(57)【要約】【課題】より多様的に使用することができるようにした円板状に形成されたバイオアッセイ用基板を提供する。【解決手段】バイオアッセイ用基板１は、ＣＤ等の光ディスクと同様の主面が円形の平板状の形状を呈している。基板１の円の中心には、回転及び保持用のチャッキング機構が挿入される中心孔２が形成されている。基板１は、この中心孔２を中心に回転駆動される。基板１は、半径方向に同心円状に形成された記録領域３及び反応領域４の２つの領域が形成されている。記録領域３は、光ディスク情報記録媒体と同様に、レーザ光を照射して光学的に情報の記録再生がされる領域である。反応領域４は、プローブＤＮＡ（検出用ヌクレオチド鎖）とサンプルＤＮＡ（標的ヌクレオチド鎖）との相互反応の場、具体的にはハイブリダイゼーション反応の場となる領域である。【選択図】  図１
2005003450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアッセイが行われるバイオアッセイ用基板において、
平板状に構成され、
上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定可能とされ、プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、上記蛍光標識剤に対する励起光が下側から照射される複数のウェルが形成された反応領域と、
下側から光を照射することにより情報を記録及び／又は再生することが可能な情報領域とを有すること
を特徴とするバイオアッセイ用基板。
【請求項２】
上層部と、その下側に形成された下層部とを有する基板から構成され、
上記上層部は、上記反応領域を有し、
上記下層部は、上記情報領域を有すること
を特徴とする請求項１記載のバイオアッセイ用基板。
【請求項３】
上記情報領域は、上記反応領域から基板の厚み方向に上記光の焦点深度より離間した位置に形成されていること
を特徴とする請求項２記載のバイオアッセイ用基板。
【請求項４】
プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアッセイを行うバイオアッセイ装置において、
上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定可能とされ、プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、上記蛍光標識剤に対する励起光が下側から照射される複数のウェルが形成された反応領域と、下側から光を照射することにより情報を記録及び／又は再生することが可能な情報領域とを有するバイオアッセイ用基板を、保持するとともに回転駆動させる基板保持手段と、
上記バイオアッセイ基板の上記反応領域に対して所定の波長の励起光を照射し、当該励起光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出する励起光検出光学系と、
上記バイオアッセイ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、その反射光に基づき情報の記録及び／又は再生を行う情報記録／再生光学系と
を備えることを特徴とするバイオアッセイ装置。
【請求項５】
上記バイオアッセイ用基板は、全体が円板状に形成され、
上記基板保持手段は、円板中心を軸に回転駆動すること
を特徴とする請求項４記載のバイオアッセイ装置。
【請求項６】
上記バイオアッセイ用基板は、上層部とその下側に形成された下層部とを有する基板から構成され、上記上層部に上記反応領域を有し、上記下層部に上記情報領域を有すること
を特徴とする請求項４記載のバイオアッセイ装置。
【請求項７】
上記情報領域は、上記反応領域から基板の厚み方向に上記励起光及び情報記録用の光の焦点深度より離間した位置に形成されていること
を特徴とする請求項６記載のバイオアッセイ装置。
【請求項８】
プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアッセイを行うバイオアッセイ方法において、
上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定可能とされ、プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、上記蛍光標識剤に対する励起光が下側から照射される複数のウェルが形成された反応領域と、下側から光を照射することにより情報を記録及び／又は再生することが可能な情報領域とを有するバイオアッセイ用基板を、保持するとともに回転駆動させ、
上記バイオアッセイ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、その反射光に基づき情報の記録及び／又は再生を行い、
上記バイオアッセイ基板の上記反応領域に対して所定の波長の励起光を照射し、当該励起光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出すること
を特徴とするバイオアッセイ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＤＮＡチップ等のバイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ用基板を用いてバイオアッセイを行うバイオアッセイ装置に関する。より詳細には、プローブ物質とサンプル物質との間の相互作用の場となる反応領域が形成されたバイオアッセイ用基板、並びに、当該反応領域に存在する蛍光標識剤から発生された蛍光を検出するバイオアッセイ装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、マイクロアレイ技術によって所定のＤＮＡが微細配列された、いわゆるＤＮＡチップ又はＤＮＡマイクロアレイ（以下、ＤＮＡチップと総称する。）と呼ばれるバイオアッセイ用の基板が、遺伝子の突然変異、ＳＮＰｓ（一塩基多型）分析、遺伝子発現頻度解析等に利用されており、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の分野において広範に活用され始めている。
【０００３】
このＤＮＡチップは、ガラス基板やシリコン基板上に多種多数のＤＮＡオリゴヌクレオチド鎖や、ｃＤＮＡ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ＤＮＡ）等が配置されていることから、ハイブリダイゼーション等の物質間の相互反応の網羅的解析が可能となる。
【０００４】
ＤＮＡチップを用いたＤＮＡ解析手法は、例えば、ＤＮＡチップ上に固相化（固定化）されたプローブＤＮＡに対して、細胞、組織等から抽出したｍＲＮＡ（ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ  ＲＮＡ）を逆転写ＰＣＲ（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ）反応等によって蛍光プローブｄＮＴＰを組み込みながらＰＣＲ増幅してサンプルＤＮＡを生成し、そのサンプルＤＮＡをＤＮＡチップ上に滴下して、プローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとをハイブリダイゼーションのハイブリダイゼーションを行い、所定の検出器で蛍光測定を行う。
【０００５】
ここで、ＤＮＡチップの形状を円板状として、光ディスクの分野で培われた基板技術をＤＮＡ解析に応用することが提案されている（特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００６】
光ディスクの技術が応用されたＤＮＡ解析を行う場合、円板状にしたＤＮＡチップを回転させながら蛍光標識から発生する蛍光を光検出器で検出し、その蛍光の発光位置をアドレッシング技術で特定するといったサーボ技術を適用することが可能となり、被処理サンプル物質数の増大並びに検出精度及び検出速度の向上を図ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２３８６７４号公報
【特許文献２】
特表２００２−５０１１７４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＤＮＡチップ技術では、該ＤＮＡチップ自体の集積数、集積密度が少なかったので、一度のアッセイで達成できる解析量が充分とは言えず、検出用物質の種類と数、更にはその基板上における配置分け（グルーピング）を、ユーザが自由に設定することが困難であった。
【０００９】
また、従来のＤＮＡチップを用いた解析手法では、そのＤＮＡチップの検出用物質の種類やグルーピングの情報、そのＤＮＡチップによる解析結果、さらにはＤＮＡチップの解析プログラム等を、別途異なる情報記録媒体に記録して用いていた。そのため、ＤＮＡチップと、解析結果等が記録されている情報記録媒体との連関が弱く、ＤＮＡチップと情報とを一体的に管理することが困難であった。
【００１０】
本発明は、以上のような実情を鑑み、より多様的に情報を取り扱うことができるようにしたバイオアッセイ用基板を提供し、また、そのバイオアッセイ用基板を用いてバイオアッセイを行うバイオアッセイ装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るバイオアッセイ用基板は、プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアッセイが行われるバイオアッセイ用基板であって、平板状に構成され、上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定可能とされ、プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、上記蛍光標識剤に対する励起光が下側から照射される複数のウェルが形成された反応領域と、下側から光を照射することにより情報を記録及び／又は再生することが可能な情報領域とを有する。
【００１２】
このバイオアッセイ用基板では、物質間相互反応を生じさせる反応領域と、信号が記録される情報領域とを有する。
【００１３】
本発明に係るバイオアッセイ装置は、プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアッセイを行うバイオアッセイ装置であって、上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定可能とされ、プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、上記蛍光標識剤に対する励起光が下側から照射される複数のウェルが形成された反応領域と、下側から光を照射することにより情報を記録及び／又は再生することが可能な情報領域とを有するバイオアッセイ用基板を、保持するとともに回転駆動させる基板保持手段と、上記バイオアッセイ基板の上記反応領域に対して所定の波長の励起光を照射し、当該励起光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出する励起光検出光学系と、上記バイオアッセイ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、その反射光に基づき情報の記録及び／又は再生を行う情報記録／再生光学系とを備える。
【００１４】
このバイオアッセイ装置では、物質間相互反応を生じさせる反応領域と信号が記録される情報領域とを有するバイオアッセイ用基板に対して、物質間相互反応に基づくバイオアッセイを行うとともに、情報の記録及び／又は再生を行う。
【００１５】
本発明に係るバイオアッセイ方法は、プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアッセイを行うバイオアッセイ方法であって、上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定可能とされ、プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、上記蛍光標識剤に対する励起光が下側から照射される複数のウェルが形成された反応領域と、下側から光を照射することにより情報を記録及び／又は再生することが可能な情報領域とを有するバイオアッセイ用基板を、保持するとともに回転駆動させ、上記バイオアッセイ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、その反射光に基づき情報の記録及び／又は再生を行い、上記バイオアッセイ基板の上記反応領域に対して所定の波長の励起光を照射し、当該励起光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出する。
【００１６】
このバイオアッセイ方法では、物質間相互反応を生じさせる反応領域と信号が記録される情報領域とを有するバイオアッセイ用基板に対して、物質間相互反応に基づくバイオアッセイを行うとともに、情報の記録及び／又は再生を行う。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態として、本発明を適用したＤＮＡ解析用のバイオアッセイ用基板及びこのバイオアッセイ用基板を用いてＤＮＡ解析を行うバイオアッセイ装置について説明をする。なお、本願において「バイオアッセイ」とは、ハイブリダイゼーションその他の物質間の相互反応に基づく生化学分析を意味する。
【００１８】
（バイオアッセイ用基板）
図１に本発明の実施の形態のバイオアッセイ用基板１の上面（図１（Ａ））及び断面（図１（Ｂ））を模式的に表した図を示す。
【００１９】
バイオアッセイ用基板１は、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等の光ディスクと同様の主面が円形の平板状の形状を呈している。また、バイオアッセイ用基板１の円の中心には、中心孔２が形成されている。中心孔２には、当該バイオアッセイ用基板１がＤＮＡ解析装置に装着されたときに、当該バイオアッセイ用基板１を保持及び回転させるためのチャッキング機構が挿入される。
【００２０】
バイオアッセイ用基板１の円形の主面は、図１（Ａ）に示すように、半径方向に同心円状に形成された記録領域３及び反応領域４の２つの領域に分けられている。本例では、記録領域３が内周側に位置し、反応領域４が外周側に位置している。記録領域３が外周側に位置し、反応領域４が内周側に位置してもよい。記録領域３は、光ディスク情報記録媒体と同様に、レーザ光を照射して光学的に情報の記録再生がされる領域である。反応領域４は、プローブＤＮＡ（検出用ヌクレオチド鎖）とサンプルＤＮＡ（標的ヌクレオチド鎖）との相互反応の場、具体的にはハイブリダイゼーション反応の場となる領域である。
【００２１】
バイオアッセイ用基板１の層構造は、図１（Ｂ）に示すように、情報層５とＤＮＡ層６とから形成されている。ここでは、情報層５が下層、ＤＮＡ層６が上層に位置するものとする。また、バイオアッセイ用基板１のＤＮＡ層６側の表面を上面１ａ、情報記録層５側の表面を下面１ｂというものとする。
【００２２】
情報層５には、記録領域３に対応する平面領域に、例えばピットや相変化材料等のレーザ光が照射されることによりデータの再生又は記録再生がされる信号記録膜７が形成されている。このような信号記録膜７は、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）等の光ディスクと同様のディスク作成方法により形成することができる。
【００２３】
信号記録膜７は、バイオアッセイ用基板１の下面１ｂ側からレーザ光を照射することにより、信号の再生又は記録再生がされる。また、情報層５は、ＤＮＡ解析時に照射される励起光及び制御光、並びに、ＤＮＡ解析時に蛍光標識剤から発光される蛍光の波長を透過する材料により形成されている。例えば、情報層５は、石英ガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の材料で形成されている。なお、励起光、制御光及び蛍光については詳細を後述する。
【００２４】
ＤＮＡ層６は、図２に示すように、下層側から（すなわち情報層５側から）、基板層１０と、透明電極層１１と、固相化層１２と、ウェル形成層１３とから形成された層構造となっている。
【００２５】
基板層１０は、詳細を後述する励起光及び制御光並びに蛍光の波長の光を透過する材料である。例えば、基板層１０は、石英ガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の材料で形成されている。
【００２６】
透明電極層１１は、基板層１０上に形成された層である。透明電極層１１は、例えばＩＴＯ（インジウム−スズ−オキサイド）等の光透過性があり且つ導電性を有する材料から形成されている。透明電極層１１は、基板層１０上に例えばスパッタリングや電子ビーム蒸着等により２５０ｎｍ程度の厚さに成膜される形成される。
【００２７】
固相化層１２は、透明電極層１１上に形成された層である。固相化層１２は、プローブＤＮＡの一端を固相化させるための材料から形成されている。本例では、固相化層１２は、シランにより表面修飾可能なＳｉＯ２が、例えばスパッタリングや電子ビーム蒸着により５０ｎｍ程度の厚さに成膜された層となっている。
【００２８】
ウェル形成層１３は、固相化層１２上に形成された層である。ウェル形成層１３は、プローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとの間のハイブリダイゼーション反応を起させる複数のウェル８が形成された層である。ウェルは、バイオアッセイ用基板１の上面１ａが開口したくぼみ状となっており、サンプルＤＮＡが含まれた溶液等が滴下されたときにその溶液を保留することができる程度の深さ及び大きさとなっている。例えば、ウェル８は、開口部が１００μｍ四方の大きさに形成され、深さが５μｍ程度とされて、底面１４に固相化層１２が露出している。このようなウェル形成層１３は、例えば、固相化層１２上に感光性ポリミイドをスピンコート等で５μｍ程度の厚さに塗布し、塗布した感光性ポリミイドを所定のパターンでフォトマスクを用いて露光及び現像することで形成される。
【００２９】
さらに、ウェル８は、一端が官能基により修飾されたプローブＤＮＡが底面１４（固相化層１２が露出した部分）に結合するように、当該底面１４が官能基により表面修飾されている。例えば、ウェル８は、図３に示すように、ＯＨ基１６を有するシラン分子１７により、底面１４（ＳｉＯ２から形成されている固相化層１２）が表面修飾されている。このため、ウェル８の底面１４には、例えばＮＣＯ基で一端が修飾されたプローブＤＮＡを結合させることができる。このようにバイオアッセイ用基板１では、ウェル８の底面１４に、プローブＤＮＡの一端を結合させることができるので、図４に示すように、底面１４から垂直方向に鎖が伸びるように、プローブＤＮＡ（Ｐ）を結合させることができる。
【００３０】
また、バイオアッセイ用基板１では、図１に示すように、複数のウェル８が、主面の中心から外周方向に放射状に向かう複数の列上に、例えば４００μｍ程度の間隔で等間隔に並んで配置されている。ただし、ここでは、ウェル８が形成される平面領域は、反応領域４の範囲である。
【００３１】
また、バイオアッセイ用基板１には、バイオアッセイ用基板１の下面１ｂ側からレーザ光を照射することにより読み取り可能なアドレスピット９が形成されている。アドレスピット９は、バイオアッセイ用基板１の平面上における各ウェル８の位置を特定するための情報である。アドレスピット９から情報を光学的に読み取ることによって、複数存在するウェル８のうち、現在レーザ光を照射している位置の１つのウェル８がどれであるかを特定することが可能となる。このようなアドレスピット９が設けてあることによって、後述する滴下装置による溶液の滴下位置の制御や、対物レンズによる蛍光検出位置の特定を行うことができる。
【００３２】
以上のようなバイオアッセイ用基板１では、円板状に形成されているため、光ディスクシステムと同様の再生システムを利用することにより、レーザ光のフォーカシング位置を制御するためのフォーカシングサーボ制御、半径方向に対するレーザ光の照射位置や滴下装置による滴下位置の制御のための位置決めサーボ制御、並びに、アドレスピット９の情報検出処理をすることができる。つまり、アドレスピット９に記録してある情報内容と、そのアドレスピット９の近傍にあるウェル８とを対応させておくことにより、アドレスピット９の情報を読み出すことで、特定の１つのウェル８に対してのみレーザ光を照射して蛍光が発光しているウェル８の位置を特定したり、特定の１つのウェル８の位置と滴下装置との相対位置を制御して、その特定の１つのウェル８に対して溶液を滴下したりすることができる。
【００３３】
また、さらに、バイオアッセイ用基板１では、バイオアッセイ用の物質間の相互反応を起させる領域（ウェル８）とともに、光ディスクと同様に各種の情報の記録再生を行う信号記録膜７が形成されており、円板状に形成した基板をより有用且つ多様的に利用することが可能となる。
【００３４】
例えば、バイオアッセイ用基板１に、「バイオアッセイ用基板１の動作制御に関する情報」、「ウェル８に固相化されているプローブＤＮＡに関する情報」、「検査結果に関する情報」等を記録することができる。
【００３５】
バイオアッセイ用基板１の動作制御に関する情報の具体例としては、例えば、バイオアッセイ用基板１を用いてＤＮＡの解析を行う際の検査プログラム、その検査に必要な各種のデータ、検査プログラムのアップデート情報、当該バイオアッセイ用基板１や解析装置の取り扱い説明書、検査処理の手順等を記録する。
【００３６】
このようなバイオアッセイ用基板１の動作制御に関する情報を、物質間の相互反応を起させる領域とともに同一基板に記録することとによって、動作制御に関連する情報を別の記録媒体に記録して頒布する必要がなくなる。
【００３７】
また、ウェル８に固相化されているプローブＤＮＡに関する情報の具体例としては、各ウェル８に配置されているプローブＤＮＡの種別やその配置位置、各ウェル８内のプローブＤＮＡの説明、プローブＤＮＡと疾病との関係、バイオアッセイ用基板１の製造者や製造日時等を記録する。
【００３８】
このようなウェル８に固相化されているプローブＤＮＡに関する情報を、そのプローブＤＮＡが固相化されている同一基板に記録することによって、バイオアッセイ用基板１の管理を確実且つ容易に行うことが可能となる。
【００３９】
また、検査結果に関する情報の具体例としては、被検査者に関する情報（名前、年齢、性別等）、検査日時、検査場所、検査者、検査結果データ（反応領域から読み取った生データ）、検査結果に基づくＤＮＡ解析結果（ビジュアル的な検査結果データや疾病との関連付けを示すデータ等）、その被検査者の過去の検査結果（検査履歴）、その被検査者の他の検査結果等を記録する。
【００４０】
このような検査結果に関する情報を、検査結果のソースとなるサンプルＤＮＡがハイブリダイゼーションされた同一基板に記録することによって、検査結果の取り扱いが確実且つ容易になる。
【００４１】
バイオアッセイ用基板１では、以上のような情報に限らず、他のデータも記録することももちろん可能である。
【００４２】
なお、バイオアッセイ用基板１では、主面を記録領域３と反応領域４との２つの領域に分けているが、記録領域３と反応領域４とが平面領域上で重なっていてもよい。この場合には、信号記録膜７の位置が反応領域４から厚み方向に、蛍光を励起するために照射するレーザ光（詳細を後述する励起光）や制御用のレーザ光（詳細を後述する制御光）の焦点深度より離間した位置に形成されていればよい。つまり、光ディスクの２層記録と同様に焦点の手前に信号記録膜７が位置すれば、反応領域４に充分到達するためである。
【００４３】
（ＤＮＡ解析装置）
つぎに、上述したバイオアッセイ用基板１を用いてＤＮＡ解析を行うＤＮＡ解析装置２１について、図５を参照して説明をする。
【００４４】
ＤＮＡ解析装置２１は、図５に示すように、バイオアッセイ用基板１を保持して回転をさせるディスク装填部２２と、ハイブリダイゼーションのための各種溶液を貯留するとともにバイオアッセイ用基板１のウェル８にその溶液を滴下する滴下部２３と、バイオアッセイ用基板１のウェル８から励起光を検出するための励起光検出部２４と、上記の各部の管理及び制御を行う制御／サーボ部２５と、バイオアッセイ用基板１の信号記録膜７に対して信号の記録再生を行う記録再生部２６とを備えている。
【００４５】
ディスク装填部２２は、バイオアッセイ用基板１の中心孔２内に挿入して当該バイオアッセイ用基板１を保持するチャッキング機構３１と、チャッキング機構３１を駆動することによりバイオアッセイ用基板１を回転させるスピンドルモータ３２と有している。ディスク装填部２２は、上面１ａ側が上方向となるようにバイオアッセイ用基板１を水平に保持した状態で、当該バイオアッセイ用基板１を回転駆動する。
【００４６】
滴下部２３は、試料溶液Ｓを貯留する貯留部３３と、貯留部３３内の試料溶液Ｓをバイオアッセイ用基板１に滴下する滴下ヘッド３４とを有している。滴下ヘッド３４は、水平に装填されたバイオアッセイ用基板１の上面１ａの上方に配置されている。さらに、滴下ヘッド３４は、バイオアッセイ用基板１のアドレスピット９から読み出される位置情報及び回転同期情報に基づいてバイオアッセイ用基板１との相対位置を半径方向に制御し、プローブＤＮＡ、サンプルＤＮＡ又は蛍光標識剤を含有する試料溶液Ｓを所定のウェル８に正確に追従して滴下する構成とされている。
【００４７】
励起光検出部２４は、光学ヘッド４０を有している。光学ヘッド４０は、水平に装填されたバイオアッセイ用基板１の下方側、すなわち、下面１ｂ側に配置されている。光学ヘッド４０は、例えば、図示していないスレッド機構等により、バイオアッセイ用基板１の半径方向に移動自在とされている。
【００４８】
光学ヘッド４０は、対物レンズ４１と、対物レンズ４１を移動可能に支持する２軸アクチュエータ４２と、導光ミラー４３とを有している。対物レンズ４１は、その中心軸がバイオアッセイ用基板１の表面に対して略垂直となるように２軸アクチュエータ４２に支持されている。従って、対物レンズ４１は、バイオアッセイ用基板１の下方側から入射された光束を当該バイオアッセイ用基板１に対して集光することができる。２軸アクチュエータ４２は、バイオアッセイ用基板１の表面に対して垂直な方向、及び、バイオアッセイ用基板１の半径方向の２方向に対物レンズ４１を移動可能に支持している。２軸アクチュエータ４２を駆動することにより、対物レンズ４１により集光された光の焦点を、バイオアッセイ用基板１の表面に対して垂直な方向及び半径方向に移動させることができる。従って、この光学ヘッド４０では、光ディスクシステムにおけるジャストフォーカス制御並びに位置決め制御と同様の制御を行うことができる。
【００４９】
導光ミラー４３は、光路Ｘ上に対して４５°の角度で配置されている。光路Ｘは、励起光Ｐ、蛍光Ｆ、制御光Ｖ及び反射光Ｒが、光学ヘッド４０に対して入射及び出射する光路である。導光ミラー４３には、励起光Ｐ及び制御光Ｖが光路Ｘ上から入射される。導光ミラー４３は、励起光Ｐ及び制御光Ｖを反射して９０°屈折させて、対物レンズ４１に入射する。対物レンズ４１に入射された励起光Ｐ及び制御光Ｖは、当該対物レンズ４１により集光されてバイオアッセイ用基板１に照射される。また、導光ミラー４３には、蛍光Ｆ及び制御光Ｖの反射光Ｒが、バイオアッセイ用基板１から対物レンズ４１を介して入射される。導光ミラー４３は、蛍光Ｆ及び反射光Ｒを反射して９０°屈折させて、光路Ｘ上に出射する。なお、光学ヘッド４０をスレッド移動させる駆動信号及び２軸アクチュエータ４２を駆動する駆動信号は、制御／サーボ部２５から与えられる。
【００５０】
また、励起光検出部２４は、励起光Ｐを出射する励起光源４４と、励起光源４４から出射された励起光Ｐを平行光束とするコリメータレンズ４５と、コリメータレンズ４５により平行光束とされた励起光Ｐを光路Ｘ上で屈折させて導光ミラー４３に照射する第１のダイクロックミラー４６とを有している。
【００５１】
励起光源４４は、蛍光標識剤を励起可能な波長のレーザ光源を有する発光手段である。励起光源４４から出射される励起光Ｐは、ここでは波長が４０５ｎｍのレーザ光である。なお、励起光Ｐの波長は、蛍光標識剤を励起できる波長であればどのような波長であってもよい。コリメータレンズ４５は、励起光源４４から出射された励起光Ｐを平行光束にする。第１のダイクロックミラー４６は、波長選択性を有する反射鏡であり、励起光Ｐの波長の光のみを反射して、蛍光Ｆ及び制御光Ｖ（その反射光Ｒ）の波長の光を透過する。第１のダイクロックミラー４６は、光路Ｘ上に４５°の角度を持って挿入されており、コリメータレンズ４５から出射された励起光Ｐを反射して９０°屈折させ、導光ミラー４３に励起光Ｐを照射している。
【００５２】
また、励起光検出部２４は、蛍光Ｆを検出するアバランジェフォトダイオード４７と、蛍光Ｆを集光する集光レンズ４８と、光学ヘッド４０から光路Ｘ上に出射された蛍光Ｆを屈折させてアバランジェフォトダイオード４７に照射する第２のダイクロックミラー４９とを有している。
【００５３】
アバランジェフォトダイオード４７は、非常に感度の高い光検出器であり、微弱な光量の蛍光Ｆを検出することが可能である。なお、アバランジェフォトダイオード４７により検出する蛍光Ｆの波長は、ここでは４７０ｎｍ程度である。また、この蛍光Ｆの波長は、蛍光標識剤の種類により異なるものである。集光レンズ４８は、アバランジェフォトダイオード４７上に蛍光Ｆを集光するためのレンズである。第２のダイクロックミラー４９は、光路Ｘ上に４５°の角度を挿入されているとともに、導光ミラー４３側から見て第１のダイクロックミラー４６の後段に配置されている。従って、第２のダイクロックミラー４９には、蛍光Ｆ、制御光Ｖ及び反射光Ｒが入射し、励起光Ｐは入射しない。第２のダイクロックミラー４９は、波長選択性を有する反射鏡であり、蛍光Ｆの波長の光のみを反射して、制御光（反射光Ｒ）の波長の光を透過する。第２のダイクロックミラー４９は、光学ヘッド４０の導光ミラー４３から出射された蛍光Ｆを反射して９０°屈折させ、集光レンズ４８を介してアバランジェフォトダイオード４７に蛍光Ｆを照射する。
【００５４】
アバランジェフォトダイオード４７では、このように検出した蛍光Ｆの光量に応じた電気信号を発生し、その電気信号を制御／サーボ部２５に供給する。
【００５５】
また、励起光検出部２４は、制御光Ｖを出射する制御光源５０と、制御光源５０から出射された制御光Ｖを平行光束とするコリメータレンズ５１と、制御光Ｖの反射光Ｒを検出するフォトディテクト回路５２と、非点収差を生じさせてフォトディテクト回路５２に対して反射光Ｒを集光するシリンドリカルレンズ５３と、制御光Ｖと反射光Ｒとを分離する光セパレータ５４とを有している。
【００５６】
制御光源５０は、例えば７８０ｎｍの波長のレーザ光を出射するレーザ光源を有する発光手段である。なお、制御光Ｖの波長は、アドレスピット９が検出でき、且つ、信号記録膜７に対して情報の記録及び再生ができる波長に設定されている。さらに、制御光Ｖの波長は、励起光Ｐ及び蛍光Ｆの波長と異なった波長に設定されている。このような波長であれば、制御光Ｖの波長は、７８０ｎｍに限らずどのような波長であってもよい。コリメータレンズ５１は、制御光源５０から出射された制御光Ｖを平行光束にする。平行光束とされた制御光Ｖは光セパレータ５４に入射される。
【００５７】
フォトディテクト回路５２は、反射光Ｒを検出するディテクタと、検出した反射光Ｒからフォーカスエラー信号、位置決めエラー信号、及び、アドレスピット９の再生信号、並びに、信号記録膜７の再生信号を生成する信号生成回路とを有している。反射光Ｒは、制御光Ｖがバイオアッセイ用基板１で反射して生成された光であるので、その波長は、制御光と同一の７８０ｎｍである。
【００５８】
なお、光学ヘッド４０によりバイオアッセイ用基板１の反応領域４（外周側の領域）にレーザ光を照射している場合、フォーカスエラー信号は、対物レンズ３２により集光された光の合焦位置とバイオアッセイ用基板１のＤＮＡ層６との位置ずれ量を示すエラー信号となり、位置決めエラー信号は、所定のウェル８の位置と焦点位置とのディスク半径方向に対する位置ずれ量を示す信号となる。光学ヘッド４０によりバイオアッセイ用基板１の記録領域３（内周側の領域）にレーザ光を照射している場合、フォーカスエラー信号は、対物レンズ３２により集光された光の合焦位置と信号記録膜７との位置ずれ量を示すエラー信号となり、位置決めエラー信号は、信号記録膜７のトラック位置と焦点位置とのディスク半径方向に対する位置ずれ量を示す信号となる。
【００５９】
アドレスピット９の再生信号は、反応領域４（外周側の領域）にレーザ光を照射している場合のみに検出され、バイオアッセイ用基板１に記録されているアドレスピット９に記述されている情報内容を示す信号である。この情報内容を読み出すことにより、現在、制御光Ｖを照射しているウェル８を特定することができる。
【００６０】
信号記録膜７の再生信号は、記録領域３（内周側の領域）にレーザ光を照射している場合のみに検出され、信号記録膜７のトラックに記録されている情報内容を示す信号である。
【００６１】
フォトディテクト回路５２は、反射光Ｒに基づき生成されたフォーカスエラー信号、位置決めエラー信号及びアドレスピット９の再生信号を制御／サーボ部２５に供給する。
【００６２】
シリンドリカルレンズ５３は、フォトディテクト回路５２上に反射光Ｒを集光するとともに非点収差を生じさせるためのレンズである。このように非点収差を生じさせることによりフォトディテクト回路５２によりフォーカスエラー信号を生成させることができる。
【００６３】
光セパレータ５４は、偏向ビームスプリッタからなる光分離面５４ａと１／４波長板５４ｂにより構成されている。光セパレータ５４では、１／４波長板５４ｂの逆側から入射された光を光分離面５４ａが透過し、その透過光の反射光が１／４波長板５４ｂ側から入射された場合には光分離面５４ａが反射する機能を有している。光セパレータ５４は、光分離面５４ａが光路Ｘ上に４５°の角度を挿入されているとともに、導光ミラー４３側から見て第２のダイクロックミラー４９の後段に配置されている。従って、光セパレータ５４では、コリメータレンズ５１から出射された制御光Ｖを透過して光学ヘッド４０内の導光ミラー４３に対してその制御光Ｖを入射させているとともに、光学ヘッド４０の導光ミラー４３から出射された反射光Ｒを反射することにより９０°屈折され、シリンドリカルレンズ５３介してフォトディテクト回路５２に反射光Ｒを照射する。
【００６４】
制御／サーボ部２５は、励起光検出部２４により検出されたフォーカスエラー信号、位置決めエラー信号及びアドレスピット９の再生信号に基づき、各種のサーボ制御を行う。
【００６５】
反応領域４（外周側の領域）にレーザ光を照射している場合には、制御／サーボ部２５は、フォーカスエラー信号に基づき光学ヘッド４０内の２軸アクチュエータ４２を駆動して対物レンズ４１とウェル８との間の間隔を制御し、位置決めエラー信号に基づき光学ヘッド４０内の２軸アクチュエータ４２を駆動して対物レンズ４１とウェル８との半径方向の位置関係を制御し、アドレスピット９の再生信号に基づき光学ヘッド４０のスレッド移動制御を行って光学ヘッド４０を所定の半径位置に移動する。
【００６６】
記録領域３（内周側の領域）にレーザ光を照射している場合には、制御／サーボ部２５は、フォーカスエラー信号に基づき光学ヘッド４０内の２軸アクチュエータ４２を駆動して対物レンズ４１と信号記録膜７との間の間隔を制御し、位置決めエラー信号に基づき光学ヘッド４０内の２軸アクチュエータ４２を駆動して対物レンズ４１と信号記録膜７の記録トラックとの半径方向の位置関係を制御する。
【００６７】
記録再生部２６は、情報記録層７に記録されているデータの再生信号の復調及び復号処理を行ってデータを出力するとともに、情報記録層７に記録する記録データの符号化及び変調を行う。記録再生部２６は、再生時には、励起光検出部２４から出力された再生信号が入力され、外部に復調及び復号したデータを出力する。また、記録再生部２６は、記録時には、外部から記録データが入力され、符号化及び変調がされたデータを励起光検出部２４に供給して、制御光Ｖを出射する制御光源５０を駆動する。
【００６８】
以上のような構成のＤＮＡ解析装置２１では、バイオアッセイを行う場合には、次のような動作を行う。
【００６９】
ＤＮＡ解析装置２１は、バイオアッセイ用基板１を回転させながら、図６に示すようにウェル８上にサンプルＤＮＡ（Ｓ）が含有した溶液を滴下し、プローブＤＮＡ（Ｐ）とサンプルＤＮＡ（Ｓ）とを相互反応（ハイブリダイゼーション）させる。また、ハイブリダイゼーション処理の済んだバイオアッセイ用基板１上に蛍光標識剤Ｍを含んだバッファ溶液を滴下して、図７に示すようにプローブＤＮＡ（Ｐ）とサンプルＤＮＡ（Ｓ）との二重らせん内に蛍光標識剤Ｍを挿入する。
【００７０】
また、ＤＮＡ解析装置２１は、蛍光標識剤が滴下された後のバイオアッセイ用基板１を回転させ、励起光Ｐを当該バイオアッセイ用基板１の下面１ｂ側から入射させてウェル８内の蛍光標識剤に照射し、その励起光Ｐに応じてその蛍光標識剤から発生した蛍光Ｆをバイオアッセイ用基板１の下方から検出する。
【００７１】
ここで、ＤＮＡ解析装置２１では、励起光Ｐと制御光Ｖとを同一の対物レンズ４１を介してバイオアッセイ用基板１に照射している。そのため、ＤＮＡ解析装置２１では、制御光Ｖを用いたフォーカス制御、位置決め制御並びにアドレス制御を行うことによって、励起光Ｐの照射位置、すなわち、蛍光Ｆの発光位置を特定することが可能となり、その蛍光の発光位置からサンプルＤＮＡと結合したプローブＤＮＡを特定することができる。
【００７２】
また、以上のような構成のＤＮＡ解析装置２１では、データの記録及び再生時には、次のような動作を行う。
【００７３】
ＤＮＡ解析装置２１は、励起光Ｐの出射を停止して、制御光Ｖのみを出射する。そして、バイオアッセイ用基板１を回転させながらサーボ制御を行い、信号記録膜７上のトラックに対して、データの記録又は再生を行う。
【００７４】
（ＤＮＡ解析方法）
つぎに、ＤＮＡ解析方法について説明をする。
【００７５】
最初に、バイオアッセイ用基板１をＤＮＡ解析装置２１のディスク装填部２２に水平に装填する。
【００７６】
続いて、ＤＮＡ解析装置２１により、アドレスピット９に基づく位置制御を行いながらバイオアッセイ用基板１を回転させ、滴下ヘッド３４から、一端がＮＣＯ基等で修飾されたプローブＤＮＡが含有した溶液を所定のウェル８に対して滴下する。このとき、１つのバイオアッセイ用基板１に対して、複数種類のプローブＤＮＡが滴下する。だたし、１つのウェル８内には１種類のプローブＤＮＡが入るようにする。なお、各ウェル８にいずれの種類のプローブＤＮＡを滴下するかは、予めウェルとプローブＤＮＡとの対応関係を示す配置マップ等を信号記録膜７から読み出しておき、その配置マップに基づき滴下制御する。
【００７７】
続いて、バイオアッセイ用基板１の上面１ａ側から、電極をウェル８内の溶液に挿入して、１ＭＶ／ｍ、１ＭＨｚ程度の交流電界を各ウェル８に印加する。このように交流電界を印加すると、プローブＤＮＡがバイオアッセイ用基板１に対して垂直方向に伸張するとともに、プローブＤＮＡをバイオアッセイ用基板１に垂直方向に移動させて、予め表面修飾処理がされた底面１４に対して、プローブＤＮＡの修飾端を結合させ、ウェル８内にプローブＤＮＡを固相化（固定化）することができる（Ｍａｓａｏ  Ｗａｓｈｉｚｕ  ａｎｄ  Ｏｓａｍｕ  Ｋｕｒｏｓａｗａ：  “  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＤＮＡ  ｉｎ  Ｍｉｃｒｏｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ２６，Ｐ．１１６５−１１７２（１９００）  参照）。
【００７８】
続いて、ＤＮＡ解析装置２１により滴下ヘッド３４からサンプルＤＮＡが含有した溶液をバッファ塩を含む溶液とともに、バイオアッセイ用基板１上の各ウェル８に滴下する。
【００７９】
続いて、サンプルＤＮＡの滴下後、バイオアッセイ用基板１を恒温層等に移し、ウェル８内を数十度に加熱し、加熱した状態のまま１ＭＶ／ｍ、１ＭＨｚ程度の交流電界を印加する。このような処理をすると、サンプルＤＮＡとプローブＤＮＡとが垂直方向に伸張して立体障害の少ない状態となるとともに、サンプルＤＮＡがバイオアッセイ用基板１に対して垂直方向に移動する。この結果、互いの塩基配列が対応したサンプルＤＮＡとプローブＤＮＡとが同一のウェル８内にある場合には、それらがハイブリダイゼーションを起こす。
【００８０】
続いて、ハイブリダイゼーションを起こさせた後に、ＤＮＡ解析装置２１により、インターカレータ等の蛍光標識剤を、バイオアッセイ用基板１のウェル８内に滴下する。このような蛍光標識剤は、ハイブリダイゼーションを起こしたプローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとの二重らせんの間に挿入して結合する。
【００８１】
続いて、バイオアッセイ用基板１の表面１ａを純水等で洗浄し、ハイブリダイゼーションを起こしていないウェル８内のサンプルＤＮＡ及び蛍光標識剤を除去する。この結果、ハイブリダイゼーションを起こしたウェル８内にのみ、蛍光標識剤が残存することとなる。
【００８２】
続いて、ＤＮＡ解析装置２１により、制御光Ｆを用いてフォーカスサーボ制御及び位置決めサーボ制御並びにアドレス制御を行いながらバイオアッセイ用基板１を回転させ、励起光Ｐを所定のウェル８に照射する。この励起光Ｐの照射とともに、アドレス情報を検出しながら蛍光Ｆが発生しているか否かを検出する。
【００８３】
続いて、ＤＮＡ解析装置２１は、バイオアッセイ用基板１上の各ウェル８の位置と蛍光Ｆの発光の有無を示すマップ作成する。そして、その作成したマップ、並びに、各ウェル８にどのような塩基配列のプローブＤＮＡが滴下されていたかを示す配置マップに基づき、サンプルＤＮＡの塩基配列の解析を行う。この解析の結果を参照して、信号記録膜７に記録されているプローブＤＮＡと疾病との関係の情報に基づき、例えば疾病との関係等を解析してもよい。
【００８４】
そして、ＤＮＡ解析装置２１は、その解析結果や、検出した配置マップ等をバイオアッセイ用基板１の信号記録膜７に記録して保存する。
【００８５】
【発明の効果】
本発明に係るバイオアッセイ用基板では、物質間相互反応を生じさせる反応領域と、信号が記録される情報領域とを有する。また、本発明に係るバイオアッセイ装置及び方法では、物質間相互反応を生じさせる反応領域と信号が記録される情報領域とを有するバイオアッセイ用基板に対して、物質間相互反応に基づくバイオアッセイを行うとともに、情報の記録及び／又は再生を行う。
【００８６】
このことにより、本発明に係るバイオアッセイ用基板では、より多様的な使用をユーザに行わせることができる。また、本発明に係るバイオアッセイ装置及び方法では、円板状のバイオアッセイ用基板をより多様的に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のバイオアッセイ用基板の平面図及び断面図である。
【図２】上記バイオアッセイ用基板のＤＮＡ層の層構造を示す断面図である。
【図３】ウェルの底面に修飾されるＯＨ基を有するシラン分子を示す図である。
【図４】ウェルの底面に結合したプローブＤＮＡを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態のＤＮＡ解析装置のブロック構成図である。
【図６】ウェルに対して溶液を滴下している動作を示す図である。
【図７】プローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとの二重らせん内に蛍光標識剤が挿入されている状態を示す図である。
【符号の説明】
１  バイオアッセイ用基板、２  中心孔、３  記録領域、４  反応領域、５  情報層、６  ＤＮＡ層、７  信号記録膜、８  ウェル、９  ピット、１０  基板層、１１  透明電極層、１２  固相化層、１３  ウェル形成層、２１  ＤＮＡ解析装置、２２  ディスク装填部、２３  滴下部、２４  励起光検出部、２５  制御／サーボ部、２６  記録再生部
【図１】
2005003450.tif 000003
【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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