(57)【要約】【課題】ハイブリダイゼーションにおける反応の時間的変化に関する情報をデジタル信号として生成できるようにすること。【解決手段】ＤＮＡチップ装置は、検出用ＤＮＡを保持するための電極１２と、検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに電極１２に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路１１０と、基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群１２０と、積分回路１１０から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、ラダー抵抗群１２０から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータ１３０と、コンパレータ１３０から出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路１４０とを有する。【選択図】      図６
2009168508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、
前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、
基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群と、
前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、前記ラダー抵抗群から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータと、
前記コンパレータから出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路と
を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＮＡチップ装置において、
前記エンコーダ回路は、クロック信号に同期して一定時間毎に前記デジタル信号を出力することを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項３】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、
前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、
前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するウインドコンパレータと、
前記ウインドコンパレータから前記デジタル電圧信号が出力される時間を計測し、その計測時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するカウンタと
を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のＤＮＡチップ装置において、
前記カウンタは、所定のクロック信号に同期して一定時間毎に前記デジタル信号を出力するすることを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項５】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、前記ラダー抵抗群から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータから出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路とを備えたＤＮＡチップ装置と、
前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された情報を表示出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする携帯端末装置。
【請求項６】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するウインドコンパレータと、前記ウインドコンパレータから前記デジタル電圧信号が出力される時間を計測し、その計測時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するカウンタとを備えたＤＮＡチップ装置と、
前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する決定手段と、
前記決定手段により決定された情報を表示出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする携帯端末装置。
【請求項７】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、前記ラダー抵抗群から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータから出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路とを備えたＤＮＡチップ装置と、前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する手段とを具備し、決定した情報が一定以上の危険を示す情報である場合に当該情報を送信する携帯端末装置と、
前記携帯端末装置から送信された情報を受信して当該情報とデータベースとの照合を行い、一致する場合に所定の機関に備えられる装置への連絡を行うサーバ装置と
を備えたことを特徴とする情報連絡システム。
【請求項８】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するウインドコンパレータと、前記ウインドコンパレータから前記デジタル電圧信号が出力される時間を計測し、その計測時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するカウンタとを備えたＤＮＡチップ装置と、前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する手段とを具備し、決定した情報が一定以上の危険を示す情報である場合に当該情報を送信する携帯端末装置と、
前記携帯端末装置から送信された情報を受信して当該情報とデータベースとの照合を行い、一致する場合に所定の機関に備えられる装置への連絡を行うサーバ装置と
を備えたことを特徴とする情報連絡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流検出方式によりＤＮＡ情報を判定することが可能なＤＮＡチップ装置、携帯端末装置、及び情報連絡システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物学、医学分野での遺伝子解析等において、特定の配列を有するＤＮＡを検出するためのＤＮＡチップが開発されている。この種のＤＮＡチップにおいては、従来から電気化学的にチップ上でＤＮＡを合成させるものがある。基板上でのＤＮＡの合成方法は、例えば、特許文献１に詳しい。
【０００３】
従来のＤＮＡ配列のハイブリダイゼーション検出にはスキャナーと呼ばれる装置が用いられる。スキャナーでは、ＤＮＡに蛍光物質を付けたプローブの写真を撮影し、その色の状態からハイブリダイゼーションを検出している。
【０００４】
しかしながら、蛍光物質を写真撮影する方法では、大規模な装置が必要であり、簡単に検出結果を知ることができない。また、蛍光の内部消光のために一定量以上の蛍光物質をプローブとして導入することは困難である、などの欠点も有している。
【０００５】
そこで、近年では、ＤＮＡのハイブリダイゼーションの状態を、酵素反応等を利用して電流を計測し、電流値から判断する電流検出方式のＤＮＡチップが注目されている。この種のＤＮＡチップで計測される電流は数ｎＡ程度の微小電流である。そのため、電流検出方式のＤＮＡチップでは、積分回路等を用い、ある時間積算した電流値を電圧値に変換して計測し、判断時に再度電圧値を逆変換して得られる電流値からハイブリダイゼーションの状態を判断している。
【０００６】
このような電流検出型のＤＮＡチップの中には、特許文献２のように、電流値を電圧値に変換後、得られたアナログの電圧信号をデジタル信号に変換することで、ＤＮＡチップ装置からデジタル信号を出力する構成とし、情報処理を行いやすくしたものもある。
【特許文献１】特表２０００−５１４８０２号公報
【特許文献２】特開２００６−７８２６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の特許文献２の技術では、ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号は、検出された電流値に対応する電圧値が所定の範囲内にあるか否かの情報しか含んでいないため、ハイブリダイゼーションにおける反応の時間的変化に関する詳細な情報を得ることができず、病気の進行度や細菌汚染地帯の汚染度を判定したり、あるいは患者や病原菌・ウイルスへの薬の効果を判定したりすることが困難であるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、ハイブリダイゼーションにおける反応の時間的変化に関する情報をデジタル信号として生成することが可能なＤＮＡチップ装置、携帯端末装置、及び情報連絡システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＤＮＡチップ装置は、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、前記ラダー抵抗群から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータから出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るＤＮＡチップ装置は、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するウインドコンパレータと、前記ウインドコンパレータから前記デジタル電圧信号が出力される時間を計測し、その計測時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するカウンタとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る携帯端末装置は、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、前記ラダー抵抗群から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータから出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路とを備えたＤＮＡチップ装置と、前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された情報を表示出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る携帯端末装置は、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するウインドコンパレータと、前記ウインドコンパレータから前記デジタル電圧信号が出力される時間を計測し、その計測時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するカウンタとを備えたＤＮＡチップ装置と、前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された情報を表示出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る情報連絡システムは、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、基準電圧に基づいて複数の異なる電位を生成するラダー抵抗群と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、前記ラダー抵抗群から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベルのいずれかで示す複数の信号を出力するコンパレータと、前記コンパレータから出力される複数の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するエンコーダ回路とを備えたＤＮＡチップ装置と、前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する手段とを具備し、決定した情報が一定以上の危険を示す情報である場合に当該情報を送信する携帯端末装置と、前記携帯端末装置から送信された情報を受信して当該情報とデータベースとの照合を行い、一致する場合に所定の機関に備えられる装置への連絡を行うサーバ装置とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る情報連絡システムは、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに前記電極に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路と、前記積分回路から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するウインドコンパレータと、前記ウインドコンパレータから前記デジタル電圧信号が出力される時間を計測し、その計測時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するカウンタとを備えたＤＮＡチップ装置と、前記ＤＮＡチップ装置から出力されるデジタル信号の値に対応付けられている情報を決定する手段とを具備し、決定した情報が一定以上の危険を示す情報である場合に当該情報を送信する携帯端末装置と、前記携帯端末装置から送信された情報を受信して当該情報とデータベースとの照合を行い、一致する場合に所定の機関に備えられる装置への連絡を行うサーバ装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ハイブリダイゼーションにおける反応の時間的変化に関する情報をデジタル信号として生成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本発明の一実施形態に係る携帯端末装置の外観を図１及び図２に示す。
【００１８】
図１及び図２に示される携帯端末装置１００は、後述するＤＮＡチップ装置の装着が可能なハンディタイプ（例えば手帳サイズで、重さが２００ｇ〜３００ｇ程度）のＤＮＡ情報検出装置であり、検査対象となるＤＮＡの検査結果などを画面表示させたりすることが可能となっている。この携帯端末装置１００は、特定の細菌やウイルス（例えば、炭疽菌やＳＡＲＳウイルスなど）が検出された場合に、所定のサーバへの連絡を行うための有線及び無線の各通信機能（例えば、電子メール機能）や、警報音を発するアラーム機能なども備えている。
【００１９】
上記携帯端末装置１００は、表示部１０１、入力部１０２、チップ装着部１０３、メモリカード装着部１０４、バッテリ１０５、ＡＣアダプタ端子１０６、ＲＳ−２３２Ｃインタフェース１０７、ＵＳＢインタフェース１０８などを備えている。
【００２０】
表示部１０１は、ＤＮＡのハイブリダイゼーションにおける反応の進み具合いを示す情報や、特定の病原菌やウイルスの検出結果などの情報を表示するほか、装着されるＤＮＡチップ装置から得られる製造日や使用期限日といった情報を表示したり、バッテリ残量、時刻、温度などの各種の情報を表示したりすることができるＬＣＤである。入力部１０２は、電源投入や入力操作などを行うためのボタン類である。チップ装着部１０３は、後述するＤＮＡチップ装置を装着する部分である。メモリカード装着部１０４は、検査結果などの情報を記憶するためのメモリカードを装着する部分である。バッテリ１０５は、リチャージャブルな電池である。ＡＣアダプタ端子１０６は、外部より交流電源を取り込むものである。ＲＳ−２３２Ｃインタフェース１０７は、ＲＳ−２３２Ｃの仕様にしたがって他の機器との間で情報通信を行うためのインタフェースである。ＵＳＢインタフェース１０８は、ＵＳＢの仕様にしたがって他の機器との間で情報通信を行うためのインタフェースである。
【００２１】
ここで、チップ装着部１０３に装着されるＤＮＡチップ装置は、いわゆる電流検出方式でＤＮＡ検出を行うタイプのものである。すなわち、被検出用ＤＮＡ（ターゲットＤＮＡ）をチップに滴下し、ハイブリダイゼーションを生じさせ、洗浄を行なうと、被検出用ＤＮＡに対して完全に相補的な配列を持つ検出用ＤＮＡ（プローブＤＮＡ）のみが２本鎖を形成し、そこに挿入剤を添加すると、２本鎖を形成しているＤＮＡに挿入剤が結合し、電極に電圧を印加すると、挿入剤が電気化学反応を起こし、電流が流れるという仕組みを利用している。
【００２２】
図３は、携帯端末装置１００のチップ装着部１０３に装着されるＤＮＡチップ装置の構成の一例を示す図である。また、図４は、同ＤＮＡチップ装置におけるユニットセルの構成の一例を示す図である。なお、実際に使用するＤＮＡチップ装置の構成としては、以下に示すものに限定する必要はなく、電流検出方式に基づくものであれば、他の構成のものを採用してもよい。
【００２３】
ＤＮＡチップ装置１０においては、例えば、図３に示されるように、複数のユニットセル１１、入力制御部１５及び出力制御部１６が基板１７上に形成されている。
【００２４】
ここで、ユニットセル１１は、図４に示されるように、電極１２、検出用ＤＮＡ合成部１３、ハイブリッドＤＮＡ検出部１４とそれらを接続する配線層１８を備えている。
【００２５】
電極１２は表面上にあらかじめ核酸を配置しており、検出用ＤＮＡ合成部１３から電流が入力されると、核酸から検出用ＤＮＡ（プローブＤＮＡ）を合成する。また、合成された検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡ（ターゲットＤＮＡ）のハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応による２次電流をハイブリッドＤＮＡ検出部１４へ出力する。
【００２６】
検出用ＤＮＡ合成部１３は、入力制御部１５から電流が入力されると、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から検出用ＤＮＡを合成する。
【００２７】
ハイブリッドＤＮＡ検出部１４は、電極１２からリガンドと酵素との反応による２次電流を検出し、出力制御部１６へ出力する。
【００２８】
入力制御部１５は、複数のユニットセル１１のうち選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成部１３に電流を入力する。
【００２９】
出力制御部１６は、ユニットセル１１のハイブリッドＤＮＡ検出部１４において検出された２次電流を出力制御するものであり、２次電流の値を、後述するデジタル電圧信号に変換（以下、デジタルデータ化ともいう）して出力する。
【００３０】
基板１７は、ＤＮＡチップ装置１０を構成する電気回路の基板であり、各電気回路を配線層１８で接続している。
【００３１】
配線層１８は、基板１７上の電気・電子部品間を相互に接続する。
【００３２】
次に、以上のように構成されたＤＮＡチップ装置１０の動作を図５を用いて説明する。
【００３３】
図示しない制御部は、基板１７の上の複数のユニットセルのうち検出用ＤＮＡを合成させるユニットセル１１を選択し、その選択情報を入力制御部１５に入力する（Ｓ１）。入力制御部１５は、選択したユニットセル１１の検出用ＤＮＡ合成部１３に電流を入力する（Ｓ２）。入力された電流により検出用ＤＮＡ合成部１３は、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から検出用ＤＮＡを合成する（Ｓ３）。このＤＮＡ合成の方法については、特許文献１の第４５〜４７頁に記載の「合成工程」に詳しい。
【００３４】
次に、この電極１２の上の検出用ＤＮＡと、あらかじめ特定の酵素と反応するリガンドに浸しておいた被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせる。これを洗浄すると、リガンドによりハイブリットＤＮＡだけが電極１２の上に残る。これに酵素を反応させると数ｎＡ程度の微小な２次電流が生じる。この２次電流をハイブリッドＤＮＡ検出部１４で検出し（Ｓ４）、出力制御部１６に出力する（Ｓ５）。出力制御部１６では、２次電流の時間的変化に応じたデジタル信号を生成して出力する（Ｓ６）。
【００３５】
次に、図５中に示される出力制御部１６の回路構成の例について説明する。ここでは、２つの例を挙げる。
【００３６】
図６は、ＤＮＡチップ装置１０内の出力制御部１６の第１の回路構成例を示す図である。
【００３７】
図６の回路構成例では、出力制御部１６は、スイッチＳＷ＿Ｉ、積分回路１１０、ラダー抵抗群１２０、コンパレータ１３０、及びエンコーダ回路１４０を備えている。
【００３８】
前述の電極１２は、具体的には、検出用ＤＮＡが固定された作用極ＷＥ（working electrode）とこの作用極に対向して設けられる補助極ＣＥ（counter electrode）とで構成される。
【００３９】
スイッチＳＷ＿Ｉは、電極１２と積分回路１１０との間に設けられ、電極１２から流れる電流の流入に対してオン／オフの切替を行うものである。なお、図６中には示されていないが、ユニットセル毎に存在する複数の電極の中から１つの電極１２を選択するための切替も行えるようになっている。
【００４０】
積分回路１１０は、オペアンプ（差動増幅器）１１１、コンデンサＣ、リセット用スイッチＳＷ＿Ｒなどを備え、検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるときに電極１２に流れる電流を一定時間積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力するものである。即ち、積分回路１１０は、電流電圧変換を行うものである。
【００４１】
ラダー抵抗群１２０は、基準電圧ＶＲに基づいて複数の異なる電位を生成するものである。例えば、基準電圧ＶＲを５Ｖとし、生成される複数の電位がそれぞれ４．５Ｖ、４．０Ｖ、３．５Ｖ、３．０Ｖ、２．５Ｖ、２．０Ｖ、１．５Ｖ、１．０Ｖとなるように構成される。
【００４２】
コンパレータ１３０は、複数（ｎ個）のオペアンプ（差動増幅器）１３１〜１３ｎを備え、積分回路１１０から出力されたアナログ電圧信号の電圧値と、ラダー抵抗群１２０から生成された複数の電位との比較結果をそれぞれ２種類のレベル（例えば、ロウレベル「０」とハイレベル「１」）のいずれかで示す複数（ｎ個）の信号を出力するものである。
【００４３】
エンコーダ回路１４０は、コンパレータ１３０から出力される複数（ｎ個）の信号のレベルによって一意に決まるデジタル信号を出力するものである。例えば、８個のオペアンプ１３１〜１３８があり、それぞれのレベルが「１」，「１」，「１」，「０」，「０」，「０」，「０」，「０」であるときには、バイナリビットで表現されるデジタル値として例えば「０００００１１１」を出力する。このエンコーダ回路１４０は、例えば、クロック信号に同期して一定時間毎に上記デジタル信号を出力する。これにより、電圧波形の変化の経緯を把握することが可能となる。
【００４４】
検出動作の開始にあたっては、まず、図示しない制御部により、スイッチＳＷ＿Ｉをオフの状態にすると共に、スイッチＳＷ＿Ｒをオンの状態にしてコンデンサＣをリセットする。準備が整った後、スイッチＳＷ＿Ｉをオンの状態にすると共に、スイッチＳＷ＿Ｒをオフの状態にし、クロック信号をエンコーダ１４０に供給し、検出動作を開始する。
【００４５】
被検出用ＤＮＡと検出用ＤＮＡとのハイブリダイゼーション、洗浄によるハイブリットＤＮＡの生成、及び酵素による反応が生じると、電極１２から積分回路１１０側へと電流が流れる。
【００４６】
電極１２から流れ出した電流は、積分回路１１０により電圧に変換され、コンパレータ１３０内のオペアンプ１３１〜１３ｎの入力端子（＋）へそれぞれ送られる。同時に、これらオペアンプ１３１〜１３ｎの入力端子（−）には、基準電圧ＶＲを分割した複数の電圧（４．５Ｖ、４．０Ｖ、３．５Ｖ、…）がそれぞれ送られている。オペアンプ１３１〜１３ｎは、入力した２つの電圧を比較し、入力端子（−）から入力した電圧が、入力端子（＋）から入力した電圧よりも大きいときはロウレベル「０」を出力し、一方、小さいときはハイレベル「１」を出力する。
【００４７】
電極１２から流れ出した電流により、積分回路１１０内のコンデンサＣに電荷が蓄積されると、図７に示されるように、積分回路１１０の出力電圧は時間の経過とともに徐々に下降していく。このため、最初はオペアンプ１３１〜１３ｎの出力は全てがロウレベル「０」であるが、時間の経過とともに各オペアンプの出力は順番にロウレベル「０」からハイレベル「１」へと順次切り換わっていく。また、エンコーダ回路１４０から出力されるデジタル信号の値は、最初は「００００００００」（８ビットの場合）であるが、時間の経過とともに右側から順に各ビットの値が０から１へと順次切り換わっていく。
【００４８】
こうして得られるデジタル信号の値を用いることにより、時間の経過に対する反応の進み具合いや反応の度合いを把握することが可能となるため、特定の細菌やウイルスを精度良く判定することができ、また、病気の進行度や細菌汚染地帯の汚染度を予測したり、患者や病原菌・ウイルスへの薬の効果を予測したりすることが容易となる。
【００４９】
図８は、ＤＮＡチップ装置１０内の出力制御部１６の第２の回路構成例を示す図である。なお、図６と共通する要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５０】
図８の回路構成例では、出力制御部１６は、スイッチＳＷ＿Ｉ、積分回路１１０、ウインドコンパレータ１５０、及びカウンタ１６０を備えている。
【００５１】
ウインドコンパレータ１５０は、オペアンプ（差動増幅器）１５１，１５２、論理回路１５３を備え、積分回路１１０から出力されたアナログ電圧信号の電圧値が、予め設定された２つのしきい値に挟まれた範囲内にある間、一定レベルのデジタル電圧信号を出力するものである。例えば、２つのしきい値電圧Ｖｒ＿Ｈ，Ｖｒ＿Ｌと、積分回路１１０からウインドコンパレータ１５０に入力される電圧Ｖｉｎとの関係が、「Ｖｒ＿Ｌ＜Ｖｉｎ＜Ｖｒ＿Ｈ」となっている間は、例えばハイレベル「１」を出力する。すなわち、このウインドコンパレータ１５０は、電圧Ｖｉｎが、しきい値電圧Ｖｒ＿Ｈからしきい値電圧Ｖｒ＿Ｌに達するまでの時間（積分時間）を示すパルス信号を出力する。
【００５２】
カウンタ１６０は、ウインドコンパレータ１５０から一定レベルのデジタル電圧信号が出力される時間（積分時間）を計測し、その計測した時間によって一意に決まるデジタル信号を出力するものである。すなわち、ウインドコンパレータ１５０からの信号入力がハイレベル「１」になった時点からクロック信号に同期してクロックのカウントを開始し、ウインドコンパレータ１５０からの信号入力がロウレベル「０」になった時点でカウントを終了する。例えば、カウントしたクロック数（カウンタ値）が「５」であるときには、バイナリビットで表現されるデジタル値として例えば「００００１０１」を出力する。あるいは、クロック数（カウンタ値）から得られる上記積分時間を示すデジタル値を出力するようにしてもよい。また、上記カウンタ１６０は、例えば、クロック信号に同期して一定時間毎に上記デジタル信号を出力するように構成してもよい。これにより、電圧波形の変化の経緯を把握することが可能となる。
【００５３】
検出動作の開始にあたっては、まず、図示しない制御部により、スイッチＳＷ＿Ｉをオフの状態にすると共に、スイッチＳＷ＿Ｒをオンの状態にしてコンデンサＣをリセットし、カウンタ１６０もリセットする。準備が整った後、スイッチＳＷ＿Ｉをオンの状態にすると共に、スイッチＳＷ＿Ｒをオフの状態にし、クロック信号をカウンタ１６０に供給し、検出動作を開始する。
【００５４】
電極１２において、被検出用ＤＮＡと検出用ＤＮＡとのハイブリダイゼーション、洗浄によるハイブリットＤＮＡの生成、及び酵素による反応が生じると、電極１２から積分回路１１０側へと電流が流れる。
【００５５】
電極１２から流れ出した電流は、積分回路１１０により電圧に変換され、ウインドコンパレータ１５０内のオペアンプ１５１の入力端子（−）及びオペアンプ１５２の入力端子（＋）へそれぞれ送られる。同時に、オペアンプ１５１の入力端子（＋）には４．０Ｖのしきい値電圧Ｖｒ＿Ｈが送られており、オペアンプ１５２の入力端子（−）には、１．５Ｖのしきい値電圧Ｖｒ＿Ｌが送られている。オペアンプ１５１，１５２は、入力した２つの電圧を比較し、入力端子（−）から入力した電圧が、入力端子（＋）から入力した電圧よりも大きいときはロウレベル「０」を出力し、一方、小さいときはハイレベル「１」を出力する。論理回路１５３は、オペアンプ１５１からの信号入力がハイレベル「１」で且つオペアンプ１５２からの信号入力がハイレベル「１」であるときにのみ、ハイレベル「１」を出力し、それ以外のときにはロウレベル「０」を出力する。
【００５６】
電極１２から流れ出した電流により、積分回路１１０内のコンデンサＣに電荷が蓄積されると、図９に示されるように、積分回路１１０の出力電圧は時間の経過とともに徐々に下降していく。このため、最初はウインドコンパレータ１５０の出力はロウレベル「０」であるが、ウインドコンパレータ１５０に入力される電圧が４．０Ｖのしきい値電圧Ｖｒ＿Ｈを下回った時点でウインドコンパレータ１５０の出力はハイレベル「１」となり、ウインドコンパレータ１５０に入力される電圧が１．５Ｖのしきい値電圧Ｖｒ＿Ｌを下回った時点でウインドコンパレータ１５０の出力はロウレベル「０」となる。
【００５７】
カウンタ１６０は、ウインドコンパレータ１５０からの信号入力がハイレベル「１」になった時点でカウントを開始し、ウインドコンパレータ１５０からの信号入力がロウレベル「０」になった時点でカウントを終了する。カウントしたクロック数（カウンタ値）が例えば「５」であるときには、デジタル値として例えば「００００１０１」を出力する。あるいは、クロック数（カウンタ値）から得られる上記積分時間を示すデジタル値を出力する。
【００５８】
なお、出力されたデジタル値より得られる積分時間：Ｔ、積分回路１１０におけるコンデンサの容量：Ｃ、ウインドコンパレータ１５０におけるしきい値電圧の差：Ｖに基づき、周知の計算式：ＣＶ＝ＩＴを利用することにより、電極１２より流れる電流Ｉを算出することも可能である。
【００５９】
こうして得られるデジタル信号の値を用いることにより、任意の２点のしきい値電圧間の電圧波形の変化の度合い（傾き）、すなわち反応速度を把握することが可能となり、その後の反応の変化も予測できるため、特定の細菌やウイルスを精度良く判定することができ、また、病気の進行度や細菌汚染地帯の汚染度を予測したり、患者や病原菌・ウイルスへの薬の効果を予測したりすることが容易となる。
【００６０】
図１０は、携帯端末装置１００内で生成されるデジタル値と表示部１０１に表示される検査結果との対応関係を示すテーブル情報を示す図である。
【００６１】
図１０に示されるテーブル情報は、携帯端末装置１００内の所定の記憶媒体に記憶されており、図示しない判定部もしくは制御部が表示部１０１に検査結果を表示させる際に使用する。
【００６２】
図１０中の「デジタル出力」に示されるデジタル値は、表示部１０１に表示すべき「検査結果」の内容を特定するための値であり、バイナリビットで表現される。図１０の例では、病原菌が検出された可能性が最も低いことを示す「００００」から、病原菌が検出された可能性が最も高いことを示す「１１１１」までが、１６段階に分けて表現されている。なお、図１０の例では、４桁のデジタル値が示されているが、桁数はこれに限定されるものではない。例えば８桁で表現するようにしてもよい。なお、図１０の例では、検査結果が上から危険度の高い順に並べられているが、場合によっては、検査結果が上から危険度の低い順となるように並べておく必要がある。
【００６３】
例えば、図６の回路構成例によれば、図７の概念図からわかるように、電圧が低ければ低いほど、病原菌が検出された可能性が高くなる傾向がある。デジタル値が例えば「００００００１」のときは病原菌が検出された可能性は低く、デジタル値が例えば「１１１１１１１」のときは病原菌が検出された可能性が最も高い。このような場合は、図１０の例のように、検査結果が上から危険度の高い順に並べられていて問題はない。
【００６４】
一方、図８の回路構成例によれば、図９の概念図からわかるように、カウンタ値が小さければ小さいほど、反応が速いことを示し、病原菌が検出された可能性が高くなる傾向がある。カウンタ値が例えば「１５」のとき（即ち、デジタル値が例えば「０００１１１１」のとき）は病原菌が検出された可能性はそれほど高くなく、カウンタ値が「１」のとき（即ち、デジタル値が例えば「００００００１」のとき）は病原菌が検出された可能性は最も高い。このような場合は、図１０の例に示される検査結果が上から危険度の低い順となるように並べておく。
【００６５】
また、検査結果は、図１０の例に示されるものに限定されるものではない。例えば、具体的な病原体名（炭疽菌、ＳＡＲＳウイルスなど）に対応した複数段階の検査結果を示す情報がセルユニット毎に用意されていてもよいし、病原体名ではなくて特定の遺伝子や個体に該当する可能性を複数段階で示す情報がセルユニット毎に用意されていてもよい。
【００６６】
図１１は、携帯端末装置１００内のＤＮＡチップ装置１０及び周辺の各種要素を含む構成を示すブロック図である。
【００６７】
携帯端末装置１００は、前述したＤＮＡチップ装置１０を着脱可能に搭載し、また、選択部２０、取出部３０、設定部４０、判定部５０、出力部６０および制御部７０を備えている。ＤＮＡチップ装置１０には、既に説明した複数のユニットセル１１、入力制御部１５および出力制御部１６が備えられる。
【００６８】
選択部２０は、前述の入力部１０２を通じて入力されるユーザの選択指示に従って、複数のユニットセルの中から指定されたユニットセル１１を選択するものである。
【００６９】
取出部３０は、ユーザから提供される試料から被検出用ＤＮＡを取り出すものである。
【００７０】
設定部４０は、前述の入力部１０２を通じて入力されるユーザの選択指示に従って、前述の出力制御部１６に備えられるウインドコンパレータ１５０における２つのしきい値電圧（Ｖｒ＿Ｈ，Ｖｒ＿Ｌ）の値の設定を行うものである。
【００７１】
判定部５０は、出力制御部１６から出力されるデジタル値に基づき、例えば図１０に示した情報テーブルを参照して該当する検査結果を判定するものである。
【００７２】
出力部６０は、前述の表示部１０１やスピーカ、もしくは所定のサーバへの連絡を行う通信機能に相当するものであり、設定部４０により設定された設定情報や判定部５０により判定された検査結果を表示出力したり、予め指定された特定の検査結果が得られた場合に警告音やメッセージなどを音声出力したり、もしくは当該検査結果を所定のサーバへ送信出力したりするものである。
【００７３】
制御部７０は、携帯端末装置１００全体を制御し、ＤＮＡチップ装置１０内のユニットセル１１を選択する処理や、出力制御部１６内へクロック信号やカウンタリセット信号を供給する処理、出力制御部１６内のスイッチ類をオン・オフする処理、判定部５０に表示部１０１へ出力すべき検査結果を決定させる処理などの制御を行うものである。
【００７４】
前述の判定部５０は、図１２に示されるように、データ溜込回路５１と最終判定回路５２とを備えている。
【００７５】
データ溜込回路５１は、制御部７０から供給されるクロック信号に同期して、一定時間ごとに、ＤＮＡチップ装置１０から得られる個々のデジタル値を履歴として溜め込むものである。このデータ溜込回路５１は必ずしも必要とされる回路ではなく、省略することも可能である。最終判定回路５２は、データ溜込回路５１に溜め込まれた個々のデジタル値、もしくはＤＮＡチップ装置１０から直接得られるデジタル値に基づき、例えば図１０の参照テーブルを参照して、最終的に表示部１０１に表示すべき検査結果を決定するものである。また、上記最終判定回路５２は、データ溜込回路５１に溜め込まれた個々のデジタル値に基づいて電圧波形の変化の経緯を示すグラフ等を検査結果として生成したり、当該電圧波形の変化のパターンと予め用意されている複数種のパターンとの照合を行うことによって病原体名や個体などを特定する検査結果を生成したりすることもできる。こうして得られる検査結果は、病気の進行度や細菌汚染地帯の汚染度を判定したり、患者や病原菌・ウイルスへの薬の効果を判定したりする上での有効なデータとなる。
【００７６】
次に、図１３のフローチャートを参照して、携帯端末装置１００の動作の一例を説明する。
【００７７】
携帯端末装置１００には、予め検出用ＤＮＡが固定されたＤＮＡチップ装置１０が装着されているものとする。
【００７８】
検出動作の開始にあたっては、制御部７０がＤＮＡチップ装置１０内のスイッチ類の初期設定やユニットセル１１の選択などの設定処理を行い、クロック信号をＤＮＡチップ装置１０内の回路に供給し、検出動作を開始する（ステップＳ１１）。
【００７９】
ＤＮＡチップ装置１０内の検出用ＤＮＡ（プローブＤＮＡ）に対し、被検出用ＤＮＡ（ターゲットＤＮＡ）が滴下され（ステップＳ１２）、被検出用ＤＮＡと検出用ＤＮＡとのハイブリダイゼーションにより反応が生じると（ステップＳ１３）、電極１２から積分回路１１０側へと電流が流れる。
【００８０】
電極１２から流れ出した電流は、積分回路１１０により電圧に変換され（ステップＳ１４）、コンパレータ１３０及びエンコーダ回路１４０（図６）を経由して、もしくはウインドコンパレータ１５０及びカウンタ１６０（図８）を経由して、ＤＮＡチップ装置１０からデジタル信号が出力される（ステップＳ１５）。
【００８１】
そして、判定部５０（図１１）が、ＤＮＡチップ装置１０から出力されたデジタル信号に基づき、該当する検査結果が決定し、その検査結果を表示部１０１に表示出力したり、あるいは外部へ通知したりする（ステップＳ１６）。
【００８２】
このように本実施形態の携帯端末装置１００によれば、ハイブリダイゼーションにおける反応の時間的変化に関する詳細な情報を得ることができるため、病気の進行度や細菌汚染地帯の汚染度を判定したり、あるいは患者や病原菌・ウイルスへの薬の効果を判定したりすることが容易となる。
【００８３】
図１４は、携帯端末装置１００を用いて危険な病原菌などが検出された場合の情報連絡を行うための情報連絡システムの構成の一例を示す図である。
【００８４】
この情報連絡システムは、検査担当者が携帯する携帯端末装置１００やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２００のほかに、データベース（ＤＢ）を備えたサーバ３１０およびパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３２０が設けられた緊急保安機関３００や、緊急連絡を受ける省庁４００、報道各局５００、研究機関６００を含む。
【００８５】
携帯端末装置１００は、例えば現地にて特定の病原菌を検出した場合に、前述の通信機能により、その検出結果に対応するデジタル値を含むデータをネットワークＮ経由で緊急保安機関３００へ送信するか、もしくはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）２００を介してネットワークＮ経由で緊急保安機関３００へ送信する。
【００８６】
サーバ３１０は、携帯端末装置１００から送信されたデータを受信した場合に、データベース（ＤＢ）に登録されているデジタル値との照合を行うものである。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）３２０は、サーバ３１０に対して各種の処理を要求することができる。緊急保安機関３００は、サーバ３１０での照合の結果から、特定の病原菌が検出されたことの確証が得られた場合、関係する各省庁４００へその旨を連絡する。
【００８７】
省庁４００は、サーバ３１０から特定の病原菌が検出された旨を連絡を受けた場合に、報道各局５００や研究機関６００へ必要な連絡を行う。報道各局５００は、緊急保安機関３００から連絡を受けた場合に、その情報公開を行う。研究機関６００は、緊急保安機関３００から連絡を受けた場合に、その対処方法を検討する。
【００８８】
次に、図１５のフローチャートを参照して、情報連絡システムの動作の一例を説明する。
【００８９】
ここでは、検査担当者が検査要請を受けて、検出装置である携帯端末装置１００を現地に持って行き、検査対象である検査用ＤＮＡを検査する場合を想定している。
【００９０】
携帯端末装置１００においては、検査対象のサンプルを採取し（ステップＳ２１）、ＤＮＡチップ装置１０にて検査を行い（ステップＳ２２）、特定の病原菌が確認された（もしくは、一定以上の危険レベルが検出された）か否かを調べる（ステップＳ２３）。
【００９１】
特定の病原菌が確認されなければ（ステップＳ２３の「異常なし」）、安全が確認され、処理を終了する。一方、特定の病原菌が確認された場合には（ステップＳ２３の「異常あり」）、携帯端末装置１００は、その検出結果に対応するデジタル値を含むデータを緊急保安機関３００へ転送する（ステップＳ２４）。
【００９２】
サーバ３１０は、携帯端末装置１００から転送されたデータに含まれるデジタル値とデータベース（ＤＢ）に登録されている情報との照合を行う（ステップＳ２５）。
【００９３】
サーバ３１０での照合結果から、特定の病原菌が確認されなければ（ステップＳ２５の「異常なし」）、安全が確認され、処理を終了する。一方、特定の病原菌が確認された場合には（ステップＳ２５の「異常あり」）、緊急保安機関３００は、関係する各省庁４００へその旨を連絡する（ステップＳ２６）。
【００９４】
省庁４００は、サーバ３１０から特定の病原菌が検出された旨を連絡を受けると、報道各局５００や研究機関６００へ必要な連絡を行う（ステップＳ２７）。
【００９５】
これにより、報道各局５００はその情報公開を行い、研究機関６００はその対処方法を検討する。
【００９６】
このように本実施形態の情報連絡システムによれば、携帯端末装置１００及び緊急保安機関３００を通じて特定の病原菌が検出されたことの確証が得られた場合には、その旨が関係する各省庁を介して報道各局５００や研究機関に連絡されるので、検出された病原菌による被害の拡大を防ぐことができる。また、事故や災害現場での疾病の早期発見、病原体の個体識別のみならず、医療現場での活用も期待でき、利用範囲は広い。
【００９７】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態に係る携帯端末装置１００の外観を示す斜視図。
【図２】携帯端末装置１００の外観を別の方向から示す斜視図。
【図３】携帯端末装置１００のチップ装着部１０３に装着されるＤＮＡチップ装置１０の構成の一例を示す図。
【図４】ＤＮＡチップ装置１０におけるユニットセル１１の構成の一例を示す図。
【図５】ＤＮＡチップ装置１０の構成と動作を説明するための図。
【図６】ＤＮＡチップ装置１０内の出力制御部１６の第１の回路構成例を示す図。
【図７】第１の回路構成例から得られるデジタル値を説明するための図。
【図８】ＤＮＡチップ装置１０内の出力制御部１６の第２の回路構成例を示す図。
【図９】第２の回路構成例から得られるデジタル値を説明するための図。
【図１０】携帯端末装置１００内で生成されるデジタル値と表示部１０１に表示される検査結果との対応関係を示すテーブル情報を示す図。
【図１１】携帯端末装置１００内のＤＮＡチップ装置１０及び周辺の各種要素を含む構成を示すブロック図。
【図１２】データ溜込回路５１と最終判定回路５２とを備えた判定部５０の一例を示す図。
【図１３】携帯端末装置１００の動作の一例を示すフローチャート。
【図１４】携帯端末装置１００を用いて危険な病原菌などが検出された場合の情報連絡を行うための情報連絡システムの構成の一例を示す図。
【図１５】情報連絡システムの動作の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９９】
１０…ＤＮＡチップ装置、１１…ユニットセル、１２…電極、１３…検出用ＤＮＡ合成部、１４…ハイブリッドＤＮＡ検出部、１５…入力制御部、１６…出力制御部、１７…基板、１８…配線層、２０…選択部、３０…取出部、４０…設定部、５０…判定部、６０…出力部、７０…制御部、１０１…表示部、１０２…入力部、１０３…チップ装着部、１０４…メモリカード装着部、１０５…バッテリ、１０６…ＡＣアダプタ端子、１０７…ＲＳ−２３２Ｃインタフェース、１０８…ＵＳＢインタフェース、１１０…積分回路、１２０…ラダー抵抗群、１３０…コンパレータ、１４０…エンコーダ回路、１５０…ウインドコンパレータ、１６０…カウンタ。
【図１】
2009168508.tif 000003
【図２】
2009168508.tif 000004
【図３】
2009168508.tif 000005
【図４】
2009168508.tif 000006
【図５】
2009168508.tif 000007
【図６】
2009168508.tif 000008
【図７】
2009168508.tif 000009
【図８】
2009168508.tif 000010
【図９】
2009168508.tif 000011
【図１０】
2009168508.tif 000012
【図１１】
2009168508.tif 000013
【図１２】
2009168508.tif 000014
【図１３】
2009168508.tif 000015
【図１４】
2009168508.tif 000016
【図１５】
2009168508.tif 000017