(57)【要約】      （修正有）【課題】細胞・細菌を１個単位で検出し，さらに細胞・細菌の活動量・薬剤への応答を１個単位で測定することができるデバイスを提供する。【解決手段】細胞・細菌程度の大きさの区画を複数有し，特定の細菌に対する選択性を持たせるために，ドーナツ型の感応部２０１と円形の感応部２０２の間を特定の細菌に対する抗体２０５で修飾した。感応部２０１はセンサチップ内の計測部２０３に，感応部２０２はセンサチップ内の計測部２０４に配線で接続されている。計測は交流インピーダンス測定もしくは直流の酸化還元電流測定を用いて、交流インピーダンスの変化もしくは酸化還元電流の変化として細菌を検出できる。【選択図】図３
2013220066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と，
前記基板の表面に設けられた複数の区画と，
前記複数の区画に設けられた複数種類の感応部と，
前記複数種類の感応部にそれぞれ接続された複数の検出部と
を有することを特徴とするセンサチップ。
【請求項２】
請求項１記載のセンサチップにおいて，前記区画は測定対象程度の大きさであることを特徴とするセンサチップ。
【請求項３】
請求項２記載のセンサチップにおいて，前記測定対象は細胞又は細菌であることを特徴とするセンサチップ。
【請求項４】
請求項２記載のセンサチップにおいて，前記複数の感応部のうち一つは前記測定対象の有無を検知する検出部に接続されていることを特徴とするセンサチップ。
【請求項５】
請求項１記載のセンサチップにおいて，前記区画は前記基板上に設けられたウェルであることを特徴とするセンサチップ。
【請求項６】
請求項１記載のセンサチップにおいて，前記複数の感応部は一方が他方を包含するように配置されていることを特徴とするセンサチップ。
【請求項７】
請求項１記載のセンサチップにおいて，前記複数の感応部はそれぞれ形状が異なることを特徴とするセンサチップ。
【請求項８】
請求項１記載のセンサチップにおいて，前記感応部は，貴金属，カーボン，酸化膜，窒化膜，又はイオン感応膜を備えることを特徴とするセンサチップ。
【請求項９】
請求項１記載のセンサチップにおいて，前記検出部は，交流インピーダンス計測部，直流酸化還元電流計測部，又は電位計測部であることを特徴とするセンサチップ。
【請求項１０】
請求項３記載のセンサチップにおいて，前記区画は少なくとも一部が前記測定対象を捕捉するための抗体で修飾されていることを特徴とするセンサチップ。
【請求項１１】
基板の表面に複数の区画が設定され，各区画に測定対象の有無を検知するための第１の感応部と基質の代謝物を測定するための第２の感応部とが設けられたセンサチップ上に，測定対象を含む溶液を導入する工程と，
前記第１の感応部により各区画における測定対象の有無を検知する工程と，
前記センサチップ上に基質を導入する工程と，
前記第２の感応部により前記測定対象による前記基質の代謝物を測定する工程と
を有することを特徴とする測定方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の測定方法において，前記測定対象は細胞又は細菌であり，前記区画は少なくとも一部が前記測定対象を捕捉するための抗体で修飾されていることを特徴とする測定方法。
【請求項１３】
基板の表面に複数のウェルが形成され，各ウェルにビーズの有無を検知するための第１の感応部と基質の代謝物を測定するための第２の感応部とが設けられたセンサチップ上に第１の酵素が固定化された第１のビーズを含む溶液を導入する工程と，
各ウェルの前記第１の感応部により前記第１のビーズの有無を検知する工程と，
ウェルに入らなかった余剰の前記第１のビーズを除去する工程と，
前記第１のビーズが検知されたウェルと前記第１の酵素とを対応付けて記憶する工程と，
前記センサチップ上に，第２の酵素が固定化された第２のビーズを含む溶液を導入する工程と，
ウェルに入らなかった余剰の前記第２のビーズを除去する工程と，
前記第１のビーズが検知されたウェルを除く各ウェルにおいて，前記第１の感応部により前記第２のビーズの有無を検知する工程と，
前記第２のビーズが検知されたウェルと前記第２の酵素とを対応付けて記憶する工程と，
前記センサチップ上に検体と基質の混合物を導入する工程と，
前記第２の感応部により前記第１の酵素又は前記第２の酵素による反応産物を測定する工程と，
前記記憶したウェルと第１の酵素あるいは第２の酵素との対応関係を参照して，前記第２の感応部で測定した測定項目に関する情報を得る工程と，
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項１４】
基板の表面に複数のウェルが形成され，各ウェルにビーズの有無を検知するための第１の感応部と基質の代謝物を測定するための第２の感応部とが設けられたセンサチップ上に第１の抗体が固定化された第１のビーズを含む溶液を導入する工程と，
各ウェルの前記第１の感応部により前記第１のビーズの有無を検知する工程と，
ウェルに入らなかった余剰の前記第１のビーズを除去する工程と，
前記第１のビーズが検知されたウェルと前記第１の抗体とを対応付けて記憶する工程と，
前記センサチップ上に，第２の抗体が固定化された第２のビーズを含む溶液を導入する工程と，
ウェルに入らなかった余剰の前記第２のビーズを除去する工程と，
前記第１のビーズが検知されたウェルを除く各ウェルにおいて，前記第１の感応部により前記第２のビーズの有無を検知する工程と，
前記第２のビーズが検知されたウェルと前記第２の抗体とを対応付けて記憶する工程と，
前記センサチップ上に測定対象物質を含む検体を導入し，前記測定対象物質を前記第１のビーズに固定化された前記第１の抗体あるいは前記第２のビーズに固定化された前記第２の抗体に捕捉させる工程と，
前記第１の抗体あるいは前記第２の抗体に捕捉された測定対象物質に，酵素標識された二次抗体を反応させる工程と，
前記二次抗体に標識された酵素と反応させるための基質を含む溶液を導入する工程と，
前記第２の感応部により前記酵素による反応産物を測定する工程と，
前記記憶したウェルと第１の抗体あるいは第２の抗体との対応関係を参照して，前記第２の感応部で測定した測定項目に関する情報を得る工程と，
を含むことを特徴とする測定方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４記載の測定方法において，前記第１の感応部では，交流インピーダンス又は直流酸化還元電流を測定することを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，電気的な計測を行い微生物及び生体物質を高精度及び高感度に測定することのできるセンサチップ，及びそのセンサチップを用いた測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオセンサは，抗体や酵素などの生体分子と主に電気化学的なセンサを組み合わせ，抗体や酵素の高い選択性を有するセンサとしたものである。例えば，グルコースと酸素を選択的に反応させるグルコース酸化酵素と，酸素を電気化学的に測定するセンサを組み合わせることで，グルコースセンサを作り出せる（非特許文献１）。初期のバイオセンサは電極などの感応部と電気測定する計測部が配線で接続されていた。ここに半導体製造技術を導入することで，感応部と計測部を一体化したチップとし，小型化や高感度化が図られてきた。例えば，ｐＨ感応性を有するIon Sensitive Field Effect Transistor（ＩＳＦＥＴ）と，尿素を加水分解してプロトンを生成させるウレアーゼを組み合わせることで，尿素濃度に応じた電気信号が得られる尿素センサを作り出せる（非特許文献２）。
【０００３】
近年の半導体製造技術の進歩に伴い，複数のセンサを同一のチップに搭載したセンサアレイを作製できるようになった。センサアレイはバイオセンサにも適用されており，例えば，複数細胞の測定（非特許文献３）や神経細胞であるニューロン内の電位分布計測（特許文献１，非特許文献４）に応用されている。また，測定対象である細菌やウイルスと同程度の大きさの電極を有するセンサアレイを用いて，各電極の電気的特性の変化から測定対象を計数することもできる（特許文献２）。これらのバイオセンサアレイには，同一の種類のセンサを複数有するセンサアレイが用いられていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５１３２７４号公報
【特許文献２】特表２０１０−０９００２４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】SJ Updike, GP Hicks, Nature, 1967, 214, 986
【非特許文献２】Miyahara, Y., Moriizumi, T.,Sens. Acutuators, 1985, 7, 1-10
【非特許文献３】M Jenkner et al, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2004, 39, 2431
【非特許文献４】F Heer et al, IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2006, 41, 1620
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
測定対象である細菌やウイルスと同程度の大きさの電極を有するセンサアレイを用いて測定対象を計数する（特許文献２）場合，測定対象の大きさや電極に固定化した抗体の選択性に関する情報を得ることができる。一方，細菌の活動量・薬剤への応答などが細菌の同定において有益な情報であり，これらの情報が欠けていた。
【０００７】
センサアレイの別の応用として，センサチップ上の電極の周囲にウェルを形成し，各ウェルに酵素や抗体を固定化したビーズを配置し，各ウェルの中で生じる酵素反応や抗原抗体反応を各々のセンサで同時に検出することを行った。この時，異なる種類のビーズ（異なる酵素や抗体で修飾されている）をそれぞれ所望のウェル中に配置することが製造上大変煩雑で困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の代表的な形態としては，基板と，基板表面に設けられた複数の区画と，各区画内に設けられた複数種類の感応部と，感応部に接続された検出部とを有するセンサチップである。測定対象が細胞又は細菌の場合，各区画は測定対象程度の大きさとする。酵素や抗体が固定化されたビーズを測定ツールとして用いる場合，各区画は，ビーズが１個入り，一度入ったビーズが出にくいようにビーズの直径よりも高い壁に囲まれたウェルとする。
【０００９】
複数の感応部のうち一つは，それぞれの区画に測定対象となる細胞や細菌，あるいはビーズが存在するか否かを検知するための感応部であり，他の感応部は測定対象による代謝物や酵素反応産物を測定するための感応部である。
【００１０】
本発明による一例の測定方法は，基板の表面に複数の区画が設定され，各区画に測定対象の有無を検知するための第１の感応部と基質の代謝物を測定するための第２の感応部とが設けられたセンサチップ上に，測定対象を含む溶液を導入する工程と，第１の感応部により各区画における測定対象の有無を検知する工程と，センサチップ上に基質を導入する工程と，第２の感応部により測定対象による基質の代謝物を測定する工程とを含む。
【００１１】
本発明による他の例の測定方法は，基板の表面に複数のウェルが形成され，各ウェルにビーズの有無を検知するための第１の感応部と基質の代謝物を測定するための第２の感応部とが設けられたセンサチップ上に第１の酵素が固定化された第１のビーズを含む溶液を導入する工程と，各ウェルの第１の感応部により第１のビーズの有無を検知する工程と，ウェルに入らなかった余剰の第１のビーズを除去する工程と，第１のビーズが検知されたウェルと第１の酵素とを対応付けて記憶する工程と，センサチップ上に，第２の酵素が固定化された第２のビーズを含む溶液を導入する工程と，ウェルに入らなかった余剰の第２のビーズを除去する工程と，第１のビーズが検知されたウェルを除く各ウェルにおいて，第１の感応部により第２のビーズの有無を検知する工程と，第２のビーズが検知されたウェルと第２の酵素とを対応付けて記憶する工程と，センサチップ上に検体と基質の混合物を導入する工程と，第２の感応部により第１の酵素又は第２の酵素による反応産物を測定する工程と，記憶したウェルと第１の酵素あるいは第２の酵素との対応関係を参照して，第２の感応部で測定した測定項目に関する情報を得る工程と，を含む。
【００１２】
本発明による更に他の例の測定方法は，基板の表面に複数のウェルが形成され，各ウェルにビーズの有無を検知するための第１の感応部と基質の代謝物を測定するための第２の感応部とが設けられたセンサチップ上に第１の抗体が固定化された第１のビーズを含む溶液を導入する工程と，各ウェルの第１の感応部により第１のビーズの有無を検知する工程と，ウェルに入らなかった余剰の第１のビーズを除去する工程と，第１のビーズが検知されたウェルと第１の抗体とを対応付けて記憶する工程と，センサチップ上に，第２の抗体が固定化された第２のビーズを含む溶液を導入する工程と，ウェルに入らなかった余剰の第２のビーズを除去する工程と，第１のビーズが検知されたウェルを除く各ウェルにおいて，第１の感応部により第２のビーズの有無を検知する工程と，第２のビーズが検知されたウェルと第２の抗体とを対応付けて記憶する工程と，センサチップ上に測定対象物質を含む検体を導入し，測定対象物質を第１のビーズに固定化された第１の抗体あるいは第２のビーズに固定化された第２の抗体に捕捉させる工程と，第１の抗体あるいは第２の抗体に捕捉された測定対象物質に，酵素標識された二次抗体を反応させる工程と，二次抗体に標識された酵素と反応させるための基質を含む溶液を導入する工程と，第２の感応部により酵素による反応産物を測定する工程と，記憶したウェルと第１の抗体あるいは第２の抗体との対応関係を参照して，第２の感応部で測定した測定項目に関する情報を得る工程と，を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると，測定対象である細菌や細胞と同程度の大きさの範囲内に，測定対象の有無を検出するセンサと基質の代謝物を測定するセンサを共存させることで，細菌や細胞の有無に加えて，細菌や細胞の一つ一つについてその活動量を測定することができ，測定対象の同定精度を向上させることができる。また，基板上に複数のウェルを形成し，ウェルの一つ一つにビーズの有無を検知するセンサと酵素反応産物を測定するセンサを共存させることで，酵素や抗体の固定化されたビーズをランダムにウェル内に配置させても，どのウェルにどのビーズが配置されたかを認識することができ，複数項目の測定を同時に行うことができる。
【００１４】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明によるセンサチップの一例を示す模式図。
【図２】センサチップの一例の一区画の模式図であり，（ａ）は平面模式図，（ｂ）は断面模式図。
【図３】特定の細菌を捕捉するための抗体で修飾したセンサの模式図であり，（ａ）は平面模式図，（ｂ）は断面模式図。
【図４】センサに測定対象の細菌が捕捉された状態を示す模式図。
【図５】ドーナツ型の電極と，電極に囲まれた部位を抗体で修飾したセンサの例を示す図であり，（ａ）は断面模式図，（ｂ）は平面模式図。
【図６】図５に示したセンサを修飾した抗体に細菌が結合した状態を示す図であり，（ａ）は断面模式図，（ｂ）は平面模式図。
【図７】インピーダンス測定のための配置を示す模式図。
【図８】（ａ）は細菌結合前のインピーダンススペクトル，（ｂ）は細菌結合後のインピーダンススペクトルを示す図。
【図９】センサチップの一例の一区画の模式図であり，（ａ）は平面模式図，（ｂ）は断面模式図。
【図１０】センサチップの一例の一区画の模式図であり，（ａ）は平面模式図，（ｂ）は断面模式図。
【図１１】酵素センサアレイの一例を示す模式図。
【図１２】酵素センサアレイの一例の一区画の模式図であり，（ａ）は平面模式図，（ｂ）は断面模式図。
【図１３】酵素センサアレイの一区画に酵素固定化ビーズが配置された状態を示す模式図。
【図１４】酵素センサアレイの一区画の別の例を示す模式図であり，（ａ）は平面模式図，（ｂ）は断面模式図。
【図１５】測定チップの模式図。
【図１６】センサチップの各ウェルに酵素固定化ビーズを配置する手順の説明図。
【図１７】センサチップ上のウェルの位置とウェル内に配置された酵素固定化ビーズの種類の対応関係を示す図。
【図１８】センサチップをセットした測定器の模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下，図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は，細菌の有無を検知するセンサと基質の代謝物を測定するセンサが一つの区画１０２（黒丸）に共存しており，その区画が２次元アレイ状に複数配置されたセンサチップ１０１の一例を示す模式図である。図２は一つの区画の模式図であり，図２（ａ）が平面模式図，図２（ｂ）が断面模式図である。ドーナツ型をした細菌の有無を検知するセンサの感応部２０１に囲まれるようにして，円形をした基質の代謝物を測定するセンサの感応部２０２が配置されている。感応部２０１はセンサチップ内の計測部２０３に，感応部２０２はセンサチップ内の計測部２０４に配線で接続されている。計測部２０３が交流インピーダンスの計測部である場合，図２に示したように，感応部２０１と計測部２０３との配線をなるべく短くすることが望ましい。なぜならば，交流インピーダンスの計測において配線長が長くなると寄生容量が増大し，計測の感度が低下するためである。その結果，図２に示したように，感応部２０１と計測部２０３との配線が感応部２０２と計測部２０４との配線よりも短くなる。これは，感応部２０１に要求される大きさが細菌の大きさ程度の数μｍであるのに対し，通常，計測部２０３，２０４はそれよりも大きい面積を必要とするためである。
【００１７】
図３は，図１，２に示したセンサを特定の細菌を捕捉するための抗体２０５で修飾した場合の模式図である。特定の細菌に対する選択性を持たせるために，ドーナツ型の電極と円形の電極の間を特定の細菌に対する抗体２０５で修飾した。図４は，図３に示したセンサに測定対象の細菌２１０が捕捉された状態を示す模式図である。感応部２０１の表面近傍が捕捉された細菌２１０に覆われるため，感応部２０１に接続された測定部２０３から出力される信号が変化する。この信号変化により細菌が捕捉されたことが検知できる。ここに，グルコースなどの細菌に代謝される基質を導入すると，細菌に代謝され産物としてプロトンなどが放出される。産物の放出は感応部２０２に接続された計測部２０４から出力される信号強度の変化として検出される。一方，導入した基質が細菌に代謝されない場合，信号強度の変化は生じない。様々な基質を導入した際の応答を測定することで，細菌の種類や細菌の生死を判別することができる。これは，細菌の有無を検知する感応部２０１と基質の代謝物を測定するセンサの感応部２０２が細菌の大きさ程度の区画に共存していることで可能となった。
【００１８】
細菌の有無を検知するには，交流インピーダンス測定もしくは直流の酸化還元電流測定を用いることができる。図５〜８は，交流インピーダンス測定による電極上の物体の検出の一例の説明図である。図５は，基板３０１に形成したドーナツ型の電極３０２（外径１．５μｍ，内径０．８μｍ）と，その電極に囲まれた部位を抗体３０４で修飾したセンサの例を示している。電極３０２は配線３０３により交流インピーダンスを計測する計測部に接続されている。図６は，図５に示したセンサを修飾した抗体３０４に直径１μｍの細菌３１０が結合した状態を示している。
【００１９】
図７に示すように，電極チップ３２０上に形成したセル３２１に試料溶液３２２として１００ｍＭ硫酸ナトリウム水溶液を注入し，対向電極３２３として白金線を用いて，インピーダンスアナライザ３２４を用いて周波数１００〜１０ＭＨｚの範囲でインピーダンスを測定したところ，図８のデータが得られた。図８（ａ）は細菌結合前のインピーダンススペクトルであり，図８（ｂ）は細菌結合によるインピーダンス変化を示している。細菌結合に伴い１〜１０ＭＨｚ付近のインピーダンスが増加していることが分かる。このように，交流インピーダンスの変化として細菌を検出できる。
【００２０】
電極３０２を配線３０３によりポテンショスタットのような直流電流を測定する計測部に接続した。試料溶液として１０ｍＭフェリシアン化カリウムを含むリン酸バッファーを，対向電極と参照電極を兼ねて内部液に飽和ＫＣｌを用いた銀塩化銀参照電極を用いて，電極３０２に−０．２Ｖを印加した。細菌結合により酸化還元電流が１０％減少した。これは細菌により酸化還元物質であるフェリシアン化カリウムの拡散が阻害されたためである。このようにして，酸化還元電流の変化として細菌を検出できる。ここでの直流とは，おおよそ１ＫＨｚ以下の矩形波及びその一部分を意味する。
【００２１】
図９は，細菌の有無を検知するセンサと基質の代謝物を測定する複数のセンサが一つの区画に共存したセンサチップにおける一つの区画の一例を示す模式図である。図９（ａ）は平面模式図，図９（ｂ）は断面模式図である。細菌の有無を検知するセンサの感応部４０１に囲まれるようにして，基質の代謝物を測定する複数のセンサの感応部４０２，４０３が配置されている。
【００２２】
特定の細菌と結合する抗体４０７が感応部４０１と感応部４０２及び４０３の間に固定化されている。そのため，抗体４０７に細菌４０８が捕捉されることで，感応部４０１に接続された計測部４０４に信号の変化が生じる。細菌の有無を検知するには，交流インピーダンス測定もしくは直流の酸化還元電流測定を用いることができる。ここに基質を導入し，細菌による代謝産物を感応部４０２，４０３に接続された計測部４０５，４０６により検知する。例えば，感応部４０２をｐＨ感応膜として，グルコースを添加したことによるｐＨ変化を計測部４０５で検知し，感応部４０３を乳酸感応膜として，細菌の代謝産物である乳酸を計測部４０６で検知する。また，その他にも，感応部４０２をｐＨ感応膜とし添加した基質の代謝を計測部４０５で検知しつつ，感応部４０３をカリウム感応膜とし，界面活性剤などの添加による細胞膜の破壊の結果放出されるカリウムを計測部４０６で検知する。このように，細菌の存在と細菌の代謝，もしくは細菌の内容物を一つの区画で検知することで，細菌の種類・生死をより正確に判別できる。
【００２３】
図１０は，細菌の有無を検知するセンサと基質の代謝物を測定するセンサが一つの区画に共存したセンサチップにおける一つの区画の一例を示す模式図である。図１０（ａ）は平面模式図，図１０（ｂ）は断面模式図である。細菌の有無を検知するセンサの感応部５０１に隣接して，基質の代謝物を測定するセンサの感応部５０２が配置されている。
【００２４】
特定の細菌と結合する抗体５０５が感応部５０１に固定化されている。そのため，抗体５０５に細菌５０６が捕捉されることで，感応部５０１に接続された計測部５０３に信号の変化が生じる。細菌の有無を検知するには，交流インピーダンス測定もしくは直流の酸化還元電流測定を用いることができる。ここに基質を導入し，細菌による代謝産物を感応部５０２に接続された計測部５０４により検知する。本実施例は，図４，図６の形態と比較した場合，細菌の有無を検知するセンサの感応部５０１と基質の代謝物を測定するセンサの感応部５０２が離れるものの，代謝物を検知できることに変わりはない。
【００２５】
感応部には，金，白金などの貴金属，カーボン，タンタルオキサイドなどの酸化膜，窒化シリコンなどの窒化膜，カリウム感応膜などのイオン感応膜を用いることができる。表１に検知物質に対する感応部，計測部の組み合わせの一例を記す。
【００２６】
【表１】
2013220066.tif 000003
【００２７】
以上の実施例は細菌の検出についてのものである。細胞の検出についても，例えばグルコースを基質として，代謝の結果生じるｐＨ変化，酸素濃度変化，二酸化炭素濃度変化などを，ｐＨ感応部，酸素感応部，二酸化炭素感応部を有するセンサを用いて同様に行うことができる。これにより，細胞の活動状態を知ることができる。
【００２８】
図１１は，酵素センサアレイの一例を示す模式図である。センサチップ６０１には黒丸で示す複数の区画６０２があり，一つの区画６０２には，ビーズの有無を検知するセンサとビーズに固定化された酵素で生じる酵素反応により生成される産物を測定するセンサが共存している。また，センサチップ６０１は演算部６０３，記憶部６０４を有する。
【００２９】
図１２は，酵素センサアレイの一つの区画の模式図であり，図１２（ａ）は平面模式図，図１２（ｂ）は断面模式図である。ドーナツ型をした酵素固定化ビーズの有無を検知するセンサの感応部７０１に囲まれるようにして，円形をした酵素反応産物を測定するセンサの感応部７０２が配置されている。さらに，これらの感応部はウェル７０３内に配置されており，周囲はウェル内に配置される予定の酵素固定化ビーズの直径よりも高い壁に囲まれている。感応部７０１はセンサチップ内の計測部７０４に，感応部７０２はセンサチップ内の計測部７０５に配線で接続されている。
【００３０】
図１３は，酵素センサアレイの一つの区画に酵素固定化ビーズ７０６が配置された状態を示す模式図である。感応部７０１とそれに接続された検出部７０４によりビーズ７０６の有無を検知することができる。ビーズの大きさは０．５μｍ〜２００μｍ程度である。ビーズの有無を検知するセンサとしては，図５〜８を用いて説明した交流インピーダンス測定や酸化還元電流測定を用いることができる。ウェル７０３内にビーズが配置された図１３の状態において，検体と基質の混合物が導入されると，ビーズ７０６に修飾された酵素により酵素反応が生じる。酵素反応産物は感応部７０２とそれに接続された計測部７０５により計測される。
【００３１】
図１３と同様の配置で，酵素固定化ビーズ７０６に替えて抗体固定化ビーズを用いることで，免疫センサとすることができる。計測の原理はEnzyme-Linked ImmunoSorbent Assay（ＥＬＩＳＡ）と同様である。まず，検体を導入し，検体中の測定対象物質をビーズに固定化された抗体と結合させる。次に酵素標識された二次抗体を導入し，抗体−測定対象物質−二次抗体の結合状態とする。さらに基質を導入し二次抗体に標識された酵素と反応させ，反応産物を得る。この反応産物の量を感応部７０２とそれに接続された検出部７０５により計測することで，検体中の測定対象物質濃度を定量する。二次抗体の標識酵素としては，例えばグルコースオキシダーゼ，アルカリフォスファターゼを，基質としては例えばグルコース，アミノフェノールリン酸，アスコルビン酸２リン酸エステルを，検出方法としては例えば酸化還元電流方式，酸化還元電位方式を用いることができる。
【００３２】
図１４は，酵素センサアレイの一つの区画の別の例を示す模式図であり，図１４（ａ）は平面模式図，図１４（ｂ）は断面模式図である。ドーナツ型をした酵素固定化ビーズの有無を検知するセンサの感応部８０１に囲まれるようにして，酵素反応産物を測定する複数のセンサの感応部８０２，８０３が配置されている。さらに，これらの感応部８０１〜８０３はウェル８０４内に配置されており，周囲はウェル内に配置される予定の酵素固定化ビーズの直径よりも高い壁に囲まれている。感応部８０１，８０２，８０３はそれぞれセンサチップ内の計測部８０５，８０６，８０７に配線で接続されている。
【００３３】
図１５は，図１１のセンサチップを用いた測定チップの模式図である。センサチップ６０１上に形成されたウェル層６０５の上に，さらに流路６０６が形成されている。図では左側に溶液導入口が，右側に溶液導出口が配置されている。この測定チップの各ウェルに酵素固定化ビーズを配置することで，測定チップを酵素センサアレイとして機能させることができる。
【００３４】
次に，センサチップの各ウェルに酵素固定化ビーズを配置する手順について説明する。図１６はそのフローを示している。最初にステップ１１において，溶液導入口からある酵素Ａが固定化された酵素固定化ビーズを懸濁した液を導入する。酵素固定化ビーズは，溶液の拡散や対流や場合によっては遠心を行うことでセンサチップ６０１の複数のウェルにランダムに配置される。次に，ステップ１２において，ウェルに入らなかった余剰の酵素固定化ビーズを洗い流す。引き続きビーズを検出するのに適した溶液を流路に導入し，ステップ１３において，ビーズの有無を検知するセンサにより酵素固定化ビーズが導入されたウェルを調べる。ビーズの有無は演算部６０３により判断する。ビーズの存在が検知されたウェルには酵素Ａが固定化された酵素固定化ビーズが導入されているので，ステップ１４において，酵素Ａとビーズの存在が検知されたウェルの位置とを対応づけて記録する。記録する先は，別の記憶媒体であってもよいし，センサチップに内蔵された不揮発性メモリ（図１１，６０４）であってもよい。
【００３５】
次に，ステップ１５の判定を経て，別の種類の酵素Ｂが固定化された酵素固定化ビーズについて，Ｓ１１からＳ１４の操作を繰り返す。このとき，ステップ１３の操作で新たにビーズの存在が検出されたウェルには，酵素Ｂが固定化された酵素固定化ビーズが導入されている。従って，ステップ１４では，酵素Ｂと今回新たにビーズが検出されたウェルの位置とを対応付けして記録する。同様の操作を，別の種類の酵素Ｃ，Ｄ，…を固定化した全ての酵素固定化ビーズについて行う。その結果，ウェルの位置とそのウェル内に配置された酵素固定化ビーズの種類についての情報を得ることができる。また，図１４のように複数種類のセンサの感応部が一つの区画にあると，適用できる酵素固定化ビーズの種類が広がる。
【００３６】
図１７は，センサチップ６０１上のウェルの位置とウェル内に配置された酵素固定化ビーズの種類の対応関係を示す図である。Ｘ位置及びＹ位置は，センサチップ６０１上に２次元アレイ状に配列された各区画６０２の位置を特定するための情報である。例えば，酵素Ａが固定化されたビーズが位置（ｘm，ｙn）に検出されたとき，（ｘm，ｙn）＝Ａのようにウェル位置と酵素の種類が対応付けられる。用意した全種類の酵素Ａ，Ｂ，Ｃ，…について，その酵素を固定化した酵素固定化ビーズが導入されているウェルの位置を示す情報が，こうして取得され，記憶される。情報をセンサチップ６０１内臓の記憶部６０４に記憶する場合には，酵素の種類についての情報は，センサチップ６０１に接続された入力装置から入力される。また，外部の記憶部，例えば図１８で後述する測定器９０１の記憶部に情報を記憶する場合には，一つの種類の酵素を固定化した酵素固定化ビーズの導入後，ビーズが導入されたウェルの位置情報をセンサチップ６０１から取得し，導入した酵素の情報を付加して記憶媒体に記憶する操作を反復する。
【００３７】
図１８は，センサチップをセットした測定器の模式図である。図１８に示すように，得られた酵素固定化ビーズが導入されたセンサチップ６０１を測定器９０１にセットし，複数の項目を同時に計測することができる。センサチップ６０１と測定器９０１の間でのデータの授受は，センサチップ６０１と測定器９０１にそれぞれ端子を設け，両方の端子を機械的に接触させることで行ってもよいし，非接触の通信手段を用いて行ってもよい。
【００３８】
例えば血中成分を測定する場合，血清と基質溶液の混合液を図１５に示した流路６０６に導入する。基質に相当する成分が血清に含まれている場合は血清そのものでもよい。その結果，各ウェルで各酵素固定化ビーズに対応した酵素反応が生じ，基質から生成物が生じる。センサチップ６０１の各計測部は，ウェル内に配置された，ビーズを検知するためのセンサとは別の生成物を測定するためのセンサを用いて，生成物を測定する。測定器９０１は，各ウェルで得られた測定値を予め記録しておいた各ウェルに配置されている酵素固定化ビーズの種類の情報（図１７）と照らし合わせることで，各ウェルの測定値と測定項目との対応付けを行うことができ，複数の項目を同時に測定することができる。同一の測定項目について複数の測定値が得られたときは，加算平均などの統計処理を行って最終的な測定値を求めればよい。測定結果は，表示部９０２に表示される。ウェルとビーズの対応関係は，センサチップ内に記録しておいても良いし，センサチップのＩＤを元に遠隔地にあるデータを参照しても良い。図１８では，グルコース（ＧＬＵ），コレステロール（ＨＤＬ，ＬＤＬ），中性脂肪（ＴＧ）を基準値（破線）と共に表示している。測定項目毎の基準値は測定器９０１が記憶している。図示した表示例の場合，全ての測定項目の基準値が同一レベルになるように表示しており，各測定項目の測定値を基準値に対して比例的に伸縮させた棒グラフによって表示している。
【００３９】
酵素固定化ビーズに代えて，抗体固定化ビーズを用いることもできる。その場合，図１６に示したフローにより抗体固定化ビーズが配置された測定チップが得られる。この測定チップの流路に検体（血液，体液，食物抽出物，土壌抽出物など）を導入し，抗原抗体反応に必要な時間（通常は１０分〜１時間程度）の後に検体を洗い流す。ビーズ上の抗体に捕捉された検体中の測定対象物質に，さらに標識抗体を反応させる。洗浄を行った後で，標識抗体の標識と反応させるための基質を含む溶液を導入する。その結果，各ウェルで生成物が生じる反応が起こる。この生成物を，ビーズを検知するためのセンサとは別の，生成物を測定するためのセンサを用いて計測部で測定する。測定器９０１は，各ウェルで得られた測定値を予め記録しておいた各ウェルに配置されている抗体固定化ビーズの種類の情報と照らし合わせることで，複数の項目を同時に測定することができる。
【００４０】
測定項目と酵素固定化ビーズに用いる酵素と検出方法の組み合わせの一例を表２に示す。酸化還元電位センサとしては，例えば特開２００８−１２８８０３号公報に記載のものなどを用いることができる。
【００４１】
【表２】
2013220066.tif 000004
【００４２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０１，６０１…センサチップ
１０２，６０２…区画
２０１，２０２，４０１，４０２，４０３，５０１，５０２，７０１，７０２，８０１，８０２，８０３…感応部
２０３，２０４，４０４，４０５，４０６，５０３，５０４，７０４，７０５，８０５，８０６，８０７…計測部
２０５，３０４，４０７，５０５…抗体
３０２…電極
３０３…配線
２１０，３１０，４０８，５０６…細菌
３２０…電極チップ
３２１…セル
３２２…測定溶液
３２３…対向電極
３２４…インピーダンスアナライザ
６０３…演算部
６０４…記憶部
７０３，８０４…ウェル
７０６…酵素固定化ビーズ
６０５…ウェル層
６０６…流路
９０１…測定器
９０２…表示部
【図１】
2013220066.tif 000005
【図２】
2013220066.tif 000006
【図３】
2013220066.tif 000007
【図４】
2013220066.tif 000008
【図５】
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【図６】
2013220066.tif 000010
【図７】
2013220066.tif 000011
【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】
2013220066.tif 000016
【図１３】
2013220066.tif 000017
【図１４】
2013220066.tif 000018
【図１５】
2013220066.tif 000019
【図１６】
2013220066.tif 000020
【図１７】
2013220066.tif 000021
【図１８】
2013220066.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月21日(2013.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５１３２７４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３２３２８号公報