(57)【要約】【課題】より感度の良好な生体高分子分析装置、生体高分子の分析方法、遺伝子の発現解析方法、及び抗原の検出方法を提供する。【解決手段】受光面を上方向に向けて設けられた光電変換素子２０を有する撮像装置１０と、撮像装置１０の受光面側に固定され、内部に溶液が注入されるウェル４２を形成する隔壁４０と、ウェル４２内を上下に仕切る分子フィルター５０と、ウェル４２内の分子フィルター５０よりも上部に固定され、ウェル４２内に注入される溶液内の特定の生体高分子６２と結合するプローブ６１と、を備える生体高分子分析装置７０である。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を上方向に向けて設けられた光電変換素子を有する撮像装置と、
前記撮像装置の受光面側に固定され、内部に溶液が注入されるウェルと、
前記ウェル内を上下に仕切る分子フィルターと、
前記ウェル内の前記分子フィルターよりも上部に固定されるプローブと、を備えることを特徴とする生体高分子分析装置。
【請求項２】
酵素に基づく化学反応によって生じる蛍光物質を電気的に引き寄せるため、前記各光電変換素子の受光面側に電極がそれぞれ設けられて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装置。
【請求項３】
前記ウェルを囲繞するように配置された複数の電磁石をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の生体高分子分析装置。
【請求項４】
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１〜３のいずれか一項に記載の生体高分子分析装置。
【請求項５】
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１〜３のいずれか一項に記載の生体高分子分析装置。
【請求項６】
請求項１に記載の生体高分子分析装置を用いた生体高分子の分析方法であって、
化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識した生体高分子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される光の有無を前記光電変換素子により検出することを特徴とする生体高分子の分析方法。
【請求項７】
請求項２に記載の生体高分子分析装置を用いた生体高分子の分析方法であって、
化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識した生体高分子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
前記電極に前記蛍光物質を引き寄せるように電圧を印加する過程とを経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される光の有無を前記光電変換素子により検出することを特徴とする生体高分子の分析方法。
【請求項８】
請求項３に記載の生体高分子分析装置を用いた生体高分子の分析方法であって、
化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識した生体高分子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な磁性粒子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記複数の電磁石に適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させる過程を経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される光の有無を前記光電変換素子により検出することを特徴とする生体高分子の分析方法。
【請求項９】
請求項１に記載の生体高分子分析装置を用いた遺伝子の発現解析方法であって、
既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡを前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、
次に、任意の細胞内から抽出されたＲＮＡを鋳型として作成され、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された酵素標識ＤＮＡを含む溶液を前記ウェル内に注入し、
次に、前記プローブに溶液内の酵素標識ＤＮＡの一部をハイブリダイズさせ、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記ウェルを振盪する過程を経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする遺伝子の発現解析方法。
【請求項１０】
請求項２に記載の生体高分子分析装置を用いた遺伝子の発現解析方法であって、
既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡを前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、
次に、任意の細胞内から抽出されたＲＮＡを鋳型として作成され、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された酵素標識ＤＮＡを含む溶液を前記ウェル内に注入し、
次に、前記プローブに溶液内の酵素標識ＤＮＡの一部をハイブリダイズさせ、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記ウェルを振盪する過程と、前記電極に前記蛍光物質を引き寄せるように電圧を印加する過程とを経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする遺伝子の発現解析方法。
【請求項１１】
請求項３に記載の生体高分子分析装置を用いた遺伝子の発現解析方法であって、
既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡを前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、
次に、任意の細胞内から抽出されたＲＮＡを鋳型として作成され、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された酵素標識ＤＮＡを含む溶液を前記ウェル内に注入し、
次に、前記プローブに溶液内の酵素標識ＤＮＡの一部をハイブリダイズさせ、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な磁性粒子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記複数の電磁石に適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させる過程を経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする遺伝子の発現解析方法。
【請求項１２】
請求項１に記載の生体高分子分析装置を用いた抗原の検出方法であって、
特定の抗原と結合する抗体を前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、
次に、任意の抗原を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに溶液内の特定の抗原とを結合させ、
次いで、前記プローブに結合しなかった抗原を除去するとともに、前記プローブと同一の抗原の異なる抗原決定基と結合し、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された第二の抗体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに結合した特定の抗原に第二の抗体を結合させ、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記ウェルを振盪する過程を経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする抗原の検出方法。
【請求項１３】
請求項２に記載の生体高分子分析装置を用いた抗原の検出方法であって、
特定の抗原と結合する抗体を前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、
次に、任意の抗原を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに溶液内の特定の抗原とを結合させ、
次いで、前記プローブに結合しなかった抗原を除去するとともに、前記プローブと同一の抗原の異なる抗原決定基と結合し、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された第二の抗体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに結合した特定の抗原に第二の抗体を結合させ、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記ウェルを振盪する過程と、前記電極に前記蛍光物質を引き寄せるように電圧を印加する過程とを経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする抗原の検出方法。
【請求項１４】
請求項３に記載の生体高分子分析装置を用いた抗原の検出方法であって、
特定の抗原と結合する抗体を前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、
次に、任意の抗原を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに溶液内の特定の抗原とを結合させ、
次いで、前記プローブに結合しなかった抗原を除去するとともに、前記プローブと同一の抗原の異なる抗原決定基と結合し、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された第二の抗体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに結合した特定の抗原に第二の抗体を結合させ、
その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な磁性粒子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、
その後、前記複数の電磁石に適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させる過程を経て、
生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする抗原の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子分析装置、生体高分子の分析方法、遺伝子の発現解析方法、及び抗原の検出方法に関する。
【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、標識物質には蛍光物質や化学発光基質、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の減衰を抑えることができるために、僅かな光量でも計測が可能であるという利点がある。
【０００６】
上記のような生体高分子分析チップにおいて、標識物質として化学発光基質を発光させるための酵素を用いた場合には、化学発光基質を含む溶液をスポットに滴下し、酵素による化学反応に基づいて発生する励起された蛍光体が基底状態に戻るときに発する光を計測する。
【０００７】
しかし、化学発光基質がウェル内で拡散すると、化学発光基質が酵素により反応し発生する蛍光体の量が減少する。その結果、蛍光体より放射される蛍光が減り、Ｓ／Ｎ比が低下するという問題がある。
【０００８】
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装置、生体高分子の分析方法、遺伝子の発現解析方法、及び抗原の検出方法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】
【０００９】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、受光面を上方向に向けて設けられた光電変換素子を有する撮像装置と、前記撮像装置の受光面側に固定され、内部に溶液が注入されるウェルと、前記ウェル内を上下に仕切る分子フィルターと、前記ウェル内の前記分子フィルターよりも上部に固定され、前記ウェル内に注入される溶液内の特定の生体高分子と結合するプローブと、を備えることを特徴とする生体高分子分析装置である。
【００１０】
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装置であって、酵素に基づく化学反応によって生じる蛍光物質を電気的に引き寄せるため、前記各光電変換素子の受光面側に電極がそれぞれ設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の生体高分子分析装置であって、前記ウェルを囲繞するように配置された複数の電磁石をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
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装置であって、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。
【００１３】
請求項５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装置であって、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。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の生体高分子分析装置を用いた生体高分子の分析方法であって、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識した生体高分子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、次に、前記プローブに溶液内の前記生体高分子の一部を結合させ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記ウェルを振盪する過程を経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項２に記載の生体高分子分析装置を用いた生体高分子の分析方法であって、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識した生体高分子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、次に、前記プローブに溶液内の前記生体高分子の一部を結合させ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記ウェルを振盪する過程と、前記電極に前記蛍光物質を引き寄せるように電圧を印加する過程とを経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項３に記載の生体高分子分析装置を用いた生体高分子の分析方法であって、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識した生体高分子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、次に、前記プローブに溶液内の前記生体高分子の一部を結合させ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な磁性粒子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記複数の電磁石に適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させる過程を経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の生体高分子分析装置を用いた遺伝子の発現解析方法であって、既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡを前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、次に、任意の細胞内から抽出されたＲＮＡを鋳型として作成され、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された酵素標識ＤＮＡを含む溶液を前記ウェル内に注入し、次に、前記プローブに溶液内の酵素標識ＤＮＡの一部をハイブリダイズさせ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記ウェルを振盪する過程を経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項２に記載の生体高分子分析装置を用いた遺伝子の発現解析方法であって、既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡを前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、次に、任意の細胞内から抽出されたＲＮＡを鋳型として作成され、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された酵素標識ＤＮＡを含む溶液を前記ウェル内に注入し、次に、前記プローブに溶液内の酵素標識ＤＮＡの一部をハイブリダイズさせ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記ウェルを振盪する過程と、前記電極に前記蛍光物質を引き寄せるように電圧を印加する過程とを経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項３に記載の生体高分子分析装置を用いた遺伝子の発現解析方法であって、既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡを前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、次に、任意の細胞内から抽出されたＲＮＡを鋳型として作成され、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された酵素標識ＤＮＡを含む溶液を前記ウェル内に注入し、次に、前記プローブに溶液内の酵素標識ＤＮＡの一部をハイブリダイズさせ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な磁性粒子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記複数の電磁石に適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させる過程を経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載の生体高分子分析装置を用いた抗原の検出方法であって、特定の抗原と結合する抗体を前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、次に、任意の抗原を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに溶液内の特定の抗原とを結合させ、次いで、前記プローブに結合しなかった抗原を除去するとともに、前記プローブと同一の抗原の異なる抗原決定基と結合し、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された第二の抗体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに結合した特定の抗原に第二の抗体を結合させ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記ウェルを振盪する過程を経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００２１】
請求項１３に記載の発明は、請求項２に記載の生体高分子分析装置を用いた抗原の検出方法であって、特定の抗原と結合する抗体を前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、次に、任意の抗原を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに溶液内の特定の抗原とを結合させ、次いで、前記プローブに結合しなかった抗原を除去するとともに、前記プローブと同一の抗原の異なる抗原決定基と結合し、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された第二の抗体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに結合した特定の抗原に第二の抗体を結合させ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な固定体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記ウェルを振盪する過程と、前記電極に前記蛍光物質を引き寄せるように電圧を印加する過程とを経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【００２２】
請求項１４に記載の発明は、請求項３に記載の生体高分子分析装置を用いた抗原の検出方法であって、特定の抗原と結合する抗体を前記プローブとして前記ウェルの底部に設け、次に、任意の抗原を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに溶液内の特定の抗原とを結合させ、次いで、前記プローブに結合しなかった抗原を除去するとともに、前記プローブと同一の抗原の異なる抗原決定基と結合し、化学発光基質から前記分子フィルターを透過可能な励起状態の蛍光物質を生成する化学反応の触媒として機能する酵素で標識された第二の抗体を含む溶液を前記ウェル内に注入し、前記プローブに結合した特定の抗原に第二の抗体を結合させ、その後、前記化学発光基質が固定され、かつ前記分子フィルターを透過不能な磁性粒子を含む溶液を前記ウェル内に注入し、その後、前記複数の電磁石に適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させる過程を経て、生成した励起状態の蛍光物質より放出される蛍光を前記光電変換素子により検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、より感度の良好な生体高分子分析装置、生体高分子の分析方法、遺伝子の発現解析方法、及び抗原の検出方法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】
【００２４】
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。
【００２５】
［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、本発明の第１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II−II矢視断面図である。図３は図１のIII部拡大図であり、図４は図３のIV−IV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。
この生体高分子分析チップ１は、図１、図２に示すように、撮像装置２は、固体撮像デバイス１０と、隔壁４０と、分子フィルター５０と、スポット６０とを備える。
【００２６】
〔２〕固体撮像デバイス
ここで、図１〜図４を用いて固体撮像デバイス１０について説明する。図２に示すように、固体撮像デバイス１０は、透明基板１１と、ボトムゲート絶縁膜１３と、トップゲート絶縁膜２１と、保護絶縁膜２３と、保護絶縁膜２５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１２ａ、ソースライン１８ａ、ドレインライン１９ａ、トップゲートライン２２ａ、電極ライン２４ａ及び、フォトセンサ２０を形成するボトムゲート電極１２、半導体膜１４、チャネル保護膜１５、不純物半導体膜１６，１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９、トップゲート電極２２、電極２４が設けられている。
【００２７】
透明基板１１は、後述する蛍光体が発する蛍光を透過する性質（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。
【００２８】
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磁界効果トランジスタ（以下、フォトセンサという。）２０が利用され、複数のフォトセンサ２０，２０，…が透明基板１１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、これらフォトセンサ２０，２０，…が窒化シリコン（SiN）等の保護絶縁膜２３によってまとめて被覆されている。
なお、図１では８行×８列の６4個のフォトセンサ２０，２０，…を備えるマトリクス状の二次元アレイを示すが、その数は任意であり、さらに多くの行及び列を有していてもよい。
【００２９】
図３、図４に示すように、フォトセンサ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜１４と、半導体膜１４上に形成されたチャネル保護膜１５と、ボトムゲート絶縁膜１３を挟んで半導体膜１４の下に形成されたボトムゲート電極１２と、トップゲート絶縁膜２１を挟んで半導体膜１４の上に形成されたトップゲート電極２２と、半導体膜１４の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜１６と、半導体膜１４の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜１７と、不純物半導体膜１６に重なったソース電極１８と、不純物半導体膜１７に重なったドレイン電極１９と、を備え、半導体膜１４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。
【００３０】
ボトムゲート電極１２は、フォトセンサ２０ごとに透明基板１１上に形成されている。また、透明基板１１上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン１２ａ，１２ａが形成されており、横方向に配列された同一の行のフォトセンサ２０，２０，…のそれぞれのボトムゲート電極１２が共通のボトムゲートライン１２ａと一体となって形成されている。ボトムゲート電極１２及びボトムゲートライン１２ａ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。
【００３１】
フォトセンサ２０，２０，…のボトムゲート電極１２及びボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…はボトムゲート絶縁膜１３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１３は全てのフォトセンサ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１３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。
【００３２】
ボトムゲート絶縁膜１３上には、複数の半導体膜１４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１４は、フォトセンサ２０ごとに独立して形成されており、それぞれのフォトセンサ２０においてボトムゲート電極１２に対して対向配置され、ボトムゲート電極１２との間にボトムゲート絶縁膜１３を挟んでいる。半導体膜１４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。
【００３３】
半導体膜１４上には、チャネル保護膜１５が形成されている。チャネル保護膜１５は、フォトセンサ２０ごとに独立してパターニングされており、それぞれのフォトセンサ２０において半導体膜１４の中央部上に形成されている。チャネル保護膜１５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１５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１４の界面を保護するものである。半導体膜１４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１５と半導体膜１４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１４側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜１５側には電子が発生する。
【００３４】
半導体膜１４の一端部上には、不純物半導体膜１６が一部、チャネル保護膜１５に重なるようにして形成されており、半導体膜１４の他端部上には、不純物半導体膜１７が一部、チャネル保護膜１５に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜１６，１７は、フォトセンサ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１６，１７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。
【００３５】
不純物半導体膜１６上には、ソース電極１８が形成され、不純物半導体膜１７上には、ドレイン電極１９が形成されている。ソース電極１８及びドレイン電極１９はフォトセンサ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１８ａ，１８ａ及びドレインライン１９ａ，１９ａがボトムゲート絶縁膜１３上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のフォトセンサ２０，２０，…のソース電極１８は共通のソースライン１８ａ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フォトセンサ２０，２０，…のドレイン電極１９は共通のドレインライン１９ａと一体に形成されている。ソース電極１８、ドレイン電極１９、ソースライン１８ａ及びドレインライン１９ａ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。
【００３６】
フォトセンサ２０，２０，…のソース電極１８及びドレイン電極１９並びにソースライン１８ａ，１８ａ及びドレインライン１９ａ，１９ａは、トップゲート絶縁膜２１によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２１は全てのフォトセンサ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２１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。
【００３７】
トップゲート絶縁膜２１上には、複数のトップゲート電極２２がフォトセンサ２０ごとに形成されている。トップゲート電極２２は、それぞれのフォトセンサ２０において半導体膜１４に対して対向配置され、半導体膜１４との間にトップゲート絶縁膜２１及びチャネル保護膜１５を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２１上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン２２ａ，２２ａが形成されており、横方向に配列された同一の行のフォトセンサ２０，２０のトップゲート電極２２が共通のトップゲートライン２２ａと一体に形成されている。トップゲート電極２２及びトップゲートライン２２ａ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。
【００３８】
フォトセンサ２０，２０，…のトップゲート電極２２及びトップゲートライン２２ａ，２２ａは保護絶縁膜２３によってまとめて被覆され、保護絶縁膜２３は全てのフォトセンサ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜２３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。
【００３９】
保護絶縁膜２３の上面には、フォトセンサ２０，２０，…の半導体膜１４の上方に電極２４が設けられている。また、保護絶縁膜２３の上面には、フォトセンサ２０，２０，…の側方に、縦方向に延在する複数本の電極ライン２４ａ，２４ａ，…が形成されており、縦方向に配列された同一の列の電極２４，２４が共通の電極ライン２４ａと一体となって形成されている。電極２４及び電極ライン２４ａは導電性を有し、さらに、後述する蛍光体９２の蛍光に対して高い透過性を示す透明電極が好ましく、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。
【００４０】
電極２４及び電極ライン２４ａは保護絶縁膜２５によってまとめて被覆される。保護絶縁膜２５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。
【００４１】
以上のように構成された固体撮像デバイス１０は、保護絶縁膜２５の表面を受光面としており、フォトセンサ２０の半導体膜１４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。
【００４２】
〔３〕隔壁
隔壁４０は保護絶縁膜２５上に密着され、固体撮像デバイス１０の受光面にウェル４２を形成する。隔壁４０は不透明であり、フォトセンサ２０に隣接するウェル４２から光が入ることを防いでいる。
【００４３】
なお、図１では２行×２列のウェル４２が固体撮像デバイス１０の受光面に形成されているが、その数は任意である。また、図１では１つのウェル４２に４行×４列のフォトセンサ２０が配置されているが、１つのウェルに少なくとも１つのフォトセンサ２０が配置されていればよく、その数は任意である。
【００４４】
〔４〕分子フィルター
分子フィルター５０は、図２に示すように、固体撮像デバイス１０の上部に配置され、外周部で隔壁４０に固定されている。分子フィルター５０は例えば接着剤で接着することにより、隔壁４０へ固定することができる。分子フィルター５０により、ウェル４２内の空間が上下に仕切られている。
【００４５】
分子フィルター５０は後述する蛍光体（分子量約１８５）を透過させるとともに、それよりも大きい分子量の分子を透過させないものである。分子フィルター５０としては、例えば分画分子量が３０ｋＤａの限外ろ過膜を用いることができ、具体的には、例えばナノセップ（ＰＡＬＬ社製）等を用いることができる。
【００４６】
〔５〕スポット
図１、図２に示すように、分子フィルター５０の上面にはスポット６０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）や抗体等の溶液をウェル４２内に滴下し、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。
【００４７】
スポット６０は各ウェル４２内にそれぞれ１つずつ形成されている。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分子フィルター５０の上面に固定化され、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、後述する酵素標識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。
【００４８】
〔６〕分析装置
生体高分子分析チップ１を分析装置７０にセッティングして生体高分子分析チップ１を用いるので、分析装置７０について図５を用いて説明する。図５は分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【００４９】
分析装置７０は、生体高分子分析チップ１と、分析台７１（図９参照）と、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を駆動する電極ドライバ７３、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、分析装置７０全体を制御する制御装置８０と、記憶装置８２と、制御装置８０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、振盪器７８と、注入装置７９とを備える。
【００５０】
分析台７１には、生体高分子分析チップ１がセッティングされる。生体高分子分析チップ１が分析台７１にセッティングされた場合には、固体撮像デバイス１０の電極ライン２４ａが電極ドライバ７３の端子に接続されるようになっている。同様に、トップゲートライン２２ａ，２２ａ，…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１２ａ，１２ａ，…がボトムゲートドライバ７５の端子に、ドレインライン１９ａ，１９ａ，…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が分析台７１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１８ａ，１８ａ，…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン１８ａ，１８ａ，…が接地されるようになっている。
なお、図５では２行×２列の4個のフォトセンサ２０，２０，…のみが記載されているが、その数は任意であり、さらに多くの行及び列を有していてもよい。
【００５１】
電極ドライバ７３、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。
【００５２】
制御装置８０は、電極ドライバ７３、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、電極ドライバ７３、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、制御装置８０は入力した二次元の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。出力装置７７は、例えばプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。
【００５３】
また、制御装置８０は振盪器７８を制御し、分析台７１を振盪させることによりウェル４２内の溶液を攪拌する。
また、制御装置８０は注入装置７９を駆動し、分析装置７０にセットされた生体高分子分析チップ１の各ウェル４２に、後述する化学発光基質９１を固定した固定体９０を含む溶液を滴下する。
【００５４】
また、制御装置８０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記憶装置８２に取得する機能を有する。
【００５５】
記憶装置８２には、ドレインドライバ７６から制御装置８０に入力され、Ａ／Ｄ変換された固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布が二次元の画像データとして記憶される。
【００５６】
〔７〕酵素標識ＤＮＡ
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、逆転写酵素を用いて得られたｃＤＮＡを用いることができる。ｃＤＮＡは例えばアルカリホスファターゼやペルオキシダーゼ等、後述する化学発光基質の反応の触媒として機能する酵素で標識する。
【００５７】
ｃＤＮＡを酵素で標識するには、例えば、酵素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を酵素標識ＤＮＡという。
【００５８】
〔８〕化学発光基質
酵素標識ＤＮＡを検出するのに用いる化学発光基質について説明する。化学発光基質としては、酵素標識ＤＮＡの標識に用いられた酵素を触媒として利用した化学反応により励起状態の蛍光物質を生成するものを用いることができる。
具体的には、例えばアルカリホスファターゼの基質となるジオキセタン系の誘導体や、ペルオキシダーゼの基質となるルミノール系の化合物を用いることができる。
【００５９】
ジオキセタン系の誘導体として、化学式１に示すアダマンチルジオキセタン塩素化誘導体（C18H19Cl2O7PNa2）を例に挙げて説明する。アダマンチルジオキセタン塩素化誘導体はリン酸基を有し、アルカリホスファターゼの基質となる。
【化１】
2008241409.tif 000003
【００６０】
アルカリホスファターゼはアダマンチルジオキセタン塩素化誘導体のリン酸基を加水分解し、化学式２に示す不安定な中間体を形成する。
【化２】
2008241409.tif 000004
【００６１】
中間体は自然開裂し、化学式３に示すアダマンタノンと蛍光体とに分解される。この蛍光体は励起状態であり、蛍光体が基底状態に遷移するときのエネルギーが光として放出される。
【化３】
2008241409.tif 000005
【００６２】
なお、アルカリホスファターゼの基質となる化学発光基質はリン酸基を有しており、水溶液中で負に帯電している。また、化学発光基質の加水分解により生成する蛍光体も、水溶液中で負に帯電している。このため、化学発光基質及び蛍光体は、水溶液中で正電荷側へ移動する。
【００６３】
本実施の形態では、図６に示すように、固定体９０の表面に化学発光基質９１を固定させたものを用いる。化学発光基質９１は固定体９０の表面の吸着力により、固定体９０の表面に固定される。
【００６４】
固定体９０としては、酵素反応を阻害しないことが好ましく、分子フィルター５０を透過しない分子量、例えば約６０ｋＤａ程度のタンパク質等を用いることが好ましい。このようなタンパク質としては、例えば、牛血清アルブミン（約６６ｋＤａ）、ストレプトアビジン（約６０ｋＤａ）、ニュートラアビジン（約６０ｋＤａ）、アビジン（約６７ｋＤａ）等を用いることができる。
【００６５】
〔９〕ハイブリダイゼーション
以下、酵素標識ＤＮＡ６２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図７、図８を用いて説明する。
まず、作業者が、酵素標識ＤＮＡ６２を含有した溶液（以下、酵素標識ＤＮＡ溶液という）を各ウェル４２内に注入する。酵素標識ＤＮＡ溶液を注入する前に各ウェル４２内に酵素標識ＤＮＡ６２が泳動するためのバッファー溶液が入れられていてもよく、酵素標識ＤＮＡ溶液自体が泳動用のバッファー溶液を兼ねていてもよい。なお、酵素標識ＤＮＡ溶液を各ウェル４２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、酵素標識ＤＮＡ６２が一本鎖となるように酵素標識ＤＮＡ溶液は加熱されている。
【００６６】
次いで、プローブＤＮＡ６１と酵素標識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の各ウェル４２を所定の温度に冷却する。すると、図８に示すように、各ウェル４２内に注入された酵素標識ＤＮＡ溶液内の酵素標識ＤＮＡ６２のうち、当該ウェル内のスポット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と相補的ではないものは、そのスポット６０には結合しない。
その後、ウェル４２内の酵素標識ＤＮＡ溶液を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、酵素標識ＤＮＡ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４２内から除去する。
【００６７】
上記処理を行っ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を制御装置８０に接続し、制御装置８０を起動する。
【００６８】
〔１０〕サンプルの検出
酵素標識ＤＮＡ６２の検出方法について図９を用いて説明する。
スポット６０のプローブＤＮＡ６１に酵素標識ＤＮＡ６２がハイブリダイズしたウェル４２に化学発光基質９１を固定した固定体９０を含む溶液を注入すると、酵素標識ＤＮＡ６２を標識する酵素６３により化学発光基質９１が加水分解され、不安定な中間体を経て励起状態の蛍光体９２が生成される（図９）。
【００６９】
本実施の形態では、以下に説明するように、化学発光基質９１を固定した振盪器７８を用いてウェル４２内の攪拌動作を行う。以下、制御装置８０によるウェル４２内の攪拌動作について説明する。
【００７０】
まず、制御装置８０は、注入装置７９を駆動し、分析装置７０にセットされた生体高分子分析チップ１の各ウェル４２に、化学発光基質９１を固定した固定体９０を含む溶液を注入する。
【００７１】
化学発光基質９１を固定した固定体９０を含む溶液を、全てのウェル４２に注入したら、制御装置８０は電極ドライバ７３を駆動して電極ライン２４ａに正電圧を印加し、電極２４を正に帯電させる。
次に、制御装置８０は、振盪器７８を制御して分析台７１を振盪させる。
【００７２】
分析台７１を振盪させることで、化学発光基質９１を固定した固定体９０がウェル４２内で移動し、酵素６３により化学発光基質９１が加水分解される機会が増大し、蛍光体９２がより多く生成される。
【００７３】
生成した蛍光体９２は水溶液中で負に帯電しているため、分子フィルター５０を透過して正に帯電した電極２４に向かって移動する。
【００７４】
分子フィルター５０を透過した蛍光体は、正に帯電した電極２４に引き寄せられ、フォトセンサ２０の上部に集中する。その後、励起状態の蛍光体９２が基底状態に遷移するときに蛍光（主に可視光波長域）が放出され、フォトセンサ２０に蛍光が入射して電子−正孔対が発生する。ここで、蛍光体９２がフォトセンサ２０の上部に集中しているため、より多くの蛍光が対応するフォトセンサ２０に入射して電子−正孔対を発生させることができる。
【００７５】
なお、化学発光基質９１が負に帯電している場合でも、化学発光基質９１が固定体９０の表面に固定されており、固定体９０の分子量が分子フィルター５０の分画分子量よりも大きいため、分子フィルター５０を透過することがない。よって、化学発光基質９１が電極２４の近傍に引き寄せられることがなく、化学発光基質９１の酵素６３による加水分解が妨げられることがない。
【００７６】
攪拌動作の終了後、制御装置８０は各フォトセンサ２０，２０，…のそれぞれ出力を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記憶装置８２に記憶する。
【００７７】
作業者は、記憶装置８２に記憶された各フォトセンサ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が細胞検体内で発現していることがわかる。
【００７８】
＜変形例１＞
なお、図１０に示すように、プローブＤＮＡ６１を隔壁４０の側面に固定してもよい。隔壁４０にプローブＤＮＡ６１を固定することで、蛍光体９２が透過する分子フィルター５０の有効面積を大きくすることができる。
【００７９】
＜変形例２＞
上記実施形態においては、生体高分子分析チップ１で分析する試料として、検体内で発現しているｍＲＮＡから逆転写酵素により合成されたＤＮＡを用いたが、検体内で発現している特定のタンパク質または糖鎖等を抗原と結合する抗体（以下、プローブ抗体という）をプローブとして用いてもよい。
【００８０】
具体的には、図１１に示すように、生体高分子分析チップ１の各ウェル４２にプローブ抗体６４を含む溶液を滴下し、乾燥してスポット６０を形成する。なお、各ウェル４２に滴下されるプローブ抗体６４はそれぞれ異なる抗原決定基を認識し、同じスポット６０を形成するプローブ抗体６４は同一の抗原決定基を認識する。このようなプローブ抗体６４として、モノクローナル抗体を用いることができる。
【００８１】
次に、サンプルとなる抗原６５を含む溶液（以下、サンプル溶液という）を各ウェル４２内に注入する。
プローブ抗体６４にサンプル溶液中の抗原６５が結合するのに充分な時間が経過した後、ウェル４２内のサンプル溶液をバッファー溶液で洗い流し、サンプル溶液中の抗原６５のうちプローブ抗体６４と結合しなかったものをウェル４２内から除去する。
【００８２】
次に、各ウェル４２に、プローブ抗体６４が認識するのと同じ抗原６５の異なる抗原決定基を認識する抗体を酵素６７で標識したもの（以下、酵素標識抗体６６という）の溶液（以下、酵素標識抗体溶液という）を注入する。
【００８３】
プローブ抗体６４に結合した抗原６５と酵素標識抗体６６とが結合するのに充分な時間が経過した後、ウェル４２内の酵素標識抗体溶液をバッファー溶液で洗い流し、酵素標識抗体溶液中の抗原６５のうちプローブ抗体６４と結合しなかったものをウェル４２内から除去する。
【００８４】
なお、予め抗原６５に酵素標識抗体６６を結合させたものをウェル４２内に注入し、酵素標識抗体６６が結合した抗原６５をプローブ抗体６４に結合させてもよい。
以後、〔１０〕サンプルの検出と同様にして、各ウェル４２に化学発光基質を含む溶液を注入し、分析装置７０による光量データの計測動作を行う。
【００８５】
プローブ抗体６４に抗原６５が結合し、抗原６５に酵素標識抗体６６が結合したウェル４２では、酵素６７により化学発光基質９１が加水分解され、中間体を経て励起状態の蛍光体９２が生成される。蛍光体９２から放出される蛍光は、フォトセンサ２０により検出される。
【００８６】
作業者は、記憶装置８２に記憶された各フォトセンサ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，…における抗原６５の有無を確認することができる。このため、ウェル４２内の抗体の種類により、検体内でどのような抗原が発現しているかを直接確認することができる。
＜変形例３＞
なお、図１２に示すように、プローブ抗体６４を隔壁４０の側面に固定してもよい。隔壁４０にプローブ抗体６４を固定することで、蛍光体９２が透過する分子フィルター５０の有効面積を大きくすることができる。
【００８７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、〔２〕固体撮像デバイス、〔３〕隔壁、〔４〕分子フィルター、〔５〕スポット、〔７〕酵素標識ＤＮＡ、〔９〕ハイブリダイゼーション、については、第１の実施形態と同様であるので、同符号を付して説明を割愛する。
【００８８】
〔６−２〕分析装置
図１３は本発明の第２の実施形態に係る分析装置１７０の構成を示すブロック図である。なお、第１実施形態における分析装置７０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。
本実施形態に係る分析装置１７０は、電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌをさらに備える。電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌは制御装置１８０により制御され、後述するようにウェル１４２内の磁場を変動させる。
【００８９】
制御装置１８０は、制御装置８０と同様の機能を有するとともに、記憶装置１８２に記憶された攪拌回数Ｍｃ、攪拌回数のカウント数Ｍ、１サイクル当たりの通電時間Ｔｅ及び通電時間のカウント数Ｔ等のデータを読み出し、後述するように電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌを駆動する電圧を出力する。また、制御装置１８０は、一定時間毎にカウント数Ｔを１ずつ減らす減算タイマー機能を有する。
【００９０】
記憶装置１８２には、記憶装置８２と同様に二次元の画像データが記憶されるとともに、記憶装置１８２に記憶された攪拌回数Ｍｃ、攪拌回数のカウント数Ｍ、通電時間Ｔｅ及び通電時間のカウント数Ｔ等のデータが記憶される。
【００９１】
〔８−２〕化学発光基質
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の化学発光基質を用いることができるが、本実施の形態においては、固定体９０の代わりに磁性粒子１９０の表面に化学発光基質を固定させたものを用いる。化学発光基質９１は磁性粒子１９０の表面の吸着力により、磁性粒子１９０の表面に固定される。磁性粒子１９０は、固定体９０と同程度、あるいはそれ以上の大きさである。
【００９２】
磁性粒子１９０の材料としては、例えばニッケル粒子や鉄粒子、Ｆｅ3Ｏ4、γ-Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｏ-γ-Ｆｅ2Ｏ3、（ＮｉＣｕＺｎ）Ｏ・（ＣｕＺｎ）Ｏ・Ｆｅ2Ｏ3、（ＭｎＺｎ）Ｏ・Ｆｅ2Ｏ3、（ＮｉＺｎ）Ｏ・Ｆｅ2Ｏ3、ＳｒＯ・６Ｆｅ2Ｏ3、ＢａＯ・６Ｆｅ2Ｏ3等の各種磁性体を用いることができ、これと高分子材料（例えばナイロン、ポリアクリルアミド、ポリスチレン等）とを組み合わせて粒子状に形成してもよい。
【００９３】
磁性粒子１９０に化学発光基質９１を固定させる方法は任意であり、例えば磁性粒子１９０の表面をＳｉＯ2でコーティングすることで、ＳｉＯ2の吸着力により化学発光基質９１を磁性粒子１９０の表面に固定することができる。
【００９４】
〔１０−２〕サンプルの検出
次に、本実施の形態に係る分析装置１７０を用いた酵素標識ＤＮＡの検出方法について図１４〜図１６を用いて説明する。図１４は本実施の形態に係る分析装置１７０を用いた酵素標識ＤＮＡの検出方法を示す説明図であり、図１５は制御装置１８０によるウェル４２内の攪拌動作を示すフローチャートであり、図１６は制御装置１８０による電極ライン２４ａ及び電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌに印加する電圧を示すタイミングチャートである。
【００９５】
まず、制御装置１８０は、注入装置１７９を駆動し、分析装置１７０にセットされた生体高分子分析チップ１の各ウェル４２に、化学発光基質９１を固定した磁性粒子１９０を含む溶液を注入する。
【００９６】
化学発光基質９１を固定した磁性粒子１９０を含む溶液を、全てのウェル４２に注入したら（ステップＳ１→Ｙｅｓ）、制御装置１８０は電極ドライバ１７３を駆動して電極ライン２４ａに正電圧を印加し、電極２４を正に帯電させる（ステップＳ２）。
【００９７】
次に、制御装置１８０は、記憶装置１８２に記憶される攪拌回数のカウント数Ｍをあらかじめ設定された攪拌回数Ｍｃにセットする（ステップＳ３）。
【００９８】
次に、制御装置１８０は、記憶装置１８２に記憶される通電時間のカウント数Ｔをあらかじめ設定された１サイクル当たりの通電時間Ｔｅにセットする（ステップＳ４）。
次に、制御装置１８０は、右側の電磁石１７８Ｒに通電を開始する（ステップＳ５）。その後、制御装置１８０は、記憶装置１８２に記憶されたカウント数Ｔを一定時間毎に１減じた値に書き換える（ステップＳ６）。これをＴ＝０となるまで繰り返す（ステップＳ７→Ｎｏ）。
Ｔ＝０となったら（ステップＳ７→Ｙｅｓ）、制御装置１８０は、右側の電磁石１７８Ｒへの通電を停止する（ステップＳ８）。
【００９９】
次に、制御装置１８０は、記憶装置１８２に記憶される通電時間のカウント数Ｔを再びＴｅにセットする（ステップＳ９）。
次に、制御装置１８０は、左側の電磁石１７８Ｌに通電を開始する（ステップＳ１０）。その後、制御装置１８０は、記憶装置１８２に記憶されたカウント数Ｔを一定時間毎に１減じた値に書き換える（ステップＳ１１）。これをＴ＝０となるまで繰り返す（ステップＳ１２→Ｎｏ）。
Ｔ＝０となったら（ステップＳ１２→Ｙｅｓ）、制御装置１８０は、左側の電磁石１７８Ｌへの通電を停止する（ステップＳ１３）。
【０１００】
左右両方の電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌへの通電が終了したら、カウント数Ｍを１減じた後（ステップＳ１４）、Ｍ＝０となるまで（ステップＳ１５→Ｎｏ）ステップＳ４〜Ｓ１４の動作を繰り返す。
Ｍ＝０となったら（ステップＳ１５→Ｙｅｓ）、制御装置１８０は電極ドライバ１７３を駆動して電極ライン２４ａに正電圧を印加するのを停止し（ステップＳ１６）、攪拌動作を終了する。
【０１０１】
ステップＳ５〜Ｓ８までの間、右側の電磁石１７８Ｒのみに通電が行われているので、化学発光基質９１を固定した磁性粒子１９０は、電磁石１７８Ｒの磁力により右側へ移動する。一方、ステップＳ１０〜Ｓ１３までの間、左側の電磁石１７８Ｌのみに通電が行われているので、化学発光基質９１を固定した磁性粒子１９０は、電磁石１７８Ｌの磁力により左側へ移動する。このため、ステップＳ４〜Ｓ１５を繰り返し、電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌに適宜電圧を印加して磁界を交互に発生させることで、化学発光基質９１を固定した磁性粒子１９０がウェル４２内で左右に繰り返し移動し、酵素６３により化学発光基質９１が加水分解される機会が増大し、蛍光体９２がより多く生成される。
【０１０２】
生成した蛍光体９２は水溶液中で負に帯電しているため、分子フィルター５０を透過して正に帯電した電極２４に向かって移動する。
【０１０３】
分子フィルター５０を透過した蛍光体は、正に帯電した電極２４に引き寄せられ、フォトセンサ２０の上部に集中する。その後、励起状態の蛍光体９２が基底状態に遷移するときに蛍光（主に可視光波長域）が放出され、フォトセンサ２０に蛍光が入射して電子−正孔対が発生する。ここで、蛍光体９２がフォトセンサ２０の上部に集中しているため、より多くの蛍光が対応するフォトセンサ２０に入射して電子−正孔対を発生させることができる。
【０１０４】
なお、化学発光基質９１が負に帯電している場合でも、化学発光基質９１が磁性粒子１９０の表面に固定されており、磁性粒子１９０の分子量が分子フィルター５０の分画分子量よりも大きいため、分子フィルター５０を透過することがない。よって、化学発光基質９１が電極２４の近傍に引き寄せられることがなく、化学発光基質９１の酵素６３による加水分解が妨げられることがない。
【０１０５】
攪拌動作の終了後、制御装置１８０は各フォトセンサ２０，２０，…のそれぞれ出力を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記憶装置１８２に記憶する。
【０１０６】
作業者は、記憶装置１８２に記憶された各フォトセンサ２０，２０，…のそれぞれの光量データを出力装置１７７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が細胞検体内で発現していることがわかる。
【０１０７】
＜変形例４＞
なお、変形例１と同様、図１７に示すように、プローブＤＮＡ６１を隔壁４０の側面に固定してもよい。隔壁４０にプローブＤＮＡ６１を固定することで、蛍光体９２が透過する分子フィルター５０の有効面積を大きくすることができる。
【０１０８】
＜変形例５＞
また、変形例２と同様、図１８に示すように、プローブ抗体６４を用いてスポット６０を形成した生体高分子分析チップ１を用いて抗原６５の検出を行ってもよい。
【０１０９】
＜変形例６＞
また、変形例３と同様、図１９に示すように、プローブ抗体６４を隔壁４０の側面に固定してもよい。隔壁４０にプローブ抗体６４を固定することで、蛍光体９２が透過する分子フィルター５０の有効面積を大きくすることができる。
【０１１０】
［第３実施形態］
図２０は本実施形態の変形例に係る分析装置２７０の構成を示すブロック図である。なお、第２実施形態における分析装置１７０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。
本変形例においては、固体撮像デバイス２１０の左右に電磁石２７８Ｒ，２７８Ｌが設けられているほか、前側に電磁石２７８Ｆが、後側に電磁石２７８Ｂが設けられている。
【０１１１】
第２実施形態においては、電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌに交互に通電することによって固定体９０を左右に移動させていたが、本変形例においては、電磁石２７８Ｒ，２７８Ｌ，２７８Ｆ，２７８Ｂのそれぞれに電圧を印加することで、磁性粒子１９０を前後左右に移動させることができる。
なお、電磁石２７８Ｒ，２７８Ｌ，２７８Ｆ，２７８Ｂに１つずつ順番に電圧を印加してもよいし、２つずつ交互に電圧を印加してもよい。
【０１１２】
本発明は、上記実施の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。
例えば、上記実施の形態では、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】
【０１１３】
【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II−II矢視断面図である。
【図３】は図１のIII部拡大図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【図６】固定体９０の表面に化学発光基質９１を固定させたものを示す模式図である。
【図７】酵素標識ＤＮＡ６２をプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法の説明図である。
【図８】酵素標識ＤＮＡ６２をプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法の説明図である。
【図９】酵素標識ＤＮＡ６２の検出方法を示す説明図である。
【図１０】酵素標識ＤＮＡ６２の検出方法を示す説明図である。
【図１１】抗原６５の検出方法を示す説明図である。
【図１２】抗原６５の検出方法を示す説明図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る分析装置１７０の構成を示すブロック図である。
【図１４】本実施の形態に係る分析装置１７０を用いた酵素標識ＤＮＡの検出方法を示す説明図である。
【図１５】制御装置１８０によるウェル４２内の攪拌動作を示すフローチャートである。
【図１６】制御装置１８０による電極ライン２４ａ及び電磁石１７８Ｒ，１７８Ｌに印加する電圧を示すタイミングチャートである。
【図１７】酵素標識ＤＮＡ６２の検出方法を示す説明図である。
【図１８】抗原６５の検出方法を示す説明図である。
【図１９】抗原６５の検出方法を示す説明図である。
【図２０】分析装置２７０の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０   固体撮像デバイス（撮像装置）
２０   フォトセンサ（光電変換素子）
４０   隔壁
４２   ウェル
５０   分子フィルター
６０   スポット
６１   プローブＤＮＡ（プローブ）
６２   酵素標識ＤＮＡ
６３，６７    酵素
６４   プローブ抗体（プローブ）
６５   抗原
６６   酵素標識抗体
７０，１７０，２７０ 分析装置（生体高分子分析装置）
１７８Ｒ，１７８Ｌ，２７８Ｒ，２７８Ｌ，２７８Ｆ，２７８Ｂ     電磁石
９０   固定体
９１   化学発光基質
９２   蛍光体
１９０ 磁性粒子
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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