(57)【要約】【課題】  溶液による洗浄を行う必要がなく、かつ洗浄条件の設定や調整が容易である、物質間の相互作用を検出する技術を提供すること。【解決手段】  検出用物質と標的物質の相互作用の場を提供する反応領域２ａと、前記反応領域２ａに臨むように形成され、前記検出用物質が固定される固定部Ｆと、前記反応領域２ａに電場勾配を形成する対向電極Ｅ１１−Ｅ１２と、を少なくとも備える相互作用検出部１ａなど、並びに検出部１ａなどを備えるＤＮＡチップを含むバイオアッセイ用基板を提供する。  【選択図】  図１
2005351686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出用物質と標的物質の相互作用の場を提供する反応領域と、
前記反応領域に臨むように形成され、前記検出用物質が固定される固定部と、
前記反応領域に電場勾配を形成する対向電極と、
を少なくとも備える相互作用検出部。
【請求項２】
前記対向電極は、電極間の距離が徐々に変化する形態又は配置構成であることを特徴とする請求項１記載の相互作用検出部。
【請求項３】
前記対向電極によって形成される電界は、高周波交流電界であることを特徴とする請求項１記載の相互作用検出部。
【請求項４】
前記対向電極は、前記電場勾配に基づいた誘電泳動形成手段であることを特徴とする請求項１記載の相互作用検出部。
【請求項５】
前記誘電泳動形成手段は、前記固定部又はその周辺に存在し、検出の障害となり得る不要物質を除去する手段であることを特徴とする請求項４記載の相互作用検出部。
【請求項６】
前記不要物質には、余剰な検出用物質、検出用物質と特異的な相互作用を示さない物質、検出用物質と誤相互作用を示した物質、余剰の蛍光物質の中の少なくともひとつが含まれることを特徴とする請求項５記載の相互作用検出部。
【請求項７】
前記固定部から離れるにつれて徐々に電界強度が強くなることを特徴とする請求項１記載の相互作用検出部。
【請求項８】
前記固定部は、前記対向電極とは別個独立に形成された固定用電極であることを特徴とする請求項１記載の相互作用検出部。
【請求項９】
前記固定用電極に対向する電極が設けられたことを特徴とする請求項８記載の相互作用検出部。
【請求項１０】
前記固定用電極は、該固定用電極に対向する前記電極の面積よりも狭小に形成されたことを特徴とする請求項９記載の相互作用検出部。
【請求項１１】
前記相互作用は、ハイブリダイゼーションであることを特徴とする請求項１記載の相互作用検出部。
【請求項１２】
請求項１記載の相互作用検出部を備えることを特徴とするバイオアッセイ用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質間の相互作用を検出する技術に関する。より詳しくは、物質間の相互作用の場となる反応領域に形成した電場勾配により得られる誘電泳動を利用する、物質間の相互作用検出部と該相互作用検出部を備えるバイオアッセイ用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、分子生物学、ナノテクノロジーに代表される微細加工技術、バイオインフォマティクスなどの進展を主な背景として、種々の測定原理を活用して、微細狭小な表面上で生体物質間の相互作用を進行させ、これを検出する技術が開発され、実用化されている。
【０００３】
例えば、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、本願では「ＤＮＡチップ」と総称。）と呼ばれるバイオアッセイ用の集積基板が知られている。
【０００４】
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オリゴ鎖やｃＤＮＡ（complementary DNA）等が集積されていることから、ハイブリダイゼーションの網羅的解析が可能となる点が特徴とされている。このため、ＤＮＡチップは、遺伝子の変異解析、ＳＮＰｓ（一塩基多型）分析、遺伝子発現頻度解析等に利用されるようになり、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、進化の研究、法医学その他の分野において広範囲に活用され始めている。
【０００５】
ＤＮＡチップは、一般的に、ハイブリダイゼーションの場となる反応領域（スポットと呼ばれる場合もある。）を基板上に予め設定しておき、この反応領域中の所定表面部位に固定されたプローブＤＮＡと蛍光標識された標的ＤＮＡとの間のハイブリダイゼーションを進行させ後、光ピックアップ手段（蛍光読み取り手段）などにより前記ハイブリダイゼーションを検出する。
【０００６】
ここで、プローブ固定やハイブリダイゼーションの後段階では、基板表面上の反応領域を緩衝液などの所定溶液によって洗浄する作業が行なわれている。例えば、特許文献１には、溶液による洗浄を前提とした自動ハイブリダイゼーション装置が開示されている。特許文献２には、緩衝液による洗浄工程を実施することを前提とするＤＮＡチップを用いた塩基配列決定又は核酸定量方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１８０３２９号公報。
【特許文献２】特開２００３−３００号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように、ハイブリダイゼーションなどの物質間の相互作用を検出する技術では、一般的には、検出用物質であるプローブを基板表面に固定した後やハイブリダイゼーションなどの相互作用を進行させた後に、緩衝液などによる洗浄を行うことによって、検出対象となる領域から不要又は余剰の物質を除去する作業が行われる。
【０００８】
しかし、溶液を用いる洗浄作業は、検出対象である正規の相互作用に影響を及ぼさないように、極めて慎重に行う必要があるが、好適な洗浄条件の設定が基本的に難しいという問題を抱えている。また、基板表面上に集積されたプローブは同一の洗浄条件に晒されるので、すべてのプローブのＴｍが揃っていないと、偽陽性や偽陰性のエラーを生じる可能性が高くなる。
【０００９】
そこで、本発明は、緩衝液などの溶液による洗浄を行う必要がなく、かつ洗浄条件の設定や調整が容易である、物質間の相互作用を検出する技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、検出用物質と標的物質との間のハイブリダイゼーションなどの相互作用の場を提供する「反応領域」と、前記反応領域に臨むように形成され、前記検出用物質が固定される「固定部」と、前記反応領域に電場勾配を形成する「対向電極」と、を少なくとも備える相互作用検出部、並びに該相互作用検出部を備えるバイオアッセイ用基板を提供する。
【００１１】
前記対向電極は、電極間の距離が徐々に変化する形態又は配置構成を採用することによって、反応領域中に電場勾配を形成する。例えば、前記固定部から離れるにつれて徐々に電界強度が強くなるような電場勾配を形成する。対向電極によって形成される電界は、高周波交流電界を採用することができる。高周波交流電界による誘電泳動は、直流電界による電気泳動の場合のような電気分解の発生や電気分解による気泡発生がないという利点があり、また、核酸分子を伸長（伸張）させながら、電界がより不均一な領域、あるいは電気力線がより密な領域に移動させることができる。
【００１２】
即ち、対向電極は、電場勾配に基づいた誘電泳動形成手段として機能させることができる。この誘電泳動形成手段は、前記固定部又はその周辺に存在し、検出の障害となり得る不要物質を除去する手段として利用することができる。この手段は、公知の溶液洗浄手段の代替技術となり得る。即ち、本発明では、溶液による洗浄が不要である物質間の相互作用検出技術を提供できる。前記不要物質には、余剰な検出用物質、検出用物質と特異的な相互作用を示さない物質、検出用物質と誤相互作用（例えば、ミスハイブリダイゼーション）を示した物質、余剰の蛍光物質（例えば、インターカレータ）の中の少なくともひとつが含まれる。
【００１３】
反応領域内に設けられる前記固定部は、検出用物質を化学的結合等により固定できる表面構成を備える部分であれば特に限定はされないが、一例を挙げるなら、前記対向電極とは別個独立に形成された固定用の電極である。固定用の電極を用いた場合には、この電極に対向する電極をさらに設けてもよい。このとき、固定用の電極は、該電極に対向する電極の面積よりも狭小に形成することによって、（固定用の）電極の表面に電気力線が集中するので、不均一電界を形成できる。
【００１４】
ここで、本発明で使用する主たる技術用語の定義付け等を行う。
【００１５】
「検出用物質」とは、反応領域に貯留又は保持された媒質中に存在し、当該物質と特異的に相互作用する物質を検出するための検出子として機能する生体関連物質などの物質であり、反応領域中の表面に固定又は遊離して存在する。代表例は、ＤＮＡプローブなどの核酸（ヌクレオチド鎖）である。
【００１６】
「標的物質」とは、前記検出用物質と特異的に相互作用を示す生体関連物質などの物質である。代表例は、ＤＮＡプローブなどの検出用核酸と相補的な塩基配列を有して、ハイブリダイゼーションを示す核酸（ヌクレオチド鎖）である。
【００１７】
「核酸」とは、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体（ヌクレオチド鎖）を意味し、プローブＤＮＡを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したＤＮＡ（全長あるいはその断片）、逆転写により得られるｃＤＮＡ（ｃプローブＤＮＡ）、ＲＮＡ、ポリアミドヌクレオチド誘導体（ＰＮＡ）等を広く含む。
【００１８】
「反応領域」は、ハイブリダイゼーションその他の相互作用の反応場を提供できる領域であり、形状は特に限定されないが、例えば、液相やゲルなどを貯留できるウエル形状を有する反応場を挙げることができる。なお、この反応領域で行われる相互作用は、本発明の目的や効果に沿う限りにおいて、狭く限定されない。反応領域の形成方法も、特に限定されない。
【００１９】
「相互作用」は、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学的結合あるいは解離を広く意味し、例えば、核酸（ヌクレオチド鎖）間の相補結合であるハイブリダイゼーション、高分子−高分子、高分子−低分子、低分子−低分子の特異的な結合又は会合を広く含む。
【００２０】
「ハイブリダイゼーション」は、相補的な塩基配列構造を備える間の相補鎖（二本鎖）形成反応を意味する。「ミスハイブリダイゼーション」は、正規ではない前記相補鎖形成反応を意味する。
【００２１】
「対向電極」は、いずれかの電極面が向かい合った状態で配置される少なくとも一組の電極対を意味する。
【００２２】
「電場勾配」は、電荷の相互間に働く力の場において、ベクトル量の大きな方から少ない方へ流れることをいう。
【００２３】
「誘電泳動」は、電界が一様でない場において、分子が電界の強い方へ駆動する現象である。交流電圧をかけた場合も、かけた電圧の極性の反転につれて分極の極性も反転するので、直流の場合と同様に駆動効果が得られる（監修・林  輝、「マイクロマシンと材料技術（シーエムシー発行）」、Ｐ３７〜Ｐ４６・第５章・細胞およびＤＮＡのマニピュレーション参照）。特に、高周波交流電界中においては、時間的平均電場の自乗の勾配に比例して双極子に力が働き、泳動する。
【００２４】
「不要物質」とは、余剰の検出用物質、検出用物質と特異的な相互作用を示さない物質、検出用物質と誤相互作用を示した物質、余剰の蛍光物質の中の少なくともひとつが含まれる。より具体的には、反応領域中に存在するプローブＤＮＡ等の検出用物質の余剰のもの、該検出用物質と相互作用を示す標的物質のうちの余剰のもの、該検出用物質と相互作用を示さない物質、ハイブリダイゼーションの結果得られる相補鎖に挿入結合される特性を備える、いわゆる「インターカレータ」のうちの余剰のものなどが含まれる。
【００２５】
「インターカレータ」は、二本鎖核酸などに挿入結合可能である、蛍光標識された物質又は蛍光物質それ自体である。例えば、ＰＯＰＯ−１、ＴＯＴＯ−１、ＳＹＢＥＲＧｒｅｅｎＩ、ＰｉｃｏＧｒｅｅｎなどを例示できる。蛍光インターカレータからの蛍光を検出することにより、二本鎖核酸の存在を確認できるので、ハイブリダイゼーションを検出できる。
【００２６】
「バイオアッセイ用基板」は、基板上の所定の反応領域において、物質間の相互作用を進行させ、該相互作用を検出するための基板を意味し、前記物質の種類に関係なく広く包含し、前記相互作用の検出原理は問わない。
【００２７】
「ＤＮＡチップ」は、前記バイオアッセイ用基板の一つであり、ＤＮＡプローブなどの検出用核酸が遊離状態又は固定化されて微細配列された状態とされたハイブリダイゼーション検出用基板を意味し、ＤＮＡマイクロアレイの概念も含む。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、電場勾配に基づいた誘電泳動の電気力学的作用によって、検出の対象となる部分又は領域から、検出精度の障害となり得る不要物質を除去することができる。即ち、溶液による洗浄作業を行なう必要がなくなるので、ユーザーの時間的、設備的負担を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、添付図面に基づいて、本発明に係る物質間の相互作用検出部並びに該検出部を備えるバイオアッセイ用基板の好適な形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施する際の好適な形態の代表例を開示するものであり、これにより本発明が限定的に解釈されることはない。
【００３０】
図１は、本発明に係る物質間の相互作用検出部（以下「検出部」と略称。）の第１実施形態の構成を簡略に示す図である。この図１には、同検出部を上方から視たときの平面図（Ｘ）と共に、Ｉ−Ｉ線矢視断面図（Ｙ）を示している。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図を簡略に示している。
【００３１】
図１に示された符号１ａは、第１実施形態の物質間の相互作用検出部を示している。この検出部１ａは、検出用物質と標的物質の相互作用（例えば、ハイブリダイゼーション）の場を提供する反応領域２ａと、この反応領域２ａに臨むように基板３に形成され、前記検出用物質の固定部位として機能する固定部Ｆと、前記反応領域２ａに電場勾配を形成するための対向電極Ｅ１１−Ｅ１２と、を少なくとも備えている。
【００３２】
前記基板３は、石英ガラスやシリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の合成樹脂、好ましくは射出成形可能な合成樹脂によって、所定の形状に成形する。基板１を安価な合成樹脂を用いて基板を成形することで、従来使用されていたガラスチップに比して、低ランニングコストを実現できる。
【００３３】
この基板３をガラスや透明な合成樹脂などの材料で形成することによって、基板３の裏面３１側から反応領域２ａに向けて照射される所定波長の励起光Ｐを透過できる構成とするのが望ましい。その理由は、基板表面側の上方空間にサンプル溶液の滴下等に係わる装置群を集約し、基板裏面側の下方空間に光ピックアップ検出装置群を集約できるので、装置全体のコンパクト化を達成できるからである。
【００３４】
反応領域２ａ内の固定部Ｆは、ＤＮＡプローブなどの検出用物質を、化学的結合によって固定できるように表面処理が施されている部位である、なお、本実施形態では、反応領域２ａの中央に、上方から視た形態が円形となる形態例が示されているが、この固定部Ｆの形成位置や形状それ自体は、図示された構成に限定されない。
【００３５】
固定部Ｆの表面処理については、例えば、アミノ基含有のシランカップリング剤溶液やポリリシン溶液で予め表面処理しておく方法を採用できる。合成樹脂製基板に対する表面処理加工を採用する場合は、その表面をプラズマ処理及びＤＵＶ（ＤｅｅｐＵＶ、遠赤外）照射処理後、アミノ基含有シランカップリング剤溶液で処理することもできる。
【００３６】
また、固定部Ｆの表面にアミノ基、チオール基、カルボキシル基等の官能基（活性基）を有する物質やシステアミン、ストレプトアビジン等をコートしてもよい。ストレプトアビジンによって表面処理された場合には、ビオチン化されたＤＮＡプローブ末端の固定に適している。あるいは、チオール（ＳＨ）基によって表面処理された場合には、チオール基が末端に修飾されたプローブＤＮＡ等の検出用物質Ｄをジスルフィド結合（−Ｓ−Ｓ−結合）により固定することに適している。
【００３７】
また、この固定部Ｆをアルミニウムや金などの金属、あるいはＩＴＯ（インジウム−スズ−オキサイド）等の透明な導体で形成することによって、電極ｅ１として機能させることができる。さらには、この電極ｅ１を、前記ＩＴＯなどの透明な導電材料で形成することによって、基板３の裏面３１から照射され、光透過性の基板３を透過してきた所定波長の励起光Ｐ（図１参照）を、反応領域２ａ内に届くようにすることができる。即ち、基板３の裏面側からの光ピックアップ手段を採用できるようになる。
【００３８】
また、電極ｅ１の表面を、凹凸形状に粗面加工を施したり、島状になるようにパターニング形成したりするようにしてもよい。このような構成を採用すれば、電気力線が、該電極表面に集中し易くなるので、不均一電界が形成され易くなるので好ましい。なお、電極表面を粗面加工する方法は、例えば、公知のスパッタリング蒸着技術、エピキタシー蒸着技術やエッチング技術を用いて実施することができるが、該方法は特に限定されない。
【００３９】
加えて、反応領域に臨むように形成される各電極表面は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣ、ＳｉＯＦ、ＴｉＯ２などの材料によって形成した絶縁層で覆うことがより望ましい。反応領域中に貯留される場合があるイオン溶液による電気化学的な反応を防止することができるからである。
【００４０】
ここで、検出部１ａを構成する対向電極Ｅ１１−Ｅ１２は、双方とも鋭角に屈曲して凹んでいる電極面を有し、この凹んだ屈曲面を互いに対向させたような形態を備え、上方から視たときには、略四角形状をなす反応領域２ａを形成している（図１中のＸ図を参照）。即ち、対向電極Ｅ１１−Ｅ１２は、電極間の距離が徐々に変化する形態又は配置構成を備えており、具体的には、図１中の矢印Ｕ、Ｕの二方向に向けて、電極間の距離が徐々に短くなる（固定部Ｆから遠ざかるにつれて電極間の距離が短くなる）。
【００４１】
この対向電極Ｅ１１−Ｅ１２は、図１中の電源Ｖ１に接続され、スイッチＳ１のオン／オフ操作によって、反応領域２ａ内に貯留又は保持される媒質に対して電界を印加したり、しなかったりできる構成となっている。
【００４２】
図１では、スイッチＳ１はオンとされ、反応領域２ａに電界が印加された状態が例示されている。図１中の符号Ｚは、その際に形成される電場の状態を示すために模式的に示された電気力線である。この対向電極Ｅ１１−Ｅ１２の間の距離が短くなるにつれて、電気力線Ｚが密になっている（電界強度が強くなっている）ことが図１からも理解できるように、反応領域２ａには電場勾配が形成されている。
【００４３】
この電場勾配に従って、反応領域２ａ内に存在する物質を誘電泳動することができる。具体的には、不均一な電場中における双極子に働く力を駆動力とする誘電泳動により、媒質中に荷電して存在する物質を移動させることができる。
【００４４】
例えば、核酸分子は、液相中において電界の作用を受けると伸長又は移動することが知られている。その原理は、核酸分子の骨格をなすリン酸イオン（陰電荷）とその周辺にある水がイオン化した水素原子（陽電荷）とによってイオン曇を作っていると考えられ、これらの陰電荷及び陽電荷により生じる分極ベクトル（双極子）が、高周波高電圧の印加により全体として一方向を向き、その結果として伸長し、加えて、電気力線が一部に集中する不均一電界が印加された場合は、電気力線が集中する部位に向かって移動する（Seiichi Suzuki，Takeshi Yamanashi,Shin-ichiTazawa,Osamu Kurosawa and Masao Washizu:“Quantitative analysis on electrostatic orientation of DNA in stationary AC electric field using fluorescence anisotropy”,IEEE Transaction on Industrial Applications,Vol.34,No.1,P75-83(1998)）。
【００４５】
図１のＸ図及び図２では、反応領域２ａ内に滴下等された検出用核酸（例えば、ＤＮＡプローブ）のうち、何らかの理由で固定部Ｆに固定されずに媒質中に遊離して存在しているもの（符号ｄ）が、電場勾配に従って、電気力線が粗の側から密の側へ誘電泳動により固定部Ｆから離れて行くように移動している状態が模式的に示されている。
【００４６】
ここで、固定部Ｆが電極ｅ１である場合においては、図１中のＹ図に示されているように、電極ｅ１と電極Ｅ１１、電極ｅ１と電極１２をそれぞれ通電できるようにする。具体的には、電極ｅ１と電極Ｅ１１を電源Ｖ２に接続し、スイッチＳ２のオン／オフ操作により、電極ｅ１−Ｅ１１間に電界を印加したり、しなかったりできるようにし、電極ｅ１と電極Ｅ１２を電源Ｖ３に接続し、スイッチＳ３のオン／オフ操作により、電極ｅ１−Ｅ１２間に電界を印加したり、しなかったりできるようにする。
【００４７】
これらの対向電極ｅ１−Ｅ１１、ｅ１−Ｅ１２に電界を印加すると、とりわけ、電極ｅ１に比べて、電極Ｅ１１やＥ１２の表面積が大きい場合には、反応領域２ａ内に形成される前記電界は、電極ｅ１に近づくにつれて強くなるような電場勾配を持つようになる。このため、電界印加を、相互作用に係わる物質（例えば、ＤＮＡプローブなどの検出用核酸や標的核酸）を、誘電泳動により、固定部Ｆ（即ち、電極ｅ１）領域に向けて移動等させる手段として利用できる。
【００４８】
ここで、図３は、電極ｅ１−Ｅ１１間と電極ｅ１−Ｅ１２間に電界を印加して、反応領域２ａに滴下等された検出用核酸（例えば、ＤＮＡプローブ）を固定化するときの検出部１ａの様子を示す図である。
【００４９】
電極ｅ１−Ｅ１１間と電極ｅ１−Ｅ１２間に電界が印加されると、電極ｅ１は電極Ｅ１１や電極Ｅ１２よりも表面積が狭小に設計されているため、電気力線Ｚが電極ｅ１（固定部Ｆ）に向けて集中する。即ち、電界は、電極ｅ１に近づくにつれて強くなるような勾配を持つようになる。
【００５０】
従って、図３中の反応領域２ａ内に、遊離した状態で存在する物質（ここでは、余剰の検出用核酸ｄ）は、電極ｅ１（固定部Ｆ）の表面に向けて誘電泳動によって移動し、前記表面に対して、例えば、アビジン−ビオチン結合やジスルフィド結合などを介して固定される。なお、図３中の符号Ｄは、電極ｅ１（固定部Ｆ）の表面に固定された状態の検出用核酸（例えば、ＤＮＡプローブ）を示している。
【００５１】
ここで、検出用核酸ｄは、電気力線Ｚが集中する（電界がより強くなる）電極ｅ１（固定部Ｆ）の表面に向けて誘電泳動により移動する過程で、ランダムコイル状に丸まった高次構造が伸長（伸張）するため、固定化反応が円滑に進行する。即ち、固定化作業を効率よく行うことができる。即ち、電極ｅ１−Ｅ１１と電極ｅ１−Ｅ１２は、検出用核酸の固定に利用できる電界形成手段として利用することができる。
【００５２】
なお、数十から数百μｍのギャップを持つ微細電極中にＤＮＡ溶液をおき、ここに１ＭＶ／ｍ、１ＭＨｚ程度の高周波電界を印加すると、ランダムコイル状で存在するＤＮＡに誘電分極が生じ、その結果、ＤＮＡ分子は電界と平行に直線状に引き伸ばされる。そして、この「誘電泳動」と呼ばれる電気力学的効果によって、分極したＤＮＡは自発的に電極端へと引き寄せられ、電極エッジにその一端を接した形で固定されることが証明されている（鷲津正夫、「見ながら行うＤＮＡハンドリング」、可視化情報  Ｖｏｌ．２０  Ｎｏ．７６（２０００年１月））。
【００５３】
なお、電極ｅ１−Ｅ１１と電極ｅ１−Ｅ１２による電界形成は、固定化された検出用核酸（符号Ｄ）と相補的な塩基配列を有する標的核酸（図示せず）との間でのハイブリダイゼーションを進行させる場合においても利用できる。
【００５４】
即ち、反応領域２ａに滴下等されてきたサンプル溶液中に含まれている標的核酸を、誘電泳動の作用によって固定部Ｆ（電極ｅ１）に向けて移動させることによって、（固定部Ｆ領域での）標的核酸の濃度を高め、ハイブリダイゼーション効率を向上させることができる。この誘電泳動の過程では、核酸分子が伸長（伸張）するので、立体障害が低減し、ハイブリダイゼーションが短時間で進行する。
【００５５】
なお、「立体障害（steric hindrance）」は、分子内の反応中心等の近傍に嵩高い置換基の存在や反応分子の姿勢や立体構造（高次構造）によって、反応相手の分子の接近が困難になることによって、所望の反応（本願では、ハイブリダイゼーション）が起こり難くなる現象を意味する。
【００５６】
次に、図４は、本発明に係る検出部の第２実施形態の構成を断面図で示す図である。
【００５７】
この図４中に符号１ｂで示された第２実施例である検出部は、固定部Ｆとして機能する電極ｅ１１に対向する上方位置に、電極ｅ１２を設けた点に特徴がある。なお、図４中の符号４は、電極ｅ１２が形成された絶縁性の上蓋基板を示している。
【００５８】
電極ｅ１１−ｅ１２は、対向電極Ｅ２１−Ｅ２２（図１〜３の対向電極Ｅ１１−Ｅ１２と同様の構成）の対向軸と直交する対向軸を有する対向電極である。この対向電極ｅ１１−ｅ１２は、電源Ｖ４に接続されており、スイッチＳ４のオン／オフ操作によって、電極ｅ１１−ｅ１２間に電界を印加したり、しなかったりできる。
【００５９】
この図４からわかるように、本第２実施形態において、電極ｅ１１は、電極ｅ１２よりも面積が狭小になるように形成されている。この構成によって、電極ｅ１２の表面に電気力線Ｚが集中し、電極ｅ１２の表面に不均一電界を形成できる。このため、誘電泳動に基づいて、電界が次第に強くなる電極ｅ１１の表面に対して、ＤＮＡプローブなどの検出用核酸を移動させながら、効率よく固定できる。
【００６０】
なお、電極ｅ１１−ｅ１２は、既述した電極ｅ１−Ｅ１１、電極ｅ１−Ｅ１２の場合と同様に、ハイブリダイゼーションを進行させる際の誘電泳動形成手段としても利用できる。
【００６１】
図５は、本発明に係る検出部の第３実施形態の構成を簡略に示す図であり、この図５には、同検出部を上方から視たときの平面図（Ｘ）と共に、Ｉ−Ｉ線矢視断面図（Ｙ）を示している。
【００６２】
図５中に符号１ｃで示された第３実施形態である検出部の特徴は、対向電極を形成する電極Ｅ３１とＥ３２の距離が、矢印Ｕの一方向に向けて徐々に狭まる形態を有し、電極Ｅ３１とＥ３２の間の反応領域２ｃは、上方から見たときに、略台形あるいは三角形様をなす形態となっていることである。
【００６３】
このような第３実施形態でも、対向電極Ｅ３１−Ｅ３２間に電界（例えば、高周波交流電界）を形成すれば、矢印Ｕの方向に向けて電場勾配が形成され、同矢印Ｕ方向に、電気力線Ｚが徐々に密になり、電界が徐々に強くなる。従って、反応領域２ｃ中に遊離している核酸分子などを誘電泳動することが可能となる。
【００６４】
次に、図６は、本発明に係る検出部の第４実施形態の構成を簡略に示す図であり、この図６には、同検出部を上方から視たときの平面図（Ｘ）と共に、Ｉ−Ｉ線矢視断面図（Ｙ）を示している。
【００６５】
図６中に符号１ｄで示された第４実施形態である検出部の特徴は、対向電極を形成する電極Ｅ４１と電極Ｅ４２が、円弧状に凹んだ電極面を備え、この凹んだ電極面を対向するように配置されていることである。電極Ｅ４１と電極Ｅ４２の距離が、矢印Ｕ、Ｕの二方向に向けて徐々に狭まり、電極Ｅ４１とＥ４２の間の反応領域２ｄは、上方から見たときに、略円形をなす形態となっている。
【００６６】
このような第４実施形態においても、対向電極Ｅ４１−Ｅ４２間に電界、特に高周波交流電界を形成すれば、図６中に示された矢印Ｕ、Ｕの二方向に向けて電場勾配が形成され、同矢印Ｕ、Ｕ方向に電気力線Ｚが徐々に密になる。従って、反応領域２ｄ中に遊離している核酸分子などを誘電泳動することが可能となる。
【００６７】
続いて、図７は、本発明に係る検出部の第５実施形態の構成を簡略に示す図である。
【００６８】
この図７中に符号１ｅで示された第５実施形態である検出部の特徴は、対向電極を形成する電極Ｅ５１と電極Ｅ５２が、反応領域２ｅの一端面に、一定の距離を置いて並列状に形成されていることである。この対向電極Ｅ５１−電極Ｅ５２の構成では、既述した検出部１ａ〜ｄの対向電極と異なって、電極Ｅ５１と電極Ｅ５２の距離は、一定であるが、図７中に示されたような電場勾配を矢印Ｕ方向に向けて形成し、同矢印Ｕ向に電気力線Ｚが徐々に密になる電界を形成できる。
【００６９】
従って、このような第５実施形態においても、対向電極Ｅ５１−Ｅ５２間に電界（例えば、高周波交流電界）を形成すれば、反応領域２ｄ中に遊離している核酸分子などを誘電泳動することが可能となる。また、電極ｅ１と電極Ｅ５１、電極ｅ１とＥ５２のそれぞれの電極間に電界を形成することにより、前記誘電泳動の電気力学的効果を得て、検出用核酸の固定作業やハイブリダイゼーションを進行させることも可能である。
【００７０】
なお、上記実施形態の説明では、検出用物質や標的物質が核酸分子であり、検出対象の相互作用がハイブリダイゼーションの場合を代表例として説明したが、本発明の目的の範囲内において、これに限定されない。
【００７１】
また、ハイブリダイゼーション検出にインターカレータを用いる場合においては、上記誘電泳動の作用によって、余剰のインターカレータを固定部Ｆ領域から除去することもできる。あるいは、電界強度を調整することによって、ハイブリダイゼーションによって得られた二本鎖核酸を解離させることなく、検出用核酸にミスハイブリダイゼーションした核酸のみを選択的に回収することもできる。
【００７２】
続いて、図８は、以上に説明したような検出部１ａ〜１ｅのいずれかが多数配設されたバイオアッセイ用基板１０の一実施形態を示す図である。
【００７３】
このバイオアッセイ用基板１０の形状は、特に限定されないが、例えば、図示されたような円盤状をなす基板１１上に、規則的に検出部１ａ（代表例）を配列しておき、図示しない外部電源によって、各検出部１ａの電極群に通電可能とすることができる。
【００７４】
各検出部１ａの各反応領域２ａにおいては、物質間の相互作用に係わるアッセイを、必要なタイミングで高周波交流電界などの電解を形成して電場尾勾配を得ながら行うことができる。例えば、ＤＮＡチップは、前記バイオアッセイ用基板の一つである。
【００７５】
反応領域２ａ内で進行した相互作用の検出方法の一例を説明する。検出用物質ＤがＤＮＡプローブであり、標的物質がこのＤＮＡプローブと相補的な塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡの場合を例とすると、標的の一本鎖核酸の滴下と同時に又はハイブリダイゼーション後に、蛍光標識されたインターカレータを反応領域２ａ内に滴下し、このインターカレータを前記ハイブリダイゼーションにより得られた二本鎖核酸に挿入結合させる。
【００７６】
そして、所定波長の励起光を反応領域２ａに照射して得られる蛍光強度を、光ピックアップ手段を用いて検出する。即ち、インターカレータから発せられた蛍光の強度を検出し、検出用の核酸と標的核酸とのハイブリダイゼーションの状況を判断する。
【実施例】
【００７７】
反応領域に配置した対向電極のみにて電場勾配を形成し、該反応領域内に貯留された純水中でのＤＮＡの誘電泳動実験を行った。誘電泳動力は電場勾配の方向に、電場勾配の強度の自乗に比例して作用する。この力を積極的に利用することを目的として、対向電極間の距離（ギャップ）に変化をもたせたものを用いて実験を行った。本実験で使用した対向電極の構成は、図１に示された第１実施形態の構成に対応するものであり、絶縁膜を備える１５０ｎｍ厚のＩＴＯによって形成した。電極の電極間距離の最短部は１０μｍ、最長部は１００μｍである。なお、図８は、実験で採用した電極形状を透過化光で撮影した図面代用写真である。なお、この図面代用写真では、電極形状をわかりやすくするために、電極の外形線を加記している。
【００７８】
この構成において、対向電極に電位を与えたとき、反応領域には３次元的な電場が形成され、電場勾配は水平面内では電極間距離が変化する部分において、距離の広い方から狭い方へ生じる。また垂直方向には電極近傍ほど電場が密になると考えられる。
【００７９】
純水中に、蛍光色素Ｃｙ３-comp-per2(３０mer)を溶解して０．５μＭとし、超高圧水銀ランプにて励起し、フィルターを通して得られる電界印加前後での蛍光分布の変化を観察した。
【００８０】
図１０は、２０Ｖｐｐ、１ＭＨｚ、３０秒の電圧を通電した後の蛍光強度画像から通電前の蛍光強度画像を差し引いた図面代用写真である。なお、図１０において、ＩＴＯ電極の位置は蛍光画像では判断できないため、大まかに楕円にて位置を示した。また、この図１０を分かりやすくするため、蛍光像を強度に応じて着色した図と、さらに透過光で撮影した電極の像に着色した図を合成したものを図１１に示した。さらに、図１２には、純水中における電極間ギャップ中心軸上の蛍光強度分布と、電極間距離（gap distance）の値を示した図（グラフ）を提示した。
【００８１】
まず、図１０を観察すると、対向電極の狭小部にＤＮＡが集中してできる蛍光強度の高い部分が見られる。また、図１１、図１２から、純水中では、電極に勾配の存在する範囲では、電極間の距離が狭小な領域へと引き寄せられることが確認できる。なお、撮影像の高さ方向位置（合焦位置）は電極近傍直上である。本実験において印加電圧と周波数それぞれを２０Ｖｐｐ〜８０Ｖｐｐ、１〜３ＭＨｚの範囲で変化させたが、その全てにおいて上記のような現象が見られた。
【００８２】
本実験においては、純水中でのＤＮＡを対象としたが、誘電泳動は着目粒子とその周りの溶媒との誘電率、誘電損の相対的関係により力が励起される現象であるので、当然緩衝液中、塩を含む液中においても印加電圧、周波数を変更することにより同様の現象が起こると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、物質間の相互作用を検出する技術、特に、アッセイ過程において検出部位の洗浄作業が必要となる技術に有用である。好適には、ＤＮＡチップの製造技術やＤＮＡチップを用いたハイブリダイゼーション検出技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る物質間の相互作用検出部（以下「検出部」と略称。）の第１実施形態（符号１ａ）の構成を簡略に示す図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図を簡略に示す図である。
【図３】電極ｅ１−Ｅ１１間と電極ｅ１−Ｅ１２間に同時に電界を印加して、反応領域２ａに滴下等された検出用核酸（例えば、ＤＮＡプローブ）を固定化するときの検出部１ａの様子を示す図である。
【図４】本発明に係る検出部の第２実施形態（符合１ｂ）の形態を断面図で示す図である。
【図５】本発明に係る検出部の第３実施形態（符号１ｂ）の構成を簡略に示す図である。
【図６】本発明に係る検出部の第４実施形態（符号1ｄ）の構成を簡略に示す図である。
【図７】本発明に係る検出部の第５実施形態（符号１ｅ）の構成を簡略に示す図である。
【図８】検出部１ａ〜１ｅのいずれかが多数配設されたバイオアッセイ用基板１０の一実施形態を示す図である。
【図９】実験で採用した対向電極の形状を透過化光で撮影した図面代用写真である。
【図１０】２０Ｖｐｐ、１ＭＨｚ、３０秒の電圧を通電した後の蛍光強度画像から通電前の蛍光強度画像を差し引いた図面代用写真である。
【図１１】蛍光像を強度に応じて着色した図と、さらに透過光で撮影した電極の像に着色した図を合成した図面代用写真である。
【図１２】純水中における電極間ギャップ中心軸上の蛍光強度分布と、電極間距離の値を示した図（グラフ）である。
【符号の説明】
【００８５】
１ａ〜１ｅ  物質間の相互作用検出部
２ａ〜２ｅ  反応領域
Ｅ１１−Ｅ１２、Ｅ２１−Ｅ２２、Ｅ３１−Ｅ３２、Ｅ４１−Ｅ４２、Ｅ５１−５２  対向電極
ｅ１、ｅ１１  （固定部として機能する）電極
Ｆ  固定部
Ｕ  電場勾配の方向を示す矢印
Ｚ  模式的な電気力線
【図１】
2005351686.tif 000003
【図２】
2005351686.tif 000004
【図３】
2005351686.tif 000005
【図４】
2005351686.tif 000006
【図５】
2005351686.tif 000007
【図６】
2005351686.tif 000008
【図７】
2005351686.tif 000009
【図８】
2005351686.tif 000010
【図９】
2005351686.tif 000011
【図１０】
2005351686.tif 000012
【図１１】
2005351686.tif 000013
【図１２】
2005351686.tif 000014