JP2002253233A

JP2002253233A - 生化学センサ及びこれを用いた生化学検査装置

Info

Publication number: JP2002253233A
Application number: JP2001167608A
Authority: JP
Inventors: Michael Hinuruhausu; ミヒャエルヒヌルハウス; Noritaka Uchida; 憲孝内田; Hiroyuki Takei; 弘之竹井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2002-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】各区画に均一にプローブが捕捉された生化学
センサを提供する。【解決手段】検査対象物質の検出に用いるプローブを
予め微粒子３に捕捉し，微粒子を基板１の上に表面化学
的なパターニング方法を用いて格子状に形成される各区
画２に固定する。各区画にプローブを捕捉した微粒子が
単層で最密状態に固定される。固定された微粒子，微粒
子による光散乱を利用する，又は予め微粒子を蛍光体で
標識することにより，基板上に固定された微粒子の量を
測定でき，個々の生化学センサの各区画に捕捉されたプ
ローブの数を計測できる。【効果】プローブ数を計測でき検査対象物質を高い精
度で検出できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，抗体，抗原，１本
鎖ＤＮＡ，レセプタ，リガンド，酵素等の検査対象物質
の存在を，複数の生化学試料について同時に検査する生
化学センサチップに関し，特に，ＤＮＡチップ，ＤＮＡ
アレーと呼ばれる生化学センサチップに関する。

【０００２】

【従来の技術】生化学センサチップとして，複数の検査
対象物質を一度に検出する際に使用されるＤＮＡチップ
がある。ＤＮＡチップはガラス等の基板上に複数の異な
るＤＮＡをプローブとして固定した生化学センサチップ
である。ここで言うプローブは，検査対象分子を特異的
に識別する分子又は物質である。

【０００３】ＤＮＡチップの作成方法としては，ＤＮＡ
プローブを基板上で合成する第１の方法（従来技術１：
ＳｃｉｅｎｃｅＶｏｌ．２５１，７６７−７７３（１
９９１）），予め合成したＤＮＡプローブを基板上に一
点ずつスポットする第２の方法（従来技術２：Ｓｃｉｅ
ｎｃｅＶｏｌ．２７０，４６７−４７０（１９９
５））がある。

【０００４】第１の方法では，シリコン，ガラス等の基
板の上に，光リソグラフィーと光化学反応の技術を利用
して，多数の複数領域に異なる数１０ｍｅｒのＤＮＡを
結合している。例えば，第１の領域には第１の種類のＤ
ＮＡが結合され，また第２の領域には第２の種類のＤＮ
Ａが結合されている。

【０００５】検査対象物質の検出に際し，先ず，検査対
象である遺伝子を数１０ｍｅｒの短い断片にして，各断
片を蛍光色素で修飾した試料をＤＮＡチップの表面に加
える。ＤＮＡチップ上に合成されているＤＮＡと相補的
関係にあるＤＮＡ断片（例えば，ｃＤＮＡ断片）が試料
の中に存在すると，このＤＮＡ断片はＤＮＡチップ上の
ＤＮＡと結合する。

【０００６】ＤＮＡチップ上のＤＮＡと結合しない他の
ＤＮＡ断片を洗い流した後，共焦点顕微鏡等の高感度な
光検出方法によりＤＮＡチップを観測すると，ＤＮＡチ
ップの特定領域に結合したＤＮＡ断片に結合されている
蛍光色素からの蛍光信号が検出される。ＤＮＡチップの
各領域に結合されているＤＮＡは予め知られているの
で，ＤＮＡチップの各領域から検出された蛍光信号によ
りＤＮＡ断片が同定される。

【０００７】第２の方法では，ＤＮＡプローブを各区画
に一つ一つスポットする方法で，ＤＮＡを吸着しやすい
ように，ガラス，シリコン，高分子等の基板の表面をポ
リＬリジン等によってコーディングする。次に，微少量
のＤＮＡ懸濁液の一定量を基板上に微量ピペット，針等
を利用して滴下し，乾燥させることにより，多数の互い
に異なるＤＮＡプローブのスポットを形成する。このよ
うにして各区画２に固定されたＤＮＡプローブと，上述
と同様に蛍光体で修飾された検査対象である遺伝子とを
反応させ，共焦点顕微鏡や市販のＤＮＡマイクロアレー
スキャナーを使用して，反応した遺伝子を検出する。

【０００８】本発明に関する以下の従来技術がある。

【０００９】従来技術３（特開平１１−２４３９９７号
公報）：微粒子に保持したプローブの種類を，微粒子自
身の形状（例えば，粒径），誘電的性質，または色によ
り識別する方法が開示される。試料と反応済みのプロー
ブ付き微粒子が２次元配列されるプローブアレイに光を
照射して，プローブアレイの透明な支持台を透過した光
をＣＣＤカメラにより検出された信号をデータ処理装置
に入力し，各粒子は重なり合わないことを確認して，粒
子（ビーズ）の形状を計測する。

【００１０】従来技術４（特開平２０００−０５５９２
０号公報）：ＤＮＡ，抗原，抗体，レセプタ，リガン
ド，酵素などの生体分子で既に修飾された高分子微小球
または金属粒子を，基板の上に配置することの提案があ
る。表面に金薄膜が蒸着により形成されている基板を用
意し，基板の上に複数の仕切りが形成されたテンプレー
トを置き，次いで，各仕切りの中に濃度１から５０ｍＭ
のカルボジイミド液に懸濁されたポリスチレン微粒子を
流し込み，領域毎に異なるポリスチレン微粒子を１層吸
着した基板を形成できる，との記載がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のＤＮＡチッ
プでは，基板上に形成又は固定されるプローブの均一性
に問題があった。即ち，従来技術１，２の何れの方法に
於いても，分子の吸着は必ずしも均一ではない。非破壊
的な手段により分子の吸着状態を確認することが容易に
できず，基板上に形成又は固定されるプローブの均一性
を計測して評価することは殆ど不可能であった。

【００１２】また，ＤＮＡチップ上のＤＮＡプローブと
検査対象物質とを反応させて，ＤＮＡチップ上のＤＮＡ
プローブと結合した検査対象物質を検出するが，これら
の過程の間で，ＤＮＡチップから脱落した基板上のＤＮ
Ａプローブの数を見積もる方法は知られていない。この
結果，ＤＮＡチップの各領域から検出されたシグナルの
強度が，実際に存在する検査対象物質の量を正確に反映
しないという問題があった。

【００１３】更に，表面積の小さい微小領域にプローブ
を固定するので，十分な強度のシグナルを得るのに必要
な量のプローブを固定できないという問題点があった。

【００１４】本発明の目的は，プローブが捕捉された微
粒子が各区画に均一に固定され，固定された微粒子の数
を計測することができ，プローブを捕捉する領域の表面
積を増大させて感度向上が可能な生化学センサを提供す
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の生化学センサで
は，検査対象物質の検出に用いるプローブを予め捕捉し
た微粒子を，表面化学的なパターニング方法を用いて基
板上に格子状に配置して形成された各区画に吸着させて
固定する。各区画にプローブを捕捉した微粒子が単層で
最密状態で固定される。各区画に固定される微粒子には
各々異なる種類のプローブが捕捉されており，各区画で
検査試料に含まれる異なる種類の検査対象分子を検出す
る。各区画に微粒子が固定されるので，各区画での見か
け上の単位面積当たりの表面積が増大する。

【００１６】プローブを捕捉した微粒子を，１つの反応
容器で予め大量に調製しておくことにより，各微粒子上
にほぼ同数のプローブがほぼ均一に捕捉される。

【００１７】本発明の生化学センサでは，基板の各区画
に固定された微粒子の数を，微粒子によ光散乱を測定す
る，又は，予め微粒子を蛍光標識しておき蛍光標識から
の蛍光を測定することにより，各区画で機能するプロー
ブの数を計測することができる。生化学センサが使用さ
れる各工程に置いて，個々の生化学センサの各区画で機
能するプローブの品質を保証することにより，検査対象
物質を高い精度で検出できる。

【００１８】本発明の生化学センサは，試料中の検査対
象物質と選択的に結合するほぼ同じ数のプローブが表面
に捕捉された複数の微粒子と，相互に分離された複数の
区画が設けられた平面状の基板とを具備し，（１）各区
画での単位面積当たりの微粒子の個数がほぼ同じとなる
ように，各区画に微粒子が固定されること，（２）各区
画に１層の複数の微粒子が固定されること，に特徴があ
る。

【００１９】本発明の生化学センサの製造方法は，試料
中の検査対象物質と選択的に結合するほぼ同じ数のプロ
ーブが表面に捕捉された複数の微粒子を，プローブの種
類毎に異なる容器内で作成する工程を有し，平面状の基
板に設けられた相互に分離された複数の区画をもつ生化
学センサの各区間毎に，（１）異なる種類のプローブが
捕捉された複数の微粒子を，各区画での単位面積当たり
の微粒子の個数がほぼ同じとなるように固定する工程を
有すること，（２）異なる種類のプローブが捕捉された
１層の複数の微粒子を固定する工程を有すること，に特
徴がある。また，各区画での単位面積当たりに固定され
た微粒子の個数は，微粒子が固定された各区画の領域に
光を照射して非破壊的に計測されることに特徴がある。

【００２０】従来技術１〜４には，上記した特徴につい
ては何も言及がない。本発明に於ける，プローブの代表
的な例は１本鎖ＤＮＡであり，微粒子の代表的な例はポ
リスチレン微粒子のような高分子微粒子，ガラス微粒子
である。

【００２１】なお，以上の説明で，「ほぼ同じ数のプロ
ーブが表面に捕捉された微粒子」とは，微粒子（ｉ＝
１，２，…，Ｎ）の表面に捕捉されているプローブの数
をそれぞれＸ_ｉ＝Ｘ_１，Ｘ_２，…，Ｘ_Ｎとし，Ｘ_ｉ＝Ｘ
_１，Ｘ_２，…，Ｘ_Ｎの平均値をＸ_ａｖとする時，９５％
の統計確率で，平均値Ｘ_ａｖの±５０％以内のプローブ
の数（即ち，０．５Ｘ_ａｖから１．５Ｘ_ａｖの範囲にあ
るプローブの数）が捕捉された微粒子として定義され
る。即ち，微粒子ｉに捕捉されたプローブの数Ｘ_ｉが，
０．５Ｘ_ａｖから１．５Ｘ_ａｖの範囲にあれば，微粒子
ｉは，ほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された微粒子
と見做すことにする。

【００２２】また，以上の説明で，「各区画での単位面
積当たりの微粒子の個数がほぼ同じである」ことは，区
画（ｉ＝１，２，…，Ｍ）に固定されている単位面積当
たりの微粒子の数をそれぞれＹ_ｉ＝Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ
_Ｍとし，Ｙ_ｉ＝Ｙ_１，Ｙ_２，…，Ｙ_Ｍの平均値をＹ_ａｖ
とする時，９５％の統計確率で，平均値Ｙ_ａｖの±５０
％以内の微粒子の数（即ち，０．５Ｙ_ａｖから１．５Ｙ
_ａｖの範囲にある微粒子の数）が固定された区画として
定義される。即ち，区画ｉに固定された微粒子の数Ｙ_ｉ
が，０．５Ｙ_ａｖから１．５Ｙ_ａｖの範囲にあれば，区
画ｉは，ほぼ同じ数の微粒子が固定された区画と見做す
ことにする。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施例では，生化学セン
サの製造の前又は後に，試料中の検査対象物質と選択的
に結合するほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複
数の微粒子が，プローブの種類毎に異なる容器内で大量
に作成される。

【００２４】本発明の実施例の生化学センサの製造で
は，先ず，金以外の金属蒸着膜の領域を平面状の基板の
表面に格子状に形成する。次いで，金属蒸着膜の領域を
含む基板の表面に金蒸着膜を形成する。金以外の金蒸着
膜と金属蒸着膜とが重なって形成されていない領域に，
又は，金以外の金蒸着膜と金属蒸着膜とが重なって形成
されている領域に，相互に分離された複数の区画を形成
する。試料中の検査対象物質と選択的に結合する，ほぼ
同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒子を，
各区画に固定する。各区画での単位面積当たりに固定さ
れた微粒子の個数は，各区画の領域に光を照射して非破
壊的に計測される。

【００２５】金属蒸着膜がＴｉ，Ｃｕ，Ｃｏの何れかで
形成される場合には，金蒸着膜と金属蒸着膜とが重なっ
て形成されていない領域に，複数の区画が形成され，金
属蒸着膜がＡｇ又はＣｒで形成される場合には，金蒸着
膜と金属蒸着膜とが重なって形成されている領域に，複
数の区画が形成される。

【００２６】複数の微粒子は，各区画での単位面積当た
りの微粒子の個数がほぼ同じとなるように固定され，複
数の微粒子が１層に固定される。微粒子としてポリスチ
レン微粒子が使用される場合には，ポリスチレン微粒子
を基板の表面に熱溶着より各区画に固定される。

【００２７】本発明の生化学センサが検出する検査対象
物質の例としては，抗体，抗原，１本鎖ＤＮＡ，レセプ
タ，リガンド，酵素等がある。以下の説明では，検査対
象物質を１本鎖ＤＮＡとする例をとり，以下，図を参照
して詳細に説明する。（第１の実施例）第１の実施例では，プローブとなるＤ
ＮＡ（ＤＮＡプローブ）を用いた生化学センサ（ＤＮＡ
マイクロアレー）の製作手順，及び，生化学センサを用
いた多数の発現遺伝子の同時検出について説明する。即
ち，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子を，基板上に格
子状に形成され複数の区画の各区画に固定して，生体試
料から作製したｃＤＮＡを各区画に固定された微粒子に
捕捉されたＤＮＡプローブとハイブリダイゼーションさ
せることにより，発現遺伝子を検出する。

【００２８】一般に，同時に多数の発現遺伝子を検出す
る場合には，従来，プローブとなるＤＮＡ（ＤＮＡプロ
ーブ）をナイロン膜，スライドグラス，シリコン等の基
板上に固定した，ＤＮＡチップ又はＤＮＡマイクロアレ
ーと呼ばれているセンサが使用されている。生体試料か
ら精製したｍＲＮＡから，蛍光体等により標識したｃＤ
ＮＡを合成して，基板上のＤＮＡプローブとｃＤＮＡと
の間でのハイブリダイゼーション反応により，発現遺伝
子を測定する方法が知られている（従来技術５：例え
ば，蛋白質核酸酵素，ｖｏｌ．４３，ＮＯ．１３，ｐｐ
２００４−２０１１（１９９８），「ＤＮＡチップ技術
とその応用」を参照）。

【００２９】図１は，本発明の第１の実施例の生化学セ
ンサの構成を説明する図である。図１（Ａ）は生化学セ
ンサの平面図，図１（Ｂ）はＡＡ’断面図を示す。図１
に示すように，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子３
は，スライドグラス，ガラス，シリコン，高分子等の基
板１上に格子状に形成された複数の区画２の各区画に固
定されている。図１に示す例では，矩形の基板１を使用
しているが，基板１として，正方形の基板を使用しても
よい。

【００３０】各区画２には，ＤＮＡプローブが捕捉され
た微粒子３が，捕捉されたＤＮＡプローブの種類毎に，
固定されている。図１（Ａ）に示す全ての区画２に，同
じ種類のＤＮＡプローブが捕捉された微粒子３を固定し
てもよいし，また，図１（Ａ）に示す第ｉ行の区画２
に，第ｉの種類のＤＮＡプローブが捕捉された微粒子３
を固定してもよい（ｉ＝１，２，…，Ｎ）。

【００３１】図１に示す基板１として，例えば，透明石
英製の大きさ，７６ｍｍ×２６ｍｍ，厚さ０．９ｍｍの
スライドガラスを使用する。図１には，簡単のために少
数の正方形の区画２を示している。区画２の大きさは，
２０μｍ〜２００μｍの長さの辺をもつ正方形又は矩
形，あるいは，２０μｍ〜２００μｍの長さの辺をもつ
円形とすることができる。区画２の間隔を２０μｍ〜２
００μｍとする。

【００３２】微粒子３として，例えば，球の直径が５ｎ
ｍから１００μｍのポリスチレン微粒子を使用すること
ができる。５０ｎｍから２００ｎｍのポリスチレン微粒
子を使用すると，各区画の表面に微粒子を保持できる点
で好適である。各ポリスチレン微粒子３には，約４００
〜約６０００分子のＤＮＡプローブが捕捉されている。

【００３３】なお，正方形の区画２の一辺をｄ，球の微
粒子３の半径をｒとし，区画２の表面に微粒子３が正方
格子に配列し，微粒子３の表面に捕捉されているＤＮＡ
プローブの濃度を，ｎ分子／ｃｍ^２と仮定する。この
時，区画２には，（ｄ／（２ｒ））^２個の微粒子３が固
定されるので，合計，（ｄ／（２ｒ））^２×４πｒ^２ｎ
＝πｄ^２ｎ分子のＤＮＡプローブが，区画２に捕捉され
ることになる。

【００３４】一方，同じ濃度（ｎ分子／ｃｍ^２）で，直
接に区画２にＤＮＡプローブを固定する場合，ｄ^２ｎ分
子のＤＮＡプローブが区画２に固定される。従って，Ｄ
ＮＡプローブが捕捉されている微粒子３を区画２に固定
すると，直接に区画２にＤＮＡプローブを固定する場合
よりも，π倍のＤＮＡプローブ分子を区画２に捕捉でき
る。

【００３５】ここで，基板１として，７６ｍｍ×２６ｍ
ｍ，厚さ０．９ｍｍのスライドガラス上で２０ｍｍ×５
０ｍｍの範囲を使用し，区画２の大きさを１００μｍの
長さの辺をもつ正方形とし，区画２の間隔を１００μｍ
とし，球の直径が１００ｎｍのポリスチレン微粒子を使
用する時，スライドガラスには２５０００個の区画２を
形成することができ，各区画２には，約１０^６個のポリ
スチレン微粒子３が捕捉される。即ち，各区画２の表面
には，１０^６個のポリスチレン微粒子３が，約１０^１０
個／ｃｍ^２の濃度で固定される。

【００３６】ここで，例えば，各ポリスチレン微粒子３
に捕捉されるＤＮＡプローブの分子数の平均値が，約１
６００分子とすると，各区画２には，合計，約１．６×
１０ ^９分子のＤＮＡプローブが捕捉されることになる。

【００３７】図２は，第１の実施例で使用される，ＤＮ
Ａプローブが表面に捕捉された微粒子，及び，ＤＮＡプ
ローブと検査対象物質の反応を説明するための，斜視
図，部分拡大図である。図２の点線の円の部分の部分拡
大図に示すように，ＤＮＡプローブ４が捕捉された微粒
子３を準備する。微粒子の表面５に，ＤＮＡ鎖と共有結
合又は水素結合が容易に生じるように，例えば，シリレ
ン化又はシラン化等の修飾を行なう。

【００３８】プローブとなるＤＮＡ（ＤＮＡプローブ）
の合成について説明する。プローブとなるＤＮＡ領域を
カバーするセンス側のプライマーの５’末端に，リンカ
ーを付加したアミノ基を導入し，アンチセンス側は通常
のプライマーを用いる。これらのプライマー，及びプロ
ーブとなる領域を含む鋳型ＤＮＡを用いてＰＣＲにより
増幅反応を行なう。増幅したＤＮＡは市販のＰＣＲ増幅
断片の精製キット（例えば，ＱＵＩＧＥＮ社の精製キッ
ト）を用いて精製し，増幅したＤＮＡを２６０ｎｍの吸
光度からＤＮＡ量を定量する。

【００３９】ＤＮＡプローブを捕捉する担体となる微粒
子は表面修飾を施した市販の微粒子を用いる。例えば，
表面に活性アルデヒド基を有する微粒子（Ｐｏｌｙｂｅ
ａｄＰｏｌｙａｃｒｏｌｅｉｎＭｉｃｒｏｓｐｈｅｒ
ｅｓ（ＰｏｌｙｓｃｉｅｎｃｅＩｎｃ．の商品名であ
り，日本国内ではフナコシが販売している）を使用する
場合には，末端にアミノ基を導入したＤＮＡプローブを
結合させる。逆に，表面にアミノ基を有する微粒子を使
用する場合には，末端をアルデヒド基で修飾したＤＮＡ
プローブを用いる。

【００４０】末端にアミノ基を導入したＤＮＡプローブ
を，表面に活性アルデヒド基を有する微粒子に捕捉する
操作について説明する。ＤＮＡプローブを０．５ｍｇ／
ｍＬ（ミリリットル）の濃度になるように，３×ＳＳＣ
溶液（ここで，１×ＳＳＣは，ＮａＣｌ（０．１５
Ｍ），クエン酸３ナトリウム（１５ｍＭ，ｐＨ７．０）
の混合溶液を示す。３×ＳＳＣは１×ＳＳＣの３倍濃度
溶液を示す。）中に，微粒子を懸濁して４時間室温で放
置する。微粒子を０．２％のＳＤＳで洗い，更に，微粒
子を蒸留水で３回洗った後，水素化ホウ素ナトリウム液
（１ｇの水素化ホウ素ナトリウムを３００ｍＬのリン酸
バッファーと１００ｍＬのエタノールに溶かした溶液）
に，微粒子を懸濁して，５分間放置し，続いて，微粒子
を２分間９５°Ｃの蒸留水に浸す。再び，０．２％のＳ
ＤＳ溶液に微粒子を懸濁して１分間放置した後に，微粒
子を蒸留水で３回洗浄した後，微粒子を乾燥して冷暗所
に保管する。

【００４１】また，微粒子の表面へのＤＮＡプローブの
捕捉方法としては，他にビオチンとアビジンを介する周
知の方法，金とＳＨ基の反応を利用して捕捉する周知の
方法（従来技術６：ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＣｈｅｍｉ
ｓｔｒｙ，Ｖｏｌ，６９，４９３９−４９４７（１９９
７））があり，これらの周知の方法も第１の実施例に使
用可能である。金とＳＨ基の反応を利用して捕捉する周
知の方法を使用する場合には，微粒子の表面を予め金コ
ートしておく。

【００４２】図２に示すように，微粒子の表面５に，Ｄ
ＮＡプローブの捕捉のためのリンカー６を介してＤＮＡ
プローブ４が捕捉される。検査対象物質を検出する標識
９が結合された検査対象物質８とＤＮＡプローブ４とが
相補鎖結合により結合する。標識９としては，試料毎に
異なる種類の蛍光体等が使用される。

【００４３】以下，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子
を格子状に配列される各区画に吸着する第１の方法を図
３を参照して説明する。

【００４４】図３は，第１の実施例の生化学センサの製
作方法，及び，構成を説明する図である。先に説明した
方法により作成されたＤＮＡプローブが捕捉された微粒
子を，図３に示す格子状に配列される複数の区画の各区
画１３（２）に固定する。図３（Ａ）の平面図に示すよ
うに，基板１上に，正方形の形状をもつマスクパターン
１０を格子状に塗布，形成する。図３（Ｂ）は，図３
（Ａ）のＡＡ’断面図である。図３（Ｃ）の断面図に示
すように，基板１のマスクパターン１０が形成されない
領域に，金以外の金属を１ｎｍから１００ｎｍの厚さに
蒸着して，金属薄膜１２を形成する。

【００４５】次に，基板１に形成されマスクパターン１
０を除去する。

【００４６】次に，図３（Ｄ）の断面図に示すように，
金を５ｎｍから１００ｎｍの厚さで蒸着して，基板１上
に金薄膜６３のみが格子状に形成される金薄膜領域１３
と，金属薄膜１２と金薄膜６３の２層膜が形成された２
層膜領域１４が得られる。

【００４７】次に，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子
の懸濁液（重量比が０．１％から１０％である）の１ｍ
Ｌ当たりに，０．１ｍｇから１０ｍｇのカルボジイミド
を加えた混合液を，金薄膜領域１３と２層膜領域１４と
が形成された基板上に添加する。この時，混合液の添加
量は，基板面積１ｃｍ^２につき，最低１０μＬ（マイク
ロリットル）とする。混合液が乾燥しない条件下で，１
分から１時間の間室温でインキュベートし，純水により
洗浄して乾燥する。

【００４８】金属薄膜１２がチタン，銅，コバルト等の
場合には，図３（Ｄ）の断面図（図３（Ｅ）のＢＢ’断
面図），図３（Ｅ）の平面図に示すように，２層膜領域
１４には微粒子が吸着せず，金薄膜６３のみが格子状に
形成されされる金薄膜領域１３に微粒子３が吸着する。
この結果，格子状に配置される金薄膜領域１３に，ＤＮ
Ａプローブが捕捉された微粒子３が固定される区画２が
形成される。

【００４９】図３では簡単のために，正方形の基板１に
９個の区画を形成する例をとり説明したが，基板１の形
状は正方形に限定されず，区画の数も９個に限定される
ものではない。

【００５０】以下，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子
を格子状に配列される各区画に吸着する第２の方法を図
４を参照して説明する。

【００５１】図４は，第１の実施例の生化学センサの製
作方法，及び，構成を説明する図である。先に説明した
方法により作成されたＤＮＡプローブが捕捉された微粒
子を，図４に示す格子状に配列される複数の区画の各区
画１４（２）に固定する。図４（Ａ）の平面図，図４
（Ｂ）の断面図に示すように，物理的に穴８２が格子状
に形成されたコンタクトマスク８０を基板１上に設置
し，金以外の金属１２を１ｎｍから１００ｎｍの厚さに
蒸着する。図４（Ｃ）の断面図に示すように，コンタク
トマスク８０の穴８２と同じパターンを有する金属薄膜
１２’が，基板１の表面に形成される。

【００５２】次に，図４（Ｄ）の断面図に示すように，
金を５ｎｍから１００ｎｍ蒸着して，基板１上に金薄膜
６３のみが形成された金薄膜領域１３と，金属薄膜１
２’と金薄膜６３の２層膜が形成された２層膜領域１４
が得られる。

【００５３】次に，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子
の懸濁液（重量比が０．１％から１０％である）の１ｍ
Ｌ当たりに，０．１ｍｇから１０ｍｇのカルボジイミド
を加えた混合液を，金薄膜領域１３と２層膜領域１４と
が形成された基板上に添加する。この時，混合液の添加
量は，基板面積１ｃｍ^２につき，最低１０μＬ（マイク
ロリットル）とする。混合液が乾燥しない条件下で，１
分から１時間の間室温でインキュベートし，純水により
洗浄して乾燥する。

【００５４】金属薄膜１２’が銀，クロム等の場合に
は，図４（Ｅ）の断面図（図４（Ｆ）のＢＢ’断面
図），図４（Ｆ）の平面図に示すように，金属薄膜１
２’と金薄膜６３の２層膜が形成された２層膜領域１４
に微粒子が吸着するため，コンタクトマスク８０の穴８
２と同じパターンで微粒子３が基板に吸着される。この
結果，格子状に配置される２層膜領域１４に，ＤＮＡプ
ローブが捕捉された微粒子３が固定される区画２が形成
される。

【００５５】図４では簡単のために，正方形の基板１に
４個の区画を形成する例をとり説明したが，基板１の形
状は正方形に限定されず，区画の数も４個に限定される
ものではない。

【００５６】なお，図３，図４で説明した微粒子が選択
的に吸着されるプロセスは，カルボジイミド濃度，金膜
と金以外の金属膜の厚さの比に依存することから，微粒
子を吸着させる各区画２の形状，複数の区画２が示すパ
ターンを所望のパターンとする制御ができる。

【００５７】基板１上に格子状に塗布，形成される正方
形のマスクパターン１０（図３（Ａ）），あるいは，正
方形の穴８２が格子状に配列するコンタクトマスク８０
（図４（Ａ））を使用することにより，微粒子を捕捉す
る格子状の複数の区画を形成できる。格子状に形成され
微粒子が固定される各区画（領域）に対して，異なる種
類のＤＮＡプローブが捕捉された微粒子を添加し，吸着
操作を行なうことにより，各区画毎に異なった種類のＤ
ＮＡプローブを捕捉した生化学センサを作製できる。

【００５８】ＤＮＡプローブの懸濁液の代わりに，ＤＮ
Ａプローブが捕捉された微粒子の懸濁液を使用し，市販
のＤＮＡマイクロアレーのスポッターを用いて，異なる
種類のＤＮＡプローブを捕捉した微粒子を定まった各区
画に添加することができる。市販のスポッターを用いる
と，最小で，約１００μｍの円形の形状で，ＤＮＡプロ
ーブを捕捉した微粒子を各区画に添加できる。

【００５９】図５は，第１の実施例に於ける複数の生化
学センサの製作方法を説明する図である。微粒子にＤＮ
Ａ，ＲＮＡ，蛋白質等の生体物質を検出するための生体
物質検出用プローブを捕捉する場合には，生体物質検出
用プローブを微粒子に捕捉する反応を，生体物質検出用
プローブの種類毎に別々の容器チューブ７１，７２，７
３内で行ない大量のバッチの微粒子（生体物質検出用プ
ローブが捕捉された微粒子）を予め準備しておく。生体
物質検出用プローブの代表例は，ＤＮＡ分子と結合する
ＤＮＡプローブである。

【００６０】大量のバッチとして，生体物質検出用プロ
ーブが捕捉された微粒子を調製するので，各微粒子に捕
捉された生体物質検出用プローブの分子数は，ほぼ同じ
となる。ここで，「ほぼ同じ分子数のプローブが捕捉さ
れた微粒子」とは，先に説明したように，微粒子（ｉ＝
１，２，…，Ｎ）の表面に捕捉されているプローブの数
をそれぞれＸ_ｉ＝Ｘ_１，Ｘ_２，…，Ｘ_Ｎとし，Ｘ_ｉ＝Ｘ
_１，Ｘ_２，…，Ｘ_Ｎの平均値をＸ_ａｖとする時，９５％
の統計確率で，平均値Ｘ_ａｖの±５０％以内のプローブ
の数（即ち，０．５Ｘ_ａｖから１．５Ｘ_ａｖの範囲にあ
るプローブの数）が捕捉された微粒子として定義され
る。即ち，微粒子ｉに捕捉されたプローブの数Ｘ_ｉが，
０．５Ｘ_ａｖから１．５Ｘ_ａｖの範囲にあれば，微粒子
ｉは，ほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された微粒子
と見做すことにする。

【００６１】生体物質検出用プローブに結合可能であり
蛍光標識され複数種類の既知濃度の基準となる基準検体
を，生体物質検出用プローブに結合させた後に，計測し
た蛍光標識からの蛍光強度と，微粒子を含む懸濁液の単
位体積に含まれる微粒子の数とから，各微粒子に捕捉さ
れた生体物質検出用プローブの分子数の平均値を計測す
ることができる。

【００６２】複数の生化学センサの個々の基板上に同じ
バッチの微粒子を固定する。具体的な例をとって以下説
明する。以下の説明では，３種類のＤＮＡプローブが捕
捉された微粒子を，ＤＮＡプローブの種類毎に３枚以上
の基板（スライドグラス）に，順次，スポットする例を
とる。

【００６３】相互に異なる種類のＤＮＡプローブをＤＮ
Ａプローブ−１，−２，−３とする。ＤＮＡプローブ−
１の溶液２１を収納する反応容器７１でＤＮＡプローブ
−１を微粒子に捕捉させる反応を行なう。ＤＮＡプロー
ブ−１の溶液２２を収納する反応容器７２でＤＮＡプロ
ーブ−２を微粒子に捕捉させる反応を行なう。ＤＮＡプ
ローブ−１の溶液２３を収納する反応容器７３でＤＮＡ
プローブ−３を微粒子に捕捉させる反応を行なう。上記
で説明した方法により，反応容器７１，７２，７３の各
反応容器内の微粒子に捕捉された生体物質検出用プロー
ブの分子数の平均値を求める。

【００６４】各反応容器７１，７２，７３内の反応によ
り，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子は，市販のマイ
クロアレー製造装置（例えば，日立ソフト社製のＳＰＢ
ＩＯ），又は，ピペット等を用いて，順次，スライドガ
ラス２４，２５，２６の上にスポットされる。

【００６５】図５（Ａ）に示すように，ＤＮＡプローブ
−１を捕捉した微粒子を含む懸濁液はスライドガラス２
４，２５，２６に，順次，スポットされ，ＤＮＡプロー
ブ−１を捕捉した微粒子によるスポット２７，２８，２
９が形成される。

【００６６】図５（Ｂ）に示すように，ＤＮＡプローブ
−２を捕捉した微粒子を含む懸濁液はスライドガラス２
４，２５，２６に順次，スポットされ，ＤＮＡプローブ
−２を捕捉した微粒子によるスポット３０，３１，３２
が形成される。

【００６７】図５（Ｃ）に示すように，ＤＮＡプローブ
−３を捕捉した微粒子を含む懸濁液はスライドガラス２
４，２５，２６に順次，スポットされ，ＤＮＡプローブ
−３を捕捉した微粒子によるスポット３３，３４，３５
が形成される。

【００６８】以上のようにして，同一反応容器内で予め
ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子を大量に調製するこ
とにより，スライドガラス２４，２５，２６のように異
なる生化学センサの基板上に，ほぼ同様の反応性を持っ
た微粒子を供給して，各生化学センサの基板の格子状の
各区画に微粒子を捕捉できる。

【００６９】図５では，３種類のＤＮＡプローブが捕捉
された微粒子を，ＤＮＡプローブの種類毎に３枚以上の
基板（スライドグラス）に，順次，スポットする例をと
り説明したが，ＤＮＡプローブの種類は３種類に限定さ
れるものではなく，任意の種類の数でもよいことは言う
までもない。

【００７０】次に，検査対象分子であるＲＮＡ又はＤＮ
Ａの作製について説明する。検査対象分子はその増幅の
際に，例えば，Ｃｙ３又はＣｙ５等の蛍光色素で標識さ
れたｄＵＴＰを用いて，増幅され蛍光標識された検査対
象分子が用いられる。

【００７１】解析する細胞から一般に知られている方法
（従来技術７：例えば，ＭｏｌｅｃｕｌａｒＣｌｏｎ
ｉｎｇｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ（Ｃｏｌｄ
ＳｐｒｉｎｇＨａｂｏｒＬａｂｏｒａｔｏｒｙＰ
ｒｅｓｓ（１９８９））により，全ＲＮＡを抽出し，更
に，ポリＡ−ＲＮＡを調製する。次に，ポリＡ−ＲＮＡ
から蛍光標識されたｃＤＮＡを合成する。例えば，ポリ
Ａ−ＲＮＡ１μｇ，スーパースクリプトＩＩ（Ｇｉｂｃ
ｏＢＲＬ）反応バッファー８μＬ，オリゴｄＴプライ
マー１μｇ，１０ｍＭのｄＮＴＰ４μＬ，Ｃｙ３（アマ
シャムファルマシア商品コードＰＡ５３０２２），又
は，Ｃｙ５（アマシャムファルマシア商品コードＰＡ５
５００２２））で標識されたｄＵＴＰ４μＬ，０．１Ｍ
のＤＴＴ４μＬ，に蒸留水を加えて３８μＬとする。こ
の液を７０°Ｃで１０分間保持した後，氷上で急冷す
る。急冷された溶液にスーパースクリプトＩＩ（Ｇｉｂ
ｃｏＢＲＬ）２μＬを加えて穏やかに撹拌した後，２５
°Ｃで１０分，４２°Ｃで４０分，７２°Ｃで１０分保
持した後，室温まで冷却する。反応液を分子量カットフ
ィルター，例えば，Ｍｉｃｒｏｃｏｎ３０（ミリポア
社）を用いて２０μＬまで濃縮し，更に，蒸留水を４０
０μＬ加えて１０μＬまで濃縮する。この操作で未反応
のｄＵＴＰ，ｄＮＴＰが除去される。１０μＬまで濃縮
した溶液に，２０×ＳＳＣ溶液（１×ＳＳＣの２０倍濃
度溶液）を４μＬ，蒸留水を６μＬ加えて１００°Ｃの
湯浴中で３分間保持した後，氷上で急冷する。急冷した
溶液に１０％のＳＤＳを２００μＬ加えて検査対象物質
を含む試料溶液が調製される。

【００７２】調製された試料溶液と，生化学センサの基
板の各区画に固定された微粒子に捕捉されたＤＮＡプロ
ーブとの反応と，反応生成物の検出について説明する。
微粒子に捕捉されたＤＮＡプローブと試料溶液とを接触
させて，密閉容器中に生化学センサをおいて，６５°Ｃ
で１０時間から２４時間，反応を行なう。

【００７３】反応が終了した生化学センサの基板は，
０．１％のＳＤＳを含む２×ＳＳＣ溶液（１×ＳＳＣの
２倍濃度溶液）で５分間３回洗浄した後，０．１％のＳ
ＤＳを含む０．２×ＳＳＣ溶液（１×ＳＳＣの０．２倍
濃度溶液）で５分間３回洗浄し，０．２×ＳＳＣ溶液で
軽くすすいだ後に室温で乾燥させる。次に，市販のスキ
ャナー（例えば，ＳｃａｎＡｒｒａｙ５０００ＧＳＩ
Ｌｕｍｏｎｉｃｓ社）を使用して，既存のＤＮＡマイク
ロアレーと同様に各スポットからの蛍光強度を測定す
る。

【００７４】以上説明したように，ＤＮＡプローブを表
面に捕捉した微粒子を，格子状に形成された区画に固定
した生化学センサを用いて，一度に多数の種類のＤＡＮ
プローブにより検査対象物質を含む試料を検査解析で
き，試料作成，ハイブリダイゼーション反応，反応生成
物の検出は，これまでに確立されている方法をそのまま
利用できるという利点がある。（第２の実施例）図６は，本発明の第２の実施例であ
り，ＤＮＡプローブが捕捉された微粒子を，基板上に格
子状に形成された複数の円形の区画の各区画に固定して
作成した生化学センサ（第１の実施例）を評価する方法
を説明する図である。即ち，各区画に固定された微粒子
が均一であるか否かの評価，各区画に固定された微粒子
の数の計測を行なう。以下の説明では，円形の区画を例
にとり説明するが，区画の形状は円形に限らず，正方
形，矩形でもよい。

【００７５】図６（Ａ）は，生化学センサの基板上に吸
着している微粒子の分布の均一性を評価するための装置
である。半導体レーザ４０からのレーザ光線４１を走査
型鏡４２を介して基板１上に照射する。基板１の各区画
の微粒子からの散乱光は，半導体レーザからの正反射光
が到達しない位置に配置された集光レンズ，光検出器４
４により検出される。走査型鏡４２を駆動することによ
り，微粒子が吸着された領域４５をレーザ光線４１によ
り走査する。光検出器４４の出力信号は，演算処理装置
９０に入力され，光検出器４４の出力信号の加算処理，
平均処理，平滑化処理，規格化処理等が行なわれ，処理
結果は表示装置９１に表示される。粒径が５０ｎｍから
１００μｍの微粒子は高効率でレーザ光を散乱し，その
散乱光強度は微粒子の濃度に依存する。

【００７６】従って，図６（Ｂ）に示すように，微粒子
が吸着された領域４５の面積の１０分の１以下の面積に
集光されたレーザ光４７により，微粒子が吸着された領
域４５を，ｘ方向，ｘ方向に直交するｙ方向で２次元的
に走査しながら，散乱光強度をモニタすることにより，
微粒子が吸着された領域４５内に於ける微粒子の分布の
均一性を評価できる。

【００７７】図６（Ｃ），図６（Ｄ）は，微粒子が吸着
された領域４５内に於ける微粒子の分布の均一性の評価
を説明する図である。図６（Ｃ）に示すように，微粒子
が基板に均一に吸着している領域４６では，散乱光強度
４９はレーザ光４７の走査中ほぼ一定である。しかし，
図６（Ｄ）に示すように，不均一に微粒子が吸着してい
る領域５０では，散乱光強度５１がレーザ光４７の走査
中に変化する。

【００７８】なお，図６（Ｃ），図６（Ｄ）に於いて，
横軸は基板上でのレーザ光４７の走査位置（図６（Ａ）
に示す，円形の区画のほぼ中心をそれぞれ通る走査方向
（ｘ）４９’，５１’に於けるレーザ光の位置）を示
し，縦軸は領域４５内での散乱光強度の最大値を１００
とする散乱光強度（Ｉ）を示す。領域４５内に於ける微
粒子の分布の均一性の評価は，散乱光強度Ｉの位置
（ｘ，ｙ）による変化Ｉ（ｘ，ｙ）を計測した後，領域
４５内でのＩ（ｘ，ｙ）の最大値を１００とする規格化
を行なって，例えば，標準偏差を求め，この標準偏差が
所定の値以下であれば，微粒子の分布が均一であると判
断する。

【００７９】生化学センサの基板上に吸着している微粒
子の分布の均一性を，図６（Ｅ），図６（Ｆ）に示す半
導体レーザ光の照射により評価することも可能である。
図６（Ｅ）に示すように，微粒子が吸着された領域のサ
イズに相当する長さをｘ方向に直交するｙ方向にもつ線
状の光スポット５２を，微粒子が吸着された領域４５で
ｘ方向に走査しながら，微粒子からの散乱光強度をモニ
タすることにより，微粒子が吸着された領域４５内に於
ける微粒子の分布の均一性を評価できる。

【００８０】領域４５内に於ける微粒子の分布の均一性
の評価は，散乱光強度Ｉの位置（ｘ）による変化Ｉ
（ｘ）を計測した後，領域４５内でのＩ（ｘ）の最大値
を１００とする規格化を行なって，例えば，標準偏差を
求め，この標準偏差が所定の値以下であれば，微粒子の
分布が均一であると判断する。

【００８１】また，図６（Ｆ）に示すように，微粒子が
吸着された領域４５の面積に相当する面積をもつ光スポ
ット（斜線で示す）５４として照射して，微粒子からの
散乱光強度をモニタすることにより，微粒子が吸着され
た領域４５内に於ける微粒子の分布の均一性を簡便に評
価できる。

【００８２】領域４５内に於ける微粒子の分布の均一性
の評価は，複数の領域４５で散乱光強度Ｉを計測した
後，複数の領域４５内でのＩの最大値を１００とする規
格化を行なって，例えば，所定の閾値を越える散乱光強
度Ｉをもつ領域４５が微粒子の分布が均一であると判断
する。

【００８３】以上説明したように，微粒子による光散乱
を用いて生化学センサの基板の各区画に固定されている
微粒子の分布の均一性が測定できる。

【００８４】更に，生化学センサの基板の各区画に固定
されている微粒子の数を以下の方法により計測すること
ができる。

【００８５】検査対象物質の検出に使用していない蛍光
体を用いて，微粒子を蛍光標識し，蛍光標識からの蛍光
強度を検出することにより，各区画に固定された微粒子
の数を計測することができる。例えば，ポリスチレン微
粒子をフルオロセインを含む５０％メタノール溶液に浸
し，乾燥することによりポリスチレン微粒子がフルオロ
セインにより標識される。

【００８６】第１の実施例で説明した方法により，生化
学センサの基板の各区画にＤＮＡプローブを微粒子に捕
捉し，図５に示すように，順次，ＤＮＡプローブが捕捉
された微粒子をスライドガラスにスポットする。この
時，スライドガラス毎に固定されるポリスチレン微粒子
の数がばらついたり，その後のハイブリダイゼーション
工程や生化学センサの基板の洗浄工程でポリスチレン微
粒子が脱落することがある。しかし，このような場合で
も，各区画に捕捉されたＤＮＡプローブと，蛍光体で修
飾された検査対象である遺伝子とを反応させた後に，共
焦点顕微鏡や市販のＤＮＡマイクロアレースキャナーを
使用して反応した遺伝子を検出する前の時点で，各区画
のフルオロセインの蛍光強度を測定することにより，各
スライドガラス上の各区画のポリスチレン微粒子の数を
算出できる。

【００８７】以上説明した各方法により，生化学センサ
の基板の各区画に固定された微粒子の数を計測でき，各
微粒子に捕捉されたＤＮＡプローブの分子数の平均値
は，予め，求めておくことができるので，反応した遺伝
子を検出する前の時点で，各区画に於けるＤＮＡプロー
ブの分子数を求めることが可能である。

【００８８】従って，個々の生化学センサの各区画に於
けるＤＮＡプローブの分子数を測定できるので，検査対
象物質を高い精度で検出できる。即ち，第１の実施例で
説明した方法により作成された生化学センサは，この生
化学センサが使用される各工程で必要に応じて，その品
質を確認することができる。

【００８９】以上の説明で，蛍光体としてはＪｏｅ，Ｔ
ａｍｕｒａ，Ｒｏｘ（アプライドバイオシステムズ社）
を用いても良い。（第３の実施例）図７は，本発明の第３の実施例であ
り，電界を利用したハイブリダイゼーション反応を行な
うための生化学センサの構成を説明する図である。第３
の実施例で使用する生化学センサは，金以外の金属蒸着
膜により生化学センサの基板の表面に格子状に形成され
区画と，格子状に形成され区画及び基板の表面に形成さ
れた金蒸着膜とを有し，金蒸着膜と金属蒸着膜とが重な
って形成されていない領域に，相互に分離された複数の
区画が形成された平面状の基板により構成される。

【００９０】試料中の検査対象物質と選択的に結合する
ＤＮＡプローブが表面に捕捉された微粒子が，ＤＮＡプ
ローブの種類毎に各区画に固定される。基板の表面に形
成された金蒸着膜を一方の電極として，この金蒸着膜の
面と平行に他方の電極基板を配置して，電気的なハイブ
リダイゼーション反応を実行する（従来技術８：Ｎａｔ
ｕｒｅＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．１６，５
４１−５４６（１９９８））。

【００９１】第３の実施例では，生化学センサを用いて
核酸を検出する例について説明する。先ず，図３に示す
正画角センサの製作方法と同様にして，シリコン基板６
４の上に，正方形，矩形，円形の何れかの形状をもつ，
チタンの薄膜６５（図３（Ｃ）に示す金属薄膜１２に対
応する）の区画を格子状に形成する。更に，チタンの薄
膜６５を含むシリコン基板６４の面に，チタンの薄膜と
ほぼ同じの厚さの金薄膜６３を形成する。微粒子３は，
金蒸着膜６３とチタンの薄膜６５とが重なって形成され
ていない領域であり，相互に分離された複数の区画に固
定される。

【００９２】第１の実施例で説明した方法により，ＤＮ
Ａプローブを微粒子３の表面に捕捉する。この時，解析
に必要な種類の微粒子を第１の実施例と同様の方法によ
り作成して用意する。微粒子はカルボジイミドを加えた
懸濁液として調製し，チタンの薄膜６５と金薄膜６３が
重なっていない領域を単層で覆い尽くすのに十分な微粒
子を含む懸濁液を滴下する。

【００９３】この時，チタンと金が重なっていない隣の
領域に懸濁液が広がらないような液量を滴下する。液の
滴下は微小なピペットを用いて手作業で行なっても良い
が，第１の実施例で説明したように，市販のマイクロア
レー製造装置を用いて，微粒子の懸濁液を各区画にスポ
ットしても良い。

【００９４】スポットが終了した後，流水で洗浄して各
区画毎に異なる種類のＤＮＡプローブで修飾された微粒
子３が固定されたマイクロアレーが完成する。

【００９５】微粒子が固定された部分を覆い尽くす大き
さのプラス極金属基板６１を，微粒子を固定した基板の
微粒子の側の平行な位置に設置する。プラス極金属基板
６１と微粒子が固定された金蒸着膜６３の間隙は，０．
１ｍｍから１ｍｍ程度とする。プラス極金属基板６１と
微粒子が固定された金蒸着膜６３の間隙に，第１の実施
例で説明した方法で，Ｃｙ３又はＣｙ５等の蛍光色素で
標識された試料を含むハイブリダイゼーション反応液６
６を満たし，プラス極金属基板６１がプラス極，金蒸着
膜６３がマイナス極になるようにして，反応液６６に直
流電界を印加しながら６５°Ｃに保ち，通常のハイブリ
ダイゼーション反応を行なった後，生化学センサの基板
の洗浄を行なって，ＤＮＡプローブと反応したＤＮＡを
検出する。

【００９６】また，ハイブリダイゼーションの過程を観
察する必要がある場合には，プラス極である金属基板６
１の代わりに，メッシュ状の金属線を電極として用いる
ことも可能である。

【００９７】ＤＮＡプローブと反応したＤＮＡの検出
は，第２の実施例と同様に，マイクロアレースキャナー
を使用して行なう。

【００９８】以上の各実施例の説明では，検査対象物質
として１本鎖ＤＮＡを例にとって，ＤＮＡプローブが捕
捉された微粒子を生化学センサの各区画に固定した場合
について説明した。検査対象物質として，抗体，抗原，
レセプタ，リガンド，酵素を対象とする場合には，生体
分子（プローブ）としてそれぞれ，抗原，抗体，リガン
ド，レセプタ，基質を捕捉した微粒子を生化学センサの
各区画に固定した構成にすれば良い。

【００９９】従って，生化学センサの各区画に捕捉する
生体物質（生化学物質）検出用のプローブの種類を変更
することにより，本発明の生化学センサを用いた各種の
生化学物質の検出が可能な生化学検査装置が実現でき
る。

【０１００】（第４の実施例）以下，各実施例で説明し
た本発明の生化学センサの販売方法について説明する。
各実施例で説明した，本発明の複数の生化学センサは，
以下の態様で販売される。本発明の生化学センサは，試
料中の検査対象物質と選択的に結合するほぼ同じ数のプ
ローブが表面に捕捉された複数の微粒子と，相互に分離
された複数の区画が設けられた平面状の基板とを具備し
ており，（１）各生化学センサの各区画での単位面積当
たりの微粒子の個数がほぼ同じである生化学センサを，
各区画での単位面積当たりに固定された微粒子の個数の
データを記憶した電子媒体と共に販売される。（２）各
生化学センサの各区画に１層の複数の微粒子が固定され
た生化学センサを，各区画での単位面積当たりに固定さ
れた微粒子の個数のデータを記憶した電子媒体と共に販
売される。（３）各生化学センサの各区画に微粒子が固
定された生化学センサを，各区画での単位面積当たりに
固定された微粒子の個数のデータを記憶した電子媒体と
共に販売される。

【０１０１】電子媒体には，各生化学センサの各区画の
形状及び大きさも記憶される。更に，電子媒体には，各
生化学センサの各区画に固定された微粒子に捕捉された
生体物質（生化学物質）検出用のプローブ（ＤＮＡプロ
ーブ等）の分子数の平均値も記憶される。微粒子に捕捉
された生体物質（生化学物質）検出用のプローブの分子
数の平均値は，第１，第２の実施例で説明したように，
予め，求めておくことができる。

【０１０２】電子媒体として，例えば，安価な周知のフ
ロッピー（登録商標）ディスクが使用され，フロッピー
ディスクが添付された生化学センサが販売される。

【０１０３】各生化学センサの各区画に固定された微粒
子に捕捉された検出用のプローブの分子数の平均値を電
子媒体に記憶して，個々の生化学センサの品質を保証し
て販売するので，ユーザは，検出用のプローブと反応し
た検査対象物質を検出する前の時点で，各区画に固定さ
れた微粒子の数（電子媒体に記憶された値，又は，ユー
ザによる計測値）と，微粒子に捕捉された検出用のプロ
ーブの分子数の平均値とから，各区画に於ける検出用の
プローブの分子数を求めることが可能であり，検査対象
物質を高い精度で検出できる生化学センサをユーザに提
供することができる。

【０１０４】従来技術では，ＤＮＡチップ上のＤＮＡプ
ローブと検査対象物質とを結合させて，ＤＮＡプローブ
と結合した検査対象物質を検出する過程で，ＤＮＡチッ
プから脱落したＤＮＡプローブの数を見積もる方法は知
られていなかった。また，基板上の各区画に形成又は固
定されるＤＮＡプローブの均一性を計測，評価して，個
々のＤＮＡチップの品質を保証して販売する方法はなさ
れていなかった。この結果，ＤＮＡチップを使用する分
析に於いて，ＤＮＡチップの各区画から検出された信号
強度が，実際に存在する検査対象物質の量を正確に反映
しないという実用上での重大な問題があった。本発明の
生化学センサの販売方法では，これら従来技術の問題を
解決することが可能となる。

【０１０５】

【発明の効果】本発明により，試料中の検査対象物質の
有無を多数の試料に関して，同時に高感度で検出できる
簡便な生化学センサ，及びこれを用いる生化学検査装置
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の生化学センサの構成を
説明する図。

【図２】本発明の第１の実施例で使用される，ＤＮＡプ
ローブが表面に捕捉された微粒子，及び，ＤＮＡプロー
ブと検査対象物質の反応を説明する図。

【図３】本発明の第１の実施例の生化学センサの製作方
法，及び，構成を説明する図。

【図４】本発明の第１の実施例の生化学センサの製作方
法，及び，構成を説明する図。

【図５】本発明の第１の実施例に於ける複数の生化学セ
ンサの製作方法を説明する図。

【図６】本発明の第２の実施例であり，第１の実施例の
生化学センサを評価する方法を説明する図。

【図７】本発明の第３の実施例であり，電界を利用した
ハイブリダイゼーション反応を行なうための生化学セン
サの構成を説明する図。

【符号の説明】

１…基板，２…微粒子が固定された区画，３…微粒子，
４…ＤＮＡプローブ，５…微粒子の表面，６…ＤＮＡプ
ローブを捕捉するためのリンカー，８…ＤＮＡプローブ
と結合した検査対象物質，９…検査対象物質を検出する
標識，１２，１２’…金属薄膜領域，１３…金薄膜領
域，１４…２層膜領域，２１…ＤＮＡプローブ−１の溶
液，２２…ＤＮＡプローブ−２の溶液，２３…ＤＮＡプ
ローブ−３の溶液，２４，２５，２６…スライドガラ
ス，２７，２８，２９…ＤＮＡプローブ−１を捕捉した
微粒子によるスポット，３０，３１，３２…ＤＮＡプロ
ーブ−２を捕捉した微粒子によるスポット，３３，３
４，３５…ＤＮＡプローブ−３を捕捉した微粒子による
スポット，４０…半導体レーザ，４１…レーザ光線，４
２…走査型鏡，４４…光検出器，４５…微粒子が吸着さ
れた領域，４６…微粒子が基板に均一に吸着している領
域，４７…微粒子が吸着された領域の面積よりも１０分
の１以下の面積に集光されたレーザ光，４９，５１…散
乱光強度，４９’，５１’…レーザ光の走査方向，５０
…不均一に微粒子が吸着している領域，５２…長軸方向
が微粒子が吸着された領域のサイズに相当する光スポッ
ト，５４…微粒子が吸着された領域の面積に相当する光
スポット，６１…プラス極金属基板，６３…金薄膜，６
４…シリコン基板，６５…チタン薄膜，６６…ハイブリ
ダイゼーション反応液，７１，７２，７３…反応容器，
８０…コンタクトマスク，８２…コンタクトマスクの
穴，９０…演算処理装置，９１…表示装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２Ｃ１２Ｎ 15/00 Ｆ (72)発明者竹井弘之東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所ライフサイエンス推進事業部内Ｆターム(参考） 2G045 AA35 BB14 BB29 BB46 BB48 BB51 DA13 FA11 FB02 FB07 FB12 FB15 4B024 AA20 CA02 CA09 CA11 HA12 HA19 4B029 AA07 FA12 4B063 QA01 QA18 QQ42 QR32 QR56 QR66 QR83 QR84 QS03 QS25 QS34 QS36 QX02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料中の検査対象物質と選択的に結合する
ほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒子
と，相互に分離された複数の区画が設けられた平面状の
基板とを具備し，前記各区画に前記微粒子が固定され，
前記各区画での単位面積当たりの前記微粒子の個数がほ
ぼ同じであることを特徴とする生化学センサ。
【請求項２】試料中の検査対象物質と選択的に結合する
ほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒子
と，相互に分離された複数の区画が設けられた平面状の
基板とを具備し，前記各区画に１層の前記複数の微粒子
が固定されたことを特徴とする生化学センサ。
【請求項３】試料中の検査対象物質と選択的に結合する
プローブが表面に捕捉された複数の微粒子と，平面状の
基板の表面に格子状に形成された，金以外の金属蒸着膜
の領域と，前記金属蒸着膜の領域を含む前記基板の表面
に形成された金蒸着膜とを有し，前記金蒸着膜と前記金
属蒸着膜とが重なって形成されていない領域に，又は，
前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成されて
いる領域に，相互に分離された複数の区画が形成された
前記基板とを具備し，前記各区画に前記微粒子が固定さ
れることを特徴とする生化学センサ。
【請求項４】請求項３に記載の生化学センサに於いて，
前記金属蒸着膜がＴｉ，Ｃｕ，Ｃｏの何れかで形成さ
れ，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成さ
れていない前記領域に，前記複数の区画が形成されるこ
とを特徴とする生化学センサ。
【請求項５】請求項３に記載の生化学センサに於いて，
前記金属蒸着膜がＡｇ又はＣｒで形成され，前記金蒸着
膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成されている前記領
域に，前記複数の区画が形成されることを特徴とする生
化学センサ。
【請求項６】請求項３に記載の生化学センサに於いて，
前記各区画での単位面積当たりの前記微粒子の個数がほ
ぼ同じであることを特徴とする生化学センサ。
【請求項７】請求項３に記載の生化学センサに於いて，
前記各区画に１層の前記複数の微粒子が固定されたこと
を特徴とする生化学センサ。
【請求項８】請求項３に記載の生化学センサに於いて，
前記各区画毎に異なる種類の前記プローブが捕捉され前
記複数の微粒子が固定されたことを特徴とする生化学セ
ンサ。
【請求項９】請求項３に記載の生化学センサを用いた生
化学検査装置。
【請求項１０】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほほ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子を，前記プローブの種類毎に異なる容器内で作成する
工程と，平面状の基板に設けられた相互に分離された複
数の区画をもつ生化学センサの各区間毎に，異なる種類
の前記プローブが捕捉された前記複数の微粒子を，前記
各区画での単位面積当たりの前記微粒子の個数がほぼ同
じとなるように固定する工程と，前記各区画の領域に光
を照射して，前記各区画での単位面積当たりに固定され
た前記微粒子の個数を非破壊的に計測する工程とを有す
ることを特徴とする生化学センサの製造方法。
【請求項１１】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほほ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子を，前記プローブの種類毎に異なる容器内で作成する
工程と，平面状の基板に設けられた相互に分離された複
数の区画をもつ生化学センサの各区間毎に，異なる種類
の前記プローブが捕捉された１層の前記複数の微粒子を
固定する工程と，前記各区画の領域に光を照射して，前
記各区画での単位面積当たりに固定された前記微粒子の
個数を非破壊的に計測する工程とを有することを特徴と
する生化学センサの製造方法。
【請求項１２】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るプローブが表面に捕捉された複数の微粒子を，前記プ
ローブの種類毎に異なる容器内で作成する工程と，平面
状の基板の表面に格子状に形成された，金以外の金属蒸
着膜の領域と，前記金属蒸着膜の領域を含む前記基板の
表面に形成された金蒸着膜とを有し，前記金蒸着膜と前
記金属蒸着膜とが重なって形成されていない領域に，又
は，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成さ
れている領域に，相互に分離された複数の区画が形成さ
れた生化学センサの前記各区画毎に，異なる種類の前記
プローブが捕捉された前記複数の微粒子を固定する工程
と，前記各区画の領域に光を照射して，前記各区画での
単位面積当たりに固定された前記微粒子の個数を非破壊
的に計測する工程とを有することを特徴とする生化学セ
ンサの製造方法。
【請求項１３】請求項１２に記載の生化学センサの製造
方法に於いて，前記金属蒸着膜がＴｉ，Ｃｕ，Ｃｏの何
れかで形成され，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重
なって形成されていない前記領域に，前記複数の区画が
形成されることを特徴とする生化学センサの製造方法。
【請求項１４】請求項１２に記載の生化学センサの製造
方法に於いて，前記金属蒸着膜がＡｇ又はＣｒで形成さ
れ，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成さ
れている前記領域に，前記複数の区画が形成されること
を特徴とする生化学センサの製造方法。
【請求項１５】請求項１２に記載の生化学センサの製造
方法に於いて，前記複数の微粒子を，前記各区画での単
位面積当たりの前記微粒子の個数がほぼ同じとなるよう
に固定することを特徴とする生化学センサの製造方法。
【請求項１６】請求項１２に記載の生化学センサの製造
方法に於いて，１層の前記複数の微粒子を固定すること
を特徴とする生化学センサの製造方法。
【請求項１７】請求項１２に記載の生化学センサの製造
方法に於いて，前記微粒子がポリスチレン微粒子であ
り，前記ポリスチレン微粒子を前記基板の表面に熱溶着
より固定する工程を有することを特徴とする生化学セン
サの製造方法。
【請求項１８】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子と，相互に分離された複数の区画が設けられた平面状
の基板とを具備し，前記各区画に前記微粒子が固定さ
れ，前記各区画での単位面積当たりの前記微粒子の個数
がほぼ同じである生化学センサを，前記各区画での単位
面積当たりに固定された前記微粒子の個数のデータを記
憶した電子媒体と共に販売することを特徴とする生化学
センサの販売方法。
【請求項１９】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子と，相互に分離された複数の区画が設けられた平面状
の基板とを具備し，前記各区画に１層の前記複数の微粒
子が固定された生化学センサを，前記各区画での単位面
積当たりに固定された前記微粒子の個数のデータを記憶
した電子媒体と共に販売することを特徴とする生化学セ
ンサの販売方法。
【請求項２０】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子と，平面状の基板の表面に格子状に形成された，金以
外の金属蒸着膜の領域と，前記金属蒸着膜の領域を含む
前記基板の表面に形成された金蒸着膜とを有し，前記金
蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成されていない
領域に，又は，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重な
って形成されている領域に，相互に分離された複数の区
画が形成された前記基板とを具備し，前記各区画に前記
微粒子が固定された生化学センサを，前記各区画での単
位面積当たりに固定された前記微粒子の個数のデータを
記憶した電子媒体と共に販売することを特徴とする生化
学センサの販売方法。
【請求項２１】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子と，平面状の基板の表面に格子状に形成された，金以
外の金属蒸着膜の領域と，前記金属蒸着膜の領域を含む
前記基板の表面に形成された金蒸着膜とを有し，前記金
蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成されていない
領域に，又は，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重な
って形成されている領域に，相互に分離された複数の区
画が形成された前記基板とを具備し，前記各区画に前記
微粒子が固定され，前記各区画での単位面積当たりの前
記微粒子の個数がほぼ同じである生化学センサを，前記
各区画での単位面積当たりに固定された前記微粒子の個
数のデータを記憶した電子媒体と共に販売することを特
徴とする生化学センサの販売方法。
【請求項２２】試料中の検査対象物質と選択的に結合す
るほぼ同じ数のプローブが表面に捕捉された複数の微粒
子と，平面状の基板の表面に格子状に形成された，金以
外の金属蒸着膜の領域と，前記金属蒸着膜の領域を含む
前記基板の表面に形成された金蒸着膜とを有し，前記金
蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重なって形成されていない
領域に，又は，前記金蒸着膜と前記金属蒸着膜とが重な
って形成されている領域に，相互に分離された複数の区
画が形成された前記基板とを具備し，前記各区画に１層
の前記複数の微粒子が固定された生化学センサを，前記
各区画での単位面積当たりに固定された前記微粒子の個
数のデータを記憶した電子媒体と共に販売することを特
徴とする生化学センサの販売方法。