(57)【要約】      （修正有）【課題】プローブアレイに代表されるキャピラリー中に配列されたビーズ等の担体の位置情報を正確に検出するとともに、ビーズを従来のバーコードの代替として各種物品の識別方法に発展させる。【解決手段】染色された複数のビーズの該染色された色情報及び位置情報により、該複数のビーズの配列状態を識別する。【効果】プローブアレイ等の位置情報によりビーズ等の種類を識別する方法において品質検査等を行うに当たって、信頼性のあるデータを得ることが可能となった。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
染色された複数種のビーズの該染色された色情報及び位置情報により、該複数のビーズの配列状態を識別する方法。
【請求項２】
前記複数種のビーズがビーズアレイ中の流路内に１列に配列されており、前記位置情報が１次元であり、前記配列状態が１次元であることを特徴とする請求項１に記載の識別方法。
【請求項３】
前記複数種のビーズが平面状に固定して配列されており、前記位置情報が２次元であり、前記配列状態が２次元であることを特徴とする請求項１に記載の識別方法。
【請求項４】
前記染色された複数種のビーズが、紫外線、可視光線、又は赤外線を発光するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の識別方法。
【請求項５】
前記染色された複数種のビーズが、半導体ナノ粒子が埋め込まれたビーズ又は半導体ナノ粒子が表面に担持されたビーズであり、前記染色された色が蛍光であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の識別方法。
【請求項６】
前記染色された複数種のビーズが、染料又は顔料が埋め込まれたビーズないしは染料又は顔料が表面に担持されたビーズであり、前記染色された色が可視光であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の識別方法。
【請求項７】
キャピラリー中に配列される複数種のビーズを用いた生体高分子の検出及び／又は測定に関わるプローブアレイ技術において、キャピラリー中に配列されるビーズの順序の識別に請求項１乃至６のいずれかに記載の識別方法を用いることを特徴とする識別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子の検出及び測定に関わるプローブアレイ技術等において、キャピラリー中に配列されるビーズの順序を識別するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体高分子の検出、測定及び分析技術（これらについて、以下すべて「検出」という。）においては、様々な方法が提案されており、既に製品化され実用されているものも少なくない。そのような中で、既知のプローブ生体高分子を基板及び基質上に固定し、蛍光物質で標識施したサンプル生体高分子を、前記基板又は基質上に固定化されたプローブ生体高分子と反応させ、基板又は基質上の標識した蛍光物質由来の蛍光強度によりプローブ生体高分子とサンプル生体高分子の結合量を測定し、生体高分子の検出を行う手法があげられる。前記基質又は基板として選択されるものとして、平板及びビーズに大略構成され、それぞれマイクロアレイ技術及びビーズ利用技術として注目を集めている。
【０００３】
まず、平板を基質又は基板として用いたものとしてＤＮＡマイクロアレイがあげられる。ＤＮＡマイクロアレイとは、主に表面修飾ガラス基板上にプローブＤＮＡをスポットとして配列させ固定化したものである。ＤＮＡマイクロアレイは主に二種類あり、半導体技術を応用し基板上でプローブＤＮＡを合成していく方法と、既に合成されたオリゴＤＮＡあるいはｃＤＮＡを、液滴として基板上に配列させ固定化させる方法がある。
【０００４】
また、ビーズを基質又は基板として用いたものとして、フローサイトメトリー技術を利用した方法があげられる。本方法は、ＤＮＡマイクロアレイが位置情報を用いて固定されているプローブの種類を識別するのに対し、ビーズ毎に二色以上の蛍光物質色素を用いることによるＩＤを付与することにより、プローブの種類の識別を行っている。
【０００５】
ＤＮＡマイクロアレイに代表されるマイクロアレイ技術は、集積度が高く、一回の操作で膨大な情報量が得られることから、研究用途を中心に幅広く利用されているものである。しかし、プローブを固定化させる工程において高度な技術を要することや、一枚あたりの生産コストが高く、プローブの固定化において基質又は基板との結合力が比較的弱いことが問題となってきた。一方、ビーズ技術においては、ビーズのＩＤ化について高度な技術を要するものの、プローブと基質又は基板との結合が比較的強く、ビーズの合成が比較的安価に行うことが可能である点で優れており、それぞれ一長一短がある。尚、上記例ではＤＮＡを用いた方法について紹介したが、これらをペプチドやたんぱく質あるいは細胞に置き換える技術についても進展している。
【０００６】
そこで、下記特許文献２等に開示されるように、マイクロアレイ技術とビーズ利用技術を融合させた形態としてプローブアレイ技術が考案された。本技術は、プローブを基質又は基板に固定化する工程と、プローブを基板上に配列させる工程を別とすることに大きな特徴を持つ。すなわち、予めビーズにプローブを固定化させ、該ビーズを基板上の溝やキャピラリー中などに配列させるものである。プローブの種類はビーズの位置情報において判断することができ、反応は溝やキャピラリー中にサンプル溶液を通過させることにより行う。これにより、マイクロアレイ技術の問題点とビーズ利用技術の問題点の多くを解決するだけでなく、プローブとサンプルとの反応性が向上することも期待でき、装置の自動化についても比較的容易に構築できることが考えられる。しかしながら、ビーズにＩＤを付与しないことから、ビーズ配列時において順序が正しいかどうかといった検査が行いにくいという問題点があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２４３９９７号公報
【特許文献２】特開２０００−３４６８４２号公報
【特許文献３】特開２００３−１８５６６３号公報
【特許文献４】米国公開特許２００３１４８５４４号公報
【非特許文献１】Nature Biotechnology(2001),19(7),631-635.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、マイクロアレイ技術とビーズ利用技術を融合させたプローブアレイ技術において、基板上の溝やキャピラリー中などに配列されたビーズの順序が正しいかどうかを容易に検出できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
即ち、第１に、本発明は、ビーズの配列状態を識別する方法であり、染色された複数種のビーズの該染色された色情報及び位置情報により、該複数のビーズの配列状態を識別する。ここで、前記複数種のビーズはビーズアレイ中の流路内に１列に配列されており、前記位置情報が１次元であり、前記配列状態が１次元であっても良く、前記複数種のビーズが平面状に固定して配列されており、前記位置情報が２次元であり、前記配列状態が２次元であっても良い。尚、本発明において、『染色された複数種のビーズ』でいう複数種には無色、即ち染色されていないビーズも１種として数える。よって、染色されていないビーズと染色された１種類のビーズからなるビーズも、本発明で言う『染色された複数種のビーズ』に含まれる。
【００１０】
前記複数のビーズの染色波長については限定されず、紫外線、可視光線、又は赤外線を発光するものであればいずれでも良い。
【００１１】
前記染色された複数のビーズとしては、具体的には半導体ナノ粒子が埋め込まれたビーズ又は半導体ナノ粒子が表面に担持されたビーズが好ましく、前記染色された色が蛍光であることが好ましい。又、前記染色された複数のビーズが、染料又は顔料が埋め込まれたビーズないしは染料又は顔料が表面に担持されたビーズであり、前記染色された色が可視光であることも好ましい。
【００１２】
第２に、本発明はキャピラリー中に配列されるビーズの順序の識別方法に特定される発明であり、キャピラリー中に配列される複数のビーズを用いた生体高分子の検出に関わるプローブアレイ技術において、キャピラリー中に配列されるビーズの順序の識別に、染色された複数のビーズの該染色された色情報及び位置情報により、該複数のビーズの配列状態を識別する識別方法を用いるものである。
【００１３】
前記染色された複数のビーズの発光波長は限定されず、紫外線、可視光線、又は赤外線を発光するものがいずれでも用いることができる。具体的には、前記染色された複数のビーズとして、半導体ナノ粒子が埋め込まれたビーズ又は半導体ナノ粒子が表面に担持されたビーズであり、前記染色された色が蛍光であることが好ましい。又、前記染色された複数のビーズが、染料又は顔料が埋め込まれたビーズないしは染料又は顔料が表面に担持されたビーズであり、前記染色された色が可視光であることが好ましい。
【００１４】
本発明においては、種々色素によりビーズを染色し、各種物品、例えば溝やキャピラリー中等に配列されたビーズの順序を識別する。ビーズを染色する色素としては、判別力の高さや肉眼での可認識性を考慮し、単色であることが望ましいが、複数であってもかまわない。用いる色素としては、一般的な有機蛍光色素等を用いることが可能であるが、ひとつの励起光源で多数の蛍光色を同時に励起できる観点から、半導体ナノ粒子を用いることがより好ましい。すなわち、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ等に代表される半導体ナノ粒子をビーズ中に埋包し、ビーズの配列順序を識別するものである。本発明においては、色素の色数はビーズの種類数を必要とせず、誤差の範囲内のみを補完する色数のみで十分である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、プローブアレイ等の位置情報によりビーズ等の種類を識別する方法において品質検査等を行うに当たって、信頼性のあるデータを得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に本発明を実施する場合の形態を図面を参照して具体的に説明する。以下の説明では、プローブアレイ技術において、半導体ナノ粒子を染料として埋め込んだビーズの配列・順序を識別する場合を例にする。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、広く各種物品の識別に適用される。又、１次元に配列されたビーズの識別を例にしているが、ビーズの配列が２次元であっても、その識別は同様である。
【００１７】
ところで、本発明においては、ビーズを着色する工程において、半導体ナノ粒子を着色色素として好ましく例示することから、半導体ナノ粒子について説明する。
【００１８】
半導体ナノ粒子は、半値全幅（ＦＷＨＭ：the full width at half maximum ）の狭い強い蛍光を発することを特徴とし、様々な蛍光色の創製が可能であり、将来の応用用途が極めて多種に及ぶと考えられるため、従来から非常に注目を浴びている材料である。
【００１９】
粒径が１０ｎｍ以下の半導体ナノ粒子は、バルク半導体結晶と分子との遷移領域に位置することから、いずれとも異なった物理化学特性を示す。このような領域では、バルク半導体で見られたエネルギーバンドの縮退が解け軌道が離散化し、粒径によって禁制帯のエネルギーの幅が変化するという量子サイズ効果が発現する。この量子サイズ効果の発現により、粒径の増加あるいは減少することに伴って半導体ナノ粒子における禁制帯のエネルギーの幅が、減少あるいは増大することになる。この禁制帯のエネルギー幅の変化は、粒子の蛍光特性に影響を与える。粒径が小さく禁制帯のエネルギー幅の大きいものは、より短波長側の蛍光波長を持ち、粒径が大きく禁制帯のエネルギー幅の小さいものは、より長波長側の蛍光波長を持つ。すなわち、半導体ナノ粒子は、粒径を制御することにより任意の蛍光色を創り出す事が可能な材料として注目されている。
【００２０】
ところで、半値全幅の狭い高発光特性を持った半導体ナノ粒子を合成するに当たっては、粒径の制御と粒子表面の改質が必要となる。発明者らは、サイズ選択光エッチング法を用いた粒径制御と、水酸化ナトリウム、アミン化合物、アンモニア化合物等を利用した粒子表面の改質を行うことにより、高発光特性をもった半導体ナノ粒子の合成が可能であることを見出した。本技術を用いることにより、図１に示すように、種々の蛍光波長において高発光特性をもつ半導体ナノ粒子を合成することが可能である。
【００２１】
プローブアレイについては、上記特許文献１に詳細に開示されており、特許文献２及び特許文献３にはその製法について開示されている。しかしながら、上記技術においては、品質検査等にさし当たってビーズの順序を確認ができないことが問題となっており、その検査方法を構築することが課題となっていた。
【００２２】
一方、ナノ粒子によるビーズの染色は、一般的なガラスビーズ及びポリスチレンビーズの製法を応用することで可能である。半導体ナノ粒子を用いた具体的な染色ビーズ作成方法としては、上記特許文献４や非特許文献１等に開示されている。又、半導体ナノ粒子が発光する蛍光は市販のフローサイトメータ等を用いて測定することができる。
【００２３】
本発明は、各色で染色されたビーズを用いて行う。各ビーズの染色色数は単色でも複数色でもかまわない。ここでは、キャピラリー等にすでに配列されたビーズの順序識別方法について図面を基に例示する。前記配列されたビーズは、半導体ナノ粒子を用いて染色されたものとし、その種類は４色とする（図１）。したがって、該半導体ナノ粒子で染色されたビーズは４種類となり、図２のようにそれぞれＡ色、Ｂ色、Ｃ色、Ｄ色に染色されたビーズとすることができる。
【００２４】
図３に、一次元に配列されたビーズの例を示す。ビーズが正しく配列されている場合は、図３中のＰｅｔｔｅｒｎ１のようになり、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄの配列を繰り返すこととなる。一方、順序がそろっていない場合はそれぞれＰｅｔｔｅｒｎ２〜４のようになる。Ｐｅｔｔｅｒｎ２の場合は、一部にＡ−Ｃ−Ｂ−Ｄの配列が現れ、ここでは図中矢印のような順序誤りを検出することができる。同様にＰｅｔｔｅｒｎ３、Ｐｅｔｔｅｒｎ４の場合についても図中のとおり順序誤りを検出することができる。
【００２５】
ただし、ビーズの色数をＮとした場合、ｘ＋(Ｎ×ｎ)番目とｘ＋Ｎ×(ｎ＋１)番目(ｘ：任意の整数)の順序誤りを判別することはできない(この場合Ｐｅｔｔｅｒｎ１と同様の配列となる)。同様に、ｘ＋(Ｎ×ｎ)番目とｘ＋Ｎ×(ｎ＋１)＋１番目の順序誤りはＰｅｔｔｅｒｎ２と同様となり、ｘ＋(Ｎ×ｎ)番目とｘ＋Ｎ×(ｎ＋１)＋２番目、ｘ＋(Ｎ×ｎ)番目とｘ＋Ｎ×(ｎ＋１)＋３番目との順序誤りは、Ｐｅｔｔｅｒｎ３、Ｐｅｔｔｅｒｎ４と同様となる。すなわち、本発明における順序識別法は、基準点からＮ分の範囲においてのみ有効であり、それ以上の順序の入れ替えを検出することはできない。しかしながら、Ｎを十分数取ることにより、その検出制度は限りなく増やすことができる。
【００２６】
図４に、二次元に配列されたビーズの例を示す。任意形状および領域の中に複数の染色されたビーズが拘束されている。この場合、染色されたビーズは、前記任意形状および領域の中毎に識別される。すなわち、同じＡ色に染色されたビーズにおいて、拘束場Ｘと拘束場Ｙと拘束場Ｚについては、それぞれ種類が異なり、それぞれの拘束場の位置情報と色情報を対照させることで、特定のビーズの種類が特定されることとなる。
【００２７】
ここでは、Ａ色〜Ｄ色の４色を用いたが、波長として判別可能であれば色数に限りはない。例えば、半導体ナノ粒子を用いる場合、１個のビーズに２種類以上の発色の異なる半導体ナノ粒子を埋め込むことで、その発色数は数万種類にも及ぶ。このため、本発明の識別方法は極めて多種類の識別に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の、プローブアレイ等の位置情報によりビーズ等の種類を識別する方法において品質検査等を行うに当たって、信頼性のあるデータを得ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】半導体ナノ粒子の吸収スペクトルと蛍光スペクトルの例である。
【図２】ビーズの４色染色に関するイメージ図である。
【図３】ビーズ順序の識別例に関する説明図である。
【図４】二次元に配列されたビーズの例である。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ：ビーズが発色する各波長の色。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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