JP2005121489A

JP2005121489A - バイオアッセイ装置及び方法

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Publication number: JP2005121489A
Application number: JP2003356975A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ishibashi; 義人石橋; Takuo Yamamoto; 拓郎山本; Hiroshi Yubi; 啓由尾
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-10-16
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】複数の検査を同時に行うとともにこれらを合わせて解析する際に、その解析を効率よく迅速に行い、且つ、データ管理を確実に行ってデータの取り間違いや紛失を無くす。
【解決手段】診断システム１は、バイオアッセイ用基板１０上で標的物質と検出物質とを生化学反応させるとともに、その解析を行う。診断システム１は、複数の基板１０が挿入されるとともに、それぞれ異なる環境でバイオアッセイを行う複数のバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎと、各バイオアッセイ装置３の検出結果を解析する解析装置５とを備えている。解析装置５は、基板１０に保持されている検出物質の基板間の関連性、又は、滴下した標的物質の基板間の関連性に応じて、各基板１０から得られた解析結果の関連付けを行い、その結果に基づき診断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばバイオアッセイ用基板を用いて物質間相互反応処理を行うバイオアッセイ装置に関するものである。例えば検出用のヌクレオチド鎖（プローブ）が保持された基板に、標的ヌクレオチド鎖（ターゲット）を含む溶液を供給することによってハイブリダイゼーション反応を起させて反応生成物を生成し、反応生成物を蛍光発色させて反応結果を解析するバイオアッセイ装置及び方法に関するものである。

現在、マイクロアレイ技術によって所定のＤＮＡが微細配列されたいわゆるＤＮＡチップ又はＤＮＡマイクロアレイ（以下、「ＤＮＡチップ」と総称する。）と呼ばれるバイオアッセイ用の集積基板が、遺伝子の変異解析、ＳＮＰｓ（一塩基多型）分析、遺伝子発現頻度解析等に利用されており、創薬、臨床診断、薬理ジェノミクス、法医学その他の分野において広範囲に活用され始めている。

ＤＮＡチップは、ガラスやシリコン等の基板上にＤＮＡオリゴ鎖やｃＤＮＡ（Complementary DNA）等の検出用のＤＮＡ（ＤＮＡプローブ）が配置されており、ハイブリダイゼーション等の分子間相互作用を利用したＤＮＡ解析を行うことができる。また、ＤＮＡチップは、多種、多数のプローブＤＮＡが１つの基板上に配置されているため、網羅的なＤＮＡ解析を行うことができる。

ＤＮＡチップによる解析手法の一例を簡単に説明すると、ガラス基板やシリコン基板上に固相化されたＤＮＡプローブに対して、細胞、組織等から抽出したｍＲＡＮを逆転写ＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）反応等によって蛍光プローブｄＮＴＰを組み込みながらＰＣＲ増幅し、前記基板上においてハイブリダイゼーションを行い、所定の検出器で蛍光測定を行うという手法である。

ここで、ＤＮＡチップは二つのタイプに分類できる。第１のタイプは、半導体露光技術を応用したフォトリソグラフィーの技術を用いて、所定の基板上に直接オリゴヌクレオチドを合成していくものであり、アフィメトリクス社（Affimetrix社）によるものが代表的である（例えば、特許文献１参照。）。この第１のタイプのＤＮＡチップは、集積度は高いが、基板上でのＤＮＡ合成には限界があって、数十塩基程度の長さである。第２のタイプは、「スタンフォード方式」とも称されるもので、先割れピンを用いて、予め用意されたＤＮＡを基板上に分注、固相化していくことによって作成されるものである（例えば、特許文献２参照。）。このタイプのＤＮＡチップは、集積度は前者に比べて低いが、１ｋｂ程度のＤＮＡ断片を固相化できると言う利点がある。

特表平４−５０５７６３号公報特許第３２７２３６５号公報

ところで、上記した従来のＤＮＡチップ技術を用いた解析装置では、一度に検査できるのは一検体のみという制約があった。即ち、複数の臓器から採取されたｍＲＮＡ量を解析するには、ｍＲＮＡを混ぜることができないために、２つのＤＮＡチップと２台の検査装置又は２つのＤＮＡチップを順番に検査装置にかける必要があった。２つのＤＮＡチップを順番に１つの検査装置にかける場合、ＤＮＡチップを入れ替える際に内部を洗浄する必要があった。

このため、解析した結果データを検査者がデータファイル、保存メディアなどの形態で収集し、これを合わせて解析しなくてはならないという手間がかかるだけでなく、データを取り違えたり紛失したりする問題が発生する可能性があった。また、同様に、１つの臓器から一定時間間隔を経て抽出されたｍＲＮＡを比較する場合や、投薬前後の変化を検出する際にも、同様の問題が発生する可能性があった。

さらに、同一検体に対して、発現ｍＲＮＡ量の解析、ＳＮＰｓ解析、プロテイン解析を同時に行い、その関連性を調べるような場合にも、複数台の検査装置が必要となり、同様の問題が発生する可能性があった。

本発明は、複数の検査を行うとともにこれらを合わせて解析する際に、その解析を効率よく迅速に行うことができ、且つ、データ管理を確実に行ってデータの取り間違いや紛失を無くすることができるバイオアッセイ装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係るバイオアッセイ装置は、バイオアッセイ用基板上で標的物質と検出物質とを生化学反応させ、当該生化学反応の検出を行うバイオアッセイ装置であって、上記検出物質を保持する保持部と、当該保持部により保持された上記検出物質と上記標的物質とを相互反応させる反応空間とを有する反応部が１又は複数設けられているバイオアッセイ用基板を複数枚装着する装着手段と、上記装着手段により装着された複数のバイオアッセイ用基板の反応空間に対し、上記標的物質を供給する供給手段と、上記供給手段により上記反応空間に供給された上記標的物質と、上記保持部に保持された上記検出物質との相互反応を行う反応手段と、上記反応手段により行われた上記標的物質と上記検出物質の上記相互反応を検出する検出手段と、上記検出手段により検出された上記相互反応を解析する解析手段とを備え、上記供給手段は、複数のバイオアッセイ用基板毎に、互いに異なる標的物質を供給可能とされており、上記解析手段は、上記バイオアッセイ用基板に保持されている検出物質の基板間の関連性、又は、上記供給手段により供給された標的物質の基板間の関連性に応じて、各基板から得られた解析結果の関連付けを行うことを特徴とする。

上記供給手段を、上記バイオアッセイ用基板における上記反応空間に、上記標的物質を滴下するようにしてもよい。

上記装着手段を、上記複数のバイオアッセイ用基板を装着するための、１又は複数の装着口を有し、上記複数のバイオアッセイ用基板を、上記検出物質及び上記反応物質の相互作用を行う場所へ装着するようにしてもよい。

上記標的物質と上記検出物質の相互反応を行う反応環境を、上記複数のバイオアッセイ用基板毎に設定する反応制御手段をさらに備え、少なくとも１の当該反応環境を他の当該反応環境とは異なる反応環境としてもよい。

上記バイオアッセイ用基板に上記反応部における上記相互反応の反応環境の設定条件を記録し、上記反応制御手段が、上記バイオアッセイ用基板から上記設定条件を読み出し、読み出した設定条件に応じた反応環境で相互反応をさせるようにしてもよい。

複数のバイオアッセイ用基板のうちの少なくとも１つの基板を、他の基板に保持されている検出物質と異なる検出物質を保持するようにしもよい。

上記複数のバイオアッセイ用基板は、検出物質としてｍＲＮＡを検出するｍＲＮＡ検出基板、ｃＤＮＡを検出するｃＤＮＡ検出基板、ＳＮＰを検出するＳＮＰ検出基板、ＤＮＡマーカを検出するＤＮＡマーカ検出基板、プロテインを検出するプロテイン検出基板のいずれかで構成し、少なくとも２種類以上のバイオアッセイ用基板を用いるようにすることができる。

各バイオアッセイ用基板は、互いに共通の検出物質を少なくとも保持し、上記供給手段は、バイオアッセイ用基板毎に異なる標的物質を供給するようにしてもよい。

供給手段は、各バイオアッセイ基板に対して、同一の人又は同一の生物の異なる臓器又は部位から採取された標的物質を供給できるようにすることができる。

供給手段は、各バイオアッセイ基板に対して、同一の人又は同一の生物の異なる臓器又は部位から所定の時間間隔を空けて採取された標的物質を供給できるようにすることができる。

供給手段は、各バイオアッセイ基板に対して、同一の人又は同一の生物の異なる臓器又は部位に対して外的要因を与える前及び後に臓器又は部位から採取された標的物質を供給できるようにすることができる。

外的要因は、薬剤の投薬とすることができる。

本発明に係るバイオアッセイ方法は、バイオアッセイ用基板上で標的物質と検出物質とを生化学反応させ、当該生化学反応の検出を行うバイオアッセイ方法であって、上記検出物質を保持する保持部と、当該保持部により保持された上記検出物質と上記標的物質とを相互反応させる反応空間とを有する反応部が１又は複数設けられているバイオアッセイ用基板を複数枚装着し、装着された複数のバイオアッセイ用基板の反応空間に対し、複数のバイオアッセイ用基板毎に互いに異なる標的物質を供給し、上記反応空間に供給された上記標的物質と、上記保持部に保持された上記検出物質との相互反応を行い、上記標的物質と上記検出物質の上記相互反応結果を検出し、検出された上記相互反応結果を解析し、上記バイオアッセイ用基板に保持されている検出物質の基板間の関連性、又は、上記供給手段により供給された標的物質の基板間の関連性に応じて、各基板から得られた解析結果の関連付けを行うことを特徴とする。

本発明に係るバイオアッセイ装置及び方法では、複数のバイオアッセイ用基板を用いて同時に複数の物質間相互反応処理を行う。この際に、バイオアッセイ用基板に保持されている検出物質に複数の基板間で関連性を持たせるか、又は、バイオアッセイ用基板に滴下する標的物質に複数の基板間で関連性を持たせ、物質間相互反応の結果をその関連性に応じて関連付けて検査を行う。

このことにより本発明に係るバイオアッセイ装置及び方法では、複数の検査を行うとともにこれらを合わせて解析する際に、その解析を効率よく迅速に行うことができ、データの取り間違いや紛失を無くすることができる。

本発明を実施するための最良の形態として、人間の臓器又は所定の部位から検出した物質を、バイオアッセイ用基板を用いて解析を行い、その解析結果に基づき病気等の診断を行う診断システムについて説明をする。

（システム全体構成）
図１に、診断システム１の機能ブロック図を示す。

診断システム１は、図１に示すように、バイオアッセイ用基板１０を取り込む基板取り込み機構２と、複数のバイオアッセイ装置３（３-１〜３-ｎ）と、環境設定部４と、解析装置５とを備えている。

ここで、「バイオアッセイ」とは、例えばハイブリダイゼーション等の物質間の相互反応に基づく生化学的分析を意味している。

基板取り込み機構２は、外部から挿入されたバイオアッセイ基板１０を取り込んで、各バイオアッセイ装置３に搬送する機構である。バイオアッセイ装置３は、一枚のバイオアッセイ用基板１０が内部に装着され、その基板１０を用いてバイオアッセイ処理を行い、その処理結果を検出する装置である。環境設定部４は、各バイオアッセイ装置３の内部環境を設定する装置である。解析装置５は、複数のバイオアッセイ装置３から検出された複数の反応結果に基づき、検査対象となっている被検者の病気等の診断等を行う。

診断システム１では、以上の各装置が１つの筐体内に組み込まれて使用がされる。以下、診断システム１内の各部の説明をさらに詳細に行う。

（バイオアッセイ用基板）
図２は、バイオアッセイ用基板１０の平面（図２（Ａ））及び断面（図２（Ｂ））を模式的に示したものである。

バイオアッセイ用基板１０は、例えば、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＤ（Mini-Disc）等の光情報記録媒体に用いられる円板状の基板（ディスク）の材料により形成されている。例えば、石英ガラスやシリコン、ポリカーボネート、ポリスチレンその他の円盤状に成形可能な合成樹脂、好ましくは射出成形可能な合成樹脂によって形成される。なお、安価な合成樹脂基板を用いることで、従来のガラスチップに比して低ランニングコストを実現できる。

バイオアッセイ用基板１０は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＤ等の光情報記録媒体に用いられる円板状の基板（ディスク）と同様の主面が円形の平板状の形状を呈している。また、バイオアッセイ用基板１０の中心には、中心孔１２が形成されている。中心孔１２には、当該バイオアッセイ用基板１０がバイオアッセイ装置に装着されたときに、当該バイオアッセイ用基板１０を保持及び回転させるためのチャッキング機構が挿入される。

バイオアッセイ用基板１０の円形の主面は、図２（Ａ）に示すように、半径方向に同心円状に形成された記録領域１３及び反応領域１４の２つの領域に分けられている。本例では、記録領域１３が内周側に位置し、反応領域１４が外周側に位置している。記録領域１３が外周側に位置し、反応領域１４が内周側に位置してもよい。記録領域１３は、光ディスク情報記録媒体と同様に、レーザ光を照射して光学的に情報の記録再生がされる領域である。反応領域１４は、検出物質（例えば、プローブＤＮＡである検出用ヌクレオチド鎖）と標的物質（例えばサンプルＤＮＡである標的ヌクレオチド鎖）との相互反応の場となる領域（例えばハイブリダイゼーション反応の場）である。

ここで、上記「標的物質」及び「検出物質」は、例えば、ヌクレオチド鎖、ペプチド、タンパク質、脂質、低分子化合物、リボソーム等の生体物質である。なお、「ヌクレオチド鎖」とは、プリン又はピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオチドのリン酸エステルの重合体を意味し、ＤＮＡプローブを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチドが重合したＤＮＡ（全長あるいはその断片）、逆転写により得られるｃＤＮＡ（ｃＤＮＡプローブ）、ＲＮＡ等を広く含む。

バイオアッセイ用基板１０の層構造は、図２（Ｂ）に示すように、情報層１５と反応層１６とから形成されている。ここでは、情報層１５が下層、反応層１６が上層に位置するものとする。また、バイオアッセイ用基板１０の反応層１６側の表面を上面１１ａ、情報記録層１５側の表面を下面１１ｂというものとする。

情報層１５には、記録領域１３に対応する平面領域に、例えばピットや相変化材料等のレーザ光が照射されることによりデータの再生又は記録再生がされる信号記録膜１７が形成されている。このような信号記録膜１７は、ＣＤ、ＤＶＤ、ＭＤ等の光ディスクと同様のディスク作成方法により形成することができる。

信号記録膜１７は、バイオアッセイ用基板１０の下面１１ｂ側からレーザ光を照射することにより、信号の再生又は記録再生がされる。また、情報層１５は、反応結果の検出時に照射される励起光及び制御光、並びに、反応結果の検出時に蛍光標識剤から発光される蛍光の波長を透過する材料により形成されている。なお、励起光、制御光及び蛍光については詳細を後述する。

反応層１６は、図３に示すように、下層側から（すなわち情報層１５側から）、基板層２０と、透明電極層２１と、固相化層２２と、ウェル形成層２３とから形成された層構造となっている。

基板層２０は、詳細を後述する励起光及び制御光並びに蛍光の波長の光を透過する材料である。例えば、基板層２０は、石英ガラス、シリコン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の材料で形成されている。

透明電極層２１は、基板層２０上に形成された層である。透明電極層２１は、例えばＩＴＯ（インジウム-スズ-オキサイド）等の光透過性があり且つ導電性を有する材料から形成されている。透明電極層２１は、基板層２０上に例えばスパッタリングや電子ビーム蒸着等により例えば２５０ｎｍ程度の厚さに成膜される形成される。

固相化層２２は、透明電極層２１上に形成された層である。固相化層２２は、検出物質（例えばプローブＤＮＡである検出ヌクレオチド鎖）を固相化させるための材料から形成されている。本例では、固相化層２２は、例えばシランにより表面修飾可能なＳｉＯ２が、例えばスパッタリングや電子ビーム蒸着により例えば５０ｎｍ程度の厚さに成膜された層となっている。

ウェル形成層２３は、固相化層２２上に形成された層である。ウェル形成層２３は、検出物質と標的物質との間の物質間相互反応がされる空間である（例えばプローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとの間のハイブリダイゼーション反応を起させる空間である）複数のウェル１８が形成された層である。ウェル１８では、タンパク質−タンパク質間、ヌクレオチド鎖−ヌクレオチド鎖間（ＤＮＡ−ＤＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡ、ＲＮＡ−ＲＮＡの双方を含む。また、ＤＮＡの代わりにＰＮＡ（Peptide Nucleic Acid）を用いても良い）、タンパク質−ヌクレオチド鎖（二本鎖を含む。）間の相互反応、その他の高分子間の相互反応、高分子と低分子の相互反応、及び、低分子間の相互反応等の各種の相互反応が行われる。また、例えば、反応空間で２本鎖ヌクレオチドの相互反応を行う場合には、転写因子であるホルモンレセプター等のレセプター分子と応答配列ＤＮＡ部分の結合等を行わせることができる。ウェル１８は、バイオアッセイ用基板１０の上面１１ａが開口したくぼみ状となっており、標的物質（例えばサンプルＤＮＡ）が含まれた溶液等が滴下されたときにその溶液を保留することができる程度の深さ及び大きさとなっている。例えば、ウェル１８は、開口部が１００μｍ四方の大きさに形成され、深さが５μｍ程度とされて、底面２４に固相化層２２が露出している。このようなウェル形成層２３は、例えば、固相化層２２上に感光性ポリミイドをスピンコート等で５μｍ程度の厚さに塗布し、塗布した感光性ポリミイドを所定のパターンでフォトマスクを用いて露光及び現像することで形成される。

さらに、ウェル１８は、検出物質（例えばプローブＤＮＡ）を内部に固定化できるように、その底面部２４（固相化層２２が露出した部分）に対して表面処理がされている。例えば、ウェル１８は、一端が官能基により修飾されたプローブＤＮＡが底面２４に結合するように、当該底面２４が官能基により表面修飾されている。例えば、ウェル１８は、図４に示すように、ＯＨ基２６を有するシラン分子２７により、底面２４（ＳｉＯ２から形成されている固相化層２２）が表面修飾されている。このため、ウェル１８の底面２４には、例えばＮＣＯ基で一端が修飾されたプローブＤＮＡを結合させることができる。このようにウェル１８の底面２４にプローブＤＮＡの一端を結合させることができると、図５に示すように、底面２４から垂直方向に鎖が伸びるように、プローブＤＮＡ（Ｐ）を結合させることができる。

なお、ウェル１８の底面２４にプローブＤＮＡを固定化する方法としては、上述した方法の他に、ストレプトアビジンによって底面２４を表面修飾し、一端がビオチンにより修飾されたヌクレオチド鎖を結合してもよい。また、ヌクレオチド鎖の末端に磁気ビーズを取り付け、裏面から磁石等で当該ヌクレオチド鎖を一時的に固定するようにして、底面２４に固定化してもよい。また、バイオアッセイ用基板１０では、図２に示すように、複数のウェル１８が、主面の中心から外周方向に放射状に向かう複数の列上に、例えば４００μｍ程度の間隔で等間隔に並んで配置されている。ただし、ここでは、ウェル１８が形成される平面領域は、反応領域１４の範囲である。

また、ウェル１８外からウェル１８の内部領域に検出物質を供給する手段は、ウェル１８に対して検出物質を滴下するのみならず、どのような手段を用いてもよい。例えば、基板１０の中心部から各ウェル１８に液体を輸送する輸送路を形成し、中心部から輸送路を用いて毛細管現象や遠心力を利用して各ウェルまで輸送する方法や、ウェル１８にゲルを注入するような方法を用いてもよい。

また、バイオアッセイ用基板１０には、バイオアッセイ用基板１０の下面１１ｂ側からレーザ光を照射することにより読み取り可能なアドレスピット１９が形成されている。アドレスピット１９は、バイオアッセイ用基板１０の平面上における各ウェル１８の位置を特定するための情報である。アドレスピット１９から情報を光学的に読み取ることによって、複数存在するウェル１８のうち、現在レーザ光を照射している位置の１つのウェル１８がどれであるかを特定することが可能となる。このようなアドレスピット１９が設けてあることによって、後述する滴下装置による溶液の滴下位置の制御や、対物レンズによる蛍光検出位置の特定を行うことができる。

以上のようなバイオアッセイ用基板１０では、円板状に形成されているため、光ディスクシステムと同様の再生システムを利用することにより、レーザ光のフォーカシング位置を制御するためのフォーカシングサーボ制御、半径方向に対するレーザ光の照射位置や滴下装置による滴下位置の制御のための位置決めサーボ制御、並びに、アドレスピット１９の情報検出処理をすることができる。つまり、アドレスピット１９に記録してある情報内容と、そのアドレスピット１９の近傍にあるウェル１８とを対応させておくことにより、アドレスピット１９の情報を読み出すことで、特定の１つのウェル１８に対してのみレーザ光を照射して蛍光が発光しているウェル１８の位置を特定したり、特定の１つのウェル１８の位置と滴下装置との相対位置を制御して、その特定の１つのウェル１８に対して溶液を滴下したりすることができる。

また、ウェル１８は、特に放射状に配置しなくてもよいが、主面の中心から外周方向に放射状に向かう複数の列上に配置することによって、基板スペースを有効に利用でき、反応部の集積密度を高めることができる。

また、ウェル１８と他のウェル１８との間は、バッファ溶液中で相互反応をさせる際に、互いにコンタミネーションしないように区画がされている。なお、上記ウェル内の相互反応は液相中で行われる場合だけではなく、ゲル中での相互反応も含み、物質間の相互反応は、ハイブリダイゼーションのみならず、抗体抗原反応やホルモン応答反応等であってもよい。

また、１つ１つのウェル１８毎、又は、複数のウェル１８で１つのグループにグルーピングされた単位毎に、異なる検出物質（例えばプローブＤＮＡ）を保持し（すなわち、同一のグループ内では同一のプローブＤＮＡが保持され）、それぞれのグループ毎に独立の条件を設定してハイブリダイゼーションを行う。このことにより、例えば、疾病発症のマーカ遺伝子を基板上にグルーピングして固定することが可能となり、これにより、一つの基板を用いて、同時に複数の疾病の発現状況を確認することができる。また、融解温度Ｔｍ（Melting Temperature）又はＧＣ（Guanine-Cytosine）含有率の違いに基づいて、固定化する検出用ヌクレオチド鎖をグルーピングしておくことも可能となる。これにより、アクティブなハイブリダイゼーション反応が得られるバッファ組成、濃度等の反応条件、洗浄条件、滴下するサンプル溶液濃度等を、検出用ヌクレオチド鎖の性質に応じてきめ細かく選択することが可能となるので、解析作業において偽陽性又は偽陰性が示される危険性を格段に減少させることができる。

また、さらに、バイオアッセイ用基板１０では、バイオアッセイ用の物質間の相互反応をさせる領域（ウェル１８）とともに、光ディスクと同様に各種の情報の記録再生を行う信号記録膜１７が形成されており、円板状に形成した基板をより有用且つ多様的に利用することが可能となる。

例えば、バイオアッセイ用基板１０に、「バイオアッセイの環境設定情報」、「バイオアッセイ用基板１０の動作制御に関する情報」等を記録することができる。

バイオアッセイの環境設定情報としては、当該基板に対してバイオアッセイを行う場合の、湿度、温度、反応時間等の設定情報である。バイオアッセイ用基板１０の動作制御に関する情報の具体例としては、例えば、バイオアッセイ用基板１０を用いてＤＮＡの解析を行う際の検査プログラム、その検査に必要な各種のデータ、検査プログラムのアップデート情報、当該バイオアッセイ用基板１０や解析装置の取り扱い説明書、検査処理の手順等を記録する。

以上のようなバイオアッセイ用基板１０では、例えば、ヌクレオチド鎖をプローブとして固着した場合では、励起光を反応領域に照射し、その蛍光を検出することにより、バイオアッセイ処理の反応結果を検出ことができる。人等から採取されたｍＲＮＡはＲＴ−ＰＣＲを経てｃＤＮＡに変換、増殖され、このｃＤＮＡを含む生体物質を滴下手段でＤＮＡチップに滴下するとともに、インターカレータ（SYBR Green、Pico Greenなど）等の標識物質も滴下する。インターカレータは、プローブとｃＤＮＡがハイブリダイゼーションを起して二本鎖を形成した、その二本鎖塩基間の水素結合中に挿入されるように取り込まれる。これにより、インターカレータを含まない二本鎖ヌクレオチド鎖からの蛍光波長に比べ、長波長側に蛍光波長がシフトし、かつ、蛍光強度と二本鎖ヌクレオチド鎖に取り込まれたインターカレータの量との間には相関関係があるので、この相関関係に基づいて、定量的な検出が可能となる。検出された蛍光強度は、プローブと相補的なｃＤＮＡがどの程度あるか示しており、所定の閾値と比較することでプローブと相補的なｃＤＮＡが「ある」「ない」「多い」「少ない」などの状態に分離できる。

なお、プローブとして使われるヌクレオチド鎖は、補足するｃＤＮＡ内配列の内、他の想定されるいかなるｃＤＮＡともハイブリしない特異的な配列となるように構成することが好ましく、その長さやＣＧ（Cytosine-Guanine）含有量など最適と思われる条件を実験や経験を通して確定していくことが好ましい。

（基板取り込み機構、及び、同時使用される複数の基板）
つぎに、基板取り込み機構２について説明をする。

基板取り込み機構２は、複数のバイオアッセイ用基板１０を取り込んで、取り込んだバイオアッセイ用基板１０を複数のバイオアッセイ装置３（３-１〜３-ｎ）に搬送する機構である。

基板取り込み機構２としては、１つの挿入口に複数枚を順次挿入するシングルドライブ形式、複数の挿入口を備えるマルチドライブ形式、複数枚のＤＮＡチップを保持できるカートリッジを１つの挿入口から挿入するカートリッジ形式のいずれの方式であってもよい。

図６（Ａ）にシングルドライブ形式を採用した場合の診断システム１の筐体の正面から見た模式的な図を示し、図６（Ｂ）に側面側から見た模式的な図を示す。シングルドライブ形式を採用した場合、診断システム１の基板取り込み機構２としては、バイオアッセイ用基板１０が挿入される１個の挿入口３０と、挿入された基板１０を排出するためのボタンである１個の排出ボタン３１と、挿入口３０から挿入された基板１０を複数のバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎに搬送するためのｎ個の搬送路３２-１〜３２-ｎとから構成される。このようなシングルドライブ形式を採用した場合には、１つの挿入口３０に対して複数の基板１０を順次挿入し、ｎ個の搬送路３２-１〜３２-ｎが順次挿入された複数の基板１０を複数のバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎに順番に搬送していく。

図７（Ａ）にマルチドライブ形式を採用した場合の診断システム１の筐体の正面から見た模式的な図を示し、図７（Ｂ）に側面側から見た模式的な図を示す。マルチドライブ形式を採用した場合、診断システム１の基板取り込み機構２としては、バイオアッセイ用基板１０が挿入されるｎ個の挿入口３０-１〜３０-ｎと、挿入された基板１０を排出するためのボタンであるｎ個の排出ボタン３１-１〜３１-ｎと、挿入口３０-１〜３０-ｎから挿入された基板１０を対応するバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎに搬送するｎ個の搬送路３２-１〜３２-ｎとから構成される。このようなマルチドライブ形式を採用した場合には、複数のバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎのそれぞれに対応して基板１０の挿入口が設けられることとなる。

図８（Ａ）にカートリッジ形式を採用した場合の診断システム１の筐体の正面から見た模式的な図を示し、図８（Ｂ）に側面側から見た模式的な図を示す。カートリッジ形式を採用した場合、複数の基板１０が１つのカートリッジ３４内に収納される。診断システム１の基板取り込み機構２としては、カートリッジ３４が装填されるカートリッジ挿入口３５と、装填されたカートリッジを排出するためのボタンである排出ボタン３６と、カートリッジ３４に収納されている複数の基板１０を全て取り出して、それぞれを対応するバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎに搬送するｎ個の搬送路３７-１〜３７-ｎとから構成される。このようなカートリッジ形式を採用した場合には、カートリッジ３４から基板１０を一枚一枚取り出して対応したバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎに装着し、また、バイオアッセイ装置３-１〜３-ｎに装着されている基板１０がカートリッジ３４内に戻される。

また、診断システム１に同時に挿入される複数の基板１０について説明をする。

診断システム１では、バイオアッセイ用基板として、ｍＲＮＡ検出基板、ｃＤＮＡ検出基板、ＳＮＰ検出基板、ＤＮＡマーカ検出基板、プロテイン検出基板のいずれか２種類以上を同時に用いて、バイオアッセイ処理を行うようにされている。

ｍＲＮＡ検出基板、ｃＤＮＡ検出基板は、既に説明したようにプローブとしてオリゴヌクレオチド鎖やＰＮＡを用い、ｍＲＮＡやｃＤＮＡとプローブをハイブリダイゼーションさせ、そこにインターカレータを適用して蛍光強度を検出し、ｍＲＮＡやｃＤＮＡの配列を決定したり、その存在量を定量観測するというものである。

ＳＮＰ検出基板は、ＳＮＰを含んで特異的な配列を持つヌクレオチド鎖をプローブとする点がｍＲＮＡ検出基板やｃＤＮＡ検出基板と異なるだけである。例えば、ＡＣＧＴＣＡＣ（Ａ）ＣＣＴＧＡＧＴ、ＡＣＧＴＣＡＣ（Ｃ）ＣＣＴＧＡＧＴ、ＡＣＧＴＣＡＣ（Ｇ）ＣＣＴＧＡＧＴ、ＡＣＧＴＣＡＣ（Ｔ）ＣＣＴＧＡＧＴという４つのプローブを用いることで、（）内のＳＮＰを検出することが可能である。

ＤＮＡマーカ検出基板でも、ＤＮＡマーカを含むヌクレオチド鎖をプローブとすればＳＮＰ検出基板と同様に処理できる。ＤＮＡマーカとは、ＳＮＰｓ、マイクロサテライト、ミニサテライト、ＲＦＬＰｓ（Restriction Fragment Length Polymorphism：制限酵素断片長多型）のことであり、個人によりパターンに多型を持つものを言う。ミニサテライトは３０塩基数程度の繰り返し、マイクロサテライトは数塩基の繰り返しをなすもので、その繰り返し回数に多型を持っている。ＲＦＬＰは、制限酵素により切断できる部位に多型をもつものである。

なお、ＳＮＰｓ検出基板やＤＮＡマーカ検出基板ではプローブの数が膨大になるため（人の遺伝子数は約４万と言われているが、ＳＮＰは１０の６乗個以上、ミニサテライトで１０の４乗個以上と言われている）、一つのＤＮＡチップにプローブを載せきらない場合が考えられる。そのため、比較用のコントロールプローブを同一にし、複数の基板に分けてプローブを搭載するようにしてもよい。

プロテイン検出基板は、既に説明してきたように、反応領域内の反応を表面プラズモン共鳴原理や水晶発振子等の原理を用いて観察・分析し、抗体抗原反応やホルモン応答反応等の物質間相互反応の分析を行うものである。これにより、例えば、プローブに二本鎖ヌクレオチドを用い、転写因子であるホルモンレセプター等のレセプター分子と応答配列ＤＮＡ部分の結合等を分析することができる。

これらの異なる生体物質を検出する基板を複数用いることで、ｍＲＮＡ又はｃＤＮＡから発現遺伝子量を解析し、ＳＮＰｓ、ＤＮＡマーカで個人を特定したり、変異遺伝子の場所を特定し、プロテイン解析により、複数のタンパク質の関連性を解析するなど、統合的な解析が可能となる。言い換えれば、今までは個別のｍＲＮＡの存在量からのみ検査、診断をしていたのに対し、発現しているタンパク質の内、複数のタンパク質の複合的な反応を検出できることになる。

また、診断システム１では、複数のバイオアッセイ用基板１０に保持されるプローブの種類が同じになるように構成されている。例えば、人の臓器や部位で共通して発現するハウスキーピング遺伝子が、異なる臓器や部位でどのように発現しているか検査するために、複数の基板に同じハウスキーピング遺伝子用プローブを搭載する。このような基板を複数用いることで、各臓器・部位での発現遺伝子状況を一括して検査、比較することができるようになる。

また、同一検体（患者、マウス等）、同一臓器（部位）から生体物質（抽出したｍＲＮＡ、ｍＲＮＡからＲＴ−ＰＣＲにより増幅されたｃＤＮＡ、抽出したタンパク質等）を採取する際に、予め定めた時間間隔を置いて２回以上採取し、上記複数の基板を用いて一括して検査、比較することもできる。これにより、遺伝子発現量の経時変化を追跡し、病状の経過をたどることができるようになる。

更にまた、同一検体（患者、マウス等）、同一臓器（部位）から生体物質（抽出したｍＲＮＡ、ｍＲＮＡからＲＴ−ＰＣＲにより増幅されたｃＤＮＡ、抽出したタンパク質等）を複数回採取する際に、例えば１回目と２回目の採取の間に、外的要因を与える。外的要因としては、ストレス、光、におい、食事、投薬などが考えられる。これにより、外的要因を与える前後での遺伝子発現量の変化を検出し、外的要因と発現遺伝子の因果関係を検査することができるようになる。

（環境設定部）
つぎに、環境設定部４について説明をする。

環境設定部４は、バイオアッセイ用基板１０からデータを読み出すデータ読出部と、複数のバイオアッセイ装置３に対して温度、湿度の設定を行う設定制御部とを備えている。データ読出部は、バイオアッセイ用基板１０の記録領域１３に記録されているその基板１０に対する諸所の環境条件を、バイオアッセイ装置３から読み出す処理部である。読み出される環境条件は、例えば、ハイブリダイゼーションを行う温度や、反応中に保持しなければならない湿度等である。

設定制御部は、バイオアッセイ用基板１０から読み出した湿度や温度に合わせて、バイオアッセイ装置内の作業領域内の環境を制御する部分である。例えば、設定制御部は、図９に示すように、バイオアッセイ装置３内のバイオアッセイ基板１０に対してバイオアッセイを行う空間領域の温度湿度を保持するために、その空間を外部から遮蔽する遮蔽部４１と、遮蔽部４１内の空間を加湿するための加湿器４２と、遮蔽部４１内の空間を昇温するヒータ４３と、遮蔽部４１内の空間を冷却する冷却板４４と、遮蔽部４１内の空間の温度及び湿度を検出するセンサ４５と、センサ４５から検出された温度及び湿度と設定されている温度及び湿度の差に基づき、上記加湿器４２、ヒータ４３及び冷却板４４を制御するコントローラ４６とを備えている。

このような設定制御部は、複数のバイオアッセイ装置３のそれぞれに備えられている。従って、診断システム１では、複数のバイオアッセイ用基板１０に対して、それぞれ独立の環境によりバイオアッセイをさせることができる。

なお、環境設定部４は、温度や湿度の他に要望される反応環境を保持する機能を適宜持たせて良い。また、データ読出部は、ユーザ外部から環境条件を入力するための入力手段で置き換えるように簡略化しても良い。

また、このような環境設定部により空間を遮蔽した場合、ターゲット等が含まれた各種溶液を、バイオアッセイ用基板１０に滴下することが困難となる。そのため、診断システム１では、図９に示すように、遮蔽部４１の外部から、遮蔽部４１内の貯留部やノズル（詳細後述）に溶液を注入する流路４７が設けられている。流路４７は、図１０に示すように、筐体外部に設けられた溶液注入器具取り付け部４８に接続される。溶液注入器具取り付け部４８には、検体（患者、マウス等）から採取した生体物質（抽出したｍＲＮＡ、ｍＲＮＡからＲＴ−ＰＣＲにより増幅されたｃＤＮＡ、抽出したタンパク質等）が注入される溶液注入器４９が接続され、この溶液注入器４９により流路４７に溶液が注入される。溶液注入器４９は、例えば、図１１（Ａ）に示すような、漏斗状の溶液注入器４９-Ａや、図１１（Ｂ）に示すようなシリンダとピストンを用いた溶液注入器４９-Ｂである。例えば、注射器で採取した人の血液を保持するスピッツを遠心分離器にかけ、血漿成分を分離して、リンパ球成分からＤＮＡを抽出する。そして、このＤＮＡを含むバッファ溶液を溶液注入器４９-Ａ等に滴下する。

溶液注入器４９から流れ込んだＤＮＡを含む溶液は、流路４７を経て、ノズルからバイオアッセイ用基板１０に滴下される。
なお、異なる標的物質を１つのバイオアッセイ用基板１０に同時に滴下できるように、溶液注入器具取り付け部４８や、流路４７、滴下部５３を複数組備えるようにしてもよい。

（バイオアッセイ装置）
つぎに、バイオアッセイ装置３-１〜３-ｎについて説明をする。なお、診断システム１には、複数のバイオアッセイ装置３-１〜３-ｎが備えられているが、全て同一構造となっている。

バイオアッセイ装置３は、図１２に示すように、バイオアッセイ用基板１０を保持して回転をさせるディスク装着部５２と、ハイブリダイゼーションのための各種溶液を貯留するとともにバイオアッセイ用基板１０のウェル１８にその溶液を滴下する滴下部５３と、バイオアッセイ用基板１０のウェル１８から励起光を検出するための励起光検出部５４と、上記の各部の管理及び制御を行う制御/サーボ部５５と、バイオアッセイ用基板１０の信号記録膜１７に対して信号の記録再生を行う記録再生部５６とを備えている。なお、図１２では図示していないが、ディスク装着部５２、滴下部５３及び励起光検出部５４が、上述した遮蔽部４１内に配置されている。

ディスク装着部５２は、バイオアッセイ用基板１０の中心孔１２内に挿入して当該バイオアッセイ用基板１０を保持するチャッキング機構６１と、チャッキング機構６１を駆動することによりバイオアッセイ用基板１０を回転させるスピンドルモータ６２と有している。ディスク装着部５２は、上面１１ａ側が上方向となるようにバイオアッセイ用基板１０を水平に保持した状態で、当該バイオアッセイ用基板１０を回転駆動する。

滴下部５３は、試料溶液Ｓを貯留する貯留部６５と、貯留部６５内の試料溶液Ｓをバイオアッセイ用基板１０に滴下する滴下ヘッド６４とを有している。滴下ヘッド６４は、水平に装着されたバイオアッセイ用基板１０の上面１１ａの上方に配置されている。さらに、滴下ヘッド６４は、図２記載のバイオアッセイ用基板１０のアドレスピット１９から読み出される位置情報及び回転同期情報に基づいてバイオアッセイ用基板１０との相対位置を半径方向に制御し、プローブ（例えばプローブＤＮＡ）、ターゲット（例えばターゲットＤＮＡ）又は蛍光標識剤を含有する試料溶液Ｓを所定のウェル１８に正確に追従して滴下する構成とされている。なお、上述した流路４７は、貯留部６５に接続され、外部から溶液Ｓが注入される。また、貯留部６５を設けずにそのまま滴下ヘッド６４に接続された構成であってもよい。励起光検出部５４は、光学ヘッド７０を有している。光学ヘッド７０は、水平に装着されたバイオアッセイ用基板１０の下方側、すなわち、下面１１ｂ側に配置されている。光学ヘッド７０は、例えば、図示していないスレッド機構等により、バイオアッセイ用基板１０の半径方向に移動自在とされている。

光学ヘッド７０は、対物レンズ７１と、対物レンズ７１を移動可能に支持する２軸アクチュエータ７２と、導光ミラー７３とを有している。対物レンズ７１は、その中心軸がバイオアッセイ用基板１０の表面に対して略垂直となるように２軸アクチュエータ７２に支持されている。従って、対物レンズ７１は、バイオアッセイ用基板１０の下方側から入射された光束を当該バイオアッセイ用基板１０に対して集光することができる。２軸アクチュエータ７２は、バイオアッセイ用基板１０の表面に対して垂直な方向、及び、バイオアッセイ用基板１０の半径方向の２方向に対物レンズ７１を移動可能に支持している。２軸アクチュエータ７２を駆動することにより、対物レンズ７１により集光された光の焦点を、バイオアッセイ用基板１０の表面に対して垂直な方向及び半径方向に移動させることができる。従って、この光学ヘッド７０では、光ディスクシステムにおけるジャストフォーカス制御並びに位置決め制御と同様の制御を行うことができる。

導光ミラー７３は、光路Ｘ上に対して４５°の角度で配置されている。光路Ｘは、励起光Ｐ、蛍光Ｆ、制御光Ｖ及び反射光Ｒが、光学ヘッド７０に対して入射及び出射する光路である。導光ミラー７３には、励起光Ｐ及び制御光Ｖが光路Ｘ上から入射される。導光ミラー７３は、励起光Ｐ及び制御光Ｖを反射して９０°屈折させて、対物レンズ７１に入射する。対物レンズ７１に入射された励起光Ｐ及び制御光Ｖは、当該対物レンズ７１により集光されてバイオアッセイ用基板１０に照射される。また、導光ミラー７３には、蛍光Ｆ及び制御光Ｖの反射光Ｒが、バイオアッセイ用基板１０から対物レンズ７１を介して入射される。導光ミラー７３は、蛍光Ｆ及び反射光Ｒを反射して９０°屈折させて、光路Ｘ上に出射する。なお、光学ヘッド７０をスレッド移動させる駆動信号及び２軸アクチュエータ７２を駆動する駆動信号は、制御/サーボ部５５から与えられる。

また、励起光検出部５４は、励起光Ｐを出射する励起光源７４と、励起光源７４から出射された励起光Ｐを平行光束とするコリメータレンズ７５と、コリメータレンズ７５により平行光束とされた励起光Ｐを光路Ｘ上で屈折させて導光ミラー７３に照射する第１のダイクロックミラー７６とを有している。

励起光源７４は、蛍光標識剤を励起可能な波長のレーザ光源を有する発光手段である。励起光源７４から出射される励起光Ｐは、ここでは波長が４０５ｎｍのレーザ光である。なお、励起光Ｐの波長は、蛍光標識剤を励起できる波長であればどのような波長であってもよい。コリメータレンズ７５は、励起光源７４から出射された励起光Ｐを平行光束にする。第１のダイクロックミラー７６は、波長選択性を有する反射鏡であり、励起光Ｐの波長の光のみを反射して、蛍光Ｆ及び制御光Ｖ（その反射光Ｒ）の波長の光を透過する。第１のダイクロックミラー７６は、光路Ｘ上に４５°の角度を持って挿入されており、コリメータレンズ７５から出射された励起光Ｐを反射して９０°屈折させ、導光ミラー７３に励起光Ｐを照射している。

また、励起光検出部５４は、蛍光Ｆを検出するアバランジェフォトダイオード７７と、蛍光Ｆを集光する集光レンズ７８と、光学ヘッド７０から光路Ｘ上に出射された蛍光Ｆを屈折させてアバランジェフォトダイオード７７に照射する第２のダイクロックミラー７９とを有している。

アバランジェフォトダイオード７７は、非常に感度の高い光検出器であり、微弱な光量の蛍光Ｆを検出することが可能である。なお、アバランジェフォトダイオード７７により検出する蛍光Ｆの波長は、ここでは４７０ｎｍ程度である。また、この蛍光Ｆの波長は、蛍光標識剤の種類により異なるものである。集光レンズ７８は、アバランジェフォトダイオード７７上に蛍光Ｆを集光するためのレンズである。第２のダイクロックミラー７９は、光路Ｘ上に４５°の角度を挿入されているとともに、導光ミラー７３側から見て第１のダイクロックミラー７６の後段に配置されている。従って、第２のダイクロックミラー７９には、蛍光Ｆ、制御光Ｖ及び反射光Ｒが入射し、励起光Ｐは入射しない。第２のダイクロックミラー７９は、波長選択性を有する反射鏡であり、蛍光Ｆの波長の光のみを反射して、制御光Ｖ（反射光Ｒ）の波長の光を透過する。第２のダイクロックミラー７９は、光学ヘッド７０の導光ミラー７３から出射された蛍光Ｆを反射して９０°屈折させ、集光レンズ７８を介してアバランジェフォトダイオード７７に蛍光Ｆを照射する。

アバランジェフォトダイオード７７では、このように検出した蛍光Ｆの光量に応じた電気信号を発生し、その電気信号を制御/サーボ部５５に供給する。

また、励起光検出部５４は、制御光Ｖを出射する制御光源８０と、制御光源８０から出射された制御光Ｖを平行光束とするコリメータレンズ８１と、制御光Ｖの反射光Ｒを検出するフォトディテクト回路８２と、非点収差を生じさせてフォトディテクト回路８２に対して反射光Ｒを集光するシリンドリカルレンズ８３と、制御光Ｖと反射光Ｒとを分離する光セパレータ８４とを有している。

制御光源８０は、例えば７８０ｎｍの波長のレーザ光を出射するレーザ光源を有する発光手段である。なお、制御光Ｖの波長は、アドレスピット１９が検出でき、且つ、信号記録膜１７に対して情報の記録及び再生ができる波長に設定されている。さらに、制御光Ｖの波長は、励起光Ｐ及び蛍光Ｆの波長と異なった波長に設定されている。このような波長であれば、制御光Ｖの波長は、７８０ｎｍに限らずどのような波長であってもよい。コリメータレンズ８１は、制御光源８０から出射された制御光Ｖを平行光束にする。平行光束とされた制御光Ｖは光セパレータ８４に入射される。

フォトディテクト回路８２は、反射光Ｒを検出するディテクタと、検出した反射光Ｒからフォーカスエラー信号、位置決めエラー信号、及び、アドレスピット１９の再生信号、並びに、信号記録膜１７の再生信号を生成する信号生成回路とを有している。反射光Ｒは、制御光Ｖがバイオアッセイ用基板１０で反射して生成された光であるので、その波長は、制御光と同一の７８０ｎｍである。

なお、光学ヘッド７０によりバイオアッセイ用基板１０の反応領域１４（外周側の領域）にレーザ光を照射している場合、フォーカスエラー信号は、対物レンズ７１により集光された光の合焦位置とバイオアッセイ用基板１０の反応層１６との位置ずれ量を示すエラー信号となり、位置決めエラー信号は、所定のウェル１８の位置と焦点位置とのディスク半径方向に対する位置ずれ量を示す信号となる。光学ヘッド７０によりバイオアッセイ用基板１０の記録領域３（内周側の領域）にレーザ光を照射している場合、フォーカスエラー信号は、対物レンズ７１により集光された光の合焦位置と信号記録膜１７との位置ずれ量を示すエラー信号となり、位置決めエラー信号は、信号記録膜１７のトラック位置と焦点位置とのディスク半径方向に対する位置ずれ量を示す信号となる。

アドレスピット１９の再生信号は、反応領域１４（外周側の領域）にレーザ光を照射している場合のみに検出され、バイオアッセイ用基板１０に記録されているアドレスピット１９に記述されている情報内容を示す信号である。この情報内容を読み出すことにより、現在、制御光Ｖを照射しているウェル１８を特定することができる。

信号記録膜１７の再生信号は、記録領域１３（内周側の領域）にレーザ光を照射している場合のみに検出され、信号記録膜１７のトラックに記録されている情報内容を示す信号である。

フォトディテクト回路８２は、反射光Ｒに基づき生成されたフォーカスエラー信号、位置決めエラー信号及びアドレスピット１９の再生信号を制御/サーボ部５５に供給する。

シリンドリカルレンズ８３は、フォトディテクト回路８２上に反射光Ｒを集光するとともに非点収差を生じさせるためのレンズである。このように非点収差を生じさせることによりフォトディテクト回路８２によりフォーカスエラー信号を生成させることができる。

光セパレータ８４は、偏向ビームスプリッタからなる光分離面８４ａと１/４波長板８４ｂにより構成されている。光セパレータ８４では、１/４波長板８４ｂの逆側から入射された光を光分離面８４ａが透過し、その透過光の反射光が１/４波長板８４ｂ側から入射された場合には光分離面８４ａが反射する機能を有している。光セパレータ８４は、光分離面８４ａが光路Ｘ上に４５°の角度を挿入されているとともに、導光ミラー７３側から見て第２のダイクロックミラー７９の後段に配置されている。従って、光セパレータ８４では、コリメータレンズ８１から出射された制御光Ｖを透過して光学ヘッド７０内の導光ミラー７３に対してその制御光Ｖを入射させているとともに、光学ヘッド７０の導光ミラー７３から出射された反射光Ｒを反射することにより９０°屈折され、シリンドリカルレンズ８３介してフォトディテクト回路８２に反射光Ｒを照射する。

制御/サーボ部５５は、励起光検出部５４により検出されたフォーカスエラー信号、位置決めエラー信号及びアドレスピット１９の再生信号に基づき、各種のサーボ制御を行う。

反応領域１４（外周側の領域）にレーザ光を照射している場合には、制御/サーボ部５５は、フォーカスエラー信号に基づき光学ヘッド７０内の２軸アクチュエータ７２を駆動して対物レンズ７１とウェル１８との間の間隔を制御し、位置決めエラー信号に基づき光学ヘッド７０内の２軸アクチュエータ７２を駆動して対物レンズ７１とウェル１８との半径方向の位置関係を制御し、アドレスピット１９の再生信号に基づき光学ヘッド７０のスレッド移動制御を行って光学ヘッド７０を所定の半径位置に移動する。

記録領域１３（内周側の領域）にレーザ光を照射している場合には、制御/サーボ部５５は、フォーカスエラー信号に基づき光学ヘッド７０内の２軸アクチュエータ７２を駆動して対物レンズ７１と信号記録膜１７との間の間隔を制御し、位置決めエラー信号に基づき光学ヘッド７０内の２軸アクチュエータ７２を駆動して対物レンズ７１と信号記録膜１７の記録トラックとの半径方向の位置関係を制御する。

記録再生部５６は、情報記録層１７に記録されているデータの再生信号の復調及び復号処理を行ってデータを出力するとともに、情報記録層１７に記録する記録データの符号化及び変調を行う。記録再生部５６は、再生時には、励起光検出部５４から出力された再生信号が入力され、復調及び復号したデータを出力する。また、記録再生部５６は、記録時には、記録データが入力され、符号化及び変調がされたデータを励起光検出部５４に供給して、制御光Ｖを出射する制御光源８０を駆動する。

以上のような構成のバイオアッセイ装置３では、バイオアッセイを行う場合には、次のような動作を行う。

バイオアッセイ装置３は、バイオアッセイ用基板１０を回転させながら、図１３に示すようにウェル１８上にサンプルが含有した溶液を滴下し、プローブとサンプルとを相互反応（例えばハイブリダイゼーション）させる。また、相互反応処理の済んだバイオアッセイ用基板１０上に蛍光標識剤Ｍ（例えばインターカレータ）を含んだバッファ溶液を滴下して、相互反応が行われた部分を蛍光標識する。

バイオアッセイ装置３は、蛍光標識された後のバイオアッセイ用基板１０を回転させ、励起光Ｐを当該バイオアッセイ用基板１０の下面１１ｂ側から入射させてウェル１８内の蛍光標識剤に照射し、その励起光Ｐに応じてその蛍光標識剤から発生した蛍光Ｆをバイオアッセイ用基板１０の下方から検出する。

ここで、バイオアッセイ装置３では、励起光Ｐと制御光Ｖとを同一の対物レンズ７１を介してバイオアッセイ用基板１０に照射している。そのため、バイオアッセイ装置３では、制御光Ｖを用いたフォーカス制御、位置決め制御並びにアドレス制御を行うことによって、励起光Ｐの照射位置、すなわち、蛍光Ｆの発光位置を特定することが可能となり、その蛍光の発光位置からサンプルＤＮＡと結合したプローブＤＮＡを特定することができる。

また、以上のような構成のバイオアッセイ装置３では、データの記録及び再生時には、次のような動作を行う。

バイオアッセイ装置３は、励起光Ｐの出射を停止して、制御光Ｖのみを出射する。そして、バイオアッセイ用基板１０を回転させながらサーボ制御を行い、信号記録膜１７上のトラックに対して、データの記録又は再生を行う。

また、特に、ＤＮＡ解析を行う場合の動作について説明する。

まず、バイオアッセイ装置３により、アドレスピット１９に基づく位置制御を行いながらバイオアッセイ用基板１０を回転させ、滴下ヘッド６４から、一端がＮＣＯ基等で修飾されたプローブＤＮＡが含有した溶液を所定のウェル１８に対して滴下する。このとき、１つのバイオアッセイ用基板１０に対して、複数種類のプローブＤＮＡが滴下する。だたし、１つのウェル１８内には１種類のプローブＤＮＡが入るようにする。なお、各ウェル１８にいずれの種類のプローブＤＮＡを滴下するかは、予めウェルとプローブＤＮＡとの対応関係を示す配置マップ等を信号記録膜１７から読み出しておくか、図示せぬネットワーク接続部を用いて情報収集しておき、その配置マップに基づき滴下制御する。

続いて、バイオアッセイ用基板１０の上面１１ａ側から、電極をウェル１８内の溶液に挿入して、１ＭＶ/ｍ、１ＭＨｚ程度の交流電界を各ウェル１８に印加する。このように交流電界を印加すると、プローブＤＮＡがバイオアッセイ用基板１０に対して垂直方向に伸張するとともに、プローブＤＮＡをバイオアッセイ用基板１０に垂直方向に移動させて、予め表面修飾処理がされた底面１４に対して、プローブＤＮＡの修飾端を結合させ、ウェル１８内にプローブＤＮＡを固相化（固定化）することができる（Masao Washizu and Osamu Kurosawa:“Electrostatic Manipulation of DNA in Microfabricated”，IEEE Transaction on Industrial Application Vol.26,No26,P.1165-1172(1900) 参照）。

以上のプローブＤＮＡの製造は、通常ＤＮＡチップメーカが行う。診断システム１のユーザは、既にプローブＤＮＡが固相化されたバイオアッセイ用基板１０の購入を行い、以下の処理を行う。

バイオアッセイ装置３に対してプローブＤＮＡが固相化されているバイオアッセイ用基板１０を装着する。続いて、アドレスピット１９に基づく位置制御を行いながらバイオアッセイ用基板１０を回転させ、滴下ヘッド６４からサンプルＤＮＡが含有した溶液をバッファ塩を含む溶液とともに各ウェル１８に滴下する。

続いて、サンプルＤＮＡの滴下後、ウェル１８内を数十度に加熱し、加熱した状態のまま１ＭＶ/ｍ、１ＭＨｚ程度の交流電界（又は、パルス電界）を印加する。このような処理をすると、サンプルＤＮＡとプローブＤＮＡとが垂直方向に伸張して立体障害の少ない状態となるとともに、サンプルＤＮＡがバイオアッセイ用基板１０に対して垂直方向に移動する。この結果、互いの塩基配列が対応したサンプルＤＮＡとプローブＤＮＡとが同一のウェル１８内にある場合には、それらがハイブリダイゼーションを起す。

続いて、ハイブリダイゼーションを起させた後に、バイオアッセイ装置３により、蛍光標識剤であるインターカレータをバイオアッセイ用基板１０のウェル１８内に滴下する。インターカレータは、図１４に示すように、ハイブリダイゼーションを起したプローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとの二重らせんの間に挿入して結合する。

続いて、バイオアッセイ装置３により、制御光Ｖを用いてフォーカスサーボ制御及び位置決めサーボ制御並びにアドレス制御を行いながらバイオアッセイ用基板１０を回転させ、励起光Ｐを所定のウェル１８に照射する。この励起光Ｐの照射とともに、アドレス情報を検出しながら蛍光Ｆが発生しているか否かを検出する。

続いて、バイオアッセイ装置３は、バイオアッセイ用基板１０上の各ウェル１８の位置と蛍光Ｆの発光の強度に応じた測定値を計算し、その結果及び撮像イメージをバイオアッセイ用基板１０の信号記録膜１７に記録して保存する。続いて、その測定値から標的物質の有無を判別し、検出結果を例えばディスクイメージ上の判別マップ等にした状態で解析装置５に送出する。

（解析装置）
つぎに、解析装置５について説明をする。

解析装置５には、複数のバイオアッセイ装置３のそれぞれから反応結果が入力され、これら反応結果を解析し、その解析結果に基づき検査対象となっている被検者の病気等の診断等を行う。また、バイオアッセイ用基板１０毎に得られた解析結果やその診断結果を、互いに関連性付けてさらなる解析をしたり、互いに関連性付けてそれらの保存をしたりする。

図１５に解析装置５の構成図を示す。解析装置５は、各バイオアッセイ装置３-１〜３-ｎの反応結果を検出する検出部１０１と、バイオアッセイ用基板１０のＩＤを検出するＩＤ検出部１０２と、検出部１０１からの解析結果に基づき生体情報を生成する生体情報生成部１０３と、病状（病名、患者の外見上の変化、血液検査結果、診断結果）に関する情報等が入力される病状入力部１０４と、関連化部１０５、解析結果生成部１０６とを備えている。検出部１０１は、バイオアッセイ用基板１０での反応結果（例えば標的物質の有無、ディスクイメージ状の判別マップ、蛍光強度）を各バイオアッセイ装置３から受信し、その反応結果から発現遺伝子名や発現遺伝子量、検出ＳＮＰｓ配列（情報）、生成タンパク質名や生成タンパク質量等を検出する。検出部１０１は、予め、バイオアッセイ用基板１０から、プローブ（検出物質）の配置情報を読み出し、どのディスク上のどのアドレスにどのような遺伝子（ＳＮＰｓ、タンパク質）を検出する物質が搭載されているか把握している。そのため、ディスクイメージ状の判別マップ等の反応結果を分析することで、発現遺伝子名、発現遺伝子量、検出ＳＮＰｓ配列、生成タンパク質名、生成タンパク質量を検出することができる。

ＩＤ検出部１０２は、バイオアッセイ用基板１０の記録領域から読み出された基板ＩＤ（基板毎にユニークなＩＤ）を、各バイオアッセイ装置３から受信する。なお、基板ＩＤは、半導体メモリに記録してあるもの、物理的な傷、その他基板固有のＩＤとして利用できるものであればどのようなものを用いてもかまわないが、その際の読み出し手段は適宜変更するものとする。

生体情報生成部１０３は、検出部１０１の解析結果から、生体情報（例えば変異遺伝子配列情報、ＳＮＰｓ情報、発現遺伝子情報（ｍＲＮＡの存在の有無や発現量、局在情報）、生成タンパク質情報（タンパク質の存在の有無や発現量、局在情報））を生成する。生体情報生成部１０３は、生成した生体情報を所定のファイル形式にフォーマット化して、保存、検索、参照できるデータ形態に加工する。例えば、発現遺伝子名、発現量、添付画像等をＸＭＬ等の書式に従って加工する。

病状入力部１０４は、キーボード、マウス、バーコード付き入力帳（病名や症状にバーコードを関連づけたノート状の冊子で、バーコードスキャナでバーコードを読み込むことで病名や症状を取り込む）などを用い、外部から人手を使って病状等を入力する手段である。病状入力部１０４は、外部からデータ入力できる手段であればどのような手段であってもよい。病状とは、病名、患者の外見上の変化、血液検査結果、診断結果など、病気に関連する一連の情報である。

関連化部１０５は、生体情報が生体情報生成部１０３から供給されるとともに、その生体情報を検出したバイオアッセイ用基板１０の基板ＩＤがＩＤ検出部１０２から供給される。また、関連化部１０５には、病状入力部１０４から病状が供給される。関連化部１０５は、基板ＩＤと、生体情報と、病状を取り込み、基板ＩＤに対して生体情報及び病状を関連づける。この結果、基板ＩＤから生体情報や病状が検索できるようなる。これらは、例えば商用のＤＢソフト（Ｏｒａｃｌｅ等）を使用し、基板ＩＤに対して生体情報及び病状を結びつけるようにしても良いし、ハードディスクに独自フォーマットで関連づけて管理するようにしても良い。

解析結果生成部１０６は、複数のバイオアッセイ用基板１０の記録領域や図示せぬ情報記録領域に登録されているバイオアッセイ基板毎の生体情報間の相関関係を演算し、その関連性と病状とを関連づけた解析結果を出力する。

（解析方法）
次に、解析結果生成部１０６で行われる診断方法（又は検査方法）を具体的に説明する。

診断システム１には、通常２枚以上のバイオアッセイ用基板１０を装着できる構造となっている。このため、プローブの搭載密度は低いが、安価な基板を用いることができる。この場合、各基板にはコントロール用の共通プローブが保持され、他は各基板間で相異なるプローブが保持され、これらを同時に用いて統合的にデータ処理することで、プローブ搭載密度の高い、高価な基板を用いたものと同じ効果を得ることができる。なお、共通プローブを用いる理由は、基板毎に反応環境や読み出し精度、滴下量などが微妙に異なってしまうため、同じプローブに対しても検出できる蛍光強度が異なるのが一般的である。このため、共通プローブに対する蛍光強度で正規化する必要があるからである。

次に、診断システム１では、ｍＲＮＡ検出基板、ｃＤＮＡ検出基板、ＳＮＰ検出基板、プロテイン検出基板を同時に用いることができるように構成されている。ｍＲＮＡ検出基板を用いれば、標的物質中のｍＲＮＡを直接検出することができる。ｃＤＮＡ検出基板を用いれば、生体物質中のｍＲＮＡからＲＴ−ＰＣＲなどの手法を用いて増幅したｃＤＮＡを検出でき、結果として標的物質中のｃＤＮＡからｍＲＮＡを間接的に検出することができる。また、ＳＮＰ検出基板を用いれば、検体から採取したＤＮＡからＳＮＰ配列を検出できる。更に、プロテイン検出基板を用いれば、ｍＲＮＡから生成されたタンパク質の種類と量を正確に測定することができる（一般的に、ｍＲＮＡの全てがタンパク質に変換されるわけではない）。

これら、種類の異なる基板を同時に測定に用いることで、例えば、肥満で心臓病になっている患者の場合、ＳＮＰ検出基板で例えば肥満に関連する遺伝子を検出し、これによりｃＤＮＡ検出基板で検出された肥満により引き起こされる病気に関連する遺伝子群を注視し、プロテイン検出基板で実際の生成タンパク質量を注視する。つまり、肥満遺伝子の検出を前提として、これに誘発される各種病気を想定して発現遺伝子に注目し、実際に生成されるタンパク質を解析することで、見逃しがちであった病気と遺伝子、タンパク質との関係を明確にすることができる。

次に、診断システム１には、同一の２枚以上のバイオアッセイ用基板１０も装着できる構造となっており、比較検査が容易にできるようになっている。このため、同一の発現遺伝子であっても、臓器や部位で発現量が異なる遺伝子を一括して検査することができる。これにより、発現遺伝子の局在情報を取得したり、個人差による発現量を考慮することができる。例えば、通常は胃でしか発現しない遺伝子が腸でも検出されていたりした場合、腸で発現した遺伝子による発病の予知、予防、治療に活かすことができたり、複数の臓器で発現した発現量の多い又は少ない遺伝子などを統合的に解析し、因果関係を調べることができる。胆嚢で発現している遺伝子Ａの量が少ないため、腸で発現している遺伝子Ｂの量が多くなっているなどの解析である。また、通常の人に比べ、全般的に多め・少な目に発現する遺伝子量を、平均発現量などで正規化するなどにより容易に基準値と比較することもできるようになる。

また、通常は、病院で臓器、血液等から生体物質（標的物質）が採取され、検査担当部署や検査専門会社（以下、検査部門とする）で検査されることが多い。このため、同一人から一定の時間を空けて採取された生体物質は、一括して検査部門で検査されることとなる。本バイオアッセイ装置を用いれば、一括して送付されてきた生体物質を同時に検査することができ、読み出されたデータの取り違えや時間による検査誤差を防止することができるようになる。更にまた、同一人に外的要因を与えた前後での採取生体物質も同様に検査することができる。外的要因としては、薬剤の投与、ストレス、光、におい、食事等があげられ、例えば、外的要因が薬剤であれば薬剤の効能を発現ｍＲＮＡ量から判定することができるようになる。また、ストレスと病気の関係、ストレスとホルモン分泌量との関係、光（特に太陽光）による時計遺伝子の変動量、体内リズムやホルモン分泌量の変化、食事の前後での消化酵素の増減、におい、音などによるホルモン分泌量の変化などを一括して検査することができる。

以上のように種類の異なる複数の基板を同時に測定するとともに、これら複数の基板間で測定内容に関連性を付けておく。このことにより、一括して測定を行うのみならず、複数基板間で得られた結果の比較解析を行うことができ、多面的な検査を行うことが可能となる。

なお、本発明では光磁気ディスクを用いた円盤状のＤＮＡディスクを説明してきたが、形状は適宜適した形（例えば正方形、長方形、楕円形）にしても良い。また、データ記録層として光磁気ディスクを用いた例を示していたが、所定の記録機能を有する磁気記録テープ、半導体メモリ（EEPROMやFRAM、MRAMなど）、印刷技術などを差し障りのない範囲で使用できるものとする。また、各手段においては、可能な範囲でソフトウェアで実装したり、ハードウェアで構成したりすることができるものとする。また、通信するためのプロトコル（ＦＴＰなど）やフォーマット（ファイルフォーマット、データ格納形式）などは実現可能な範囲で任意とする。

本発明が適用された診断システムのブロック構成図である。バイオアッセイ用基板の平面図及び断面図である。上記バイオアッセイ用基板のＤＮＡ層の層構造を示す断面図である。ウェルの底面に修飾されるＯＨ基を有するシラン分子を示す図である。ウェルの底面に結合したプローブＤＮＡを示す図である。シングルドライブ型の基板取り込み機構の構成を示す図である。マルチドライブ型の基板取り込み機構の構成を示す図である。カートリッジ型の基板取り込み機構の構成を示す図である。環境設定部の設定制御部の構成を示す図である。溶液の注入口を示す図である。溶液の注入部材を示す図である。ハイブリダイゼーション装置を示す図である。ウェルに対して溶液を滴下している動作を示す図である。プローブＤＮＡとサンプルＤＮＡとの二重らせん内に蛍光標識剤が挿入されている状態を示す図である。解析装置のブロック構成図を示す図である。

符号の説明

１診断システム、２基板取り込み機構、３バイオアッセイ装置、４環境設定部、５解析装置、１０バイオアッセイ用基板

Claims

バイオアッセイ用基板上で標的物質と検出物質とを生化学反応させ、当該生化学反応の検出を行うバイオアッセイ装置において、
上記検出物質を保持する保持部と、当該保持部により保持された上記検出物質と上記標的物質とを相互反応させる反応空間とを有する反応部が１又は複数設けられているバイオアッセイ用基板を複数枚装着する装着手段と、
上記装着手段により装着された複数のバイオアッセイ用基板の反応空間に対し、上記標的物質を供給する供給手段と、
上記供給手段により上記反応空間に供給された上記標的物質と、上記保持部に保持された上記検出物質との相互反応を行う反応手段と、
上記反応手段により行われた上記標的物質と上記検出物質の上記相互反応を検出する検出手段と、
上記検出手段により検出された上記相互反応を解析する解析手段とを備え、
上記供給手段は、複数のバイオアッセイ用基板毎に、互いに異なる標的物質を供給可能とされており、
上記解析手段は、上記バイオアッセイ用基板に保持されている検出物質の基板間の関連性、又は、上記供給手段により供給された標的物質の基板間の関連性に応じて、各基板から得られた解析結果の関連付けを行うこと
を特徴とするバイオアッセイ装置。
上記供給手段は、上記バイオアッセイ用基板における上記反応空間に、上記標的物質を滴下すること
を特徴とする請求項１に記載のバイオアッセイ装置。
上記装着手段は、上記複数のバイオアッセイ用基板を装着するための、１又は複数の装着口を有し、上記複数のバイオアッセイ用基板を、上記検出物質及び上記反応物質の相互作用を行う場所へ装着すること
を特徴とする請求項１に記載のバイオアッセイ装置。
上記標的物質と上記検出物質の相互反応を行う反応環境を、上記複数のバイオアッセイ用基板毎に設定する反応制御手段をさらに備え、
少なくとも１の当該反応環境は、他の当該反応環境とは異なる反応環境であること
を特徴とする請求項１記載のバイオアッセイ装置。
上記バイオアッセイ用基板には、上記反応部における上記相互反応の反応環境の設定条件が記録されており、
上記反応制御手段は、上記バイオアッセイ用基板から上記設定条件を読み出し、読み出した設定条件に応じた反応環境で相互反応をさせること
を特徴とする請求項４記載のバイオアッセイ装置。
複数のバイオアッセイ用基板のうちの少なくとも１つの基板は、他の基板に保持されている検出物質と異なる検出物質を保持していること
を特徴とする請求項１記載のバイオアッセイ装置。
上記複数のバイオアッセイ用基板は、検出物質としてｍＲＮＡを検出するｍＲＮＡ検出基板、ｃＤＮＡを検出するｃＤＮＡ検出基板、ＳＮＰを検出するＳＮＰ検出基板、ＤＮＡマーカを検出するＤＮＡマーカ検出基板、プロテインを検出するプロテイン検出基板のいずれかで構成され、少なくとも２種類以上のバイオアッセイ用基板を用いること
を特徴とする請求項６記載のバイオアッセイ装置。
各バイオアッセイ用基板は、互いに共通の検出物質を少なくとも保持し、
上記供給手段は、バイオアッセイ用基板毎に異なる標的物質を供給すること
を特徴とする請求項１記載のバイオアッセイ装置。
上記供給手段は、各バイオアッセイ用基板に対して、同一の人間又は生物の異なる臓器又は部位から採取された標的物質を供給すること
を特徴とする請求項８記載のバイオアッセイ装置。
上記供給手段は、各バイオアッセイ用基板に対して、同一の人間又は生物の同一臓器又は部位から所定の時間間隔を空けて採取された標的物質を供給すること
を特徴とする請求項８記載のバイオアッセイ装置。
上記供給手段は、各バイオアッセイ用基板に対して、同一の人間又は生物の同一臓器又は部位に対して外的要因を与える前及び後に当該臓器及び部位から採取された標的物質を供給すること
を特徴とする請求項８記載のバイオアッセイ装置。
上記外的要因は、薬剤の投与によるものであること
を特徴とする請求項１１記載のバイオアッセイ装置。
バイオアッセイ用基板上で標的物質と検出物質とを生化学反応させ、当該生化学反応の検出を行うバイオアッセイ方法において、
上記検出物質を保持する保持部と、当該保持部により保持された上記検出物質と上記標的物質とを相互反応させる反応空間とを有する反応部が１又は複数設けられているバイオアッセイ用基板を複数枚装着し、
装着された複数のバイオアッセイ用基板の反応空間に対し、複数のバイオアッセイ用基板毎に互いに異なる標的物質を供給し、
上記反応空間に供給された上記標的物質と、上記保持部に保持された上記検出物質との相互反応を行い、
上記標的物質と上記検出物質の上記相互反応結果を検出し、
検出された上記相互反応結果を解析し、
上記バイオアッセイ用基板に保持されている検出物質の基板間の関連性、又は、上記供給手段により供給された標的物質の基板間の関連性に応じて、各基板から得られた解析結果の関連付けを行うこと
を特徴とするバイオアッセイ方法。