(57)【要約】【課題】より感度の良好な生体高分子分析チップを提供する。【解決手段】光電変換素子２０と、光電変換素子２０の受光面側に設けられ、特定の生体高分子６２と結合するプローブ６１と、光電変換素子２０の受光面と離間して設けられ、プローブ６１と結合する生体高分子６２を標識する蛍光体６４に対して励起光Ｌを集光する励起光集光レンズ５４と、を備える生体高分子分析チップ１である。【選択図】図８
2008175712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、
前記光電変換素子の受光面側に設けられ、特定の生体高分子と結合するプローブと、
前記光電変換素子の受光面と離間して設けられ、前記プローブと結合する生体高分子を標識する蛍光体に対して励起光を集光する励起光集光レンズと、
を備えることを特徴とする生体高分子分析チップ。
【請求項２】
前記励起光集光レンズとして、両面共に凸部を持つレンズを用いることを特徴とする請求項１に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項３】
前記励起光集光レンズとして、励起光入射側のみに凸部を持つレンズを用いることを特徴とする請求項１に記載の生体高分子分析チップ。  
【請求項４】
前記光電変換素子の受光面側には、前記蛍光体より放出される蛍光を透過しかつ励起光を吸収する励起光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項５】
前記光電変換素子の受光面側には、受光面に前記蛍光体より放出される蛍光を集光する蛍光集光レンズが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項６】
前記蛍光集光レンズとして、両面共に凸部を持つレンズを用いることを特徴とする請求項５に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項７】
前記蛍光集光レンズとして、蛍光入射側のみに凸部を持つレンズを用いることを特徴とする請求項５に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項８】
前記蛍光集光レンズは前記蛍光体より放出される蛍光を透過しかつ励起光を吸収することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項９】
前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項１０】
前記プローブは特定の抗原と結合する抗体であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子分析チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な生物種の遺伝子の発現解析を行うためにＤＮＡチップや抗体チップ等の生体高分子分析チップやその読取装置が開発されている。生体高分子分析チップは、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡや抗体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（例えば特許文献１参照）。例えば、ＤＮＡチップ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。
【０００３】
まず、既知の塩基配列を有した複数種類のｃＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡチップを準備する。次に、検体からｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いてｃＤＮＡを合成し、標識物質で標識したものを用意する（以下、標識ＤＮＡという）。ここで、標識物質には蛍光体や化学発光基質、あるいは化学発光基質を発光させる酵素等を用いることができる。
次に、標識ＤＮＡをＤＮＡチップ上に添加すると、標識ＤＮＡが相補的なプローブＤＮＡとハイブリダイズすることによりＤＮＡチップ上に固定される。
【０００４】
次いで、ＤＮＡチップを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、ＤＮＡチップに対して二次元的に移動する集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってＤＮＡチップを走査する標識物質により発した光を集光レンズで集光させ、光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、ＤＮＡチップの面内の光強度分布を計測し、これにより、ＤＮＡチップ上の光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で光強度が大きい部分には、プローブＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有した標識ＤＮＡが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体で発現しているｍＲＮＡを同定することができる。
【特許文献１】特開２０００−１３１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、複数の光電変換素子を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイスの受光面にＤＮＡや抗体等のプローブ分子をスポットした生体高分子分析チップが開発されている。このような生体高分子分析チップでは、スポットに付着した標識ＤＮＡ等の生体高分子を標識する標識物質により発生する光を各光電変換素子により計測する。固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しており、受光面に付着された生体高分子と光電変換素子との間の距離が近いために標識物質から発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイスの受光面に入射するため、僅かな光量でも計測が可能であるという利点がある。
【０００６】
しかし、上記のような生体高分子分析チップにおいて、標識物質に蛍光体を用いた場合は、スポットに位置する蛍光体を励起する励起光を固体撮像デバイスの受光面の全面に照射せねばならず、スポット以外の部分に照射される励起光が無駄になっていた。また、蛍光体から放出される蛍光には指向性がないため、光電変換素子は標識物質より発した光の一部しか捉えることができず、光電変換素子による信号量が減り、Ｓ／Ｎ比が低下するという問題があった。また、特許文献１にあるようにステージが二次元的に移動するものでは、マイクロアレイチップとステージの位置ずれ或いはマイクロアレイチップの被検出物が配置されたスポットと励起光源から照射されるビームとの位置ずれが発生する恐れがあるという問題があり、レンズからの光を所望の位置に精度よく集光することが困難であった。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し、より感度の良好な生体高分子分析チップを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、光電変換素子と、前記光電変換素子の受光面側に設けられ、特定の生体高分子と結合するプローブと、前記光電変換素子の受光面と離間して設けられ、前記プローブと結合する生体高分子を標識する蛍光体に対して励起光を集光する励起光集光レンズと、を備えることを特徴とする生体高分子分析チップである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の生体高分子分析チップであって、前記励起光集光レンズとして、両面共に凸部を持つレンズを用いることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の生体高分子分析チップであって、前記励起光集光レンズとして、励起光入射側のみに凸部を持つレンズを用いることを特徴とする。      
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記光電変換素子の受光面側には、前記蛍光体より放出される蛍光を透過しかつ励起光を吸収する励起光吸収層が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記光電変換素子の受光面側には、受光面に前記蛍光体より放出される蛍光を集光する蛍光集光レンズが設けられていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の生体高分子分析チップであって、前記蛍光集光レンズとして、両面共に凸部を持つレンズを用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の生体高分子分析チップであって、前記蛍光集光レンズとして、蛍光入射側のみに凸部を持つレンズを用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項５〜７のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記蛍光集光レンズは前記蛍光体より放出される蛍光を透過しかつ励起光を吸収することを特徴とする。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記プローブは特定の抗原と結合する抗体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、より感度の良好な生体高分子分析チップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明を実施するための最良の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。
【００２０】
［第１実施形態］
〔１〕生体高分子分析チップの全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図であり、図２は、図１の切断面II−IIに沿った矢視断面図である。この生体高分子分析チップ１は、ＤＮＡを検出するＤＮＡチップである。
【００２１】
この生体高分子分析チップ１は、図１、図２に示すように、固体撮像デバイス１０と、固体撮像デバイス１０の受光面側に設けられた枠状の隔壁５１と、蓋５３と、固体撮像デバイス１０の受光面上に点在した複数のスポット６０，６０，…と、を具備する。
【００２２】
〔２〕固体撮像デバイス
ここで、図１、図２を用いて固体撮像デバイス１０について説明する。図１、図２に示すように、固体撮像デバイス１０は、透明基板１７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、励起光吸収層３３と、スポット固定層３５とを積層してなる。これらの層間に、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、トップゲートライン４４、及び、ダブルゲートトランジスタ２０を形成するボトムゲート電極２１、半導体膜２３、チャネル保護膜２４、不純物半導体膜２５，２６、ソース電極２７、ドレイン電極２８、トップゲート電極３１が設けられている。
【００２３】
透明基板１７は、後述する蛍光体が発する光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート、ＰＭＭＡ等といったプラスチック基板である。
【００２４】
この固体撮像デバイス１０においては、光電変換素子としてダブルゲート型電界効果トランジスタ（以下、ダブルゲートトランジスタという。）２０が利用され、複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が透明基板１７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、これらダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が窒化シリコン（SiN）等の保護絶縁膜３２によってまとめて被覆されている。
なお、図１では２行×２列のマトリクス状の二次元アレイを示すが、さらに多くの行及び列を有していてもよい。
【００２５】
図３はダブルゲートトランジスタ２０を示す平面図であり、図４は図３のIV−IV矢視断面図である。図３、図４に示すように、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜２３と、半導体膜２３上に形成されたチャネル保護膜２４と、ボトムゲート絶縁膜２２を挟んで半導体膜２３の下に形成されたボトムゲート電極２１と、トップゲート絶縁膜２９を挟んで半導体膜２３の上に形成されたトップゲート電極３１と、半導体膜２３の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜２５と、半導体膜２３の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜２６と、不純物半導体膜２５に重なったソース電極２７と、不純物半導体膜２６に重なったドレイン電極２８と、を備え、半導体膜２３において受光した光量に従ったレベルの電気信号を出力するものである。
【００２６】
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１７上に形成されている。また、透明基板１７上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン４１，４１，…が形成されており、横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，…のそれぞれ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。
【００２７】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のボトムゲート電極２１及びボトムゲートライン４１，４１，…はボトムゲート絶縁膜２２によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜２２は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜２２は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン（SiN）又は酸化シリコン（SiO2）からなる。
【００２８】
ボトムゲート絶縁膜２２上には、複数の半導体膜２３がマトリクス状に配列するよう形成されている。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おり、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０においてボトムゲート電極２１に対して対向配置され、ボトムゲート電極２１との間にボトムゲート絶縁膜２２を挟んでいる。半導体膜２３は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。
【００２９】
半導体膜２３上には、チャネル保護膜２４が形成されている。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ており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３の中央部上に形成されている。チャネル保護膜２４は、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の界面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ようになっている。この場合、半導体膜２３側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜２４側には電子が発生する。
【００３０】
半導体膜２３の一端部上には、不純物半導体膜２５が一部、チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されており、半導体膜２３の他端部上には、不純物半導体膜２６が一部、チャネル保護膜２４に重なるようにして形成されている。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型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００３１】
不純物半導体膜２５上には、ソース電極２７が形成され、不純物半導体膜２６上には、ドレイン電極２８が形成されている。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。縦方向に延在する複数本のソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…がボトムゲート絶縁膜２２上に形成されている。縦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と一体に形成されており、縦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と一体に形成されている。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。
【００３２】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極２７及びドレイン電極２８並びにソースライン４２，４２，…及びドレインライン４３，４３，…は、トップゲート絶縁膜２９によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２９は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜２９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。
【００３３】
トップゲート絶縁膜２９上には、複数のトップゲート電極３１がダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。トップゲート電極３１は、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜２３に対して対向配置され、半導体膜２３との間にトップゲート絶縁膜２９及びチャネル保護膜２４を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２９上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン４４，４４，…が形成されており、横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と一体に形成されている。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。
【００３４】
ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極３１及びトップゲートライン４４，４４，…は保護絶縁膜３２によってまとめて被覆され、保護絶縁膜３２は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜３２は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００３５】
保護絶縁膜３２の上面には、後述する蛍光体６４の励起光を吸収する励起光吸収層３３が設けられている。励起光吸収層３３は、後述する蛍光体６４の蛍光に対して高い透過性を示すものが好ましい。
【００３６】
励起光吸収層３３の上面には、スポット固定層３５が設けられている。スポット固定層３５は、スポット６０となる後述するプローブと共有結合または静電結合することで、スポットを固定する。スポット固定層３５が設けられた側の面が、固体撮像デバイスの撮像面となる。
【００３７】
以上のように構成された固体撮像デバイス１０は、スポット固定層３５の表面を受光面としており、それぞれの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を電気信号に変換するように設けられている。
【００３８】
〔３〕スポット
図１に示すように、固体撮像デバイス１０の撮像面にはスポットが形成されている。各スポット６０は、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡ（プローブＤＮＡ６１）や抗体等の溶液をスポット固定層３５上に滴下し、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。
【００３９】
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ＤＮＡ６１が多数集まった群集が固体撮像デバイス１０の撮像面に固定化され、スポット６０ごとにプローブＤＮＡ６１は異なる塩基配列となっている。プローブＤＮＡ６１としては、既知のｍＲＮＡの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられる。具体的には、例えば、後述する蛍光標識ＤＮＡで用いるのと同じ細胞検体から作成したｃＤＮＡライブラリを用いることができる。
【００４０】
１つのスポット６０は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。なお、１つのスポット６０に重なったダブルゲートトランジスタ２０の数は異なっていてもよい。
【００４１】
〔４〕隔壁
隔壁５１はスポット固定層３５上に密着され、固体撮像デバイス１０の撮像面にウェル５２を形成する。隔壁５１は不透明であり、外部から光が入ることを防いでいる。また、ウェル５２の高さは隔壁５１により固定されている。したがって、励起光集光レンズ５４と固体撮像デバイス１０との距離は所定の距離に固定され、変化することがない。また、後述する蓋５３を固定する為に、隔壁５１の上端部の内側には、蓋５３の周縁部分と嵌合するための凹部５１ａが設けられ、凹部５１ａの外側が凹部５１ａに対して相対的に上方向に突出した突出部となっている。
【００４２】
〔５〕蓋
蓋５３は隔壁５１の上部に配置され、ウェル５２を蓋する。蓋５３には、後述する蛍光体６４に出射する励起光に対して高い透過性を示す材料が用いられる。また、蓋５３には、スポット６０と対応する位置に、励起光集光レンズ５４が設けられている。励起光集光レンズ５４が設けられた蓋５３を、隔壁５１の上端部に設けられた凹部５１ａにはめ込むと、蓋５３が凹部５１ａの外側の突出部に固定され、励起光集光レンズ５４とスポット６０との位置ずれが起こりにくい。生体高分子分析チップ１をステージ１５上に載置した際に、仮に生体高分子分析チップ１がステージに対して載置位置が多少ずれていたとしても、生体高分子分析チップ１がスポット６０に加えて励起光集光レンズ５４を備えているために、励起光集光レンズ５４とスポット６０との相対的な位置ずれが生じるわけではない。このため、励起光集光レンズ５４は励起光源５５から照射された励起光を確実にスポット６０上に集光することができる。励起光集光レンズ５４の径はスポット６０の径よりも大きいため、スポット６０に照射される励起光強度を高めることができる。
【００４３】
〔６〕分析装置
生体高分子分析チップ１を分析装置７０内のステージ１５にセッティングして生体高分子分析チップ１を用いるので、まず分析装置７０について説明する。図５は分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【００４４】
図５に示すように、分析装置７０は、ステージ１５上で生体高分子分析チップ１に接続され、固体撮像デバイス１０を駆動するトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５、ドレインドライバ７６と、これらを制御するコンピュータ７１と、コンピュータ７１から出力された信号により出力（表示又はプリント）を行う出力装置７７と、コンピュータ７１により制御される励起光照射装置７３とを備える。
【００４５】
生体高分子分析チップ１が分析装置７０にセッティングされた場合には、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７４の端子に、ボトムゲートライン４１，４１，…がボトムゲートドライバ７５の端子に、ドレインライン４３，４３，…がドレインドライバ７６の端子に、それぞれ接続されるようになっている。また、生体高分子分析チップ１が分析装置７０にセッティングされた場合、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，…が接地されるようになっている。
【００４６】
トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６は、協同して固体撮像デバイス１０を駆動するものである。
【００４７】
コンピュータ７１は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備え、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６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７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に固体撮像デバイス１０の駆動動作を行わせる機能を有する。また、コンピュータ７１は入力した二次元の画像データ画像データに従った画像を出力装置７７に出力させる機能を有する。
【００４８】
また、コンピュータ７１はドレインドライバ７６から入力した電気信号をＡ／Ｄ変換することで、固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する機能を有する。
【００４９】
出力装置７７はプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。
励起光照射装置７３は、後述する蛍光体を励起する励起光を生体高分子分析チップ１に照射する。
【００５０】
〔７〕蛍光標識ＤＮＡの作成
上記生体高分子分析チップ１で分析する試料としては、ＤＮＡを用いることができる。試料となる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は蛍光体で標識する。蛍光体は、励起光照射装置で制御される励起光源から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光を発するものを選択するが、蛍光体としては、例えばＣｙＤｙｅのＣｙ２（アマシャム社製）がある。
【００５１】
ｃＤＮＡを蛍光体で標識するには、例えば、蛍光体で標識されたオリゴｄＴプライマや、標識されたｄＮＴＰミックスを用いてＲＴ−ＰＣＲ反応を実施すればよい。以下では、この標識されたｃＤＮＡを蛍光標識ＤＮＡという。
【００５２】
〔８〕ハイブリダイゼーション
以下、蛍光標識ＤＮＡをプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法について説明する。まず、作業者が、図６に示すように、蛍光体６４で標識した蛍光標識ＤＮＡ６２を含有した溶液６５（以下、蛍光標識ＤＮＡ溶液６５という）をウェル５２内に注入する。なお、蛍光標識ＤＮＡ溶液６５をウェル５２内のスポット６０，６０，…に順次又は同時に滴下してもよい。このとき、蛍光標識ＤＮＡ６２及びプローブＤＮＡ６１が一本鎖となるように蛍光標識ＤＮＡ溶液６５は加熱されている。
【００５３】
次いで、プローブＤＮＡ６１と蛍光標識ＤＮＡ６２とがハイブリダイゼーションを引き起こすように、生体高分子分析チップ１のウェル５２を所定の温度に冷却する。すると、図７に示すように、ウェル５２内に注入された蛍光標識ＤＮＡ溶液６５内の蛍光標識ＤＮＡ６２のうち、スポット６０のプローブＤＮＡ６１と相補的なものは、プローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。一方、プローブＤＮＡ６１と相補的ではない蛍光標識ＤＮＡ６２は、そのスポット６０には結合しない。
その後、ウェル５２内の蛍光標識ＤＮＡ溶液６５を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、蛍光標識ＤＮＡ６２のうちプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしなかったものをウェル５２内から除去する。
【００５４】
〔９〕サンプルの検出
次に、蛍光標識ＤＮＡ６２の検出方法について図８を用いて説明する。
上記処理を行った後、図８に示すように蓋５３を重ねた生体高分子分析チップ１を、分析装置７０にセッティングし、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６をコンピュータ７１に接続し、コンピュータ７１を起動する。
【００５５】
次に、コンピュータ７１により励起光照射装置７３を制御し、励起光源５５から生体高分子分析チップ１に励起光を照射する。ここで、励起光源５５は面光源であり、励起光は平行光である。すると、図８に示すように、励起光Ｌは励起光集光レンズ５４に各スポット６０上に集光される。  蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１に結合したスポット６０からは、励起光Ｌにより励起された蛍光体６４が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光Ｆ（主に可視光波長域）が放出される。放出された蛍光Ｆは励起光吸収層３３を透過してダブルゲートトランジスタ２０に入射する。
【００５６】
蛍光Ｆが入射したダブルゲートトランジスタ２０では電子−正孔対が発生する。なお、励起光Ｌは励起光吸収層３３により吸収されるため、ダブルゲートトランジスタ２０に励起光Ｌが入射して電子−正孔対を発生させることはなく、励起光Ｌによるノイズを低減することができる。
その後、各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光量データを取得し、ＲＡＭに記憶する。
【００５７】
作業者は、ＲＡＭに記憶された各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光量データを出力装置７７により出力することで得られた画像データより、各スポット６０，６０，…におけるハイブリダイゼーションの有無を確認することができる。ハイブリダイゼーションが起きていれば、そのスポット６０のプローブＤＮＡ６１と相補的な塩基配列のｍＲＮＡが細胞検体内で生成されていることがわかる。このため、蛍光が検出されたスポット６０のプローブＤＮＡ６１の種類により、検体内でどのような遺伝子が発現しているかを直接確認することができる。
【００５８】
このように、本実施の形態に係る生体高分子分析チップ１では、励起光集光レンズ５４により励起光源５５から照射した励起光をスポットに集光させるため、感度を良好なものとすることができ、励起光照射装置７３の出力を低減することができる。また、励起光源５５から照射される励起光は平行光であるため、生体高分子分析チップ１を動かす必要がない。
【００５９】
＜変形例＞
次に、本実施の形態の変形例に係る生体高分子分析チップ１０１について図９を用いて説明する。この生体高分子分析チップ１０１は、抗原タンパクを検出する抗体チップである。なお、生体高分子分析チップ１と同様の構成については下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
【００６０】
抗体チップでは、プローブとして、検出する既知のタンパク質や糖鎖等の抗原と結合する抗体（以下、プローブ抗体という）を用いる。
具体的には、図９に示すように、生体高分子分析チップ１０１のウェル５２にプローブ抗体８１を含む溶液を滴下し、乾燥してスポット８０を形成する。なお、ウェル５２に滴下されるプローブ抗体８１はそれぞれ異なるタンパク質を抗原とし、同じスポット６０を形成するプローブ抗体８１は同一の抗原決定基を認識する。プローブ抗体８１となる抗体としては、モノクローナル抗体を用いることができる。
【００６１】
次に、サンプルとなる抗原８２を含む溶液（以下、サンプル溶液という）をウェル５２内に注入する。
プローブ抗体８１にサンプル溶液中の抗原８２が結合するのに充分な時間が経過した後、ウェル５２内のサンプル溶液をバッファー溶液で洗い流し、サンプル溶液とともに抗原８２のうちプローブ抗体８１と結合しなかったものをウェル５２内から除去する。
【００６２】
次に、ウェル５２に、プローブ抗体８１が認識するのと同じ抗原８２の異なる抗原決定基を認識する抗体を蛍光体８４で標識したもの（以下、蛍光標識抗体８３という）の溶液（以下、蛍光標識抗体溶液という）を注入する。
プローブ抗体８１に結合した抗原８２と蛍光標識抗体８３とが結合するのに充分な時間が経過した後、ウェル５２内の蛍光標識抗体溶液をバッファー溶液で洗い流し、蛍光標識抗体溶液中の蛍光標識抗体８３のうち抗原８２と結合しなかったものをウェル５２内から除去する。
以後、第１実施形態の〔９〕サンプルの検出と同様にして、分析装置７０による光量データの計測動作を行う。
【００６３】
図９に示すように、プローブ抗体８１に抗原８２が結合し、抗原８２に蛍光標識抗体８３が結合したスポット８０では、励起光集光レンズ５４によって各スポット８０上に集光された励起光Ｌにより蛍光標識抗体８３の蛍光体８４が励起される。励起状態の蛍光体８４が基底状態に遷移するときに蛍光Ｆが放出される。放出された蛍光Ｆは、ダブルゲートトランジスタ２０により検出される。
【００６４】
作業者は、ＲＡＭに記憶された各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光量データを出力装置７７により出力することで得られた画像データより、各スポット８０，８０，…における抗原８２の有無を確認することができる。このため、蛍光が検出されたスポット８０のプローブ抗体８１の種類により、検体内でどのようなタンパク質（抗原８２）が生成されているかを直接確認することができる。
【００６５】
［第２実施形態］
図１０，図１１は、本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ２０１，３０１の断面図である。図１０の生体高分子分析チップ２０１はプローブＤＮＡ６１を用いたスポット６０により蛍光標識ＤＮＡ６２を検出するＤＮＡチップであり、図１１の生体高分子分析チップ３０１はプローブ抗体８１及び蛍光標識抗体８３により抗原８２を検出する抗体チップである。
なお、第１の実施形態に係る生体高分子分析チップ１と同様の構成については下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
【００６６】
蛍光体６４，８４から放出される蛍光Ｆには指向性がないため、第１実施形態のダブルゲートトランジスタ２０に入射する蛍光Ｆは僅かである。
そこで、本実施形態に係る生体高分子分析チップ２０１，３０１では、励起光吸収層１３３のダブルゲートトランジスタ１２０，１２０，…と対応する位置に、蛍光集光レンズ１３４が設けられている。蛍光集光レンズ１３４は蛍光体６４，８４より放出される蛍光Ｆをダブルゲートトランジスタ１２０に集光する。このため、蛍光体６４，８４より放出される蛍光Ｆをより感度よく検出することができる。したがって、励起光強度を従来よりも弱くすることができ、蛍光体６４，８４の退色を低減することができる。
【００６７】
［第３実施形態］
図１２，図１３は、本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ５０１，６０１の断面図である。図１２の生体高分子分析チップ５０１はプローブＤＮＡ６１を用いたスポット６０により蛍光標識ＤＮＡ６２を検出するＤＮＡチップであり、図１３の生体高分子分析チップ６０１はプローブ抗体８１及び蛍光標識抗体８３により抗原８２を検出する抗体チップである。
なお、第１の実施形態、第２の実施形態に係る生体高分子分析チップ１と同様の構成については下２桁に同符号を付して説明を割愛する。
【００６８】
本実施形態に係る生体高分子分析チップ５０１，６０１では、励起光吸収層４３３のダブルゲートトランジスタ４２０，４２０，…と対応する位置に、蛍光集光レンズ４３４が設けられている。蛍光集光レンズ４３４は蛍光体６４，８４より放出される蛍光Ｆをダブルゲートトランジスタ４２０に集光する。
【００６９】
なお、第２実施形態に係る蛍光集光レンズ１３４は蛍光Fの入射側のみに凸部を有する凸レンズであったが、本実施形態に係る蛍光集光レンズ４３４は両面ともに凸部を有する凸レンズである。
また、第１実施形態及び第２実施形態に係る励起光集光レンズ５４，１５４は励起光Ｌの入射側に凸部を有する凸レンズであったが、本実施形態に係る励起光集光レンズ４５４は両面ともに凸部を有する凸レンズである。
【００７０】
本実施形態においても、第２実施形態と同様に、蛍光体６４，８４より放出される蛍光Ｆをより感度よく検出することができる。したがって、励起光強度を従来よりも弱くすることができ、蛍光体６４，８４の退色を低減することができる。
【００７１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。
【００７２】
例えば、上記実施形態では、プローブとして既知の塩基配列の一本鎖ＤＮＡや抗体を用いたが、その他の既知の生体高分子や低分子等を用いてもよい。例えば、抗原となるペプチドやタンパク、糖鎖、低分子リガンド、既知の細胞等を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図である。
【図２】図１の切断面II−IIに沿った矢視断面図である。
【図３】ダブルゲートトランジスタ２０を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】分析装置７０の構成を示したブロック図である。
【図６】蛍光標識ＤＮＡをプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。
【図７】蛍光標識ＤＮＡをプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法についての説明図である。
【図８】蛍光標識ＤＮＡの検出方法についての説明図である。
【図９】生体高分子分析チップ１０１を示す断面図である。
【図１０】生体高分子分析チップ２０１を示す断面図である。
【図１１】生体高分子分析チップ３０１を示す断面図である。
【図１２】生体高分子分析チップ５０１を示す断面図である。
【図１３】生体高分子分析チップ６０１を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１，１０１，２０１，３０１，５０１，６０１  生体高分子分析チップ
１０，１１０，４１０  固体撮像デバイス
２０，１２０，４２０  ダブルゲートトランジスタ
３３，１３３，４３０  励起光吸収層
５４，１５４，４５４  励起光集光レンズ
６０，８０  スポット
６１  プローブＤＮＡ
６２  蛍光標識ＤＮＡ
６４，８４  蛍光体
８１  プローブ抗体
８２  抗原
８３  蛍光標識抗体
１３４，４３４  蛍光集光レンズ
Ｆ  蛍光
Ｌ  励起光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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