(57)【要約】【課題】蛍光検出の精度を向上させることが可能なＤＮＡアレイを提供する。【解決手段】  複数の区画９ａ、９ｂ、９ｃのそれぞれに所定のピッチで一方向に配列された複数のスポット８を表面に有する基板３と、複数のスポット８に固定され、複数の区画９ａ、９ｂ、９ｃのそれぞれにおいては、同一の塩基配列を有し、複数の区画９ａ、９ｂ、９ｃの間では、互いに異なる塩基配列を有するＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、７ｃとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の区画のそれぞれに所定のピッチで一方向に配列された複数のスポットを表面に有する基板と、
前記複数のスポットに固定され、前記複数の区画のそれぞれにおいては、同一の塩基配列を有し、前記複数の区画の間では、互いに異なる塩基配列を有するＤＮＡプローブとを備えることを特徴とするＤＮＡアレイ。
【請求項２】
前記ピッチが、前記複数の区画の全体で一定であることを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡアレイ。
【請求項３】
前記複数の区画の中の一区画に配列された複数のスポットのピッチが、前記複数のスポットの配列方向に直交する方向に隣接する区画に配列された複数のスポットのピッチとは異なることを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡアレイ。
【請求項４】
前記複数のスポットが、互いに接して配列されることを特徴とする請求項１に記載のＤＮＡアレイ。
【請求項５】
前記基板が回転中心を有し、前記複数のスポットは、前記回転中心を中心とする同心円状又は螺旋状のトラックに沿って配列されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＤＮＡアレイ。
【請求項６】
前記基板が、透明な第１及び第２基材の間に、前記複数のスポットのそれぞれに対応する位置に反射マークが形成された反射膜を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＤＮＡアレイ。
【請求項７】
基板の表面に所定のピッチで配列されたスポットに固定された同一の塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブに、蛍光標識が付加されたサンプルＤＮＡを結合させたＤＮＡアレイと、
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれに前記蛍光標識を励起する励起光を照射する光源、前記複数のＤＮＡプローブから発生する蛍光を検出する蛍光検出器を含む蛍光検出部と、
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれが一定の移動速度で順次移動するように、前記ＤＮＡアレイ及び前記蛍光検出部の少なくとも一方を制御する制御部と、
前記ピッチ及び前記移動速度で規定される周波数を用いて、前記複数のＤＮＡプローブからの蛍光を順次検出して取得された電気信号を抽出する信号処理部
とを備えることを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項８】
前記励起光の照射位置と前記蛍光の検出位置とが、離間していることを特徴とする請求項７に記載の蛍光検出装置。
【請求項９】
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれは、前記蛍光標識の蛍光寿命以下の時間で前記照射位置と前記検出位置との間を移動することを特徴とする請求項８に記載の蛍光検出装置。
【請求項１０】
前記蛍光標識が、希土類元素を含む蛍光体であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の蛍光検出装置。
【請求項１１】
前記基板が、回転中心を有し、前記スポットが、前記回転中心を中心とする同心円状又は螺旋状のトラックに沿って配列されることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の蛍光検出装置。
【請求項１２】
他の蛍光標識が付加されたサンプルＤＮＡを結合させた複数の他のＤＮＡプローブが、前記ＤＮＡアレイの他のスポットに固定され、
前記光源が、前記他の蛍光標識を励起する、前記励起光とは異なる波長の励起光を更に照射することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の蛍光検出装置。
【請求項１３】
前記基板が、透明な第１及び第２基材の間に、前記複数のスポットのそれぞれに対応する位置に反射マークが形成された反射膜を有し、
前記基板の裏面を介して前記反射マークに光を照射して反射光を検出する位置検出部を更に備え、
前記信号処理部が、検出された前記反射光の位置信号から取得される周波数及び位相を用いて、前記電気信号を抽出することを特徴とする請求項７〜１２のいずれか１項に記載の蛍光検出装置。
【請求項１４】
基板表面の複数の区画の中の一区画に所定のピッチで一方向に配列されたスポットに、同一の塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブを固定するステップと、
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれに、蛍光標識が付加されたサンプルＤＮＡを結合させるステップと、
前記蛍光標識を励起する励起光を前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれに一定の移動速度で順次移動させながら照射するステップと、
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれから発生する蛍光を順次検出するステップと、
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれが順次一定の移動速度で移動するように、前記ＤＮＡアレイ及び前記蛍光検出部の少なくとも一方を制御するステップと、
前記ピッチ及び前記移動速度で規定される周波数を用いて、前記複数のＤＮＡプローブからの蛍光を順次検出するステップと、
前記ピッチ及び前記移動速度で規定される周波数を用いて、順次検出された前記蛍光の電気信号を抽出するステップ
とを含むことを特徴とする蛍光検出方法。
【請求項１５】
前記励起光の照射位置と前記蛍光の検出位置とが、離間していることを特徴とする請求項１４に記載の蛍光検出方法。
【請求項１６】
前記複数のＤＮＡプローブのそれぞれは、前記蛍光標識の蛍光寿命以下の時間で前記照射位置と前記検出位置との間を移動することを特徴とする請求項１５に記載の蛍光検出方法。
【請求項１７】
前記スポットが、前記基板の回転中心を中心とする同心円状又は螺旋状のトラックに沿って配列され、前記基板を回転させながら、前記励起光の照射及び前記蛍光の検出を行うことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の蛍光検出方法。
【請求項１８】
前記基板が、透明な第１及び第２基材の間に、前記複数のスポットのそれぞれに対応する位置に反射マークが形成された反射膜を有し、
前記蛍光を順次検出しながら、前記基板の裏面を介して前記反射マークに順次光を照射して反射光を検出するステップを更に備え、
順次検出された前記反射光の位置信号から取得される周波数及び位相を用いて、前記電気信号を抽出することを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の蛍光検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＮＡアレイ、蛍光検出装置及び蛍光検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、抗体、たんぱく質、糖鎖等のバイオ分子や、細胞等を支持体上に固定したバイオチッブが、バイオ分子の機能解析に用いられている。バイオチップ上のバイオ分子（プローブ）と特異的に相互作用する標的分子や化合物を、大量に、且つ同時並行的に分析することができる。代表的なものに、ＤＮＡチップがある。ＤＮＡチップは、ＤＮＡマイクロアレイとも呼ばれている（以下、ＤＮＡアレイと総称する。）。
【０００３】
ＤＮＡアレイは、マイクロアレイ技術によって所定のＤＮＡが微細配列された集積基板である。現在、ＤＮＡアレイは、遺伝子の突然変異、一塩基多型（ＳＮＰｓ）分析、遺伝子発現頻度解析等のバイオアッセイに利用されており、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。
【０００４】
ＤＮＡアレイの作製方法や測定方法については、例えば、特許文献１で提案されている。通常、ＤＮＡアレイは、ＤＮＡプローブの1つである所定の塩基配列を有するオリゴヌクレオチド（ＤＮＡ断片）を適当な間隔で、板状の支持体にスポット状に固定化したものである。一つのスポットの大きさは、２０μｍ〜２００μｍ程度であり、一つのスポット内には、数百万本程度の同一のオリゴヌクレオチドが固定化されている。固定化される各オリゴヌクレオチドの塩基数は、２０程度であることが一般的である。支持体としては、ガラス基体、シリコン（Ｓｉ）基体、樹脂基体が用いられている。
【０００５】
一つのＤＮＡアレイ全体では、このようなスポットは５０μｍ〜５００μｍの間隔でマトリクス状に配列されている。各スポットに含まれるオリゴヌクレオチドは、スポット毎に互いに異なる塩基配列を有している。
【０００６】
基板上にオリゴヌクレオチドを固定化する方法としては、基板上で一層ずつ、オリゴヌクレオチドを合成させながら固定化する方法と、あらかじめ別途合成させておいたオリゴヌクレオチドを基板上に固定化する方法がある。前者の方法における代表的な技術は、フォトリソグラフィ技術である。また、後者の方法には、メカニカルマイクロスポッティング技術がある。インクジェット技術はどちらの方法にも使用される。
【０００７】
ＤＮＡアレイによる解析手法の一例を簡潔に説明する。まず、基板上にＤＮＡプローブを固定化する。細胞、組織等から抽出したメッセンジャリボ核酸（ｍＲＮＡ）を逆転写ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）等によって蛍光標識デオキシリボヌクレオチド三リン酸（ｄＮＴＰ）を組み込みながらＰＣＲ増幅し、固定化されたＤＮＡプローブに対して、基板上においてハイブリダイゼーションを行う。その後、所定の検出器により、ハイブリダイゼーションされたＤＮＡプローブの蛍光測定を行うというものである。
【０００８】
しかし、ＤＮＡプローブで検出すべき蛍光量は、他の細胞や組織を検出対象とした蛍光量に比較して非常に微量であることが知られている。したがって、微量の蛍光を高精度で検出する必要がある。そのための蛍光読み取り装置としては、共焦点レーザ顕微鏡を使用してＤＮＡアレイ上を２次元走査して測定する方式が一般的である。以下に、共焦点レーザ顕微鏡での光検出原理を説明する。
【０００９】
ハイブリダイゼーションさせるサンプルＤＮＡに組み込まれた蛍光標識を効率よく励起するための波長の励起光が、レーザ素子からハーフミラー及び対物レンズを介して、ＤＮＡアレイのＤＮＡプローブのスポットに照射される。そして、スポットに照射された励起光により発光した蛍光は、対物レンズ及び集光レンズを介してピンホールに焦点を結ぶ。その後、蛍光の波長のみを通過させるフィルターを通して、光検出素子で蛍光のみが検出される。この光学系は、ピンホールにより共焦点方式であるため、外乱光によるノイズの除去ができ、高い信号雑音（ＳＮ）比で測定することができる。
【００１０】
しかし、共焦点レーザ顕微鏡では、１度に５μｍ〜１００μｍ程度の径の一つのスポット領域しか測定できない。そのため、ＤＮＡアレイ、あるいは、顕微鏡ヘッドを２次元走査して、ＤＮＡアレイ全体を測定する。例えば、ＤＮＡアレイの載ったステージをＸとＹの２軸方向に走査することで実現する。典型的な走査時間は、２０ｍｍ×６０ｍｍの領域を１０μｍの解像度でスキャンした場合、測定には５分〜１５分程度必要である。
【００１１】
測定されたＤＮＡアレイ上の蛍光強度分布は２次元の画像データとして出力される。この際、画像判定を容易にするために、擬似色付け処理が行われる場合もある。出力された画像内で蛍光強度が大きいスポットは、検体中にオリゴヌクレオチドの配列と相補的なヌクレオチド配列が含まれていることを示している。このようにして、スポットの蛍光強度により、検体の遺伝子の注目部位でのヌクレオチド配列を知ることができる。
【００１２】
被処理ターゲット物質数の増大、並びに検出精度及び検出速度の向上を図るために、ディスク基板をＤＮＡチップ技術に適用することが提案されている（特許文献２及び３参照）。ディスク基板を用いたＤＮＡ解析では、ディスク基板を回転させながら、励起光を微小セルに照射する。励起光の照射により蛍光標識から発生する蛍光を、光検出器で検出する。検出された蛍光の発光位置から、ターゲットＤＮＡとハイブリダイゼーションしたプローブＤＮＡを特定する。
【００１３】
ディスク基板状のＤＮＡアレイを用いたＤＮＡ解析では、ディスク基板を回転させながら相互反応を行わせるとともに、ディスク基板を高速回転させて蛍光検出を行うことができる。そのため、解析装置を簡易化することができるとともに、検出速度の向上を図ることができる。ディスク基板を用いるＤＮＡ解析においても、蛍光検出には共焦点レーザ顕微鏡が用いられる。したがって、外乱光によるノイズの除去ができ、プローブＤＮＡの蛍光を高いＳＮ比で測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１１−３１５０９５号公報
【特許文献２】特開２００１−２３８７６４号公報
【特許文献３】特開２００５−１４７６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のように、ディスク基板を用いることにより、従来の２次元走査方式に比べて高速の測定が可能となる。しかし、ディスク基板を用いる方式でも、蛍光検出には従来の２次元走査方式と同様に共焦点レーザ顕微鏡が用いられる。そのため、外乱光によるノイズの除去はできるが、蛍光検出の感度の更なる向上は望めない。
【００１６】
蛍光標識を付けたサンプルＤＮＡを結合させたＤＮＡアレイに光を照射した際に発生する蛍光には、目的のサンプルＤＮＡの蛍光標識から発生する蛍光の他に、ＤＮＡアレイ基板自体から発生する蛍光も含まれる。また、ハイブリダイゼーションしたあとに、結合しなかったサンプルＤＮＡを除去するためにＤＮＡアレイを水洗するが、スポット以外の部分に微量のサンプルＤＮＡが残ってしまう。このようなスポット以外から発生する蛍光がバックグラウンドとなり、目的とする蛍光の検出の精度が悪くなるという問題がある。
【００１７】
本発明の目的は、蛍光検出の精度を向上させることが可能なＤＮＡアレイ、蛍光検出装置及び蛍光検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、複数の区画のそれぞれに所定のピッチで一方向に配列された複数のスポットを表面に有する基板と、複数のスポットに固定され、複数の区画のそれぞれにおいては、同一の塩基配列を有し、複数の区画の間では、互いに異なる塩基配列を有するＤＮＡプローブとを備えるＤＮＡアレイが提供される。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、基板の表面に所定のピッチで配列されたスポットに固定された同一の塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブに、蛍光標識が付加されたサンプルＤＮＡを結合させたＤＮＡアレイと、複数のＤＮＡプローブのそれぞれに蛍光標識を励起する励起光を照射する光源、複数のＤＮＡプローブから発生する蛍光を検出する蛍光検出器を含む蛍光検出部と、複数のＤＮＡプローブのそれぞれが一定の移動速度で順次移動するように、ＤＮＡアレイ及び蛍光検出部の少なくとも一方を制御する制御部と、ピッチ及び移動速度で規定される周波数を用いて、複数のＤＮＡプローブからの蛍光を順次検出して取得された電気信号を抽出する信号処理部とを備える蛍光検出装置が提供される。
【００２０】
本発明の第３の態様によれば、基板表面の複数の区画の中の一区画に所定のピッチで一方向に配列されたスポットに、同一の塩基配列を有する複数のＤＮＡプローブを固定するステップと、複数のＤＮＡプローブのそれぞれに、蛍光標識が付加されたサンプルＤＮＡを結合させるステップと、蛍光標識を励起する励起光を複数のＤＮＡプローブのそれぞれに一定の移動速度で順次移動させながら照射するステップと、複数のＤＮＡプローブのそれぞれから発生する蛍光を順次検出するステップと、複数のＤＮＡプローブのそれぞれが順次一定の移動速度で移動するように、ＤＮＡアレイ及び蛍光検出部の少なくとも一方を制御するステップと、ピッチ及び移動速度で規定される周波数を用いて、複数のＤＮＡプローブからの蛍光を順次検出するステップと、ピッチ及び移動速度で規定される周波数を用いて、順次検出された蛍光の電気信号を抽出するステップとを含む蛍光検出方法が提供される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、蛍光検出の精度を向上させることが可能なＤＮＡアレイ、蛍光検出装置及び蛍光検出方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＤＮＡアレイの一例を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光検出装置の一例を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光検出装置の信号処理部の一例を示す概略図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る蛍光検出装置の蛍光検出の一例を示す概略図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係るＤＮＡアレイのスポット配列の他の例を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係るＤＮＡアレイのスポット配列の他の例を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光検出装置の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光検出装置の蛍光検出及び位置検出の一例を示す概略図である。
【図９】本発明のその他の実施の形態に係るＤＮＡアレイの一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、装置やシステムの構成等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの構成等が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２４】
又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係るＤＮＡアレイ１は、図１に示すように、ディスク状の基板３、及びスポット８に固定されたＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃ、・・・を備える。基板３は、支持孔５、及び支持孔５を中心とする同心円状の複数のトラックに沿って所定のピッチで配列された複数のスポット８を有する。基板３は、支持孔５を回転中心として回転方向Ｒに回転可能である。基板３として、シリコン（Ｓｉ）、ガラス、樹脂等が用いられる。なお、支持孔５を中心とする螺旋状のトラックに複数のスポット８を配列してもよい。
【００２６】
各トラックには、複数の区画９ａ、９ｂ、・・・、９ｃ、・・・が設けられる。区画９ａ、９ｂ、・・・、９ｃ、・・・のそれぞれに含まれる複数のスポット８には、同一の塩基配列を有するＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃ、・・・が固定される。ＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃ、・・・は、互いに異なる塩基配列を有する。
【００２７】
ＤＮＡアレイ１を用いる分析では、ターゲットであるサンプルＤＮＡをＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃのいずれかと特異的に反応させてハイブリダイゼーションを行う。特異的に反応したサンプルＤＮＡは、サンプルＤＮＡに付加された蛍光標識からの蛍光を用いて検出される。
【００２８】
従来のＤＮＡアレイにおいては、スポット毎に互いに異なる塩基配列を有するＤＮＡプローブが固定されている。ＤＮＡプローブに励起光を照射して発生する蛍光には、ターゲットのサンプルＤＮＡの蛍光標識だけでなく、ＤＮＡアレイの基板から発生する自家蛍光もバックグランドとして含まれる。更に、ハイブリダイゼーションで反応しなかったサンプルＤＮＡが、洗浄後にもスポット以外の部分に残留し、バックグランドの蛍光として検出される。したがって、特異的に反応したサンプルＤＮＡの蛍光の検出精度が劣化する。
【００２９】
第１の実施の形態に係るＤＮＡアレイ１のＤＮＡプローブは、複数の区画９ａ、９ｂ、・・・、９ｃのそれぞれでは、同一の塩基配列を有し、複数の区画９ａ、９ｂ、・・・、９ｃのそれぞれの間では、互いに異なる塩基配列を有する。例えば、サンプルＤＮＡが、区画９ａに固定されたＤＮＡプローブ７ａと特異的に反応したとすると、連続して配列された複数のＤＮＡプローブ７ａにおいて、サンプルＤＮＡに付加された蛍光標識からの蛍光が検出される。複数のＤＮＡプローブ７ａが一定速度で順次移動するようにＤＮＡアレイ１を回転させながら励起光を照射して蛍光を検出すると、順次検出された蛍光は、ＤＮＡプローブ７ａのピッチと移動速度とで規定される周波数を有する交流信号となる。
【００３０】
一方、基板３からの自家蛍光は、ほぼ直流的な信号である。また、スポット８以外の部分にランダムに残留したサンプルＤＮＡからの蛍光は、ＤＮＡプローブ７ａから順次検出された蛍光の電気信号とは異なる周波数の信号になりやすい。したがって、ＤＮＡプローブ７ａと結合したサンプルＤＮＡからの蛍光の電気信号を選択的に抽出することができ、蛍光検出の精度及び感度を実質的に向上させることができる。
【００３１】
第１の実施の形態に係る蛍光検出装置は、図２に示すように、ＤＮＡアレイ１、蛍光検出部１０、駆動部２８、制御部２６、周波数設定部２４、信号処理部２０、出力部２２を備える。ＤＮＡアレイ１は、図１に示したように、複数の区画９ａ、９ｂ、・・・、９ｃのうち、例えば、区画９ａに一定のピッチで配列されたスポット８に固定された複数のＤＮＡプローブ７ａに対して、蛍光標識が付加されたサンプルＤＮＡが結合されている。
【００３２】
蛍光検出部１０は、光源１２、照射光学系１４、検出光学系１６、及び検出器１８を備える。光源１２は、照射光学系１４を介して、複数のＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃのそれぞれに、サンプルＤＮＡに付加された蛍光標識を励起する一定光量の励起光Ｌｂを照射する。検出器１８は、検出光学系１６を介して、複数のＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃから発生する蛍光Ｆｒを検出して電気信号に変換する。
【００３３】
光源１２として、半導体レーザダイオード（ＬＤ）や半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子が用いられる。検出器１８として、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオード等の半導体光検出器や、光電子増倍管等が用いられる。
【００３４】
駆動部２８は、図１に示したＤＮＡアレイ１の支持孔５をスピンドル３０に保持して回転させる。制御部２６は、同一トラック上のスポット８に固定された複数のＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃのそれぞれが一定の移動速度で順次移動するように、駆動部２８によるＤＮＡアレイ１の回転速度、及びＤＮＡアレイ１の同心円状の各トラックに対する蛍光検出部１０のトラッキングを制御する。周波数設定部２４は、複数のＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃの配列ピッチ及び移動速度により規定される周波数を設定する。なお、同一トラックのＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃの移動速度は、トラックの半径及び回転速度で規定される。
【００３５】
信号処理部２０は、周波数設定部２４で取得された周波数を用いて、検出器１８により複数のＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃからの蛍光を順次検出して取得された電気信号を抽出する。例えば、信号処理部２０は、図３に示すように、コンデンサ４０、増幅回路４２、フィルタ回路４４を備える。図２に示す検出器１８からの電気信号が、信号処理部２０の入力信号となる。フィルタ回路４４は周波数可変フィルタであり、周波数設定部２４で設定された周波数信号を取得して、通過させる周波数帯域を設定する。出力部２２は、信号処理部２０から出力された信号を取得する。
【００３６】
例えば、制御部２６の制御に基づいて駆動部２８により、ＤＮＡアレイ１が一定の回転速度で回転方向Ｒに回転する。図４に示すように、蛍光検出部１０の光源１２から励起光が照射される照射位置と、検出器１８で蛍光が検出される検出位置とは、ＤＮＡアレイ１の一トラック上において距離Ｄで離間して配置されている。一定ピッチで配列された複数のＤＮＡプローブ７は順次回転方向Ｒに移動しながら、照射位置で光源１２の励起光により励起される。励起された複数のＤＮＡプローブ７は順次回転方向Ｒに移動しながら、検出位置で検出器１８により蛍光が検出される。複数のＤＮＡプローブ７から順次検出された蛍光は、強度が時間的に変動する交流信号である。したがって、検出器１８により変換された電気信号は、ピッチ及び回転速度で規定される周波数を有する交流信号となる。検出器１８からの電気信号は、信号処理部２０に入力される。
【００３７】
信号処理部２０の入力信号は、直流成分がコンデンサ４０を通して除去され、増幅回路４２に送られる。増幅回路４２で増幅された信号は、フィルタ回路４４に送られ、設定された周波数帯域の信号だけを出力信号として抽出する。例えば、信号処理部２０により、複数のＤＮＡプローブ７ａに付加された蛍光標識からの蛍光の電気信号が、選択的に抽出された場合、出力部２２に含まれる表示装置（図示省略）において、蛍光が検知されたＤＮＡプローブ７ａ及び区画９ａが表示される。
【００３８】
例えば、区画９ａが配置されたトラックの半径を５０ｍｍ、ＤＮＡプローブ７ａの配列のピッチを０．１ｍｍ、区画９ａ内の同じ塩基配列であるＤＮＡプローブ７ａの数が１０個、ＤＮＡアレイ１の回転速度を３６００ｒｐｍとする。この場合、検出器１８で検出される蛍光の信号は、約１９０ｋＨｚの周波数を有する。したがって、フィルタ回路４４の通過周波数帯域を、約１７０ｋＨｚ〜約２１０ｋＨｚの範囲に設定すればよい。
【００３９】
第１の実施の形態によれば、検出された蛍光は、ＤＮＡプローブ７ａのピッチと移動速度とで規定される周波数を有する交流電気信号に変換される。一方、光源１２の励起光は光量が一定であるので、基板３からの自家蛍光は、ほぼ直流的な信号である。また、スポット８以外の部分にランダムに残留したサンプルＤＮＡからの蛍光は、ＤＮＡプローブ７ａから順次検出された蛍光の電気信号とは異なる周波数の信号になりやすい。したがって、フィルタ回路４４をＤＮＡプローブ７ａのピッチと移動速度とで規定される周波数に設定することにより、目的とする電気信号を選択的に抽出することができる。その結果、蛍光検出の精度及び感度を実質的に向上させることができる。
【００４０】
また、光源１２の照射位置と検出器１８の検出位置は、離間している。そのため、光源１２の励起光が基板３の表面から反射して直接検出器１８に入射することを防止することができる。したがって、検出光学系１６等に励起光を遮断するフィルタ等を省略することができる。なお、励起光の迷光を遮断してより高いＳＮ比の電気信号を得るため、励起光遮断フィルタを設置してもよい。
【００４１】
なお、上述のように、ＤＮＡプローブ７ａ、７ｂ、・・・、７ｃを固定するスポット８が配列されたトラックについて説明した。しかし、異なるトラックにおいては、それぞれ半径が異なる。全トラックにおいて同一ピッチでスポット８が配列される場合は、フィルタ回路４４に対して、トラック毎にトラック半径に応じて異なる周波数を設定する必要がある。それに対して、各トラックに配列されるスポットの数を同一にすれば、フィルタ回路４４に対して、各トラックにおいて、設定周波数が同一となる。したがって、フィルタ回路４４として周波数可変フィルタを使用する必要はなく、回路構成を簡単にすることができる。
【００４２】
また、各ＤＮＡプローブ７は、図４に示した光源１２の照射位置と検出器１８の検出位置との間の距離Ｄを、ＤＮＡプローブ７に付加された蛍光標識に用いる蛍光体の蛍光寿命以下の時間で移動する必要がある。例えば、検出するトラックの半径が５０ｍｍ、照射位置と検出位置との距離Ｄが１０ｍｍ、ＤＮＡアレイ１の回転速度を３６００ｒｐｍとする。この場合、ＤＮＡプローブ７が距離Ｄを移動する時間は、約０．５ｍ秒である。したがって、蛍光標識の蛍光寿命としては、約１ｍ秒あればよい。従来使用されているシアニン蛍光色素等は、蛍光寿命がｎ秒レベルと短い。一方、ユウロピウム（Ｅｕ）、テルビウム（Ｔｂ）等の希土類元素を含む蛍光体は、蛍光寿命がｍ秒レベルと長く、蛍光標識として使用可能である。例えば、Ｅｕ（III）錯体を用いる蛍光体は、波長が約３００ｎｍ〜約４００ｎｍの励起光で、波長が約６１６ｎｍの蛍光を発し、蛍光寿命は約１ｍ秒である。
【００４３】
また、ＤＮＡプローブ７は、互いに離間して配列されている。しかし、図５に示すように、ＤＮＡプローブ７が互いに接するように配列してもよい。この場合、交流電気信号の振幅は小さくなるが、ＤＮＡアレイ１により多くのＤＮＡプローブ７を配列することができる。
【００４４】
また、図６に示すように、複数のスポット８ｉ、８ｊの配列方向に直交する方向に隣接するトラックにおいて、それぞれの配列のピッチＰｉ、Ｐｊは互いに異なることが望ましい。隣接トラック間の半径の差は小さいので、異なるピッチＰｉ、Ｐｊで配列することにより、隣接するトラックからの蛍光を除去することができる。例えば、スポット８ｉのピッチＰｉに比べて１．５倍のピッチＰｊでスポット８ｊを配列する。スポット８ｉに固定されたＤＮＡプローブ７ｉからの蛍光信号の周波数に対して、スポット８ｊに固定されたＤＮＡプローブ７ｊからの蛍光信号の周波数は約１．５倍になる。フィルタ回路４４により、ＤＮＡプローブ７ｉ、７ｊからのそれぞれの蛍光信号を容易に分離することができる。その結果、隣接するトラックからの蛍光信号を除去でき、高感度で、高いＳＮ比で蛍光検出することが可能となる。
【００４５】
また、ＤＮＡアレイ１を２色解析法に用いることもできる。この場合、異なる波長の励起光で励起される２種類の蛍光標識がサンプルＤＮＡに付加される。したがって、光源１２には、異なる波長の励起光を発する２つのレーザ素子等が含まれる。２種類の蛍光標識からの蛍光の検出感度を向上させるために、それぞれの蛍光の波長の２種類の光学フィルタを検出光学系１６に設置して別々に蛍光を検出することが望ましい。更に、２種類の光学フィルタのそれぞれを透過した蛍光を検出する検出素子を別々に設けてもよい。
【００４６】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係る蛍光検出装置は、図７に示すように、ＤＮＡアレイ１ａ、位置検出部６０、蛍光検出部１０、駆動部２８、制御部２６、周波数設定部２４ａ、信号処理部２０、出力部２２を備える。ＤＮＡアレイ１ａの基板３ａは、図８に示すように、第１基材５０、反射膜５２、及び第２基材５４を有する。第１及び第２基材５０、５４は、樹脂やガラス等の透明基材である。反射膜５２は、アルミニウム等の金属膜であり、複数のスポットのそれぞれに対応する位置に一定の深さを有する凹状の反射マーク５６が形成される。位置検出部６０は、反射マーク５６の検出位置を蛍光検出部１０の蛍光検出位置に合わせるように配置される。
【００４７】
位置検出部６０は、図８に示すように、ＤＮＡアレイ１ａの裏面側に配置され、光源６２、集光レンズ６４、ハーフミラー６６、対物レンズ６８、集光レンズ７０、及び検出器７２を備える。例えば、光源６２には、レーザ素子等が用いられる。検出器７２には、フォトダイオード等が用いられる。
【００４８】
第２の実施の形態では、ＤＮＡアレイ１ａの基板３ａが、第１及び第２基材５０、５４と反射膜５２を備え、位置検出部６０が、ＤＮＡアレイ１ａの裏面側に配置される点が第１の実施の形態と異なる。他の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００４９】
位置検出部６０の光源６２から発したレーザ光は、集光レンズ６４、ハーフミラー６６、対物レンズ６８を介してＤＮＡアレイ１ａの基板３ａの裏面に照射される。レーザ光は、透明な第２基材５４を通って反射膜５２で反射される。反射光は、対物レンズ６８、ハーフミラー６６、集光レンズ７０を介して検出器７２で検出される。
【００５０】
光源６２のレーザ光は、ＤＮＡアレイ１ａの反射膜５２に形成された反射マーク５６への入射光と反射光とが互いに干渉して反射強度が減少する波長を有する。ＤＮＡアレイ１ａを一定の回転速度で回転方向Ｒに回転させて、蛍光検出部１０によりＤＮＡアレイ１ａの表面に配列されたＤＮＡプローブ７の蛍光が順次検出される。蛍光検出を行いながら、同時にＤＮＡアレイ１ａの裏面側から位置検出部６０により蛍光が検出されるＤＮＡプローブ７の位置が順次検出される。
【００５１】
例えば、位置検出部６０の光源６２の照射位置が反射マーク５６に合うと、レーザ光の反射強度が減少する。反射マーク５６は、ＤＮＡプローブ７と同じピッチで配列されているので、検出器７２では、検出された反射レーザ光は、蛍光検出部１０の検出器１８で検出される蛍光の電気信号と同じ周波数及び位相を有する位置信号に変換される。
【００５２】
図７に示した制御部２６は、駆動部２８の回転速度、蛍光検出部１０及び位置検出部６０のトラッキング等の制御を行う。周波数設定部２４ａは、制御部２６を介して位置検出部６０で得られた位置信号の周波数及び位相を取得して、図４に示した信号処理部２０のフィルタ回路４４の周波数及び位相を設定する。フィルタ回路４４により、蛍光検出部１０で検出された電気信号の中から、設定された周波数及び位相を有する信号が蛍光信号として抽出される。
【００５３】
第２の実施の形態では、ＤＮＡプローブ７に対応して反射マーク５６をＤＮＡアレイ１ａに設けている。蛍光検出部１０による蛍光検出に合わせて、位置検出部６０により反射マーク５６の位置検出を行うことにより、蛍光信号と同じ周波数及び位相を有する位置信号を得ることができる。その結果、位置信号を用いてフィルタ回路４４の周波数及び位相が設定され、ＤＮＡプローブ７からの蛍光信号を高い感度、且つ高いＳＮ比で抽出することが可能となる。
【００５４】
なお、信号処理部２０として、ロックインアンプを用いてもよい。位置信号の周波数及び位相をロックインアンプの参照信号として用いることにより、同じ周波数で同じ位相を有する電気信号を蛍光信号として、より高感度、且つ高ＳＮ比で抽出することができる。
【００５５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５６】
本発明の第１及び第２の実施の形態においては、ＤＮＡアレイ１はディスク状の基板３を用いている。しかし、基板の形状は限定されない。例えば、図９に示すように、ＤＮＡアレイ１ｂを矩形状の基板３ｂを用いて構成してもよい。ＤＮＡプローブ７を固定する複数のスポット８は、基板３ｂ上に互いに直交する方向に２次元的に配列される。ＤＮＡアレイ１ｂ及び蛍光検出部１０の少なくとも一方をスポット８の配列と同じ走査方向Ｓに繰り返し走査すればよい。例えば、走査方向ＳでのＤＮＡプローブ７のピッチを０．１ｍｍ、走査速度を１００ｍｍ毎秒〜１０００ｍｍ毎秒とすれば、検出される蛍光信号の周波数は、１ｋＨｚ〜１０ｋＨｚとなる。
【００５７】
また、上述の蛍光検出装置による蛍光検出では、ＤＮＡアレイを用いているが、ＤＮＡ以外に、抗体、たんぱく質、糖鎖などのバイオ分子や、これらを有する細胞等をプローブとするバイオチップを用いてもよい。例えば、バイオ分子等を基板上にアレイ状に多数固定する。蛍光標識を付加した標的分子や化合物等を、アレイ上のそれぞれのバイオ分子と特異的に相互作用させる。このようなバイオチップを用いて、蛍光検出装置により蛍光検出を行えばよい。
【００５８】
また、第１及び第２の実施の形態では、励起光の照射位置と蛍光の検出位置は離間しているが、照射位置と検出位置が同じあってもよい。その場合、蛍光の波長のみ選択的に検出できるように、蛍光の波長帯域の光学フィルタ等を検出器１８に設置すればよい。例えば、蛍光検出部１０として、共焦点顕微鏡を用いてもよい。
【００５９】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１、１ａ、１ｂ…ＤＮＡアレイ
３、３ａ、３ｂ…基板
５…支持孔
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｉ、７ｊ…ＤＮＡプローブ
７ａ…ＤＮＡプローブ
７ｉ…ＤＮＡプローブ
７ｊ…ＤＮＡプローブ
８、８ｉ、８ｊ…スポット
９ａ、９ｂ、９ｃ…区画
１０…蛍光検出部
１２…光源
１４…照射光学系
１６…検出光学系
１８…検出器
２０…信号処理部
２２…出力部
２４、２４ａ…周波数設定部
２６…制御部
２８…駆動部
３０…スピンドル
４０…コンデンサ
４２…増幅回路
４４…フィルタ回路
５０…第１基材
５２…反射膜
５４…第２基材
５６…反射マーク
６０…位置検出部
６２…光源
６４…集光レンズ
６６…ハーフミラー
６８…対物レンズ
７０…集光レンズ
７２…検出器
【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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