(57)【要約】【課題】機能タンパク質が発する微細な物理的信号もしくは化学的信号およびその変化を容易かつ高い信頼性で検出し得るデバイス、およびそれを用いる機能タンパク質の物理的信号もしくは化学的信号を測定する方法および装置を提供する。【解決手段】機能タンパク質の物理的特性もしくは化学的特性の変化を検出するチップであって、少なくとも１つの電極、およびこの電極に接続する導電線を有する基板；およびこの基板上に配置され、機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分を収容するための少なくとも１つのチャンバを有する隔離部を備え、ここで、上記機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分は上記電極上に配置され、上記隔離部は基準電極を有し、上記機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を導出し得る、チップ。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能タンパク質の物理的特性もしくは化学的特性の変化を検出するチップであって、
少なくとも１つの電極および前記電極に接続する導電線を有する、基板；および
前記基板上に配置され、機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分を収容するための少なくとも１つのチャンバを有する、隔離部、を備え、
ここで、前記機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分が前記少なくとも１つの電極上に配置され、前記隔離部が基準電極を有し、前記機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を導出し得る、チップ。
【請求項２】
前記基板および前記隔離部が一体化された、請求項１に記載のチップ。
【請求項３】
前記基板が絶縁性材料で形成される、請求項１に記載のチップ。
【請求項４】
前記絶縁性材料が、ガラス、プラスチック、またはＳＯＩである、請求項３に記載のチップ。
【請求項５】
前記電極が、金属、導電性プラスチック、または導電性ゴムを含む材料から形成される、請求項１に記載のチップ。
【請求項６】
前記金属が、白金、白金−白金黒、金、銀、ニッケル、チタン、銀−塩化銀、および銅からなる群から選択される、請求項５に記載のチップ。
【請求項７】
前記電極の表面がプラズマ処理された、請求項１に記載のチップ。
【請求項８】
前記電極の表面に、自己組織単分子膜が形成された、請求項１に記載のチップ。
【請求項９】
前記自己組織単分子膜上に、生体親和性物質もしくは機能タンパク質が配置された、請求項８に記載のチップ。
【請求項１０】
前記自己組織単分子膜上に、脂質と機能タンパク質との混合物が配置された、請求項８に記載のチップ。
【請求項１１】
前記生体親和性物質が、コラーゲン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ポリＬリジン、ポリオルニチン、およびポリエチレンイミンからなる群から選択される、請求項９に記載のチップ。
【請求項１２】
複数の電極を備える、請求項１に記載のチップ。
【請求項１３】
前記複数の電極の各々およびそれに接続される導電線が、他の電極およびそれに接続される導電線から絶縁されている、請求項１２に記載のチップ。
【請求項１４】
前記基板が少なくとも１つの貫通孔を有し、前記電極が前記貫通孔の周縁の少なくとも一部または前記貫通膜の上に配置される、請求項１に記載のチップ。
【請求項１５】
前記基板が少なくとも１つの貫通孔を有し、前記電極が前記貫通孔内に配置される、請求項１に記載のチップ。
【請求項１６】
前記電極を通じて一定の周波数の電圧変化を与え、前記機能タンパク質の反応性に応じて変化する周波数を検出する、請求項１に記載のチップ。
【請求項１７】
前記電極を通じて一定の周波数の電流変化を与え、前記機能タンパク質の反応性に応じて変化する周波数を検出する、請求項１に記載のチップ。
【請求項１８】
前記機能タンパク質と特異的に反応する物質が、前記機能タンパク質に作用するときに生じる物理的もしくは化学的信号を導出する、請求項１に記載のチップ。
【請求項１９】
前記機能タンパク質が、抗体、酵素および受容体からなる群から選択され、そして前記機能タンパク質と特異的に反応する物質が、抗原、基質およびリガンドからなる群から選択される、請求項１８に記載のチップ。
【請求項２０】
前記基板の表面または裏面に、前記貫通孔に導通する導電線が配置される、請求項１４に記載のチップ。
【請求項２１】
前記貫通孔の開口部に前記機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分を配置し、前記機能タンパク質と前記機能タンパク質に特異的に反応する物質との相互作用を電気化学的に検出する、請求項１４に記載のチップ。
【請求項２２】
前記貫通孔の深さが、１〜１００００マイクロメーターである、請求項１４に記載のチップ。
【請求項２３】
前記基板の前記貫通孔を含まない部分が、１０〜１００００マイクロメーターの範囲の厚さをもつ、請求項１４に記載のチップ。
【請求項２４】
前記電極の表面積が、前記基準電極の表面積より小さい、請求項１に記載のチップ。
【請求項２５】
前記基板に配置される加熱手段をさらに備える、請求項１に記載のチップ。
【請求項２６】
前記加熱手段が、ペルチェ素子またはＩＨヒーターである、請求項２５に記載のチップ。
【請求項２７】
少なくとも１種類の機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を計測する方法であって、
（Ａ）機能タンパク質を配置した請求項１に記載のデバイスから導出される時系列信号を、複数のデータからなるデータ群として取得する工程、
（Ｂ）前記データ群から、複数の抽出データ群を取得する工程であって、前記抽出データ群の各々が、前記データ群から選択される一定の個数のデータから構成される、工程
（Ｃ）前記複数の抽出データ群の標準偏差を計算し、標準偏差群を得る工程、および
（Ｄ）前記標準偏差群を構成する標準偏差の各々を参照し、物理的信号もしくは化学的信号を選択する工程、を包含する、方法。
【請求項２８】
複数種類の機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を計測する、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記工程（Ｄ）における参照が、前記標準偏差群を構成する各々の標準偏差の平均値を計算することである、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記工程（Ｄ）における参照が、前記標準偏差の各々を、一定幅の標準偏差を単位とする複数の階級に分類し、前記標準偏差の各々を、前記階級と、前記階級の各々に存在する前記標準偏差の個数とを軸とする座標上にプロットすること、得られたグラフを正規分布に近似すること、および得られた前記正規分布の平均値、半値幅、および分散または標準偏差を計算することである、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
前記抽出データ群を構成するデータの個数を変化させて、前記工程（Ｂ）〜（Ｃ）を複数回行う工程をさらに包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３２】
前記抽出データ群を構成するデータの個数および前記階級の幅を変化させて、前記工程（Ｂ）〜（Ｄ）を複数回行う工程をさらに包含する、請求項３０に記載の方法であって、得られる複数の前記正規分布の平均値、半値幅、および分散または標準偏差から、前記物理的信号もしくは化学的信号を選択する、方法。
【請求項３３】
機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を計測する請求項２７に記載の方法であって、前記工程（Ａ）の後で、前記機能タンパク質の各々について取得されたデータ群を加算する工程をさらに包含する、方法。
【請求項３４】
機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を計測する請求項２７に記載の方法であって、前記工程（Ａ）の後で、前記機能タンパク質の各々について取得されたデータ群を減算する工程をさらに包含する、方法。
【請求項３５】
機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を計測する請求項２７に記載の方法であって、前記工程（Ａ）の前に、前記機能タンパク質の各々を同時に刺激する工程をさらに包含する、方法。
【請求項３６】
前記工程（Ｄ）における参照が、前記標準偏差の各々を一定幅の標準偏差を単位とする複数の階級に分類し、前記複数の標準偏差を、前記階級と、前記階級の各々に存在する前記標準偏差の個数とを軸とする座標上にプロットすること、得られたグラフを、指数減少、指数増加、ガウス、ローレンツ、シグマ、多重ピークおよび非線形からなる群より選択される曲線近似解析により近似すること、および得られた近似曲線の頂点の前後における傾きを得ることを包含する、請求項２７に記載の方法。
【請求項３７】
前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われる、請求項２７に記載の方法。
【請求項３８】
前記工程（Ｂ）〜（Ｄ）を繰り返して行う請求項２９に記載の方法であって、前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われ、各繰り返しにおける前記抽出データ群の最初のデータが一定の時間間隔をおいて選択され、そして各繰り返しで得られる標準偏差群の各々の平均値を比較する工程をさらに包含する、方法。
【請求項３９】
前記工程（Ｂ）〜（Ｄ）を繰り返して行う請求項３０に記載の方法であって、前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われ、各繰り返しにおける前記抽出データ群の最初のデータが一定の時間間隔おいて選択され、そして各繰り返しで得られる標準偏差群の各々の正規分布の平均値を比較する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４０】
前記（Ｂ）〜（Ｄ）を繰り返して行う請求項３０に記載の方法であって、前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われ、各繰り返しにおける前記抽出データ群の最初のデータが一定の時間間隔おいて選択され、そして各繰り返しで得られる標準偏差群の各々の正規分布の半値幅、分散または標準偏差を比較する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４１】
前記工程（Ｄ）における参照が、前記標準偏差群から複数の抽出標準偏差群を得ることを包含し、ここで前記抽出標準偏差群の各々が前記標準偏差群から時系列的に選択される一定の個数の標準偏差から構成される請求項２７に記載の方法であって、
前記一定の個数の標準偏差の平均値および平均値の時系列的な増加率を計算する工程、
得られる抽出標準偏差群の各々の平均値を、あらかじめ設定された設定値と比較する工程、
前記設定値と一致するか、またはそれより大きい平均値を与える標準偏差群に対応する時系列信号の発生時刻（ａ）を同定する工程、
前記（ａ）の後の抽出標準偏差群の平均値の時系列的な増加率を、あらかじめ設定された設定値と一致するか、またはそれより小さい増加率を与える標準偏差群に対応する時系列信号の発生時刻（ｂ）を同定する工程、
前記発生時刻（ａ）および（ｂ）に基づいて有意信号を得る工程をさらに包含する、方法。
【請求項４２】
前記物理的信号もしくは化学的信号が、抗体に対する抗原の結合、酵素に対する基質の結合、もしくは受容体に対するリガンドの結合、またはイオンチャンネル、受容体の活性化、もしくは細胞内信号伝達系の作動、にともなう有意信号である、請求項２７に記載の方法。
【請求項４３】
前記物理的信号もしくは化学的信号が、被検化学物質に対して応答する細胞が発生する有意信号である請求項２７に記載の方法であって、前記工程（Ａ）が、前記細胞に対する作用が既知である標準化学物質の存在下、および前記被検化学物質の存在下でそれぞれ実施され、前記標準化学物質の存在下で得られる前記平均値と、前記被検化学物質の存在下で得られる前記平均値とを比較する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４４】
前記物理的信号もしくは化学的信号が、被検化学物質に対して応答する細胞が発生する有意信号である請求項２７に記載の方法であって、前記工程（Ａ）が、前記細胞に対する作用が既知である標準化学物質の存在下、および前記標準化学物質と前記被検化学物質との共存下でそれぞれ実施され、前記標準化学物質の存在下で得られる前記平均値と、前記標準化学物質と前記被検化学物質との共存下で得られる前記平均値とを比較する工程をさらに包含する、方法。
【請求項４５】
被験化学物質の機能タンパク質に対する作用を測定する装置であって、
請求項１に記載のデバイス、
機能タンパク質から発生した時系列信号を、複数のデータからなるデータ群として取得する手段、
前記データ群から、複数の抽出データ群を取得する手段であって、前記抽出データ群の各々が、前記データ群から選択される一定の個数のデータから構成される、手段
前記複数の抽出データ群の標準偏差を計算し、標準偏差群を得る手段、および前記標準偏差群を構成する標準偏差の各々を参照し、物理的信号もしくは化学的信号を選択する手段、を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体反応計測チップ、即ち、機能タンパク質の物理的もしくは化学的信号およびその変化を計測するためのチップ、およびそれを用いた生体反応測定方法および装置に関する。本発明は、特に、抗体、酵素および受容体の物理的変化もしはく化学的変化を計測するために利用され得るチップ、およびそれを用いた計測方法および測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、生体構成成分の活動に伴う生体構成成分の発する物理的信号もしくは化学的信号は、生体構成成分の電気的変化や生体構成成分に取り込まれた指示薬により発せられる蛍光強度をデジタル信号として測定装置に取り込んで測定されている。例えば、細胞のチャンネル活性度測定は、単一チャンネルレベルで測定する場合、パッチクランプなどの微小電極プローブと専用の制御装置を用いた電気生理測定装置によって得られるデジタル信号（チャンネル通過電気量）から、チャンネルの開閉時間、タイミング、回数などを算出し、チャンネルの活性度を測定している（細胞内記録法）。また、細胞全体については、細胞内に流入するイオンの量を蛍光測定法によってデジタル信号として測定し、それを細胞のチャンネル活性度としている。
【０００３】
パッチクランプ法は、マイクロピペットの先端部分につけた細胞膜の微小部分（パッチ）を用いて、単一のチャネルタンパク質分子を介するイオンの輸送を微小電極プローブによって電気的に記録する方法である。パッチクランプ法は、細胞生物学の技術の中で、１個のタンパク質分子の機能をリアルタイムで調べることのできる数少ない方法の１つである（例えば、細胞の分子生物学、第３版、Ｇａｒｌａｎｄ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ、Ｉｎｃ．、Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ、１９９４、日本語版、中村桂子ら監訳、１８１〜１８２頁、１９９５年、教育社を参照のこと）。
【０００４】
蛍光抗体法は、特定のイオンの濃度変化に応じて光を発する発光指示薬または蛍光色素と、最新の画像処理法とを組み合わせ（例えば、細胞の蛍光画像をＣＣＤカメラなどで撮影して、細胞内のイオンの移動をモニタする）、細胞全体の電気的活動を測定する。
【０００５】
しかし、パッチクランプ法は、マイクロピペットの作製およびその操作などに特殊な技術を必要とし、１つの試料の測定に多くの時間を要するため、大量の薬品候補化合物を高速でスクリーニングするのには適していない。また、蛍光測定法は、大量の薬品候補化合物を高速でスクリーニングできるが、細胞を染色する工程が必要であり、測定において、色素の影響によってバックグラウンドが高い上に、蛍光強度が時間とともに減少するためＳ／Ｎ比が悪いという欠点がある。
【０００６】
その他に、機能タンパク質の電気化学的変化を観察する方法として、特許第２９４９８４５号、米国特許第５８１０７２５号、米国特許第５５６３０６７号、特開平９−８２７３１８号、ＷＯ０１／２５７６９　Ａ２、米国特許第５１８７０６９号、ＷＯ９８／５４２９４、ＷＯ９９／６６３２９、ＷＯ　９９／３１５０３などに記載される、マルチ電極を配置した基板を用いる方法がある。
【０００７】
特許第２９４９８４５号、米国特許第５８１０７２５号、米国特許第５５６３０６７号、および特開平９−８２７３１８号は、ガラス基板上にフォトリソグラフ技術を用いて微小電極を構成し、細胞の電気的変化を多点で細胞外測定できることを特徴とする一体化複合電極とそれを用いた計測システムを記載する。
【０００８】
ＷＯ０１／２５７６９　Ａ２は、絶縁基板上に貫通孔を備え、この貫通孔にイオンチャンネルを含む細胞などの機能タンパク質を配置することによって細胞などと絶縁基板表面上にギガシールドを構成し、このギガシールドにより隔てられた２つの領域に設置された基準電極と測定電極を用いて、イオンチャネルをイオンが通過するときに発生する電流を測定できる基板を記載する。
【０００９】
米国特許第５１８７０６９号は、電極上で細胞を培養し、インピーダンス変化を測定することにより、細胞の増殖をモニターできるデバイスを記載する。
【００１０】
ＷＯ９８／５４２９４は、平板電極上に細胞を接着させ、その電気的信号を測定するデバイスを記載する。
【００１１】
ＷＯ９９／６６３２９は、多孔性の材料上にある細胞の活動状態を、抵抗またはインピーダンス変化により観察するデバイス、およびそれを用いたアッセイ法を記載する。
【００１２】
ＷＯ９９／３１５０３は、貫通孔を備えた基板を用い、この貫通孔に細胞をトラップすることによりパッチクランプを形成し、電流変化を測定する方法を記載する。
【００１３】
上記従来技術は、平板電極を用いて細胞の電気的活動を行うこと、および絶縁基板上に微小な貫通孔をあけて細胞と基板とでパッチクランプを形成し、イオンチャンネルを通過するイオンにより発生する電流をモニターすることを特徴としている。しかし、このような平板電極の場合、細胞膜の電位変化を検出することは可能であるが、液中への信号の漏れがあるため感度良く測定できない。また絶縁基板上に微小な貫通孔を形成し、細胞とパッチクランプを形成する方法は、パッチクランプ形成の確立が低く、しかも細胞膜を破壊して物理的損傷を与えることから、無傷の細胞の活動状態を測定できない。さらに、パッチクランプ系の形成時は、吸引を行う圧力調節が困難で、しかも多チャンネルで実行するためには調節機構を備える必要があり、これは実用的ではない。これらの観点から、従来技術の平板電極は、高速薬品スクリーニングに適しているが感度が悪い。さらに微小な貫通孔を備えた絶縁基板は、高速薬品スクリーニングには適していない。同様の観点から、パッチクランプ自動化ロボットは、サンプル処理に時間を要し、やはり高速薬品スクリーニングには適していない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するものであって、従来の電気生理学的測定装置を改良して、上述のような問題点を取り除くことを目的とする。本発明は、従来の細胞外記録方法では検出することが不可能であった、生体構成成分が発する微細な物理的信号もしくは化学的信号およびその変化を容易かつ高い信頼性で検出し得るデバイス、およびそれを用いる生体構成成分の物理的信号もしくは化学的信号を測定する方法および装置を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、機能タンパク質の物理的特性もしくは化学的特性の変化を検出するチップに関し、このチップは、少なくとも１つの電極および前記電極に接続する導電線を有する基板；および前記基板上に配置され、機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分を収容するための少なくとも１つのチャンバを有する隔離部を備え、ここで、前記機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分は、前記少なくとも１つの電極上に配置され、前記隔離部が基準電極を有し、前記機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を導出し得る。
【００１６】
本明細書で用いる用語、機能タンパク質の発する「物理的信号もしくは化学的信号」は、細胞膜などに代表される機能タンパク質を含む生体の構成成分が発生する信号のうち、細胞のイオンチャンネルのような、測定対象の特定部位から発生する信号、または、薬剤に応答する細胞のイオンチャンネルの活性化のような、測定対象における特定の事象に起因して変化する信号を意味する。本明細書で用いる用語「有意信号」または「有意な信号」は、主に、後者の意味、すなわち、測定対象における特定の事象に起因して変化した信号をいうために用いられる。
【００１７】
好ましくは、前記基板および前記隔離部は一体化されている。
【００１８】
好ましくは、前記基板は絶縁性材料で形成されている。
【００１９】
好ましくは、前記絶縁性材料は、ガラス、プラスチック、またはＳＯＩである。
【００２０】
好ましくは、前記電極は、金属、導電性プラスチック、または導電性ゴムを含む材料から形成される。
【００２１】
好ましくは、前記金属は、白金、白金−白金黒、金、銀、ニッケル、チタン、銀−塩化銀、および銅からなる群から選択される。
【００２２】
好ましくは、前記電極の表面はプラズマ処理されている。
【００２３】
好ましくは、前記電極の表面に、自己組織単分子膜が形成されている。。
【００２４】
好ましくは、前記自己組織単分子膜上に、生体親和性物質もしくは機能タンパク質が配置されている。
【００２５】
好ましくは、前記自己組織単分子膜上に、脂質と機能タンパク質との混合物が配置されている。
【００２６】
好ましくは、前記生体親和性物質は、コラーゲン、フィブロネクチン、ビトロネクチン、ポリＬリジン、ポリオルニチン、およびポリエチレンイミンからなる群から選択される。
【００２７】
上記チップは、複数の電極を備え得る。
【００２８】
好ましくは、前記複数の電極の各々およびそれに接続される導電線は、他の電極およびそれに接続される導電線から絶縁されている。
【００２９】
好ましくは、前記基板は少なくとも１つの貫通孔を有し、前記電極は前記貫通孔の周縁の少なくとも一部または前記貫通膜の上に配置されている。
【００３０】
好ましくは、前記基板は少なくとも１つの貫通孔を有し、前記電極は前記貫通孔内に配置されている。
【００３１】
前記チップにおいては、前記電極を通じて一定の周波数の電圧変化が与えられ、前記機能タンパク質の反応性に応じて変化する周波数が検出され得る。
【００３２】
前記チップにおいては、前記電極を通じて一定の周波数の電流変化が与えられ、前記機能タンパク質の反応性に応じて変化する周波数が検出され得る。
【００３３】
前記チップにおいては、前記機能タンパク質と特異的に反応する物質が前記機能タンパク質に作用するときに生じる物理的もしくは化学的信号が導出され得る。
【００３４】
好ましくは、前記機能タンパク質は、抗体、酵素および受容体からなる群から選択され、そして前記機能タンパク質と特異的に反応する物質は、抗原、基質およびリガンドからなる群から選択される。
【００３５】
代表的には、機能タンパク質と、機能タンパク質に特異的に反応する物質との具体的組み合わせとして、アセチルコリン受容体とアセチルコリン、ＮＭＤＡレセプターとグルタミン酸、Ｃａチャネルとカルシウム、ドーパミン受容体とドーパミン、ＶＥＧＦレセプター（血管増殖因子受容体）とＶＥＧＦ（血管増殖因子）、ＥＧＦレセプターとＥＧＦ、Ｔ細胞とＣＤ４抗体、シトクロムＰ４５０とランソプロパゾーロ、Ｇタンパク質とホルモンなどが挙げられる。
【００３６】
好ましくは、前記基板の表面または裏面に、前記貫通孔に導通する導電線が配置される。
【００３７】
好ましくは、前記貫通孔の開口部に前記機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分が配置され、前記機能タンパク質と前記機能タンパク質に特異的に反応する物質との相互作用が電気化学的に検出される。
【００３８】
好ましくは、前記貫通孔の深さは、１〜１００００マイクロメーターである。
【００３９】
好ましくは、前記基板の前記貫通孔を含まない部分は、１０〜１００００マイクロメーターの範囲の厚さをもつ。
【００４０】
好ましくは、前記電極の表面積は、前記基準電極の表面積より小さい。
【００４１】
好ましくは、前記チップは、前記基板に配置される加熱手段をさらに備える。
【００４２】
好ましくは、前記加熱手段は、ペルチェ素子またはＩＨヒーターである。
【００４３】
本発明はまた、少なくとも１種類の機能タンパク質が発する物理的信号もしくは化学的信号を計測する方法に関し、この方法は、（Ａ）機能タンパク質を配置した前記デバイスから導出される時系列信号を、複数のデータからなるデータ群として取得する工程、（Ｂ）前記データ群から、複数の抽出データ群を取得する工程であって、前記抽出データ群の各々が、前記データ群から選択される一定の個数のデータから構成される工程、（Ｃ）前記複数の抽出データ群の標準偏差を計算し、標準偏差群を得る工程、および（Ｄ）前記標準偏差群を構成する標準偏差の各々を参照し、物理的信号もしくは化学的信号を選択する工程を包含する。
【００４４】
好ましくは、前記工程（Ｄ）における参照は、前記標準偏差群を構成する各々の標準偏差の平均値を計算することである。
【００４５】
好ましくは、前記工程（Ｄ）における参照は、前記標準偏差の各々を一定幅の標準偏差を単位とする複数の階級に分類し、前記標準偏差の各々を前記階級と前記階級の各々に存在する前記標準偏差の個数とを軸とする座標上にプロットすること、得られたグラフを正規分布に近似すること、および得られた前記正規分布の平均値、半値幅、および分散または標準偏差を計算することである。
【００４６】
好ましくは、前記方法は、前記抽出データ群を構成するデータの個数を変化させて、前記工程（Ｂ）〜（Ｃ）複数回行う工程をさらに包含する。
【００４７】
好ましくは、前記方法は、前記抽出データ群を構成するデータの個数および前記階級の幅を変化させて、前記工程（Ｂ）〜（Ｄ）を複数回行う工程をさらに包含し、ここで、得られる複数の前記正規分布の平均値、半値幅、および分散または標準偏差から、前記物理的信号もしくは化学的信号を選択する。
【００４８】
好ましくは、前記方法は、前記工程（Ａ）の後で、前記機能タンパク質の各々について取得されたデータ群を加算する工程をさらに包含する。
【００４９】
好ましくは、前記方法は、前記工程（Ａ）の後で、前記機能タンパク質の各々について取得されたデータ群を減算する工程をさらに包含する。
【００５０】
好ましくは、前記方法は、前記工程（Ａ）の前に、前記機能タンパク質の各々を同時に刺激する工程をさらに包含する。
【００５１】
好ましくは、前記工程（Ｄ）における参照は、前記標準偏差の各々を一定幅の標準偏差を単位とする複数の階級に分類し、前記複数の標準偏差を前記階級と前記階級の各々に存在する前記標準偏差の個数とを軸とする座標上にプロットすること、得られたグラフを、指数減少、指数増加、ガウス、ローレンツ、シグマ、多重ピークおよび非線形からなる群より選択される曲線近似解析により近似すること、および得られた近似曲線の頂点の前後における傾きを得ることである。
【００５２】
好ましくは、前記工程（Ｂ）における選択は時系列的に行われる。
【００５３】
好ましくは、前記方法において、前記工程（Ｂ）〜（Ｄ）は繰り返して行われ、前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われ、各繰り返しにおける前記抽出データ群の最初のデータが一定の時間間隔をおいて選択され、そして前記方法は、各繰り返しで得られる標準偏差群の各々の平均値を比較する工程をさらに包含する。
【００５４】
好ましくは、前記方法において、前記工程（Ｂ）〜（Ｄ）は繰り返して行われ、前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われ、各繰り返しにおける前記抽出データ群の最初のデータが一定の時間間隔おいて選択され、そして前記方法は、各繰り返しで得られる標準偏差群の各々の正規分布の平均値を比較する工程をさらに包含する。
【００５５】
好ましくは、前記方法において、前記（Ｂ）〜（Ｄ）は繰り返して行われ、前記工程（Ｂ）における選択が時系列的に行われ、各繰り返しにおける前記抽出データ群の最初のデータが一定の時間間隔おいて選択され、そして前記方法は、各繰り返しで得られる標準偏差群の各々の正規分布の半値幅、分散または標準偏差を比較する工程をさらに包含する。
【００５６】
好ましくは、前記方法において、前記工程（Ｄ）における参照は、前記標準偏差群から複数の抽出標準偏差群を得ることを包含し、ここで前記抽出標準偏差群の各々が前記標準偏差群から時系列的に選択される一定の個数の標準偏差から構成され、前記方法は、前記一定の個数の標準偏差の平均値および平均値の時系列的な増加率を計算する工程、得られる抽出標準偏差群の各々の平均値を、あらかじめ設定された設定値と比較する工程、前記設定値と一致するか、またはそれより大きい平均値を与える標準偏差群に対応する時系列信号の発生時刻（ａ）を同定する工程、前記（ａ）の後の抽出標準偏差群の平均値の時系列的な増加率を、あらかじめ設定された設定値と一致するか、またはそれより小さい増加率を与える標準偏差群に対応する時系列信号の発生時刻（ｂ）を同定する工程、前記発生時刻（ａ）および（ｂ）に基づいて有意信号を得る工程をさらに包含する。
【００５７】
好ましくは、前記方法において、前記物理的信号もしくは化学的信号は、抗体に対する抗原の結合、酵素に対する基質の結合、もしくは受容体に対するリガンドの結合、またはイオンチャンネル、受容体の活性化、もしくは細胞内信号伝達系の作動にともなう有意信号である。
【００５８】
好ましくは、前記方法において、前記物理的信号もしくは化学的信号は、被検化学物質に対して応答する細胞が発生する有意信号であって、前記工程（Ａ）が、前記細胞に対する作用が既知である標準化学物質の存在下、および前記被検化学物質の存在下でそれぞれ実施され、前記方法は、前記標準化学物質の存在下で得られる前記平均値と、前記被検化学物質の存在下で得られる前記平均値とを比較する工程をさらに包含する。
【００５９】
好ましくは、前記方法において、前記物理的信号もしくは化学的信号は、被検化学物質に対して応答する細胞が発生する有意信号であって、前記工程（Ａ）が、前記細胞に対する作用が既知である標準化学物質の存在下、および前記標準化学物質と前記被検化学物質との共存下でそれぞれ実施され、前記方法は、前記標準化学物質の存在下で得られる前記平均値と、前記標準化学物質と前記被検化学物質との存在下で得られる前記平均値とを比較する工程をさらに包含する。
【００６０】
本発明はまた、被験化学物質の機能タンパク質に対する作用を測定する装置に関し、この装置は、前記デバイス、機能タンパク質から発生した時系列信号を、複数のデータからなるデータ群として取得する手段、前記データ群から、複数の抽出データ群を取得する手段であって、前記抽出データ群の各々が、前記データ群から選択される一定の個数のデータから構成される手段、前記複数の抽出データ群の標準偏差を計算し、標準偏差群を得る手段、および前記標準偏差群を構成する標準偏差の各々を参照し、物理的信号もしくは化学的信号を選択する手段、を備える。
【００６１】
本発明の前記チップを活用した機能タンパク質の物理的信号もしくは化学的信号およびその変化を測定する方法は、機能タンパク質を含む信号源から発せられる信号を時系列信号データとして記録し、この時系列信号データから、あらかじめ設定した所定のサンプル時間毎の標準偏差値を計算し、その標準偏差値の平均値から、機能タンパク質由来の物理的信号もしくは化学的信号を間接的に計算する。
【００６２】
あるいは、本発明の前記チップを活用した機能タンパク質の物理的信号もしくは化学的信号およびその変化を測定する方法は、機能タンパク質を含む信号源から発せられる信号を時系列信号データとして記録し、あらかじめ設定した所定のサンプル時間毎の標準偏差値を計算し、その標準偏差値を正規分布に近似し、その正規分布の平均値と半値幅とから２次元の特徴量を抽出する。
【００６３】
あるいは、本発明の前記チップを活用した機能タンパク質の物理的信号もしくは化学的信号およびその変化を測定する方法は、機能タンパク質を含む信号源から発せられる信号を時系列信号データとして記録し、あらかじめ設定した所定の２つ以上の異なるサンプル時間毎の標準偏差値を計算し、その標準偏差値をその異なるサンプル時間別に正規分布に近似し、その異なるサンプル時間別のそれぞれについて得られた正規分布の平均値と半値幅とから、異なるサンプル時間別に２次元の特徴量を抽出する。
【００６４】
必要に応じて、前記時系列信号データは、２つ以上の複数の信号源由来であって、かつ加算され得る。好ましくは、上記２つ以上の複数の信号源由来の時系列信号データは同調され得る。
【００６５】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照して、本発明を説明する。
【００６６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の１つの実施の形態における機能タンパク質の物理化学的変化を検出するチップを示す概略断面図（図１の（ａ））および平面図（図１の（ｂ））である。本実施の形態では、基板５として、厚み１．１ｍｍのガラス基板（コーニング１７３７Ｆ）を使用した。ガラス基板５上に測定用電極として電極４と、この電極４から電気的信号を導出する導電線３を金スパッタでパターニングし、さらに電極以外を絶縁層７で覆ってある。この電極４の表面は、ほぼ平坦または平面状である。導電線３は基板の端部まで導出され、基板端部においてターミナル６を形成する。金に代表される導電性材料をスパッタする方法は、当業者に公知である。例えば、金を用い、アルゴンなどの不活性ガスの存在下、低真空条件にある電極間で高周波によりプラズマを発生し、陰極上の金をイオンのエネルギーではじき飛ばし、対向する陽極上にある多孔性フィルム上に形成する。あるいは真空蒸着法などの方法を用い電極および導電線を形成してもよい。さらに印刷により形成することも可能である。絶縁層７を形成する方法もまた、当業者に公知である。
【００６７】
このように形成された電極４、絶縁層７、および導電線３を備えるガラス基板上に、機能タンパク質を含む溶液を保持するための貫通孔１を形成したプラスチック基板２を配置して接着する。このプラスチック基板２は、複数の測定試料を隔離する、機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む生体構成成分隔離部となり、そして貫通孔１は、電極４とともに測定対象である機能タンパク質を収容するチャンバーを形成する。このプラスチック基板２は、シリコン系接着剤で基板に接着させてある。
【００６８】
（実施の形態２）
図２および図３は、本発明の別の実施の形態を示す図である。図２は、本実施の形態のチップの概略断面図（図２の（ａ））および平面図（図２の（ｂ））、そして図３は、図２に示すチップに基準電極１０をさらに配置したチップの斜視図である。
【００６９】
図２に示されるように、本実施の形態のチップは、基板８として、絶縁性のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を用い、この基板８は、プラスチック基板２の貫通孔１と適合し、それと連絡する複数の貫通孔１’を備える。基板８上の貫通孔１’の上には、その開口部を覆うように測定用電極として平面電極４が形成されている。そして電極下面に接するように導電線３が貫通孔１’の側壁上に形成されている。その他の構成は実施の形態１のチップと同じである。
【００７０】
図３に示すチップは、プラスチック基板２に形成した貫通孔１の側面に基準電極１０を備え、各基準電極１０から独立に、信号増幅器に接続される導電線が引き出され、それに接続するターミナル９を備えている。
【００７１】
（実施の形態３）
図４は、本発明のさらに別の実施の形態のチップを示す概略断面図（図４の（ａ））および平面図（図４の（ｂ））である。この実施の形態では、絶縁性基板８を貫通するように測定電極４を形成し、この測定電極４の１つの端部は、信号増幅器に接続される接続部と接点１１を形成するようにきのこ型４’に盛り上げている。測定電極の他端には導電線３が接続される。その他の構成は、実施の形態２に示すチップと同じである。図４の（ａ）の右に示す点線で囲った丸は、測定電極４のきのこ型の頭部を拡大して示す部分断面図である。
【００７２】
（実施の形態４）
図５は、本発明のさらに別の実施の形態である、センサ−測定器一体型チップの斜視図である。図５に示すセンサ−測定器一体型チップは、センサ部１３と測定器１７とから構成される。センサ部１３は、絶縁性基板５と、機能タンパク質もしくは機能タンパク質を含む構成成分を収容するチャンバを構成する貫通孔１を形成したプラスチック基板２と、この貫通孔１の底部開口部またはその周縁の少なくとも一部に設けられた測定電極４と、導電線３と、チャンバ内の条件、すなわち、測定環境雰囲気を調節するヒーター１２とを備え、上記の各構成部材は一体化されている。ヒーター１２は、必要に応じてヒーター支持部材１２’上に配置され、測定電極４および導電線３もまた、このヒーター支持部材１２’上に配置され得る。ヒーター支持部材としては、金属材料、樹脂材料、セラミックなどを使用し得る。また、ヒーター１２として、具体的には、例えば、図６の１５に示したＩＨヒーターや、図７の１６に示したペルチェ素子などを用いることができる。ヒーター１２は、導電線３’により導出されてターミナル１４を形成し、外部電源（図示せず）と接続される。
【００７３】
センサ部１３の導電線のターミナル９および１４は、基板２とプラスチック基板５の端から突出しており、測定器１７と接続できるようになっている。測定器１７は、ターミナル９および１４と適合して受け入れる受部１８を備え（図５にはその一部のみを示してある）、ターミナル１４を受入れる受部は、さらに、ヒーターを稼動するための外部電源と接続されるように構成され得る。測定器１７は、各チャンバーにおける機能タンパク質から導出された物理的信号もしくは化学的信号のデータ表示、温度調節、および擾乱印加（つまり、得られるデータに、ノイズの影響の低減、平均からのずれを補正するために「擾乱成分」を印加すること）が行えるようになっている。本実施の形態のチップは、機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出し、かつデータ表示できるように構成されている。
【００７４】
図６および図７は、センサ−測定器一体型チップのセンサ部１３の改変例の分解図である。図６において参照番号１５で示されるのは、ＩＨヒーターであって、図６の下にある部分拡大図に示されるように、基板１５に設けられた貫通孔１’の壁に沿ってらせん状に配置されている。この実施の形態および図７に示される実施の形態では、測定電極４は、ヒーター支持部材１２’上に形成されている。図７において参照番号１６で示されるのは、ペルチェ素子である。ベルチェ素子は、公知のように、直流電流を流すことによって、ヒートポンプとして作動する熱交換デバイスであり、冷却、加熱および温度制御を行う。
【００７５】
（実施例１）
図８は、本発明の実施例で用いた、機能タンパク質の物理的もしくは化学的変化を検出するチップを備えた装置の概略を模式的に示す図である。図８に示す装置の構成は、以下の通りである。Ａ：機能タンパク質の物理的もしくは化学的変化を検出するチップを収容する保温装置である。被検対象である機能タンパク質に応じて、機能タンパク質に適した環境を維持する。Ｂ：保温装置から細胞電位測定用チップを移動する手段（ロボットアーム）である。Ｃ：信号増幅装置（アンプ）である。Ｄ：信号導出ケーブル。Ｅ：信号処理装置（コンピュータ）である。なお、上記の各構成要素間の連結は、当前記分野で公知の手段を用いて行ったので、特に詳細は説明していない。
【００７６】
図９は、本発明の実施例でイオンチャンネル活性度測定に用いた装置の概略を工程別に示した図である。本実施例においては、機能タンパク質を含む構成成分としてラット血管平滑筋細胞から調製した血管平滑筋細胞粗製膜画分を用いた。図９に示す装置は、ラット血管平滑筋細胞粗製膜画分を配置した図４に示すチップをその中に備えた信号源１０１と、一定時間毎に標準偏差の計算を行う標準偏差計算部１０２、一定時間秒毎に出力される標準偏差値の平均値を計算する平均値計算部１０５、および平均値計算部１０５により出力された平均値からイオンチャンネル活性度を計算する活性度計算部１０８、および活性度を表示するデータ表示部１１０を備える。上記の標準偏差計算部１０２、平均値計算部１０５、および活性度計算部１０８は、これらの工程を実行するプログラムが記録され、コンピュータに内蔵されたハードディスクである。上記データ表示部は、コンピュータのＣＲＴである。
【００７７】
図９において、各部の連絡は、点線または実線で示される。また、図９中、参照番号１０３および１０６は、それぞれ以下で説明する正規分布近似部および平均値・半値幅計算部である。また、サンプル数振り分け部１０４は、必要に応じて、標準偏差計算部１０２に対し、信号源１０１からの信号をサンプリング方法を指示する（サンプル数振り分け部１０４を備える装置構成の概要は図１１に示す）。信号加算部１０７は、必要に応じて複数の信号源１０１からの信号を加算する手段を含む（信号加算部１０７を備える装置構成の概要は図１２に示す）。活性度分類部１０９は、必要に応じて、平均・半値幅計算部１０６で得られた正規分布の平均値および半値幅を、既存のデータベースと比較することによって、機能タンパク質の信号変化のパターンを分類する手段を含む。
【００７８】
ラット血管平滑筋細胞粗製膜画分は、以下のように調製した。
【００７９】
１０％ＦＢＳおよび抗生物質を含有するＤＭＥＭ培地を入れた４本の７５ｃｍ２容量のフラスコを用い、５％濃度の二酸化炭素の存在下、３７℃に調節した恒温槽中で平滑筋細胞を培養した。培養平滑筋細胞が、８０％のコンフルエンシーに達したとき、培地を、ＦＢＳを含まないＤＭＥＭ培地と交換し、さらに一晩３７℃の恒温槽中で培養した。次いで、４℃のＰＢＳを用いて細胞を２回洗浄し、予め氷冷しておいてダウンスホモジナイザーを用いて細胞をホモジナイズした。
【００８０】
得られたホモジナイズ液を１５ｍｌ容のポリプロピレンチューブに移し、１０００×ｇで１０分間遠心分離を行い上清液を得た。この上清液をさらに４℃、１０００００ｇの条件で４５分間遠心分離し沈殿物を得た。得られた沈殿物を、２×プロテアーゼインヒビターを含むトリス緩衝液（７５ｍＭ　Ｔｒｉｓ（ｐＨ７．５）、１５ｍＭ　ＭｇＣｌ２）に溶解し、ラット血管平滑筋細胞粗製膜画分を含む溶液を得た。
【００８１】
なお、図４に示すチップの電極は、その表面を以下に示す方法で加工して用いた。
【００８２】
図４に示すチップを、エタノールに溶解した１ｍＭ濃度のｎ−ｏｃｔａｎｅｔｈｉｏｌａｔｅ（以下ＯＴと記する）溶液に浸して４時間放置し、ＯＴ分子から構成される自己組織単分子膜（ＳＡＭ）を形成した。さらに、チャンバー内に、１０ｍＭの１−ｍｅｔｈｏｘｙ−５−ｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎａｚｉｎｉｕｍ（以下ＭＭＰと記する）中に１時間浸して、上記自己組織単分子膜にＭＭＰを共役させた。その後、このチップをエタノールと水で洗浄した。
【００８３】
１０ｍＭのβ−ｏｌｅｏｙｌ−γ−ｐａｌｍｉｔｏｙｌ（以下ＰＣＯＰと記す）と、上記のように得た血管平滑筋細胞粗製膜画分とを超音波を用いて混合した。得られた混合液を、上記のように処理したチップの電極４の表面上に滴下し一晩放置した。次いで、血管平滑筋細胞粗製膜画分に対し、ノルエピネフリンを０、０．１、０．３、１、３、１０、３０、１００μＭを含む溶液をチャンバ内に入れ、ノルエピネフリンに応答して発せられる電気的信号を測定した。１０秒間の時系列データを１００ミリ秒ごとの時系列データ毎に標準偏差を計算し、その平均値をプロットしデータ表示部１１０に表示した結果を図１３に示す。このように本実施の形態によるイオンチャンネル活性度抽出方法において、ノルエピネフリン濃度に依存する結果、すなわちノルエピネフリン濃度が大きいほど、１００ミリ秒毎の標準偏差値の分布が右側、すなわち１００ミリ秒毎の標準偏差値が増加する方向であることを確認することができた。
【００８４】
（実施例２）
図１０は、本発明の実施例でイオンチャンネル活性度測定に用いた装置の改変例の概略を工程別に示した図である。本実施例においては、機能タンパク質としてラット海馬由来粗製膜画分を用いた。図１０に示す装置は、図４に示したチップを信号源１０１内に備え、本装置は、図９に示す装置の平均値計算部１０５および活性度計算部１０８の代わりに、正規分布近似部１０３、平均値・半値幅計算部１０６、および活性度分類部１０９を備えている。各部の連絡は図１０中、点線または実線で示される。
【００８５】
正規分布近似部１０３は、単位偏差値計算部で得られた複数の標準偏差の値を、一定幅の標準偏差を単位とする、複数の階級に分類し、この階級をＸ軸とし、各階級に存在する標準偏差の個数をＹ軸とする座標上に計算された標準偏差値をプロットし、得られたグラフを正規分布に近似する。平均値・半値幅計算部１０６は、得られた正規分布の平均値および半値幅を計算する。活性度を分類する活性度分類部１０９は、得られた平均値および半値幅からイオンチャンネル活性度を分類する。なお、図９に示される装置と同様、上記の単位標準偏差計算部１０２、正規分布近似部１０３、平均値・半値幅計算部１０６および活性度分類部１０９は、これらの計算を実行するためのプログラムが記録されたハードディスクを内蔵するコンピュータである。そして上記データ表示部１１０はＣＲＴである。
【００８６】
ラット海馬由来粗製膜画分は以下のように調製した。すなわち、ラットより全脳を氷冷下に摘出し、全脳をさらにシャーベット状のイーグル平衡化塩溶液（Ｅａｒｌｅ’ｓ　ｂａｌａｎｃｅｄ　ｓａｌｔｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ）（ＥＢＳＳと略する。成分組成は以下の通りである：ＣａＣｌ２　０．０２、ＫＣｌ　０．４０、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏ　０．２０、ＮａＣｌ　６．６８、　ＮａＨＣＯ３２．２０、ＮａＨ２ＰＯ・４Ｈ２Ｏ　０．１４、Ｄ−グルコース　１．００、フェノールレッド　０．０１　ｐＨ７．２：なお、上記の各々の数字は溶液１Ｌあたりに含まれる各成分のｇ数を表す）に３分間放置した。このとき使用したＥＢＳＳは、シャーベット状にする前に５分間９５％Ｏ２＋５％ＣＯ２で通気しておいた。３分間放置後、海馬だけを摘出し、はさみで砕片にした後、０．０２％トリプシン−０．５３ｍＭ　ＥＤＴＡ含有ＥＢＳＳで３７℃、５分間処理した。このあと、先端を火であぶって滑らかにしたガラスピペットでピペッティングを行い、細胞懸濁液を調製した。調製後、直ちに６００ｇで１０分間遠心分離した後、上清を捨て、ペレット化した細胞を１０ｍｌ　ＥＢＳＳを用い、遠心分離操作によって２回洗った。次に、０．６ｍｌのＥＢＳＳにペレット化した細胞を懸濁し、０．１ｍｌの９０％（ｗ／ｖ）グリセロールを加えて混合し、室温で５分間放置した。この混合液にさらに、０．１ｍｌの９０％（ｗ／ｖ）グリセロールを加えて５分間静置し、この操作を室温で２回繰り返した。その後、細胞を１０分間氷冷（０〜４℃）し、６００ｇ、１０分間、４℃における遠心分離操作により洗浄した。次いで、細胞に、Ｌｙｓｉｎｇ　ｂｕｆｆｅｒ（ＨＥＰＥＳ；１０ｍＭ、ＣａＣｌ２；１ｍＭ、ＭｇＳＯ４；１ｍＭ）を加え、５分間静置して細胞を爆発させた。
【００８７】
次いで、６００ｇ、１５分間、４℃において遠心分離し、得られた上清を別のチューブに集めた（遠心分離で得られるペレットは、核、細胞壁の断片などを含む。細胞膜は上清中にある。０．１ｍｌの４０％（ｗ／ｗ）スクロース上に上清を静かに載せ、２０，０００Ｇ　９０分間４℃において遠心分離し、沈殿（細胞膜は、水とサッカロースの界面に存在する）を集めた。この沈殿を、ＥＢＳＳに再懸濁し、細胞膜溶液を調製した。
【００８８】
続いて図４に示したチップの表面を、以下のように加工した。
【００８９】
まず、図４に示すチップを、アセトンに２０分間浸した。続いてＵＶオゾンクリーナーを用いて１０分間洗浄し、窒素雰囲気下でチップを乾燥させた。次いで、このチップを、１０μＭのＤｉｔｈｉｏｂｉｓ（ｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｙｌ　ｕｎｄｅｃａｎｏａｔｅ）を含むエタノール溶液に１２時間を浸し、電極上にＤｉｔｈｉｏｂｉｓ分子から構成されるＳＡＭを形成した。その後、エタノール、および純水を用いてこの順番で電極表面を洗浄し、次いで窒素雰囲気下で乾燥させた。このように処理したチップの電極４の表面に、上記のように調製したラット海馬由来粗製膜画分を滴下し、３７℃３０分間静置することにより、受容体を含む細胞膜画分を電極上に配置した。細胞膜画分を配置後、図１０に示す装置を用い、０．１、０．３、１、３、および１０μＭ濃度のカルバコール溶液をそれぞれチップ内のチャンバに添加し、細胞膜画分が発する電気的信号を測定し、標準偏差計算部１０２において１０秒間の時系列データを１００ミリ秒ごとの時系列データ毎に標準偏差を計算した。次いで、正規分布近似部において、単位偏差値計算部で得られた複数の標準偏差の値を、一定幅の標準偏差を単位とする、複数の階級に分類し、この階級をＸ軸とし、各階級に存在する標準偏差の個数をＹ軸とする座標上に計算された標準偏差値をプロットし、得られたグラフを正規分布に近似してデータ表示部１１０に表示した。図１４に結果を示す。図１４に示したように、添加したカルバコールの濃度に応じて、異なる電位変化の正規分布が得られた。
【００９０】
【発明の効果】
機能タンパク質−機能タンパク質の相互作用、機能タンパク質−機能タンパク質に特異的に反応する物質の相互作用、および機能タンパク質−物質の相互作用にともなう有意な信号を検出し得るチップ、それを備えた装置およびそれを用いて上記有意な信号を検出する方法が提供される。本発明により、従来、検出することが困難であった電気化学的記録による上記有意な信号の検出が可能になる。本発明のチップを利用することによって、高速薬品スクリーニング、細胞診断、環境汚染物質の測定を行う装置が提供され得る。さらには、従来にはなかった、機能タンパク質および機能タンパク質に特異的に反応する物質の結合−解離定数の算出および機能タンパク質および機能タンパク質に特異的に反応するリガンド間および機能タンパク質−化学物質間の親和性試験を電気化学的に測定する手段を提供することも可能にする。
【００９１】
本発明によれば、機能タンパク質と絶縁性基板の間でギガシールドを形成することなく、チャンネル開閉によっておこる信号の変動からチャンネル活性度の測定を簡単に行うことができるデバイスが提供される。
【００９２】
本発明によれば、測定を行うに際し、平面型電極といった、その作製および操作に熟練や時間、あるいは専用の制御装置を必要としない部材を備えたチップを利用するので、その作製および操作における作業効率が良好であり、かつ化学物質を利用しないため、副作用や蛍光感度の経時変化を考慮する必要がなく、しかも安価で生産性の高い装置が提供される。
【００９３】
本発明によれば、高速薬品スクリーニング、細胞診断デバイス、特に手術現場におけるオンサイトでの細胞診断を免疫染色を行うことなく簡易に迅速に行うことができる細胞診断方法および装置もまた提供可能である。
【００９４】
本発明のチップを利用し、機能タンパク質として、細胞膜分画画分、酵素、抗体、各種受容体などの機能タンパク質を電極上に配置することにより、機能タンパク質間や、機能タンパク質と種々の化学物質との間の相互作用にともなう物理変化もしくは化学的な変化を検出することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップを示す概略断面図および概略平面図。
【図２】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップの改変例を示す概略断面図および概略平面図。
【図３】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップ改変例を示す斜視図。
【図４】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップの改変例を示す概略断面図および概略平面図。
【図５】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップの改変例を示す斜視図。
【図６】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップの改変例の分解図。
【図７】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップの改変例の分解図。
【図８】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップを備えた装置の概略を模式的に示す図。
【図９】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップを備えた装置の概略を工程別に示す図。
【図１０】本発明の機能タンパク質の物理的もしくは化学的変化を検出するチップを備えた装置の改変例の概略を工程別に示す図。
【図１１】本発明の機能タンパク質の物理的もしくは化学的変化を検出するチップを備えた装置の改変例の概略を工程別に示す図。
【図１２】本発明の機能タンパク質の物理的変化もしくは化学的変化を検出するチップを備えた装置の改変例の概略を工程別に示す図。
【図１３】本発明の方法に従って、ラット海馬から調製した神経細胞膜画分のノルエピネフリンに対する反応を測定した結果の表示を示す図。
【図１４】本発明の方法に従って、ラット海馬由来膜画分のカルバコールに対する反応を測定した結果の表示を示す図。
【符号の説明】
１、１’　貫通孔
２　プラスチック基板
３、３’　導電線
４　電極
４’　きのこ型の電極端部
５、８　基板
６、９、１４　ターミナル
７　絶縁層
１０　基準電極
１１　接点
１２　ヒーター
１２’　ヒーター支持部材
１３　センサ部
１５　ＩＨヒーター
１６　ペルチェ素子
１７　測定器
１８　ターミナル受部
１０１　信号源
１０２　標準偏差値計算部
１０３　正規分布近似部
１０４　サンプル数振り分け部
１０５　平均値計算部
１０６　平均値・半値幅計算部
１０７　信号加算部
１０８　活性度計算部
１０９　活性度分類部
１１０　データ表示部
【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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