專利名稱：生化反應裝置及基板,雜交用基板的制造方法及雜交方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過使用基板提供生化反應的生化反應裝置，用于生化反應的基板(下文中也稱為生物測定基板)，例如DNA芯片等等，雜交核苷酸鏈的方法，以及其中探針(probe)用核苷酸鏈被固定的用于雜交的基板的制造方法。
本發(fā)明要求于2003年7月7日在日本專利局提交的日本專利申請No.2003-193064的優(yōu)先權，其全部內容在此參考引用。
背景技術：
近年來，被稱為“DNA芯片”或者“DNA微陣(DNA microarray)”(下文將通稱為DNA芯片”)的用于生化反應的基板用于分析基因突變、SNP(單核苷酸多態(tài)現(xiàn)象，single nucleotide polymorphisms)以及基因表達(geneexpression)的頻率等等，在該基板中利用微陣技術微陣排列預定的DNA(全長或者部分)。這樣的用于生化反應的基板已經(jīng)在許多領域得到應用，例如藥品研究、臨床診斷、藥理學、法醫(yī)學等等領域。
在利用DNA芯片進行DAN分析時，從細胞和組織等中提取出的mRNA(信使RNA，messenger RNA)被PCR-放大，并且通過逆轉寫PCR(聚合酶鏈反應)等方式在其中集成熒光探針用dNTP，由此生成樣本用DNA，并且將該樣本用DNA滴到已固相化(固定)于DNA芯片上的探針用DNA上，由此使樣本用DNA和探針用DNA雜交。然后，將熒光標識物插入到雙螺旋中，并且利用預定的檢測器測量熒光。在這樣的操作中，確定了是否樣本用DNA和探針用DNA的堿基順序相同。
日本專利申請JP 2001-238674公開了一種雜交加速技術，該技術是基于DNA帶負電的事實，并且其中將正電極設置在固定的探針用DNA附近，由此將漂移的樣本用DNA移向探針用DNA，從而加速了雜交。
然而，由于在溶液中單股DNA不形成通常的鏈，而是形成隨機的卷，由此空間上妨礙樣本用DNA和探針用DNA結合，由此難以快速雜交DNA。即使在電場的作用下，漂移的樣本用DNA移向探針用DNA，空間上的妨礙仍存在，并且難于進行更快速的雜交。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是通過提供一種能夠快速雜交DNA的生化反應裝置，克服上述現(xiàn)有技術的缺點。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠快速雜交并具有更為簡單的構造的生化反應基板。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造能夠快速雜交并具有更為簡單的構造的生化反應基板的方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種能夠容易、快速地實現(xiàn)雜交的雜交方法。
上述目的可以通過提供一種利用生化反應基板的生化反應裝置來實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，該裝置包括用于保持基板的裝置，該基板具有用于生化反應的反應區(qū)和形成在所述反應區(qū)中的電極；與所述基板的電極相對設置的外部電極；和用于在所述基板的電極和外部電極之間產(chǎn)生電場的電場控制裝置。
此外，上述目的可以通過提供一種用于生化反應的生化反應基板來實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，所述基板包括用于生化反應的反應區(qū)；和用于在其自身和一外部電極之間產(chǎn)生電場的電極以使所述電場形成在所述反應區(qū)內的電極。
此外，上述目的可以通過提供一種制造雜交基板的方法來實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括以下步驟在一基板的平表面上形成多個并，每個井的底部經(jīng)一第一功能團改性；向每個井中滴入含有核苷酸鏈的溶液，其中所述核苷酸鏈的一端經(jīng)與所述第一功能團結合的一第二功能團改性；在施加垂直于所述平基板的AC電場時，將所述第一功能團與所述第二功能團結合，以將所述核苷酸鏈與所述井的底部結合。
在所述基板制造方法中，探針用核苷酸鏈的一端連接至所述平基板的表面，并且通過垂直于所述核苷酸鏈的表面施加一AC電場垂直延伸并移動所述核苷酸鏈。
此外，上述目的可以通過提供一種雜交方法來實現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明，所述方法包括以下步驟將含有樣品用核苷酸鏈的溶液滴入形成在一平基板的表面上的井中，其中探針用核苷酸鏈的一端與所述井的底部結合；以及在垂直于所述平基板施加一AC電場時雜交所述探針用核苷酸鏈和樣品用核苷酸鏈。
在所述雜交方法中，探針用核苷酸鏈通過將核苷酸鏈的一端連接至平基板表面而被固定在井中，一AC電場垂直于所述平基板表面而施加，由此在所述井中垂直延伸并移動所述核苷酸鏈。
本發(fā)明的這些以及其它目的、特征和優(yōu)點在以下結合附圖對實施本發(fā)明的最佳實施方式的詳細描述中將更加顯而易見。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的生物測定基板的平面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的生物測定基板的截面圖。
圖3顯示了形成生物測定基板的步驟。
圖4顯示了在井(well)底部上各具有待改性(to-be-modified)的OH基的硅烷分子。
圖5顯示了與并底部結合的探針用DNA。
圖6解釋了對將溶液滴到生物測定基板上進行的控制。
圖7解釋了將AC電場施加到生物測定基板的方法。
圖8是用于利用根據(jù)本發(fā)明的生物測定基板進行DNA分析的DNA分析器的框圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖詳細說明根據(jù)本發(fā)明實施例的DNA分析生物測定基板以及利用生物測定基板進行DNA分析的生物測定方法。
現(xiàn)參照圖1，其中示意性示出了作為本發(fā)明實施例的一生物測定基板1的頂部。圖2是圖1所示生物測定基板的示意性截面圖。
生物測定基板1是扁平的，并一般形成為具有類似例如CD(CompactDisc)、DVD(數(shù)字多功能盤)等的光盤一樣的盤狀主側。生物測定基板1在其中央處形成有中心孔2，當生物測定基板1裝載在DNA分析器中時，用于固定和旋轉生物測定基板1的裝卡機構穿過該中心孔2。
如圖2所示，生物測定基板1自下方起包括基層3、透明電極層4、固相化層(solid-phasing layer)5和井形成層6。應該理解，下文中，井形成層6處的生物測定基板1的表面將被稱為“上表面1a”，而基層3處的表面將被稱為“下表面1b”。
基層3對于激發(fā)熒光標記(下文將詳細描述)的光以及熒光標記的熒光是透明的。例如，基層3由例如石英玻璃、硅、聚碳酸酯、聚苯乙烯等的材料形成。
透明電極層4形成在基層3上。透明電極層4由例如ITO(銦錫氧化物)、鋁等的透光且導電的材料形成。透明電極層4是通過例如濺射或電子束蒸鍍等方式在基層3上形成的厚度大約250nm的膜。
固相化層5形成在透明電極層4上。固相化層5由使探針DNA的一端固相化的材料形成。在該實施例中，固相化層5是利用SiO2通過例如濺射或電子束蒸鍍等方式形成的膜，厚度約為50nm。固相化層5的表面可以用硅烷在其表面對其進行改性。
井形成層6形成在固相化層5上。它具有形成于其中的多個井8。
每個井的內部空間是探針DNA(檢測用核苷酸鏈)核樣品DNA(目標核苷酸鏈)彼此發(fā)生反應的地方，具體而言，是進行雜交的區(qū)域。井8是開設在生物測定基板1的上表面1a上的凹部，其具有足夠的深度和大小來保持滴入井8中的液體，例如含有樣品DNA的溶液。例如，井8具有各邊長度為100μm的開口，深約5μm，并且其底部11露出固相化層5。
井形成層6如下形成。首先，光敏聚酰亞胺13通過旋涂等方法施加在固相化層5上，厚度約為5μm(步驟S1)，如圖3(a)所示。接下來，在如上施加的光敏聚酰亞胺13上形成預定圖案的光掩膜14，并將具有光掩膜14的光敏聚酰亞胺13曝光并顯影(步驟S2)，如圖3(b)所示。這樣，在井形成層6上形成多個井8(步驟S3)，如圖3(c)所示。
此外，井8在其底部由功能團對其進行表面改性，使得在其一端經(jīng)功能團改性的探針DNA會與該底部11(其中暴露固相化層5)結合。例如，如圖4所示，井8在其底部11(由SiO2形成的固相化層5)處利用各具有SH基(SH group)15的硅烷分子16進行表面改性。這樣，一端經(jīng)例如SH基改性的探針DNA能夠與井8的底部11結合。如上所述，在生物測定基板1中，由于探針DNA能夠在其一端與井8的底部11結合，所以探針DNA(P)能夠結合成使得其鏈如圖5所示從底部11垂直延伸。
此外，在生物測定基板1中，多個井8以例如大約400μm的固定間隔設置在從主側的中央向外徑徑向延伸的多個陣列中。
此外，生物測定基板1上形成有地址坑點9，通過從生物測定基板1的下表面1b照射激光可以讀取這些地址坑點9。地址坑點9是用于對生物測定基板1的平面中的井8進行定位的信息。通過光學讀取來自地址坑點9的信息，可以定位所述多個井8中哪一個正被照射著激光。由于有這樣形成在生物測定基板1上的地址坑點9，所以可以控制通過滴液裝置滴下的溶液的位置并對物鏡檢測到的熒光進行定位，其中的滴液裝置將在以下詳細描述。
由于上述生物測定基板1是盤狀的，類似于光盤系統(tǒng)的再現(xiàn)系統(tǒng)可以用來進行用于控制激光聚焦位置的聚焦伺服控制、用于控制激光在徑向上的照射位置和從滴液裝置滴下的位置的定位伺服控制，并且檢測來自地址坑點9的信息。具體而言，利用在預先與靠近其的井8相關聯(lián)的地址坑點9處記錄的信息，可以通過從對應于特定井8的地址坑點9讀取信息來定位多個井8中被激光照射并發(fā)出熒光的特定的一個，并且可以通過從對應于該井8的地址坑點9讀取信息并控制井8和滴液裝置之間的相對位置將溶液滴入井8中。
另外，可以通過從井8的上方在靠近透明電極層4的位置上設置一電極，使上述生物測定基板1具有形成在該電極和透明電極層4之間的平行電場。這樣，在雜交DNA時，可以通過向井8施加AC電場以延伸井8中漂移的DNA，促進井8中DNA的雜交。
接下來，將說明使用上述生物測定基板1進行DNA分析。
首先，在預定的井8中滴入含有一端經(jīng)SH基改性的探針DNA的溶液S。此時，多種類型的探針DNA會被滴在一個生物測定基板1上。但是，必須在一個井8中滴入一種類型的探針DNA，應注意，這種向一個井8中滴入一種類型的探針DNA是基于預先設好的指示井和探針DNA之間的對應關系的位置圖來控制的。
同時，通過類似在光盤驅動系統(tǒng)中那樣地移動生物測定基板1來控制溶液S的滴入。具體而言，如圖6所示，應該在保持生物測定基板1平行，且其上表面1a朝上而激光V從生物測定基板1的下方(下表面1b)照射的同時，通過生物測定基板1的旋轉，對溶液S所要滴入的井8以及對應的地址坑點9進行定位，從而控制滴落位置。
接下來，如圖7所示，使在其自由端形成有比預定井8的開口充分大的平表面18a(例如，直徑300μm的盤狀表面)的探針狀外部電極18從外部向生物測定基板1的上表面1a移動，直到該自由端覆蓋井8。然后，在外部電極18和透明電極層4之間施加AC電壓，以施加垂直于生物測定基板1的主側的AC電場。例如，向井8的內部施加約1MV/m、1MHz的AC電場。
在如上向預定井8施加AC電場的情況下，在井8內的溶液中漂移的探針DNA(P)垂直于生物測定基板1的主側延伸，并且探針DNA垂直于生物測定基板1移動。這樣，探針DNA可以固相化(固定)到井8的已經(jīng)過表面改性的底部11上，其時探針DNA的經(jīng)改性端與底部11結合。
為了施加垂直于生物測定基板1的主側的平行電場，平表面18a應優(yōu)選形成在外部電極18的自由端，并平行于透明電極層4。同時，為了確保表面18a的平面度，可以在外部電極18的探針狀金屬自由端安裝其中具有以高濃度摻雜的受主或施主離子的經(jīng)鏡面拋光的Si或GaAs半導體晶片。在安裝該半導體晶片時，探針狀金屬和半導體晶片之間的肖特基勢壘應優(yōu)選形成得更小，并且半導體晶片與布設在其自身和外部電極18的探針狀金屬自由端之間的鈦或金連接，實現(xiàn)歐姆接觸。
由于以下原因，施加AC電場導致單股DNA(核苷酸鏈)延伸并移動。也就是說，據(jù)推測，在核苷酸鏈中，由作為核苷酸鏈核心的磷離子(負電荷)和由磷離子周圍的水離子化而產(chǎn)生的氫離子(正電荷)形成離子云。正負電荷產(chǎn)生極化矢量。極化矢量作為整體會由于施加高頻高壓而沿一個方向取向，導致核苷酸鏈延伸。此外，如果施加非均勻的電場，即電通量線集中的電場，核苷酸鏈也會向電場的電通量線集中的部分移動(參見Seiichi Suzuki，Takeshi Yamanashi，Shin-ichi Tazawa，Osamu，Kurosawa and Masao Washizu所著的Quantitative Analysis on Electrostatic Orientation of DNA in Stationary ACelectric field Using Fluorescence Anisotropy & Quot(利用熒光各向異性和配額對DNA在靜態(tài)AC電場中的靜電取向的定量分析)，該文章于1998年發(fā)表于IEEE Transaction on Industrial Application(IEEE工業(yè)應用學報)第34卷第1期75-83頁)。
如上所述，當施加AC電場時，探針DNA會沿平行于電場的方向延伸，得到空間上的妨礙較小的狀態(tài)，其中探針DNA和底部11易于彼此結合。這樣，利用探針DNA和底部11之間的這種結合，可以將探針DNA固相化(固定)于井8的底部11。
接著，含有從活的組織提取的樣品DNA的溶液被滴入生物測定基板1的每個井8中。
然后，在滴入樣品DNA之后，從生物測定基板1的上表面1a外部移動外部電極18，以覆蓋預定的一個井8。接著，在外部電極18和透明電極層4之間施加AC電壓，同時溫度保持在大約60℃。也就是說，當生物測定基板被加熱的同時，垂直于生物測定基板1的主側施加AC電場。所要施加到井8內部的AC電場例如約為1MV/m、1MHz。
通過上述操作，樣品和探針DNA垂直延伸，由此具有空間妨礙較小的狀態(tài)，并且樣品DNA在垂直于生物測定基板1的方向上移動。從而，對于共存于同一井8中相互之間在堿基序列上具有互補關系的樣品和探針DNA，它們會發(fā)生雜交。
然后，在雜交之后，熒光標記intercurator等被滴入生物測定基板1的井8中。這樣的熒光標記intercurator被插入到雜交的探針和樣品DNA之間的雙螺旋體中，以將DNA彼此結合。
接下來，用去離子水等清洗生物測定基板1的表面1a，以從沒有發(fā)生雜交的井8中去除樣品DNA和熒光標記。從而將只在已經(jīng)發(fā)生雜交的井8中留下熒光標記。
然后，通過類似在光盤驅動系統(tǒng)中那樣控制生物測定基板的移動，檢測來自井8的熒光。具體而言，通過旋轉生物測定基板1同時保持生物測定基板1并從生物測定基板1的下方(從下表面1b)照射激光V而檢測對應的地址坑點9，來定位井8。同時，從生物測定基板1的下方(從下表面1b)照射激發(fā)光，并檢測對應于所照射的激發(fā)光在下表面1b產(chǎn)生的熒光。從而檢測到熒光是來自哪個井8的。
接著，準備指示生物測定基板1上的發(fā)出檢測到的熒光的井8的位置的圖。這樣，可以基于該準備好的圖以及指示滴入每個井8中的探針DNA的堿基序列類型的位置圖來分析樣品DNA的堿基序列。
在上述使用生物測定基板1的DNA分析中，溶液中漂移的探針DNA的一端連接到井8的底部11，并且通過施加垂直于生物測定基板1的表面的AC電場，探針DNA垂直延伸并移動。由于電場垂直于生物測定基板1施加，所以電極可不通過例如將其在基板上構圖而生成，由此可以使用具有極為簡單的層結構的電極可以用來固定探針DNA。
此外，在使用上述生物測定基板1的DNA分析中，通過向DNA施加垂直的AC電場，溶液中漂移的樣品DNA和一端固定于井8的底部的探針DNA垂直延伸并移動。因此，由于樣品和探針DNA兩者都沿相同方向延伸和移動，所以用于施加這樣的電場的電極可不通過將其在基板上構圖而形成，使得探針DNA可以利用層結構非常簡單的電極被固定。
注意，盡管在本發(fā)明的該實施例中，外部電極18具有探針形狀，并且AC電場僅施加到較少數(shù)量的井8上，但是外部電極18不限于具有探針形狀的電極，而可以具有能夠向井8施加垂直AC電場的任何形狀。例如，可以使用與生物測定基板1的主側尺寸幾乎相等的盤狀電極同時向所有井8施加AC電場。此外，盡管該實施例中在生物測定基板1上設置了透明電極層4，但是可以不這樣設置透明電極層4，并且可以通過從下表面1b外部向生物測定基板1移動一類似于外部電極18的電極來垂直于井8施加電場。
下文將參照圖8描述根據(jù)本發(fā)明利用生物測定基板1進行DNA分析的DNA分析器51。
如圖8所示，DNA分析器51包括外部電極18、保持和旋轉生物測定基板1的盤裝載器52、存儲雜交時使用的各種溶液并將溶液滴入生物測定基板1的井8中的滴液單元53、從生物測定基板1檢測激發(fā)光的激發(fā)光檢測器54、以及管理和控制上述部件的控制器55。
盤裝載器52包括被插入生物測定基板1中的中心孔2并保持生物測定基板1的裝卡機構61、以及通過驅動裝卡機構61來旋轉生物測定基板1的主軸電動機62。盤裝載器52旋轉生物測定基板1，同時使上表面1a向上而水平保持生物測定基板1。盤裝載器52通過水平保持生物測定基板1，使滴入井8中的溶液不會發(fā)生任何流失的情況。
滴液單元53包括存儲樣品溶液S和熒光標記S’的儲液容器63以及將來自儲液容器63的樣品溶液S和熒光標記S’滴到生物測定基板1上的滴頭64。滴頭64設置在水平裝載的生物測定基板1的上表面1a上方。此外，滴頭64設計成根據(jù)從生物測定基板1上的地址坑點讀取的位置信息和旋轉同步信息來控制徑向上相對于生物測定基板1的位置，以準確地尋找到預定井8的反應區(qū)并將含有樣品DNA(目標核苷酸鏈T)的樣品溶液S滴到反應區(qū)上。同時，儲液容器63和滴頭64可以以與雜交時使用的樣品溶液同樣多的方式彼此結合。
此外，滴液單元53采用例如所謂的“噴墨打印”技術，以準確地將樣品溶液S滴到生物測定基板1上的預定位置上。利用“噴墨打印”技術，在滴液單元64中采用所謂的噴墨打印機中使用的噴墨機構，并且類似在噴墨打印機中那樣將樣品溶液S從噴頭被噴到生物測定基板1上。
激發(fā)光檢測器54具有光學頭70。光學頭70設置在水平裝載的生物測定基板1的下方，即，位于下表面1b處。光學頭70可以由例如滑動(sled)機構(未示出)沿生物測定基板1的徑向自由地移動。
光學頭70包括物鏡71、支撐物鏡71使之可移動的雙軸致動器72和導光鏡73。物鏡71支撐在雙軸致動器72上，使得其中心軸大致垂直于生物測定基板1的表面。因此，物鏡71可以將從生物測定基板1下方入射的光束聚焦在生物測定基板1上。雙軸致動器72支撐物鏡71，使其可在兩個方向上，即垂直于生物測定基板1表面的方向和沿生物測定基板1徑向的方向上移動。通過驅動雙軸致動器72，由物鏡71聚焦的光限定的光點可以垂直于生物測定基板1表面移動并且沿基板的徑向移動。因此，光學頭70可以類似在光盤系統(tǒng)中那樣受到類似于聚焦控制和定位控制的方式的控制。
導光鏡73設置成相對于激發(fā)光P、熒光F、伺服光V以及回射光R入射在光學頭70上并從該光學頭70射出所經(jīng)過的光路X成45度角。激發(fā)光P和伺服光V由光路X入射在導光鏡73上。導光鏡73通過反射將激發(fā)光P和伺服光V偏折90度角，以入射在物鏡71上。入射在物鏡71上的激發(fā)光P和伺服光V由物鏡71聚光，以照射到生物測定基板1上。同時，從生物測定基板1，熒光F和伺服光V中的反射分量(回射光)R穿過物鏡71入射在導光鏡73上。導光鏡73通過反射將熒光F和回射光R偏振90度角，以沿光路X前進。
應注意，滑動光學頭70的驅動信號和驅動雙軸致動器72的驅動信號由控制器55提供。
此外，激發(fā)光檢測器54包括發(fā)射激發(fā)光P的激發(fā)光源74、將從激發(fā)光源74發(fā)出的激發(fā)光P形成為平行光束的準直透鏡75、以及將通過準直透鏡75形成為平行光束的激發(fā)光P偏折到光路X上以照射導光鏡73的第一分色鏡76。
激發(fā)光源74發(fā)射具有能夠激發(fā)熒光標記的波長的激光。在本發(fā)明中，從激發(fā)光源74發(fā)出的激發(fā)光P是波長405nm的激光。應注意，激發(fā)光P的波長可以是能夠激發(fā)熒光標記的任何波長。準直透鏡75將從激發(fā)光源74發(fā)出的激發(fā)光P形成為平行光束。第一分色鏡76是波長選擇性的反射鏡，其僅反射波長等于激發(fā)光P的光，而使波長等于熒光F和伺服光V(其回射光R)的光通過。第一分色鏡76以45度角插入在光路X中，以通過反射將來自準直透鏡75的激發(fā)光P偏轉90度角，以照射到導光鏡73上。
此外，激發(fā)光檢測器54包括檢測熒光F的雪崩光電二極管77、對熒光F進行聚光的聚光鏡78、以及對從光學頭70進入光路X的熒光F進行偏折以照射雪崩光電二極管77的第二分色鏡79。
雪崩光電二極管77對于檢測光強度低的熒光F非常靈敏。應注意，雪崩光電二極管77可以檢測具有大約470nm波長的熒光F。此外，熒光F的波長根據(jù)所使用的熒光標記的類型而改變。聚光鏡78用于將熒光F聚光到雪崩光電二極管77上。第二分色鏡79以45度角插入光路X中，并設置成當從導光鏡73看時位于第一分色鏡76的下游。因此，熒光F、伺服光V和回射光R會入射在第二分色鏡79上，但是激發(fā)光P不會。第二分色鏡79是波長選擇性的反射鏡，用于僅反射波長等于熒光F的波長的光，而允許波長等于伺服光V(回射光R)的波長的光通過。第二分色鏡79通過反射將來自光學頭70的導光鏡73的熒光F偏折90度角，以穿過聚光鏡78照射到雪崩光電二極管77上。
雪崩光電二極管77生成對應于所檢測到的熒光F的強度的電信號，并將其提供給控制器55。
激發(fā)光檢測器54包括發(fā)射伺服光V的伺服光源80、將從伺服光源80發(fā)出的伺服光V形成為平行光束的準直透鏡81、檢測伺服光V的返回分量R的光電檢測器電路82、造成散光(astigmatism)以便將回射光R聚光到光電檢測器電路82的柱面透鏡83、以及將伺服光V和回射光R彼此分離的分光器84。
伺服光源80具有發(fā)射波長例如為780nm的激光的光源。應注意，伺服光V具有的波長可用于檢測到地址坑點。該波長并不限于780nm，而可以是不同于激發(fā)光P和熒光F的波長的任何波長。準直透鏡81將從伺服光源80發(fā)出的伺服光V形成為平行光束。如此被形成為平行光束的伺服光V入射在分光器84上。
光電檢測器電路82包括檢測回射光R的檢測器以及由所檢測到的回射光R生成聚焦誤差信號、定位誤差信號和地址坑點讀取信號的信號發(fā)生電路。由于回射光R是伺服光V中被生物測定基板1反射的分量，所以其波長為780nm，等于伺服光V的波長。
應注意，聚焦誤差信號指示物鏡71所聚焦的光的位置和生物測定基板1的基層3之間的偏移。當聚焦誤差信號為零(0)時，它意味著物鏡71和生物測定基板1之間的距離是最優(yōu)的。定位誤差信號指示預定井8和光聚焦位置之間的盤徑向的偏移。當定位誤差信號為零(0)時，意味著伺服光V的盤徑向的照射位置與多個井8中特定的一個重合。地址坑點讀取信號指示記錄在形成于生物測定基板1上的地址坑點的信息。通過讀取該信息，可以定位當前正被伺服光V照射的井8。
光電檢測器電路82完全基于回射光R向控制器55提供聚焦誤差信號、定位誤差信號和地址坑點讀取信號。
柱面透鏡83用于將回射光R聚焦在光電檢測器電路82上，并造成散光。通過造成這樣的散光，光電檢測器電路82可以生成聚焦誤差信號。
分光器84包括由偏振分束器和四分之一波片84b形成分光表面84a。入射在分光器84的與四分之一波片84b相對的一側上的光被透射穿過分光表面84a，而入射在四分之一波片84b上的透射光的返回分量則被分光表面84a所反射。分光器84的分光表面84a以45度角插入在光路X中，并設置成當從導光鏡73處看時位于第二分色鏡79的下游。因此，分光器84允許來自準直透鏡81的伺服光V穿過并入射到光學頭70中的導光鏡73上，而通過反射將來自光學頭70中的導光鏡73的回射光R偏折90度，以穿過柱面透鏡83照射到光電檢測器電路82上。
控制器55根據(jù)激發(fā)光檢測器54檢測到的地址坑點讀取信號、定位誤差信號和聚焦誤差信號進行各種伺服控制操作。
具體而言，控制器55通過基于聚焦誤差信號驅動光學頭70中的雙軸致動器72以控制物鏡71和生物測定基板1之間的間隔，來提供伺服控制，以使得聚焦誤差信號為零。同時，控制器55通過基于定位誤差信號驅動光學頭70中的雙軸致動器72以沿生物測定基板1的徑向移動物鏡71，來提供伺服控制，以使得定位誤差信號為零。此外，控制器55基于地址坑點讀取信號滑動光學頭70，以將光學頭70移動到預定的徑向位置，從而將物鏡71移動到目標井的位置。
此外，在雜交的時候，控制器55還控制AC電力發(fā)生器31以控制供電。
下文將描述如上所述構造的DNA分析器51的操作。
在DNA分析器51中，含有樣品DNA的溶液被滴入井8中，同時生物測定基板1被旋轉，以使井8中的探針DNA與樣品DNA發(fā)生反應(雜交)。在雜交過程中，上述電場也受到控制。此外，在已經(jīng)完成雜交時，將含有熒光標記的緩沖溶液滴在生物測定基板1上。
此外，在DNA分析器51中，其上滴有熒光標記的生物測定基板1被旋轉，激發(fā)光P從生物測定基板1的下表面1b入射，照射到井8中的熒光標記上，從生物測定基板1的下方檢測到相應于激發(fā)光P從熒光標記產(chǎn)生的熒光F。
在DNA分析器51中，激發(fā)光P和伺服光V穿過同一物鏡71照射到生物測定基板1上。這樣，DNA分析器51通過利用伺服光V控制聚焦、定位和地址可以識別激發(fā)光P的照射位置，即，熒光F的發(fā)射位置，并且可以根據(jù)熒光發(fā)出的位置識別與樣品DNA結合的探針DNA。
以上已經(jīng)參照附圖就本發(fā)明的一些作為示例的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了詳細描述。但是，本領域技術人員應該理解，本發(fā)明并不限于這些實施例，在不背離所附權利要求中陳述和界定的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修改、改變結構或以其它方式實施。
工業(yè)應用性在根據(jù)本發(fā)明的生化反應裝置中，一電極被移向具有發(fā)生生化反應的反應區(qū)并在該反應區(qū)中形成有一電極的基板，以在反應區(qū)形成平行電場。這樣，在例如核苷酸鏈的雜交時，向井施加AC電場，以延伸在井中漂移的核苷酸鏈，從而促進雜交。
根據(jù)本發(fā)明的生化反應基板包括用于在其自身和一外部電極之間產(chǎn)生電場的電極，以在反應區(qū)中形成電場。因此，在該生化反應基板中，通過向反應區(qū)移動電極，可以在反應區(qū)形成平行電場。這樣，在例如核苷酸鏈的雜交過程中，向井施加AC電場，以延伸在井中漂移的核苷酸鏈，從而促進雜交。
在根據(jù)本發(fā)明的基板制造方法中，垂直于基板表面施加AC電場，以垂直延伸并移動探針用核苷酸鏈，以便將核苷酸鏈的一端連接到平基板表面。因此，在該基板制造方法中，由于電場是垂直于平形基板施加的，所以探針用核苷酸鏈可以利用具有非常簡單的構造的電極快速固定到基板上。
在根據(jù)本發(fā)明的雜交方法中，探針用核苷酸鏈固定在井中，其一端連接至平基板的表面，垂直于平基板表面施加AC電場，以垂直延伸并移動井中的核苷酸鏈。因此，在該雜交方法中，由于電場是垂直于平形基板施加的，所以探針用核苷酸鏈可以利用結構非常簡單的電極快速固定到基板上。
權利要求
1.一種生化反應裝置，其利用一生化反應基板，該裝置包括用于保持基板的裝置，該基板具有用于生化反應的反應區(qū)和形成在所述反應區(qū)中的電極；與所述基板的電極相對設置的外部電極；和用于在所述基板的電極和所述外部電極之間產(chǎn)生電場的電場控制裝置。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述基板的電極是被形成為所述反應區(qū)的下層的導電層；所速外部電極具有平行于所述導電層的一平面。
3.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電場控制裝置在所述基板電極和所述外部電極之間生成AC電場。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電極形成為探針狀。
5.如權利要求1所述的裝置，其中，所述電極由其中摻雜有受主或施主離子的半導體形成。
6.一種用于生化反應的生化反應基板，所述基板包括用于生化反應的反應區(qū)；和用于在其自身和一外部電極之間產(chǎn)生電場以將該電場形成于所述反應區(qū)內的電極。
7.如權利要求6所述的生化反應基板，其中，所述生化反應是核苷酸鏈的雜交反應；所述反應區(qū)具有一經(jīng)內部處理使得核苷酸鏈被固定于其上的表面涂層；并且所述電極是形成為所述表面涂層的下層的導電層。
8.如權利要求7所述的生化反應基板，其中，所述導電層作為所述井的下層形成在井中，使得所述在該導電層和外部電極之間生成的電場形成為大致垂直于所述表面涂層。
9.如權利要求7所述的生化反應基板，其中，所述導電層在其自身和設置在與所述表面涂層相對的位置上的一電極之間形成一電場。
10.如權利要求6所述的生化反應基板，其中，所述基板是盤形的，并在其中記錄有讀取控制信息。
11.如權利要求7所述的生化反應基板，其中，所述導電層是透光的。
12.一種制造雜交基板的方法，所述方法包括以下步驟在一基板的平表面上形成多個井，每個井的底部經(jīng)一第一功能團改性；向每個井中滴入含有核苷酸鏈的溶液，其中所述核苷酸鏈的一端經(jīng)與所述第一功能團結合的一第二功能團改性；施加垂直于所述平基板的AC電場時，將所述第一功能團與所述第二功能團結合，以將所述核苷酸鏈與所述井的底部結合。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述平基板具有形成為所述井的下層的一電極層，該電極層由導電材料形成；并且靠近所述基板表面設置一外部電極，用于在所述外部電極和電極層之間施加AC電源，以便垂直于所述平基板施加一AC電場。
14.如權利要求12所述的方法，其中，所述外部電極由其中摻雜有受主或施主離子的半導體形成。
15.一種雜交方法，其包括以下步驟將含有樣品用核苷酸鏈的溶液滴入形成在一平基板的表面上的井中，其中探針用核苷酸鏈的一端與所述井的底部結合；以及垂直于所述平基板施加一AC電場時，雜交所述探針用核苷酸鏈和樣品用核苷酸鏈。
16.如權利要求15所述的方法，其中，所述平基板具有形成為所述井的下層的電極層，該電極層由導電材料形成；并且靠近所述基板表面設置一外部電極，用于在所述外部電極和電極層之間施加AC電源，以便垂直于所述平基板施加一AC電場。
17.如權利要求15所述的方法，其中，所述外部電極由其中摻雜有受主或施主離子的半導體形成。
全文摘要
一種生物測定基板(1)具有類似于例如CD等光盤的圓形且平的主側。圍繞中心孔(2)旋轉驅動基板(1)?；?1)在其表面(1a)上設置有多個井(8)，探針DNA(檢測用核苷酸鏈)和樣品DNA(目標核苷酸鏈)在該井中發(fā)生雜交反應。一透明電極層(4)形成在基板(1)中的井(8)的下方。在雜交時，一外部電極(18)從基板(1)的上表面(1a)側靠近，并且在透明電極層(4)和外部電極(18)之間施加AC電源，從而在垂直方向上向基板(1)施加一AC電場。
文檔編號G01N37/00GK1816744SQ20048001932
公開日2006年8月9日 申請日期2004年7月5日 優(yōu)先權日2003年7月7日
發(fā)明者中尾勇, 真峰隆義, 山本真伸, 武田實, 古木基裕 申請人:索尼株式會社