(57)【要約】【課題】化学発光基質溶液がどのスポットにも同時に接触できるようにする。【解決手段】生体高分子検出装置１は、受光面を有する固体撮像デバイス１０と、既知の生体高分子からなり、固体撮像デバイス１０の受光面上に配列されたスポット６０と、スポット６０の両側において固体撮像デバイスの受光面上に設けられた隔壁８１と、隔壁８２の上に設けられてスポット６０を覆った天壁８３と、固体撮像デバイス１０を隔壁８１の延びる方向を中心として回転させ、固体撮像デバイス１０を水平状態と垂直状態とに回転させる角度設定装置１００と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を有する固体撮像デバイスと、
既知の生体高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面上に配列されたスポットと、
前記スポットの両側において前記固体撮像デバイスの受光面上に設けられた隔壁と、
前記隔壁の上に設けられて前記スポットを覆った天壁と、
前記固体撮像デバイスを第一角度と第二角度とに設定させる角度設定装置と、を備えることを特徴とする生体高分子検出装置。
【請求項２】
前記第一角度は０°であり、前記第二角度は９０°であり、前記角度設定装置は前記固体撮像デバイスを９０°回転させることを特徴とする請求項１に記載の生体高分子検出装置。
【請求項３】
前記固体撮像デバイスは光触媒層を更に備え、
前記光触媒層は親水性が向上する処理が施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体高分子検出装置。
【請求項４】
化学発光基質溶液を前記隔壁の間に供給する供給器を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３に記載の生体高分子検出装置。
【請求項５】
前記角度設定装置を作動して前記固体撮像デバイスを第二角度にし、その後、前記供給器に化学発光基質溶液の供給を前記供給器に行わせ、その後、前記角度設定装置を作動して前記固体撮像デバイスを第一角度にし、その後、前記固体撮像デバイスによる画像入力を行う制御部を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の生体高分子検出装置。
【請求項６】
受光面を有する固体撮像デバイスと、
既知の生体高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面上に配列されたスポットと、
前記スポットの両側において前記固体撮像デバイスの受光面上に設けられた隔壁と、
前記隔壁の上に設けられて前記スポットを覆った天壁と、を備えた生体高分子検出装置において、
前記固体撮像デバイスを第一角度と第二角度となるように設定させる工程を含むことを特徴とする生体高分子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子検出装置に関し、特に固体撮像デバイスを用いた生体高分子検出装置及び生体高分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な生物種の遺伝子の発現解析を行っている。遺伝子の発現解析とは、細胞で発現している遺伝子を同定することであり、具体的には、遺伝子をコードするＤＮＡから転写されているｍＲＮＡを同定することである。
【０００３】
遺伝子の発現解析のためにＤＮＡマイクロアレイが開発されている（例えば、特許文献１参照）。ＤＮＡマイクロアレイは、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡをスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである。このようなＤＮＡマイクロアレイを用いる場合、標的ＤＮＡを各スポットに滴下すると、標的ＤＮＡはそれ相補的なＤＮＡとハイブリダイゼーションし、相補的なＤＮＡとはハイブリダイゼーションしない。その後、化学発光基質溶液を各スポットに滴下すると、標的ＤＮＡとハイブリダイズしたＤＮＡを含むスポットは発光し、標的ＤＮＡと結合していないスポットは発光しない。その後、これらスポットの発光状態をＣＣＤセンサ等で同時に検出する。これにより、標的ＤＮＡを検出することができ、標的ＤＮＡが発光したスポットのＤＮＡと相補的であることを特定することができる。
【特許文献１】特開２００６−６２７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、化学発光基質溶液を最初のスポットに滴下してから、最後のスポットに滴下するまでに時間差が生じてしまう。スポットの発光状態を同時に検出すると、スポットごとにバラツキが生じ、誤判定の要因となってしまう。
そこで、本発明は、化学発光基質溶液がどのスポットにも同時に接触できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、
受光面を有する固体撮像デバイスと、
既知の生体高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面上に配列されたスポットと、
前記スポットの両側において前記固体撮像デバイスの受光面上に設けられた隔壁と、
前記隔壁の上に設けられて前記スポットを覆った天壁と、
前記固体撮像デバイスを第一角度と第二角度とに設定させる角度設定装置と、を備えることを特徴とする生体高分子検出装置が提供される。
【０００６】
好ましくは、前記第一角度は０°であり、前記第二角度は９０°であり、前記角度設定装置は前記固体撮像デバイスを９０°回転させることを特徴とする。
好ましくは、前記固体撮像デバイスは光触媒層を更に備え、前記光触媒層は親水性が向上する処理が施されていることを特徴とする。
好ましくは、化学発光基質溶液を前記隔壁の間に供給する供給器を更に備える。
好ましくは、前記角度設定装置を作動して前記固体撮像デバイスを第二角度にし、その後、前記供給器に化学発光基質溶液の供給を前記供給器に行わせ、その後、前記角度設定装置を作動して前記固体撮像デバイスを第一角度にし、その後、前記固体撮像デバイスによる画像入力を行う制御部を更に備える。
【０００７】
以上の課題を解決するために、本発明の第２の態様によれば、
受光面を有する固体撮像デバイスと、
既知の生体高分子からなり、前記固体撮像デバイスの受光面上に配列されたスポットと、
前記スポットの両側において前記固体撮像デバイスの受光面上に設けられた隔壁と、
前記隔壁の上に設けられて前記スポットを覆った天壁と、を備えた生体高分子検出装置において、
前記固体撮像デバイスを第一角度と第二角度とに設定させる工程を含むことを特徴とする生体高分子検出方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、角度設定装置によって固体撮像デバイスを第二角度（垂直状態）にすると、隔壁の間にある化学発光基質溶液が一方の隔壁側に片寄るので、化学発光基質溶液がスポットに接触しない。そして、角度設定装置によって固体撮像デバイスを第一角度（水平状態）にすると、化学発光基質溶液が隔壁の間において固体撮像デバイスの受光面に広がって、スポットに接触する。従って、どのスポットでも化学発光基質溶液がほぼ同時に接触する。そのため、誤判定を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１０】
〔１〕固体撮像デバイス及びスポット
図１は、図１１に示す生体高分子検出装置１に用いられる固体撮像デバイス１０を示した平面図である。図２は、固体撮像デバイス１０の一部の受光面を示した平面図である。図３は、１つの画素を示した平面図である。図４は、図３に示されたIV−IVに沿った面の矢視断面図である。なお、図２及び図３では、主に配線及び電極を示す。
【００１１】
図１に示すように、固体撮像デバイス１０の受光面には４つのスポット６０が固定されている。スポット６０は、既知の塩基配列のｃＤＮＡ（プローブＤＮＡ）の群集であったり、既知の抗体の群集であったりする。スポット６０は、プローブとなるｃＤＮＡ（プローブＤＮＡ）、抗体その他生体高分子の溶液を固体撮像デバイス１０の受光面に滴下し、乾燥して形成される。以下ではプローブとして既知の塩基配列のｃＤＮＡを用いた場合について説明する。
【００１２】
１つのスポット６０では、同じ塩基配列の一本鎖のプローブＤＮＡが多数集まってその群集が固定化されている。スポット６０ごとにプローブＤＮＡの塩基配列が異なっている。プローブＤＮＡとしては、既知のｍＲＮＡの塩基配列が用いられたり、その一部と同一の又は相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられたりする。
【００１３】
図２に示すように、固体撮像デバイス１０には、複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が縦横に配列されている。また、固体撮像デバイス１０には、複数のボトムゲートライン４１、ソースライン４２、ドレインライン４３及びトップゲートライン４４が設けられている。
【００１４】
スポット６０は、固体撮像デバイス１０の受光面に点着されている。図２によれば、１つのスポット６０は４つのダブルゲートトランジスタ２０上に重なるように形成されているが、１つのスポット６０に重なるダブルゲートトランジスタ２０の数は４つに限らず、１つのスポット６０につき一又は複数のダブルゲートトランジスタ２０が重なっていればよい。また、スポット６０の数も４つに限らず、２つ以上であればよい。
【００１５】
図４に示すように、固体撮像デバイス１０は、透明基板１３と、ボトムゲート絶縁膜２２と、トップゲート絶縁膜２９と、保護絶縁膜３２と、光触媒層３３とを積層してなる。
【００１６】
透明基板１３は、光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、ガラス基板（例えば、石英ガラス製の基板）、プラスチック基板（例えば、ポリカーボネート又はＰＭＭＡ製の基板）その他の絶縁性透明基板である。
【００１７】
ボトムゲート絶縁膜２２、トップゲート絶縁膜２９及び保護絶縁膜３２は、絶縁性及び光透過性を有する。ボトムゲート絶縁膜２２、トップゲート絶縁膜２９及び保護絶縁膜３２は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜である。
光触媒層３３は、二酸化チタン等からなる。光触媒層３３に誘起光（例えば、紫外線波長域の光）が照射されると、光触媒層３３の親水性が向上する光誘起親水化現象が発生する。
【００１８】
この固体撮像デバイス１０においては、ダブルゲートトランジスタ２０が画素であり、ダブルゲートトランジスタ２０が光電変換素子として利用されている。複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が透明基板１３上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列されている。これらダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が保護絶縁膜３２によってまとめて被覆されている。
【００１９】
図３、図４に示すように、ダブルゲートトランジスタ２０は、ボトムゲート電極２１、半導体膜２３、チャネル保護膜２４、不純物半導体膜２５、不純物半導体膜２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８及びトップゲート電極３１を有する。
【００２０】
ボトムゲート電極２１は透明基板１３とボトムゲート絶縁膜２２との間に形成されている。半導体膜２３、チャネル保護膜２４、不純物半導体膜２５、不純物半導体膜２６、ソース電極２７及びドレイン電極２８はボトムゲート絶縁膜２２とトップゲート絶縁膜２９との間に形成されている。トップゲート電極３１はトップゲート絶縁膜２９と保護絶縁膜３２との間に形成されている。
【００２１】
ボトムゲート電極２１は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに透明基板１３上に形成されている。また、透明基板１３とボトムゲート絶縁膜２２との間には、複数本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成され、これらボトムゲートライン４１，４１，…が互いに平行となって行方向（横方向）に延在している。行方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のボトムゲート電極２１が共通のボトムゲートライン４１と一体となって形成されている。ボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２２】
半導体膜２３は、ボトムゲート電極２１との間にボトムゲート絶縁膜２２を挟んで、ボトムゲート電極２１に相対している。半導体膜２３は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立して形成されている。半導体膜２３が受光部であり、半導体膜２３に入射した光量に応じた量の電子−正孔対が半導体膜２３に形成される。半導体膜２３は、アモルファスシリコンからなる。
【００２３】
チャネル保護膜２４は、半導体膜２３の中央部上に形成されている。チャネル保護膜２４は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされたものである。チャネル保護膜２４は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜２４は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜２３を保護するものである。半導体膜２３に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜２４と半導体膜２３との界面付近を中心に発生する。
【００２４】
不純物半導体膜２５は、半導体膜２３の一部に重なるように形成されている。不純物半導体膜２５の一部は、チャネル保護膜２４に重なっている。不純物半導体膜２６は、半導体膜２３の別の部分に重なるように形成されている。不純物半導体膜２６の一部は、チャネル保護膜２４に重なっている。不純物半導体膜２５，２６は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜２５，２６は、ｎ型の不純物（例えば、ホスフィン）を含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００２５】
ソース電極２７は、不純物半導体膜２５に重なっている。ドレイン電極２８は、不純物半導体膜２６に重なっている。ソース電極２７及びドレイン電極２８はダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。ボトムゲート絶縁膜２２とトップゲート絶縁膜２９との間には、複数本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…が形成され、これらソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…が列方向（縦方向）に延在している。列方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７は共通のソースライン４２と一体となって形成されており、列方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のドレイン電極２８は共通のドレインライン４３と一体なって形成されている。ソース電極２７、ドレイン電極２８、ソースライン４２及びドレインライン４３は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２６】
トップゲート電極３１は、半導体膜２３との間にチャネル保護膜２４及びトップゲート絶縁膜２９を挟んで、半導体膜２３に相対している。トップゲート電極３１は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとにトップゲート絶縁膜２９上に形成されている。また、トップゲート絶縁膜２９と保護絶縁膜３２との間には、複数本のトップゲートライン４４，４４，…が形成され、これらトップゲートライン４４，４４，…が互いに平行となって行方向に延在している。行方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３１が共通のトップゲートライン４４と一体となって形成されている。トップゲート電極３１及びトップゲートライン４４は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
【００２７】
以上のように構成された固体撮像デバイス１０は光触媒層３３の表面を受光面としており、固体撮像デバイス１０が駆動されることによってダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜２３において受光した光量が電気信号に変換される。
【００２８】
図５は、固体撮像デバイス１０及びその周辺回路を示した回路図である。
図５に示すように、固体撮像デバイス１０のトップゲートライン４４，４４，…がトップゲートドライバ７１に、ボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ７２に、ドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ７３に、それぞれ接続される。また、固体撮像デバイス１０のソースライン４２，４２，…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン４２，４２，…が接地される。トップゲートドライバ７１、ボトムゲートドライバ７２及びドレインドライバ７３は、協同して固体撮像デバイス１０を駆動するものである。ドレインドライバ７３は、各ダブルゲートトランジスタ２０において光電変換された電気信号を順次出力する。
【００２９】
〔２〕流路、隔壁及び天壁
図６は、固体撮像デバイス１０等を上から見て示した図である。図７は、固体撮像デバイス１０等を後ろから見て示した図である。図８は、固体撮像デバイス１０等を前から見て示した図である。ここで、図６は図７及び図８に示されたVI−VIに沿った面の矢視断面図であり、図７は図６に示されたVII−VIIに沿った面の矢視断面図であり、図８は図６に示されたVIII−VIIIに沿った面の矢視断面図である。
【００３０】
図６〜図８に示すように、３つの隔壁８１が固体撮像デバイス１０の受光面に密着されている。これら隔壁８１は、固体撮像デバイス１０の受光面に対して立てた（垂直）状態となっているとともに、前後に延びている。また、これら隔壁８１は互いに平行となって間隔をおいて配置されている。そのため、隔壁８１と隔壁８１との間に流路８２が形成され、これら流路８２が前後に延びている。隔壁８１と隔壁８１の間隔は３ｍｍ程度であり、隔壁８１の高さが３ｍｍである。
【００３１】
隔壁８１は、光触媒（例えば、二酸化チタン）によってコーティングされている。また、隔壁８１は、不透明な材料からなり、誘起光（例えば、紫外線波長域の光）を遮蔽する性質を有する。
【００３２】
隔壁８１の上端には天壁８３が取り付けられ、流路８２及びスポット６０が天壁８３によって上から覆われている。天壁８３は誘起光を透過する性質を有する。天壁８３は、例えば石英ガラスからなる。なお、天壁８３が、光触媒（例えば、二酸化チタン）によってコーティングされていてもよい。
【００３３】
複数のスポット６０は、流路８２において隔壁８１に沿って前後に配列されている。スポット６０は、流路８２の両側の隔壁８１のうち右側の隔壁８１に片寄って配置されている。
【００３４】
〔３〕電磁バルブ
図６〜図８に示すように、流路８２の後部がパイプ９１の一端に接続され、パイプ９１の他端が電磁バルブ９３のアウトレットに接続され、電磁バルブ９３のインレットがパイプ９５に接続されている。流路８２の後部がパイプ９２の一端に接続され、パイプ９２の他端が電磁バルブ９４のアウトレットに接続され、電磁バルブ９４のインレットがパイプ９６に接続されている。流路８２の前部がパイプ９７の一端に接続され、パイプ９７の他端が電磁バルブ９８のインレットに接続され、電磁バルブ９８のアウトレットがパイプ９９に接続されている。
【００３５】
パイプ９２がパイプ９１の右方において流路８２に接続されている。そのため、パイプ９１が流路８２の両側の隔壁８１のうち左側の隔壁８１に片寄り、パイプ９２が流路８２の両側の隔壁８１のうち右側の隔壁８１に片寄っている。
【００３６】
電磁バルブ９３，９４，９８は電磁駆動式の開閉弁である。
【００３７】
〔４〕角度設定装置
図９及び図１０は、固体撮像デバイス１０及び角度設定装置１００等を前から見て示した図である。
角度設定装置１００は、図９に示すように水平面を基準とした固体撮像デバイス１０の角度を水平方向である第一角度に設定したり、図１０に示すように垂直方向である第二角度に設定したりする。ここでは、第一角度を０°（水平状態）とし、第二角度を９０°（垂直状態）とし、角度設定装置１００は固体撮像デバイスを９０°回転させているが、これに限らず、第二角度は隔壁の間にある化学発光基質溶液が一方の隔壁側に片寄ってスポットに接触しない角度であれば良く、第一角度は化学発光基質溶液が隔壁の間において固体撮像デバイスの受光面に広がって全てのスポットに接触する角度であればよい。具体的には、第一角度は−４５°〜４５°、第二角度は９０°〜１８０°程度であっても良い。
尚、ここでの水平方向とは、重力の働く方向に対して直交する方向（生体高分子検出装置１が載置されている地平面に対して平行方向）をいい、垂直方向とは、重力の働く方向に対して平行な方向（生体高分子検出装置１が載置されている地平面に対する垂線方向）をいう。
【００３８】
この角度設定装置１００においては、軸１０１が前後に延びている。軸１０１が延びる方向と、図６に示された流路８２が延びる方向は平行となっている。軸１０１に載置板１０２及び載置板１０３が固定されている。載置板１０２及び載置板１０３は軸１０１から軸１０１の径方向に延びており、載置板１０２が載置板１０３に対して９０°となっている。
【００３９】
軸１０１のラジアル荷重及びアキシアル荷重が軸受によって受けられ、軸１０１が回転可能となっている。図９に示すように、載置板１０２が水平状態となっている場合には、載置板１０３が垂直状態となっている。一方、図１０に示すように、載置板１０２が垂直状態となっている場合には、載置板１０３が水平状態になっている。
【００４０】
固体撮像デバイス１０の受光面と反対側の面が載置板１０２に面接触した状態で、最も左の隔壁８１が載置板１０３に面接触し、固体撮像デバイス１０及び隔壁８１が載置板１０２，１０３によって周方向に挟まれている。こうして、固体撮像デバイス１０が載置板１０２に取り付けられている。
【００４１】
〔５〕暗箱
図１１及び図１２は、生体高分子検出装置１を上から見て示した図である。図１１及び図１２において、暗箱１１０を破断した状態で示す。
【００４２】
図１１及び図１２に示すように、固体撮像デバイス１０及び角度設定装置１００等が暗箱１１０内に収められている。暗箱１１０によって暗箱１１０の内側が遮光されている。角度設定装置１００の軸１０１は軸受によって暗箱１１０の底に取り付けられ、その軸１０１が前後に延びている。
【００４３】
暗箱１１０の左右の幅及び前後の長さは５ｃｍ程度あり、暗箱１１０の高さは３ｃｍ程度である。
【００４４】
〔６〕角度設定装置のアクチュエータ
図１１及び図１２に示すように、モータ１０４が暗箱１１０内に設置されている。角度設定装置１００の軸１０１がモータ１０４によって駆動される。軸１０１がモータ１０４に直結されていてもよいし、歯車列、ベルト＆プーリー、チェーン＆スプロケット、減速機、増速機その他の伝動機構を介してモータ１０４に結合されていてもよい。
【００４５】
〔７〕誘起光照射装置
図１１及び図１２に示すように、誘起光照射装置１２０が暗箱１１０内に設置されている。誘起光照射装置１２０は角度設定装置１００の左方に配置されている。誘起光照射装置１２０は右に向けて誘起光を照射する。誘起光照射装置１２０から発する誘起光は、天壁８３を透過する。
【００４６】
図１２に示すように、角度設定装置１００によって固体撮像デバイス１０が垂直状態となっている場合には、固体撮像デバイス１０の受光面が左方の誘起光照射装置１２０に向いている。一方、図１１に示すように、角度設定装置１００によって固体撮像デバイス１０が水平状態となっている場合には、固体撮像デバイス１０の受光面が上に向いている。
【００４７】
〔８〕供給源
暗箱１１０の外側であって暗箱１１０の後ろ側には、４の試薬貯蔵槽１３４〜１３７及び空気供給器１３２が配置されている。試薬貯蔵槽１３４には供給器１３１が設けられ、試薬貯蔵槽１３５〜１３７には供給器１３３が設けられている。供給器１３１，１３３及び空気供給器にはフレキシブルなチューブ群１３８が接続されている。チューブ群１３８は、暗箱１１０の後面を貫通して暗箱１１０内に入り込み、パイプ９５，９６に接続している。チューブ群１３８によって供給器１３１がパイプ９５に通じているとともに、供給器１３３及び空気供給器１３２がパイプ９６に通じている。
【００４８】
供給器１３１はポンプ等を有する。供給器１３１は、試薬貯蔵槽１３４内にある試薬を電磁バルブ９３に向けて送液するものである。供給器１３３はポンプ及び切替バルブ等を有する。供給器１３３は、試薬貯蔵槽１３５〜１３７の何れかを選択して、選択したもの中にある試薬を電磁バルブ９４に向けて送るものである。空気供給器１３２は、空気を電磁バルブ９４に向けて送るものである。空気供給器１３２は、エアポンプ、ファン又はブロワである。
【００４９】
〔９〕廃液槽
暗箱１１０の外側であって暗箱１１０の前側には、廃液槽１４０が配置されている。廃液槽１４０にはフレキシブルなチューブ１４１が接続されている。チューブ１４１は、暗箱１１０の前面を貫通して暗箱１１０内に入り込み、パイプ９９に接続している。そのため、流路８２から流れ出た試薬が電磁バルブ９８を通って廃液槽１４０に流れ込む。
【００５０】
〔１０〕回路構成
図１３は、生体高分子検出装置１の回路構成を示すブロック図である。
制御部１５２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び駆動回路等を有する。
制御部１５２は、モータ１０４、供給器１３１，１３３及び空気供給器１３２の駆動・停止を行う機能を有する。
制御部１５２は、電磁バルブ９３，９４，９８の開閉を行う機能を有する。
制御部１５２は、誘起光照射装置１２０の点灯・消灯を行う機能を有する。
制御部１５２は、誘起光照射装置１２０を点灯した状態でトップゲートドライバ７１、ボトムゲートドライバ７２及びドレインドライバ７３に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ７１、ボトムゲートドライバ７２及びドレインドライバ７３を動作させる機能を有する。これにより、固体撮像デバイス１０の撮像動作を行う。
【００５１】
Ａ／Ｄ変換器１５１は、ドレインドライバ７３の出力（各ダブルゲートトランジスタ２０で光電変換された電気信号）を量子化して制御部８４に出力する。
【００５２】
制御部１５２は、Ａ／Ｄ変換器１１の出力をメモリ１５４に記録する機能を有する。これにより、固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光量分布が二次元の画像データとしてメモリ１４に記録される。
制御部１５２は、メモリ１５４に記録された画像データに従った画像を出力装置１５３に出力させる機能を有する。これにより出力装置１５３によって画像が出力される。出力装置１５３は、例えばプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。
【００５３】
〔１１〕検出手順
生体高分子検出装置１を用いて標的を検出する方法について説明するとともに、生体高分子検出装置１の使用方法及び動作方法について説明する。
【００５４】
〔１１−１〕標的の作成
スポット６０がＤＮＡからなる場合には、検出する標的としてＤＮＡを用いることができ、スポット６０が抗体からなる場合には、検出する標的として抗原を用いることができる。
【００５５】
標的となるＤＮＡとしては、任意の細胞検体内で発現しているｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いるＲＴ−ＰＣＲ反応により得られたｃＤＮＡを用いることができる。ｃＤＮＡはビオチンで標識する。標識されたｃＤＮＡを標的ＤＮＡという。
【００５６】
標的に抗原を用いる場合には、標識しなくてよい。以下、標的に用いる抗原を標的ＤＮＡという。
【００５７】
〔１１−２〕試薬の貯留
上記〔１１−１〕で作成した標的ＤＮＡ又は抗体をバッファー液に混ぜ、それを試薬貯蔵槽１３５に貯留する。
また、試薬貯蔵槽１３６には洗浄液を、試薬貯蔵槽１３７には酵素溶液を貯蔵する。標的がＤＮＡの場合、酵素溶液は、上記〔１１−１〕で用いたビオチンに対して結合するストレプトアビジンと、化学発光用酵素（例えば、アルカリ性ホスファターゼ）とを結合してなるものを溶媒に溶かしたものである。一方、標的が抗原の場合、酵素溶液は、その標的抗原と特異的に反応するとともに化学発光用酵素（例えば、アルカリ性ホスファターゼ）と抗体を溶媒に溶かしたものである。
また、試薬貯蔵槽１３４に化学発光基質溶液を貯蔵する。化学発光基質は、化学発光用酵素と反応することで、発光するものであり、例えばアダマンチルジオキセタン塩素化誘導体（C18H19Cl2O7PNa2）である。
【００５８】
〔１１−３〕生体高分子検出装置の動作
生体高分子検出装置１を起動させると、制御部１５２が図１４に示すシーケンス制御を実行する。
【００５９】
まず、制御部１５２が誘起光照射装置１２０を消灯する。制御部１５２がモータ１０４を駆動し、角度設定装置１００によって固体撮像デバイス１０が水平状態になる（図９、図１１参照）。制御部１５２が電磁バルブ９３を閉じるとともに、電磁バルブ９４，９８を開く（ステップＳ１）。
【００６０】
次に、制御部１５２が供給器１３３を駆動すると、供給器１３３によって試薬貯蔵槽１３５が選択され、試薬貯蔵槽１３５内にあるバッファー液が供給器１３３によって送液される（ステップＳ２）。これにより、バッファー液が電磁バルブ９４を通って流路８２に供給される。
【００６１】
次に、制御部１５２が供給器１３３を停止するとともに、電磁バルブ９４及び電磁バルブ９８を閉じる（ステップＳ３）。これにより、バッファー液が流路８２内に閉じ込められる。
【００６２】
そして、制御部１５２が所定時間待機する（ステップＳ４）。この間、標的がＤＮＡである場合には、バッファー液内の標的ＤＮＡが相補的なスポット６０のプローブＤＮＡとハイブリダイズするが、相補的でないスポット６０のプローブＤＮＡには結合しないか、結合したとしても僅かである。一方、標的が抗原である場合、バッファー液内の標的抗原が特異的なスポット６０の抗体と反応するが、特異的でないスポット６０の抗体と反応しない。
【００６３】
次に、制御部１５２が電磁バルブ９４，９８を開き（ステップＳ５）、供給器１３３を駆動する（ステップＳ６）。そうすると、供給器１３３によって試薬貯蔵槽１３６が選択され、試薬貯蔵槽１３６内にある洗浄液が供給器１３３によって送液される。これにより、流路８２内のバッファー液が廃液槽１４０へ廃棄され、更に流路８２内が洗浄液によって洗浄される。ハイブリダイズした標的ＤＮＡ又は反応した標的抗原は廃液槽１４０へ流れ出ないが、ハイブリダイズしなかった標的ＤＮＡ又は反応しなかった標的抗原は洗浄液とともに廃液槽１４０へ流れ出る。流路８２内が洗浄されたら、供給器１３３が制御部１５２によって停止される。
【００６４】
次に、制御部１５２が供給器１３３を駆動すると（ステップＳ７）、供給器１３３によって試薬貯蔵槽１３７が選択され、試薬貯蔵槽１３７内にある酵素溶液が供給器１３３によって送液される。これにより酵素溶液が流路８２に供給される。これにより、標的がＤＮＡである場合には、酵素溶液中のストレプトアビジンが、プローブＤＮＡにハイブリダイズした標的ＤＮＡのビオチンと結合する。一方、標的が抗原である場合には、酵素溶液中の抗体が、スポット６０の抗体に結合した標的抗原と反応する。
【００６５】
供給器１３３の停止後、制御部１５２が供給器１３３を駆動すると（ステップＳ８）、供給器１３３によって試薬貯蔵槽１３６が選択され、試薬貯蔵槽１３６内にある洗浄液が供給器１３３によって送液される。これにより、流路８２内の酵素溶液が廃液槽１４０へ廃棄され、更に流路８２内が洗浄液によって洗浄される。
【００６６】
供給器１３３の停止後、制御部１５２が空気供給器１３２を駆動する（ステップＳ９）。そうすると、空気が流路８２を流れ、強制対流により流路８２が乾燥する。そして、制御部１５２が空気供給器１３２を停止する。
【００６７】
次に、制御部１５２が誘起光照射装置１２０を点灯する。また、制御部１５２がモータ１０４を駆動し、角度設定装置１００によって固体撮像デバイス１０が垂直状態になる（ステップＳ１０）。そして、制御部１５２が所定時間待機する（ステップＳ１１）。
【００６８】
固体撮像デバイス１０が垂直状態になる（図１０、図１２参照）と、天壁８３が誘起光照射装置１２０に対向し、誘起光照射装置１２０から発した誘起光が天壁８３を透過する。そのため、誘起光が、固体撮像デバイス１０の受光面に成膜された光触媒層３３や、隔壁８１にコーティングされた光触媒に入射する。こうして、光触媒が活性化し、親水性が向上する。
【００６９】
また、固体撮像デバイス１０が垂直状態になると、流路８２の左側が下になり、流路８２の右側が上になり、流路８２の右側に片寄ったスポット６０が流路８２の上側になる。また、パイプ９１及び電磁バルブ９３も下になる。
【００７０】
所定時間経過後、制御部１５２が電磁バル９３，９４，９８を開く（ステップＳ１２）。
次に、制御部１５２が供給器１３１及び空気供給器１３２を駆動する（ステップＳ１３）。これにより、試薬貯蔵槽１３７内にある化学発光基質溶液が供給器１３１によって送液され、化学発光基質溶液が電磁バルブ９４を通って流路８２に供給される。図６及び図１５に示すように、流路８２の左側が下になっているから、流路８２の左側の隔壁８１が底になり、化学発光基質溶液１６０がスポット６０に接しないで流路８２を流れる。特に、スポット６０が流路８２の右に片寄って配置されているから、化学発光基質溶液１６０がスポット６０に特に接しにくい。また、流路８２には空気供給器１３２によって空気も送られるから、空気が流路８２の上になった部分を流れるから、化学発光基質溶液１６０がスポット６０に特に接しにくい。
【００７１】
次に、制御部１５２が供給器１３１及び空気供給器１３２を停止するとともに、電磁バルブ９３，９４，９８を閉じる（ステップＳ１４）。化学発光基質溶液１６０が流路８２内に閉じ込められる。流路８２内に閉じ込められた化学発光基質溶液１６０はスポット６０に接しない。
【００７２】
次に制御部１５２がモータ１０４を駆動し、角度設定装置１００によって固体撮像デバイス１０が水平状態になる（ステップＳ１５）。そうすると、図１６に示すように、流路８２内に閉じ込められた化学発光基質溶液１６０が隔壁８１の間において固体撮像デバイス１０の受光面に広がり、化学発光基質溶液１６０がスポット６０に接する。何れのスポット６０もほぼ同時に化学発光基質溶液１６０に濡れる。そのため、標的ＤＮＡ又は標的抗原と結合したスポット６０が複数ある場合、これらのスポット６０がほぼ同時に光り始める。標的ＤＮＡ又は標的抗原と結合していないスポット６０は光らない。なお、化学発光基質と化学発光用酵素が反応することで、標的ＤＮＡ又は標的抗原と結合したスポット６０が光る。
【００７３】
次に、制御部１５２が誘起光照射装置１２０を消灯する（ステップＳ16）。ステップＳ１１で誘起光照射装置１２０を点灯してからステップＳ１６で誘起光照射装置１２０を消灯するまでの間の数分〜数十分間、誘起光照射装置１２０は誘起光を照射し続ける。
次に、制御部１５２がトップゲートドライバ７１、ボトムゲートドライバ７２及びドレインドライバ７３を動作させることで、固体撮像デバイス１０がトップゲートドライバ７１、ボトムゲートドライバ７２及びドレインドライバ７３によって駆動される（ステップＳ１７）。これにより、固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光量分布（二次元の画像データ）が制御部１５２に入力され、制御部１５２はその画像データをメモリ１５４に記録する。
【００７４】
次に、制御部１５２が、メモリ１５４に記録された画像データに従った画像を出力装置１５３に出力させる（ステップＳ１８）。出力装置１５３によって出力された画像から標的ＤＮＡ又は標的抗原を検出することができる。つまり、画像においてスポット６０の箇所が明るければ、標的ＤＮＡの配列がそのスポット６０のＤＮＡと相補的であることを検出できるか、又は標的抗原がそのスポット６０の抗体と特異的であることを検出できる。
【００７５】
本実施形態によれば、固体撮像デバイス１０が垂直状態にあって、隔壁８１の間の流路８２に化学発光基質溶液１６０がある状態から、固体撮像デバイス１０が水平状態になると（ステップＳ１５）、何れのスポット６０もほぼ同時に化学発光基質溶液１６０に濡れる。そのため、化学発光基質溶液１６０がスポット６０に接触してからその後固体撮像デバイス１０によって画像入力が行われるまでの時間は、何れのスポット６０でも等しく、バラツキがない。そのため、検出の誤判定を防止することができる。
【００７６】
また、固体撮像デバイス１０に直接スポット６０が固定されているから、別途固体撮像デバイス及びレンズ等を暗箱１１０に設置する必要がない。そのため、暗箱１１０の容積を小さくすることができる。
【００７７】
また、固体撮像デバイス１０に直接スポット６０が固定されているから、１つのスポット６０つき使用する化学発光基質溶液の量を少なくすることができる。
【００７８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の改良及び設計の変更をおこなっても良い。
上記実施形態では、光電変換素子としてダブルゲートトランジスタ２０，２０，…を用いた固体撮像デバイス１０を例にして説明したが、光電変換素子としてフォトダイオードを用いた固体撮像デバイスに本発明を適用しても良い。フォトダイオードを用いた固体撮像デバイスとしては、ＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサがある。ＣＣＤイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲には、フォトダイオードで光電変換された電気信号を転送するための垂直ＣＣＤ、水平ＣＣＤが形成されている。ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードが基板上にマトリクス状となって配列されており、それぞれのフォトダイオードの周囲にはフォトダイオードで光電変換された電気信号を増幅するための画素回路が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施形態における生体高分子検出装置に用いられる固体撮像デバイスを示した平面図である。
【図２】上記固体撮像デバイスの一部を示した概略平面図である。
【図３】上記固体撮像デバイスの画素を示した平面図である。
【図４】図３に示されたIV−IVに沿った面の矢視断面図である。
【図５】上記固体撮像デバイス及びその周辺回路を示した図面である。
【図６】上記固体撮像デバイス及びその周辺構造を上から見て示した図である。
【図７】上記固体撮像デバイス及びその周辺構造を前から見て示した図である。
【図８】上記固体撮像デバイス及びその周辺構造を後ろから見て示した図である。
【図９】上記固体撮像デバイス及びそれを回転させる角度設定装置を前から見て示した図である。
【図１０】上記固体撮像デバイス及び上記角度設定装置を前から見て示した図である。
【図１１】上記生体高分子検出装置を上から見て示した図である。
【図１２】上記生体高分子検出装置を上から見て示した図である。
【図１３】上記生体高分子検出装置の回路構成を示すブロック図である。
【図１４】上記生体高分子検出装置の制御部による行われるシーケンス制御の流れを示したフローチャートである。
【図１５】上記固体撮像デバイス及びその周辺構造を前から見て示した断面図である。
【図１６】上記固体撮像デバイス及びその周辺構造を前から見て示した断面図である。
【符号の説明】
【００８０】
１  生体高分子検出装置
１０  固体撮像デバイス
６０  スポット
８１  隔壁
８３  天壁
１００  角度設定装置
１３１  供給器
１５２  制御部
【図１】
2010066084.tif 000003
【図２】
2010066084.tif 000004
【図３】
2010066084.tif 000005
【図４】
2010066084.tif 000006
【図５】
2010066084.tif 000007
【図６】
2010066084.tif 000008
【図７】
2010066084.tif 000009
【図８】
2010066084.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010066084.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2010066084.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010066084.tif 000017
【図１６】
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