中例示的捕獲探針的排列例(左)和例示的利用此反應(yīng)性芯片檢測(cè)染色體異常(插入)時(shí)的結(jié)合狀態(tài)的模式圖(右)；四方形表示振動(dòng)面，橫向的貫穿振動(dòng)面的波狀線(xiàn)表示振子，不同的字母以及不同的數(shù)字表示捕獲探針的不同。
圖16是圖12中例示的捕獲探針的排列例(左)和例示的利用此反應(yīng)性芯片檢測(cè)染色體異常(取代)時(shí)的結(jié)合狀態(tài)的模式圖(右)；四方形表示振動(dòng)面，橫向的貫穿振動(dòng)面的波狀線(xiàn)表示振子，不同的字母以及不同的數(shù)字表示捕獲探針的不同。
其中，11第1電極12第2電極13、14引線(xiàn)20壓電/電致伸縮元件30基板31薄壁區(qū)域32厚壁區(qū)域40振動(dòng)發(fā)生部50振動(dòng)面60捕獲探針70包被層
具體實(shí)施例方式
本申請(qǐng)的第1發(fā)明是反應(yīng)性芯片，其特征在于，在基板上整列布置了3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面，并在各振動(dòng)面上固定了與目標(biāo)物質(zhì)結(jié)合的捕獲探針。
“基板”是通常用在DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片等的玻璃片、陶瓷板、塑料等樹(shù)脂板、金屬板等?！安东@探針”是與目標(biāo)物質(zhì)特異結(jié)合的生物分子。例如目標(biāo)物質(zhì)是基因組來(lái)源的DNA片段(例如cDNA等)時(shí)，捕獲探針是基于互補(bǔ)性而與這些DNA片段雜交的單鏈DNA片段、RNA片段、核苷酸鏈(100個(gè)堿基或其以上的聚核苷酸鏈或不足100個(gè)堿基的寡核苷酸)等。還有，目標(biāo)物質(zhì)是蛋白質(zhì)時(shí)，捕獲探針可以是能與目標(biāo)物質(zhì)的氨基酸序列的一部分特異結(jié)合的蛋白質(zhì)(例如受體蛋白質(zhì))、肽等，或者與蛋白質(zhì)的抗原決定簇特異結(jié)合的抗體或其Fab、F(ab’)2、Fv片段等。此外，具有糖鏈的復(fù)合生物分子、生物組織片、細(xì)胞、酵母等微生物也可作為捕獲探針。
這些捕獲探針可以同以往的DNA芯片、蛋白質(zhì)芯片一樣，以公知的方法布置在基板上。比如DNA芯片的情況，可以采用在基板上合成DNA片段(例如25mer左右)的方法、將DNA片段按照點(diǎn)樣法固定到基板上的方法。點(diǎn)樣法優(yōu)選采用記載在特開(kāi)2001-116750號(hào)公報(bào)、特開(kāi)2001-186881號(hào)公報(bào)中的噴點(diǎn)法。點(diǎn)樣結(jié)束后，同通常的反應(yīng)性芯片的制造一樣，通過(guò)對(duì)樣點(diǎn)添加水分(在濕度～80％左右保持一定時(shí)間)、高溫干燥結(jié)合、藥液處理進(jìn)行固定化處理等，將各樣點(diǎn)固定到基板上。進(jìn)而，在根據(jù)點(diǎn)樣法的反應(yīng)性芯片的制造中，還可以進(jìn)行如記載在特開(kāi)2001-186880號(hào)公報(bào)中的重疊點(diǎn)樣。在固定蛋白質(zhì)、肽、組織片、細(xì)胞等時(shí)，可將生物特異性吸附物質(zhì)、有機(jī)高分子等預(yù)先包被于固定面，然后將捕獲探針固定在該包被層上。
第1發(fā)明的反應(yīng)性芯片中的捕獲探針各自固定在3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面上。各“振動(dòng)面”，可以保持間隔100～1000μm左右的距離整列排布在基板上，各振動(dòng)面的大小是直徑為50～500μm左右的圓形或是一邊為50～500μm左右的矩形。該振動(dòng)面是以特定的頻率、振幅振動(dòng)的面。這樣的振動(dòng)面，例如可以通過(guò)在基板的探針固定面的下面設(shè)置適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)發(fā)生裝置(例如電磁石、低頻發(fā)生裝置)來(lái)制作，但本申請(qǐng)中，優(yōu)選第2發(fā)明的構(gòu)造。
第2發(fā)明是各振動(dòng)面各自具有在第1電極和第2電極間插入壓電/電致伸縮元件而成的振動(dòng)部的反應(yīng)性芯片。這種情況下的振動(dòng)面可以是如圖1所述的結(jié)構(gòu)。即，圖1的例中，在第1電極(11)和第2電極(12)之間插入壓電/電致伸縮元件(20)構(gòu)成振動(dòng)發(fā)生部(40)，并將該振動(dòng)發(fā)生部(40)固定在基板(30)上而形成振動(dòng)面(50)。外加交流電壓于第1電極(11)和第2電極(12)時(shí)，壓電/電致伸縮元件(20)隨著電壓的頻率向箭頭X方向連續(xù)伸縮，但此時(shí)由于基板(30)不伸縮，其結(jié)果是，振動(dòng)面(50)向箭頭Y方向發(fā)生振動(dòng)。振動(dòng)的周期隨著電壓頻率、振幅隨著電壓大小而變化。第1電極(11)、第2電極(12)、壓電/電致伸縮元件的關(guān)系還可以設(shè)置成如圖2和圖3的那樣。圖2的例中，在壓電/電致伸縮元件(20)上下布置了第1電極(11)，在壓電/電致伸縮元件之間插入了第2電極(12)。這種結(jié)構(gòu)中，隨著壓電/電致伸縮元件(20)向X方向的伸縮的增加，Y方向的振動(dòng)量也增大。圖3的例中，將梳型的第1電極(11)及第2電極(12)對(duì)向平行放置于基板(30)上，并在其間布置壓電/電致伸縮元件(20)。在這種情況下，由于利用了壓電/電致伸縮元件(20)的電場(chǎng)感應(yīng)伸縮的縱效果而獲得Y方向的振動(dòng)，所以能夠以較小的電壓得到充分的振動(dòng)。
壓電/電致伸縮元件(20)是公知的壓電/電致伸縮元件或反鐵介電體。比如可單獨(dú)采用鋯酸鉛、鈦酸鉛、鎂鈮酸鉛、鎳鈮酸鉛、鋅鈮酸鉛、錳鈮酸鉛、銻錫酸鉛、錳鎢酸鉛、鈷鈮酸鉛、鈦酸鋇等的陶瓷或采用含有將這些任意組合而得的成分的陶瓷。特別是適宜使用以鋯酸鉛、鈦酸鉛及鎂鈮酸鉛構(gòu)成的成分為主要成分的材料。原因在于，這種材料除具有高電氣機(jī)械結(jié)合系數(shù)和壓電常數(shù)之外，在壓電/電致伸縮元件(20)的燒結(jié)中與基板(30)的反應(yīng)性小，可以穩(wěn)定的形成規(guī)定組成的物質(zhì)。
更進(jìn)一步，還可以利用在上述陶瓷中適當(dāng)添加鑭、鈣、鍶、鉬、鎢、鋇、鈮、鋅、鎳、錳、鈰、鉻、鈷、銻、鐵、釔、鉭、鋰、鉍、錫等的氧化物，或是這些任意組合，或其他化合物而得到的陶瓷。例如，優(yōu)選使用以鋯酸鉛、鈦酸鉛及鎂鈮酸鉛為主要成分，在其中含有鑭、鍶的陶瓷，進(jìn)而添加了錳的陶瓷，由于壓電材料的機(jī)械質(zhì)量系數(shù)(Q值)大，不僅從反應(yīng)性芯片的結(jié)構(gòu)上，還可以從材料方面可以增大Q值，是優(yōu)選的。
第1電極(11)和第2電極(12)優(yōu)選由在室溫下為固體的導(dǎo)電性金屬構(gòu)成。例如，可以使用以鋁、鈦、鉻、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鈮、鉬、釕、鈀、銠、銀、錫、鉭、鎢、銥、白金、金、鉛等金屬單體或這些任意組合而得的合金。進(jìn)一步，還可以使用在這些金屬中分散與壓電/電致伸縮元件(20)或基板(30)相同的材料而得的金屬陶瓷材料。
利用以上材料形成振動(dòng)發(fā)生部(40)及振動(dòng)面(50)的情形中，例如，若是圖1的結(jié)構(gòu)，則在基板(30)上形成第2電極(12)后，在該第2電極(12)上燒成壓電/電致伸縮元件(20)，最后形成第1電極(11)?；蛘哌€可以將第1電極(11)、第2電極(12)及壓電/電致伸縮元件(20)整體燒成在基板(30)上而形成。這種根據(jù)整體燒成的振動(dòng)面的成形，在圖2、圖3的結(jié)構(gòu)的情況下，尤為優(yōu)選。
第1電極(11)、第2電極(12)、以及各自引線(xiàn)的與目標(biāo)物質(zhì)接觸的各處可以進(jìn)行絕緣被覆。作為該被覆材料，可以使用絕緣性玻璃或樹(shù)脂。作為樹(shù)脂，例如可以使用化學(xué)穩(wěn)定性好的氟樹(shù)脂，例如四氟乙烯樹(shù)脂類(lèi)聚四氟乙烯(杜邦(デユポン)株式會(huì)社制造的聚四氟乙烯PTFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物樹(shù)脂類(lèi)聚四氟乙烯(聚四氟乙烯FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯醚共聚物樹(shù)脂類(lèi)聚四氟乙烯(聚四氟乙烯PFA)、PTFE/PFA復(fù)合聚四氟乙烯等。還有，硅樹(shù)脂(最好是熱固化型硅樹(shù)脂)、環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂等也可以根據(jù)目的使用。進(jìn)而優(yōu)選向絕緣性樹(shù)脂添加無(wú)機(jī)·有機(jī)充填材料來(lái)調(diào)整振動(dòng)面(50)的剛性。
如果將振動(dòng)面(50)的厚度減小，例如在后述的共振頻率測(cè)定中可以提高靈敏度，但另一方面卻產(chǎn)生剛性下降等問(wèn)題，所以由基板(30)和振動(dòng)發(fā)生部(40)組成的振動(dòng)面(50)的厚度合計(jì)優(yōu)選為5～50μm。
圖4是表示第2發(fā)明反應(yīng)性芯片的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)截面圖。在該圖4中例示的反應(yīng)性芯片是在基板(30)表面將第2電極(12)、壓電/電致伸縮元件(20)、第1電極(11)層疊一體化形成的。并且第1電極(11)的表面設(shè)置了捕獲探針(60)。捕獲探針(60)可以如圖4的例中所示，直接固定在振動(dòng)發(fā)生部(40)的表面，或如圖5的例中所示，先包被振動(dòng)發(fā)生部(40)的表面，然后將捕獲探針(60)固定在該包被層(70)上(第3發(fā)明)。該包被層(70)是為易于固定捕獲探針(60)的材料，根據(jù)捕獲探針(60)的種類(lèi)，例如可以從，聚核苷酸L蓖麻蛋白層、γ-氨丙基三乙氧基硅烷等硅烷以及其衍生物、生物素/抗生物素蛋白等生物特異吸附物質(zhì)、聚丙烯酰胺、尼龍膜等有機(jī)高分子等中適當(dāng)選擇。
圖4及圖5的例中，基板(30)具有薄壁區(qū)域(31)和其周?chē)暮癖趨^(qū)域(32)，薄壁區(qū)域(31)形成為，在其上面具有振動(dòng)發(fā)生部(40)而構(gòu)成振動(dòng)面(50)(第4發(fā)明)。通過(guò)設(shè)置這種薄壁區(qū)域(31)和厚壁區(qū)域(32)，可以維持反應(yīng)性芯片整體的剛性，并使得振動(dòng)面(50)發(fā)生適宜的振動(dòng)。這種薄壁區(qū)域(31)和厚壁區(qū)域(32)還可以如圖6例示的那樣，延伸厚壁區(qū)域(32)的下端而使薄壁區(qū)域(31)的下面形成空洞。這樣的結(jié)構(gòu)可以提高基板(30)整體的剛性，因而優(yōu)選。
此外，本發(fā)明的反應(yīng)性芯片還可以如圖7例示的那樣，將振動(dòng)發(fā)生部(40)設(shè)置在薄壁區(qū)域(31)的下方(第5發(fā)明)。通過(guò)采用這種結(jié)構(gòu)，易于形成表面平整的反應(yīng)性芯片。并且由于振動(dòng)發(fā)生部(40)不與樣品溶液直接接觸，提高了芯片的耐久性，還有在后述的測(cè)定共振頻率時(shí)也可排除噪音的影響，得到比較準(zhǔn)確的測(cè)定。
作為本發(fā)明的反應(yīng)性芯片的另一種形態(tài)，如圖7中的平面圖例示的那樣，從各振動(dòng)發(fā)生部(40)引出的第1電極(11)第2電極(12)的各自引線(xiàn)(13)(14)對(duì)于每個(gè)振動(dòng)發(fā)生部是獨(dú)立的(第6發(fā)明)。這樣，各振動(dòng)面(50)能夠以不同的頻率或振幅振動(dòng)?；蛘咦鳛檫M(jìn)而另一種形態(tài)，也可以將第1電極(11)和第2電極(12)的任意一方的引線(xiàn)共用(第7發(fā)明)。例如，圖8中，將第1電極(11)的引線(xiàn)(13)共用，可以簡(jiǎn)化引線(xiàn)的加工。將4個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面布置成格子狀時(shí)，可以把同一列振動(dòng)面中的電極引線(xiàn)共用，使該同一列的振動(dòng)面以同一振幅振動(dòng)。
本申請(qǐng)的第8發(fā)明的反應(yīng)性芯片具有測(cè)定振動(dòng)面的共振頻率的單元。該共振頻率測(cè)定相關(guān)的原理和具體方法等，與之前本申請(qǐng)人中請(qǐng)的發(fā)明(再表99/034176公報(bào)、特開(kāi)平08-201265號(hào)公報(bào))基本一樣，可以根據(jù)再表99/034176、特開(kāi)平08-201265號(hào)公報(bào)中記載的方法構(gòu)成測(cè)定單元。即，該共振頻率，具體而言，在有物質(zhì)從外部附著于振動(dòng)面時(shí)，接觸到振動(dòng)面的樣品溶液的比重、粘度發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)檢測(cè)包含壓電/電致伸縮元件的回路的電氣常數(shù)的變化來(lái)檢測(cè)振動(dòng)面的共振頻率的變化。
就本申請(qǐng)的第9發(fā)明的反應(yīng)性芯片來(lái)說(shuō)，第1電極表面是捕獲探針的固定面，第1電極和第2電極除交流電源外，還接通了直流電源。即，該反應(yīng)性芯片除可以通過(guò)用交流電源向第1電極和第2電極通電，使振動(dòng)面振動(dòng)之外，還可以給作為捕獲探針固定面的第1電極接通正或負(fù)的直流電。這種直流電流的接通可以根據(jù)特表2001-501301號(hào)公報(bào)中的記載。
第10發(fā)明是在各振動(dòng)面固定了各種不同種類(lèi)的捕獲探針的反應(yīng)性芯片。這種情況下的“不同種類(lèi)”，例如是DNA片段的情況下、指的是各種堿基序列不同，肽的情況下，指的是氨基酸序列不同。例如，在圖9中，在16個(gè)振動(dòng)面上固定了不同的捕獲探針A～P。并且該第10發(fā)明的反應(yīng)性芯片可以用在第19發(fā)明的目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)方法中。
發(fā)明19的方法是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，特征在于，在所述第10發(fā)明的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)。
本發(fā)明的方法的特征在于，在通常的反應(yīng)性芯片中的目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)中附加了“振動(dòng)捕獲探針的固定面”的工序。即，通過(guò)振動(dòng)，接觸到反應(yīng)性芯片的樣品溶液內(nèi)的目標(biāo)物質(zhì)以強(qiáng)于自由擴(kuò)散的程度擴(kuò)散，其結(jié)果是，促進(jìn)了目標(biāo)物質(zhì)與捕獲探針的特異性結(jié)合。進(jìn)而由于在使捕獲探針振動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行雜交，可以排除或者減小錯(cuò)配結(jié)合、非特異性吸附。這樣，可以通過(guò)檢測(cè)單堿基不同的DNA片段(例如SNPs)、立體結(jié)構(gòu)不同的分子與各自對(duì)應(yīng)的捕獲探針的結(jié)合對(duì)它們進(jìn)行檢測(cè)。
振動(dòng)面的振動(dòng)的時(shí)間間隔，可以根據(jù)捕獲探針、目標(biāo)物質(zhì)的種類(lèi)來(lái)適當(dāng)?shù)脑O(shè)定，例如DNA芯片的情況下，可以設(shè)定成1～32秒。此外，振動(dòng)面的振動(dòng)頻率可以設(shè)定成10～1MHz左右，振幅設(shè)定為0.001～10μm左右。
在本方法中，目標(biāo)物質(zhì)的標(biāo)識(shí)化可根據(jù)該物質(zhì)種類(lèi)，使用酶、放射性同位素、熒光色素、熒光蛋白質(zhì)等。酶只要滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)大，與抗體結(jié)合時(shí)穩(wěn)定、使底物特異著色等條件，就無(wú)特別的限制。例如可以使用過(guò)氧化物酶、β-半乳糖苷酶、堿性磷酸酶、葡萄糖氧化酶、乙酰膽堿酯酶、葡萄糖-6-磷酸脫氫酶、蘋(píng)果酸脫氫酶等。還可使用酶抑制物質(zhì)、輔酶等。作為基質(zhì)，可以根據(jù)酶的種類(lèi)使用公知的物質(zhì)。例如，將過(guò)氧化物酶作為酶使用時(shí)，使用3，3’，5，5’-四甲基聯(lián)苯胺、將堿性磷酸酶作為酶使用時(shí)，使用對(duì)硝基苯酚等。作為放射性同位素，可以使用125I、3H等。作為熒光色素可以利用熒光素異硫氰酸酯(FITC)、四甲基異硫氰酸羅丹明(TRITC)等。此外，熒光蛋白質(zhì)是一種照射激發(fā)光的時(shí)候發(fā)出熒光的蛋白質(zhì)，例如發(fā)光水母來(lái)源的綠色熒光蛋白質(zhì)(GFP)、及其突變體EGFP、EYFP(黃色熒光)、ECFP(藍(lán)色熒光)、DsRed1(紅色熒光)、DsRed2、海腎(Renilla reniformis)來(lái)源的綠色熒光蛋白質(zhì)hrGFP等。如以上所述的標(biāo)識(shí)物質(zhì)和目標(biāo)物質(zhì)，例如可以通過(guò)基于氫鍵、疏水鍵、離子鍵、配位鍵等結(jié)合而實(shí)現(xiàn)一體化。更進(jìn)一步，由于編碼熒光蛋白質(zhì)的聚核苷酸序列是已知的，因而，熒光蛋白質(zhì)標(biāo)識(shí)化DNA片段、熒光蛋白質(zhì)標(biāo)識(shí)化蛋白質(zhì)或肽等可以通過(guò)已知的基因工程學(xué)方法容易地制備。
將以上標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，例如，酶標(biāo)識(shí)的情況下，添加在酶作用下分解而產(chǎn)生顏色的底物，再通過(guò)光學(xué)測(cè)定底物的分解量而求得酶活性，將其換算成結(jié)合目標(biāo)物質(zhì)量，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)值比較算出目標(biāo)物質(zhì)量。使用放射性同位素的情況下，利用閃爍計(jì)數(shù)器等來(lái)測(cè)量放射性同位素發(fā)出的射線(xiàn)量。使用熒光色素或熒光蛋白質(zhì)的情況下，可以利用由熒光顯微鏡組合而成的測(cè)定裝置測(cè)定熒光量。
第11發(fā)明的反應(yīng)性芯片是所述第10發(fā)明的反應(yīng)性芯片的一種形態(tài)，同所述第8發(fā)明一樣，是具有“測(cè)定壓電/電致伸縮元件的共振頻率的單元”的反應(yīng)性芯片。該第11發(fā)明中的反應(yīng)性芯片可以用在第20發(fā)明的目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)方法中。
第20發(fā)明的方法是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在振動(dòng)所述第11發(fā)明的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面的狀態(tài)下，使含有目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的探針接觸，以壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)。
即，這種方法是，以由于目標(biāo)探針和捕獲探針結(jié)合而產(chǎn)生的振動(dòng)面的共振頻率的變化作為指標(biāo)，檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法。通過(guò)這種方法，不用標(biāo)識(shí)目標(biāo)物質(zhì)就可以得到檢測(cè)結(jié)果。還可以實(shí)時(shí)經(jīng)時(shí)測(cè)定目標(biāo)物質(zhì)的結(jié)合量。更進(jìn)一步，可以對(duì)目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行標(biāo)記，與所述第19發(fā)明的方法一樣，將以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)的檢測(cè)組合，進(jìn)行更高精度的檢測(cè)。
第11發(fā)明中的反應(yīng)性芯片還可以用在第21發(fā)明的目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法中。
第21發(fā)明的方法是所述第20發(fā)明的一種形態(tài)，是在振動(dòng)反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面的同時(shí)使溫度經(jīng)時(shí)變化的狀態(tài)下，使試料與探針接觸，以壓電/電致伸縮元件的共振頻率的變化作為指標(biāo)，經(jīng)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法。例如，DNA芯片的情況，在振動(dòng)振動(dòng)面的狀態(tài)下，將雜交反應(yīng)的溫度在一定時(shí)間內(nèi)(例如10分鐘間隔)變化到38～98℃左右，通過(guò)測(cè)量在這期間與捕獲探針DNA雜交的目標(biāo)DNA的質(zhì)量來(lái)檢測(cè)各標(biāo)識(shí)DNA的Tm(熔解溫度)。
第12發(fā)明的反應(yīng)性芯片是所述第10發(fā)明的另一種形態(tài)，第1電極表面為捕獲探針的固定面，第1電極和第2電極除交流電源外，還接通了直流電源。該反應(yīng)性芯片可以用在第22發(fā)明的目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法中。
第22發(fā)明的方法是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在使所述第12發(fā)明的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料和反應(yīng)性芯片的探針接觸，待停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為捕獲探針的固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電流，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)。本方法是將所述第19發(fā)明的方法和記載在特表平09-503307號(hào)公報(bào)和特表2001-501301號(hào)公報(bào)中的根據(jù)納米芯片的方法組合而得。尤其是用于將所述第12發(fā)明的反應(yīng)性芯片作為DNA芯片使用的方法。通過(guò)將捕獲探針固定面的振動(dòng)與使捕獲探針帶負(fù)電進(jìn)行組合，能夠有效地排除標(biāo)識(shí)DNA和探針DNA的錯(cuò)配結(jié)合。
直流電流可以根據(jù)所使用的溶液、振動(dòng)面的尺寸、DNA的濃度等適當(dāng)選擇，可以接通0.1～1000毫微安、優(yōu)選1～30毫微安的電流1～180秒、優(yōu)選10～60秒左右。
第13發(fā)明的反應(yīng)性芯片是所述第2到第7發(fā)明的進(jìn)而另一種形態(tài)，是將3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成同一列，或?qū)?個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成n(n大于等于2)×m(m大于等于2)的格子狀，并在同一列的振動(dòng)面上固定同一種捕獲探針的反應(yīng)性芯片。
這時(shí)的“同一種”，例如如果是DNA片段，則指的是堿基序列完全相同；如果是肽鏈，則指的是氨基酸序列完全相同。例如，圖10的例中，在第1列的4個(gè)振動(dòng)面上各自固定了相同的捕獲探針(A)，在第2～4列上各自固定了相同的捕獲探針(B)、(C)、(D)。并且該第13發(fā)明的反應(yīng)性芯片可以用在第23發(fā)明的目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法中。
第23發(fā)明的方法是檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，其特征在于，在所述第13發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面的各振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使多種標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)各種探針的親和性程度。
即，根據(jù)該方法，在使同一列振動(dòng)面的各振動(dòng)面以不同振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，進(jìn)行目標(biāo)物質(zhì)和捕獲探針的雜交，通過(guò)以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)量，可以從親合力強(qiáng)的物質(zhì)開(kāi)始依次分類(lèi)。此外，使用了第14發(fā)明的反應(yīng)性芯片的第24發(fā)明的方法中，以根據(jù)共振頻率的差異所測(cè)定的質(zhì)量作為指標(biāo)，可以進(jìn)行經(jīng)時(shí)分類(lèi)；第25發(fā)明的方法中，可以測(cè)量伴隨溫度變化的雜交。使用了第15發(fā)明的反應(yīng)性芯片的第26發(fā)明的方法中，通過(guò)將捕獲探針固定面的振動(dòng)與使捕獲探針帶負(fù)電荷進(jìn)行組合，可以進(jìn)而高精度地檢測(cè)標(biāo)識(shí)DNA和探針DNA的親和性。
第16發(fā)明的反應(yīng)性芯片是所述第2到第7發(fā)明的另一種其他形態(tài)，是將3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成同一列或?qū)?個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成n(n大于等于2)×m(m大于等于2)的格子狀，并在同一列的振動(dòng)面上各自固定了與目標(biāo)物質(zhì)的不同部位結(jié)合的捕獲探針的反應(yīng)性芯片。這時(shí)的“與目標(biāo)物質(zhì)的不同部位結(jié)合”，例如，如果是DNA片段，則指的是與其堿基序列的不同區(qū)域結(jié)合；如果是肽鏈，則指的是與其全長(zhǎng)氨基酸序列的不同區(qū)域結(jié)合。例如圖11的例中，將對(duì)應(yīng)于染色體DNA(A)的一端開(kāi)始的順次4個(gè)區(qū)域的捕獲探針A1～A4固定在第1列的4個(gè)振動(dòng)面上，在第2～4列上各自固定對(duì)應(yīng)于染色體(B)～(D)的4個(gè)區(qū)域的捕獲探針。此外，例如，在圖12的例中，在4×4的格子狀振動(dòng)面上，各自固定了對(duì)應(yīng)于染色體DNA(A)的一端開(kāi)始的順次4個(gè)區(qū)域的各種組合的捕獲探針。
并且，該第16發(fā)明的反應(yīng)性芯片可以用在第27發(fā)明的目標(biāo)物質(zhì)檢測(cè)方法中。
第27發(fā)明的方法是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)變異的方法，其特征在于，在使所述第16發(fā)明的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的情況下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，通過(guò)以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)，檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。這時(shí)的“變異”指的是缺失、取代、插入、擴(kuò)增、反復(fù)等。更具體的說(shuō)，指的是染色體DNA的這些變異、與之對(duì)應(yīng)的mRNA、cDNA的變異、或這些的表達(dá)產(chǎn)物即蛋白質(zhì)、肽等的同樣的變異。
比如，按照?qǐng)D11的構(gòu)成固定捕獲探針時(shí)，目標(biāo)物質(zhì)(染色體DNA)如果是正常的，則如圖11的右所示，目標(biāo)物質(zhì)分別與各探針結(jié)合。但是，如圖13所示，當(dāng)與探針3及4的結(jié)合量變?yōu)?倍時(shí)，可以檢測(cè)出對(duì)應(yīng)于探針3及4對(duì)應(yīng)的染色體DNA區(qū)域的3-4發(fā)生了擴(kuò)增。此外，如圖14所示，與探針1、2、4結(jié)合，而與探針3不結(jié)合時(shí)，可以檢測(cè)出對(duì)應(yīng)于探針3的染色體DNA區(qū)域3的缺失。
進(jìn)而，通過(guò)以圖12的構(gòu)成固定捕獲探針，例如可以檢測(cè)出染色體DNA的插入、取代等。例如圖15左欄所示，目標(biāo)物質(zhì)(染色體DNA)與A1～A4單獨(dú)探針、及A1+2和A3+4探針結(jié)合時(shí)，如圖15右欄所示，可以檢測(cè)出染色體DNA的區(qū)域2和3之間插入了X排列。此外，如圖16左欄所示，染色體DNA與A1～A4單獨(dú)探針、A1+2、A2+4，A3+4，A1+2+4探針結(jié)合時(shí)，如圖16右欄所示，可以檢測(cè)出染色體DNA區(qū)域3和4的取代。
此外，在使用了第17發(fā)明的反應(yīng)性芯片的第28發(fā)明的方法中，以根據(jù)共振頻率的不同所測(cè)定的質(zhì)量作為指標(biāo)，可以檢測(cè)出目標(biāo)物質(zhì)的變異。例如，圖13的例中，測(cè)出的質(zhì)量為6/4倍，圖14的例中測(cè)出的質(zhì)量為3/4倍。使用了第18發(fā)明的反應(yīng)性芯片的第29發(fā)明的方法中，通過(guò)將捕獲探針固定面的振動(dòng)和使捕獲探針帶負(fù)電荷組合，可以更高精度地檢測(cè)出標(biāo)識(shí)DNA中的變異。
當(dāng)然，本申請(qǐng)的發(fā)明不局限于以上的例子，具體而言還有各種各樣的形態(tài)。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性如以上的詳細(xì)說(shuō)明，根據(jù)本申請(qǐng)的發(fā)明，可以提供可縮短反應(yīng)時(shí)間，并且有效防止錯(cuò)配結(jié)合，可高精度檢測(cè)廣泛的目標(biāo)物質(zhì)的新的反應(yīng)性芯片。還提供了使用這種反應(yīng)性芯片檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法。通過(guò)這種檢測(cè)方法，以往的反應(yīng)性芯片無(wú)法實(shí)現(xiàn)的對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的微小的差異的檢測(cè)也得以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)性芯片，其特征在于，在基板上整列布置了3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面，并在各振動(dòng)面上固定了與目標(biāo)物質(zhì)結(jié)合的捕獲探針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，各振動(dòng)面分別具有在第1電極和第2電極間插入壓電/電致伸縮元件而成的振動(dòng)發(fā)生部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，捕獲探針的固定面進(jìn)行了包被。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，基板具有薄壁區(qū)域和其周?chē)暮癖趨^(qū)域，并且在薄壁區(qū)域的上面具有振動(dòng)發(fā)生部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，基板具有薄壁區(qū)域和其周?chē)暮癖趨^(qū)域，并且在薄壁區(qū)域的下面具有振動(dòng)發(fā)生部。
6.根據(jù)權(quán)利要求2到5的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，第1電極和第2電極的各自引線(xiàn)對(duì)于每個(gè)振動(dòng)發(fā)生部是獨(dú)立的。
7.根據(jù)權(quán)利要求2到5的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，第1電極和第2電極的任意一方的引線(xiàn)是共用的。
8.根據(jù)權(quán)利要求2到7的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，具有測(cè)定振動(dòng)面共振頻率的單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求2到7的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，第1電極表面為捕獲探針的固定面，第1電極以及第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求2到7的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，在各振動(dòng)面上分別固定了不同種類(lèi)的捕獲探針。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，具有測(cè)定壓電/電致伸縮元件的共振頻率的單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，第1電極表面為捕獲探針固定面，第1電極以及第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源。
13.根據(jù)權(quán)利要求2到7所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，將3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成同一列或?qū)?個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成n(n大于等于2)×m(m大于等于2)的格子狀，并在同一列的振動(dòng)面上固定同一種類(lèi)的捕獲探針。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，具有測(cè)定振動(dòng)面共振頻率的單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，第1電極表面為捕獲探針固定面，第1電極以及第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源。
16.根據(jù)權(quán)利要求2到7的任一項(xiàng)所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，將3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成同一列或?qū)?個(gè)或4個(gè)以上的振動(dòng)面整列布置成n(n大于等于2)×m(m大于等于2)的格子狀，并在同一列的振動(dòng)面上分別固定了結(jié)合于目標(biāo)物質(zhì)不同部位的捕獲探針。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，具有測(cè)定振動(dòng)面共振頻率的單元。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的反應(yīng)性芯片，其特征在于，第1電極表面為捕獲探針固定面，第1電極以及第2電極除交流電源外，進(jìn)而還接通了直流電源。
19.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針親和性的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求10所述的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在使振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)使溫度經(jīng)時(shí)改變的狀態(tài)下，使試料與捕獲探針接觸。
21.一種檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的方法，其是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求11中的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，以振動(dòng)面的共振頻率的變化作為指標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在使反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)使溫度經(jīng)時(shí)改變的狀態(tài)下，使試料接觸捕獲探針，以共振面的共振頻率作為指標(biāo)經(jīng)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)。
23.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)與捕獲探針結(jié)合的目標(biāo)物質(zhì)的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求12中的反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，在停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為捕獲探針固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電流，將標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)。
24.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求13中反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面的各振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使多種標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)各捕獲探針的親和性程度。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在使振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)使溫度經(jīng)時(shí)改變的狀態(tài)下，使試料與捕獲探針接觸。
26.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求14中的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，以振動(dòng)面的共振頻率的變化作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)對(duì)各捕獲探針的親和性程度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的檢測(cè)方法，其特征在于，在使反應(yīng)性芯片的振動(dòng)面振動(dòng)的同時(shí)使溫度經(jīng)時(shí)改變的狀態(tài)下，使試料與捕獲探針接觸，以振動(dòng)面的共振頻率的變化作為指標(biāo)，經(jīng)時(shí)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的有無(wú)。
28.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)多種目標(biāo)物質(zhì)對(duì)捕獲探針的親和性的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求15中的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面的各振動(dòng)面以不同的振幅振動(dòng)的狀態(tài)下，使各種標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，在停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為捕獲探針的固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電流，以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)針對(duì)各捕獲探針的親和性程度。
29.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求16中的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，停止振動(dòng)面的振動(dòng)，通過(guò)以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)，檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。
30.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求17中的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，通過(guò)以振動(dòng)面的共振頻率的變化作為指標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的有無(wú)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。
31.一種目標(biāo)物質(zhì)的檢測(cè)方法，其是檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異的方法，其特征在于，在使權(quán)利要求18中的反應(yīng)性芯片的同一列振動(dòng)面振動(dòng)的狀態(tài)下，使含有標(biāo)識(shí)化目標(biāo)物質(zhì)的試料與反應(yīng)性芯片的捕獲探針接觸，在停止振動(dòng)面的振動(dòng)后，給作為探針的固定面的第1電極接通一定時(shí)間的負(fù)直流電流，通過(guò)以標(biāo)識(shí)作為指標(biāo)檢測(cè)結(jié)合于捕獲探針的目標(biāo)物質(zhì)，來(lái)檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的變異。
全文摘要
提供針對(duì)廣泛的目標(biāo)物質(zhì)的、能夠縮短反應(yīng)時(shí)間、有效防止錯(cuò)配結(jié)合、可以得到高精度檢測(cè)結(jié)果的反應(yīng)性芯片。即，本發(fā)明的反應(yīng)性芯片是在基板(30)上整列布置了3個(gè)或3個(gè)以上的振動(dòng)面(50)，并在各振動(dòng)面上固定了與目標(biāo)物質(zhì)結(jié)合的捕獲探針(60)，各振動(dòng)面具有在第1電極(11)和第2電極(12)間插入壓電/電致伸縮元件(20)而成的振動(dòng)發(fā)生部(40)。
文檔編號(hào)G01N37/00GK1723392SQ20048000191
公開(kāi)日2006年1月18日 申請(qǐng)日期2004年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者吉田安子, 廣田壽一, 武內(nèi)幸久 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社