JP2003527598A - 試験物質中の有機分子の検出のための装置及び方法 - Google Patents

試験物質中の有機分子の検出のための装置及び方法

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フリズ バイオケム ゲーエムベーハー
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Abstract

(57)【要約】 試験物質を供給し得るテストサイト（Ｔ）のアレイを含む測定系（３００）であって、各テストサイトが特定のプローブ分子（３２０）を有するもの、テストサイトのサブアレイを光学的に照射するための光照射系（１００）、及びプローブ分子（３２０）が検出すべき該有機分子（３５０）と相互作用しているテストサイト（Ｔ）を確認するための検出系（４００）を含む有機分子、特に生体分子及びポリマーの検出装置であって、該光照射系（１００）が、該サブアレイの各テストサイト（Ｔ）に、実質的にそれのみを照射する光源（Ｂ）が少なくとも一つ割り当てられるように配置された独立にアドレス可能な光源（Ｂ）のアレイを含む装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、試験物質中の有機分子、特に生体分子及びポリマーの検出のための
装置及び方法に関する。
【０００２】 発明の背景 バイオセンサーチップは、特にバイオテクノロジー及び遺伝子の研究において
ＤＮＡチップ及びタンパク質チップの態様で使用される。これらは医学の診断、
薬理学的及び毒物学的試験方法、並びに農業の分野において非常に重要である。 バイオセンサーチップは典型的には、表面に固定され、試験物質（標的）を含
む化学物質と特異的に反応することができる有機分子（プローブ）を有する領域
の二次元アレイを含む。本発明の目的は、多数のプローブと標的との相互作用を
同時並行で検出することにある。光照射されると、バイオセンサーチップは、プ
ローブと標的との相互作用に特異的に依存する物理反応を示す。
【０００３】 これらの相互作用の検出は、例えば光学的方法、オートラジオグラフィー法、
質量スペクトル法、または電気的方法により行われる。このように行う場合、種
々のプローブをアレイに空間的にアドレス（Ansteuerung）する必要がある。バ
イオセンサーチップグループの範囲内では、現在のところ、特に光学的（ルミネ
センス）及び電気的検出方法が知られている。これらのチップについては、アド
レスは空間的に制限された光励起により達成することができる。
【０００４】 光励起のためには、現在のところ、レーザースキャナーや共焦点顕微鏡が使用
されている。ここで重要なパラメーターは、該チップの全空間読取り領域にわた
る均一性及び再生可能性である。これらの要求のため、例えば、米国特許5,631,
734号及び米国特許5,578,832に記載されているようにミンスキー(Minsky、米国
特許3,013,467)によるオリジナル共焦点構造が読取り装置として使用されること
が多い。これは、共焦点顕微鏡下で移動可能なｘｙｚ搬送テーブルからなる。JP
11094747においては、搬送テーブルの代わりに回転テーブルが使用されている。
これらの方法において、バイオセンサーチップは該搬送テーブルに生じる加速に
耐えなければならない。これが、チップの読取りのタイムスパンを最終的に決定
する。例えば１０μｍの解像度で２２ｘ６０ｃｍの走査領域の読取り処理を行う
と、約３０分間かかる。
【０００５】 他の光学的読取り系は、例えばWO09947964A1に記載されているように、可動光
学部品をベースとするが、これは構造を高価にし、及び／または妨害をうけやす
くする。 バイオセンサーチップのための電気的読取りによる特別な読取り系は現在のと
ころ知られていない。 すべての公知のスキャンニングシステムの欠点は、それらが機械的に傷つきや
すいこと、比較的大きいこと及び高価であることである。
【０００６】 発明の説明 従って、本発明の目的は、試験物質中の有機分子、特に生体分子及びポリマー
の検出のための装置及び方法、または従来技術の欠点を示さない測定系に対する
それらの効果を提供することを目的とする。 本発明によると、この目的は、独立請求項１による装置及び独立請求項１２に
よる方法により解決される。好ましい実施態様は、従属請求項の主題となってい
る。 本発明による装置は、そこに試験物質を供給することができるテストサイトの
アレイ、光照射系及び検出系を含む。
【０００７】 測定系 本明細書において、「バイオセンサーチップ」の語は、テストサイトの二次元
アレイを含む測定系であって、該テストサイトの各々が特異的なプローブ分子を
有するものについて使用される。プローブ分子は、表面に固定され、試験物質（
標的）に含まれる化学物質と特異的に反応することができる。本発明の目的は、
多数のプローブと標的との相互作用の検出を同時並行で行うことにある。 「プローブ分子」の語は、特に生体分子、ポリマー及びそれらと他の化学物質と
の複合体、特に生体分子、ポリマー、染料、金属及び酸化還元活性物質を含む。
プローブ分子は、好ましくは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはＰＮＡ断片（ＤＮＡ：デ
オキシリボ核酸、ＲＮＡ：リボ核酸、ＰＮＡ：ペプチド核酸，糖リン酸塩部分が
アミノ酸で置換された合成ＤＮＡまたはＲＮＡ）である。これらの場合において
、対応するバイオセンサーチップはＤＮＡチップとなる。タンパク質（対応する
バイオセンサーチップはプロテインチップである）、またはグルコース化合物（
グルコースチップ）を含むプローブ分子も同様に好ましい。さらに、プローブ分
子は、特に標識物質、とりわけ染料または酸化還元活性物質、及びリンカー（分
子部分の結合または付加に寄与する分子基）を含むことができる。
【０００８】 「標的」は、試験物質中の有機分子、特に生体分子、ポリマー、医薬、またはプ
ローブ分子と特異的に相互作用することのできるその他の活性物質であると理解
される。 本発明の範囲内で、バイオセンサーチップは、空間的に限定した光照射のアレ
イ素子（テストサイト）への光学的アドレスによりプローブと標的との相互作用
に特異的に依存する物理的反応が起こり得るバイオセンサーチップを意味する。 バイオセンサーチップへの試験物質の供給を可能にするために、供給装置が使
用される。独立した供給装置、特に、シリンジ、ピペット、チューブ、カニュー
レ、パイプ及び漏斗、並びに測定系に連結される装置のいずれを使用してもよい
。後者は、測定系のケーシングに組み込まれ、測定系を、不純物、機械的ストレ
ス、温度差及び蒸発のような妨害因子から保護し、並びに試験物質の節約を可能
にすることができる。
【０００９】 光照射系 本発明の範囲内で、「光照射系」は、バイオセンサーチップに対する物理的反
応を開始するのに適する一またはそれ以上の光源を表すものと理解される。本発
明によると、光照射系は、測定系のサブアレイ(Teilarrays)の各テストサイトに
、実質的にそれのみを照射する少なくとも一の光源が割り当てられるように配置
される、独立してアドレス可能な光源のアレイを含む。 さらに、光照射系は、サブアレイの各テストサイトに少なくとも一つの光源が
割り当てられ、結像するように、光源のアレイの測定系への結像のための光投影
システムを含む。
【００１０】 「投影システム」は、光学的な結像に適するあらゆるシステム、特にレンズ及び
／またはミラーからなるものであると理解される。より狭い意味では、投影シス
テムは、本発明の範囲内で、バイオセンサーチップ上に光源を結像するための光
学系であると理解される。 投影システムを提供する代わりに、光源のアレイを測定系に実質的に平行に、
且つ各光源から照射される光線が実質的に割り当てられたテストサイトのみを照
射するように、そこから近い距離に配置することができる。この場合、投影シス
テムは必要ではない。
【００１１】 ここで、光源のアレイは、特に下記の部品の一またはそれ以上からなることが
できる：陰極線管（ＣＲＴ）、液晶素子/ディスプレイ（ＬＣＤ）、好ましくは
薄膜トランジスタを含む活性マトリクスによりアドレスされるもの、スペイシャ
ルライトモジュレーター（ＳＬＭ）、特にディジタルマイクロミラーデバイス（
ＤＭＤ、独立してアドレス可能なマイクロミラーのアレイ）、発光ダイオード（
ＬＥＤ）、ポリマーディスプレイ（ＯＬＥＤ、有機ＬＥＤ）、エレクトロルミネ
センスディスプレイ（ＥＬ）、レーザー、特にレーザーダイオードおよびファイ
バーレーザー、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、フィールドエミッショ
ンディスプレイ(ＦＥＤ、小型化された陰極線管のアレイ)、及び真空蛍光ディス
プレイ（ＶＦＤ）。
【００１２】 本発明によると、光照射系は、特に、「光照射系」及び「二次元光学スイッチ」
部品の組み合わせをも含む。ここで、「光照射系」は、特定領域の均一な光照射
のための光学系であると理解される。これには、一またはそれ以上の光源及び均
一な光照射を確実に行うための光学部品、特に（鏡面）リフレクタ、レンズ、積
分器(インテグレーター)、放射する領域を制限するアパーチャおよびスペクトル
を制限するフィルタのような他の部品が含まれる。本発明において、積分器は、
特に拡散ディスク、例えばすりガラスを含むもの、マイクロレンズシステム、ま
たはこれらの部品と球状統合凹面鏡（integrierender Hohlspiegelkugel）との
組合せからなる、光束の均質化を促進する光学部品であると解される。特に、コ
ーラー(kohler)(headword "microscope," Fachlexikon Physik, Verlag Harri D
eutsch, Frankfurt a. M. 1989)による微小光照射光学の原理に基づく光照射系
が用いられる。光照射系は、例えば光ファイバーの束(例えば、Schott-Fostec,
Auburn, NY, USA製)から構成された一またはそれ以上の均一な放射電磁界からな
ることもできる。
【００１３】 光学スイッチは、その送信あるいは反射を外部的に制御することができる光学要
素である。二次元の光スイッチは単にそのような光スイッチを含む二次元アレイ
である。本発明によると、液晶素子（ＬＣＤ）またはディジタルマイクロミラー
デバイス（ＤＭＤ，例えばTexas Instruments, TX, USA製）がこのために好まし
く使用される。
【００１４】 検出系 検出系の目的は、プローブ分子が検出すべき有機分子と相互作用する、特にこれ
らの分子の間で反応が起きるテストサイトを光照射下で確認することである。こ
れは、好ましくは、一またはそれ以上の検出器及び測定シグナルを供給及び評価
するための装置を含む。ここで、検出系を、使用される測定系の読取り法のタイ
プ、即ち光誘導される反応のタイプに合わせるのが都合が良い。
【００１５】 この測定系において特に好ましく使用される電気的読取りによるバイオセンサー
チップ、特に直接電気的読取り(特に特許出願DE 19921940、DE 19926457及びDE
19945398をベースとするもの)によるＤＮＡチップについては、検出系は、好ま
しくは、テストサイトとバイオセンサーチップの導電性表面との電気的通信を測
定するための測定装置を含む。この測定装置は、好ましくは、電流、電荷、電圧
または電位を測定する装置、サイクロ（登録商標）ルボルタメトリー装置（電量
計）、アンペロメトリー装置（電流測定装置）または導電率測定器である。サイ
クロボルタメトリー装置は、電流電圧曲線を記録する測定装置であり、電圧は定
期的且つ時間に対して直線的に変化する。アンペロメトリー装置は、電流−時間
曲線を記録するための測定装置である。導電率測定器は、特に電圧を固定して電
流を測定することによりまたは一定電流で電圧を測定することにより、導電性の
測定を可能にする。微小電極を備えたバイオセンサーチップは、電気的読取りの
空間の制限、および測定の空間的な分割、あるいは個々のテストサイトに限定し
た電気的読取りを可能にする。
【００１６】 光学的読取りによるバイオセンサーチップの場合、該チップの光誘導反応、特に
ルミネセンスは光学的に検出される。そのようなチップは非常によく知られてお
り、例えばAffymetrix(アメリカ合衆国カリフォルニア州)、Nanogen(アメリカ合
衆国カリフォルニア州)及びIncyte/Synteni(アメリカ合衆国カリフォルニア州)
により製造されている。そのような光学読取り可能なバイオセンサーチップを測
定系として使用する場合、その検出系は、都合よく光誘導反応を検出するための
光学的検出器を含む。より有利には、この検出器は、ＣＣＤ（チャージカップル
ドデバイス）、増感度ＣＣＤ（多数の小さな金属真空管からなる光電子増倍管を
備えたＣＣＤであり、これにより全体として感度が高くなる)、ＣＭＯＳカメラ(
ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Silicon）技術を使用して製造された光
検知器、光学ダイナミックレンジが大きいことを特徴とする)、フォトダイオー
ドアレイ、フォトトランジスタアレイあるいは一つ以上の光電子増倍管(電子が
放出され、増幅され、光子によって検知される光子検波管)である。
【００１７】 光照射系、及び適用可能な場合には投影系及び光学検出系からなる完全な光学
的構造は、さらに、ビーム路を曲げるためのミラーを含み、これにより異なる幾
何、特によりコンパクトなデザインが達成される。 全体として、本発明の範囲内で記載された、独立にアドレス可能な光源のアレ
イを含む光照射系とそれ自体公知のスキャンニングシステムの組み合わせも可能
である。
【００１８】 この場合、光照射系はバイオセンサーチップの一部のみが照射されるような寸
法とする。最初の工程において、このチップの部分をまず励起して読取りを行う
。第二の工程に置いて、このチップをｘ−ｙ搬送テーブルを介して１フィールド
の巾だけ移動させるか、光照射フィールドを、可動傾斜ミラーを介して１フィー
ルドの巾だけ移動させる。その後、これにより新しく選択されたチップ領域を励
起し、読取りを行う。このプロセスをチップ全体の読取りが完了するまで繰り返
す。限定された数のピクセルを有するアレイからなる光照射系の場合は、チップ
全体の光照射は、走査処理との組み合わせにより高ピクセル密度で達成すること
ができる。 他方、光照射系におけるピクセル数が大きい場合は、一つのテストサイトの各
回毎に複数の光源を結像するのが都合が良い。
【００１９】 信号獲得及び検出方法 好ましい実施態様において、検出系により得られた信号は、評価システム、好
ましくはコンピューターに伝達される。このようにして、誤り訂正、特に光照射
系、バイオセンサーチップ、または検出系における電位の不均一性の訂正も可能
になる。そのような不均一性は、例えば不均一な照射、プロセストレーランス及
びシェードアンドエッジ効果により起きる。検出系に捉えられた信号は、照射系
の照射パターン及びバイオセンサーチップ上のテストサイトのタイプと位置に関
連づけられるのが都合がよい。 好ましい実施態様において、検出系は、空間分解能を有しないので、光誘導反
応が起きた全てのテストサイトが一緒に読み出される。この実施態様の好ましい
例には、測定系として全てのテストサイトに共通の測定電極が取り付けられた電
気的読取りによるバイオセンサーチップが含まれる。この実施態様における個々
のテストサイトのアドレスは、テストサイトに特異的な光励起により排他的に行
われる。
【００２０】 同様に好ましい実施態様においては、検出系は、特に、個々に読取ることがで
きるマルチプルデテクターサブエリア (ピクセル) により達成される一次元また
は二次元空間分解能を有する。検出系の空間分解能は、電気的読取りの場合に、
例えば個々に読取ることの出来る多数の導電性面にテストサイトを適用したバイ
オセンサーチップを、適当数の試験コネクターを有する測定装置と組み合わせる
ことにより達成される。光学読取りの場合、検出系の空間分解能は、空間分解能
光学検出器、特にＣＣＤ、増感ＣＣＤ、ＣＭＯＳカメラ、フォトダイオードアレ
イまたはフォトトランジスターアレイにより実現される。そのような空間分解能
を有する検出系は、好ましくは光照射系と同じピクセル数を有する。同じピクセ
ル数の代わりに、検出系のピクセル数と光照射系のピクセル数の比が、整数であ
っても都合がよい。そのような空間的に分割される検出系を使用する場合、光照
射系の光照射パターンとバイオセンサーチップ上のテストサイトのタイプ及び位
置との関連付けに加えて、検出系により捕捉された信号パターンとの関連付けも
可能である。
【００２１】 本発明により、試験物質中の有機分子を検出するために、下記の方法を使用し
てもよい。 第一に、バイオセンサーチップは、特定プローブ分子を有するテストサイトの
アレイを含む。これらのプローブ分子は、好ましくは試験物質中の検出されるべ
き分子に対して、または検出すべきこれらのプローブ分子及び試験物質との間の
相互作用に対して特異的である。この目的のために提供される、バイオセンサー
チップの光学的照射のための適当な光照射系は、測定系のサブアレイの各テスト
サイトに、実質的にそれのみを照らす少なくとも一つの光源が割り当てられるよ
うに配置された独立にアドレス可能な光源のアレイを含む。試験物質が測定系に
供給された後、テストサイトは、それらに割り当てられた各光源を予め選択され
たパターンによりアドレスすることにより光照射される。同時に、テストサイト
を、プローブ分子が検出すべき有機分子と相互作用するか否かの観点で調べる。
【００２２】 この相互作用の確認は、好ましくは電気化学的方法、特にサイクルボルタメト
リー、アンペロメトリー、導電率測定、または別の電流、電荷、電圧もしくは電
位測定により行うのが好ましい。電気的読み取りを伴うバイオセンサーチップの
場合には、プローブ分子と検出すべき有機分子との相互作用の確認は、テストサ
イトを導電性表面に配置し、該テストサイトと導電性表面との間の電気的連絡を
調べることにより可能にするのが好ましい。この伝導は、さらに、電気化学的方
法、特に検出される反応周期的ボルタンメトリー、電流測定、導電率測定、また
は別の電流、電荷、電圧もしくは電位測定により検出するのが好ましい。 同様に好ましいプローブ分子と検出すべき有機分子との反応の確認は、光学的
方法、特に蛍光の検出をベースとする。
【００２３】 従来技術による走査光照射法、例えばレーザースキャナを利用するものの場合
には、典型的には一度に一つのテストサイトしか光照射することができないが、
本発明の範囲内で記載された光照射系は、複数のテストサイトを同時に光照射す
ることを可能にする。その結果、いくつかの光照射パターンがそこから選択され
る。ここに記載した検出方法については、検出装置の条件に合わせた最適の照射
パターンを選択することができる。特に、多数のテストサイト、好ましくは検出
すべき有機分子との反応の可能性が低いテストサイトを、最初に同時に光照射し
、読取りを行うことができる。そのようなグループ内で反応が検出されない場合
は、グループ全体について反応を排除することができ、このグループの個々のテ
ストサイトのさらなる読取りが不要になる。反応がテストサイトのそのようなグ
ループ内で確認されるか、または信頼性をもって排除されなかった場合にのみ、
これらのサイトのさらなる光照射及び読取りが、次のステップで、異なるグルー
ピングまたは個別に必要になる。そのような方法の場合は、各テストサイトの全
グループが同時に読み取られ、非反応性として類別され得る場合もあるので、全
体として読取り時間を短縮することができる。例えば、その試験溶液との反応が
一つのテストサイトでのみ検出可能なＮ＝２ｎ（ｎは整数）のテストサイトを有
するチップの場合は、下記の読取り方法を用いれば、Ｎの読取りステップの代わ
りに、２ｎ＋１の読取りステップのみが必要となる：まず、全テストサイトを一
度に読取り、その後それらの半分ずつを、そしてその後、反応が検出された半分
を、さらに二つの半分に分け、その両方を読取り、反応が検出された半分を、反
応が検出可能なテストサイトが二とおりには確認されなくなるまで、繰り返し二
分していく。この例において、Ｎ／（２ｎ＋１）の因子により時間の節約をする
ことも可能である。 例えば、１０２４のテストサイトのチップの場合には、４
９のファクターにより時間の節約が可能である。反応が複数のテストサイトで検
出可能な場合は、繰り返し工程が枝分かれしなければならなくなるので、時間の
節約は少なくなる。
【００２４】 光照射パターンは、特に、読取り中、互いに接近しているテストサイト間の相
互作用を最小限にするために、テストサイト間の距離について最適化することも
できる。例えば、第一の工程では、一つおきのテストサイトのみに光照射し、残
りのテストサイトはその後の第二の工程で光照射する。テストサイト間の影響が
強いか、及び／または距離が短い場合は、光照射されるテストサイト間のギャッ
プをより大きくするのも好適であり得る。
【００２５】 読取り法の感度を上げるために、特に一定かまたは経時的に変化するバックグ
ラウンドシグナルが強い場合には、テストサイトを読取る時に、光照射強度を経
時的に変化させることができる。特に、ディファレンシャル測定（光照射による
シグナル−光照射なしのシグナル）も可能である。さらに、光照射は、時間に伴
い周期的に変化させることができ、信号（プローブ分子及び検出すべき有機分子
間で検出される反応）は、周波数または位相特異的に処理される。この目的のた
めに、信号は、パルス的な光照射に同期して起きる、位相感受性のレクチファイ
ヤ(ロックイン増幅器)を備えた増幅器中で処理される。ロックイン増幅器の出口
での整流された信号は、照射により開始される反応の基準となる。特に、光照射
周波数とかなり異なる周波数の一定の信号あるいは周期的信号の抑制は、そのよ
うな処理中のロックインプロセスにより可能である。ロックインプロセスで使用
される周波数は、測定するアセンブリの近くに存在し得る妨害となる周波数、特
に電源系の周波数(50あるいは60 Hz)あるいはその整数倍数と異なるべきであり
、使用される光照射系および検出系のスレショルド周波数未満であるべきであり
、好ましい範囲は1 Hzから100 MHzまでの範囲であって、小型化された読取り系
でのアッパースレショルド周波数はより高くてもよい。特に好ましくは、kHzの
範囲(例えば3 kHz)の周波数を用いる。
【００２６】 テストサイトを周期的に光照射する場合は、種々のテストサイトを異なる周波
数または位相を用いて光照射し、テストサイトのプローブ分子と検出すべき有機
分子の間の反応の確認を周波数もしくは位相特異的処理の助けにより行うことに
より、多数のテストサイトを同時に読取ることができる。 感度の増加及び／または測定時間の減少に加えて、テストサイトの周期的な光
照射及び読取りのさらなる利益は、この測定系の改良された再生能力である。例
えば、光励起により生じる望ましくない中間状態、特に丁度アドレスしたテスト
サイトの近くのプローブ、標的または他の分子のトリプレット状態は、暗相で通
常の状態に緩和することができる。再生は、特にテストサイトの近くにおいて読
取り処理により変換され存在しうる物質、特に、電気的読取り処理の場合のイオ
ンにあり、これらは続いて除去または伝達される。
【００２７】 図面の簡単な説明 本発明は、図面に関連して実施態様を例示することにより、下記に詳細に説明
されるであろう。 図１は、測定系上のテストサイトへの光源の基本的な割り当てを示す模式的斜
視図である。 図２は、本発明による装置の基本的な構成を示す模式図である。 図３は、光照射系として液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）が使用される本発明の例
示的実施態様の模式図である（実施態様１）。 図３Ａ〜３Ｃは、光照射系に加えて投影システムが使用された装置を示す（実
施態様１ａ）。 図３Ｄ及び３Ｅは、投影システムを有しない、より単純に組み立てられ、バイ
オセンサーチップが液晶の非常に近くに配置された装置を示す（実施態様１ｂ） 図３Ａは、ＬＣＤ、投影システム、及び電気的検出を備えた、本発明の例示的
実施態様を示す。 図３Ｂは、ＬＣＤ、投影システム、及びビームスプリッターによる光学的検出
を備えた、本発明の例示的実施態様を示す。 図３Ｃは、ＬＣＤ、投影システム、及び光学的検出（非共線的（nichit-kolli
near））を備えた、本発明の例示的実施態様を示す。 図３Ｄは、投影システムを備えず、ＬＣＤ及び電気的検出を備えた、本発明の
例示的実施態様を示す。 図３Ｅは、投影システムを備えず、ＬＣＤ及びビームスプリッターによる光学
的検出を備えた、本発明の例示的実施態様を示す。
【００２８】 図４は、光照射系としてディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）を用い
る、本発明の例示的実施態様を示す模式図である（実施態様２）。 図４Ａは、ＤＭＤ、投影システム、電気的検出を備えた本発明の例示的実施態
様を示す。 図４Ｂは、ＤＭＤ、投影システム、及びビームスプリッターによる光学的検出
を備えた、本発明の例示的実施態様を示す。 図４Ｃは、ＤＭＤ、投影システム、及び光学的検出（非共線的）を備えた、本
発明の例示的実施態様を示す。 図５は、光照射系としてビデオプロジェクターを用いる、本発明の例示的実施
態様を示す模式図である（実施態様３）。 図５Ａは、ビデオプロジェクター、投影システム、電気的検出を備えた本発明
の例示的実施態様を示す。 図５Ｂは、ビデオプロジェクター、投影システム、及びビームスプリッターに
よる光学的検出を備えた、本発明の例示的実施態様を示す。 図５Ｃは、ビデオプロジェクター、投影システム、及び光学的検出（非共線的
）を備えた、本発明の例示的実施態様を示す。
【００２９】 本発明の実施方法 まず、操作の原則を、図１及び２を参照して説明する。図１の実施態様の測定
系は、テストサイト（Ｔ１−Ｔ４）のアレイを含み、各テストサイトは、特異的
なプローブ分子を呈示している。試験溶液中の有機分子（標的）を検出するため
に、これを測定系に供給する。該測定系は、任意のテストサイトが光照射される
と、該標的と該テストサイトのプローブの間の相互作用に特異的に依存する物理
的反応を示す性質を有する。本発明に必須の性質は、測定系のテストサイトＴ１ −Ｔ４の、ここでは光源Ｂ１１〜Ｂ４４のアレイを含む光照射系による光照射で
ある。各テストサイトには、少なくとも一つの光源を割り当てる。図１の実施態
様においては、４個の光源を各テストサイトに割り当てられている。例えば、光
源Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４が、テストサイトＴ１に割り当てられている
。これらの光照射は、活性化された光源Ｂ１２により例示的に表される。
【００３０】 図２は、本発明による装置の基本的な原則を模式図として示す。これは、光照
射系１００、投影系２００，測定系３００、及び検出系４００を含む。光照射系
１００は、独立してアドレス可能な光源Ｂ１〜Ｂ６からなり、これは投影システ
ム２００を介して測定系３００のテストサイトＴ１〜Ｔ３に投影される。テスト
サイトＴ１〜Ｔ３は、試験溶液を含む標的３５０と特異的に相互作用する特異的
なプローブ分子３２０を含む。テストサイトＴ２の該プローブと特異的に反応す
る標的３５０を、例示の目的で示す。このテストサイトに割り当てられた光源Ｂ
３またはＢ４の一方で光照射すると、測定系３００の物理的反応が検出系４００
で検出される。この物理的反応は、例えば、特異的プローブ＋標的系の導電率が
、未反応のプローブ分子と比較して増加することにより起きる、テストサイトＴ
２を通る電流の増加である。ここで、テストサイトＴ１〜Ｔ３は、測定系３００
の導電性表面上に位置している。光照射により誘導された電流は、付着した分子
から導電性表面を横切ってアースへ流れ、電流測定装置４００により検出される
。ここで、複数のテストサイトＴ１〜Ｔ３の反応は、（図２に示すように）一緒
に検出されるか、または各テストサイトについて個別に、例えば個別にアドレス
可能な電極により検出される。複数のテストサイト、例えば図２のＴ１〜Ｔ３が
共用電極により読み取られる場合は、プローブ分子及び標的分子間で反応が起こ
ったテストサイトは、選択的光照射により確認され得る。
【００３１】 図２の場合において、電流は、光源Ｂ３またはＢ４による測定系の光照射によ
り、例えば測定装置４００に電流が流れる。対照的に、光源Ｂ１及びＢ２または
Ｂ５及びＢ６のみが有効である場合、テストサイトＴ３またはＴ１では反応が生
じないので、電流は流れないであろう。 このように、光源とテストサイトの特異的な割り当ての場合、測定系を共用電
極で読み取った場合でも、高感度の検出が可能である。 例えば、より高い選択性及びより良いシグナルノイズ比を達成するように、ま
た空間的に限定された電場を通してのプローブ及び標的分子の相互作用に影響を
与え得るように、個々のテストサイトまたはテストサイトのグループを別々の電
極にあててもよい。
【００３２】 好ましい実施態様 本発明の具体的な実施例のいくつかを、より詳細に図３Ａ〜５Ｃを参照して下
記に記載する。これにより記載される装置の個々の要素は、異なったやり方で互
いに組み合わせることもできる。原則として、異なる光照射系１００を種々の投
影システム２００及び測定系３００、並びに採用された読取り方法に適する検出
系４００と組み合わせることができる。さらに、特に光照射系１００を構成する
ためには、異なる光照射系（１０１〜１０９の番号で示した部品からなる）を種
々の二次元光学スイッチ（１５０，１６０）と組み合わせることができる。さら
に、異なる検出器を使用することもできる。特に、ＣＣＤを用いる実施態様にお
いて、これを他の光学検出器、好ましくは増感ＣＣＤカメラまたはＣＭＯＳカメ
ラに置き換えることができる。
【００３３】 実施態様１：液晶（ＬＣＤ）による光照射系 実施態様の第一のグループの特徴は（図３Ａ〜３Ｅ）、液晶装置（ＬＣＤ）１
５０の二次元光学スイッチとして伝送光学スイッチを用いることである。 光照射系（１０１〜１３２）は、コーラーによる微小光照射光学によるもので
ある。これは、反射リフレクタ１０２を備えたランプ１０１、オプションのイン
テグレーター１０５、コンデンサー１０３、フィルタ１１０およびアパーチャ１
２０／１３２からなる。一またはそれ以上の分光フィルタ１１０と組み合わせた
ランプ１０１は、照射される光が、使用されるバイオセンサーチップ３０１／３
０２に分光的に合うように選択される。特に、白熱球、好ましくはハロゲンラン
プまたはアークランプをこの目的に使用することができる。好ましくはパラボラ
型のリフレクタ１０２をランプから照射される光がインテグレータを平行に打つ
ように配置する。このようにする目的は、光線を均一化し、均一な光照射を確実
にすることにある。特に、拡散ディスク、例えば曇りガラスを含むもの、または
マイクロレンズシステムをこの目的に使用することができる。インテグレーター
１０５の後ろに近接して設けられたフィールド絞り１２０は、液晶１５０を照射
するのに丁度充分な大きさの範囲に照射を制限する。コンデンサー１３０は、ポ
ジティブレンズまたはレンズシステムからなり、その目的は、液晶１５０上にフ
ィールド絞り１２０により制限された均一な照射を結像することにある。これは
、好ましくは１０〜３００mmの範囲、具体例としては１００mmの焦点距離ｆ１を
有し、フィールド絞り１２０が液晶１５０にシャープに結像するように配置され
る。例えば、コンデンサー１３０は、フィールド絞りと液晶の間に丁度真ん中に
、各々からの距離が２×ｆ１となるように配置され、フィールド絞り１２０及び
液晶１５０の横への広がりが等しい場合、倍率Ｖ＝１が選択される。異なるサイ
ズの場合は、倍率は１に等しくはなく、コンデンサ１３０の結像式による他の距
離、好ましくは、Ｖ＝１／５〜５の範囲が可能である。
【００３４】 液晶装置１５０は偏光した光のみを伝えるので、光照射系は、既に偏光フィル
ター１１５、好ましくは低損失偏光フィルター(偏光リカバリープレート）を含
むことができ、これは好ましくはフィールド絞り１２０の近くに配置される。低
損失偏光フィルターは、入射光の偏光成分を通し、偏光方向を回転させ、それら
をビーム経路に再び入れることにより、ここに垂直に反射する偏光成分に作用す
る。このようにして、全体として、単純な偏光器の場合よりも、偏光中の損失を
より少なくすることができる。 追加のアパーチャ、コンデンサーアパーチャ１３２を、光照射システムの光強
度を調節するために、コンデンサーレンズ１３０のすぐ前に設けられる。 これらの実施態様における二次元スイッチとして、伝送中に操作される二次元
光学スイッチ、例えば液晶素子（ＬＣＤ）１５０を使用する。両方向とも、少な
くとも読み取られるべきバイオセンサーチップ上のマトリックス素子（テストサ
イト）の数に対応するピクセル数、好ましくは少なくとも約５倍のピクセル数を
有する。個々のピクセル、従って、究極的には、関連する位置における光照射シ
ステムの輝度は、コンピューター制御１８０により制御される。この点までは、
実施態様１ａ及び１ｂは同一である。
【００３５】 図３Ａ〜３Ｃの実施態様は、さらに、光照射されたＬＣＤ１５０をバイオセン
サーチップ３０１／３０２に投影する投影システム２００を含む。投影システム
２００は、ポジティブレンズまたはレンズシステムからなる。これは、バイオセ
ンサーチップ３０１／３０２上に鮮明に画像形成されるように、当業者によく知
られた方法で寸法決めされ、配置され、倍率は、該チップ３０１／３０２への完
全な照射を促進するように選択される。例えば、大きさが２０mm×２０mmのバイ
オセンサーチップ３０１／３０２及び同じ大きさのＬＣＤ１５０の場合には、倍
率は、焦点距離ｆ２、好ましくは１０〜３００mm、例えば１００mmを有する投影
オプティクス(Projektionsoptik)２００を、ＬＣＤ１５０とチップ３０１／３０
２のちょうど真ん中に、互いに２ｘｆ２の距離で離れるように配置することによ
り選択される。このようにする場合には、チップ３０１／３０２と投影オプティ
クス２００の間の距離、即ちｆ２は、投影オプティクス(光学系，optik)２００
の下にバイオセンサーチップ３０１／３０２用の空間があり、その取り付け及び
それに連結された任意のプローブ供給システムを存在させることができ、且つ容
易に交換することができるような大きさで選択される。別の場合は、この距離は
、チップの種々の位置における照射ビームの入射角、従って照射強度が全表面ユ
ニットで、できるだけ等しくなるように、チップ３０１／３０２の横への広がり
よりかなり大きくなるように選択するのが好ましい。しかしながら、光照射強度
の違いは、評価ソフトウェアにより補正することもできる。
【００３６】 バイオセンサーチップ３０１／３０２の読取りは、使用されるチップタイプに
依存する。特に好ましい電気的読取り可能なバイオセンサーチップ３０１（図３
Ａ）の場合は、電気信号が測定され、評価ソフトウェアにより、ＬＣＤ１５０の
アドレスパターンと関連づけられる。この場合は、別の光学素子は必要ない。 同様に好ましい光学的読取りされるバイオセンサーチップ（ルミネセンスチッ
プ）３０２については、追加の光学検出システム（４２０−４５０）が要求され
る（図３Ｂ，３Ｃ）。これは、少なくとも光学検出器４５０、好ましくはＣＣＤ
カメラまたは増感ＣＣＤカメラ（製造者、例えばドイツ、ヘルシンキのHamamats
u Photonics）またはＣＭＯＳカメラ（製造者：例えばドイツ、デュイスブルグ
のFraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems）、例示
的実施態様はＣＣＤカメラからなる。検出器４５０の前には、バイオセンサーチ
ップ３０２及びの発光波長に特異的な光学フィルター４３０が取り付けられてお
り、迷光が抑制されている。
【００３７】 特に好ましい実施態様（図３Ｂ）はさらに、ＬＣＤ１５０と投影オプティクス
２００の間に、投影オプティクス２００を補助して、検出器４５０上にバイオセ
ンサーチップ３０２から発する照射を投影する、ビームスプリッター４２０を含
む。ＬＣＤ１５０及び検出器４５０がほぼ同じサイズである場合は、さらなる検
出オプティクスは必要ない。この場合、ＣＣＤカメラ４５０は、投影オプティク
ス２００のビームスプリッター４２０により傾斜された焦点に直接に配置される
。ＬＣＤ１５０及び検出器４５０が異なるサイズである場合、検出器領域への適
合は、ＣＣＤカメラ４５０に含まれるかまたは適当な倍率を有する外部の光学シ
ステム（４４０、下記参照）に含まれる追加の検出オプティクス（Detektionsop
tik）により確保される。感度の増加及び迷光の抑制は、検出されるべき光の波
長においてよりも、励起光の波長において、より大きな透過率を有する、ダイク
ロビームスプリッター４２０の使用により達成され得る。全体として"励起＝透
過ビーム"及び"検出＝反射ビーム"、また逆の割り当ても可能である。
【００３８】 さらに好ましい実施態様（図３Ｃ）は、励起及び検出ビーム路の非共線的ア
レンジメント(オフ軸アレンジメント)をベースとする。このようにして、投影オ
プティクス２００とは独立に別の検出オプティクス４４０を設けることができる
。これらのオプティクス４４０は、正のレンズ、レンズ系、またはミラーオプテ
ィクス（Spiegeloptik）からなり、バイオセンサーチップ３２０が鮮明に結像さ
れ、且つ検出器４５０上でフルサイズとなるようにサイズが決められる。オプシ
ョンの変位ミラー、励起ビーム路、及び検出ビーム路は、互いに空間をあけてさ
らに分離することができる。
【００３９】 図３Ｄ及び３Ｅの実施態様の場合には、投影システム２００が省略される。こ
れは、少なくとも液晶１５０がバイオセンサーチップ３０１／３０２と同サイズ
で且つ同じ解像度を有する場合に可能である。この場合、液晶１５０は、バイオ
センサーチップ３０１／３０２上に、ＬＣＤ１５０の光照射パターンがチップ上
に直接投影されるように、直接平行に配置される。チップ３０１／３０２上の隣
接するテストサイト（Ｔｉ）の励起を排除するためには、この実施態様において
は、ＬＣＤ１５０とチップとの距離を、ＬＣＤからの励起光の出口角のサインに
より分割されるチップ上のテストサイト間の距離よりも小さくする。
【００４０】 この実施態様は、電気的に読取り可能なバイオセンサーチップ３０１に好まし
く使用され、これには、チップの反応の検出に、別の光学素子（４２０−４５０
）は要求されない（図３Ｄ）。光学的読取りによるチップ３０２の場合は、原則
として、コンデンサー１３０とフィールド絞り１２０の間に統合されたビームス
プリッター４２０を介して発光を検出するか（図３Ｅ）、または実施態様１ａに
ついて記載したのと同様に、励起ビーム路及び検出ビーム路の非共線的アレンジ
メントにより可能となる。しかしながら、ここでは、特に非共線的アレンジメン
トによる傾斜パッセージの場合は、液晶を通るダブルパッセージ（励起光及びル
ミネセンス光）による信号ロスを受け入れなければならない。この変法における
一つの利点はＬＣＤを通るダブルパッセージによる、より大きなコントラスト比
である。
【００４１】 実施態様２：ディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）による光照射系 実施態様２（図４Ａ〜４Ｃ）の特徴は、反射光学スイッチの一例としてのディ
ジタルマイクロミラーデバイスによる（ＤＭＤ）１６０を、二次元光学スイッチ
として使用していることである。ＤＭＤは、独立してアドレス可能なマイクロミ
ラーを含むアレイからなり、特にTexas InstrumentsまたはFraunhofer Institut
e for Microelectronic Circuits and Systemsにより、シリコンチップ技術を用
いて製造されているものが挙げられる。ＤＭＤを使用すると、高いフルネス係数
及びコントラスト比で高い照射強度を達成することができる。二次元光学スイッ
チの場合には、フルネス係数は、総面積に対する有効にスイッチ可能な比を示す
。個々のマトリックス要素間のギャップにより、フルネス係数は、通常１未満で
あるが、通常はＬＣＤよりもＤＭＤの方が高い。
【００４２】 光照射系（１０１−１３２）は、コレクターレンズ１０３を有するランプ１０
１，オプションのインテグレーター（１０５）、コンデンサー１３０、フィルタ
ー１１０及びアパーチャ１２０及び１３２からなる。実施態様１の場合のように
、ランプ１０１は、一またはそれ以上の分光フィルター１１０と組み合わせて、
発した光が使用されるバイオチップ３０１／３０２に分光的に合うように選択さ
れる。２０ｍｍ〜２００ｍｍ、具体例としては８０ｍｍの焦点距離を有するコレ
クターレンズ１０３は、平行な光線束が出るように、ランプ１０１からその焦点
距離だけ離れている。この光線束は、フィールド絞り１２０により空間的に限定
され、該フィールド絞りの前に配置されたインテグレーター（１０５）によりさ
らに均質化される。 実施態様１のように、コンデンサ１３０はポジティブレンズまたはレンズシス
テムからなり、その目的はＤＭＤ１６０上にフィールド絞り１２０により限定さ
れた照射フィールドを結像することにある。追加のアパーチャ、コンデンサアパ
ーチャ１３２をコンデンサレンズ１３０のすぐ前に取り付けてもよい。これによ
り、光照射系の光強度の調節が可能となる。
【００４３】 実施態様２において、反射により操作される光学スイッチ、例えばディジタル
マイクロミラーデバイス（ＤＭＤ，テキサスインストルメンツ製）１６０を、二
次元スイッチとして使用することができる。これは、読取るべきバイオセンサー
チップ３０１／３０２の両方向に、少なくともテストサイト（Ｔｉ）の数に相当
する、好ましくは少なくとも５倍のマイクロミラーを有する。個々のマイクロミ
ラーは傾斜させることができ、これにより関連する位置の光照射系１００の輝度
がコンピューター制御１８０により制御される。
【００４４】 図３Ｄ，Ｅの実施態様とは対照的に、実施態様２の場合は、光照射されたＤＭ
Ｄ１６０をバイオセンサーチップに投影する投影システム２００がいかなる場合
も要求される。図３Ａ〜Ｃに図示される投影システム２００の代替物としては、
通常、ミラーオプティクスからなる投影システムが可能である。ここで使用可能
なOffner(Optical Engineering, 14 (1975) pp.130-132)による投影システムは
、一つの凹面鏡２０２、一つの凸面鏡２０４からなり、ＤＭＤ１６０をバイオセ
ンサーチップ３０１／３０２上に、１：１の比で結像する。必要な倍率因子は、
バイオセンサーチップ３０１／３０２とＤＭＤ１６０とのサイズ比に相当する。
投影システム２００の限定された開口数(例えばＮＡ〜0.08)により、特定の配向
（能動位置）のＤＭＤのマイクロミラーから反射された光のみが、バイオセンサ
ーチップに到達する。マイクロミラーの傾きが大きいほど（受動位置）、このピ
クセルの励起光がよりストップダウンされる。ストップダウンが決定されること
を確実にするために、投影システムは、投影アパーチャー２１０を含む。 バイオセンサーチップの読取りの可能性は、図３Ａ〜Ｃの実施態様について存
在する。特に、電気的読取りの実施態様（図Ａ）及びビームスプリッターによる
光学読取り（図４Ｂ）または非共線的（図４ｃ）が可能である。ビームスプリッ
ター４２０による光学読取り（図４Ｂ）の場合には、ビームスプリッターはＤＭ
Ｄ１６０と投影システム２００の間で統合される。
【００４５】 実施態様３：ビデオプロジェクターによる光照射系 実施態様３（図５Ａ〜５Ｃ）においては、光照射系としてビデオプロジェクタ
ー１９０が使用される。これは、完全なシステムとして購入できる。例えば、Ｌ
ＣＤ（製造者：例えばフィリップス、サンヨー）、ＤＭＤ（製造者：例えば英国
マンチェスターのディジタルプロジェクションが含まれる。さもなければ他の原
則により操作される。選択する場合は、下記の基準を考慮すべきである：実施態
様３のビデオプロジェクターは、少なくともバイオセンサーチップのテストサイ
トの数に対応するピクセル数（例示的実施態様においては８００ｘ６００）を有
し、高いコントラスト比（１００：１以上）は、バイオセンサーチップの大きさ
（２０ｍｍｘ２０ｍｍ）が充分な空間的及び時間的安定性、均一性及びバイオセ
ンサーチップに適するスペクトル範囲（特に４００nm〜１０００nm）において充
分な強度を示す領域で焦点を合わせることができ、コンピューター制御可能であ
る。
【００４６】 ビデオプロジェクターから出る像は、ミラー２４０（図５Ａ，５Ｃ）またはビ
ームスプリッター４２２（図５Ｂ）を介してバイオセンサーチップ３０１／３０
２に投影される。ビデオプロジェクター自体ではバイオセンサーチップのサイズ
に像を投影できない場合（市販の品質の装置の場合しばしば起こり得る）は、追
加の投影システム２３０が要求される。テストサイト密度が低いバイオセンサー
チップの場合は（隣接するテストサイト間の距離が少なくとも０．１ｍｍ）、投
影システム２３０は、一つのポジティブレンズ（ｆ３＝１０〜３００ｍｍ）（図
３）により実現され得る。これは、ビデオプロジェクターの通常の使用と対照的
に、プロジェクター１９０に近い（５００ｍｍ未満）且つ小さい（２０ｍｍ×２
７ｍｍ）鮮明な映像を生じさせる。バイオセンサーチップ３０１／３０２はこの
像のサイトに配置することができ、光学的に励起される。 より小さい光照射フィールド及びより高いピクセル密度は、二つの光学系によ
りそれ自体公知の方法により達成できる。第一の系により、中間画像（最大辺長
さ１００ｍｍ）をプロジェクターの近く（５００ｍｍ未満）に生じさせる。この
像は、第二の系によりバイオセンサーチップ３０１／３０２の大きさまで縮小さ
れる。
【００４７】 実施態様３のさらに別の態様は、ビデオプロジェクター１９０の投影レンズ系
を換え、特定の依頼者に会わせ、バイオセンサーチップ３０１／３０２の大きさ
への投影を可能にすることである。 ビデオプロジェクターを用いる実施態様の場合、バイオセンサーチップ３０１
／３０２の読取りの可能性は、図３Ａ〜Ｃの実施態様と同様に存在する。特に、
電気的読取り（図５Ａ）及びビームスプリッター（図５Ｂ）または非共線的（図
５Ｃ）を用いる光学的読取りを用いる実施態様が可能である。ビームスプリッタ
ー４２２（図５Ｂ）を解する光学的読取りの場合、光学的検出器４５０上のバイ
オセンサーチップ３０２に結像するために、ビデオプロジェクター１９０を備え
た実施態様において、検出オプティクス４６０が使用される。 三つの実施態様全てにおける解像度の増加
【００４８】 二次元光学スイッチ１５０／１６０またはビデオプロジェクター１９０におけ
るピクセル数が、望ましい解像度のバイオセンサーチップ３０１／３０２の励起
に十分ではない場合は（少なくともチップ上のテストサイト間の距離）、チップ
のスキャンニングを加えることができる。これを行うことにより、光照射系１０
０はチップ３０１／３０２の一部のみに縮小され、望ましい解像度が達成される
。第一の工程においては、このチップの一部がまず励起されて読み取られる。次
の工程において、チップがｘ−ｙ搬送テーブルにより像一つ分の幅移動するか、
または像が可動傾斜ミラーにより像一つ分の幅移動する。その後、新たに選択さ
れたチップ領域が励起され読み取られる。この方法が、チップ３０１／３０２全
体が読み取られるまで繰り返される。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１１月５日（２００２．１１．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】 本発明による装置は、そこに試験物質を供給することができるテストサイトの
アレイ（測定系）、光照射系、及び検出系を含む。 本発明は、下記の装置に関する。 （１）試験物質を供給し得るテストサイト（Ｔ）のアレイを含む測定系（３
００）であって、各テストサイトが特定のプローブ分子（３２０）を呈示するも
の、 該テストサイト（Ｔ）のサブアレイを光学的に照射するための光照射系（１０
０）であって、各テストサイト（Ｔ）に少なくとも一つの光源（Ｂ）が割り当て
られ、実質的にこのテストサイト（Ｔ）のみを照射するように配置された独立に
アドレス可能な光源（Ｂ）のアレイを含むもの、及び 該プローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０）と相互作用するテ
ストサイト（Ｔ）を確認するための検出系（４００） を含む試験物質中の有機分子、特に生体分子及びポリマーの検出装置であって、 該テストサイト（Ｔ）が、導電性表面に配置され、これと常に電気的に接続さ
れた状態にあり、且つ前記検出系（４００）が各テストサイト（Ｔ）と該導電性
表面の間の電気伝導を測定するための測定装置（４１０）を含むことを特徴とす
る装置。 （２）前記各テストサイトと前記導電性表面との間の電気伝導を測定するた
めの測定装置（４１０）が、電流、電荷、電圧または電位の測定装置、サイクル
ボルタメトリー装置、アンペロメトリー装置、または導電率測定装置である（１
）に記載の装置。 （３）さらに、該サブアレイの各テストサイト（Ｔ）に、そこに割り当てら
れた少なくとも一つの光源（Ｂ）が結像できるように、前記測定系（３００）に
前記光照射系（１００）を結像するための光学系（２００）を含む前記のいずれ
かに記載の装置。 （４）前記光照射系（１００）が、前記測定系（３００）に実質的に平行に
、一つのテストサイト（Ｔ）に割り当てられた各光源（Ｂ）から発する照射光が
実質的にこの一つのテストサイトのみを照射するような短い距離で配置された（
１）または（２）に記載の装置。 （５）前記光照射系（１００）が、陰極線管、ＬＣＤディスプレイ要素、Ｔ
ＦＴ−ＬＣＤディスプレイ要素、フィールドエミッションディスプレイ要素、エ
レクトロルミネッセンスディスプレイ要素、プラズマスクリーン、ポリマーディ
スプレイ要素、ＬＥＤアレイ、光照射スペイシャルライトモジュレータ（ＳＬＭ
）、特にディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、真空蛍光ディスプレイ
（ＶＦＤ）、レーザーアレイ、及びビデオプロジェクターからなる群より選択さ
れる光照射要素（１５０，１６０）を含む前記のいずれかに記載の装置。 （６）前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、全テストサイトアレイを含
む前記のいずれかに記載の装置。 （７）前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、測定系（３００）上の一部
のテストサイトのみを含み、該装置がさらに前記光照射系と前記測定系の相対的
移動を容易にする移動手段、特に搬送テーブルまたは可動傾斜ミラーを含む前記
のいずれかに記載の装置。 （８）さらに、検出された反応の保存、評価及び表示のためのデータ処理系
を含む前記のいずれかに記載の装置。 本発明はさらに、下記の方法に関する。 （９）下記の各工程： テストサイト（Ｔ）のアレイを含む測定系（３００）であって、各テストサイ
トが特定のプローブ分子（３２０）を有するものを提供すること、 該テストサイトのアレイを光学的に照射するための光照射系（１００）であっ
て、該光照射系が、該測定系（３００）のサブアレイの各テストサイト（Ｔ）に
、実質的にそれのみを照射する光源が少なくとも一つ割り当てられるように配置
された独立にアドレス可能な光源（Ｂ）のアレイを含むものを提供すること、 該測定系（３００）に試験物質を供給すること、 該テストサイト（Ｔ）を、予め選択され、少なくとも一つの工程では複数のテ
ストサイトが同時に照射されるパターンで、これらに割り当てられた各光源（Ｂ
）をアドレスすることにより光照射すること； 前記照射パターンの各工程の後、空間分解能を有しない検出系（４００）で照
射されたテストサイトを全て一緒に読み取ること；及び プローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０）と相互作用するテス
トサイト（Ｔ）を確認すること を含む、試験物質中の有機分子、特に生体分子及びポリマーを検出するための
方法。 （１０）そのプローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０）と相
互作用するテストサイト（Ｔ）が、電気化学的方法、特に、電流、電荷、電圧ま
たは電位の測定、サイクルボルタメトリー、アンペロメトリーまたは導電率の測
定により確認される（９）に記載の方法。 （１１）前記テストサイト（Ｔ）が少なくとも一つの導電性表面に配置され
、前記プローブ分子（３２０）と検出すべき前記有機分子（３５０）との間で反
応が起きたテストサイトが、該テストサイトと該導電性表面との間の電気伝導を
測定することにより確認される（９）または（１０）に記載の方法。 （１２）そのプローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０）と相
互作用するテストサイト（Ｔ）が、光学的方法、特にルミネセンスの検出により
確認される（９）に記載の方法。 （１３）前記各テストサイト（Ｔ）のプローブ分子（３２０）と検出すべき
前記有機分子（３５０）との相互作用の可能性に応じて、前記光源をアドレスす
るパターンを選択し、該相互作用の可能性が低い場合には、多数のテストサイト
（Ｔ）を同時に照射し、該相互作用の可能性が高い場合には一または数個のテス
トサイトのみを同時に照射する（９〜１２のいずれか１項に記載の方法。 （１４）隣接するテストサイト（Ｔ）が同時に光照射されることなく、及び
／または同時に光照射されるテストサイト間の距離が可能な限り大きくなるよう
に前記光源のアドレスパターンを選択する（９）〜（１３）のいずれかに記載の
方法。 （１５）前記テストサイト（Ｔ）を周期的に光照射し、前記反応の確認を、
周波数または位相特異的信号処理を用いて行う（９）〜（１４）のいずれかに記
載の方法。 （１６）種々のテストサイト（Ｔ）を周波数または位相を変えて周期的に光
照射し、前記反応の確認を、周波数または位相特異的信号処理を用いて行う（９
）〜（１５）のいずれかに記載の方法。 （１７）前記検出された信号を電気的データ処理により、特に該装置の特徴
的なパラメーターを用いることにより補正を行い得るように評価する（９）〜（
１６）のいずれかに記載の方法。 （１８）前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが全テストサイトアレイを含
む（９）〜（１７）のいずれかに記載の装置。 （１９）前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、前記測定系（３００）上
のテストサイトの一部のみを含み、前記光照射系（１００）と前記測定系（３０
０）の間の相対的な移動により、該測定系の全てのテストサイトが連続的に光照
射され、それらの光誘導反応が調べられる（９）〜（１７）のいずれかに記載の
方法。 また、本発明は、下記の装置に関する。 （２０） 試験物質を供給し得るテストサイト（Ｔ）のアレイを含む測定系
（３００）であって、各テストサイトが特定のプローブ分子（３２０）を有する
もの、 該テストサイトのアレイを光学的に照射するための光照射系（１００）であっ
て、該測定系（３００）のサブアレイの各テストサイト（Ｔ）に、実質的にそれ
のみを照射する光源が少なくとも一つ割り当てられるように配置された独立にア
ドレス可能な光源（Ｂ）のアレイを含むもの、 該試験物質を該測定系（３００）に供給する手段、 該テストサイト（Ｔ）に割り当てられた各光源（Ｂ）を予め選択されたパター
ンでアドレスする手段であって、少なくとも一つのステップの照射パターンにお
いて複数のテストサイトを同時に照射するように配置され適合化された手段、 該照射パターンの各ステップの後に、照射された全てのテストサイト（Ｔ）の
読出しを一緒に行うための空間分解能を有しない検出系（４００）、及び そのプローブ分子（３２０）が検出すべき該有機分子（３５０）と相互作用す
るテストサイト（Ｔ）を確認する手段 を含む（９）〜（１９）に記載の方法を実施するための装置。 （２１）前記検出系（４００）が、電流、電荷、電圧または電位の測定装置
、サイクルボルタメトリー装置、アンペロメトリー装置、または導電率測定装置
を含む（２０）に記載の装置。 （２２）前記テストサイト（Ｔ）が少なくとも一つの導電性表面に配置され
、前記検出系（４００）が各テストサイトと該導電性表面との間の電気伝導を測
定するための測定装置（４１０）を含む（２０）または（２１に）に記載の装置
。 （２３）前記検出系（４００）が、前記測定系（３００）の光誘導反応を光
学的に検出するための、特に該測定系から発する光を検出するための光学的検出
器（４５０）を含む（２０）に記載の装置。 （２４）予め選択されたパターンにより前記光源（Ｂ）をアドレスするため
の前記手段が、各テストサイト（Ｔ）のプローブ分子（３２０）と検出すべき該
有機分子（３５０）の相互作用の可能性を考慮に入れて配置及び適合化され、該
相互作用の可能性が低い場合には、多数のテストサイト（Ｔ）を同時に照射し、
該相互作用の可能性が高い場合には一または数個のテストサイトのみを同時に照
射する（２０）〜（２３）のいずれかに記載の装置。 （２５）予め選択されたパターンにより光源（Ｂ）にアドレスするための前
記手段が、隣接するテストサイト（Ｔ）を同時には照射しないように、及び／ま
たは可能な限り離して配置されたテストサイトを同時に照射するように適合化さ
れている（２０）〜（２４）のいずれかに記載の装置。 （２６）光源（Ｂ）にアドレスするための前記手段が、前記テストサイト（
Ｔ）を周期的に照射するように適合化されており、且つプローブ分子（３２０）
が検出すべき有機分子（３５０）と相互作用するテストサイトを確認するための
前記手段が、周波数または位相特異的信号処理手段を含む（２０）〜（２５）の
いずれかに記載の装置。 （２７）前記検出された反応を保存し、評価し且つ表示するためのデータ処
理系を有する（２０）〜（２６）のいずれかに記載の装置。 （２８）さらに、前記測定系（３００）に前記光照射系（１００）を結像す
るための光学系（２００）を、前記サブアレイの各テストサイト（Ｔ）に対して
少なくとも一つ割り当てられた光源（Ｂ）が該テストサイト（Ｔ）上で結像可能
となるように含む（２０）〜（２７）のいずれかに記載の装置。 （２９）前記光照射系（１００）が、前記測定系（３００）と実質的に平行
に、且つこれに対し、テストサイト（Ｔ）に割り当てられた各光源（Ｂ）から発
する照射光が実質的にこの一つのテストサイトのみを照射するような短い距離で
配置された（２０）〜（２７）のいずれかに記載の装置。 （３０）前記光照射系（１００）が、陰極線管、ＬＣＤディスプレイ要素、
ＴＦＴ−ＬＣＤディスプレイ要素、フィールドエミッションディスプレイ要素、
エレクトロルミネッセンスディスプレイ要素、プラズマスクリーン、ポリマーデ
ィスプレイ要素、ＬＥＤアレイ、光照射スペイシャルライトモジュレータ（ＳＬ
Ｍ）、特にディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、真空蛍光ディスプレ
イ（ＶＦＤ）、レーザーアレイ、及びビデオプロジェクターからなる群より選択
される光照射要素（１５０，１６０）を含む前記（２０）〜（２９）のいずれか
に記載の装置。 （３１）前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、全テストサイトアレイを
含む（２０）〜（３０）のいずれかに記載の装置。 （３２）前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、前記測定系（３００）上
の一部のテストサイトのみを含み、該装置がさらに、前記光照射系と測定系の相
対的移動を容易にする移動手段、特に搬送テーブルまたは可動傾斜ミラーを含む
ことを特徴とする前記（２０）〜（３０）のいずれかに記載の装置。
───────────────────────────────────────────────────── 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 37/00 １０２ Ｇ０１Ｎ 27/46 Ｕ ３３６Ｇ ３３６Ｂ ３３８ ３８６Ｇ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2G043 AA01 BA16 CA04 EA01 FA01 GA08 GB10 GB11 HA01 HA09 JA03 KA08 KA09 LA03 2G060 AA06 AC10 AD06 AE17 AF08 FA01 HC06 HC18 KA06

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】試験物質を供給し得るテストサイト（Ｔ）のアレイを含む測定
    系（３００）であって、各テストサイトが特定のプローブ分子（３２０）を有す
    るもの、 テストサイトのサブアレイを光学的に照射するための光照射系（１００）、及
    び プローブ分子（３２０）が検出すべき該有機分子（３５０）と相互作用してい
    るテストサイト（Ｔ）を確認するための検出系（４００） を含む有機分子、特に生体分子及びポリマーの検出装置であって、 該光照射系（１００）が、該サブアレイの各テストサイト（Ｔ）に、実質的に
    それのみを照射する光源（Ｂ）が少なくとも一つ割り当てられるように配置され
    た独立にアドレス可能な光源（Ｂ）のアレイを含む装置。
  2. 【請求項２】さらに、該サブアレイの各テストサイト（Ｔ）に、そこ割り当
    てられた少なくとも一つの光源（Ｂ）が結像できるように、前記測定系（３００
    ）に前記光照射系（１００）を結像するための光学系（２００）を含む請求項１
    記載の装置。
  3. 【請求項３】前記光照射系（１００）が、試験システム（３００）に実質的
    に平行に、テストサイト（Ｔ）に割り当てられた各光源（Ｂ）から発する照射光
    が実質的に一つのテストサイトのみを照射するような短い距離で配置された請求
    項１記載の装置。
  4. 【請求項４】前記光照射系（１００）が、陰極線管、ＬＣＤディスプレイ要
    素、ＴＦＴ−ＬＣＤディスプレイ要素、フィールドエミッションディスプレイ要
    素、エレクトロルミネッセンスディスプレイ要素、プラズマスクリーン、ポリマ
    ーディスプレイ要素、ＬＥＤアレイ、光照射スペイシャルライトモジュレータ（
    ＳＬＭ）、特にディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、真空蛍光ディス
    プレイ（ＶＦＤ）、レーザーアレイ、及びビデオプロジェクターからなる群より
    選択される光照射要素（１５０，１６０）を含む前記請求項のいずれか１項に記
    載の装置。
  5. 【請求項５】前記テストサイト（Ｔ）が少なくとも一つの導電性表面に配置
    され、前記検出系（４００）が各テストサイトとこれが配置された導電性表面と
    の間の電気の伝導を測定するための測定装置（４１０）を含むことを特徴とする
    前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記各テストサイトとこれが配置された導電性表面との間の電
    気の伝導を測定するための測定装置（４１０）が、電流、電荷、電圧または電位
    の測定装置、サイクルボルタメトリー装置、アンペロメトリー装置、または導電
    率測定装置である請求項５記載の装置。
  7. 【請求項７】前記検出系（４００）が、測定系（３００）の光誘導反応を光
    学的に検出するための、特に測定系から発する光を検出するための光学的検出器
    （４５０）を含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記光学的検出器（４５０）が、ＣＣＤ、増感ＣＣＤ、ＣＭＯ
    Ｓカメラ、フォトダイオードアレイ、フォトトランジスターアレイ、及び１また
    はそれ以上の光電子倍増管からなる群より選択されることを特徴とする請求項７
    記載の装置。
  9. 【請求項９】前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、全テストサイトアレ
    イを含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記テストサイト（Ｔ）のサブアレイが、測定系（３００）
    上のサブセットの（一部の）テストサイトのみを含み、該装置がさらに光照射系
    と測定系の相対的移動を容易にする移動手段、特に搬送テーブルまたは可動傾斜
    ミラーを含むことを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】さらに、検出された反応の保存、評価及び表示のためのデー
    タ処理系を含む前記請求項のいずれか１項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】下記の各工程： 試験物質を供給し得るテストサイト（Ｔ）のアレイを含む測定系（３００）であ
    って、各テストサイトが特定のプローブ分子（３２０）を含むものを提供するこ
    と、 テストサイトのサブアレイを光学的に照射するための光照射系（１００）であ
    って、該光照射系（１００）が、該サブアレイの各テストサイト（Ｔ）に、実質
    的にそれのみを照射する光源（Ｂ）が少なくとも一つ割り当てられるように配置
    された独立にアドレス可能な光源（Ｂ）のアレイを含むものを提供すること、 該測定系（３００）に試験物質を供給すること、 該テストサイト（Ｔ）を、予め選択されたパターンで各光源（Ｂ）をアドレス
    することにより光照射すること、及び プローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０）と相互作用している
    テストサイト（Ｔ）を確認すること、を含む、試験物質において有機分子、特に
    生体分子及びポリマーを検出するための方法。
  13. 【請求項１３】前記プローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０
    ）と相互作用しているテストサイト（Ｔ）が、電気化学的方法、特に、電流、電
    荷、電圧または電位の測定、サイクルボルタメトリー、アンペロメトリーまたは
    導電率測定装置により確認される請求項１２記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記テストサイト（Ｔ）が少なくとも一つの導電性表面に配
    置され、前記プローブ分子（３２０）と検出すべき有機分子（３５０）との間で
    生じる反応が、該テストサイトと該導電性表面との間の電気の伝導を測定するこ
    とにより確認される請求項１２または１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】前記プローブ分子（３２０）が検出すべき有機分子（３５０
    ）と相互作用しているテストサイト（Ｔ）が、光学的方法、特にルミネセンスの
    検出により確認される請求項１２記載の方法。
  16. 【請求項１６】複数のテストサイト（Ｔ）を同時に光照射してその光誘導反
    応を調べる、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記各テストサイト（Ｔ）のプローブ分子（３２０）と検出
    すべき該有機分子（３５０）との相互作用の可能性に応じて、光源をアドレスす
    るパターンを選択し、相互作用の可能性が低い場合には、多数のテストサイト（
    Ｔ）を同時に照射し、相互作用の可能性が高い場合には一または数個のテストサ
    イトのみを同時に照射する請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】隣接するテストサイト（Ｔ）が同時に光照射されることなく
    、及び／または同時に光照射されるテストサイト間の距離が可能な限り大きくな
    るように光源のアドレスパターンを選択する請求項１６または１７記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記テストサイト（Ｔ）を周期的に光照射し、反応の確認を
    、周波数または位相特異的信号処理を用いて行う請求項１２〜１８のいずれか１
    項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】種々のテストサイト（Ｔ）が異なる周波数または位相で周期
    的に光照射され、反応の確認を、周波数または位相特異的信号処理を用いて行う
    請求項１６，１７または１８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】検出された信号を電気的データ処理により、特に該装置の特
    徴的なパラメーターを用いることにより補正を行い得るように評価する請求項１
    ２〜２０のいずれか１項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記テストサイトＴのサブアレイが全テストサイトアレイを
    含む請求項１２〜２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】前記テストサイトＴのサブアレイが、前記測定系（３００）
    上のテストサイトのサブセットのみを含み、前記光照射系（１００）と前記測定
    系（３００）の間の相対的な移動により、該測定系の全てのテストサイトが連続
    的に光照射され、光誘導反応が調べられる請求項１２〜２１記載の方法。
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