(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオチップにおいて、
採血管の開口部から順に採取された血液を保持する採取部、この血液から未知の試料を抽出する前処理部及び表面に既知の試料がアレイ状に配置された基板とを配置し、
前記開口部をゴム栓により気密したこと
を特徴とするバイオチップ。
【請求項２】
前記採取部に採取された血液を自然拡散によって前記前処理部に導入することを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【請求項３】
前記採取部の気圧よりも前記基板の配置位置の気圧を負圧にしておき、前記採取部に採取された血液を前記負圧による浸透によって前記前処理部に導入することを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【請求項４】
前記基板の配置位置を吸引してその気圧を減圧しておき、前記採取部に採取された血液を前記吸引による浸透によって前記前処理部に導入することを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【請求項５】
外部から電圧を印加して、前記採取部に採取された血液を電気泳動によって前記前処理部に導入することを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【請求項６】
前記前処理部が前記採取部に採取された血液からＤＮＡを抽出し、
前記試料がＤＮＡであることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【請求項７】
前記前処理部が前記採取部に採取された血液からＲＮＡを抽出し、
前記試料がＲＮＡであることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【請求項８】
前記前処理部が前記採取部に採取された血液から蛋白を抽出し、
前記試料が蛋白であることを特徴とする
請求項１記載のバイオチップ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＮＡ，ＲＮＡ及び蛋白等の検査のためのバイオチップに関し、特に安全性が高く検査コストの低減が可能なバイオチップに関する。
【０００２】
【従来の技術】
バイオチップ、例えば、ＤＮＡチップは数千から数万種類の既知の試料である既知のＤＮＡの断片を基板上にアレイ状に配置したものである。このようなＤＮＡチップに未知のＤＮＡの断片を流した場合に同じ種類のＤＮＡ同士で結合する性質を利用して結合が生じた既知のＤＮＡをバイオチップ読み出し装置を用いて調べることにより、未知のＤＮＡの配列等を特定するものである。
【０００３】
図３はこのようなバイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。図３中“ＳＢ０１”に示す基板上には図３中”ＤＮ０１”、”ＤＮ０２”、”ＤＮ０３”、”ＤＮ０４”、”ＤＮ０５”及び”ＤＮ０６”に示す６種類のＤＮＡの断片がアレイ状に配置されＤＮＡチップを構成している。
【０００４】
一方、図３中”ＵＮ０１”は未知のＤＮＡの断片であり、このＤＮＡの断片は図３中”ＬＭ０１”に示すように蛍光標識が予め付加されている。このような未知のＤＮＡの断片を前述のＤＮＡチップにハイブリダイズさせることにより、配列が相補的なＤＮＡ同士が結合する。
【０００５】
例えば、図３中”ＣＢ０１”に示すように図３中”ＵＮ０１”の未知のＤＮＡの断片は図３中”ＤＮ０１”に示す既知のＤＮＡの断片と結合する。
【０００６】
この状態で、バイオチップ読み出し装置を用いてこのようにハイブリダイズされたＤＮＡチップに励起光を照射し、前記蛍光標識で発生する蛍光を検出することにより、既知のＤＮＡの内でどのＤＮＡと結合したかを識別することができる。
【０００７】
例えば、図３中”ＳＩ０１”に示すようなＤＮＡチップを走査した結果のイメージにおいて、図３中”ＣＢ０１”が生じた部分のみが蛍光を生じるので図３中”ＬＤ０１”に示す部分のみから蛍光が検出されることになる。
【０００８】
図４はこのような従来のバイオチップの構成を示す構成断面図及び平面図である。また、以降の説明に関してはバイオチップとしてＤＮＡチップを例示して説明する。図４において１は表面に既知の試料である既知のＤＮＡの断片がアレイ状に配置された基板（以下、単に基板と呼ぶ。）、２は基板１が内部に格納され当該内部に予め蛍光標識が付加された未知のＤＮＡの断片が含まれる溶液が導入される容器、３は容器２に設けられ前記溶液を導入する導入口である。
【０００９】
また、容器２は励起光及びこの励起光により前記蛍光標識で発生する蛍光に対して透明な部材で構成されており、更に、図４中”ＣＬ１１”、”ＣＬ１２”、”ＣＬ１３”、”ＣＬ１４”、”ＣＬ１５”及び”ＣＬ１６”は試料である同一種類の既知のＤＮＡの断片が複数個配置されているセルである。
【００１０】
ここで、図４に示すバイオチップによるＤＮＡ等の検査方法について図５及び図６を用いて説明する。図５は溶液の容器２への導入の一例を示す説明図、図６はバイオチップ読み出し装置を用いてハイブリダイズされたＤＮＡチップを走査して未知のＤＮＡの配列等を特定する一例を示す説明図である。
【００１１】
先ず第１に、患者等の被験者から注射器等を用いて試料である血液を採取し、前処理を行った後の溶液を導入口３から容器２内に導入する。
【００１２】
例えば、図５において１〜３は図４と同一符号を付してあり、４はスポイト等の溶液導入手段、５は溶液導入手段に充填された前処理済みの溶液である。図５に示すように溶液導入手段４の先端部を導入口３に挿入して溶液導入手段４に充填されている溶液５を容器２の内部に注入する。
【００１３】
また、前述の前処理とは採取した血液からリンパ球を分離し、分離したリンパ球からＤＮＡを抽出し、最後に抽出したＤＮＡに蛍光標識を付加する一連の処理を示している。
【００１４】
第２に、容器２の内部に導入された溶液で基板１を浸し、基板１の各セルに配置された既知のＤＮＡの断片との結合を行わせる。
【００１５】
最後に、図６に示すようなバイオチップ読み出し装置を用いてハイブリダイズされた基板１を走査して未知のＤＮＡの配列等を特定する。
【００１６】
図６において１〜３、”ＣＬ１１”、”ＣＬ１２”及び”ＣＬ１３”は図４と同一符号を付してあり、６はレーザ光源等の光源、７はダイクロイックミラー、８は対物レンズ、９はフィルタ、１０はレンズ、１１は光検出素子である。また、６〜１１はバイオチップ読み出し装置５０を構成している。
【００１７】
光源６の出力光はダイクロイックミラー７で反射され、対物レンズ８で集光されて照射光として基板１上のセル、例えば、図６中”ＣＬ１２”に示すセルに集光される。
【００１８】
基板１上のセルで発生した蛍光は再び対物レンズ８で平行光になりダイクロイックミラー７に入射される。入射された蛍光はダイクロイックミラー７を透過し、ダイクロイックミラー７を透過した蛍光はフィルタ９を透過してレンズ１０により光検出素子１１に集光される。
【００１９】
また、集光位置は図示しない駆動手段により走査される。例えば、基板１上の他のセルである図６中”ＣＬ１１”及び”ＣＬ１３”に示すセルに対しても励起光が照射するように容器２自体若しくはバイオチップ読み出し装置５０自体が走査される。
【００２０】
この結果、基板１上の蛍光発光したセルの位置を特定することにより、導入された未知のＤＮＡの配列を特定することができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年試料である血液等はＨＩＶ等のウィルスに汚染されていることが多く、安全性のために注射器等の医療器具は洗浄殺菌等による再利用は行わずに使い捨て式の医療器具を用いることが増加している。これに対して、図５に示すような溶液の導入方法では必ず溶液導入手段４等から容器２への溶液の移し替え作業が発生して、誤操作等により溶液に接触してＨＩＶ等に感染してしまう危険性があると言った問題点があった。
【００２２】
また、使い捨てにより廃棄すべき医療器具も注射器、前処理に用いた器具、溶液導入手段及びＤＮＡチップ等と複数個になり、検査コストが高くなると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、安全性が高く検査コストの低減が可能なバイオチップを実現することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
バイオチップにおいて、
採血管の開口部から順に採取された血液を保持する採取部、この血液から未知の試料を抽出する前処理部及び表面に既知の試料がアレイ状に配置された基板とを配置し、前記開口部をゴム栓により気密したことにより、安全性が高く検査コストの低減が可能になる。
【００２４】
請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
前記採取部に採取された血液を自然拡散によって前記前処理部に導入することにより、安全性が高く検査コストの低減が可能になる。
【００２５】
請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
前記採取部の気圧よりも前記基板の配置位置の気圧を負圧にしておき、前記採取部に採取された血液を前記負圧による浸透によって前記前処理部に導入することにより、安全性が高く検査コストの低減が可能になる。
【００２６】
請求項４記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
前記基板の配置位置を吸引してその気圧を減圧しておき、前記採取部に採取された血液を前記吸引による浸透によって前記前処理部に導入することにより、安全性が高く検査コストの低減が可能になる。
【００２７】
請求項５記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
外部から電圧を印加して、前記採取部に採取された血液を電気泳動によって前記前処理部に導入することにより、安全性が高く検査コストの低減が可能になる。
【００２８】
請求項６記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
前記前処理部が前記採取部に採取された血液からＤＮＡを抽出し、前記試料がＤＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知のＤＮＡと未知のＤＮＡが結合して未知のＤＮＡの配列を特定することができる。
【００２９】
請求項７記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
前記前処理部が前記採取部に採取された血液からＲＮＡを抽出し、前記試料がＲＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知のＲＮＡと未知のＲＮＡが結合して未知のＲＮＡの配列を特定することができる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、
請求項１記載の発明であるバイオチップにおいて、
前記前処理部が前記採取部に採取された血液から蛋白を抽出し、前記試料が蛋白であることにより、抗原抗体反応により既知の蛋白と未知の蛋白が結合して未知の蛋白の配列を特定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るバイオチップの一実施例を示す構成断面図である。図１において１２は従来のスピッツ管の代わりに注射器に挿入されて採血を行い励起光やこの励起光によって蛍光標識で発生する蛍光等に対して透明な採血管、１３は中央部が肉薄でこの肉薄部分に針が穿刺されるゴム栓、１４は採取された血液が一旦保持される採取部、１５は前述のような前処理が行われる前処理部、１６は採血管１２内に配置され表面に既知の試料である既知のＤＮＡの断片がアレイ状に配置された基板（以下、単に基板と呼ぶ。）である。
【００３２】
また、１２〜１６はＤＮＡチップ（バイオチップ）５１を構成しており、さらに、図１中”ＣＬ２１”、”ＣＬ２２”及び”ＣＬ２３”は試料である同一種類の既知のＤＮＡの断片が複数個配置されているセルである。
【００３３】
採血管１２の最深部分には基板１６が配置され、採血管１２の中間部分には前処理部１５が設けられる。また、採血管１２の最浅部分の空間は血液を一旦保持する採取部１４となる。さらに、採血管１２の最深部分は真空等の採血部１４の気圧より負圧な状態にして、採血管１２の開口部にゴム栓１３を設けて気密する。
【００３４】
ここで、図１に示す実施例の使用方法及び動作を図２を用いて説明する。図２は図１に示す実施例の使用法を示す説明図である。図２において１３及び５１は図１と同一符号を付してあり、１７は採血用の注射器、１８は注射器１７に設けられた採血針である。
【００３５】
採血針１８は注射器１７の開口部とは反対側の先端に設けられ、図２中”ＮＤ１１”及び”ＮＤ１２”に示すように両端に穿刺可能な部分がある。注射器１７の開口部からは従来のスピッツ管の代わりにＤＮＡチップ５１が挿入され、この時、ＤＮＡチップ５１のゴム栓１３の中央部分に図２中”ＮＤ１２”に示す採血針１８の一端が穿刺されて結合する。
【００３６】
この状態で、図２中”ＡＭ１１”に示すような患者等の被験者の腕に図２中”ＮＤ１１”に示す採血針１８の他端が穿刺されると血液が採血針１８を介してＤＮＡチップ５１の採血部１４（図示せず。）に流入して採血される。
【００３７】
このように採血した後に被験者の腕から採血針を抜き取ると共に注射器１７からＤＮＡチップ５１を抜き取る。この時、ゴム栓１３の穿刺された部分はゴム栓１３の弾性により閉塞されて採血管１２の気密性は保持される。
【００３８】
このように採血部１４に採取された血液は採血部１４よりも負圧である採血管１２の最深部分に浸透するため、血液は前処理部１５に導入される。前処理部１５では前述のように血液からリンパ球を分離し、分離したリンパ球からＤＮＡを抽出し、抽出したＤＮＡに蛍光標識を付加する一連の処理が行われる。
【００３９】
前処理されたＤＮＡは前処理部１５よりも負圧である採血管１２の最深部分に浸透するため、血液は基板１６の配置部分に導入される。そして前述と同様に蛍光標識が付された未知のＤＮＡの断片を既知のＤＮＡにハイブリダイズさせることにより、配列が相補的なＤＮＡ同士が結合する。
【００４０】
すなわち、この状態で、前述のバイオチップ読み出し装置等を用いてこのようにハイブリダイズされた基板１６に励起光を照射し、前記蛍光標識で発生する蛍光を検出することにより、既知のＤＮＡの内でどのＤＮＡと結合したかを識別することができる。
【００４１】
例えば、図１中”ＬＢ１１”に示すようなバイオチップ読み出し装置（図示せず。）の励起光を図１中”ＯＬ１１”に示すような対物レンズで図１中”ＣＬ２２”に示す基板１６上のセルに集光して、当該セルで発生する図１中”ＬＭ１１”に示すような蛍光を検出することにより、未知のＤＮＡを検出することが可能になる。
【００４２】
そして、検査終了後には採血に用いた注射器１７とＤＮＡチップ５１そのものを医療廃棄物として廃棄処理すれば良く、従来のように前処理に用いた器具や溶液導入手段等のが不要になるので検査コストが低減されることになる。
【００４３】
また、検査者が採血した血液をＤＮＡチップに移し替える作業がなくなり、誤操作等により血液に接触してＨＩＶ等に感染してしまう危険性がなく安全性が確保される。
【００４４】
この結果、採血管１２内に採取部１４、前処理部１５及び表面に既知の試料がアレイ状に配置された基板１６を設けることにより、安全性が高く検査コストの低減が可能になる。
【００４５】
なお、図１等の説明に際してはバイオチップとしてＤＮＡチップを例示しているが勿論ＤＮＡチップに限定されるものではなく、ＲＮＡ，蛋白、糖鎖等を基板上にアレイ状に配置したものであっても構わない。
【００４６】
この場合、ＲＮＡはＤＮＡと同じくハイブリダイゼーションにより、また蛋白は抗原抗体反応により既知の試料と未知の試料が結合することになる。
【００４７】
また、採取部１４から前処理部１５等への血液等の導入に関しては基板１６配置部分を採取部１４よりも負圧にしてその浸透により導入していたが勿論これに限定される訳ではない。
【００４８】
すなわち、前処理部１５の両端に電極を設け外部から電圧を印加して電気泳動を用いて血液等を導入しても構わない。例えば、バイオチップがＤＮＡチップの場合にはＤＮＡはマイナスに帯電しているので、図１中”ＶＳ１１”に示す電圧源の極性として基板１６側を”正電圧”、採取部１４側を”負電圧”とすることにより、前処理部１５から基板１６側にＤＮＡが導入されることになる。
【００４９】
また、単に浸透圧を用いた自然拡散を用いて血液等を導入しても構わない。さらに、採血管１２の最深部分に吸引口を設けて外部から吸引を行って浸透により血液等を導入しても構わない。
【００５０】
また、図１に示す実施例ではＤＮＡ等の検出に関しては蛍光標識を用いた蛍光検出を用いているが、ハイブリダイゼーションに対応した電流値の変化や質量分析であっても構わない。
【００５１】
例えば、電流変化による方法では、ハイブリダイゼーション後にインターカレンターという分子を２重鎖に滑り込ませる。この場合にはハイブリダイゼーションが生じた電極にだけ電流が流れるのでこの電流を検出する。また、質量分析では、イオン化したＤＮＡを真空中で飛行させ、電極に到達する時間差により分子量を検出する。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１乃至請求項５の発明によれば、採血管内に採取部、前処理部及び表面に既知の試料がアレイ状に配置された基板を設けることにより、検査者が採血した血液をバイオチップに移し替える作業がなくなり、誤操作等により血液に接触してＨＩＶ等に感染してしまう危険性がなく安全性が確保される。
【００５３】
また、バイオチップ検査終了後には採血に用いた注射器とバイオチップそのものを医療廃棄物として廃棄処理すれば良く、従来のように前処理に用いた器具や溶液導入手段等のが不要になるので検査コストが低減されることになる。
【００５４】
また、請求項６の発明によれば、前処理部が採取部に採取された血液からＤＮＡを抽出し、基板上にアレイ状に配置された試料がＤＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知の試料と未知の試料が結合して未知の試料の配列を特定することができる。
【００５５】
また、請求項７の発明によれば、前処理部が採取部に採取された血液からＲＮＡを抽出し、基板上にアレイ状に配置された試料がＲＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知の試料と未知の試料が結合して未知の試料の配列を特定することができる。
【００５６】
また、請求項８の発明によれば、前処理部が採取部に採取された血液から蛋白を抽出し、基板上にアレイ状に配置された試料が蛋白であることにより、抗原抗体反応により既知の試料と未知の試料が結合して未知の試料の配列を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイオチップの一実施例を示す構成断面図である。
【図２】実施例の使用法を示す説明図である。
【図３】バイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。
【図４】従来のバイオチップの構成を示す構成断面図及び平面図である。
【図５】溶液の容器への導入の一例を示す説明図である。
【図６】バイオチップ読み出し装置を用いてハイブリダイズされたＤＮＡチップを走査して未知のＤＮＡの配列等を特定する一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１６  基板
２  容器
３  導入口
４  溶液導入手段
５  溶液
６  光源
７  ダイクロイックミラー
８  対物レンズ
９  フィルタ
１０  レンズ
１１  光検出素子
１２  採血管
１３  ゴム栓
１４  採取部
１５  前処理部
１７  注射器
１８  採血針
５０  バイオチップ読み出し装置
５１  ＤＮＡチップ
【図１】
0003757412.tif 000002
【図２】
0003757412.tif 000003
【図３】
0003757412.tif 000004
【図４】
0003757412.tif 000005
【図５】
0003757412.tif 000006
【図６】
0003757412.tif 000007