JP2002340894A

JP2002340894A - 基板および検査装置

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Publication number: JP2002340894A
Application number: JP2001180850A
Authority: JP
Inventors: Mitsuaki Oshima; 光昭大嶋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】検査用のＤＮＡ断片を複数個配置したＤＮＡ
基板を検査する検査装置において、絶対精度必要な構成
をなくすことを目的とする。【解決手段】基板１上のＤＮＡスポット２の配置を識
別データに応じて変化させてＤＮＡ基板を作成する。検
査装置ではＤＮＡスポットでの配置状況よりこの識別デ
ータを再生することにより、それぞれのＤＮＡスポット
２を識別する。この方式により絶対的な精度が不要とな
り簡単な構成で実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遺伝子情報を検出
する検査用の基板および検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、遺伝子に関する科学技術は予想以
上にめざましく進歩している。遺伝子情報の検出・解析
・遺伝子情報を観測する方法の一つとして、ＤＮＡチッ
プ，バイオチップ，マイクロアレイといった方法が近年
注目されている。これらはガラスやシリコンの基板の上
に多数の異なったキャプチャーＤＮＡやＲＮＡ（プロー
ブＤＮＡ）等の核酸が高密度にスポット状に配列されて
固定されている。この基板上において、検査対象のＤＮ
Ａやたん白質の断片に蛍光体物質や同位元素等の標識物
質をつけた標識ＤＮＡと、キャプチャーＤＮＡとを結合
（ハイブリダイジェーション）させる。各々のスポット
の標識ＤＮＡからの蛍光を検出器により検出することに
より、標識ＤＮＡのスポットの配置情報を得る。このデ
ータを解析することにより、試料のＤＮＡの遺伝子情報
を得ることができる。

【０００３】ＤＮＡチップ等の遺伝子検出法は、遺伝子
の解析により病気の診断や生物の分析に将来広く使われ
る可能性を秘めている。しかし、現在の方法では製造に
高精度な設備を必要とするため、検出基板のコストが高
いという問題があった。また、標識ＤＮＡの検出装置は
高い精度が必要なため、小規模な事業体や医院への普及
は困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この検出用基板や検出
装置には高い精度を必要としない方式が求められてい
る。本発明は、精度が悪い装置で作成でき、精度の悪い
検査装置で検査できる方式を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、特定の種類のＤＮＡが集合されたＤＮＡス
ポットが基板上に複数個形成された基板であって、前記
ＤＮＡスポットのパターンもしくは配置を特定データに
応じて変化させることにより前記特定データの情報が記
録されている基板を備えたものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につい
て、図１〜図２８を用いて説明する。実施の形態では、
配列の異なるキャプチャーＤＮＡ２を基板１上に配列
し、固定化する方法を述べる。

【０００７】図１（ａ）は、本発明の特定の配列のＤＮ
Ａ断片の集合体がドット形状に基板１に固定されたＤＮ
Ａスポット２の上面図であり図１（ｂ）は横断面図であ
る。基板１は、通常ガラスを用いるがプラスチックでも
よい。形状は、ＤＮＡチップのような四角形でもよい
し、円形でもよい。ＤＮＡドット２は各々異なるキャプ
チャーＤＮＡを含み、基板１とは固定化されている。Ｄ
ＮＡドットの大きさは、マイクロアレイの場合は直径１
００〜２００μｍ、ＤＮＡチップの場合は、１０〜３０
μｍである。

【０００８】図２と図２を用いて、各々のＤＮＡスポッ
トの形成法を述べる。まず図２に示すように（１）は、
キャプチャーＤＮＡ３である。キャプチャーＤＮＡの作
成法は、省略するが、キャプチャーＤＮＡと検体の標識
をつけた標識ＤＮＡとをハイブリダイジェーションさせ
ることにより、検体のＤＮＡの配列を予想する。（２）
は、キャプチャーＤＮＡ３を集めたＤＮＡ溶液４であ
る。（３）は、ＤＮＡ溶液４を被ふく材５で覆ったＤＮ
Ａマイクロカプセル６である。（４）はＤＮＡマイクロ
カプセル６を溶液８に溶かした容器１１を示す。（５）
は（４）のＤＮＡマイクロカプセル６を集めて溶液８と
いっしょに副皮膜で包んだマイクロカプセル９である。

【０００９】このマイクロカプセル化により、ＤＮＡの
主溶液４とＤＮＡマイクロカプセルの副溶液８の２種類
の溶液が独立して選択できる。ＤＮＡ溶液４は、ＤＮＡ
の溶液として、最適なもの、ＤＮＡ３の基板１への固定
化処理に必要な溶液を選択できる。また副溶液８は、ピ
ン法やインクジェット方式等のＤＮＡの基板１上への配
置の際に最適な粘性や洗浄性付着力を選択することがで
きるという効果がある。

【００１０】図３は、ピンスポット法により、基板１上
に１番からＫ番までのＤＮＡのスポットを配置する方法
を示す。まずトレイ１２の上には、異なる配列のキャプ
チャーＤＮＡが図２の（４）で示した容器１１に入った
ものが、ＤＮＡ番号順に数百から数千ヶ並べられてい
る。図４（１）（２）（３）（４）に示すように、
（１）で移動ピン１４によりＤＮＡの容器１１よりＤＮ
Ａマイクロカプセルを移動ピン１４に付着させ、（２）
（３）でピン１３の先端にＤＮＡマイクロカプセルの溶
液を付着させ（４）で洗浄部１５において移動ピン１４
を洗浄して、ｎ番目のＤＮＡを除去した後、ｎ＋１番目
のＤＮＡを付着させる。図３に戻り、こうしてピンドラ
ム１６上のピン１３には１番からＫ番までのＤＮＡが特
定の間隔を空けて、次々と付着させられる。

【００１１】この付着したＤＮＡは、ピンドラム１６の
回転に伴い、次々と基板１上に付着してゆき、基板１上
には、ＤＮＡ３が配置されていく。ＤＮＡの最小間隔の
半分をｔと定義すると図３ではＤＮＡの間隔が１ｔ、２
ｔ、３ｔ、５ｔの場合の例が示されている。

【００１２】図７を用いて、付着したＤＮＡマイクロカ
プセル６と副溶液８の中のＤＮＡ固定化つまり、キャプ
チャーＤＮＡの基板１への固定化について述べる。図７
の（１）に示すように、基板１上にはＤＮＡマイクロカ
プセル６と副溶液４が付着している。副溶液４の気化温
度は皮膜６の融点より低いため（２）で温度を少し上げ
ると副溶液４は蒸発し、マイクロカプセル６だけが残
る。（３）でさらに温度を上げると皮膜６の融点に達
し、皮膜６が融解し、皮膜６の融解液と主溶液４とキャ
プチャーＤＮＡ３が混合された溶液となる。この場合、
皮膜６の気化温度を主溶液の気化温度より低くなるよう
な材料を用いて、皮膜６を蒸発させてもよい。基板１の
表面はＤＮＡが固定しやすいように表面処理されてい
る。このため、（４）で図８に示すようにキャプチャー
ＤＮＡ３が基板１に固定化される。（５）で主要液４の
一部又は全部を乾燥させ（６）で洗浄して、ＤＮＡスポ
ット２は完成する。

【００１３】本発明では、ＤＮＡのスポット２ａ，２
ｂ，２ｃの配置を変調することにより、位置情報を折り
込んでいる。このことにより、各々のＤＮＡスポット２
が何番目のＤＮＡスポット２に該当するかがわかる。同
時に、図５のようにＤＮＡスポット領域１７とデータ領
域１８に分離されており、データ領域には（２）データ
構造に示すように、基板ＩＤ１９とＤＮＡスポット位置
とＤＮＡスポット識別番号とのＤＮＡ番号対応表２０，
ＤＮＡ自身の配列データ２１がドット形状で変調されて
記録されているためＸＹスキャナーでもよみ取りでき
る。従って、ＸＹスキャナーでＤＮＡスポットの配置デ
ータを読むことができる。また、試料を蛍光させるため
の励起用レーザーを用いてデータ領域のデータを読み取
ることができる。図６にＤＮＡ基板属性データのさらに
具体的なデータの例を示す。データとしては、ＤＮＡ基
板ＩＤ１９，ＤＮＡ番号と位置情報との対応を示すＤＮ
Ａ番号位置対応表２０，各々のＤＮＡのＤＮＡ配列を示
すＤＮＡ配列データ２１が工場出荷段階でデータ領域に
記録されている。但し、ＤＮＡ番号のＤＮＡ配列データ
は暗号鍵で暗号化されて記録されている。個人のＤＮＡ
データは、高度な個人のプライバシー情報であり、厳重
に守る必要があり、ＲＳＡや楕円暗号等の公開鍵や高ビ
ットの暗号鍵で暗号化されている。このため、検体の情
報を含むＤＮＡチップやＤＮＡ基板が流出しても、暗号
鍵がないと特定のＤＮＡスポットのＤＮＡ配列がわから
ない。従って、個人のＤＮＡ情報が漏れることが防止さ
れるという効果がある。さらにセキュリティを上げるに
は、ＤＮＡ配列データ２１をＤＮＡチップに記録しない
で、ＤＮＡ管理センターに蓄積しておく方法が考えられ
る。使用者はＤＮＡ基板ＩＤ１９、そして標識ＤＮＡ２
２のＤＮＡスポット２との反応つまり蛍光量データをＤ
ＮＡ管理センターに通知する。すると、センターではＤ
ＮＡ基板データベースを検索しＤＮＡ基板ＩＤ１９よ
り、その基板の各々のＤＮＡスポットのＤＮＡ配列を求
め標識ＤＮＡ２２との反応状態とＤＮＡ配列−病気対応
データから、より分析を行ない、人間の場合なら病気の
診断，予知を行い、必要な情報だけを病院等の検査技師
や医師に暗号化して伝える。この方式により、プライバ
シー情報が不用意に漏れることを回避できる。（インクジェット方式）

【００１４】ピンスポット法の場合を説明したが、次に
インクジェットを用いてＤＮＡを基板に付着させる方法
を述べる。図９はバブルジェット（登録商標）方式のイ
ンクジェット方式の付着装置のブロック図である。イン
クジェットのノズル２４の中にはインクの供給部２５よ
り供給されたＤＮＡの入っているマイクロカプセル９
ａ，９ｂと主溶液４だけが入った空マイクロカプセル２
３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄがある。特定の空カプセ
ルにはアドレス情報を示すため特定の色素が入ってい
る。マスター制御部２８から送出信号発生部２９、そし
て送出制御回路２７に送出命令が送られ送出部２６が発
熱してバブルが発生し、マイクロカプセル９ａは基板方
向へ送出される。空マイクロカプセル２３ｂ，２３ｃは
送出されるが不要であるため、光検知部３１は空マイク
ロカプセルにこの存在を検知すると除去信号発生部３０
から不要液除去部３２に除去信号が送られ、偏向部３３
に偏向電界が印加され、空マイクロカプセル２３の中の
不要液は点線矢印３４に示すように除去され、基板へは
到達しない。

【００１５】光検知部３１はＲＧＢ等のカラーフィルタ
３１ｇ，３１ｈ，３１ｉをもつため、空マイクロカプセ
ルの色情報を検出できる。またカウンタ部１１１をも
ち、第１カウンタ１１１ａはマイクロカプセルブロック
の数を第２カウンタ１１１ｂはＤＮＡマイクロカプセル
の個数を第３カウンタ１１１ｃは空マイクロカプセルの
個数をカウントする。４種類の色がある場合、２ｂｉｔ
のアドレスデータが１組の空マイクロカプセルから得ら
れるため、８ヶの空マイクロカプセルを用いて１６ビッ
トのアドレスデータが得られる。１６ビットのうち２ビ
ットをチェックビットに用いると、マイクロカプセルの
順序や配列や数が誤まった場合チェックできるので、Ｄ
ＮＡの配置を誤まった場合でも正確にチェックでき、誤
付着を防止できるという効果がある。マイクロカプセル
に色をつけない場合でもマイクロカプセルを１ヶ，２
ヶ，３ヶ，４ヶと連続させることにより、２ビット得ら
れ８組なら１６ビット得られるので同様のアドレスデー
タが得られる。光検知部３１で得たマイクロカプセルの
アドレス情報はアドレス出力部３１ｐよりマスター制御
部に送られる。アドレス情報により何番目のＤＮＡを送
出しているかを識別できる。例えば図１５のフローチャ
ート図のステップ６８ｍで示すように、ｎ番目のＤＮＡ
カプセルが１ケ多ければ次に述べる除去部で除去する。

【００１６】一方、基板１は移動量検知部３５からの信
号に基づき移動量制御回路３６により移動部３７が基板
１を所定量だけ移動させるので、基板１上には図１０の
（４）に示すようにＤＮＡスポット２ａ〜２ｈが付着す
る。

【００１７】ここで図１５のフローチャートを説明す
る。まずステップ６８ａでｍ＝０，ｎ＝１と設定し、ス
テップ６８ｂで同期カプセル配列を検出した場合はステ
ップ６８ｃで第１カウンタ１１１ａのカプセルブロック
番号ｍを１つ増やす、ステップ６８ｄでｍが最後の番号
かをチェックし、ステップ６８ｆでｍブロック目の空マ
イクロカプセルの配列と順序をチェックする。ステップ
６８ｇで正しくないならステップ６８ｍへ進み、基準個
数よりＬヶ多い時はステップ６８ｎでＬヶ分カプセルに
対して送出信号＝１を送り、除去信号＝１を送るので１
つカプセルを除去する。これをＬ回繰り返すと正規の配
列に戻るのでステップ６８ｇに戻る。ステップ６８ｍが
ＮＯの時はステップ６８ｐに進み、基準値よりＬヶ少な
い場合はステップ６８ｑでＬヶ分のクロックの間送出を
停止する。この間のＤＮＡスポット２は欠落する。そこ
で欠陥ブロックフラグを１にして、このブロックに欠陥
があることをＤＮＡ基板２のデータ領域１８に記録する
ので欠陥の存在がわかる。アドレスカウンタ１１２やア
ドレスブロックカウンタ１１３のマイクロカプセルのア
ドレスをＬの分だけ増加させて修正する。

【００１８】さて、ステップ６８ｇに戻りステップ６８
ｈでＤＮＡマイクロカプセルの個数をチェックしてＯＫ
なら、ステップ６８ｉで１単位分だけ送出信号＝ＯＮ，
除去信号＝ＯＦＦにしてマイクロカプセルを送出し、Ｄ
ＮＡスポットが１ヶ形成される。この場合は欠陥でない
と判断し、ＤＮＡマイクロカプセルのアドレスを１つ増
加させる（ステップ６８ｋ）。そして、ステップ６８ｂ
に戻る。こうしてＤＮＡスポット２を各々のＤＮＡに対
応させながら形成できる。

【００１９】ここで、図１１を用いてインクジェットの
送出の手順を述べる。（１）（２）でノズル２４の先端
部にｎ番目のＤＮＡを含むマイクロカプセル９ａが達す
る。（２）で送出部２６に電圧が印加されると（３）で
気泡が発生し、マイクロカプセル９ａは送出され、
（４）で基板１上に付着する。一般的にはバブルジェッ
トと呼ばれる方式である。送出部２６のかわりにピエソ
素子等の圧電素子を設け、送出電圧を印加することによ
り、マイクロカプセルは圧電インクジェット方式で送出
しても同じ効果が得られる。同時に、ｎ＋１番目のＤＮ
Ａを含むマイクロカプセル９ｂが先端部に到達し、
（５）で送出電圧が印加されると基板１方向へ送出され
る。（６）でｎ＋２番目のマイクロカプセル９ｃが先端
部に送られるが、光検知部３１ａ，３１ｂには同期マー
クを示す３つ連続した空マイクロカプセル２３ｃ，２３
ｄ，２３ｅのうち２３ｄ，２３ｅが存在する。これらは
透過率が高いため、２つとも光検知部３１により検知さ
れる。このカプセルは同期マークとして検出されるので
このカプセルの後のマイクロカプセル９ｄがｎ＋３番目
のＤＮＡを含むことが対応表からわかるので、マイクロ
カプセルのずれによる誤番号のＤＮＡが送出されること
が防止できる。同期マークは２ヶ，３ヶ，４ヶの空カプ
セルを用い、１組で２ビットのデータを含めることがで
きる。同期用のカプセルにより、ＤＮＡ番号とＤＮＡそ
のものが正確に一致した状態で送出される。もし、図１
５のステップ６８ｐのように特定の番号のＤＮＡが送出
されてない場合は、欠如情報を図５のデータ領域に記録
する。図１２に示すように例えばｎ＋１番目のＤＮＡス
ポットはＤＮＡスポット３ａ，３ｂ，３ｃに示すように
複数形成されるので、欠如があっても問題ない。（７）
で同期カプセル２３ｄ，２３ｅが先端部に到達するが、
このカプセルはＤＮＡを含んでおらず不要である。この
ため（８）で除去信号が印加され不要液除去部３２によ
り偏向されて除去され、基板１には到達しない。除去回
路により基板１に不必要な物質が付着することを防止で
きる。

【００２０】図１０を用いて光検知信号と送出信号，除
去信号とＤＮＡスポットの配置に関して述べる。まずシ
ステムは、図１０の（３）の基板移動クロックに基づい
て動作する。まず（１）のようにＤＮＡカプセルは光透
過性が低いため、（４）の送出信号に同期して検出され
る。同期カプセルは２つの光検知部３１ａ，３１ｂが両
方ともＯＮになることから（２）に示すように検出され
る。送出信号は（４）に示すようにＤＮＡの入ったマイ
クロカプセルにも、入ってない同期カプセルにも生じる
が、（２）の検知信号の次の送出信号に同期して（５）
の除去信号が発生するので、同期カプセルは全て除去さ
れる。本発明では各々のＤＮＡスポット２が何番目のＤ
ＮＡであるかを特定するため、（１１）に示すようにア
ドレス等の位置データをＤＮＡスポットの間隔として埋
め込んでいる。位置データは１２ビットの場合（１０）
に示すように００，０１，１０，００，０１に分割し
（４）に示すように、００の場合は３クロックのマーク
間隔とし、０１，１０，１１の場合は各々４ｔ，５ｔ，
６ｔとする。つまり、間隔変調を行う。また１０ｔの間
隔の同期マーク３７がある。この方法により、ＤＮＡス
ポットの形成時に位置情報を埋め込むことができる。各
々のＤＮＡスポットのアドレスがわかるので、図６に示
したＤＮＡ番号位置情報２０から同期マークの最初のＤ
ＮＡスポットのＤＮＡの番号がわかる。こうして本発明
では全てのＤＮＡスポット２のＤＮＡ番号が特定でき
る。図６の基板１に記録されているＤＮＡ番号の配列情
報２１を用いることにより全てのＤＮＡスポットの配列
情報がわかる。アドレスがあるためＤＮＡスポットをよ
みとる時の位置の絶対精度がいらない。このため、従来
のような高い精度のＸＹスキャナーは必要なく、精度の
低い装置で作成および読み取りが可能となるため、ＤＮ
Ａ検査装置を安価に供給することが可能となる。又、従
来ではＤＮＡスポットの密度を上げようといると超高精
度の製作装置読み取り装置が必要であった。本発明では
密度を上げても精度の低い製作装置、読み取り装置でよ
い。また図６に示すように、同一の基板１にＤＮＡスポ
ットの属性データが記録されているため、ＤＮＡ属性を
誤る可能性がなくなるという効果もある。

【００２１】図３０は、図９の方式に副ノズル１１６と
副送出部１１４と副溶液供給部１１５を追加したもので
ある。副ノズル１１６にはマイクロカプセルが供給され
る。副溶液供給部１１５からは副溶液が供給される。

【００２２】動作を（１）〜（６）の順に説明すると、
（１），（２），（３）でＤＮＡカプセル９ａが送られ
（４）で送出される。（５）で副溶液供給部１１５から
副溶液が大量に放出され除去部３２により除去される。
（６）でＤＮＡマイクロカプセル９ｂが送られる。この
方式は副溶液でノズルの中を洗うのでＤＮＡ間の混合が
防げる。（ＤＮＡ検出装置）

【００２３】以上のようにして、キャプチャーＤＮＡが
配置されたＤＮＡチップ，ＤＮＡ基板が製作できる。こ
のＤＮＡ基板を用いることによりＤＮＡやタンパク質の
検査ができる。

【００２４】検体からｃＤＮＡ等のＤＮＡを抽出し、蛍
光材３８を標識として附加した標識ＤＮＡ２２を作成す
る。図１３（１）に示すように本発明のＤＮＡ基板上に
注入する。摂氏数十度加熱等の特定の条件下におくこと
によりハイブリダイジェーションを生じせしめる。図１
３（２）に示すようにｎ番目のＤＮＡスポットにおい
て、標識ＤＮＡ２２とキャプチャーＤＮＡ３ａとが結合
する。

【００２５】ここでこの標識ＤＮＡや標識たん白質を本
発明のＤＮＡ基板を用いて検出する方法について述べ
る。図１４は、検出用の検出装置３９のブロック図を示
す。まず左半分のブロックを説明する。レーザー等の励
起用光源４０から出た光は波長選択性をもつミラー４１
によりレンズ４２により収束し、基板１上に焦点を結
ぶ。基板１からの反射光はミラー４１と偏光ミラー４２
を介して検出部４３に達し、フォーカス誤差信号検出部
４５によりフォーカス誤差とトラッキング誤差が各々、
フォーカス制御回路４６，トラッキング制御回路４７に
送られ、アクチュエーター４８によりレンズ４２が駆動
され、焦点とトラッキングが合うように制御される。フ
ォーカスオフセット信号発生部４９とトラックオフセッ
ト信号発生部５０により、標識検出信号を最適化するた
めフォーカスとトラッキングにオフセットが加えること
ができる。本発明ではＤＮＡスポット２の配置に意図的
に変調を加え位置情報を含めている。このデータを再生
する手順を説明する。

【００２６】主信号は主信号再生部６９で再生され、位
置情報検出部６４により位置情報が検出され、トラック
番号出力部５２とＤＮＡスポット番号出力部５１から走
査中のＤＮＡスポットの番号とトラックの番号がデータ
処理部５５に送られ、ＤＮＡスポットが特定される。

【００２７】図５に示したデータ領域１８からの信号は
主信号再生部においてＥＦＭやＰＭ等の復調部によりデ
ータとして再生され、ＥＣＣデコーダ５３でエラー訂正
され、図６に示すＤＮＡ基板属性データをＤＮＡ基板属
性データ読み取り部５４により再生し、データ処理部５
５に送る。データ処理部５５では現在走査中のＤＮＡス
ポット２ａのキャプチャーＤＮＡ識別番号５８がわかる
ので、ミラー６５により第１標識信号検出部６０の蛍光
データに対応させることにより、特定の識別番号のキャ
プチャーＤＮＡ３に対応する第１識別ＤＮＡの蛍光レベ
ル等の標識強度データが標識信号出力部から出力され
る。

【００２８】ＤＮＡスポット２ａに結合している第１標
識ＤＮＡ２２の蛍光色素３８へは、第１波長λ_０の光源
４０からの励起光が照射される。蛍光が発せられ半減期
経過すると蛍光レベルは半分になる。半減期は数ｎｓか
ら数十μｓである。

【００２９】図１７の（１）に励起光からの出力（２）
に励起光によって発光した蛍光材料もしくは蛍光色素の
蛍光強度を示す。図ではｔ＝ｔ_６において半減期に達す
る状態を示している。

【００３０】ここで、図１６を用いて波長を分離する方
法について詳しく述べる。λ_０，λ_１，λ_２の複数の入
射光のうち、最も強度の大きい波長λ_０の励起光はλ_０
／４の膜厚の光学膜６８ａをもつミラー４１により反射
される。波長λ_１をもつ第１標識の蛍光は、λ_１／４の
膜厚の光学膜６８ｂをもつミラー６５で反射するが、波
長λ_２の蛍光はミラー６５を透過する。こうして３つの
波長は分離される。分離波長の透過光量は１／１０００
以下になるので、お互いのクロストークが抑圧される。
このため、弱い蛍光標識レベルでも検出できる。λ_０に
対するλ／４フィルタを追加することにより、分離度を
さらに高めることができるので、励起光源４０の成分を
抑圧できＳ／Ｎ比を上げられる。また、図１８に示すよ
うに励起光ビーム７１をＤＮＡスポット２対して小さく
する。例えば数μｍ程度に小さくする。するとＤＮＡス
ポット２を走査方向つまり走査トラック７２方向に分割
できる。分割した部分をセル７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、
７０ｄと呼ぶと、走査方向に４つデータが得られるの
で、より精密に蛍光量の分布を測定できる。セル７０
ｇ，７０ｈを測定する場合は、トラックオフセット信号
発生部５０においてＶ_０なるトラック誤差信号を意図的
に発生させ、トラッキング制御回路４７に与えると、ト
ラック方向にオフセットが発生し、図１８の走査トラッ
ク７２ａに示すように、トラックがずれ、セル７０ｇ，
７０ｈを走査し励起光を与える。逆のトラック誤差信号
を与えるとセル７０ｅ，７０ｆを走査できる。こうして
図１８の場合、ＤＮＡスポット２を８ヶのセルに分割し
て走査し、励起光を与えることができる。

【００３１】次に図２０を用いて検出手順を説明する。
図２０の（１）は、ＤＮＡ基板１にＤＮＡスポット２ａ
〜２ｉが配置されている。（２）で第１の蛍光波長λ_１
の標識をもつ第１の標識ＤＮＡ２２ａと第２の蛍光波長
λ_２の標識をもつ第２の標識ＤＮＡ２２ｂを基板上に注
入し、ハイブリダイジェーションを起こさせる。第１標
識ＤＮＡ２２ａはＤＮＡスポット２ｂ，２ｅ，２ｈのＤ
ＮＡと相補的に結合し、第２標識ＤＮＡ２２ｂはＤＮＡ
スポット２ｈと結合する。（３）で乾燥させ、波長λ_０
の励起光源４０で走査を開始する。（４）は励起光の反
射光の励起光検出信号である。波長λ_０の励起光による
蛍光にはλ_０の波長成分は含まれないので、λ_０だけの
検出信号が得られる。ガラス等の基板１の表面は反射率
をもっているが、励起光検出信号の信号レベルを上げる
ために図１の基板の表面にさらに反射層を形成してもよ
い。ＤＮＡスポット２のλ_０に対する反射率と基板１の
表面の反射率の違いから（４）のような検出信号が得ら
れる。図１０のＤＮＡスポットの形成手順において説明
したように、本発明の基板１においてはＤＮＡパターン
や配置を特定データに応じて変化させることにより位置
データ等を埋め込んでいる。（４）に示すように検出信
号の間隔が異なり、（５）のように各々００，０１，１
０，００，０１，０１の信号を再生できる。この信号か
ら（６）のような位置データつまりアドレス情報が再生
できる。従って例えばＤＮＡマーク２ａは、２６０番目
のトラックの１１２８番目のアドレスに位置することが
わかる。検出装置は基板１のデータ領域１８から図６で
説明したようにＤＮＡ基板属性データを得る。具体例を
あげると、ＤＮＡ番号位置情報２０の中の２６０番目の
トラックのＤＮＡ識別番号の開始番号＝２４３１４２で
ある。従って、２４４２７０の識別番号のＤＮＡである
ことが特定できる。さらに暗号鍵７３を入手可能な使用
者の場合は暗号デコーダ７４によりＤＮＡ番号別配列情
報２１のＤＮＡ番号＝２４４２７０のＤＮＡ配列情報の
暗号が復号されるので、ＤＮＡスポット２がＡＴＣＴＡ
ＧＴＡ・・・のＤＮＡ配列をもつＤＮＡであることまで
特定できる。ただ、暗号鍵７３をもたない使用者には、
ＤＮＡ配列は復号されないので、たとえＤＮＡスポット
の蛍光データがわかっても個人のＤＮＡ情報に関するプ
ライバシーは守られる。図６の追記データ領域７６に
は、ハイブリダイジェーションした標識ＤＮＡの第１標
識属性データ７７と第２標識属性データ７８が追記され
ており各々の標識の励起光波長４１０ｎｍ、４１０ｎ
ｍ、蛍光波長７００ｎｍ、６００ｎｍ半減期１００ｎ
ｓ、１００ｎｓ等が記録されているので、検出装置はこ
の追記データにより動作のチェックもしくは設定ができ
る。

【００３２】図２０に戻り励起光による標識の蛍光の測
定手順を述べる。まず図１８で述べたように走査トラッ
ク７２の場合４７のセル７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０
ｄを励起ビーム７１は走査する。ＤＮＡスポット２ｂの
場合、波長λ_１の蛍光が発生し、第１標識信号検出部
（図１４）により検出され（８）のような４つのセルに
対応した第１標識検出信号８５ａが検出される。ＤＮＡ
スポット２ｇを走査した場合は、波長λ_２の蛍光が発生
し、（９）のような第２標識検出信号８５ｂが発生す
る。オフセットをかけた図１８で、走査トラック７２ａ
の場合は（１０）に示すように２つのセルの蛍光だけが
検出された標識検出信号８５ｃが得られる。

【００３３】本発明では、さらに高い標識ＤＮＡの検出
感度が必要な場合は励起光源４０を間欠発光させる。基
板の直線方向もしくは回転方向の移動量を移動量検知
部、８６により検知し、移動量に応じてパルス発光制御
部８７により、パルス発光信号８８又は逆相の副パルス
発光信号８７を発生する。１回目の走査では、（１１）
に示すように、パルス発光信号８８を光源４０に与える
と、パルス発光し、１番目と３番目のセルであるセル７
０ａ，７０ｃの蛍光が発生する。この方式だと光源４０
がＯＦＦの状態の間に蛍光を検出するため、極めて高い
Ｓ／Ｎが得えられる。例えば（１３）に示すような標識
検出信号８５ｄが得られる。この場合第１標識検出部の
受光部を若干シフトさせると、受光効率がよくなる。２
回目つまり偶数回目の走査においては、（１２）に示
す、逆相の副パルス発光信号を光源４０に与え、同じト
ラック７２を走査させる。１回目と逆相なので、今度は
まず２番目と４番目のセルであるセル７０ｂ、２クロッ
ク後で７０ｄ（図１８）に励起光が照射される。次の１
クロックの期間中は励起光がＯＦＦになるので、セル７
０ｂもしくは、７０ｄの蛍光を励起光の妨害を受けずに
検出できる。こうして２回走査することにより、高感度
を実現しながら全てのセルの蛍光レベルを検出できると
いう効果がある。図３１のフローチャートを用いて説明
する。ステップ１１８ａで１回走査しそのトラック上の
全ＤＮＡスポットの配置情報をメモリーに記憶する（ス
テップ１１８ｂ，１１８ｃ）。すると、ステップ１１８
ｄで２回目以降は一定速度で走査すればＤＮＡスポット
の位置はメモリーから読み出すことにより再生できる
（ステップ１１８ｆ）。

【００３４】図３１と図３２を用いて説明するとステッ
プ１１８ｇで奇数クロック時に励起光を間欠発光（図３
２の（２））させる。蛍光が発生（図３２の（４））。
ステップ１１８ｈで図３２（３）の検出許可信号に基づ
き蛍光を検出（図３２の（５））する。

【００３５】３回目の走査では、ステップ１１８ｊで偶
数クロック時に励起光を間欠発光（図３２の（６））。
ステップ１１８ｋで間欠的に蛍光を検出する（図３２の
（９））。こうして、励起光の影響がなくなるためＳＮ
が向上する。

【００３６】こうして本発明ではパルス発光させても高
い線方向の精度が得られる。トラック方向の精度はパル
ス発光で問題ない。

【００３７】次に位置分解能を高めながら、感度を高め
る方法を述べる。図１９において、基板１は移動してい
るため、セル７０ｂは（１）（２）（３）（４）（５）
（６）の順で移動する。この蛍光量を測定するには、光
検出部９０をアレイ構造９１にして、（１’）（２’）
（３’）（４’）（５’）（６’）のように移動量に応
じて次々と切り変えて行くことにより、高い感度が分解
能を保ちながら、得られる。図２１は、ブロック図を示
し、移動量検知部８７からの信号とＤＮＡスポット２の
同期信号に応じて切替器９２によりアレイを切替えセル
７０ｂの蛍光を追跡し、加算器９３で、蛍光のデータを
累積し出力する。この場合、レンズ４２の焦点距離ｆに
対してセルの中心からの移動量がｆｘ０．０５以内であ
れば、アレイ９１でセルを検出可能である。

【００３８】検出装置における標識検出信号リスト９４
は、図２２に示すようなデータとなる。このデータは励
起光により図５のデータ領域１８に記録される。この場
合、１ヶの基板に全てのデータがまとめられるので、デ
ータを誤まる可能性がなくなり、誤診等の事故を防げ
る。

【００３９】図２３は、基板１に記録層９５を追加する
とともに反対側に光源４０とレズ４２ａを配置したもの
である。記録層９５にデータを記録できるため大容量の
データ記録が可能となる。図２４は、上下２つのアクチ
ュエータ４８、４８ａを機械的に結合したものである。
この場合、図２５に示すようにＤＮＡスポット２ａの各
位置が記録層９５のアドレス９６で規定できるので、開
始アドレス９７、終了アドレス９８、最内周トラック番
号９９、最外周トラック番号１００により、ＤＮＡスポ
ット２ａの外形が特定でき、ＤＮＡスポットのアクセス
も正確に高速に行なえる。この対応リストは記録層９５
に記録しておくことができる。図２６はＤＮＡスポット
２ａ、２ｂ、２ｃを長円形にしたもので、走査トラッキ
ングがより正確に行なえる。図２７、図２８は図５のＤ
ＮＡチップを円形にしたものである。特に図２８は裏面
全体を使えるので記録容量が大きいため全てのＤＮＡ配
列を収容できる。本文中ではＤＮＡという用語を用いた
が標識対象としてはタンパク質でもよい。ＤＮＡに代え
てＲＮＡを用いてもよい。

【００４０】また、実施例ではＤＮＡ基板の製造法とし
てピン方式とインクジェット方式を用いて本発明の実施
例を説明した。しかし半導体プロセス方式にも適用でき
る。図８９に示すように半導体プロセス方式では、ガラ
ス基板にプローブＤＮＡを配置し、図２９の（２）のよ
うにリソグラフィーを用いてマスク１２０を用いてマス
キングを行い特定の水酸基１２２に光を当て、伸長反応
の活性化させ図２９の（３）のようにＡ、アデニン１２
３なるプローブＤＮＡを形成し、次に図２９の（４）
（５）ではＣ、シトニン１２４を形成する。この伸長反
応をＡ，Ｃ，Ｇ，Ｔの４回くり返し１層を完成させる。
図２９の（６）に示すように４Ｎ回繰り返すとＮ塩基長
のプローブＤＮＡが形成される。この半導体プロセス方
式のＤＮＡチップの製造において、本発明を用いてマス
キングの開口部の配置を図１０の（７）のようにずらす
ことにより、図２９では（１）のように本来のマスク１
２１ｂに対してマスク１２１ａのように特定データに対
応してずらすことにより、位置データをＤＮＡスポット
配置の中に埋め込み記録することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明はキャプチャーＤＮ
ＡやプローブＤＮＡの配置パターンそのものを変化さ
せ、位置情報を埋め込んでいるので余分な工程を増やす
ことなく、従来のような高精度な位置合わせは不要とす
る。ＤＮＡの種類が多く、密度が要求されるようになっ
た時に有効性が増す方式である。また、検査装置は励起
光源によりＤＮＡスポットの位置情報をよむことができ
るので相対的な位置決めでよい。従来方式のような高精
度の絶対的な位置決め装置は要らなくなるので、簡単な
構成で装置を実現できる。

【００４２】また基板上にデータを記録してあり、励起
光で読めるので、部品を増やすことなく同一の基板から
ＤＮＡスポットの属性データを読み出すことができるの
で、データの照合ミスがなくなる。以上のように顕著な
効果があるため、ＤＮＡ検査装置の普及を促進させるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施形態によるＤＮＡが配置
された基板の上面図（ｂ）本発明の一実施形態によるＤＮＡが配置された基
板の横断面図

【図２】本発明の一実施形態によるＤＮＡマイクロカプ
セルの製造法の図

【図３】本発明の一実施形態によるピン法によるＤＮＡ
の付着方法の図

【図４】本発明の一実施形態によるＤＮＡをピンに移動
させる方法の図

【図５】本発明の一実施形態によるＤＮＡチップの上面
図とデータ構造図

【図６】本発明の一実施形態によるＤＮＡ基板属性デー
タの構造図

【図７】本発明の一実施形態によるＤＮＡの固定化方法
の図

【図８】本発明の一実施形態によるＤＮＡの固定化の模
式図

【図９】本発明の一実施形態によるインクジェット方式
のＤＮＡ送出装置のブロック図

【図１０】本発明の一実施形態によるＤＮＡの基板上の
配置状況を示す図

【図１１】本発明の一実施形態によるインクジェット方
式の送出状況図

【図１２】本発明の一実施形態による基板上のＤＮＡス
ポットの配置の図

【図１３】本発明の一実施形態による標識ＤＮＡのハイ
ブリダイジェーションの図

【図１４】本発明の一実施形態による検査装置のブロッ
ク図

【図１５】本発明の一実施形態によるマイクロカプセル
送出のフローチャート図

【図１６】本発明の一実施形態によるミラーの動作図

【図１７】本発明の一実施形態による励起光と蛍光との
関係図

【図１８】本発明の一実施形態によるＤＮＡスポットの
走査状況の図

【図１９】本発明の一実施形態による受光アレイと蛍光
との関係図

【図２０】本発明の一実施形態による蛍光の検出タイミ
ングチャート図

【図２１】本発明の一実施形態による受光アレイを含む
光検知部のブロック図

【図２２】本発明の一実施形態による標識検出信号のデ
ータ例の図

【図２３】本発明の一実施形態による検出装置の原理図

【図２４】本発明の一実施形態による検出装置の原理図

【図２５】本発明の一実施形態によるＤＮＡスポットと
トラックとの関係の上面図

【図２６】本発明の一実施形態による別の形状のＤＮＡ
スポットの配置図

【図２７】本発明の一実施形態による円形の基板の上面
図

【図２８】本発明の一実施形態による円形の基板のＤＮ
Ａエリアを示す図

【図２９】本発明の一実施形態による半導体プロセス方
式によるＤＮＡ基板の作成手順図

【図３０】本発明の一実施形態によるインクジェット方
式の動作原理図

【図３１】本発明の一実施形態による複数回走査して蛍
光検出する方式のフローチャート図

【図３２】本発明の一実施形態による複数回走査する方
式の励起光と検出光のタイミングチャート図

【符号の説明】

１基板２ＤＮＡスポット３ＤＮＡ４主溶液５主膜６ＤＮＡマイクロカプセル７副膜８副溶液９マイクロカプセル１０主容器１１容器１２トレイ１３ピン１４移動ピン１５洗浄部１６ピンドラム１７ＤＮＡスポット領域１８データ領域１９基板ＩＤ２０ＤＮＡ番号位置対応表２１ＤＮＡ配列データ２２標識ＤＮＡ２３空マイクロカプセル２４ノズル２５供給部２６送出部（ヒーター）２７送出制御回路２８マスター制御部２９送出信号発生部３０除去信号発生部３１光検知部３２不要液除去部３３偏向部３４矢印３５移動量検知部３６移動制御回路３７同期マーク３８蛍光色素３９検出装置４０光源（励起用）４１ミラー４２レンズ４３検出部４４フォーカス誤差信号検出部４５トラッキング誤差信号検出部４６フォーカス制御回路４７トラッキング制御回路４８アクチュエーター４９フォーカスオフセット信号発生部５０トラックオフセット信号発生部５１スポット番号出力部５２トラック番号出力部５３ＥＣＣデコーダ５４ＤＮＡ基板属性データ読み取り部５５データ処理部５６同期信号発生部５７基板移動部５８キャプチャーＤＮＡ番号５９第２標識信号検出部６０第１標識信号検出部６１第１標識信号出力部６２第２標識信号出力部６３データ出力部６４位置情報検出部６５ミラー６６ミラー６７標識信号検出部６８ステップ６９主信号再生部７０検出セル７１励起ビーム７２走査トラック７３暗号鍵７４暗号デコーダ７５工場出荷データ領域７６追記データ領域７７第１標識属性データ７８第２標識属性データ７９同期データ８０データ再生エリア８５標識検出信号８６移動量検知部８７パルス発光制御部８８パルス発光信号８９副パルス発光信号９０光検出部９１アレイ９２切替器９３加算器９４標識検出信号リスト９５記録層９６アドレス９７開始アドレス９８終了アドレス９９最内周トラック番号１００最外周トラック番号１１１カウンタ１１２アドレスカウンタ１１３アドレスブロックカウンタ１１４副送出部１１５副溶液供給部１１６副ノズル１１８ステップ１２０マスク１２１マスク（ＤＮＡスポット用）１２２水酸基１２３Ａ（アデニン）１２４Ｃ（シトシン）１２５Ｇ（グアミン）１２６Ｔ（チミン）

───────────────────────────────────────────────────── 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 33/58 Ｇ０１Ｎ 37/00 １０２ 37/00 １０２Ｃ１２Ｎ 15/00 ＦＦターム(参考） 2G043 AA04 BA16 CA04 DA02 DA05 EA01 FA01 GA08 GB21 HA01 HA09 JA03 LA01 MA01 NA04 2G045 DA12 DA13 DA14 DA36 FB12 HA10 HA16 JA01 JA07 4B024 AA11 CA09 HA13 HA14 4B029 AA07 AA21 AA23 BB20 CC08 FA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の特定位置に同一のＤＮＡを固定した
ＤＮＡ群を複数個配置した基板であって、前記ＤＮＡ群
を識別情報に対応させて所定位置より変化させて、イン
クジェット方式によりＤＮＡを付着させることにより配
置したことを特徴とする基板。
【請求項２】同じ種類のＤＮＡがＤＮＡ群として基板上
に複数個配置されているとともに、蛍光体物質をもつ試
料が結合しているＤＮＡ群が存在している基板を移動さ
せる移動手段と、前記蛍光物質を励起させるための光源
と、前記光源からの光を集束させる光学手段をもつ検査
装置であって、間欠発光信号に応じて前記光源を間欠発
光させることにより前記蛍光物質を励起させ、前記間欠
発光信号の休止期間中に光検知部により前記蛍光物質か
らの蛍光を検出し、前記ＤＮＡ群の配置から識別情報を
再生し、蛍光を発している前記ＤＮＡ群を識別すること
を特徴とする検査装置。