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半導体回路技術を用いたDNAチップの開発について

2004年11月30日

 当社は、半導体に幅広く使用されているCMOS(相補型金属酸化物半導体)集積回路技術を用いることにより、高感度の検出能力と小型化を実現したDNAチップを開発しました。これにより、既に当社が開発済みの感染症や薬物の副作用判定チップに加え、がんなどの重篤な疾病の発症や進行度のモニタリング等、新たな検査項目に対応したチップの開発が可能になります。

 現在市販されているDNAチップは、SNPs*1や遺伝子の発現解析(mRNA*2の定量的変化)などを中心に、主に研究用途に使用されています。最近この発現解析の技術を用いて、がん発症の初期診断や治療の予後を予測することができるようになってきました。このような定量解析にDNAチップを使用するには、既存のDNAチップの感度、再現性、定量性をさらに向上させた高感度DNAチップが必要です。DNAチップによる定量的で簡便な遺伝子発現の解析が実現すれば、疾病発症の予測診断が可能となり、健常人に対する疾病のモニタリングが実現し、新たなDNAチップの市場を切り開くことができます。

 今回開発したCMOS型DNAチップ内部には、DNAセンサ各々に専用の信号検出用CMOS回路が接続されており、微量なDNAに起因する微弱な電気信号でも、雑音の影響を受けることなくチップ内部で検出・増幅ができます。このため、従来の、CMOS回路を内蔵していないDNAチップに比べ、低い濃度の検体でも検出が可能となり、これまで一定の濃度を確保するために必要とされた遺伝子増幅工程*3が大幅に簡略化できます。将来的には、遺伝子増幅を行わずに検体の検査が可能となり、高感度で定量的な遺伝子発現の解析が実現します。
 また、従来のDNAチップの検査システムでは、検出回路が検査装置本体に設けられていましたが、今回DNAチップ内部に検出回路を集積することにより、装置の小型化、軽量化を推進できます。更に、検査装置本体に搭載していたセンサ出力信号選択用の回路をチップ内部にセレクタ回路*4として取り込んだことにより、チップと検査装置本体とをつなぐ出力端子数を減らすことが可能になりました。このため、センサ数を増やして、ひとつのDNAチップで多くの検査用途に対応することが可能となり、検査コストの低減を図ることができます。

 今後は、医療機関との連携により、解析する遺伝子の最適化を進めながら、検出感度の更なる向上、信頼性の向上を図り、DNAチップによる疾患発現解析の実現に向けた開発を進めていきます。

 なお、今回の開発に関しては、12月1日から3日に幕張メッセで開催されるセミコン・ジャパン2004にて、開発コンセプトに関する展示が行われます。

開発のポイント

従来の自動検査装置におけるチップと測定系との関係
従来の自動検査装置におけるチップと測定系との関係

今回開発したCMOS型チップと測定系との関係
今回開発したCMOS型チップと測定系との関係

*1: SNPとは、一塩基多型の略で、塩基配列中に存在する1塩基の置換(多型)である。SNPsはその複数形。SNPにより、遺伝情報に僅かな差異が生じ、個人差の原因のひとつと考えられている。
*2: 遺伝子からタンパク質への翻訳において、遺伝子(DNA)の配列を鋳型として合成(転写)されるRNAの一種である。また、このmRNAの配列に従って、アミノ酸が配列され、DNAの配列に対応したタンパク質が合成される。疾病に羅患すると、疾患に関連する遺伝子の転写効率が変化すると考えられており、mRNAを定量的に検出することにより、疾患の発見またはその状態を知ることができる。
*3: 鋳型となる遺伝子配列と同じ配列をもつ遺伝子断片を増幅する工程。ポリメラーゼチェーンリアクション(PCR)が代表的なものであり、鋳型遺伝子を数十万〜百万倍に増幅することができる。従来のDNAチップでは、DNAの抽出、増幅、反応、検出、解析の5つの工程を必要とする。
*4: チップ外部への出力信号を全センサ出力信号の内から選択する回路。


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