(57)【要約】本発明は、装置構成を複雑にすることなく、荷電成分検出を簡便且つ迅速に行うことが可能な荷電成分検出装置及びその使用方法並びに検出パネルを提供する。検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極２をマトリクス状に複数配列した検出パネル１と、この検出パネル１のマトリクス状の各反応電極２に対応して交差するマトリクス配線３を有し、このマトリクス配線３を介して各反応電極２に選択的に通電可能な通電制御手段４とを備える。更に、反応電極２での反応状態を検出するには、通電制御手段４に、反応電極２での通電状態を検出する通電状態検出部５を具備させる。また、特定の反応電極２に電圧を選択的に印加することで、特定の反応電極２に固着された反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を反応させる。更に、荷電成分検出装置を構成する検出パネル１自体をも対象とする。
2002066969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極をマトリクス状に複数配列した検出パネルと、この検出パネルのマトリクス状の各反応電極に対応して交差するマトリクス配線を有し、このマトリクス配線を介して各反応電極に選択的に通電可能な通電制御手段とを備えたことを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電成分検出装置において、
検出対象荷電成分がＤＮＡ若しくは遺伝子であることを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電成分検出装置において、
検出パネルは、検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極をマトリクス状に複数配列した第１の基板と、この第１の基板と相対して、そのマトリクス的に選択された反応電極との間に電圧を印加するための電極を有する第２の基板とを備えたことを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の荷電成分検出装置において、
第２の基板は、第１の基板のマトリクス状に配列された各反応電極に対応して配列される複数の電極を有するものであることを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電成分検出装置において、
検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極は、反応用荷電成分の固着層を備えていることを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の荷電成分検出装置において、
通電制御手段は、マトリクス状に複数配列された反応電極とマトリクス配線との間に夫々スイッチ素子を介在させ、各スイッチ素子を選択的にオンオフさせることで特定の反応電極に所定の電圧を印加するようにしたことを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の荷電成分検出装置において、
通電制御手段は、反応電極での通電状態を検出する通電状態検出部を備えていることを特徴とする荷電成分検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の荷電成分検出装置を使用するに際し、
検出パネルの特定の反応電極に電圧を印加することで当該特定の反応電極に所定の反応用荷電成分を固着させることを特徴とする荷電成分検出装置の使用方法。
【請求項９】
請求項１記載の荷電成分検出装置を使用し、複数検体の同一の荷電成分を検出するに際し、
検出パネルの必要数の反応電極に所定の反応用荷電成分を固着させ、
しかる後に、各検体に対応させた特定の反応電極に所定の電圧を順次印加した状態で反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を順次反応させるようにすることを特徴とする荷電成分検出装置の使用方法。
【請求項１０】
請求項１記載の荷電成分検出装置を使用し、同一検体の複数の荷電成分を検出するに際し、
検出パネルの特定の反応電極毎に異なる反応用荷電成分を順次固着させ、
しかる後に、各反応電極に所定の電圧を印加した状態で各反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を順次反応させるようにすることを特徴とする荷電成分検出装置の使用方法。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電成分検出装置を使用し、複数検体の複数の荷電成分を検出するに際し、
検出パネルの特定の反応電極毎に異なる反応用荷電成分を順次固着させ、
しかる後に、各検体に対応する反応電極に所定の電圧を印加した状態で当該反応電極上で反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を順次反応させるようにすることを特徴とする荷電成分検出装置の使用方法。
【請求項１２】
請求項１記載の荷電成分検出装置に用いられる検出パネルであって、
検査項目に対応する数の反応用荷電成分を反応電極の所定のアドレスに割り付け固着するようにしたことを特徴とする検出パネル。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ＤＮＡや遺伝子等の荷電成分を検出する荷電成分検出装置に係り、特に、検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分を利用する方式の荷電成分検出装置及びこれの使用方法並びに検出パネルに関する。
背景技術
一般に、細菌やウィルスの遺伝子塩基配列は、人間の遺伝子配列と比べるとかなり異なっているので、それらに特有の塩基配列を目安に、人に感染している細菌やウィルスを特異的に検出することは可能である。
このような遺伝子変化を検出する手法としては、例えばＤＮＡプローブ法と呼ばれる手法がある。
これは、検出しようとする遺伝子の塩基配列に対して相補的な配列を持つ短い遺伝子（ＤＮＡプローブ）を用い、予め蛍光物質などで目印を付けておくことで、目的とする遺伝子と反応した時に、その有無を把握するものである。
また、ＤＮＡプローブ法を利用して検出対象遺伝子を定量的に検出する遺伝子センサ（ＤＮＡ検出装置）も既に提案されている（例えば特許第２５７３４４３号）。
これは、検出対象遺伝子と特異的に反応するＤＮＡプローブを電極上に固定化し、この電極を検体遺伝子が入っている液に漬け、電極上で遺伝子同士の反応による遺伝子ハイブリッドを形成した後、電極上で形成された遺伝子ハイブリッドに電気化学的に活性なＤＮＡバインダ（インタカレータ）を作用させ、その物質から得られる電気信号を指標に検出対象遺伝子を検出するようにしたものである。
しかしながら、上述した遺伝子センサは、例えば特開平１０−１４６１８３号公報に示されるように、ＤＮＡプローブが固着せしめられる個別電極を設け、この個別電極上で遺伝子反応を生じさせる構造になっているため、一つの検体に対して一つの遺伝子のみを検出対象にすることしか想定されていない。
このため、複数検体に対して複数の遺伝子を検出対象とするような場合に、少なくとも検体数×検出対象遺伝子数の分の遺伝子センサを必要とし、夫々の遺伝子センサを用いて個々的に遺伝子検出を行うことになるため、必然的に遺伝子検出を簡便且つ迅速に行うことはできない。
このような技術的課題を解決する手法として、一つの検出パネル上に複数の電極を設け、各電極を個別配線することで各電極上における個別の遺伝子反応を可能とするものが考えられる。
ところが、このタイプにあっては、各電極を個別配線する構造を採用するため、少なくとも電極数分に対応して異なる通電制御を行わなければならず、電極数を増加させるような要請下においては、必然的に通電制御が複雑化してしまうという技術的課題が生じてしまう。
尚、このような技術的課題は、遺伝子検出に限らず、一般的なＤＮＡ検出は勿論のこと広くＤＮＡなどの荷電成分検出において同様に生ずるものである。
本発明は、以上の技術的課題を解決するためになされたものであって、装置構成を複雑にすることなく、荷電成分検出を簡便且つ迅速に行うことが可能な荷電成分検出装置及びその使用方法並びに検出パネルを提供する。
発明の開示
すなわち、本発明は、図１に示すように、検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極２をマトリクス状に複数配列した検出パネル１と、この検出パネル１のマトリクス状の各反応電極２に対応して交差するマトリクス配線３を有し、このマトリクス配線３を介して各反応電極２に選択的に通電可能な通電制御手段４とを備えたことを特徴とする荷電成分検出装置である。
このような技術的手段において、「荷電成分」には遺伝子などのＤＮＡは勿論のこと、これ以外のものをも含む趣旨である。
また、検出パネル１はマトリクス状の反応電極２を具備するものであれば、基板数などは特に問わず、２枚基板、１枚基板あるいは更に多数枚基板を積層したものでもよい。
ここで、反応電極２をマトリクス状に複数配列するとは、複数の反応電極２（例えば４個：Ｄ１１〜Ｄ２２）を図１に示すように、列方向に２列、行方向に２行配列することを意味する。
更に、通電制御手段４はマトリクス配線３を介して反応電極２を選択的に通電可能とするものであればよいが、ここでいうマトリクス配線３とは、各反応電極２に対応して交差して結線される配線を意味し、例えば２×２マトリクス構造（縦２横２）の反応電極２（Ｄ１１〜Ｄ２２）に対して結線される列方向配線Ｘ（Ｘ１，Ｘ２）と、これに交差する行方向配線Ｙ（Ｙ１，Ｙ２）とを指す。
また、検出パネル１の代表的態様としては、例えば以下のような２枚基板構成が挙げられる。
この場合、検出パネル１としては、検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極２をマトリクス状に複数配列した第１の基板と、この第１の基板と相対して、そのマトリクス的に選択された反応電極２との間に電圧を印加するための電極を有する第２の基板とを具備させるようにすればよい。
更に、この２枚基板構成において、検出パネル１で電圧印加をより柔軟に行えるようにするには、第２の基板が、第１の基板のマトリクス状に配列された各反応電極２に対応して配列される複数の電極を有するものであることが好ましい。
すなわち、第２の基板は通電用の一枚電極でもよいが、この態様では第１の基板側で反応電極２を特定の一つに選択する方式を採用せざるを得ない。これに対し、第２の基板に個々的な電極を設けるようにすれば、他の反応電極２への好ましくない電圧印加を極小にしたり、第１の基板でＸ列電極を選択し、第２の基板でＹ列電極を選択する等、電極の選択方式の自由度が広がる。
更にまた、検出パネル１の反応電極２の構造としては適宜選択して差し支えないが、その代表的態様としては、検出対象荷電成分と特異的に反応する反応用荷電成分が固着せしめられる反応電極２は、反応用荷電成分の固着層を備えていればよく、必要に応じて絶縁膜を介して反応用荷電成分の固着層を備えるものが挙げられる。
そして、反応電極２への反応用荷電成分の固着方法としては、各反応電極２への選択的な通電制御が可能であるため、例えば検出パネル１の特定の反応電極２に電圧を印加することで当該特定の反応電極２に所定の反応用荷電成分を固着させる電圧印加方式が挙げられるが、従前から採用されている方法を適用できることは勿論である。
ここで、従前から採用されている方法としては、オンチップ合成法（基板上で反応用荷電成分として例えばＤＮＡを合成していく方法で、フォトリソグラフィ技術を利用する方法やアミダイドを用いる方法などがある）や、スポッティング法（基板上に反応用荷電成分として例えばＤＮＡを打ち込んでいく方法）などがある。
また、通電制御手段４の代表的態様としては、マトリクス状に複数配列された反応電極２とマトリクス配線３との間に夫々スイッチ素子Ｓ（具体的にはＳ１１〜Ｓ２２）を介在させ、各スイッチ素子Ｓを選択的にオンオフさせることで特定の反応電極２に所定の電圧を印加するようにすればよい。
そして、反応電極２での反応状態を検出するには、通電制御手段４に、反応電極２での通電状態を検出する通電状態検出部５を具備させるようにすればよい。
次に、本発明に係る荷電成分検出装置の使用方法について説明する。
例えば複数検体に対して同一の荷電成分を検出する際における荷電成分検出装置の代表的な使用方法としては、検出パネル１の必要数の反応電極２に所定の反応用荷電成分を固着させ、しかる後に、各検体に対応させた特定の反応電極２に所定の電圧を順次印加した状態で反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を順次反応させるようにすればよい。
また、同一検体に対して複数の荷電成分を検出する際における荷電成分検出装置の代表的な使用方法としては、検出パネル１の特定の反応電極２毎に異なる反応用荷電成分を順次固着させ、しかる後に、各反応電極２に所定の電圧を印加した状態で各反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を順次反応させるようにすればよい。
更に、複数検体に対する複数の荷電成分を検出する際における荷電成分検出装置の代表的な使用方法としては、検出パネル１の特定の反応電極２毎に異なる反応用荷電成分を順次固着させ、しかる後に、各検体に対応する反応電極２に所定の電圧を印加した状態で当該反応電極上で反応用荷電成分と特異的に反応する検出対象荷電成分を順次反応させるようにすればよい。
また、本発明は、荷電成分検出装置及びその使用方法以外に、荷電成分検出装置を構成する検出パネル１自体をも対象とする。
この場合、本発明は、検査項目に対応する数の反応用荷電成分を反応電極２の所定のアドレスに割り付け固着するようにしたことを特徴とする検出パネル１である。
この態様によれば、検査項目の予め決まった検査において、検出パネル１の定型化を図ることが可能になる。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態１
図２（ａ）は本発明が適用されたＤＮＡ検出装置の実施の形態１の概要を示す説明図である。
同図において、ＤＮＡ検出装置は、検体及び反応液を入れるために上面が開口したボックス状のウエル１０（図２（ａ）中仮想線で示す）を有し、このウエル１０の底壁部分にＤＮＡ検出用の検出パネル２０を配設すると共に、この検出パネル２０が通電制御せしめられる通電制御回路３０を設けるようにしたものである。
本実施の形態において、検出パネル２０は、図２（ｂ）に示すように、上面パネル基板２１と下面パネル基板２２とをスペーサ２３を介して内部に間隙部が形成されるように離間配置したものである。
そして、本例では、上面パネル基板２１には複数（本例では２つ）の連通孔２１５が例えば対角位置に開設されており、ウエル１０に入れられるべき液体（検体や試料など）が連通孔２１５を介して検出パネル２０の上下面パネル基板２１，２２の間隙部に充填されるようになっている。
具体的な充填法としては、例えば図２（ｃ）に示すように、上面パネル基板２１の一方の連通孔２１５ａから液体を注入し、他方の連通孔２１５ｂをエア抜きとして使用しエアを吐出させるようにすればよく、この場合、毛細管現象により検出パネル２０の間隙部に液体が充填される。
ここで、上面パネル基板２１は、特に図３（ａ）及び図４に示すように、絶縁性の矩形状ベース基材２１０上に反応電極２１１を例えば縦２横２のマトリクス状に複数配列し、各反応電極２１１（具体的にはＤ１１〜Ｄ２２）に対応して列方向（縦方向）に延びる列方向配線Ｘ（Ｘ１，Ｘ２）を配設すると共に、各反応電極２１１に対応し且つ各列方向配線Ｘに交差して行方向（横方向）に延びる行方向配線Ｙ（Ｙ１，Ｙ２）を配設し、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）と各配線Ｘ，Ｙとの間にスイッチ素子２１２（具体的にはＳ１１〜Ｓ２２）を介在させたものである。
本例では、スイッチ素子２１２としてはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）が用いられ、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に対応した列方向配線Ｘ（Ｘ１，Ｘ２）が夫々のＴＦＴのゲート電極に、行方向配線Ｙ（Ｙ１，Ｙ２）が夫々のＴＦＴのソース電極に接続される一方、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）がＴＦＴのドレイン電極に接続されている。
そして、上面パネル基板２１は、ベース基材２１０上の各反応電極２１１及び各配線（Ｘ，Ｙ）の全域を絶縁膜２１３にて被覆し、各反応電極２１１に対応した絶縁膜２１３上にＤＮＡ固着層２１４を備えている。
本例では、ＤＮＡ固着層２１４としてはポリ酢酸ビニル樹脂やその他の樹脂フィルムなどが用いられる。
尚、本例では、各反応電極２１１及び各配線（Ｘ，Ｙ）の全域を絶縁膜２１３にて被覆するようにしているが、絶縁膜２１３は用途に応じて設けられるものであり、例えば反応電極２１１に直接ＤＮＡ固着層２１４を設けるようにしてもよい。
また、下面パネル基板２２は、特に図３（ｂ）及び図４に示すように、絶縁性の矩形状ベース基材２２０上にベース基材２２０よりやや小さい矩形面状の対向電極２２１を配設し、この対向電極２２１に通電用配線Ｚを接続してなるものである。尚、ベース基材２２０上の対向電極２２１全域は用途に応じて絶縁膜２２２にて被覆されることがある。
更に、検出パネル２０に対する通電制御回路３０は例えば図５に示すように構成される。
同図において、列方向配線Ｘ（Ｘ・リード）はＸ・アドレスドライバ３０１からの駆動信号によってオンオフされると共に、行方向配線Ｙ（Ｙ・リード）はＹ・アドレスドライバ３０２からの駆動信号によってオンオフされ、更に、対向電極２２１は対向電極ドライバ３０３からの駆動信号によってオンオフされるようになっている。
また、行方向配線Ｙ（Ｙ・リード）にはＹ・アドレスドライバ３０２からの駆動信号に応じてオンオフするアナログスイッチ３０４，３０５が夫々設けられており、各アナログスイッチ３０４，３０５と直列に電流検出回路３０６が接続されている。
特に、本実施の形態では、電流検出回路３０６に検出期間信号に応じてオン動作するアナログスイッチ３０７が設けられ、電流検出回路３０６からの検出電流のうち適切な部分がアナログスイッチ３０７にて切り出され、検出出力として取り出されるようになっている。
次に、本実施の形態に係るＤＮＡ検出装置の検出パネルに対しＤＮＡプローブを固着させる方法について説明する。
本実施の形態では、検出パネル２０は選択的に通電可能な４つの反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）を有しているため、例えば各反応電極２１１毎に印加電圧を選択的に印加することで各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）毎に異なるＤＮＡプローブを固着することが可能である。
今、検出パネル２０の４つの反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に異なるＤＮＡプローブを固着させる方法について述べると、図６に示すように、先ず配線Ｘ，Ｙの対応するアドレス（Ｘ１，Ｙ１）をアクティブにすることで反応電極２１１（Ｄ１１）に正電圧を印加し、この状態で、第１のＤＮＡプローブＰＤ１を含む試料を検出パネル２０の間隙部に充填させ、反応電極２１１（Ｄ１１）と対向電極２２１との間の電界に基づいて反応電極２１１（Ｄ１１）にのみ第１のＤＮＡプローブＰＤ１を共有結合させる。
次いで、検出パネル２０の間隙部に充填した試料を除去洗浄した後、配線Ｘ，Ｙの対応するアドレス（Ｘ１，Ｙ２）をアクティブにすることで反応電極２１１（Ｄ１２）に正電圧を印加し、この状態で、第２のＤＮＡプローブＰＤ２を含む試料を検出パネル２０の間隙部に充填させ、反応電極２１１（Ｄ１２）と対向電極２２１との間の電界に基づいて反応電極２１１（Ｄ１２）にのみ第２のＤＮＡプローブＰＤ２を共有結合させる。
更に、検出パネル２０の間隙部に充填した試料を除去洗浄した後、配線Ｘ，Ｙの対応するアドレス（Ｘ２，Ｙ１）をアクティブにすることで反応電極２１１（Ｄ２１）に正電圧を印加し、この状態で、第３のＤＮＡプローブＰＤ３を含む試料を検出パネル２０の間隙部に充填させ、反応電極２１１（Ｄ２１）と対向電極２２１との間の電界に基づいて反応電極２１１（Ｄ２１）にのみ第３のＤＮＡプローブＰＤ３を共有結合させる。
最後に、検出パネル２０の間隙部に充填した試料を除去洗浄した後、配線Ｘ，Ｙの対応するアドレス（Ｘ２，Ｙ２）をアクティブにすることで反応電極２１１（Ｄ２２）に正電圧を印加し、この状態で、第４のＤＮＡプローブＰＤ４を含む試料を検出パネル２０の間隙部に充填させ、反応電極２１１（Ｄ２２）と対向電極２２１との間の電界に基づいて反応電極２１１（Ｄ２２）にのみ第４のＤＮＡプローブＰＤ４を共有結合させ、しかる後、検出パネル２０の間隙部に充填した試料を除去洗浄する。
ここで、ＤＮＡプローブＰＤ１〜ＰＤ４としては、ＨＩＶ（Ｈｕｍａｎ  ｉｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｖｉｒｕｓ）、ＨＣＶ（Ｈｅｐａｔｉｔｉｓ  Ｃ  ｖｉｒｕｓ）、ＨＢｓ−Ａｂ（Ｈｅｐａｔｉｔｉｓ  Ｂ  ｓｕｒｆａｃｅ−ａｎｔｉｂｏｄｙ）、ＨＢｓ−Ａｇ（Ｈｅｐａｔｉｔｉｓ  Ｂ  ｓｕｒｆａｃｅ−ａｎｔｉｇｅｎ）などから、検査目的に応じて適宜選定される。
また、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）毎に対応するＤＮＡプローブＰＤ（ＰＤ１〜ＰＤ４）を確実に固着させるには、固着予定外の反応電極２１１全てに積極的に負電圧を印加することで、固着予定のＤＮＡプローブＰＤが固着予定外の反応電極２１１から電気的に反発されるようにすることが好ましい。
本実施の形態に係るＤＮＡ検出装置のこのような性能は、後述する実施例１にて裏付けられる。
尚、本実施の形態において、検出パネル２０へのＤＮＡプローブの固着法について従前の手法（オンチップ合成法、スポッティング法）を用いてもよいことは勿論である。
次に、本実施の形態に係るＤＮＡ検出装置による使用方法について説明する。
今、４つの反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に４種類の異なるＤＮＡプローブＰＤ（ＰＤ１〜ＰＤ４）を固着させたＤＮＡ検出装置にて検体ＤＮＡ中に該当するＤＮＡが存在するか否かを検出する過程について説明する。
図７において、先ず、検出パネル２０の全ての反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に対応するアドレス（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ１，Ｙ２），（Ｘ２，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）をアクティブにすることで、全ての反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に正電圧を印加し、この状態で、ウエル１０中に検体及び反応液（ハイブリダイゼーション反応を促進させる液）とを入れ、検出パネル２０の間隙部に前記液を充填させる。
この後、所定の温度条件にて所定時間、ＤＮＡプローブと検体内のターゲットＤＮＡとの間でハイブリダイゼーション反応を行わせる。
しかる後、洗浄装置４０にてウエル１０内の検体及び反応液を除去洗浄した後、ウエル１０内にインタカレータ及び電子供与体の溶液を入れ、検出パネル２０の間隙部に充填させる。
このとき、ハイブリダイゼーション反応が生じている反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）では、電子がドレイン電極に誘導される。
この後、再び洗浄装置４０にてウエル１０内の溶液を除去洗浄し、しかる後、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に対応する配線Ｘ，Ｙのアドレス（Ｘ１，Ｙ１），（Ｘ１，Ｙ２），（Ｘ２，Ｙ１），（Ｘ２，Ｙ２）を順次アクティブにし、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）でのハイブリダイゼーション反応の程度に応じて電流検出回路３０６による電流検出が行われる。
ここで、電流検出回路３０６の検出電流には、図８に示すように、配線容量や溶液中の不要イオンなどによる目的の反応に関与しない電流が含まれているため、本実施の形態では、検出期間信号に応じてオン動作するアナログスイッチ３０７にて不要な検出期間を排除し、ハイブリダイゼーション反応に関与した電流変化のみが取り出されるようになっている。
このとき、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）への印加電圧を切り換えることで各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）毎の電流変化を検出することが可能になるため、どの反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）部分でハイブリダイゼーション反応が起こっているかを把握することが可能になり、この結果から、検体中のターゲットＤＮＡを判別することができる。
実施の形態２
図９〜図１１は実施の形態２に係るＤＮＡ検出装置の検出パネル及び検出パネルへの通電制御回路を示す説明図である。
本実施の形態に係る検出パネル２０の基本的構成は、実施の形態１と略同様に、上面パネル基板２１と下面パネル基板２２とをスペーサ２３を介して内部に間隙部が形成されるように離間配置したものであるが、下面パネル基板２２の構成が実施の形態１と異なる。尚、実施の形態１と同様な構成要素については、実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
すなわち、本実施の形態において、検出パネル２０が実施の形態１と同様な上面パネル基板２１（例えば２×２のマトリクス状の反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）を具備）を有しているとすれば、本実施の形態で用いられる下面パネル基板２２は、絶縁性の矩形状ベース基材２２０上のうち、上面パネル基板２１の反応電極２１１（例えばＤ１１〜Ｄ２２）に対向する部位に個別の対向電極２２５（例えばＢ１１〜Ｂ２２）を複数配列し、各対向電極２２５（具体的にはＢ１１〜Ｂ２２）に対応して列方向（縦方向）に延びる列方向配線Ｘ’（Ｘ１’，Ｘ２’）を配設すると共に、各対向電極２２５に対応し且つ各列方向配線Ｘ’に交差して行方向（横方向）に延びる行方向配線Ｙ’（Ｙ１’，Ｙ２’）を配設し、各対向電極２２５（Ｂ１１〜Ｂ２２）と各配線Ｘ’，Ｙ’との間にスイッチ素子２２６（具体的にはＫ１１〜Ｋ２２）を介在させたものである。
本例では、スイッチ素子２２６としてはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｅｒ）が用いられ、各対向電極２２５（Ｂ１１〜Ｂ２２）に対応した列方向配線Ｘ’（Ｘ１’，Ｘ２’）が夫々のＴＦＴのゲート電極に、行方向配線Ｙ’（Ｙ１’，Ｙ２’）が夫々のＴＦＴのソース電極に接続される一方、各対向電極２２５（Ｂ１１〜Ｂ２２）がＴＦＴのドレイン電極に接続されている。
そして、下面パネル基板２２は、ベース基材２２０上の各対向電極２２５及び各配線（Ｘ’，Ｙ’）の全域若しくは一部を必要に応じて絶縁膜２２７にて被覆している。
尚、本実施の形態では、下面パネル基板２２は、上面パネル基板２１をそのまま援用するようにしているため、対向電極２２５に対応する部分には上面パネル基板２１と同様なＤＮＡ固着層２２８が設けられている。
更に、検出パネル２０に対する通電制御回路３０は例えば図１１に示すように構成される。尚、実施の形態１と同様な構成要素については実施の形態１と同様な符号を付してここではその詳細な説明を省略する。
同図において、上面パネル基板２１についての通電制御回路３０は実施の形態１と同様であるが、下面パネル基板２２についての通電制御回路３０は、実施の形態１と異なり、Ｘ’・アドレスドライバ３１１からの駆動信号によって列方向配線Ｘ’（Ｘ’・リード）をオンオフし、Ｙ’・アドレスドライバ３１２からの駆動信号によって行方向配線Ｙ’（Ｙ’・リード）をオンオフし、更に、行方向配線Ｙ’（Ｙ’・リード）にはＹ’・アドレスドライバ３１２からの駆動信号に応じてオンオフするアナログスイッチ３１４，３１５を夫々設け、各アナログスイッチ３１４，３１５と直列に対向電極ドライバ３０３を接続したものである。
本実施の形態によれば、検出パネル２０の下面パネル基板２２には各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に対応する個別の対向電極２２５（Ｋ１１〜Ｋ２２）が設けられ、しかも、各対向電極２２５（Ｋ１１〜Ｋ２２）毎に通電可能に制御することができるため、上面パネル基板２１側で反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）を個別選択し、このとき、下面パネル基板２２側の対向電極２２５全体を通電するように制御すれば、実施の形態１と略同様に作用するが、これに限られるものではなく、反応電極２１１のみならず、対向電極２２５をも個別選択するようにすれば、反応電極２１１と対向電極２２５との間に誤って電圧が印加されることは極めて少なくなり、その分、反応電極２１１の選択動作がより確実に実現される。
実施の形態３
図１２（ａ）は本発明が適用されたＤＮＡ検出装置の実施の形態３を示す。
同図において、ＤＮＡ検出装置の基本的構成は、実施の形態１と同様にウエル１０の底壁部分に検出パネル２０を配設したものであるが、検出パネル２０の構成が実施の形態１と異なる。
すなわち、本実施の形態において、検出パネル２０は、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、ウエル１０の底壁内面の面積より僅かに小さい矩形状板材であり、上面パネル基板２１と下面パネル基板２２とをスペーサ２３を介して内部に間隙部が形成されるように離間配置し、実施の形態１における上面パネル基板２１に連通孔２１５（図２参照）を開設することに代えてスペーサ２３の一部（例えば対向した２箇所など）に複数の切欠開口２３１（具体的には２３１ａ，２３１ｂ：図１２（ｃ）参照）を設けたものである。
従って、本実施の形態によれば、図１２（ｃ）に示すように、検出パネル２０の間隙部に検体などの液体を充填させる場合には、例えばウエル１０内においてスペーサ２３の一方の切欠開口２３１ａから検体などの液体を注入し、スペーサ２３の他方の切欠開口２３１ｂをエア抜きとしてエアを吐出させるようにすればよく、この場合、毛細管現象により検出パネル２０の間隙部に液体が充填される。
実施の形態４
図１３は本発明が適用されたＤＮＡ検出装置の実施の形態４を示す。
本実施の形態に係るＤＮＡ検出装置は、複数検体に対して複数のターゲットＤＮＡを検出する際に有効な態様を示す。
同図において、ＤＮＡ検出装置は、縦横複数、例えば８×１２のウエル１０をマトリクス状に接合配列したマルチプレート１００とし、各ウエル１０の底壁部分に例えば実施の形態１で示す検出パネル２０を配設し、各検出パネル２０に対して通電制御可能な通電制御回路３０を設けたものである。
本実施の形態によれば、マルチプレート１００の各ウエル１０に対し複数の検体を入れ、夫々のウエル１０の検出パネル２０で各検体毎に複数のターゲットＤＮＡの有無を検出することが可能になる。
実施の形態５
図１４（ａ）（ｂ）は本発明が適用されたＤＮＡ検出装置の実施の形態５を示す。
本実施の形態に係るＤＮＡ検出装置は、複数検体に対して同一のターゲットＤＮＡを検出する際に有効な態様を示す。
同図において、ＤＮＡ検出装置は、一つのウエル１０内を仕切材１１０で複数領域、例えば９箇所に仕切ると共に、このウエル１０の底壁部分全域に検出パネル２０を配設したものである。
本例において、検出パネル２０は、図１４（ｂ）に示すように、パネル基板２００上に例えば縦３横３のマトリクス状の反応電極２０１（Ｄ１１〜Ｄ３３）を配設し、各反応電極２０１に対応して列方向に延びる列方向配線Ｘ（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）を配設すると共に、これに交差して行方向に延びる行方向配線Ｙ（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）を配設し、更に、各配線（Ｘ，Ｙ）と反応電極２０１との間には夫々ＴＦＴなどからなるスイッチ素子２０２（Ｓ１１〜Ｓ３３）を介在させ、図示外の通電制御回路に接続したものである。尚、反応電極２０１及び配線（Ｘ，Ｙ）は図示外の絶縁膜にて被覆され、反応電極２０１に対応した部位に図示外のＤＮＡ固着層が設けられ、所定のＤＮＡプローブが固着されている。
特に、本例では、検出パネル２０の各反応電極２０１（Ｄ１１〜Ｄ３３）は、ウエル１０の仕切材１１０で仕切られた区画領域１０１〜１０９に対応して配置されており、各区画領域１０１〜１０９の底壁部分には夫々所定のＤＮＡプローブが固着されたＤＮＡ固着層が露呈配置されている。
本実施の形態に係るＤＮＡ検出装置によれば、ウエル１０の各区画領域１０１〜１０９に夫々異なる検体を入れてハイブリダイゼーション反応を生じさせた後、各反応電極２０１（Ｄ１１〜Ｄ３３）に順次電圧を印加することで、各反応電極２０１部分での電流検出を行い、どの区画領域１０１〜１０９の検体にハイブリダイゼーション反応が見られるかを把握することで、所定のターゲットＤＮＡの有無を検出することができる。
実施例１
実施の形態１に係るＤＮＡ検出装置を用い、上面パネル基板２１の各反応電極２１１（本例では縦２横２の４面の反応電極Ｄ１１〜Ｄ２２を具備）へＤＮＡプローブを固着する実験を行ったところ、以下のように任意の反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）へ所望のＤＮＡプローブを固着することが確認された。
そして、本実施例では、以下のＤＮＡプローブを合成した。
ＤＮＡプローブａ配列（配列番号１）：５´−ＧＡＣＧＧＡＡＣＡＧＣＴＴＴＧＡＧＧＴＧＣ
ＤＮＡプローブｂ配列（配列番号２）：５´−ＴＧＡＣＧＧＡＧＧＴＴＧＴＧＡＧＧＣ
ＤＮＡプローブａ、ｂは５´末端にスペーサーを介してアミノ基を有する。上面パネル基板２１のＤＮＡ固着層はポリ酢酸ビニル樹脂よりなるフィルムであり、表面にカルボキシル基を有する。
〔人工的配列の情報〈２２３〉〕：合成ＤＮＡ
本実施例において、配線Ｘ，Ｙのアドレス（Ｘ１、Ｙ１）を選択することで反応電極２１１（Ｄ１１）のみ０．５〜２Ｖの範囲で正電圧を印加した。その他の反応電極２１１は負電圧に印加した。そして、検出パネル２０の間隙部（上面パネル基板２１と下面パネル基板２２とに挟まれた間隙部）に０．１ｍｍｏｌ／ＬのＤＮＡプローブａと５ｍｍｏｌ／Ｌの水溶性カルバジイミドを含むボロン酸緩衝液（５０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）を満たした。この状態で３７℃に加温し、１０分間静置した。この反応によって、ＤＮＡプローブａは反応電極Ｄ１１のみに共有結合した。
この後、反応電極Ｄ１１を含むすべての反応電極２１１を負電位としてボロン酸緩衝液（５０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）で検出パネル２０の間隙部を洗浄し、反応電極Ｄ１１に共有結合できなかったＤＮＡプローブａを洗い出した。
次いで、配線Ｘ，Ｙのアドレス（Ｘ２、Ｙ１）を選択して反応電極Ｄ１２のみ０．５〜２Ｖの範囲で正電圧を印加した。その他の反応電極２１１は負電圧に印加した。検出パネル２０の間隙部に０．１ｍｍｏｌ／ＬのＤＮＡプローブｂと５ｍｍｏｌ／Ｌの水溶性カルバジイミドを含むボロン酸緩衝液を満たした。この状態で３７℃に加温し、１０分間静置した。この反応によって、ＤＮＡプローブｂは反応電極Ｄ１２のみに共有結合した。
この後、全ての反応電極２１１を負電位としてボロン酸緩衝液で検出パネル２０の間隙部を洗浄し、反応電極Ｄ１２に共有結合できなかったＤＮＡプローブｂを洗い出した。
本実験においては、反応電極Ｄ２１およびＤ２２にはＤＮＡプローブを結合しなかったが、この操作を繰り返すことによって、好みのＤＮＡプローブを好みの異なる反応電極２１１に結合することができる。
実施例２
実施例１により作成されたＤＮＡ検出装置を用いて、複数の検体ＤＮＡのハイブリダイゼーション反応の有無について実験した。
検体ＤＮＡ１の配列（配列番号３）：５´−ＧＣＡＣＣＴＣＡＡＡＧＣＴＧＴＴＣＣＧＴＣ
検体ＤＮＡ２の配列（配列番号４）：５´−ＧＣＣＴＣＡＣＡＡＣＣＴＣＣＧＴＣＡ
検体ＤＮＡ３の配列（配列番号５）：５´−ＧＣＡＣＡＧＡＧＧＡＡＧＡＧＡＡＴＣＴＣＣ
検体ＤＮＡ１はＤＮＡプローブａに相補的であり、検体ＤＮＡ２はＤＮＡプローブｂに相補的である。検体ＤＮＡ３に対する相補的なプローブは検出パネル２０上に存在しない。
そして、次の４種類の検体ＤＮＡ混合液を準備した。
混合液１：１μｍｏｌ／Ｌの検体ＤＮＡ１を含むトリス塩酸緩衝液（１０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）
混合液２：１μｍｏｌ／Ｌの検体ＤＮＡ２を含むトリス塩酸緩衝液（１０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）
混合液３：１μｍｏｌ／Ｌの検体ＤＮＡ１と検体ＤＮＡ２を含むトリス塩酸緩衝液（１０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）
混合液４：１μｍｏｌ／Ｌの検体ＤＮＡ３を含むトリス塩酸緩衝液（１０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）
〔人工的配列の情報〈２２３〉〕：合成ＤＮＡ
始めに検出パネル２０の全ての反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）に正電圧を印加して、混合液１を検出パネル２０の間隙部（上面パネル基板２１と下面パネル基板２２とに挟まれた間隙部）に満たした。５０℃で１０分間ハイブリダイゼーション反応を行わせた。
反応後全ての反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２２）を負電位にして、トリス塩酸緩衝液（１０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）で洗浄した。
次いで、０．１ｍｏｌ／Ｌのヘキスト３３２５８（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｐｒｏｂｅｓ社）溶液に交換し、暗所で５分間静置した。
トリス塩酸緩衝液（１０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ８．０）で洗浄後、電流検出回路３０６にて電流信号を検出した。
検出の方法としては、上面パネル基板２１の反応電極２１１のみを用いてヘキスト３３２５８由来の酸化電流を測定する方法（方法１）と、反応電極２１１と対向電極２２１との間に電圧を印加してその時に流れる電流を検出する方法（方法２）が挙げられる。
最初に方法１を用い、配線Ｘ，Ｙのアドレス（Ｘ１、Ｙ１）を選択して反応電極Ｄ１１の電流値を計測した。アナログスイッチ３０７の切り換えによって観測される電流波形の適切な部分を検出した。同様にして反応電極Ｄ１２，Ｄ２１における電流値を夫々検出した。
尚、方法２を用い、各反応電極２１１（Ｄ１１〜Ｄ２１）と対向電極２２１との間に夫々電圧を生じさせ、夫々の反応電極Ｄ１１〜Ｄ２１の電流値を計測した。
そして、上記と同様にして、混合液２、３、４でハイブリダイゼーションした後の反応電極Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１における電流値を方法１及び方法２によって夫々検出した。
これらの電流検出結果を見ると、方法１及び方法２のいずれも以下のような同様な傾向が見られた。
すなわち、混合液１については、反応電極Ｄ１１のみでハイブリダイゼーション反応が生じており、また、混合液２については、反応電極Ｄ１２のみでハイブリダイゼーション反応が生じており、混合液３では、反応電極Ｄ１１及びＤ１２でハイブリダイゼーション反応が生じていることが把握され、混合液４では、いずれの反応電極Ｄ１１〜Ｄ２１にもハイブリダイゼーション反応が見られなかった。
従って、本実施例では、各混合液におけるターゲットＤＮＡを確実に把握することができた。
産業上の利用の可能性
以上説明してきたように、本発明に係る荷電成分検出装置によれば、検出パネルに反応電極をマトリクス状に複数配列し、マトリクス配線を介して各反応電極に選択的に通電可能としたので、各反応電極毎に個別配線することなく、所望の位置にある反応電極に選択的に通電し、当該反応電極部分で反応用荷電成分と検出用荷電成分とを特異的に反応させることが可能になる。このため、装置構成を複雑にすることなく、荷電成分検出を簡便且つ迅速に行うことができる。
【配列表】
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【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る荷電成分検出装置の概要を示す説明図である。図２（ａ）は、実施の形態１に係るＤＮＡ検出装置の全体構成を示す説明図、（ｂ）は、検出パネルの概要構成を示す分解斜視図、（ｃ）は、検出パネルの間隙部への液体充填法の一例を示す説明図である。図３（ａ）は、実施の形態１に係るＤＮＡ検出装置で用いられる検出パネルの上面基板の構成例を示す説明図、（ｂ）は、同検出パネルの下面基板の構成例を示す説明図である。図４は、実施の形態１で用いられる検出パネルの断面説明図である。図５は、実施の形態１で用いられる検出パネルに対する通電制御回路の構成例を示す説明図である。図６は、実施の形態１で用いられるＤＮＡ検出装置の検出パネルへのＤＮＡプローブ固着法を示す説明図である。図７は、実施の形態１で用いられるＤＮＡ検出装置の使用例を示す説明図である。図８は、実施の形態１で用いられる電流検出回路の出力例を示す説明図である。図９（ａ）は、実施の形態２に係るＤＮＡ検出装置で用いられる検出パネルの上面基板の構成例を示す説明図、（ｂ）は、同検出パネルの下面基板の構成例を示す説明図である。図１０は、実施の形態２で用いられる検出パネルの断面説明図である。図１１は、実施の形態２で用いられる検出パネルに対する通電制御回路の構成例を示す説明図である。図１２（ａ）は、実施の形態３に係るＤＮＡ検出装置の概要を示す説明図、（ｂ）は、検出パネルの概要構成を示す分解斜視図、（ｃ）は、検出パネルの間隙部への液体充填法の一例を示す説明図である。図１３は、実施の形態４に係るＤＮＡ検出装置の概要を示す説明図である。図１４（ａ）は、実施の形態５に係るＤＮＡ検出装置の概要を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）をＢ方向から見た矢視図である。
【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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【国際調査報告】
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