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JPWO2012008581A1 - 識別対象を識別するための識別情報の保持体及びその利用 - Google Patents

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JPWO2012008581A1
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Abstract

識別能の良好な識別情報の保持体及びその利用を提供する。識別対象を識別するため識別情報を保持する保持体であって、前記識別対象に予め関連付けられた識別用塩基配列を前記識別情報として有するとともに、チミンリッチな塩基配列と、を有する、1又は2以上のDNAを、保持体とする。

Description

本願は、2010年7月16日出願の日本国特許出願である特願2010−162335に基づく優先権を主張するものであって、その全内容が引用により本願に組み込まれる。
本発明は、対象物を識別するための識別情報を保持する保持体及びその利用に関し、特に、DNAを含有する識別情報を保持する保持体及びその利用に関する。
近年、製品、部品(中間製品含む)、水産物、農産物、銀行券、証券等の各種の流通物品を品質、安全性、改ざん防止、真偽判定の観点から、管理することが要請されるようになってきている。
こうした各種の識別対象の流通や移動の監視・管理は、通常、識別対象に固有のあるいは予め関連付けられた識別情報を付与しておき、その識別情報を、適時に識別することによって行われる。例えば、DNAの塩基配列を利用してDNAインキを作製し、このDNAインキを用いて識別対象に印刷し、適時に、DNAの塩基配列を検出することで、偽造や改ざん等を回避する技術も提案されている(特許文献1)。
特開2008-187991号公報
流通や移動を通じて、識別情報を保持した識別対象は、様々な環境に曝されることになる。一方、DNAを利用して識別対象を識別するのにあたって、その識別能を高度に維持する必要がある。そのためには、DNAが識別対象において安定してかつ劣化を生じることなく保持される必要がある。
DNAは、波長200〜300nm程度の紫外光で損傷が生じることがある。また、流通中に、摩擦的な外力がかかったり、温度や湿度の変化など生じると、DNAが識別対象から脱離されるほか、識別対象上において切断される可能性もある。
このような場合には、付与されたDNAを正確に検出することが困難になり、識別能が低下する恐れがある。
また、精度よく識別対象を識別するには、その検出が簡易にかつ迅速に実行できることも重要である。
そこで、本明細書の開示は、識別能の良好な識別情報の保持体及びその利用を提
本発明者らは、識別対象を識別するための識別情報として用いるDNAをその保持体上において化学的に安定してかつ脱離を抑制して保持するために鋭意検討した。その結果、DNAを構成する塩基の一種であるチミン又はその誘導体を用いて、DNAの保持体への固定化能を向上させて、化学に安定してかつ摩擦等による脱離を抑制して固定化できるという知見を得た。本明細書の開示によれば、以下の手段が提供される。
(1)識別対象を識別するため識別情報を保持する保持体であって、
前記識別対象に予め関連付けられた識別用塩基配列と、チミンリッチな塩基配列と、を有する1又は2以上のDNAを、備える、保持体。
(2)前記チミンリッチな塩基配列は、前記DNAの5’末端側及び3’末端側のいずれか又は双方に備えられる、(1)に記載の保持体。
(3)前記識別用塩基配列は、T(チミン)の含有量(識別用塩基配列中のチミン塩基数/識別用塩基配列の全塩基数×100)が50%未満である、(1)又は(2)に記載の保持体。
(4) 前記識別用塩基配列は、前記T含有量が10%以下である、(3)に記載の保持体。
(5)前記チミンリッチな塩基配列は、2以上の連続するチミンからなる、(1)〜(4)のいずれかに記載の保持体。
(6)前記チミンリッチな塩基配列は、3又は4以上の連続するチミンからなる、(1)〜(5)のいずれかに記載の保持体。
(7)前記チミンリッチな塩基配列は、5又は6以上の連続するチミンからなる、(1)〜(5)のいずれかに記載の保持体。
(8)前記識別用塩基配列は、配列番号1〜100及びその相補配列から選択される、(1)〜(7)のいずれかに記載の保持体。
(9)前記1又は2以上のDNAは前記保持体において化学結合により結合されている、(1)〜(8)のいずれかに記載の保持体。
(10)前記1又は2以上のDNAを含む、複数個のドット状体が、目視で識別可能なパターンを構成する、(9)に記載の保持体。
(11)前記パターンを2種以上備える、(10)に記載の保持体。
(12)2種以上の前記パターンは、前記パターン間で共通しない前記識別用塩基配列を有する1又は2以上のDNAからなるドット状体で構成されている、(11)に記載の保持体。
(13)2種以上の前記パターンは、少なくともその一部が重なって配置されている、(12)に記載の保持体。
(14)前記保持体の前記DNAを備える部分を覆うカバーを備える、(1)〜(13)のいずれかに記載の保持体。
(15) 識別対象の識別方法であって、
前記識別対象に付与された(1)〜(14)のいずれかに記載の保持体上の前記DNAに対して、前記識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブを接触させる工程と、
前記識別用塩基配列と前記プローブとのハイブリダイゼーション産物を検出する工程と、
を備える、方法。
(16)識別対象の識別キットであって、
(1)〜(14)のいずれかに記載の保持体と、
前記識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブと、
を備える、キット。
本明細書の開示は、DNA中の識別用塩基配列を識別情報として用いる、識別対象を識別するための保持体及びその利用に関する。本明細書に開示される保持体によれば、識別情報を保持するDNAの分解が抑制され、かつ脱離などが抑制されて保持体上に保持されているため、識別の正確性、精度及び再現性に優れた、識別能が良好な保持体が提供される。また、このように識別情報を保持するDNAが保持体上に保持されることで、迅速でかつ簡易な検出も可能となる。また、配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的配列から選択される識別用塩基配列を用いていることから、特異性の高い識別能が確保され、識別対象を高い選択性で、迅速に識別することができる。以下、本明細書の開示の実施形態について詳細に説明する。
(保持体)
本明細書に開示される保持体は、識別対象を識別するため識別情報を保持する保持体であって、前記識別対象に予め関連付けられた識別用塩基配列を前記識別情報として有するとともに、その少なくともその一部においてチミンリッチな塩基配列を有する、1又は2以上のDNAを、備えることができる。
(識別対象)
本明細書に開示される保持体(以下、単に本保持体という。)によって識別される識別対象は、特に限定されないで、各種の流通物品や媒体が挙げられる。流通物品としては、商業的にあるいは非商業的に流通する全ての物品が対象となる。例えば、各種工業製品、部品(中間製品含む)、水産物、農産物、芸術品、書籍などのほか、銀行券、証券などが挙げられる。また、個人を識別するためのIDカードのほか、各種証明書等も含まれる。
本保持体は、各種形態を採ることができる。例えば、フィルム、シート、基板などの各種形状の担体に対して識別情報を保持するものであってもよい。この場合、本保持体は、識別対象に対して、接着などの化学的手段やそのほかの物理的手段により、固定化される。また、本保持体が、識別対象の一部であってもよい。例えば、識別対象の一部に識別情報が保持されていてもよい。
上記担体の形状としては、例えば、フィルム、平板、粒子、成形品(ビーズ、ストリップ、マルチウェルプレートのウェルまたはストリップ、チューブ、メッシュ、連続発泡フォーム、膜、紙、針、ファイバー、プレート、スライド及び細胞培養容器等)、ラテックス等を挙げることができる。また、それらの大きさについては、特に制限は無い。検出を考慮すると、識別情報を付与する領域が平坦状であることが好ましい。
DNAである識別情報が保持される担体又は識別対象の部位(担体等)を構成する材料としては、物理的吸着又は化学結合によってDNAを固定化することができ、通常のハイブリダイゼーションの条件に耐えうるものであれば特に制限されない。具体的には、核酸の固定及びハイブリダイゼーション等に用いる溶剤に不溶であり、かつ常温若しくはその付近の温度範囲内(例えば0〜100℃)で固体又はゲル状であるものが挙げられる。
このような担体等の材質としては、具体的には、プラスチック、無機高分子、金属、天然高分子、セラミック等が挙げられる。上記プラスチックとして具体的には、紫外線照射により生体分子を固定化することができるものであれば特に制限されず、具体的には、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂及び共重合体等が挙げられる。さらに具体的には、熱可塑性樹脂としては、アイオノマー(スチレン系、オレフィン系)、ポリノルボルネン、ポリアセタール、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエチレンオキサイド、ポリオキシメチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリパラメチルスチレン、ポリアリルアミン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイド、ポリブタジエン、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリオキシベンゾイル、ポリオキシエチレン、酢酸セルロース、ポリジメチルシロキサン、ポリイソブチレン、セルローストリアセテート、ポリ−p−フェニレンテレフタラミド、ポリイソプレン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルペンテン、塩素プラスティック(ポリ塩化ビニル、ポリ塩化エチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニリデン)、フッ素プラスチック(テトラフルオロエチレン、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン)、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66)、ポリアミドイミド、ポリイミド(熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルイミド)、ポリエチレンプラスティック(塩素化、高密度、低密度)、ポリビニルプラスティック(ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリパラビニルフェノール、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマール)、液晶ポリマー(ポリエステル系液晶高分子)、アクリレートプラスティック(アミノポリアクリルアミド、ポリアクリル酸メチル、ポリメチルメタクリレート、エチルポリメタクリレート、ブチルポリメタクリレート)、熱可塑性エラストマー(スチレン系、オレフィン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、1,2−ポリブタジエン系、塩化ビニル系、フッ素系、ポリアイオノマー系、塩素化ポリエチレン系、シリコーン系)等が挙げられる。
また、熱硬化性樹脂としては、エポキシ、ポリキシレン、ポリグアナミン、ポリジアリルフタレート、ポリビニルエステル、ポリフェノール、不飽和ポリエステル、ポリフラン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリマレイン酸、メラミン、ユリア、アルキド、ベンゾグアナミン、ポリシアナート、ポリイソシアナート等が挙げられる。
さらに、共重合体としては、イソブチレン無水マレイン酸共重合体、アクリロニトリルアクリレートスチレン共重合体、アクリロニトリルEPDMスチレン共重合体、アクリロニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ブタジエンスチレンメチルメタクリレート共重合体、エチレン塩化ビニル共重合体、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレン−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−ブタジエンスチレン共重合体、ポリエーテルエーテルケトン共重合体、フッ化エチレンポリプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレンパーフロロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレンエチレン共重合体等が挙げられる。
上記の合成樹脂のうち、特に好ましいものとしては、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、アクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェノール、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、アラミド等が挙げられる。
また、上記合成樹脂に、染料、発色剤、可塑剤、顔料、重合禁止剤、表面改質剤、安定剤、密着性付与剤、熱硬化剤、分散剤、紫外線劣化防止剤等を必要に応じて添加した合成樹脂を用いることができる。さらに、前記合成樹脂は、形状を保持するために異なる種類の前記合成樹脂が積層しても良く、単一合成樹脂であっても良い。また、前記合成樹脂を2種類以上混合したポリマーアロイであっても良い。さらに、上記合成樹脂に、葉脈繊維、果実繊維、獣毛繊維、繭繊維、羽毛繊維、キチン、キトサン、石綿(アスベスト)等の線維を混合してもよい。
無機高分子として具体的には、ガラス、水晶、カーボン、シリカゲル及びグラファイト等が挙げられる。金属として具体的には、金、白金、銀、銅、鉄、アルミニウム、磁石、パラマグネット等が挙げられる。天然高分子としては、ポリアミノ酸、セルロース、キチン、キトサン、アルギン酸及びそれらの誘導体が挙げられる。セラミックとして具体的には、アパタイト、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素、窒化ケイ素及び炭化ホウ素等が挙げられる。
上記担体等には、直接DNAを固定化してもよいが、さらに、担体等に対して固定化のための固定化相を付与してもよい。こうした固定化相としては、上記担体等上に担持される限り、単に物理的な接着性を利用して担持されていてもよく、また、化学的に共有結合等を介して担持されていてもよい。また、上記固定化相は、必要に応じ、担体等上の全面において担持されても、また、その一部において担持されてもよい。固定化相としては、上記した担体等の材料として説明した材料の他、有機低分子が挙げられる。上記有機低分子として具体的には、カルボジイミド基含有化合物、イソシアネート基含有化合物、窒素イペリット基含有化合物、アルデヒド基含有化合物、アミノ基含有化合物等が挙げられる。
固定化相は、担体等上に皮膜として担持されることが好ましい。担体等上に固定化相を皮膜で担持させる方法としては、スプレー、浸漬、ブラッシング、スタンプ、蒸着、フィルムコータを用いたコーティング等の公知の方法を用いることができる。
例えば、ガラス製担体等の表面全体にカルボジイミド基(樹脂)を導入する方法については、まず、3−アミノプロピルトリエトキシシラン等のアミノ置換オルガノアルコキシシランを適当な溶媒に溶解して得られた溶液に70〜80℃程度の温度条件下で担体等を概ね2〜3時間程度浸漬した後、これを取り出して水洗し、さらに、100〜120℃程度で約4〜5時間加熱乾燥する。乾燥後、適当な溶媒中に浸し、カルボジイミド樹脂を加え30〜170℃程度の温度条件下で12時間程度攪拌し、洗浄すればよい。また、上記3−アミノプロピルトリエトキシシランのアミノ基と窒素イペリット基の核酸結合基以外の官能基を適当な溶媒を用いて反応させ、ガラス製担体等の表面に窒素イペリット基を導入することもできる。
また、ガラス製担体等にアミノ基以外場合や、担体等がガラス以外の材料からなる場合においても、上記担体の説明で挙げた各種材料表面に種々の官能基を導入することは、従来より一般的に行われていることであり、その方法も公知であるので、このような公知の方法を用いて担体等の表面への官能基の導入を行うことができる。
さらに、上記で挙げたプラスチック製担体等の中には、担体等表面に既に上記のような官能基を有するものも有り、この場合には担体等表面に官能基を導入することなしに、これをそのまま担体等の製造に用いることも可能である。また、このようなプラスチック製担体等であってもさらに官能基を導入して上記担体等の製造に用いることも可能である。
また、上記担体等や固定化相の材料に公知の光重合開始剤を混合することもできる。光重合開始剤を混合することによって、紫外線等の電磁波の照射による核酸の固定化の際の反応性が向上し得る。
(識別情報)
本明細書において、識別情報とは、識別対象を識別するための情報を意味する。識別情報は、1又は2以上のDNAに含まれている。さらには、識別情報は、これらのDNAが保持体上に付与されて構成するパターンに含まれていてもよい。パターンについては後述する。
本明細書において、DNAとは、アデニン(A)、チミン(T)、シトシン(C)及びグアニン(G)をそれぞれ塩基として有するデオキシリボヌクレオチドの重合体を意味する。
識別情報は、一つの識別対象に関連付けえられており、また、識別情報は、1又は2以上のDNA中に備えられる1又は2以上の識別用塩基配列によって構成されている。したがって、一つの識別対象は、1のDNAによって識別されるようになっていてもよいし、2以上のDNAによってNDAによって識別されるようになっていてもよい。
1のDNAは、1の識別用塩基配列を有している。識別用塩基配列は、1の識別対象に予め関連付けられている。この関連付けによって、識別対象が識別情報によって識別されることになる。識別用塩基配列は、識別対象に固有のものであってもよいし、そうでなくてもよい。
識別対象に固有である場合とは、例えば、識別対象がゲノム上の特有の塩基配列や変異を有するとき、当該特有の塩基配列自体を識別用塩基配列とする場合が挙げられる。
識別用塩基配列は、天然由来であってもよいが、人工的に設計されたものであってもよい。人工的に設計された塩基配列を識別用配列として用いる場合とは、例えば、予め相互にミスハイブリダイゼーションがなく、そして、共通のハイブリダイゼーション条件で確実にハイブリダイズし検出できるような集合を構成する人工的塩基配列を用いることで、ハイブリダイゼーションによる、識別対象の検出を迅速かつ精度の高いものとすることができる。
こうした人工的塩基配列としては、例えば、配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的な塩基配列が挙げられる。これらの塩基配列は全て同一塩基長であり、融解温度(Tm)が40℃以上80℃以下、好ましくは50℃以上70℃以下であって、同一条件でのハイブリダイズにおいて均質なハイブリダイズ結果が得ることができる。同時に使用する2種類以上の人工的塩基配列の融解温度は、できるだけ近いことが好ましい。
なお、融解温度は、GC%法、Wallace法、Current Protocols in Molecular Biologyに準拠した方法(秀潤社刊バイオ実験イラストレイテッド3 本当に増えるPCRp.25に記載)等により算出したものを採用できるが、本発明における融解温度の範囲および塩基配列濃度の影響を加味できるNearest-Neighbor法によって算出されることが好ましい。Nearest-Neighbor法による融解温度は、例えば、Visual OMP(トミーデジタルバイオロジー株式会社製)とのソフトウエアや日本遺伝子研究所(http://www.ngrl.co.jp/)が提供するソフトウエア(OligoCalculator;http://www.ngrl.co.jp/tool/ngrl_tool.html)により容易に取得できる。
このような人工的塩基配列における識別配列は、正規直交化配列ともいい、たとえば乱数から得られた所定塩基長のDNA配列に対して連続一致長、Nearest-Neighbor法による融解温度予測、ハミング距離、二次構造予測の計算を行うことにより設計される。正規直交化配列は、核酸の塩基配列であって、その融解温度が均一であるもの、即ち融解温度が一定範囲内に揃うように設計された配列であって、核酸自身が分子内(intramolecular)で構造化して、相補的な配列とのハイブリッド形成を阻害することのない配列であり、尚且つこれに相補的な塩基配列以外とは安定したハイブリッドを形成しない塩基配列を意味する。1つの正規直交化配列群に含まれる配列は、所望の組み合わせ以外の配列間および自己配列内において反応が生じ難いか、または反応が生じない。また、正規直交化配列は、PCRにおいて増幅させると、たとえば上述のクロスハイブリダイズのような問題に影響されずに、当該正規直交化配列を有する核酸の初期量に応じた量の核酸が定量的に増幅される性質を有している。上記のような正規直交化配列は、H.Yshida and A.Suyama,“Solution to 3-SAT by breadth first search”,DIMACS Vl.54, 9-20(2000)および特願2003−108126に詳細が記載されている。これらの文献に記載の方法を使用して正規直交化配列を設計することができる。
識別情報は、1又は2以上の識別用塩基配列によって構成されていてもよい。異なる識別用塩基配列をそれぞれ有する2以上のDNAによって識別情報が構成されることで、より確度の高い識別が可能とすることができる。また、一定数の人工的塩基配列を用いても、それらを組み合わせることで、当該一定数よりも多い識別対象を識別することができる。
識別用塩基配列は、後述するチミンリッチな塩基配列よりもチミン塩基比率が小さいことが好ましい。すなわち、識別用塩基配列は、T(チミン)の含有量(識別用塩基配列中のチミン塩基数/識別用塩基配列の全塩基数×100)が50%未満であることが好ましい。識別用塩基配列中にチミンが存在すると、固定化量及び/又はプローブとの反応量のほか、固定化後の紫外線照射等に対して劣化しやすくなるからである。所望の固定化量及び/又は反応量、劣化抑制が得られれば、チミン比率は特に限定しないが、好ましくは、40%以下であり、より好ましくは30%以下であり、さらに好ましくは20%以下であり、一層好ましくは10%以下であり、より一層好ましくは5%以下であり、さらに一層好ましくは、1%以下である。最も好ましくは、0%である。
DNAは、一つの識別用塩基配列とともに、チミンリッチな塩基配列を有している。チミンは、後述するように、DNAの保持体への化学結合に関与していると考えられ、チミンリッチな塩基配列を有することで簡易にかつ強固に担体にDNAを結合させることができる。
チミンリッチな塩基配列とは、チミン(T)の含有率がDNA中の他の領域(例えば、識別用塩基配列)よりも高い塩基配列をいう。より具体的には、DNAの塩基配列において選択される2つのチミン(T)で特定される当該チミンを両端に含む一続きの塩基配列が、他の領域よりもチミンの含有量が高いことを意味している。より好ましくは、T(チミン)の含有量(前記一続きの塩基配列中のチミン塩基数/前記一続きの塩基配列の全塩基数×100)が50%以上である塩基配列である。より好ましくは60%以上であり、さらに好ましくは70%以上であり、一層好ましくは80%以上であり、より一層好ましくは90%以上であり、さらに一層好ましくは95%以上であり、さらにまた好ましくは98%以上であり、最も好ましくは100%である。チミンリッチな塩基配列は、一つのチミンが連続することなく間隔をおいて含まれていることも好ましい。また、チミンリッチな塩基配列は、好ましくは、2以上のチミンが連続する塩基配列を含む。そして、より好ましくは連続するチミンの塩基配列からなる。チミンが連続する塩基配列は、チミンは、3又は4以上連続していることが好ましく、より好ましくは、5又は6以上連続していることが好ましく、さらに好ましくは、7又は8以上連続している。一層好ましくは9又は10以上連続している。なお、チミンリッチな塩基配列がDNAのほぼ全体又は全体に及んでいる場合が挙げられる。
チミンリッチな塩基配列は、DNAのいずれの部位にあってもよいが、識別用塩基配列の一部でないことが好ましい。チミンリッチな塩基配列は、識別用塩基配列とは別個に備えられることが好ましい。また、チミンリッチな塩基配列は、DNAの5’末端及び/又は3'末端を含んで備えられていてもよいし、当該末端を含まないが、5’末端側及び/又は3’末端側に備えられていてもよい。また、中央部にあってもよい。好ましくは、5’末端及び/又は3'末端を含んで備えられる。
DNAがチミンリッチな塩基配列を備えているため、DNAは、本保持体に化学結合により結合されている。
こうした1又は2以上のDNAが保持体の担体に保持されることで、DNA中の識別用塩基配列が識別情報として機能することとなる。識別情報は、好ましくは、適当なパターン(二次元形態)を伴って担体上等に保持される。すなわち、パターンとしては、特に限定されないが、例えば、記号、文字、数字、バーコード、画像のほか、これらの組み合わせであってもよい。こうしたパターンは目視可能であることが好ましい。
保持体上のDNAは、保持体上において、1又は複数のドット状体として保持されていてもよい。個々のドット状体は、1又は2以上のDNAから構成されている。一つの識別対象を識別するために一つのDNAを用いる場合には、一つのドット状体が全て当該一つのDNAで構成されている。また、一つの識別対象を識別するために、2以上のDNAを用いる場合には、一つのドット状体が、一つのDNAのみからなっていてもよいし、2以上のDNAからなっていてもよい。あるいは、それぞれのDNAからなる2以上のドット状体を組み合わせてもよい。
複数のドット状体が集合して目視可能な所定のパターンを構成していてもよい。ドット状体でパターンを構成することで、検出に必要なDNA量を低減できるとともに、ドット内のDNA濃度を高めることができるため、検出感度を高め、簡易かつ迅速に確度の高い検出が可能となる。一つのパターンは、通常、一つの識別対象の特定のために構成される。当該一つのパターンは、1又は2以上のDNAからなるドット状体で構成されうる。なお、一つの識別対象に対して、一つのパターンを備えていてもよいし、2種以上を備えていてもよい。
2種以上のパターンを、同時に一つの担体又は識別対象上に備えることもできる。この場合、2種以上のパターンをコンパクトに保持するためには、2種以上のパターンの少なくとも一部が重なるように配置されることが好ましい。重なって配置される箇所は、それぞれのパターンに属する個々のドット状体が重ならないようにして配置されていてもよいし、重複して配置されていてもよい。また、パターンが重なって配置される箇所は、いずれか一方のパターンに属するドット状体のみで構成されていてもよい。さらには、パターンが重なって配置される箇所は、双方のパターンに属するドット状体がいずれも配置されていないとしてもよい。こうした状態であっても、パターン自体の存在は確認できるからである。
なお、2種以上のパターンは、一つの識別対象を識別するために備えられていてもよいし、それぞれ個別の識別対象を識別するために備えられていてもよい。いずれにしても、前記パターン間で共通しない前記識別用塩基配列を有する1又は2以上のDNAからなるドット状体で構成されていることが好ましい。
なお、担体上等にDNAを含むドット状体を形成する技術は、たとえば、公知のDNAマイクロアレイなどの技術を適用することができる。すなわち、DNAを分散又は溶解した液体を、インクジェット方式あるいはピン方式など、公知の手法で担体上にスポットすればよい。
本保持体においては、DNAを備える部分を覆うカバーを備えることができる。こうしたカバーを備えることで、DNAの摩擦による脱離や紫外線照射による分解を抑制することができる。カバーは、前記保持体上の識別情報を付与した表面に密着するものであってもよい。すなわち、カバーは、粘着層を有して密着するフィルム状体、シート状体であってもよい。また、カバーは、前記保持体上の識別情報を付与した表面から所定距離離間して覆うものであってもよい。さらに、カバーは、前記保持体上の識別情報を付与した表面から所定距離離間し、前記表面上にキャビティを形成するようなカバーであってもよい。さらに、このようなキャビティを形成するカバーの場合、当該キャビティをハイブリダイゼーションのためのキャビティとして用いることも可能となる。この場合には、キャビティにハイブリダイゼーションのためのプローブ溶液などを注入可能な開口を備えることができる。あるいは、適時に当該開口を形成可能に設けることができる。例えば、外部から押圧により、開口が形成されるような脆弱部を設けてあってもよい。
さらに、本保持体上の識別情報たるDNAを物理的刺激から保護するには、識別情報が保持される領域が周囲よりも低く形成されていることが好ましい。例えば、担体が、底面を有する凹部を備える場合、当該凹部に識別情報が保持されていることが好ましい。また、当該凹部は、ハイブリダイゼーションのためのキャビティとしても用いることができる。
本保持体においてハイブリダイゼーションのためのキャビティを備えることで、後述する識別対象の識別において、容易に接触工程を実施できる。
本保持体が、担体上に識別情報を備えて、別途、識別対象に固定化されるべきものである場合、担体には、識別対象に対する固定化手段を備えていることが好ましい。例えば、当該固定化手段は、接着層、粘着層などが挙げられる。こうした固定化手段は、本保持体がフィルム状、シート状の場合に有効である。また、本保持体がタグ形態を有する場合、固定化手段としては、接着層や粘着層のほか、係止、嵌合等による固定化手段を備えることができる。固定化手段は、識別対象から本保持体を分離可能なものであることが好ましい。分離可能とすることで、後述する識別対象の識別を容易に実施できる。
(識別方法)
次に、本保持体を用いて識別対象を識別する方法について説明する。すなわち、本明細書に開示される識別対象の識別方法は、識別対象に付与された本保持体に上の前記識別情報に対して、前記識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブを接触させる工程と、前記識別情報と前記プローブとのハイブリダイゼーション産物を検出する工程と、を備えることができる。本識別方法によれば、本保持体において良好な識別能が確保されているため、良好な確度で識別対象を識別できる。そして、当該識別工程は、別途、識別対象の管理、監視、認証、同定、追跡等の方法にそのまま適用することができる。
(接触工程)
接触工程は、識別対象に付与された本保持体に上の識別情報に対して、この識別情報に含まれる識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブを接触させる工程とすることができる。接触工程において、識別対象が予め関連付けられた識別用塩基配列を備えているとき、プローブとハイブリダイズ産物を形成することができる。すなわち、本接触工程は、DNA中の識別用塩基配列とプローブとのハイブリダイゼーションを行わせることを目的としている。プローブは、識別対象に予め付与した識別用塩基配列に対応するプローブだけを供給してもよいし、ユニバーサルに多くの識別対象に適用可能に組成したプローブを供給してもよい。
プローブは、識別用塩基配列とハイブリダイズ産物を形成できる程度に相補的であればよいが、好ましくは、完全に相補的である。識別用塩基配列が、配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的な塩基配列から選択されるとき、プローブは、配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的な塩基配列から選択される。
プローブは、その後の検出のために、標識されていることが好ましい。標識としては従来公知のものを適宜選択して用いることができる。それ自体励起されると蛍光シグナルを発する蛍光物質などの各種色素であってもよいし、さらに酵素反応や抗原抗体反応により第2成分と組み合わせて各種シグナルを発する物質であってもよい。典型的には、Cy3、Alexa555、Cy5、Alexa647等の蛍光標識物質を用いることができる。また、ビオチンとストレプトアビイジンHPRとを組み合わせて基質による処理等による発色による検出を用いてもよい。
プローブは、識別対象に固有のプローブを含んでいてもよいが、ユニバーサルに多くの識別対象に適用可能に組成したプローブセットであってもよい。配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的塩基配列を有するプローブであれば、相互にミスハイブリダイゼーションがないため、こうした塩基配列を識別用配列として用いた本保持体であればユニバーサルに適用可能なセットとすることができる。
接触工程の条件は特に限定しない。通常のハイブリダイズ媒体を用いることができる。適度な温度に設定することができる。例えば、配列番号1〜100で表される塩基配列又は当該塩基配列に相補的な配列などの高度に選択的な識別用塩基配列を利用する場合には、配列番号1〜100で表される塩基配列又は当該塩基配列に相補的な塩基配列を利用する場合には、30℃以上80℃以下、好ましくは30℃以上40℃以下の温度を採用できる。より好ましくは、35℃以上40℃以下である。また、時間は、1秒以上1時間以下であることが好ましい。より好ましくは、1秒以上5分以下であり、さらに好ましくは1秒以上1分以下である。好ましくは、30℃以上40℃以下、より好ましくは、35℃以上40℃以下で、かつ、好ましくは1秒以上5分以下、より好ましくは、1秒以上1分以下の接触工程とすることができる。
なお、接触工程に際しては、本保持体を識別対象から分離してもよい。分離可能な固定化手段により本保持体が識別対象に固定化されている場合には、識別対象とから分離した状態で接触工程を実施できる。また、可能な場合には、識別対象上で接触工程を実施してもよい。例えば、本保持体上に、ハイブリダイゼーション用のキャビティを備える場合が挙げられる。
後段の検出工程に先立って、過剰のプローブを洗浄除去することが好ましい。識別情報たるDNAは担体等に固定化されているため、余分なプローブを洗浄しても、ハイブリダイゼーション産物は、担体等上に保持される。
(検出工程)
検出工程は、前記識別情報中の識別用塩基配列と前記プローブとのハイブリダイゼーション産物を検出する工程とすることができる。こうしたハイブリダイゼーション産物を検出することにより、識別対象を識別できる。検出工程におけるハイブリダイズ産物の検出方法は特に限定されない。連結分子が標識を有する場合には、その標識を検出すればよい。また、電気的な検出方法などにより、二重鎖を検出してもよい。
ハイブリダイズ産物が検出されたとき、識別対象が同定される。すなわち、識別対象の同一性が判定されるため、改ざんされていないこと、置換されていないこと、損なわれていないことなどが判定できる。また、ハイブリダイズ産物が検出されないとき、識別対象の不存在ないし識別対象の非同一と判定される。すなわち、識別対象は失われたか、改ざんされたか、損なわれたかなどと判定される。
識別情報として、1又は2以上のDNAが目視可能なパターンを形成している場合には、そのパターンを目視で視認することにより容易に識別対象の識別が可能となり、識別対象が同定される。また、配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的配列を利用する場合には、高度に選択的にハイブリダイズ産物が生成されるため、迅速に確度の高い識別が可能である。さらに、一つの識別対象に対して、2以上のDNA、すなわち、2以上の識別用塩基配列が関連付けられている場合にも、確度の高い識別が可能となる。
検出工程に要する時間は、特に限定しないが、1秒以上1時間以下とすることできる。本方法においては、例えば、配列番号1〜100で表される塩基配列及びその相補的配列から選択されるような高度に選択的な識別用塩基配列を用いることで、一般的な検出温度(50℃〜70℃)と比べ40℃以下(例えば37℃程度)でハイブリダイズ及び検出が可能であるため、検出工程の迅速化も可能となっている。より好ましくは1秒以上5分以下であり、さらに好ましくは1秒以上1分以下である。
以上説明したように、本識別方法によれば、良好な識別能を有する本保持体に対して、簡易にかつ迅速に接触工程及び検出工程を実施できる。したがって、確度の高い識別が可能となっている。また、こうした識別方法は、各種物品の流通、保管に関する、管理方法、監視方法、認証方法等においても同様の効果を奏する。
(識別キット)
本明細書に開示される識別対象の識別キットは、本保持体と、識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブと、を備えることができる。こうしたキットによれば、本保持体による識別を実施することができる。本識別キットにおける本保持体及びプローブについては、既に説明したこれらについての各種態様をそのまま適用することができる。
(本保持体の製造方法)
本保持体を製造方法は、上記した担体等の表面に、識別用塩基配列とチミンリッチな塩基配列とを有するDNAを供給して両者を接触させて固定化する工程を備えることができる。固定化工程では、具体的には、例えば、両者の接触反応において固定化されるDNAの活性が維持されるように、通常、DNAは水またはバッファー中に含まれる形で供給される。また、両者の接触中又は接触後に電磁波を照射することによって固定化することもできる。また、上記水またはバッファー中に公知の光重合開始剤を混合することもできる。
固定化に用いる電磁波としては、220nm〜380nmの波長の紫外線が好ましい。なかでも、280nmの波長を含む紫外線を照射することが好ましい。具体的には、波長280nmを含むブロードな波形を有する紫外線であっても良い。照射量は、10〜5000mJ/cm2が好ましく、100〜2000mJ/cm2がさらに好ましい。好ましくは、200mJ/cm2以上である。
また、前記核酸溶液をスポット後紫外線照射前に乾燥させることができる。前記核酸溶液の乾燥方法としては、自然に乾燥させてもよく、加熱して乾燥させてもよい。加熱する場合の温度は、通常30〜100℃、好ましくは35〜45℃である。
DNAとカルボジイミド樹脂、窒素イペリット、ポリアミノ酸、ニトロセルロール等の公知の化合物を化学的に結合又は物理的に結合した状態で、これら混合物と担体を接触させ固定させてもよく、また、このときの固定は前記電磁波を照射して行ってもよい。
本明細書において微量のDNAを、通常は、DNAを含有する水またはバッファーを、担体等に点状に供給する手段として、ディスペンサを用いる方法、ピンを用いる方法、インクジェットを用いる方法等が挙げられるが、本発明がこれらに限定されるものではない。また、このように溶液を微量に供給する装置は、一般に市販されており、本発明においてもこれらを用いることが可能である。
さらに、ブロッキング工程を備えていてもよい。本保持体は、さらに、必要に応じて過剰量のウシ血清アルブミン(BSA)、カゼイン、サケ精子DNA等を担体等に接触させ、ブロッキングを施すこともできる。
以上説明したように、本製造方法によれば、DNAの劣化や脱離が抑制されて良好な識別能を有するDNA保持体を得ることができる。
以下、本発明を具現化した実施例について説明するが、本明細書の開示は、以下の実施例に限定されるものではない。
本実施例では、23merの人工設計オリゴヌクレオチドの識別用塩基配列のうち、チミン(T)塩基の割合が少ないもの、チミン塩基の割合が多いもの、チミン塩基が全くないものの3通りの配列と、これら配列の5’末端及び/又は3’末端にpolyT(チミンリッチな塩基配列)をつないだ配列からなるオリゴヌクレオチドを合成した。これらのオリゴヌクレオチドを樹脂基板にスポットし、固定した。スポット固定後の追加の紫外線照射による識別対象の識別能(検出能)への影響を評価するため、紫外線処理前後でのプローブとのハイブリダイズ反応を行い、蛍光シグナルの強度を比較した。なお、追加の紫外線照射処理は、オリゴヌクレオチドが固定された担体上に200−300nm程度の紫外光を長時間連続照射することにより行った。
(1)オリゴヌクレオチドの固定化体の作製
熱可塑性プラスチックの一種であるポリカーボネート基板(25mm±0.05mm×76mm±0.05mm)上に、あらかじめ調製した合成オリゴヌクレオチド(DNA)(日本遺伝子研究所社製:表1参照)を溶かした水溶液を日本ガイシ株式会社製GENESHOTスポッターを用いてスポットした。オリゴヌクレオチドは、識別用塩基配列中のチミン塩基数が10個、2個及び0個のOligo1−1、2−1、3−1の3種(配列番号101〜103)と、これらの5’末端にそれぞれTが10個からなるPolyTを結合させたOligo1−2、2−2、3−2の3種(配列番号104〜106)とした。また、配列番号101〜103で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドの3’末端にそれぞれTが10個からなるPolyTを結合させたOligo1−3、2−3、3−3の3種(配列番号107〜109)とした。さらに、配列番号101〜103で表される塩基配列からなるオリゴヌクレオチドの5’末端及び3’末端にそれぞれTが10個からなるPolyTを結合させたOligo1−4、2−4、3−4の3種(配列番号1104〜112)とした。
Figure 2012008581
なお、合成オリゴヌクレオチドの水溶液は以下のようにして調製した。
(a)添加剤1を用いたスポット用水溶液:SSC系
6×SSC(invitrogen社20×SSCを薄めたもの)と100pmol/μlのオリゴヌクレオチドをそれぞれを等量混合したもの(各終濃度50pmol/μl,3×SSC)
(b)添加剤2を用いたスポット用水溶液:PBS系
2×PBS(invitrogen社10×PBSを薄めたもの)と100pmol/μlのオリゴヌクレオチドをそれぞれを等量混合したもの(各終濃度50pmol/μl,1×PBS)
スポットの後、以下の手順で合成オリゴヌクレオチドの担体(基板)への固定を行った。すなわち、スポット済み基板をUV照射装置(Spectroline社XL−1500UV Crosslinker)にセットし、600mJ/cmで紫外線光を照射した。次いで、スライドラックにセットした基板を3〜5%BSA水溶液中にて50回上下振とう後、さらに、滅菌水中にて10回上下振とうし、その後、遠心(1000rpm×2分)により液切りした。
(2)プローブDNAとの反応
(1)で作製したで作製した合成DNA保持担体上のオリゴヌクレオチドを検出するためのプローブとして、5’末端をCy3で修飾された合成DNA(日本遺伝子研究所社製:以下3種の配列参照、配列番号113〜115)を使用した。
Figure 2012008581
まず初めに、上記3種プローブを用いた反応溶液を以下の組成で調製し、合成オリゴヌクレオチド保持担体(基板)への反応を行った。詳細な手順を以下に説明する。
(プローブDNA溶液の調製)
Probe mixture(2.5nM, each) * 1.5 μl
Hybri Solution(×2)* 9.0 μl
milliQ水 7.5 μl
total 18.0 μl

* Probe mixture組成(2.5nM, each)
Probe 1(100nM) 10 μl
Probe 2(100nM) 10 μl
Probe 3(100nM) 10 μl
TE(pH8.0) 370 μl
400 μl

*Hybri Solution組成(×2)
20×SSC 2.0 ml
10%SDS 0.8 ml
100%Formamide 12.0 ml
100 mM EDTA 0.8 ml
milliQ 24.4 ml
40.0 ml
(基板とのプローブDNA溶液の反応)
調製した反応プローブDNA溶液を、Applied Biosystems社のGeneAmp PCR System 9700を使用し、90℃で1分加熱した後、ヒートブロック(TAITEC社DTU−N)を使用し80℃で1分加熱した。上記プローブ溶液を各9μlずつ、基板上のスポットエリアにかけ、乾燥防止のためコンフォート/プラス用サーモブロックSlide(eppendorf社)を使用し、37℃で60分間静置することにより反応を行った。
(反応後基板洗浄液の調製)
Milli Q 188.0 ml
20×SSC 10.0 ml
10%SDS 2.0 ml
total 200.0 ml
(基板上の余剰プローブの洗浄)
上記洗浄液をガラス染色バットに移した。プローブDNA溶液との反応終了後の基板を浸漬し5分間上下振とうした。滅菌水を入れたガラス染色バットに基板を移し、1分間上下振とうした。次いで、2000rpmで1分間遠心乾燥し、基板上に残った水分を除去した。
(3)(1)で作製された担体に追加で紫外光照射された基板の作製及びその基板へのプローブDNAを用いた反応
アレイの長期保存安定性を確認するために、(1)にて作製済みの基板をUV照射装置(Spectroline社XL-1500UV Crosslinker)にセットし、追加で紫外光を照射(それぞれ600mJ/cm2及び1200mJ/cm2)した基板を作製した。
追加で紫外光を照射して得た各基板に対し、(2)で実施した方法と同様の方法でプローブDNAとの反応を行い、基板上の余剰プローブを洗浄した。
(4)データ解析
(スキャナーによる蛍光検出)
(2)及び(3)において得た反応済み各基板について、Appleied Precision社ArrayWoRxを使用して適宜、露光時間を調節し、基板表面の蛍光画像を取得した。さらにGenePix Proを使用し、得られた画像の蛍光シグナルの数値化を行った。(2)で得られた基板上の各スポットの蛍光強度について結果を比較した。その結果を以下の表に示す。
Figure 2012008581
表3に示すように、オリゴヌクレオチド用水溶液の調製方法(SSC系、PBS系)に関係なく、オリゴヌクレオチドの識別用塩基配列中のチミン塩基数が少なくなるにつれ(Oligo1−1、2−1、3−1、Oligo1−2、2−2、3−2、Oligo1−3、2−3、3−3及びOligo1−4、2−4、3−4の順)、プローブ反応量が向上する結果を確認した。また、オリゴヌクレオチドの末端のpolyT結合の有無によるプローブ反応量への影響を確認したところ、polyTを結合したオリゴヌクレオチド(Oligo1−2〜4、2−2〜4、3−2〜4)において、結合していないオリゴヌクレオチド(Oligo1−1、2−1、3−1)と比べてプローブ反応量が数倍から10倍程度に向上する結果を確認した。
また、上記(3)により得られた基板上の各スポットの蛍光強度についての結果(SSC系及びPBS系)を比較した。上記(2)の結果も加味した結果を以下の表に示す。
Figure 2012008581
Figure 2012008581
表4に示すように、オリゴヌクレオチド水溶液の調製方法がSSC系の場合、Oligo3−2(識別用塩基配列中のチミン数0、PolyT有り)において追加紫外光照射によるスポットの蛍光強度低減割合を従来の数十分の1から約1/3程度までに抑制できることを確認した。
以上の結果から、オリゴヌクレオチドの識別用塩基配列中のチミン塩基数がより少なく、かつオリゴヌクレオチドの末端にpolyTが結合した配列において、基板上に固定されたオリゴヌクレオチドの紫外線による影響を小さくすることが可能であり、オリゴヌクレオチド及びオリゴヌクレオチドを固定化したアレイの長期保存性が良好であることがわかった。
また、表5に示すように、オリゴヌクレオチドスポット用水溶液調製方法がPBS系においては、SSC系と比べ、追加紫外光照射によるスポットの蛍光強度低減割合がやや大きく、SSC系でのスポット用水溶液調製が望ましいことがわかった。
配列番号1〜115:プローブ

Claims (16)

  1. 識別対象を識別するための識別情報を保持する保持体であって、
    前記識別対象に予め関連付けられた識別用塩基配列と、
    チミンリッチな塩基配列と、
    を備える1又は2以上のDNA、を備える、保持体。
  2. 前記チミンリッチな塩基配列は、前記DNAの5’末端側及び3’末端側のいずれか又は双方に備えられる、請求項1に記載の保持体。
  3. 前記識別用塩基配列は、T(チミン)の含有量(識別用塩基配列中のチミン塩基数/識別用塩基配列の全塩基数×100)が50%未満である、請求項1又は2に記載の保持体。
  4. 前記識別用塩基配列は、前記T含有量が10%以下である、請求項3に記載の保持体。
  5. 前記チミンリッチな塩基配列は、2以上の連続するチミンからなる、請求項1〜4のいずれかに記載の保持体。
  6. 前記チミンリッチな塩基配列は、3又は4以上の連続するチミンからなる、請求項1〜5のいずれかに記載の保持体。
  7. 前記チミンリッチな塩基配列は、5又は6以上の連続するチミンからなる、請求項1〜6のいずれかに記載の保持体。
  8. 前記識別用塩基配列は、配列番号1〜100及びその相補配列から選択される、請求項1〜7のいずれかに記載の保持体。
  9. 前記1又は2以上のDNAは前記保持体に化学結合により結合されている、請求項1〜8のいずれかに記載の保持体。
  10. 前記1又は2以上のDNAを含む、複数個のドット状体が、目視で識別可能なパターンを構成する、請求項9に記載の保持体。
  11. 前記パターンを2種以上備える、請求項10に記載の保持体。
  12. 2種以上の前記パターンは、前記パターン間で共通しない前記識別用塩基配列を有する1又は2以上のDNAからなるドット状体で構成されている、請求項11に記載の保持体。
  13. 2種以上の前記パターンは、少なくともその一部が重なって配置されている、請求項12に記載の保持体。
  14. 前記保持体の前記DNAを備える部分を覆うカバーを備える、請求項1〜13のいずれかに記載の保持体。
  15. 識別対象の識別方法であって、
    前記識別対象に付与された請求項1〜14のいずれかに記載の保持体上の前記DNAに対して、前記識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブを接触させる工程と、
    前記識別用塩基配列と前記プローブとのハイブリダイゼーション産物を検出する工程と、
    を備える、方法。
  16. 識別対象の識別キットであって、
    請求項1〜14のいずれかに記載の保持体と、
    前記識別用塩基配列と相補的な塩基配列を有する1又は2以上のプローブと、
    を備える、キット。
JP2012524612A 2010-07-16 2011-07-15 識別対象を識別するための識別情報の保持体及びその利用 Active JP5936541B2 (ja)

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