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JP4136418B2 - Method for producing DNA microarray - Google Patents

Method for producing DNA microarray Download PDF

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JP4136418B2
JP4136418B2 JP2002094064A JP2002094064A JP4136418B2 JP 4136418 B2 JP4136418 B2 JP 4136418B2 JP 2002094064 A JP2002094064 A JP 2002094064A JP 2002094064 A JP2002094064 A JP 2002094064A JP 4136418 B2 JP4136418 B2 JP 4136418B2
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dna microarray
detection
fine powder
conductive fine
dna
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Nissha Printing Co Ltd
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  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電気化学的にDNAやRNAを検出する方法において用いることができるDNAマイクロアレイの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、遺伝子構造を大量に効率的に解析するための解析ユニットとしてDNAマイクロアレイがある(DNAチップともいう)。
【0003】
DNAマイクロアレイとして、プローブDNAを電極型センサに適用する方法がある(特開平9−288080参照)。すなわち、出力端子を備えた電極であって、プローブDNAが固定された電極と試料DNAとを反応させ、反応後の電極の電流を測定することにより、プローブDNAと試料DNAとで形成されるハイブリッドDNAの存在を検出あるいはハイブリッドDNAの量を測定する方法である。すなわち、導電性物質で修飾されたプローブDNAが結合した電極を、試料DNAを含む検体溶液に導入することにより、プローブDNAと相補的な配列を有する試料DNAがハイブリダイズし、ハイブリッドDNAが形成される。このハイブリダイゼーションは、インターカレーターの存在下で行なう。インターカレーターは、ハイブリッドDNAの層間に侵入し、一種の電荷移動錯体を形成する。ハイブリッドを形成しない場合、つまり一本鎖のままであれば、インターカレーションは起こらない。インターカレーションにより、電極に流れる電流量が変化する。この電流は、ハイブリダイズにより形成された二本鎖DNAにインターカレートしたインターカレーターの酸化、還元によるものである。二本鎖DNAの形成の程度はインターカレートの程度として検出することができる。したがって、電極に流れる電流量を検出および/または測定することにより、ハイブリッドDNAの存在が検出され、あるいはハイブリッドDNAの量が測定される。このような電気化学的検出方式に用いるDNAマイクロアレイは、ECA(Electronic Chemical Array)チップともいう。
【0004】
電気化学的検出方式に用いるDNAマイクロアレイの電極としては、蒸着法で形成されたアレー状に配置された多数の微細な金電極上に、それぞれ異なる種類の合成オリゴDNAを共有結合させたものがある(特開2000−50931参照)。各金電極に異なる種類の合成オリゴDNAを供給する手段としては、フォトリソグラフィー法を利用した方法や、ディスペンサーで反応性物質を滴下する方法がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記DNAマイクロアレイの基板上には、数百〜数万個の電極を形成していることが多い。このような場合、フォトリソグラフィー法を利用して核酸を固定するには、多数のマスク処理が必要となるという問題がある。また、ディスペンサー法を利用して核酸を固定するには、ペン先を洗浄することによる核酸濃度の不均一性が生じるといった問題や、基板上に形成された微細な電極との高精度な位置合わせが必要となるという問題がある。
【0006】
したがって、この発明は、上記のような問題点を解消し、フォトリソグラフィー法やディスペンサー法を用いずに製造することができるDNAマイクロアレイの製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明のDNAマイクロアレイの製造方法は、以上の目的を達成するために、つぎのように構成した。
【0008】
つまり、この発明のDNAマイクロアレイは、絶縁性を有する基板上に、リード部および検出部が直列になるように導電性インキを用いて連続的に印刷し、次いで導電性微粉末を未乾燥の検出部に付着させ、次いでリード部および検出部を乾燥させ、次いで導電性微粉末に核酸を電気的に固定化させるように構成した。
【0009】
また、絶縁性を有する基板上に、リード部を導電性インキを用いて印刷して乾燥し、次いで検出部を導電性インキを用いてリード部と直列になるように印刷し、次いで導電性微粉末を未乾燥の検出部に付着させ、次いで検出部を乾燥させ、次いで導電性微粉末に核酸を電気的に固定化させるように構成してもよい。
【0011】
また、上記の発明において、導電性微粉末が、金属またはグラファイトからなるように構成してもよい。
【0012】
また、上記の発明において、基板上に複数列のリード部および検出部を形成するように構成してもよい。
【0013】
【発明の実施の形態】
図面を参照しながらこの発明の実施の形態について詳しく説明する。
【0014】
図1は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す断面図である。図2〜4は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。図5は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す模式図である。図6〜9は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。図10は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す断面図である。図11は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す平面図である。図12は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す断面図である。図13は、この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す平面図である。図中、1はDNAマイクロアレイ、2は基板、3はリード部、4は検出部、5は導電性微粉末、6は核酸、7はマスキングである。
【0015】
この発明のDNAマイクロアレイ1の製造方法は、絶縁性を有する基板2上に、リード部3および検出部4が直列になるように導電性インキを用いて連続的に印刷し、次いで導電性微粉末5を未乾燥の検出部4に付着させ、次いでリード部3および検出部4を乾燥させ、次いで導電性微粉末5に核酸6を電気的に固定化させる方法である。なお、この発明でいうDNAマイクロアレイ1とは、DNAの検出だけでなく、RNAの検出を行うものも含む。
【0016】
まず、絶縁性を有する基板2上に、リード部3および検出部4が直列になるように導電性インキを用いて連続的に印刷する(図2参照)。
【0017】
基板2としては、絶縁性を有し、導電性インキが印刷可能なものであればよく、たとえば、紙類、ポリエチレン樹脂、エチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイソブチレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、含フッ素樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリスチレン樹脂、アセタール樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、シリコーン樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリスルホン樹脂などの有機材料や、ガラス、アルミナなどの無機材料などを使用することができる。DNAマイクロアレイ1において、リード部3および検出部4が形成された基板2が複数枚積層される多層構成にする場合は、各基板2の厚さを数十μm程度と薄いものにすると、DNAマイクロアレイ1をより小型化することができ、DNAマイクロアレイ1に接触させるべき試料の量が少なくなるので好適である。
【0018】
導電性インキは、導電性フィラー、バインダー、溶剤から少なくとも構成される。導電性フィラーとしては、導電性に優れた物質である銅粉、金粉、黒鉛、カーボンブラック、炭素繊維、ニッケル粉などを用いることができる。なお、銀粉は試料溶液中に溶出するなどマイグレーションが生じるおそれがあるため、他の物質をフィラーとして用いるのが好ましい。バインダーとしては、エポキシ系樹脂、アルキド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体系樹脂などを用いることができる。溶剤としては、バインダーとして用いる樹脂を溶解するものを用いるとよい。また、必要に応じて、分散剤、滑剤、カップリング剤などの添加剤を加えてもよい。
【0019】
導電性インキに要求される特性としては、導電性、印刷適正、乾燥性が挙げられる。導電性が小さいと検出信号が小さくなり、ノイズの影響が大きくなるので正しい検出結果を得るのが困難になる。この発明においては、導電性は、リード部3の長さなどにより適宜精度よく検出できる範囲であればよく、ばらつきの少ない安定した検出信号を取り出すには1500Ω/cm以下であるのが好ましい。
【0020】
導電性インキの印刷方法としては、たとえば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法など、通常の印刷法を用いることができる。印刷方法は、導電性インキの種類や、リード部3および検出部4のパターン形状などに応じて適宜選択すればよい。
【0021】
リード部3は、導電性インキの印刷によって形成される。リード部3は、電流量を測定する機器に接続する端子と検出部4との間を、所望の抵抗値を有する回路によって接続されるように形成する。
【0022】
検出部4は、導電性インキの印刷によって形成される。リード部3と検出部4とは、導電性インキの印刷によって、リード部3および検出部4が直列になるように連続したパターンとして1回の印刷工程で連続して印刷して形成することができる。検出部4としては、所望の抵抗値を有するとともに、導電性微粉末5が確実に固着することが必要である。すなわち、導電性微粉末5が確実に検出部4の表面に固着できるようにするため、印刷された検出部4の導電性インキ膜厚と、付着される導電性微粉末5の粒径を、適宜選択するとよい。また、試料に含まれる複数種類の核酸6を同時に検出させる場合には、複数の検出部4を同一の基板2上に形成することになるため、検出部4を微細に形成することによって集積度を高めることができる。
【0023】
次いで、導電性微粉末5を未乾燥の検出部4に付着させる(図3参照)。
【0024】
導電性微粉末5としては、導電性を有し、核酸6を固定化することができるものを用いる。たとえば、金、グラシーカーボン、炭素などからなる微粉末を用いることができる。導電性微粉末5の形状や大きさとしては、検出能力や再現性の点から印刷された導電性インキ上に一面に形成されるものであればよく、たとえば、球状、板状、針状など種々の形状のものを用いることができる。特に、形状が球状であると、検出部4に均一に付着させることができるので好ましい。
【0025】
基板2上に検出部4として印刷された導電性インキが乾燥するまでの間に、導電性微粉末5を、検出部4の上に付着させる。
【0026】
導電性微粉末5を付着させる方法としては、印刷された導電性インキである検出部4の表面上に、導電性微粉末5を積層させることができる方法であればよい。たとえば、印刷された導電性インキの上方から導電性微粉末5を自然散布する方法、導電性微粉末5を吹き付ける方法、基板2と導電性微粉末5の双方を帯電させ、静電気を利用して吸着させる方法、大量の導電性微粉末5中に基板2をくぐらせる方法などがある。このような工程の後、余分な導電性微粉末5をエアーガンなどで除去し、検出部4の表面にのみ導電性微粉末5を付着させることができる(図4参照)。また、導電性微粉末5の散布等の際に、導電性微粉末5がリード部3に付着しないようにするため、リード部3をマスキング用治具などで覆うようにしてもよい。
【0027】
次いでリード部3および検出部4を乾燥させる。
【0028】
リード部3および検出部4を構成する導電性インキを、加熱などの手段で乾燥させ、導電性微粉末5を検出部4に完全に固着させ剥離しないようにする。導電性インキを乾燥させることにより、リード部3および検出部4を実用的な抵抗値にするとともに、導電性微粉末5との密着をより強固にすることができる。
【0029】
次いで、導電性微粉末5に核酸6を電気的に固定化させる。なお、本発明でいう核酸6とは、DNA断片またはRNA断片をいう。
【0030】
核酸6を電気的に固定化させるには、次のような方法がある(図5参照)。すなわち、まず、酢酸緩衝液(pH5)に検出部4を挿入し、電位を+1.5V(vs Ag/AgCl)で1分間印加し、検出部4に付着した導電性微粉末5表面の活性化処理を行う。次いで、核酸630ppmを含む0.2Mリン酸緩衝液pH7に検出部4を挿入し、3分間電位を+0.5Vに保って導電微粉末上に核酸6を固定化する。次いで、0.2Mリン酸緩衝液pH7に検出部4を挿入し、すすぎ洗いした後55℃30分間の条件にてオーブンで乾燥する。
【0031】
以上のようにしてDNAマイクロアレイ1を得ることができる(図1参照)。
【0032】
また、次のような方法でDNAマイクロアレイ1を得るようにしてもよい。
【0033】
まず、絶縁性を有する基板2上に、リード部3を導電性インキを用いて印刷して乾燥する(図6参照)。リード部3が印刷された後にリード部3の導電性インキを乾燥させ、検出部4の印刷に備えるようにする。
【0034】
次いで、検出部4を、導電性インキを用いてリード部3と直列になるように印刷する(図7参照)。検出部4のパターンは、リード部3と部分的に重複するように形成することによって、検出部4とリード部3との導通を図ることができる。
【0035】
次いで、導電性微粉末5を未乾燥の検出部4に付着させる(図8参照)。この際、リード部3を構成する導電性インキはすでに乾燥しているため、マスキングなどの処理を行わなくても導電性微粉末5は検出部4にのみ付着する。
【0036】
次いで、検出部4を乾燥させ、余分な導電性微粉末5をエアーガンなどで除去する(図9参照)。
【0037】
次いで、次いで導電性微粉末5に核酸6を電気的に固定化させる(図5参照)ことにより、DNAマイクロアレイ1を得ることができる(図10参照)。
【0038】
また、次のような方法でDNAマイクロアレイ1を得るようにしてもよい。
【0039】
まず、絶縁性を有する基板2上に、リード部3および検出部4が直列になるように導電性インキを用いて連続的に印刷する(図2参照)。
【0040】
次いで、リード部3および検出部4を乾燥させる。
【0041】
次いで、検出部4が露出するようにリード部3をマスキング7する(図11参照)。
【0042】
次いで、検出部4に核酸6を電気的に固定化させる(図5参照)ことにより、DNAマイクロアレイ1を得ることができる(図12参照)。
【0043】
また、DNAマイクロアレイ1は、複数列のリード部3および検出部4を有し、各検出部4に異なる種類の核酸6が付着されたものであってもよい(図13参照)。各検出部4ごとに個別に電位を印加することによって、各検出部4に異なる種類の核酸6を固定化させることができる。
【0044】
また、この発明のDNAマイクロアレイ1は、リード部3および検出部4が形成された基板2が複数枚積層される多層構成とすることができる。このように構成することにより、検出部4の集積度を高めることができ、少量の試料によって検出を行うことが可能になる。
【0045】
この発明のDNAマイクロアレイ1は、いわゆる電気化学的検出方式に用いることができるものである。電気化学的検出方式は、大掛かりな検出装置を必要とせず即時的に判定することができ、また蛍光検出方式よりも感度がはるかに高い方式である。
【0046】
本願発明のように電気化学的にハイブリダイズを検出するインターカレーターとしては、フェロセン化合物、カテコールアミン化合物、金属ビピリジン錯体、金属フェナンスリン錯体、ビオローゲン化合物などが挙げられる。ハイブリダイズの検出は、インターカレーター自身がハイブリダイス部以外の電極表面に付着する場合があるのであらかじめハイブリダイズさせずに電極表面だけに付着するインターカレーター量をブランク値として測定する必要がある。次いでハイブリダイズさせブランクと同様の操作で電流電位曲線を測定する。得られた電流電位曲線からブランクを差し引いて補正すればハイブリダイズ部に使用されたインターカレーター量を算出することができる。
【0047】
この発明のDNAマイクロアレイ1は、検出部4を対極と共に試料溶液に浸漬させることによって検出を行うことができる。また、対極と共に並べ、検出部4に試料溶液を滴下することによって検出を行うことができる。
【0048】
【実施例】
(実施例1) 厚さ250μm、大きさ10mm×40mmのポリエチレンテレフタレートフィルムを基板とし、その上に導電性インキ(十条ケミカル株式会社製カーボンペーストインキCH−1)をスクリーン印刷にて5mm角の検出部と5mm×30mmのリード部とがそれぞれ直列になるよう印刷し、次いで粒子径が揃うよう乳鉢で十分すりつぶした導電性微粉末(株式会社内藤商店製)の中に検出部のみを浸漬した。
【0049】
次いで、基板をオーブンで70℃、2時間の乾燥処理を行い、さらに余分な導電性微粉末をエアーガンで除去した。
【0050】
次いで、酢酸緩衝液(pH5)に上記基板の検出部が十分浸漬する様挿入し、電位を+1.5V(vs Ag/AgCl)1分間印加した。次いで、ポリグアニル酸カリウム塩(Sigma−Aldrich社製POLYGUANYLICACID potassium salt)を0.2Mリン酸緩衝溶液(pH7.0)で30ppmになるよう調整した液中に上記作製した基板の検出部を挿入し、+0.5V(vs Ag/AgCl)に保って3分間印加し、導電性微粉末上に核酸を固定化してDNAマイクロアレイを得た。
【0051】
このようにして得たDNAマイクロアレイを、0.2Mリン酸緩衝溶液(pH7.0)液中に挿入し、電位を+0.1Vより+1.3Vまで走査し酸化還元電位を測定したところ0.9V付近にグアニンのピークが確認された。
【0052】
(実施例2) 実施例1と同様の基板上に、導電性インキ(十条ケミカル株式会社製カーボンペーストインキCH−1)をスクリーン印刷にて5mm×30mmのリード部を印刷し、オーブンで70℃2時間乾燥した。
【0053】
次いで、同様に5mm角の大きさの検出部を実施例1と同様に印刷した後、実施例1と同様の導電性微粉末を基板上方より散布した。
【0054】
次いで、余分な導電性微粉末をエアーガンで除去した後、オーブンで70℃、2時間乾燥した。
【0055】
次いで、実施例1と同様にして基板上の導電性微粉末に核酸を固定化し、DNAマイクロアレイを得た。
【0056】
このようにして得たDNAマイクロアレイについて、実施例1と同様にして酸化還元電位を測定したところ、グアニンのピークが確認された。
【0057】
(実施例3) 実施例1と同様の基板上に、実施例1と同様にして検出部とリード部とがそれぞれ直列になるよう印刷し、この基板をオーブンで70℃、2時間の乾燥処理を行った。
【0058】
次いで、アクリル系樹脂インキ(十条ケミカル株式会社製)を用いて検出部およびリード部の端部のみが露出するよう、スクリーン印刷にて7mm×15mmの大きさで印刷してリード部のマスキングを行った。次いで、実施例1と同様にして検出部に核酸を固定化し、DNAマイクロアレイを得た。
【0059】
このようにして得たDNAマイクロアレイについて、実施例1と同様にして酸化還元電位を測定したところ、グアニンのピークが確認された。
【0060】
【発明の効果】
この発明は、前記した構成からなるので、次のような効果を有する。
【0061】
この発明のDNAマイクロアレイの製造方法は、絶縁性を有する基板上に、リード部および検出部が直列になるように導電性インキを用いて連続的に印刷し、次いで導電性微粉末を未乾燥の検出部に付着させ、次いでリード部および検出部を乾燥させ、次いで導電性微粉末に核酸を電気的に固定化させるように構成されているので、フォトリソグラフィー法やディスペンサー法を用いずにDNAマイクロアレイを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す断面図である。
【図2】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図3】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図4】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図5】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す模式図である。
【図6】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図7】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図8】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図9】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す断面図である。
【図10】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す断面図である。
【図11】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法の一工程を示す平面図である。
【図12】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す断面図である。
【図13】この発明のDNAマイクロアレイの製造方法によって得ることができるDNAマイクロアレイの一実施例を示す平面図である。
【符号の説明】
1 DNAマイクロアレイ
2 基板
3 リード部
4 検出部
5 導電性微粉末
6 核酸
7 マスキング
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a DNA microarray that can be used in a method for electrochemically detecting DNA or RNA.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is a DNA microarray (also referred to as a DNA chip) as an analysis unit for efficiently analyzing a large amount of gene structure.
[0003]
As a DNA microarray, there is a method in which probe DNA is applied to an electrode type sensor (see JP-A-9-288080). That is, an electrode having an output terminal, which is a hybrid formed by the probe DNA and the sample DNA by reacting the electrode on which the probe DNA is immobilized with the sample DNA and measuring the current of the electrode after the reaction. This is a method for detecting the presence of DNA or measuring the amount of hybrid DNA. That is, by introducing an electrode bound to a probe DNA modified with a conductive substance into a sample solution containing the sample DNA, the sample DNA having a sequence complementary to the probe DNA is hybridized to form a hybrid DNA. The This hybridization is performed in the presence of an intercalator. Intercalators penetrate between hybrid DNA layers to form a kind of charge transfer complex. If no hybrid is formed, that is, if it remains single-stranded, no intercalation occurs. The amount of current flowing through the electrode changes due to the intercalation. This current is due to the oxidation and reduction of the intercalator intercalated into the double-stranded DNA formed by hybridization. The degree of double-stranded DNA formation can be detected as the degree of intercalation. Therefore, the presence of hybrid DNA is detected by detecting and / or measuring the amount of current flowing through the electrode, or the amount of hybrid DNA is measured. A DNA microarray used for such an electrochemical detection method is also called an ECA (Electronic Chemical Array) chip.
[0004]
As an electrode of a DNA microarray used for an electrochemical detection method, there are electrodes in which different types of synthetic oligo DNAs are covalently bonded to a large number of fine gold electrodes arranged in an array formed by vapor deposition. (See JP 2000-50931). As means for supplying different types of synthetic oligo DNA to each gold electrode, there are a method using a photolithography method and a method of dropping a reactive substance with a dispenser.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, hundreds to tens of thousands of electrodes are often formed on the substrate of the DNA microarray. In such a case, there is a problem that a large number of mask processes are required in order to fix the nucleic acid by using the photolithography method. In addition, in order to immobilize nucleic acids using the dispenser method, problems such as non-uniformity in the concentration of nucleic acids due to washing of the pen tip, and high-precision alignment with fine electrodes formed on the substrate There is a problem that is necessary.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a DNA microarray that can solve the above problems and can be produced without using a photolithography method or a dispenser method.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method for producing a DNA microarray of the present invention is configured as follows.
[0008]
In other words, the DNA microarray of the present invention continuously prints on the insulating substrate using the conductive ink so that the lead portion and the detection portion are in series, and then detects the conductive fine powder as undried. Then, the lead part and the detection part were dried, and then the nucleic acid was electrically immobilized on the conductive fine powder.
[0009]
In addition, on the insulating substrate, the lead portion is printed with conductive ink and dried, then the detection portion is printed with conductive ink so as to be in series with the lead portion, and then the conductive fine portion is printed. The powder may be attached to an undried detection unit, then the detection unit may be dried, and then the nucleic acid may be electrically immobilized on the conductive fine powder.
[0011]
In the above invention, the conductive fine powder may be composed of metal or graphite.
[0012]
In the above invention, a plurality of rows of lead portions and detection portions may be formed on the substrate.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention. 2 to 4 are cross-sectional views showing one step of the method for producing the DNA microarray of the present invention. FIG. 5 is a schematic diagram showing one step of the method for producing the DNA microarray of the present invention. 6 to 9 are cross-sectional views showing one step of the method for producing the DNA microarray of the present invention. FIG. 10 is a cross-sectional view showing an embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention. FIG. 11 is a plan view showing one step in the method for producing the DNA microarray of the present invention. FIG. 12 is a cross-sectional view showing an embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention. FIG. 13 is a plan view showing one embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention. In the figure, 1 is a DNA microarray, 2 is a substrate, 3 is a lead part, 4 is a detection part, 5 is a conductive fine powder, 6 is a nucleic acid, and 7 is a masking.
[0015]
In the method of manufacturing the DNA microarray 1 of the present invention, a conductive fine powder is printed on a substrate 2 having an insulating property using a conductive ink so that the lead portion 3 and the detection portion 4 are in series. In this method, 5 is attached to the undried detection part 4, then the lead part 3 and the detection part 4 are dried, and then the nucleic acid 6 is electrically immobilized on the conductive fine powder 5. The DNA microarray 1 referred to in the present invention includes not only DNA detection but also RNA detection.
[0016]
First, it prints continuously using a conductive ink so that the lead part 3 and the detection part 4 may become in series on the board | substrate 2 which has insulation (refer FIG. 2).
[0017]
The substrate 2 has only to be insulating and can be printed with conductive ink. For example, paper, polyethylene resin, ethylene resin, polypropylene resin, polyisobutylene resin, polyethylene terephthalate resin, unsaturated polyester resin. , Fluorine-containing resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polyvinyl acetate resin, polyvinyl alcohol resin, polyvinyl acetal resin, acrylic resin, polyacrylonitrile resin, polystyrene resin, acetal resin, polycarbonate resin, polyamide resin, phenol resin, Existence of urea resin, epoxy resin, melamine resin, styrene / acrylonitrile copolymer, acrylonitrile butadiene styrene copolymer, silicone resin, polyphenylene oxide resin, polysulfone resin, etc. Materials and glasses, and inorganic materials such as alumina can be used. In the DNA microarray 1, in the case of a multi-layer configuration in which a plurality of substrates 2 on which the lead portion 3 and the detection portion 4 are formed are stacked, if each substrate 2 is made as thin as several tens of μm, the DNA microarray 1 can be further reduced in size, and the amount of sample to be brought into contact with the DNA microarray 1 is reduced, which is preferable.
[0018]
The conductive ink is composed of at least a conductive filler, a binder, and a solvent. As the conductive filler, copper powder, gold powder, graphite, carbon black, carbon fiber, nickel powder and the like, which are substances having excellent conductivity, can be used. Since silver powder may migrate due to elution in the sample solution, it is preferable to use other substances as fillers. As the binder, epoxy resin, alkyd resin, acrylic resin, polyurethane resin, melamine resin, phenol resin, vinyl chloride-vinyl acetate copolymer resin and the like can be used. As the solvent, a solvent that dissolves a resin used as a binder may be used. Moreover, you may add additives, such as a dispersing agent, a lubricant, and a coupling agent, as needed.
[0019]
Properties required for the conductive ink include conductivity, printability, and drying properties. If the conductivity is small, the detection signal becomes small and the influence of noise becomes large, so that it is difficult to obtain a correct detection result. In the present invention, the conductivity may be within a range that can be detected appropriately with accuracy according to the length of the lead portion 3 and the like, and is preferably 1500 Ω / cm 2 or less in order to extract a stable detection signal with little variation.
[0020]
As a printing method of the conductive ink, for example, a normal printing method such as a screen printing method, a gravure printing method, an offset printing method, and an ink jet printing method can be used. What is necessary is just to select the printing method suitably according to the kind of conductive ink, the pattern shape of the lead part 3 and the detection part 4, etc. FIG.
[0021]
The lead part 3 is formed by printing with conductive ink. The lead part 3 is formed so that the terminal connected to the device for measuring the amount of current and the detection part 4 are connected by a circuit having a desired resistance value.
[0022]
The detection unit 4 is formed by printing conductive ink. The lead part 3 and the detection part 4 may be formed by printing in a continuous printing process in a single printing process so that the lead part 3 and the detection part 4 are arranged in series by printing conductive ink. it can. The detection unit 4 has a desired resistance value, and the conductive fine powder 5 needs to be firmly fixed. That is, in order to ensure that the conductive fine powder 5 can be fixed to the surface of the detection unit 4, the conductive ink film thickness of the printed detection unit 4 and the particle size of the conductive fine powder 5 to be attached are set as follows: It is good to select suitably. Further, when a plurality of types of nucleic acids 6 contained in a sample are detected at the same time, a plurality of detection units 4 are formed on the same substrate 2, and therefore the degree of integration can be achieved by forming the detection units 4 finely. Can be increased.
[0023]
Next, the conductive fine powder 5 is adhered to the undried detection unit 4 (see FIG. 3).
[0024]
As the conductive fine powder 5, one having conductivity and capable of immobilizing the nucleic acid 6 is used. For example, fine powder made of gold, glassy carbon, carbon or the like can be used. The shape and size of the conductive fine powder 5 may be any shape as long as it is formed on the entire surface of the conductive ink printed from the viewpoint of detection capability and reproducibility. For example, spherical, plate-like, needle-like, etc. Various shapes can be used. In particular, a spherical shape is preferable because it can be uniformly attached to the detection unit 4.
[0025]
The conductive fine powder 5 is adhered on the detection unit 4 until the conductive ink printed as the detection unit 4 on the substrate 2 is dried.
[0026]
As a method for attaching the conductive fine powder 5, any method can be used as long as the conductive fine powder 5 can be laminated on the surface of the detection unit 4 which is a printed conductive ink. For example, a method of naturally spraying the conductive fine powder 5 from above the printed conductive ink, a method of spraying the conductive fine powder 5, charging both the substrate 2 and the conductive fine powder 5, and utilizing static electricity There are a method of adsorbing, a method of passing the substrate 2 through a large amount of the conductive fine powder 5, and the like. After such a process, the excess conductive fine powder 5 can be removed with an air gun or the like, and the conductive fine powder 5 can be attached only to the surface of the detection unit 4 (see FIG. 4). Further, the lead 3 may be covered with a masking jig or the like in order to prevent the conductive fine powder 5 from adhering to the lead part 3 when the conductive fine powder 5 is dispersed.
[0027]
Next, the lead part 3 and the detection part 4 are dried.
[0028]
The conductive ink constituting the lead part 3 and the detection part 4 is dried by means such as heating, so that the conductive fine powder 5 is completely fixed to the detection part 4 so as not to peel off. By drying the conductive ink, the lead portion 3 and the detection portion 4 can be set to practical resistance values, and the adhesion with the conductive fine powder 5 can be further strengthened.
[0029]
Next, the nucleic acid 6 is electrically immobilized on the conductive fine powder 5. In the present invention, the nucleic acid 6 refers to a DNA fragment or an RNA fragment.
[0030]
There are the following methods for electrically immobilizing the nucleic acid 6 (see FIG. 5). That is, first, the detection unit 4 is inserted into an acetate buffer (pH 5), and a potential is applied at +1.5 V (vs Ag / AgCl) for 1 minute to activate the surface of the conductive fine powder 5 attached to the detection unit 4. Process. Next, the detection unit 4 is inserted into 0.2 M phosphate buffer pH 7 containing 630 ppm of nucleic acid, and the potential is maintained at +0.5 V for 3 minutes to immobilize the nucleic acid 6 on the conductive fine powder. Next, the detection unit 4 is inserted into 0.2 M phosphate buffer pH 7, rinsed, and then dried in an oven at 55 ° C. for 30 minutes.
[0031]
The DNA microarray 1 can be obtained as described above (see FIG. 1).
[0032]
Further, the DNA microarray 1 may be obtained by the following method.
[0033]
First, the lead portion 3 is printed on the insulating substrate 2 using conductive ink and dried (see FIG. 6). After the lead part 3 is printed, the conductive ink of the lead part 3 is dried to prepare for printing of the detection part 4.
[0034]
Next, the detection unit 4 is printed in series with the lead unit 3 using conductive ink (see FIG. 7). By forming the pattern of the detection unit 4 so as to partially overlap the lead unit 3, conduction between the detection unit 4 and the lead unit 3 can be achieved.
[0035]
Next, the conductive fine powder 5 is adhered to the undried detection unit 4 (see FIG. 8). At this time, since the conductive ink constituting the lead portion 3 is already dried, the conductive fine powder 5 adheres only to the detection portion 4 without performing a process such as masking.
[0036]
Next, the detection unit 4 is dried, and excess conductive fine powder 5 is removed with an air gun or the like (see FIG. 9).
[0037]
Next, the DNA microarray 1 can be obtained (see FIG. 10) by electrically immobilizing the nucleic acid 6 on the conductive fine powder 5 (see FIG. 5).
[0038]
Further, the DNA microarray 1 may be obtained by the following method.
[0039]
First, it prints continuously using a conductive ink so that the lead part 3 and the detection part 4 may become in series on the board | substrate 2 which has insulation (refer FIG. 2).
[0040]
Next, the lead part 3 and the detection part 4 are dried.
[0041]
Next, the lead portion 3 is masked 7 so that the detection portion 4 is exposed (see FIG. 11).
[0042]
Next, the DNA microarray 1 can be obtained (see FIG. 12) by electrically immobilizing the nucleic acid 6 on the detection unit 4 (see FIG. 5).
[0043]
Alternatively, the DNA microarray 1 may have a plurality of rows of lead portions 3 and detection portions 4, and different types of nucleic acids 6 may be attached to the detection portions 4 (see FIG. 13). By individually applying a potential to each detection unit 4, different types of nucleic acids 6 can be immobilized on each detection unit 4.
[0044]
In addition, the DNA microarray 1 of the present invention can have a multilayer structure in which a plurality of substrates 2 on which lead portions 3 and detection portions 4 are formed are stacked. With this configuration, the integration degree of the detection unit 4 can be increased, and detection can be performed with a small amount of sample.
[0045]
The DNA microarray 1 of the present invention can be used for a so-called electrochemical detection method. The electrochemical detection method can be determined immediately without the need for a large-scale detection device, and is much more sensitive than the fluorescence detection method.
[0046]
Examples of the intercalator for electrochemically detecting hybridization as in the present invention include ferrocene compounds, catecholamine compounds, metal bipyridine complexes, metal phenanthrine complexes, viologen compounds, and the like. In the detection of hybridization, since the intercalator itself may adhere to the electrode surface other than the hybrid part, it is necessary to measure the amount of intercalator adhering only to the electrode surface without hybridization in advance as a blank value. Next, hybridization is performed, and a current-potential curve is measured in the same manner as in the blank. If the blank is subtracted from the obtained current-potential curve for correction, the amount of intercalator used in the hybridizing part can be calculated.
[0047]
The DNA microarray 1 of the present invention can be detected by immersing the detection unit 4 in the sample solution together with the counter electrode. Moreover, it can detect by arranging with a counter electrode and dripping a sample solution to the detection part 4. FIG.
[0048]
【Example】
(Example 1) A polyethylene terephthalate film having a thickness of 250 μm and a size of 10 mm × 40 mm is used as a substrate, and conductive ink (carbon paste ink CH-1 manufactured by Jujo Chemical Co., Ltd.) is screen-printed thereon to detect a 5 mm square. The detection part was immersed in a conductive fine powder (manufactured by Naito Shoten Co., Ltd.) that was printed so that the lead part and 5 mm × 30 mm lead part were in series, and then sufficiently ground in a mortar so that the particle diameters were uniform.
[0049]
Next, the substrate was dried in an oven at 70 ° C. for 2 hours, and excess conductive fine powder was removed with an air gun.
[0050]
Next, the substrate was inserted so as to sufficiently immerse the detection part of the substrate in an acetate buffer (pH 5), and a potential of +1.5 V (vs Ag / AgCl) was applied for 1 minute. Next, the detection unit of the substrate prepared above was inserted into a solution prepared by adjusting potassium polyguanylate (POLYGUANLYLICACID potassium salt manufactured by Sigma-Aldrich) to 30 ppm with 0.2 M phosphate buffer solution (pH 7.0), It was kept at +0.5 V (vs Ag / AgCl) and applied for 3 minutes to immobilize nucleic acids on the conductive fine powder to obtain a DNA microarray.
[0051]
The DNA microarray thus obtained was inserted into a 0.2 M phosphate buffer solution (pH 7.0), the potential was scanned from +0.1 V to +1.3 V, and the redox potential was measured. A guanine peak was observed in the vicinity.
[0052]
(Example 2) On a substrate similar to that in Example 1, conductive lead (carbon paste ink CH-1 manufactured by Jujo Chemical Co., Ltd.) was printed on a lead portion of 5 mm × 30 mm by screen printing, and then 70 ° C. in an oven. Dried for 2 hours.
[0053]
Next, similarly, a detection unit having a size of 5 mm square was printed in the same manner as in Example 1, and then the same conductive fine powder as in Example 1 was sprayed from above the substrate.
[0054]
Next, excess conductive fine powder was removed with an air gun, followed by drying in an oven at 70 ° C. for 2 hours.
[0055]
Next, nucleic acids were immobilized on conductive fine powder on the substrate in the same manner as in Example 1 to obtain a DNA microarray.
[0056]
The DNA microarray thus obtained was measured for redox potential in the same manner as in Example 1. As a result, a guanine peak was confirmed.
[0057]
(Example 3) On the board | substrate similar to Example 1, it printed so that a detection part and a lead part may each be in series like Example 1, and this board | substrate dried at 70 degreeC for 2 hours. Went.
[0058]
Next, the lead part is masked by printing with a size of 7 mm × 15 mm by screen printing so that only the detection part and the end part of the lead part are exposed using acrylic resin ink (manufactured by Jujo Chemical Co., Ltd.). It was. Next, in the same manner as in Example 1, the nucleic acid was immobilized on the detection part, and a DNA microarray was obtained.
[0059]
The DNA microarray thus obtained was measured for redox potential in the same manner as in Example 1. As a result, a guanine peak was confirmed.
[0060]
【The invention's effect】
Since this invention consists of an above-described structure, it has the following effects.
[0061]
In the method for producing a DNA microarray of the present invention, a conductive ink is continuously printed on an insulating substrate so that the lead portion and the detection portion are in series, and then the conductive fine powder is undried. Since it is configured to adhere to the detection part, then dry the lead part and the detection part, and then electrically immobilize the nucleic acid on the conductive fine powder, the DNA microarray can be used without using a photolithography method or a dispenser method. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing one step of a method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one step of a method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing one step of a method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 5 is a schematic view showing one step of the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a step of the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a step of the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing one step of a method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a step of the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing one embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing one step in a method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing an embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention.
FIG. 13 is a plan view showing one embodiment of a DNA microarray that can be obtained by the method for producing a DNA microarray of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 DNA microarray 2 Substrate 3 Lead part 4 Detection part 5 Conductive fine powder 6 Nucleic acid 7 Masking

Claims (4)

絶縁性を有する基板上に、リード部および検出部が直列になるように導電性インキを用いて連続的に印刷し、次いで導電性微粉末を未乾燥の検出部に付着させ、次いでリード部および検出部を乾燥させ、次いで導電性微粉末に核酸を電気的に固定化させることを特徴とするDNAマイクロアレイの製造方法。  On the insulating substrate, printing is performed continuously using conductive ink so that the lead portion and the detection portion are in series, and then the conductive fine powder is attached to the undried detection portion, and then the lead portion and A method for producing a DNA microarray, comprising drying a detection part and then electrically immobilizing a nucleic acid on a conductive fine powder. 絶縁性を有する基板上に、リード部を導電性インキを用いて印刷して乾燥し、次いで検出部を導電性インキを用いてリード部と直列になるように印刷し、次いで導電性微粉末を未乾燥の検出部に付着させ、次いで検出部を乾燥させ、次いで導電性微粉末に核酸を電気的に固定化させることを特徴とするDNAマイクロアレイの製造方法。  On the insulating substrate, the lead portion is printed with conductive ink and dried, then the detection portion is printed with the conductive ink so as to be in series with the lead portion, and then the conductive fine powder is applied. A method for producing a DNA microarray, comprising attaching to an undried detection portion, then drying the detection portion, and then electrically immobilizing nucleic acid on the conductive fine powder. 導電性微粉末が、金属またはグラファイトからなるものである請求項1〜2のいずれかに記載のDNAマイクロアレイの製造方法。  The method for producing a DNA microarray according to claim 1, wherein the conductive fine powder is made of metal or graphite. 基板上に複数列のリード部および検出部を形成する請求項1〜のいずれかに記載のDNAマイクロアレイの製造方法。The method for producing a DNA microarray according to any one of claims 1 to 3 , wherein a plurality of rows of lead portions and detection portions are formed on a substrate.
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