(57)【要約】      （修正有）【課題】蛍光検出の際にノイズとなる励起光及び外来光をより低減することができる生体高分子分析チップを提供する。【解決手段】受光面を上方向に向けて設けられた複数の光電変換素子２０と、光電変換素子２０の受光面側に設けられた光学バンドパスフィルター２４ａ，２４ｂとを備える生体高分子分析チップ１を使用することにより、ノイズとなる励起光及び外来光を低減することができる。【選択図】図２
2009192368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を上方向に向けてマトリクス状に設けられた複数の光電変換素子と、
前記複数の光電変換素子の受光面側全面に設けられた光学バンドパスフィルターと、
前記光学バンドパスフィルターの受光面側に固定され、特定の生体高分子と結合するプローブと、を備えることを特徴とする生体高分子分析チップ。
【請求項２】
前記光学バンドパスフィルターを透過することができる特定波長域は半値幅１０ｎｍ以下の狭帯域であることを特徴とする請求項１に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項３】
前記光電変換素子の前記受光面側には異なる複数種類の前記光学バンドパスフィルターが配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項４】
前記生体高分子分析チップには受光面を囲む隔壁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【請求項５】
前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであり、前記特定の生体高分子は前記いずれかの光学バンドパスフィルターを透過する蛍光を放射する蛍光体により標識された一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体高分子分析チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な生物種の遺伝子の発現解析を行うためにＤＮＡチップや抗体チップ等の生体高分子分析チップやその読取装置が開発されている。生体高分子分析チップは、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡや抗体をスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである（例えば特許文献１参照）。例えば、ＤＮＡチップ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。
【０００３】
まず、既知の塩基配列を有した複数種類のｃＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡチップを準備する。次に、検体からｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いてｃＤＮＡを合成し、標識物質で標識したものを用意する（以下、標識ＤＮＡという）。ここで、標識物質には蛍光物質や化学発光基質、あるいは化学発光基質を発光させる酵素等を用いることができる。
次に、標識ＤＮＡをＤＮＡチップ上に添加すると、標識ＤＮＡが相補的なプローブＤＮＡとハイブリダイズすることによりＤＮＡチップ上に固定される。
【０００４】
次いで、ＤＮＡチップを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、ＤＮＡチップに対して二次元的に移動する集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってＤＮＡチップを走査する標識物質により発した光を集光レンズで集光させ、光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、ＤＮＡチップの面内の光強度分布を計測し、これにより、ＤＮＡチップ上の光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で光強度が大きい部分には、プローブＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有した標識ＤＮＡが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体で発現しているｍＲＮＡを同定することができる。
【０００５】
また、複数の光電変換素子を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイスの受光面にＤＮＡや抗体等のプローブ分子をスポットした生体高分子分析チップが開発されている。このような生体高分子分析チップでは、スポットに付着した標識ＤＮＡ等の生体高分子を標識する標識物質により発生する光を各光電変換素子により計測する。固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しており、受光面に付着された生体高分子と光電変換素子との間の距離が近いために標識物質から発した光の減衰を抑えることができるために、僅かな光量でも計測が可能であるという利点がある。
【特許文献１】特開２０００−１３１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
固体撮像デバイスで蛍光標識を検出する場合には、計測する蛍光よりも波長が短い（周波数が多い）励起光が検出されるのを防ぐため、例えば図１４に示すように、励起光よりも波長が長い（周波数が小さい）光のみを透過させる光学ローパスフィルターを設けることが行われる。しかし、この方法では、広帯域の光が透過して光電変換素子に入射し得るため、目的とする蛍光以外の光を検出してしまい、ノイズが増大するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決し、蛍光検出の際のノイズをより低減することができる生体高分子分析チップ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】
【０００８】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、生体高分子分析チップであって、受光面を上方向に向けてマトリクス状に設けられた複数の光電変換素子と、前記複数の光電変換素子の受光面側全面に設けられた光学バンドパスフィルターと、前記光学バンドパスフィルターの受光面に固定され、特定の生体高分子と結合するプローブと、を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の生体高分子分析チップであって、前記光学バンドパスフィルターを透過することができる特定波長域は半値幅１０ｎｍ以下の狭帯域であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の生体高分子分析チップであって、前記光電変換素子の前記受光面側には異なる複数種類の前記光学バンドパスフィルターが配置されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記生体高分子分析チップには受光面を囲む隔壁が設けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の生体高分子分析チップであって、前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであり、前記特定の生体高分子は前記いずれかの光学バンドパスフィルターを透過する蛍光を放射する蛍光体により標識された一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蛍光検出の際のノイズをより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１１】
［第１実施形態］
〔１〕生体高分子分析チップの全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図である。この生体高分子分析チップ１は、ＤＮＡを検出するＤＮＡチップであり、固体撮像デバイス１０の撮像面に、複数のスポット６０が形成されている。なお、図１では直径０．５ｍｍのスポット６０が縦１０行×横１２列形成されている。
また、固体撮像デバイス１０の撮像面の外周部には、隔壁５１が設けられている。隔壁５１により固体撮像デバイス１０の受光面に後述する蛍光標識ＤＮＡ溶液が貯留されるウェル５２が形成される。
【００１２】
図２は、図１における１つのスポット６０を拡大した図である。固体撮像デバイス１０には、光電変換素子として複数のダブルゲート型磁界効果トランジスタ等のフォトセンサ（以下、フォトセンサという。）２０が縦横に配列されている。なお、図２では、縦横５０μｍピッチでフォトセンサ２０が配列されている。
【００１３】
ここで、図２〜図４を用いて固体撮像デバイス１０について説明する。図３は１つのフォトセンサ２０を示す平面図であり、図４は図３のIV−IV矢視断面図である。
【００１４】
〔２〕固体撮像デバイス
図４に示すように、固体撮像デバイス１０は、透明基板１１と、ボトムゲート絶縁膜１３と、トップゲート絶縁膜２１と、保護絶縁膜２３と、光学フィルター２４と、スポット固定層２５とを積層してなる。これらの層間に、複数のボトムゲートライン１２ａ、ソースライン１８ａ、ドレインライン１９ａ、トップゲートライン２２ａ及び、フォトセンサ２０を形成するボトムゲート電極１２、半導体膜１４、チャネル保護膜１５、不純物半導体膜１６，１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９、トップゲート電極２２、が設けられている。
【００１５】
透明基板１１は、後述する蛍光体が発する光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、例えば、石英ガラス等といったガラス基板、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ等といったプラスチック基板等である。
【００１６】
この固体撮像デバイス１０においては、光電変換素子としてフォトセンサ２０が利用され、複数のフォトセンサ２０，２０，…が透明基板１１上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列され、これらフォトセンサ２０，２０，…が窒化シリコン（SiN）等の保護絶縁膜２３によってまとめて被覆されている。
なお、図２では１０行×１０列の１００個のフォトセンサ２０，２０，…が示されているが、その数は任意であり、さらに多くの行及び列を有していても良い。
【００１７】
図３、図４に示すように、フォトセンサ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜１４と、半導体膜１４上に形成されたチャネル保護膜１５と、ボトムゲート絶縁膜１３を挟んで半導体膜１４の下に形成されたボトムゲート電極１２と、トップゲート絶縁膜２１を挟んで半導体膜１４の上に形成されたトップゲート電極２２と、半導体膜１４の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜１６と、半導体膜１４の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜１７と、不純物半導体膜１６に重なったソース電極１８と、不純物半導体膜１７に重なったドレイン電極１９と、を備え、半導体膜１４において受光した光量に従ったレベルの電気信号を出力するものである。
【００１８】
ボトムゲート電極１２は、フォトセンサ２０ごとに透明基板１１上に形成されている。また、透明基板１１上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン１２ａ，１２ａが形成されており、横方向に配列された同一の行のフォトセンサ２０，２０，…のそれぞれのボトムゲート電極１２が共通のボトムゲートライン１２ａと一体となって形成されている。ボトムゲート電極１２及びボトムゲートライン１２ａは、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００１９】
フォトセンサ２０，２０，…のボトムゲート電極１２及びボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…はボトムゲート絶縁膜１３によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜１３は全てのフォトセンサ２０，２０，…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜１３は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン（SiN）又は酸化シリコン（SiO2）からなる。
【００２０】
ボトムゲート絶縁膜１３上には、複数の半導体膜１４がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜１４は、フォトセンサ２０ごとに独立して形成されており、それぞれのフォトセンサ２０においてボトムゲート電極１２に対して対向配置され、ボトムゲート電極１２との間にボトムゲート絶縁膜１３を挟んでいる。半導体膜１４は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。
【００２１】
半導体膜１４上には、チャネル保護膜１５が形成されている。チャネル保護膜１５は、フォトセンサ２０ごとに独立してパターニングされており、それぞれのフォトセンサ２０において半導体膜１４の中央部上に形成されている。チャネル保護膜１５は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜１５は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜１４の界面を保護するものである。半導体膜１４に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜１５と半導体膜１４との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜１４側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜１５側には電子が発生する。
【００２２】
半導体膜１４の一端部上には、不純物半導体膜１６が一部、チャネル保護膜１５に重なるようにして形成されており、半導体膜１４の他端部上には、不純物半導体膜１７が一部、チャネル保護膜１５に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜１６，１７は、フォトセンサ２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜１６，１７は、ｎ型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン（ｎ+シリコン）からなる。
【００２３】
不純物半導体膜１６上には、ソース電極１８が形成され、不純物半導体膜１７上には、ドレイン電極１９が形成されている。ソース電極１８及びドレイン電極１９はフォトセンサ２０ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン１８ａ，１８ａ及びドレインライン１９ａ，１９ａがボトムゲート絶縁膜１３上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のフォトセンサ２０，２０，…のソース電極１８は共通のソースライン１８ａと一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のフォトセンサ２０，２０，…のドレイン電極１９は共通のドレインライン１９ａと一体に形成されている。ソース電極１８、ドレイン電極１９、ソースライン１８ａ及びドレインライン１９ａは、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。
【００２４】
フォトセンサ２０，２０，…のソース電極１８及びドレイン電極１９並びにソースライン１８ａ，１８ａ及びドレインライン１９ａ，１９ａは、トップゲート絶縁膜２１によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２１は全てのフォトセンサ２０，２０，…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜２１は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２５】
トップゲート絶縁膜２１上には、複数のトップゲート電極２２がフォトセンサ２０ごとに形成されている。トップゲート電極２２は、それぞれのフォトセンサ２０において半導体膜１４に対して対向配置され、半導体膜１４との間にトップゲート絶縁膜２１及びチャネル保護膜１５を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２１上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン２２ａ，２２ａが形成されており、横方向に配列された同一の行のフォトセンサ２０，２０のトップゲート電極２２が共通のトップゲートライン２２ａと一体に形成されている。トップゲート電極２２及びトップゲートライン２２ａは、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。
【００２６】
フォトセンサ２０，２０，…のトップゲート電極２２及びトップゲートライン２２ａ，２２ａは保護絶縁膜２３によってまとめて被覆され、保護絶縁膜２３は全てのフォトセンサ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜２３は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。
【００２７】
フォトセンサ２０，２０，…の受光面側に設けられた保護絶縁膜２３の上面全面には、光学フィルター２４が設けられている。光学フィルター２４は、図１に示すように、保護絶縁膜２３の上面の半分（図１において左半分）を覆う第１の光学フィルター２４ａと、残りの部分（図１において右半分）を覆う第２の光学フィルター２４ｂとからなる。
光学フィルター２４ａ，２４ｂは、光学バンドパスフィルターであり、受光面側から放射される特定の蛍光体からの蛍光のみを透過する。例えば、後述する複数種類の蛍光体から放射される蛍光波長の一方を透過させる。光学バンドパスフィルターの透過波長は、蛍光体の種類によって任意に選択される。例えば、蛍光体として、インビトロジェン株式会社製Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ３５０（吸収波長：３５０ｎｍ、蛍光波長：４４２ｎｍ）、Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ４３０（吸収波長：４３０nm、蛍光波長：５４０nm）、ＧＥヘルスケア  バイオサイエンス株式会社製Ｃｙ２（吸収波長４９１ｎｍ、蛍光波長５０９ｎｍ）、Ｃｙ３（吸収波長５５３ｎｍ、蛍光波長５６９ｎｍ）及びＣｙ５（吸収波長６４５ｎｍ、蛍光波長６６４ｎｍ）のうちいずれか２種類を用いるのであれば、それぞれの蛍光波長を透過させる光学バンドパスフィルターを用いることができる。
一例として、第１の蛍光体としてＡｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ３５０（吸収波長１：３５０ｎｍ、蛍光波長１：４４２ｎｍ）、第２の蛍光体としてＡｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ４３０（吸収波長２：４３０nm、蛍光波長２：５４０nm）を用い、光学バンドパスフィルター２４ａとして中心波長４４０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの光学バンドパスフィルターを用い、光学バンドパスフィルター２４ｂとして中心波長５４０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの光学バンドパスフィルターを用いる場合について説明する。図５は光学バンドパスフィルター２４ａ，２４ｂの光透過特性を示す模式図である。図５に示すように、光学バンドパスフィルター２４ａは吸収波長１、吸収波長２及び蛍光波長２の光は透過させず、蛍光波長１のみを透過させる。このため、第１の蛍光体からの蛍光を検出する際のノイズをより低減することができる。
同様に、光学バンドパスフィルター２４ｂは吸収波長１、吸収波長２及び蛍光波長１の光は透過させず、蛍光波長２のみを透過させる。このため、第２の蛍光体からの蛍光を検出する際のノイズをより低減することができる。
なお、Ｃｙ２（吸収波長４９１ｎｍ、蛍光波長５０９ｎｍ）、Ｃｙ３（吸収波長５５３ｎｍ、蛍光波長５６９ｎｍ）及びＣｙ５（吸収波長６４５ｎｍ、蛍光波長６６４ｎｍ）のうちいずれか２種類を用いるのであれば、中心波長５１０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの光学バンドパスフィルター、中心波長５７０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの光学バンドパスフィルター、及び中心波長６６０ｎｍ、半値幅１０ｎｍの光学バンドパスフィルターのいずれかを組み合わせて用いることができる。尚、光学バンドパスフィルターを通過することができる光の特定波長域は半値幅１０ｎｍ以下の狭帯域であることが望ましい。
【００２８】
このような光学バンドパスフィルターは、例えば、蒸着法、スパッタ法、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法等の気相堆積法により、保護絶縁膜２３の表面に金属層の間に誘電体層を成膜した誘電体多層膜を市松模様状にパターニングすることで作成することができる。
【００２９】
光学フィルター２４の表面には、スポット固定層２５が設けられている。スポット固定層２５は、スポット６０となる後述するプローブと共有結合または静電結合することで、スポットを固定する。
【００３０】
以上のように構成された固体撮像デバイス１０は、スポット固定層２５の表面を受光面としており、フォトセンサ２０の半導体膜１４において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。
【００３１】
〔３〕スポット
図１、図２に示すように、固体撮像デバイス１０の撮像面にはスポット６０が形成されている。各スポット６０は、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡ（プローブＤＮＡ６１）や抗体等の溶液をウェル４２内に滴下し、乾燥して形成される。以下ではプローブとして既知の塩基配列のｃＤＮＡを用いた場合について説明する。
【００３２】
図６は図２のVI−VI矢視断面図である。１つのスポット６０では同じ塩基配列の一本鎖のプローブＤＮＡ６１が多数集まった群集が固定化され、スポット６０ごとにプローブＤＮＡ６１は異なる塩基配列となっている。プローブＤＮＡ６１としては、既知のｍＲＮＡの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられる。具体的には、例えば、後述する蛍光標識ＤＮＡで用いるのと同じ細胞検体から作成したｃＤＮＡライブラリを用いることができる。
なお、図１においては、光学フィルター２４ａ上及び光学フィルター２４ｂ上に、Ａ１〜Ｊ６の６０種類のプローブＤＮＡが滴下されてスポット６０が形成されている。光学フィルター２４ａ上及び光学フィルター２４ｂ上に滴下されたプローブＤＮＡは、同一の座標（Ａ１同士、Ａ２同士、・・・、Ｊ６同士）ではそれぞれ同種類である。
図２では、１つのスポット６０は複数のフォトセンサ２０上に重なるように形成されているが、１つのスポット６０に少なくとも１つのフォトセンサ２０が形成されていれば良く、その数は任意である。
【００３３】
〔４〕分析装置
生体高分子分析チップ１を分析装置７０にセッティングして生体高分子分析チップ１を用いるので、分析装置７０について図７を用いて説明する。図７は分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【００３４】
分析装置７０は、分析装置７０全体を制御するコンピュータ７１と、記憶装置７２と、コンピュータ７１により制御される励起光照射装置７３と、生体高分子分析チップ１に接続され、固体撮像デバイス１０を駆動するトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５、ドレインドライバ７６と、コンピュータ７１から出力された信号により出力（プリント）を行う出力装置７７と、コンピュータ７１から出力された信号により表示を行う表示装置７８と、を備える。
【００３５】
トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６は、協同して固体撮像デバイス１０を駆動するものである。固体撮像デバイス１０のトップゲートライン２２ａ，２２ａ，…がトップゲートドライバ７４の端子に、ボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…がボトムゲートドライバ７５の端子に、ドレインライン１９ａ，１９ａ，…がドレインドライバ７６の端子に、それぞれ接続されるようになっている。また、固体撮像デバイス１０のソースライン１８ａ，１８ａ，…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン１８ａ，１８ａ，…が接地されるようになっている。
【００３６】
コンピュータ７１は、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に固体撮像デバイス１０の駆動動作を行わせる機能を有する。
また、コンピュータ７１は入力した二次元の画像データに従った画像を出力装置７７に出力させる機能を有する。出力装置７７は、例えばプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。表示装置７８は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置である。
【００３７】
また、コンピュータ７１はドレインドライバ７６から入力した電気信号をＡ／Ｄ変換することで、固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして記憶装置７２に取得する機能を有する。
【００３８】
記憶装置７２には、ドレインドライバ７６からコンピュータ７１に入力され、Ａ／Ｄ変換された固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布が二次元の画像データとして記憶される。
励起光照射装置７３は、蛍光体を励起する励起光を生体高分子分析チップ１に照射する。例えば、蛍光体としてＡｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ３５０、Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ４３０、Ｃｙ２、Ｃｙ３、Ｃｙ５を用いる場合には、これらの吸収波長（Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ３５０：３５０ｎｍ、Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ４３０：４３０nm、Ｃｙ２：４９１ｎｍ、Ｃｙ３：５５３ｎｍ、Ｃｙ５：６４５ｎｍ）を含む励起光を生体高分子分析チップ１に照射する。
【００３９】
〔５〕蛍光標識ＤＮＡの作成
上記生体高分子分析チップ１で分析する試料としては、ＤＮＡを用いることができる。試料となるＤＮＡとしては、任意の細胞検体内で発現しているｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いるＲＴ−ＰＣＲ反応により得られたｃＤＮＡを用いることができる。ｃＤＮＡは蛍光体で標識する。蛍光体は、分析装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光を発するものを選択するが、蛍光体としては、例えばインビトロジェン株式会社製Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ３５０（吸収波長：３５０ｎｍ、蛍光波長：４４２ｎｍ）、Ａｌｅｘａ−Ｆｌｕｏｒ４３０（吸収波長：４３０nm、蛍光波長：５４０nm）、ＧＥヘルスケア  バイオサイエンス株式会社製のＣｙ２（吸収波長４９１ｎｍ、蛍光波長５０９ｎｍ）、Ｃｙ３（吸収波長５５３ｎｍ、蛍光波長５６９ｎｍ）、Ｃｙ５（吸収波長６４５ｎｍ、蛍光波長６６４ｎｍ）等を用いることができる。
【００４０】
ｃＤＮＡを蛍光体で標識するには、例えば、蛍光体で標識されたオリゴｄＴプライマや、標識されたｄＮＴＰミックスを用いてＲＴ−ＰＣＲ反応を実施すればよい。以下では、この標識されたｃＤＮＡを蛍光標識ＤＮＡという。
本実施の形態では、２種類の細胞検体より得られるｃＤＮＡを異なる蛍光体で染色した蛍光標識ＤＮＡを作成し、サンプルの検出を行う。ここで、２種類の細胞検体としては、例えばある病気に対する患者の組織の細胞と、健康な人の同一組織の細胞、あるいは、同一人物の正常な細胞と癌細胞、等の組み合わせが挙げられる。以下、２種類の細胞検体をＡ検体及びＢ検体という。
【００４１】
〔６〕ハイブリダイゼーション
以下、蛍光標識ＤＮＡをプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法について図８〜図１１を用いて説明する。図８は生体高分子分析チップ１に蛍光標識ＤＮＡ６２及び蛍光標識ＤＮＡ６３を含有した溶液（以下、蛍光標識ＤＮＡ溶液という）を滴下した状態を示す模式図である。ここで、第１の蛍光体６４で標識した蛍光標識ＤＮＡ６２はＡ検体由来であり、第２の蛍光体６５で標識した蛍光標識ＤＮＡ６３はＢ検体由来であるものとする。また、光学フィルター２４ａは蛍光体６４から放射される蛍光を透過する光学バンドパスフィルターであり、光学フィルター２４ｂは蛍光体６５から放射される蛍光を透過する光学バンドパスフィルターであるものとする。
【００４２】
まず、図８に示すように、作業者が、蛍光標識ＤＮＡ溶液をウェル５２内に滴下する。なお、蛍光標識ＤＮＡ溶液を各スポット６０，６０，…に順次又は同時に滴下してもよい。このとき、蛍光標識ＤＮＡが一本鎖となるように蛍光標識ＤＮＡ溶液は加熱されている。
【００４３】
次いで、生体高分子分析チップ１をＤＮＡが二本鎖を形成する所定の温度に冷却する。すると、ウェル５２内に注入された蛍光標識ＤＮＡ溶液内の蛍光標識ＤＮＡのうち、スポット６０のプローブＤＮＡ６１と相補的な蛍光標識ＤＮＡは、プローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。一方、プローブＤＮＡ６１と相補的ではない蛍光標識ＤＮＡは、このスポット６０には結合しない。
【００４４】
〔６−１〕
蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１と相補的である場合は、図９に示すように、蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。
【００４５】
〔６−２〕
蛍光標識ＤＮＡ６２はプローブＤＮＡ６１と相補的であるが、蛍光標識ＤＮＡ６３はプローブＤＮＡと相補的でない場合は、図１０に示すように、蛍光標識ＤＮＡ６２のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。
【００４６】
〔６−３〕
蛍光標識ＤＮＡ６２はプローブＤＮＡ６１と相補的でないが、蛍光標識ＤＮＡ６３はプローブＤＮＡと相補的である場合は、図１１に示すように、蛍光標識ＤＮＡ６３のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。
【００４７】
〔６−４〕
蛍光標識ＤＮＡ６２，６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１と相補的でない場合は、蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしない。
【００４８】
その後、ウェル５２内の蛍光標識ＤＮＡ溶液を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、蛍光標識ＤＮＡのうちハイブリダイズしなかったものを生体高分子分析チップ１上から除去する。
【００４９】
〔７〕サンプルの検出
次に、蛍光標識ＤＮＡ６２，６３の検出方法について図１２、図１３を用いて説明する。
上記処理を行った後、生体高分子分析チップ１を、分析装置７０にセッティングし、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６をそれぞれトップゲートライン２２ａ，２２ａ，…、ボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…、ドレインライン１９ａ，１９ａ，…に接続する。また、ソースライン１８ａ，１８ａ，…を一定電圧源に接続する。その後、コンピュータ７１を起動する。
【００５０】
次に、コンピュータ７１により励起光照射装置７３を制御し、生体高分子分析チップ１に励起光Ｌを照射する。励起光Ｌには、蛍光体６４の励起波長及び蛍光体６５の励起波長の光が含まれる。なお、励起光照射装置７３は生体高分子分析チップ１の上面から励起光Ｌを照射してもよいし、下面から励起光Ｌを照射してもよい。
【００５１】
蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１に結合したスポット６０からは、励起光により励起された蛍光体６４が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光Ｆ１（主に可視光波長域）が放出される。一方、蛍光標識ＤＮＡ６３がプローブＤＮＡ６１に結合したスポット６０からは、励起光により励起された蛍光体６５が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光Ｆ２（主に可視光波長域）が放出される。
【００５２】
図１２に示すように、放出された蛍光Ｆ１は光学フィルター２４ａを透過して光学フィルター２４ａに対応するフォトセンサ２０（以下、フォトセンサ２０Ａという）に入射する。一方、蛍光Ｆ１は光学フィルター２４ｂを透過しないので、光学フィルター２４ｂに対応するフォトセンサ２０（以下、フォトセンサ２０Ｂという）には入射しない。
同様に、図１３に示すように、放出された蛍光Ｆ２は光学フィルター２４ｂを透過してフォトセンサ２０Ｂに入射する。一方、蛍光Ｆ２は光学フィルター２４ａを透過しないので、フォトセンサ２０Ａには入射しない。
【００５３】
蛍光が入射したフォトセンサ２０では電子−正孔対が発生する。なお、励起光Ｌは励起光吸収層３３により吸収されるため、フォトセンサ２０に励起光Ｌが入射して電子−正孔対を発生させることはなく、励起光Ｌによるノイズを低減することができる。
次に、コンピュータ７１は、上述の撮像動作を行い、各フォトセンサ２０，２０，…のそれぞれの光量データを取得する。その後、コンピュータ７１は、取得した光量データを、フォトセンサ２０Ａ，２０Ｂの波長による感受性や蛍光体６４，６５の蛍光強度差に応じて調整した後、記憶装置７２に記憶する。
【００５４】
ここで、フォトセンサ２０Ａの光量データとフォトセンサ２０Ｂの光量データとを、異なる配色のデータとして保存する。例えば、光学フィルター２４ａに対応するフォトセンサ２０の光量データを赤色、光学フィルター２４ｂに対応するフォトセンサ２０の光量データを緑色として保存する。
【００５５】
コンピュータ７１は、作業者の操作に応じて記憶装置７２に記憶された各フォトセンサ２０，２０，…のそれぞれの光量データを表示装置７８に表示させる。このとき、表示装置７８の表示画面のうち、フォトセンサ２０Ａと対応する画素を赤色光、フォトセンサ２０Ｂと対応する画素を緑色光で表示する。
【００５６】
光学フィルター２４ａ上のスポット６０のうち、蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした部分は画面上で赤色に表示される。また、光学フィルター２４ｂ上のスポット６０のうち、蛍光標識ＤＮＡ６３がプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしたスポット６０と対応する部分は画面上で緑色に表示される。蛍光標識ＤＮＡ６２，６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしなかったスポット６０は画面上で暗色に表示される。
【００５７】
その後、表示装置７８に表示された画像において、左右の光学フィルター２４ａ，２４ｂ上のスポット６０に対応する部分の色を比較することで、Ａ検体及びＢ検体のいずれでも発現している遺伝子、Ａ検体またはＢ検体のみで発現している遺伝子、Ａ検体及びＢ検体のいずれでも発現していない遺伝子に分類することができる。
【００５８】
また、本実施形態においては、第１の蛍光体６４で標識した蛍光標識ＤＮＡ６２を第１の光学フィルター２４ａが設けられた領域で検出し、第２の蛍光体６５で標識した蛍光標識ＤＮＡ６３を第２の光学フィルター２４ｂが設けられた領域で検出するため、Ａ検体由来のサンプルとＢ検体由来のサンプルとを混合してウェル５２内に滴下しても、それぞれを識別することができる。
【００５９】
なお、表示装置７８に表示された画像データを画像出力装置７７により出力し、これを見ることで各スポット６０，６０，…におけるハイブリダイゼーションの有無を確認してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図である。
【図２】図１における１つのスポット６０を拡大した図である。
【図３】１つのフォトセンサ２０を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。
【図５】光学バンドパスフィルター２４ａ，２４ｂの光透過特性を示す模式図である。
【図６】図２のVI−VI矢視断面図である。
【図７】分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【図８】蛍光標識ＤＮＡ溶液を生体高分子分析チップ１上に滴下した状態を示す模式図である。
【図９】蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした状態を示す模式図である。
【図１０】蛍光標識ＤＮＡ６２のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした状態を示す模式図である。
【図１１】蛍光標識ＤＮＡ６３のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした状態を示す模式図である。
【図１２】蛍光標識ＤＮＡ６２の検出方法を示す模式図である。
【図１３】蛍光標識ＤＮＡ６３の検出方法を示す模式図である。
【図１４】光学ローパスフィルターの光透過特性を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６１】
１     生体高分子分析チップ
１０   固体撮像デバイス
２０   フォトセンサ（光電変換素子）
２４ａ，２４ｂ  光学フィルター（光学バンドパスフィルター）
５１   隔壁
６０   スポット
６１   プローブＤＮＡ（プローブ）
６２，６３    蛍光標識ＤＮＡ
６４，６５    蛍光体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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