(57)【要約】【課題】測定可能な電流値のダイナミックレンジを拡げ、かつ精度よい検出を行うことができるハイブリダイゼーションの検出方法及び装置を提供する。【解決手段】生体関連物質を捕捉するプローブが固定されている複数設けられていたマイクロ反応チップにおけるハイブリダイゼーションの電流の検出方法において、電流検出回路１１を積分回路１２で構成し、この積分回路１２に互いに容量の異なる複数の積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄを付加し、この複数の積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄの中から測定精度と測定レンジに必要な容量の積分コンデンサを選択スイッチ１２３ａ〜１２３ｄにより選択して、電流値を測定するように構成した。【選択図】図２
2008026017.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する方法であって、
前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を有し、
前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、
前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に別々の選択スイッチを介して並列に接続された互いに容量の異なる複数の積分コンデンサを有し、
前記複数の積分コンデンサの中から測定精度と測定レンジに必要な容量の積分コンデンサを前記選択スイッチにより選択し、前記選択された積分コンデンサを前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に接続した状態で前記電流の積分出力を測定することを特徴とするハイブリダイゼーション検出方法。
【請求項２】
前記複数の積分コンデンサは、容量値が小さい容量から大きい容量へ複数段階に分けられた複数のコンデンサから構成されていることを特徴とする請求項１記載のハイブリダイゼーション検出方法。
【請求項３】
前記電流による前記積分コンデンサの積分時間を設定する積分時間制御手段を有することを特徴とする請求項１記載のハイブリダイゼーション検出方法。
【請求項４】
ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する方法であって、
前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を有し、
前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、
前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に並列に接続された積分コンデンサを有し、
前記電流による前記積分コンデンサの積分時間を複数の異なる時間に設定する積分時間制御手段を有し、
測定精度と測定レンジに必要な積分時間を前記積分時間制御手段により設定して前記電流の積分出力を測定することを特徴とするハイブリダイゼーション検出方法。
【請求項５】
前記積分時間制御手段により設定される複数の積分時間は、小さい値から大きい値へ複数段階に変化する時間であることを特徴とする請求項３記載のハイブリダイゼーション検出方法。
【請求項６】
ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する装置であって、
前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を備え、
前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、
前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に別々の選択スイッチを介して並列に接続された互いに容量の異なる複数の積分コンデンサとを有する、
ことを特徴とするハイブリダイゼーション検出装置。
【請求項７】
前記複数の積分コンデンサは、容量値が小さい容量から大きい容量へ複数段階に分けられた複数のコンデンサから構成されていることを特徴とする請求項６記載のハイブリダイゼーション検出装置。
【請求項８】
前記電流による前記積分コンデンサの積分時間を設定する積分時間制御手段を有することを特徴とする請求項６記載のハイブリダイゼーション検出装置。
【請求項９】
ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する装置であって、
前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を備え、
前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、
前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に並列に接続された積分コンデンサとを有し、
前記電流による前記積分コンデンサの積分時間を複数の異なる時間に設定する積分時間制御手段を備える、
ことを特徴とするハイブリダイゼーション検出装置。
【請求項１０】
前記積分時間制御手段により設定される複数の積分時間は、小さい値から大きい値へ複数段階に変化する時間であることを特徴とする請求項９記載のハイブリダイゼーション検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばマイクロ反応チップを用いたＤＮＡ（デオキシリボ核酸）などの生体関連物質のハイブリダイゼーション検出方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物の多様な遺伝子機能を効率的に解析するための技術開発が進められており、これらの遺伝子発現や塩基配列の解析のために、例えば、ＤＮＡチップやＤＮＡマイクロアレイなどのようなマイクロ反応チップが用いられている。このマイクロ反応チップは、固相基板上に異なるプローブ核酸を高密度に配列、固定したものからなり、このプローブ核酸に別途調製された一本鎖のターゲット核酸を供給し、プローブ核酸との配列の相補性による結合の有無を検出することでターゲット核酸の遺伝子発現や塩基配列の解析を行っている。
ここで、ＤＮＡチップ上のプローブ核酸断片とターゲット核酸断片とのハイブリダイゼーションを検出する方法としては、二本鎖核酸断片に特異的に結合し、かつ電気化学的に活性な二本鎖核酸断片標識体を用いて検出する方法や、酸化還元酵素を標識することで電気化学的測定によりターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する方法がある。
【０００３】
このようなプローブ核酸を配列、固定する方法としては、あらかじめ調整されたプローブ核酸断片を電極の表面に結合固定する方法や、電極の表面でオリゴヌクレオチドを直接合成する方法が知られている。電極の表面でオリゴヌクレオチドを直接合成する方法としては、光照射で選択的に除去される保護基の使用と、半導体製造に利用されるフォトリソグラフィ技術および固相合成技術を組み合わせ、所定の微小なマトリックス領域でのオリゴヌクレオチドの選択的な合成を行う方法が代表的方法であるが、電気化学反応によりオリゴヌクレオチドを電極の表面で選択的に合成する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このようなＤＮＡチップは、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、絶縁性基材５１の表面の複数箇所に設けられプローブ核酸断片が結合固定されるプローブ固定化電極５２と、この各固定化電極５２にプローブ核酸断片を介して対向配置された対向電極５３とを備えている。また、各プローブ固定化電極５２は、プローブ固定化電極５２を通して検出された電流を増幅する、例えばＣＭＯＳ（Complimentary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化物半導体）回路に接続されている。そして、プローブ固定化電極５２と対向電極５３との間に流れる信号電流や、プローブ固定化電極５２と対向電極５３の間の電位差を測定する。
ここで、上述した酸化還元酵素を標識としてハイブリダイゼーションの検出を行うために、プローブ固定化電極５２と対向電極５３との間には、用いる基質によって異なるものの、５０ｍＶ〜５００ｍＶの酸化還元電位が印加されている。なお、各固定化電極５２の間隔は、例えば０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍとなっており、プローブ固定化電極５２と対向電極５３との距離は、例えば０．０５〜１．０ｍｍとなっている。
【０００５】
上記のような従来のハイブリダイゼーションの検出方法には、以下の課題が残されている。すなわち、測定精度を上げるために同じプローブを固定した電極を複数個設けていたが、測定可能な電流値のダイナミックレンジが不足気味であった。
また、従来、ダイナミックレンジを取る方法としては、プローブを固定する電極の面積を数種類準備する方式のものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２０００−５１４８０２号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の方式は、プローブを固定したプローブ固定化電極の面積に依存してハイブリダイゼーション効率が変化し、その面積を大きくしてもその割合で電流が増加しない配列があることが判明した。そのため、プローブ固定化電極の面積の異なるプローブ固定化電極では測定精度の上で問題がある。また、プローブ固定化電極の面積の大きなものから小さなものまで４種類程度準備すると、その配置面積が大きくなりチップサイズを小さくできない等の問題があった。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたもので、測定可能な電流値のダイナミックレンジを拡げ、かつ精度よい検出を行うことができるハイブリダイゼーションの検出方法及び装置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】
上記目的を達成するために本発明は、ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する方法であって、前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を有し、前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に別々の選択スイッチを介して並列に接続された互いに容量の異なる複数の積分コンデンサを有し、前記複数の積分コンデンサの中から測定精度と測定レンジに必要な容量の積分コンデンサを前記選択スイッチにより選択し、前記選択された積分コンデンサを前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に接続した状態で前記電流の積分出力を測定することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する方法であって、前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を有し、前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に並列に接続された積分コンデンサを有し、前記電流による前記積分コンデンサの積分時間を複数の異なる時間に設定する積分時間制御手段を有し、測定精度と測定レンジに必要な積分時間を前記積分時間制御手段により設定して前記電流の積分出力を測定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する装置であって、前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を有し、前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を備え、前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に別々の選択スイッチを介して並列に接続された互いに容量の異なる複数の積分コンデンサとを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、ターゲット核酸に対して相補的な核酸を有するプローブが固定されるプローブ固定化電極が複数設けられるとともに、前記各プローブ固定化電極に前記プローブを介して配置された対向電極が設けられたマイクロ反応チップを有し、前記プローブ固定化電極と前記対向電極との間に電圧を印加することにより前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーションを検出する装置であって、前記プローブの核酸と前記ターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出する検出回路を備え、前記検出回路は前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路を有し、前記積分回路は、前記プローブ固定化電極に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器と、前記演算増幅器の一方の入力端と出力端との間に並列に接続された積分コンデンサとを有し、前記電流による前記積分コンデンサの積分時間を複数の異なる時間に設定する積分時間制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のハイブリダイゼーション検出方法及び装置によれば、プローブ固定化電極に接続された電流検出回路を構成する積分回路に互いに容量の異なる複数の積分コンデンサを付加し、この複数の積分コンデンサの中から測定精度と測定レンジに必要な容量の積分コンデンサを選択スイッチにより選択して電流の積分出力を測定するようにしたので、各積分コンデンサの容量は、測定電流値がオーバーラップしかつ測定レンジを拡げる容量とすることができ、これにより、測定精度の向上と測定レンジの拡大を図ることができる。
【００１３】
また、本発明のハイブリダイゼーション検出方法及び装置によれば、プローブ固定化電極に接続された電流検出回路を構成する積分回路の積分コンデンサに充電する時間を積分時間制御手段により複数の異なる時間に設定可能にし、積分時間制御手段により測定精度と測定レンジに必要な積分時間を設定して電流の積分出力を測定するようにしたので、各積分時間は、測定電流値がオーバーラップしかつ測定レンジを拡げる充電時間とすることができ、これにより、測定精度の向上と測定レンジの拡大を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施の形態）
以下、本発明にかかるハイブリダイゼーション検出方法及び装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本発明にかかるハイブリダイゼーション検出方法及び装置は、以下に説明する実施の形態に限定されるものではない。
【００１５】
図１（Ａ）は本発明にかかるハイブリダイゼーション検出装置を備えたＤＮＡチップ（マイクロ反応チップ）の概略図、図１(Ｂ)はＤＮＡチップ（マイクロ反応チップ）におけるハイブリダイゼーション検出部の概略構成図である。
ＤＮＡチップ１は、図１（Ａ）に示すように、ガラス基板やセラミック基板等の基板１ａと、この基板１ａ上に一本鎖のＤＮＡの断片を整列して形成した検出用アレイ部１ｂを有する。検出用アレイ部１ｂは、図１(Ｂ)に示すように、検出用のプローブ固定化電極２３と、このプローブ固定化電極２３に配線２１を介して接続され、プローブ核酸とターゲット核酸のハイブリタイゼーションに起因する電流を検出する検出回路１１とを備えている。
【００１６】
前記検出回路１１の構成について、図２を参照して説明する。
図２において、検出回路１１は、プローブ核酸と検体であるターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出するもので、前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路１２を有する。この積分回路１２は、プローブ固定化電極２３に一方の入力端が接続されてなる演算増幅器１２１と、この演算増幅器１２１の一方の入力端１２１ａと出力端１２１ｃとの間に並列に接続された互いに容量の異なる複数の積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄと、この各積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄのそれぞれに直列に接続され、積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄの１つを演算増幅器１２１の一方の入力端１２１ａと出力端１２１ｃとの間に選択的に接続する複数の選択スイッチ１２３ａ〜１２３ｄと、積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄのそれぞれに蓄積された電荷を放電して積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄをリセットするリセットスイッチ１２４と、プローブ固定化電極２３と演算増幅器１２１の一方の入力端１２１ａとの間に直列に接続され、積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄの積分時間を設定する積分時間制御スイッチ１２５とを備えている。
【００１７】
前記積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄの容量は、例えば積分コンデンサ１２２ａの容量を「Ｃ」とすると、積分コンデンサ１２２ｂの容量を「２Ｃ」、積分コンデンサ１２２ｃの容量を「５Ｃ」、積分コンデンサ１２２ｄの容量を「１０Ｃ」のように、小さい容量から大きい容量へ複数段階に分けた値に設定されている。また、これら積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄは、これらに別々に接続された選択スイッチ１２３ａ〜１２３ｄの１つをオンすることにより、測定精度と測定レンジに必要とされる容量のものが選択され、選択された積分コンデンサが演算増幅器の一方の入力端１２１ａと出力端１２１ｃとの間に接続され、この状態で前記電流の積分出力を測定する。
選択スイッチ１２３ａ〜１２３ｄ、リセットスイッチ１２４及び積分時間制御スイッチ１２５は外部からの信号によってＯＮ／ＯＦＦされる。さらに、演算増幅器１２１の他方の入力端１２１ｂには参照電源が供給されるようになっている。また、演算増幅器１２１の出力端１２１ｃからは前記電流に比例した電圧（積分出力）が電流値の積分および電流電圧変換の結果として出力されるようになっている。
【００１８】
図３（Ａ）はプローブ固定化電極を含むＤＮＡチップの一部を拡大して示す平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
ＤＮＡチップ１は、図３に示すように、下地であるシリコン基板１５を有し、このシリコン基板１５の上面領域には、検出回路１１における積分回路１２の演算増幅器１２１を構成するためのＣＭＯＳトランジスタや積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄを構成するＭＯＳ型などの容量素子、及び選択スイッチ１２３ａ〜１２３ｄやリセットスイッチ１２４、積分時間制御スイッチ１２５を構成するＭＯＳ型などのスイッチング素子が標準的なＣＭＯＳプロセスにより形成されている。また、シリコン基板１５の上面には、検出回路１１と外部とを接続する入出力電極１６が形成されており、この入出力電極１６を含めたシリコン基板１５の上面は保護層１７により覆われている。
【００１９】
検出回路１１は、検出用のプローブ固定化電極２３および包囲電極２４に対してそれぞれ独立して電圧を印加すると共に、後述する各固定面２３ａで検出した電流を増幅して図示省略の電位測定部に出力するように構成されている。
入出力電極１６は、例えばＡｌ（アルミニウム）のような導電体によって構成されており、保護層１７に形成されたコンタクトホール１７ａから外部に向けて露出されている。また、保護層１７は、その膜厚が例えば２μｍであって、ＳｉＮ（窒化珪素）／ＳｉＯ２（二酸化珪素）のような絶縁体によって形成されている。
【００２０】
プローブ固定化電極２３および包囲電極２４を含む検出電極部１２は、入出力電極１６と接続する接続電極部２１と、この接続電極部２１を封止する第１絶縁層２２と、この第１絶縁層２２上に形成されて接続電極部２１に接続されるプローブ固定化電極２３および包囲電極部２４と、プローブ固定化電極２３、包囲電極２４および第１絶縁層２２を覆う第２絶縁層２５とを備えている。
接続電極部２１は、例えばＡｌ（アルミニウム）によって形成されるもので、コンタクトホール１７ａを充填すると共に、その一部がコンタクトホール１７ａの近傍における保護層１７の上面に積層されている。この接続電極部２１は、コンタクトホール１７ａを充填するように、例えば３μｍの厚さに形成された後、保護層１７の上面からの突出量が０．５μｍ以下となるように平坦化されている。
【００２１】
第１絶縁層２２は、例えばＳｉＮやＳｉＯ２のような絶縁体からなり、接続電極部２１を覆うように形成されている。この第１絶縁層２２は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法などを用いて保護層１７または接続電極部２１の上面に、例えば厚さが０．５μｍとなるように平坦化して形成されている。
また、第１絶縁層２２には、平面視で保護層１７に形成されたコンタクトホール１７ａと一致しない位置に、接続電極部２１に至るコンタクトホール２２ａが設けられている。このコンタクトホール２２ａは、所定の開口形状を有するマスクパターンを用いたドライエッチングなどによって形成される。
【００２２】
プローブ固定化電極２３は、例えばＰｔ（白金）によって構成され、平面視でほぼ円形状を呈している。そして、このプローブ固定化電極２３の一部が、コンタクトホール２２ａ内に形成されることで、接続電極部２１に接続されている。また、プローブ固定化電極２３は、所定の開口形状を有するマスクパターンを用いたスパッタリング法によって、第１絶縁層２２上に、例えば０．２〜０．３μｍの厚さに形成される。また、プローブ固定化電極２３には、第２絶縁層２５に形成された貫通孔２５ａによって外部に露出されていてプローブ核酸が固定化される固定面２３ａを形成する。この固定面２３ａは、平面視においてほぼ円形となっており、その直径は、例えば１０μｍ〜１００μｍである。
なお、プローブ固定化電極２３の固定面２３ａは第１絶縁層２２上の２方向で等間隔となるように複数設けられており、固定面２３ａが複数形成されることでマイクロアレイ化されている。
【００２３】
第２絶縁層２５は、例えばＳｉＮで構成されており、平面視においてプローブ固定化電極２３と重なると共にコンタクトホール２２ａと一致しない位置には、円状の貫通孔２５ａが形成されている。また、第２絶縁層２５は、平面視において包囲電極２４と重なると共にコンタクトホール２２ａと一致しない位置には、環状の貫通孔２５ｂが形成されている。この貫通孔２５ｂによって、露出面２４ａが固定面２３ａの周囲を囲むように構成される。
また、第２絶縁層２５は、プラズマＣＶＤ法を用いてプローブ固定化電極２３または第１絶縁層２２上に例えば０．７μｍ〜０．９μｍの厚さに形成される。そして、貫通孔２５ａ、２５bは、所定の開口形状を有するマスクパターンを用いたドライエッチングなどによって形成される。
【００２４】
なお、実際のハイブリダイゼーション時に印加される電圧は、電極２３の電圧とそれに対向して設置される対向電極３３の間に印加される電圧である。
プローブ核酸は、表面で生態関連物質であるターゲット核酸を捕捉する核酸であって、固定面２３ａに電気化学的な合成によって結合固定されている。ここで、１つの固定面２３aには同一種のプローブ核酸が結合固定されており、複数の固定面２３ａのそれぞれで各種プローブ核酸が結合固定されている。
なお、本実施の形態において、「核酸」とは、一般的な塩基配列により表されるＤＮＡ、ＲＮＡ（リボ核酸）および核酸類似物質などを総括して示しており、このような核酸は天然に存在するものであっても、人工的に合成または修飾されたものであってもよい。
【００２５】
以上のような構成のＤＮＡチップ１を用いたハイブリダイゼーションの検出方法について説明する。なお、本実施の形態において、ＤＮＡチップ１は、１１行×３０列の固定面２３ａを有している。
本実施の形態におけるハイブリダイゼーションの検出に際しては、複数の積分コンデンサ１２２ａ〜１２２ｄの中から測定精度と測定レンジに必要な容量の積分コンデンサを、これに対応する選択スイッチを外部からの信号によりオンすることで選択し、この選択された積分コンデンサを演算増幅器１２１の一方の入力端１２１ａと出力端１２１ｃとの間に接続する。さらに、積分時間制御スイッチ１２５のオン時間、すなわち積分時間を外部からの信号により設定する。そして、プローブ固定化電極２３の固定面２３ａに生体関連物質を捕獲するプローブを固定し、対極電極にはさまれた空間４０にプローブ核酸と相補性を有するターゲット核酸である検体溶液を流し込み、この状態でプローブ固定化電極２３と対向電極３３と間に所定の電圧を印加する。これにより、演算増幅器１２１の出力端１２１ｃからは、プローブの核酸とターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流に比例した電圧（積分出力）が電流値の積分および電流電圧変換の結果として出力される。
【００２６】
よって、この実施の形態では、複数の固定面２３ａの電極に接続された電流検出回路の積分コンデンサ２２ａ〜１２２ｄの容量をそれぞれ異なったものとし、各容量は、測定電流値がオーバーラップしかつ測定レンジを拡げる容量とすることができる。このため、例えば、容量「Ｃ」の積分コンデンサ１２２ａがカバーする測定レンジを０から３０までとすると、容量「２Ｃ」の積分コンデンサ１２２ｂがカバーする測定レンジを２０から５０までとし、容量「５Ｃ」の積分コンデンサ１２２ｃがカバーする測定レンジを４０から７０までとし、容量「１０Ｃ」の積分コンデンサ１２２ｄがカバーする測定レンジを６０から９０までとする。
【００２７】
このように各積分コンデンサのオーバーラップの量は、測定の必要とされる測定の精度と必要とされる測定レンジの大きさに依存して変化させることができ、測定の精度が必要な場合には、例えば、積分コンデンサ１２２ａがカバーする測定レンジを０から３０とした場合、積分コンデンサ１２２ｂがカバーする測定レンジを１５から４５とし、積分コンデンサ１２２ｃがカバーする測定レンジを３０から６０とし、積分コンデンサ１２２ｄがカバーする測定レンジを４５から７５とするようにオーバーラップを増やすことで精度を上げることができる。
また、測定レンジが必要とされる場合には、例えば、積分コンデンサ１２２ａがカバーする測定レンジを０から３０までとし、積分コンデンサ１２２ｂがカバーする測定レンジを２５から５５までとし、積分コンデンサ１２２ｃがカバーする測定レンジを５０から８０までとし、積分コンデンサ１２２ｄがカバーする測定レンジを７５から１０５までとする。これにより、測定レンジを拡大することができる。
なお、本発明は、上述の数値に限定されるものではない。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、図４により本発明にかかるハイブリダイゼーション検出装置の他の実施の形態について説明する。
図４は他の実施の形態における検出回路４１の構成例を示すもので、この検出回路４１は、プローブ核酸と検体であるターゲット核酸とのハイブリダイゼーション反応に起因して流れる電流を検出するものであり、前記電流の時間積分に比例した出力信号を得る積分回路４２を有する。この積分回路４２は、プローブ固定化電極２３に一方の入力端４２１ａが接続されてなる演算増幅器４２１と、この演算増幅器４２１の一方の入力端４２１ａと出力端４２１ｃとの間に並列に接続された積分コンデンサ４２２と、この積分コンデンサ４２２に蓄積された電荷を放電して積分コンデンサ４２２をリセットするリセットスイッチ４２３と、プローブ固定化電極２３と演算増幅器４２１の一方の入力端４２１ａとの間に直列に接続され、積分コンデンサ４２２の積分時間を、小さい値から大きい値へ複数段階に設定する積分時間制御スイッチ４２４とを備えている。
また、演算増幅器４２１の他方の入力端４２１ｂには参照電源が供給されるようになっている。また、演算増幅器４２１の出力端４２１ｃからは前記電流に比例した電圧（積分出力）が電流値の積分および電流電圧変換の結果として出力されるようになっている。
【００２９】
積分コンデンサの積分時間（充電時間）を複数段階に設定する場合の例について図５を参照して説明する。
図５において、ＤＮＡチップ１Ａの検出回路に適用された積分回路の積分時間を「Ｔ」と設定し、ＤＮＡチップ１Ｂの検出回路に適用された積分回路の積分時間を「２Ｔ」と設定し、ＤＮＡチップ１Ｃの検出回路に適用された積分回路の積分時間を「５Ｔ」と設定し、ＤＮＡチップ１Ｄの検出回路に適用された積分回路の積分時間を「１５Ｔ」と設定する。
【００３０】
このような他の実施の形態では、複数のプローブ固定化電極２３の固定面に接続された電流検出回路４１の積分コンデンサに充電する電流の積分時間を図５に示すようにそれぞれ異なったものとし、この各積分時間は、測定電流値がオーバーラップしかつ測定レンジを拡げる積分時間とすることができる。これにより、例えば、積分時間「Ｔ」でカバーする測定レンジを０から３０までとすると、積分時間「２Ｔ」でカバーする測定レンジを２０から５０までとし、積分時間「５Ｔ」でカバーする測定レンジを４０から７０までとし、積分時間「１５Ｔ」でカバーする測定レンジを６０から９０までとする。
【００３１】
測定レンジのオーバーラップの量は、測定の必要とされる測定の精度と必要とされる測定レンジの大きさに依存して変化させることができ、測定の精度が必要な場合には、例えば積分時間「Ｔ」でカバーする測定レンジを０から３０とした場合、積分時間「２Ｔ」でカバーする測定レンジを１５から４５とし、積分時間「５Ｔ」でカバーする測定レンジを３０から６０とし、積分時間「５Ｔ」でカバーする測定レンジを４５から７５とするようにオーバーラップを増やすことで精度を上げることができる。
また、測定レンジが必要とされる場合には、例えば、積分時間「Ｔ」でカバーする測定レンジを０から３０までとし、積分時間「２Ｔ」でカバーする測定レンジを２５から５５までとし、積分時間「５Ｔ」でカバーする測定レンジを５０から８０までとし、積分時間「１５Ｔ」でカバーする測定レンジを７５から１０５までとする。
これにより、測定精度の向上と測定レンジの拡大が図られる。なお、本発明は上述した数値に限定されるものではない。
そして、供給したターゲット核酸と、取得した電気信号から、プローブ固定化電極２３の固定面２３ａに固定されているプローブ核酸の遺伝子発現や塩基配列を解析する。
以上のように、本実施形態のハイブリダイゼーションの検出方法によれば、ダイナミックレンジの広い電流測定が可能でかつ精度の良い測定ができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
また、プローブ核酸の一端が直接固定面２３ａ上に固定化されているが、リンカーを介して固定されてもよく、ポリマー網を介して固定されていてもよい。ここで、リンカーと
しては、例えばアリールアセチレンや２〜１０モノマー単位を有するエチレングリコールオリゴマー、ジアミン、ジアッシド、アミノ酸またはこれらの組み合わせたものが挙げられる。
また、プローブ核酸が捕捉する生体関連物質としてターゲット核酸を適用しているが、タンパクなど、他の生体関連物質を捕捉するようにしてもよい。さらに、プローブとしてタンパクなどの他の生体関連物質を適用してもよい。
【００３３】
また、固定面２３ａが平面視で円形を有しているが、矩形など他の形状であってもよい。
また、露出面２４ａが固定面２３ａの周縁から等間隔で離間した位置に形成されているが、設計に応じて適宜変更してもよい。
また、各包囲電極部２４が電気的に接続され、同電位となるように構成してもよい。
また、１つのプローブ固定化電極２３や包囲電極部２４がコンタクトホール２２ａにおいて接続電極部２１と接続されているが、プローブ固定化電極２３や包囲電極部２４を接続電極部２１上に直接スパッタリング法などによって形成した構造としてもよい。また、包囲電極部２４を設けない構成としてもよい。
また、検出回路１１により各プローブ固定化電極２３に対して印加する電圧の制御などを行っているが、ＣＭＯＳプロセスから製作されるものに限らず、他の半導体装置によって各プローブ固定化電極２３の電圧制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）は本発明にかかるハイブリダイゼーション検出装置を備えたＤＮＡチップの概略図、(Ｂ)はＤＮＡチップにおけるハイブリダイゼーション検出部の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態における検出回路の構成図である。
【図３】（Ａ）はプローブ固定化電極を含むＤＮＡチップの一部を拡大して示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態における検出回路の構成図である。
【図５】本発明の他の実施の形態における積分回路の積分時間の設定例を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は従来のマイクロ反応チップを示す概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿う概略断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１……ＤＮＡチップ、１ａ……基板、１ｂ……検出用アレイ部、１１……検出回路、１２……積分回路、１２１……演算増幅器、１２２ａ〜１２２ｄ……積分コンデンサ、１２３ａ〜１２３ｄ……選択スイッチ、１２４……リセットスイッチ、１２５……積分時間制御スイッチ、２３……プローブ固定化電極、２３ａ……固定面、４１……検出回路、４２……積分回路、４２１……演算増幅器、４２２……積分コンデンサ、４２３……リセットスイッチ、４２４……積分時間制御スイッチ。
【図１】
2008026017.tif 000003
【図２】
2008026017.tif 000004
【図３】
2008026017.tif 000005
【図４】
2008026017.tif 000006
【図５】
2008026017.tif 000007
【図６】
2008026017.tif 000008