JP2006337153A - Ｄｎａ合成判定装置、核酸タンク装置、ｄｎａチップ装置及びｄｎａ判定システム - Google Patents

Abstract

【課題】任意のＤＮＡのＤＮＡ判定を迅速に実施する。
【解決手段】ＤＮＡ合成判定装置３０は、生体物質５のＤＮＡ判定を行うために、判定用ＤＮＡの情報を記憶する記憶部３５と、ブランクチップ１０を着脱自在に保持するチップ保持機構３１と、核酸タンク２０を着脱自在に保持するタンク保持機構３２と、判定用ＤＮＡをブランクチップ１０に固定するＤＮＡ合成部３７と、生体物質５から被判定用ＤＮＡを抽出するＤＮＡ抽出部３８と、判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡとを反応させる反応部３９と、反応部３９にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを判定する判定部４０と、判定結果を出力する出力部４１とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＤＮＡ判定を行う装置に係り、特に、任意のＤＮＡのＤＮＡ判定を迅速に実施できるＤＮＡ合成判定装置に関する。

近年、ウイルスの発生等を検知するために、ＤＮＡチップ（マイクロアレイ）を用いたＤＮＡ判定が行われている。

具体的には、ＤＮＡチップに固定されたウイルスを判定するための判定用ＤＮＡと、検体の血や爪等の細胞から取り出した被判定用ＤＮＡとのハイブリダイゼーションの反応から、検体がウイルスに感染しているか否かが判定される。

ここで、ウイルスの特徴を表す判定用ＤＮＡ等の配列は、通常は学者等の専門家により分析される。そして、その分析結果に基づいて、アデニン，チミン，シトシン，グアニンの４種類の塩基を含む核酸の試薬から人工的に判定用ＤＮＡが作成される。

なお、判定用ＤＮＡは、電気化学的にＤＮＡを合成して作成することができる（例えば、特許文献１参照）。

また、ハイブリダイゼーションしたＤＮＡを検出する方法として、血や爪等の細胞から取り出した被判定用ＤＮＡに付着した蛍光物質を観察することにより検出する方法がある。

具体的には、図１１に示すような手順により、ハイブリダイゼーションしたＤＮＡを検出する。

まず、判定用ＤＮＡの配列を、予め登録されたＤＮＡのデータ群から検索する（図１１（Ａ））。続いて、検索した判定用ＤＮＡを、チップ（ブランクチップ）９１に固定して、ＤＮＡチップ９２を作成する（図１１（Ｂ），（Ｃ））。この際、大型合成機９３を用いて、化学的に生成された核酸を合成させることにより、ＤＮＡの配列をチップ上に固定する。次に、作成したＤＮＡチップに、検体から取り出した被判定用ＤＮＡを反応させる（図１１（Ｄ））。そして、この反応におけるハイブリダイゼーションを、蛍光検出スキャナー９４で撮影し、撮影されたものをパソコン９５上で確認する（図１１（Ｅ），（Ｆ））。このようにして、ハイブリダイゼーションしたＤＮＡを検出できる。
特表２０００−５１４８０２号公報

しかしながら、上述した蛍光物質を観察する方法は、検体の被判定用ＤＮＡに対して、一度に複数の判定用ＤＮＡとの反応を検査できる利点を有するものではあるが、蛍光物質を観察するために、通常は大掛かりな設備が必要である。また、検出結果が得られるまでに時間を要するものである。

このため、新種のウイルス等のＤＮＡ判定をする場合、新種のウイルス等に対応したＤＮＡチップが製造される前に、ウイルスの感染が広がる状況が起こりうる。

結果として、近年のように新種のウイルスが続々と発見されている状況下では、ウイルスの感染予防の対策が遅れてしまう。換言すれば、任意のＤＮＡに対してＤＮＡ判定が遅れることにより、ウイルスの感染予防が後手になる状況が生じてしまう。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、任意のＤＮＡのＤＮＡ判定を迅速に実施できるＤＮＡ合成判定装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。

請求項１に対応する発明は、判定用ＤＮＡを固定するためのＤＮＡチップ装置と、前記判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸を貯蔵する核酸タンク装置と、前記ＤＮＡチップ装置及び前記核酸タンク装置を着脱自在に保持して、生体物質のＤＮＡ判定を行うＤＮＡ合成判定装置と、前記ＤＮＡ合成判定装置の要求に応じて、判定用ＤＮＡの情報を提供するＤＮＡ情報提供装置とを備えたＤＮＡ判定システムである。

請求項２に対応する発明は、判定用ＤＮＡを固定するためのＤＮＡチップ装置と、前記判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸を貯蔵する核酸タンク装置と、前記ＤＮＡチップ装置及び前記核酸タンク装置を着脱自在に保持して、生体物質のＤＮＡ判定を行うＤＮＡ合成判定装置と、前記ＤＮＡ合成判定装置の要求に応じて、判定用ＤＮＡの情報を提供するＤＮＡ情報提供装置とを備えたＤＮＡ判定システムであって、前記ＤＮＡ合成判定装置は、前記ＤＮＡ情報提供装置から提供される判定用ＤＮＡの情報を取得する取得手段と、前記判定用ＤＮＡの情報に基づき、前記核酸タンク装置に貯蔵された核酸を用いて、判定用ＤＮＡを前記ＤＮＡチップ装置に固定する固定手段と、前記生体物質から被判定用ＤＮＡを抽出する抽出手段と、前記ＤＮＡチップ装置に固定された判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとを反応させる反応手段と、前記反応手段にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを判定する判定手段と、前記判定結果を出力する出力手段とを備えたＤＮＡ判定システムである。

請求項３に対応する発明は、生体物質のＤＮＡ判定を行うためのＤＮＡ合成判定装置であって、前記ＤＮＡ判定のための判定用ＤＮＡの情報を記憶する記憶手段と、前記判定用ＤＮＡが固定されるＤＮＡチップ装置を着脱自在に保持する手段と、前記判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸が貯蔵される核酸タンク装置を着脱自在に保持する手段と、前記判定用ＤＮＡの情報に基づき、前記核酸タンク装置に貯蔵された数種類の核酸を用いて、判定用ＤＮＡを前記ＤＮＡチップ装置に固定する固定手段と、前記生体物質から被判定用ＤＮＡを抽出する抽出手段と、前記ＤＮＡチップ装置に固定された判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとを反応させる反応手段と、前記反応手段にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを、前記記憶手段に記憶された判定用ＤＮＡの情報に基づいて判定する判定手段と、前記判定結果を出力する出力手段とを備えたＤＮＡ合成判定装置である。

請求項４に対応する発明は、請求項３に対応するＤＮＡ合成判定装置において、前記記憶手段に記憶するための判定用ＤＮＡの情報を取得する取得手段を更に備えたＤＮＡ合成判定装置である。

請求項５に対応する発明は、請求項３又は請求項４に対応するＤＮＡ合成判定装置において、前記固定手段は、前記判定用ＤＮＡの情報に基づいて、前記核酸タンク装置に貯蔵された数種類の核酸から判定用ＤＮＡを合成する合成手段と、前記合成手段により合成された判定用ＤＮＡを、前記ＤＮＡチップ装置に固定する手段とを備えたＤＮＡ合成判定装置である。

請求項６に対応する発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に対応するＤＮＡ合成判定装置に用いられる核酸タンク装置において、前記数種類の核酸として、アデニンモノヌクレオチド、グアニンモノヌクレオチド、シトシンモノヌクレオチド、チミンモノヌクレオチドの４種類のヌクレオチドが、個別に貯蔵されたカートリッジを備えた核酸タンク装置である。

請求項７に対応する発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に対応するＤＮＡ合成判定装置に用いられるＤＮＡチップ装置において、前記ＤＮＡチップ装置本体の基板と、前記基板上に形成され、判定用ＤＮＡを固定するための電極と、前記判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションに対応する電流を検出するための検出用回路とを備えたＤＮＡチップ装置である。

請求項８に対応する発明は、請求項７に対応するＤＮＡチップ装置において、前記電極に判定用ＤＮＡを合成するための合成用回路を更に備えたＤＮＡチップ装置である。

請求項９に対応する発明は、請求項７又は請求項８に対応するＤＮＡチップ装置において、前記電極は、金または白金を含むＤＮＡチップ装置である。

請求項１０に対応する発明は、請求項７乃至請求項９のいずれか1項に対応するＤＮＡチップ装置において、前記電極上に、アミノ基を固定したＤＮＡチップ装置である。

＜作用＞
従って、請求項１に対応する発明は、生体物質のＤＮＡ判定を行うＤＮＡ合成判定装置と、前記ＤＮＡ合成判定装置の要求に応じて、判定用ＤＮＡの情報を提供するＤＮＡ情報提供装置とを備えたＤＮＡ合成判定システムであるので、任意のＤＮＡのＤＮＡ判定を迅速に実施することができる。

請求項２に対応する発明は、判定用ＤＮＡを固定するためのＤＮＡチップ装置と、数種類の核酸を貯蔵する核酸タンク装置と、ＤＮＡチップ装置及び核酸タンク装置を着脱自在に保持して、生体物質のＤＮＡ判定を行うＤＮＡ合成判定装置と、ＤＮＡ合成判定装置の要求に応じて、判定用ＤＮＡの情報を提供するＤＮＡ情報提供装置とを備えたＤＮＡ合成判定システムであって、前記ＤＮＡ合成判定装置は、判定用ＤＮＡの情報を取得する取得手段と、核酸タンク装置に貯蔵された数種類の核酸を用いて、判定用ＤＮＡをＤＮＡチップ装置に固定する固定手段と、生体物質から被判定用ＤＮＡを抽出する抽出手段と、判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとを反応させる反応手段と、反応手段にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを判定する判定手段と、判定結果を出力する出力手段とを備えていることにより、ＤＮＡ判定する際に、ＤＮＡチップ装置に任意のＤＮＡを固定することができ、その検体のＤＮＡに対して迅速にＤＮＡ判定することができる。

請求項３に対応する発明は、判定用ＤＮＡの情報を記憶する記憶手段と、ＤＮＡチップ装置を着脱自在に保持する手段と、数種類の核酸が貯蔵される核酸タンク装置を着脱自在に保持する手段と、核酸タンク装置に貯蔵された複数の核酸を用いて、判定用ＤＮＡをＤＮＡチップ装置に固定する固定手段と、生体物質から被判定用ＤＮＡを抽出する抽出手段と、判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとを反応させる反応手段と、反応手段にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを判定する判定手段と、判定結果を出力する出力手段とを備えていることにより、ＤＮＡ判定する際に、ＤＮＡチップ装置に判定用ＤＮＡを固定することができ、生体物質のＤＮＡ判定を迅速に行うことができる。

請求項4に対応する発明は、請求項３に対応する作用に加え、判定用ＤＮＡの情報を取得する取得手段を更に備えた構成により、ＤＮＡ判定する際に、ＤＮＡチップ装置に任意のＤＮＡを固定することができる。

請求項５に対応する発明は、請求項３又は請求項４に対応する作用に加え、固定手段は、核酸タンク装置に貯蔵された複数の核酸から判定用ＤＮＡを合成する合成手段と、合成された判定用ＤＮＡを、ＤＮＡチップ装置に固定する手段とを備えた構成により、判定用ＤＮＡを合成してからＤＮＡチップに固定することができる。これにより、判定用ＤＮＡが固定されたＤＮＡチップを容易に作成できる。

請求項６に対応する発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に対応する作用に加え、前記数種類の核酸として、アデニンモノヌクレオチド、グアニンモノヌクレオチド、シトシンモノヌクレオチド、チミンモノヌクレオチドの４種類のモノヌクレオチドが、個別に貯蔵されたカートリッジを備えた構成により、判定用ＤＮＡを合成するための核酸を容易に補充できる。

請求項７に対応する発明は、請求項３乃至請求項５のいずれか１項に対応する作用に加え、ＤＮＡチップ装置本体の基板と、基板上に形成され、判定用ＤＮＡを固定するための電極と、判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションに対応する電流を検出するための検出用回路とを備えた構成により、ハイブリダイゼーションの状態を電流により検出することができる。

請求項８に対応する発明は、請求項７に対応する作用に加え、電極に判定用ＤＮＡを合成するための合成用回路を更に備えた構成により、電気化学的にＤＮＡの合成を行うことができる。

請求項９に対応する発明は、請求項７又は請求項８に対応する作用に加え、電極は、金または白金を含むので、判定用ＤＮＡに硫黄を付着させておけば、判定用ＤＮＡを電極に容易に固定させることができる。

請求項１０に対応する発明は、請求項７又は請求項９のいずれか１項に対応する作用に加え、電極上に、アミノ基を固定したので、電極上で容易にＤＮＡ合成をすることができる。

本発明によれば、任意のＤＮＡのＤＮＡ判定を迅速に実施できるＤＮＡ合成判定装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

＜第1の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るＤＮＡ判定システムの構成を示す模式図である。なお、本発明において、ＤＮＡが固定されていないＤＮＡチップのことを「ブランクチップ」という。

ＤＮＡ判定システム７０は、生体物質５のＤＮＡ判定を行うために、ブランクチップ１０と、核酸タンク２０と、ＤＮＡ合成判定装置３０と、ＤＮＡ情報提供装置５０とを備える。

ブランクチップ１０は、基板１１上に、電極１２と電気回路１３と接続機構１４とを備え、判定用ＤＮＡが電極１２に固定されることによりＤＮＡチップとして機能するものである。

電極１２は、判定用ＤＮＡが固定される電極である。この電極１２により、判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡとがハイブリダイゼーションした２本鎖ＤＮＡに組み込まれたインターカレータによる電流を、検出することができる。

電気回路１３は、電極１２に電流を流すことにより判定用ＤＮＡを合成するものである。また、判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡとがハイブリダイゼーションして２本鎖ＤＮＡとなった電極を、インターカレータを用いて検出するものである。

接続機構１４は、後述するＤＮＡ合成判定装置３０のチップ保持機構３１と接続するものである。また、チップ保持機構３１と接続すると、ＤＮＡ合成判定装置３０から電力の供給を受け、電気信号の授受が可能となる。

核酸タンク２０は、装着機構２１及び排出機構２２を備え、判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸が貯蔵されるものである。具体的には、アデニンモノヌクレオチド（Ａ）、グアニンモノヌクレオチド（Ｇ）、シトシンモノヌクレオチド（Ｃ）、チミンモノヌクレオチド（Ｔ）の４種類のヌクレオチドが、個別に貯蔵されたカートリッジである。

装着機構２１は、後述するＤＮＡ合成判定装置３０のタンク保持機構３２に装着されるものである。また、タンク保持機構３２に装着されると、ＤＮＡ合成判定装置３０から電力の供給を受け、電気信号の授受が可能となる。これにより、排出機構２２による核酸の排出が制御される。

排出機構２２は、装着機構２１を介し、後述するＤＮＡ合成判定装置３０のＤＮＡ合成部３７からの排出命令に応じて、Ａ、Ｔ、Ｃ、Ｇの核酸を選択的に排出するものである。排出された核酸は、チップ保持機構３２に流出される。

ＤＮＡ合成判定装置３０は、生体物質５のＤＮＡ判定を行うために、チップ保持機構３１、タンク保持機構３２、入力部３３、情報処理部３４、記憶部３５、通信部３６、ＤＮＡ合成部３７、ＤＮＡ抽出部３８、反応部３９、判定部４０及び出力部４１とを備える。

チップ保持機構３１は、ブランクチップ１０を着脱自在に保持する機構を備えるものである。図示しない接続機構を介して、ブランクチップ１０と、電気信号の授受を行う。

また、図示しない洗浄部により、必要に応じてブランクチップ１０が洗浄される。洗浄のタイミングと核酸の流入してくるタイミングとを調整することにより、判定用ＤＮＡを合成することができる。

タンク保持機構３２は、核酸タンク２０を着脱自在に保持する機構を備えるものである。図示しない接続機構を介して、核酸タンク２０と、電気信号の授受を行う。また、核酸タンク２０の排出口から流入した核酸をチップ保持部３１に排出する。

入力部３３は、判定用ＤＮＡの検索情報を入力するものである。また、入力された検索情報を、情報処理部３４に送出する。

情報処理部３４は、入力部３３により入力された検索情報に基づいて、判定用ＤＮＡのデータを記憶部３５から抽出するものである。なお、記憶部３５が該当する判定用ＤＮＡのデータを記憶していない場合、通信部３６を介して、判定用ＤＮＡのデータをＤＮＡ情報提供装置５０から取得し、記憶部３５に記憶する。また、情報処理部３４は、判定用ＤＮＡの配列データを、ＤＮＡ合成部３７に送出する。

さらに、情報処理部３４は、判定用ＤＮＡの判定データを判定部４０に送出する。なお、判定データには、判定用ＤＮＡがハイブリダイゼーションを生じたか否かを判定する際に用いられる電流の閾値等の情報が含まれる。

記憶部３５は、ＤＮＡ判定のための判定用ＤＮＡの情報を記憶するものであり、情報処理部３４により情報の追加・削除等の処理が行われる。なお、ＤＮＡの情報としては、ＤＮＡの配列情報である配列データや前述した判定データが含まれる。

通信部３６は、情報処理部３４の命令に従い、ＤＮＡ情報提供装置５０に判定用ＤＮＡのデータの送信要求をして、そのデータを受信するものである。受信した判定用ＤＮＡのデータは、情報処理部３４を介して、記憶部３５に記憶される。

ＤＮＡ合成部３７は、情報処理部３４から送出された判定用ＤＮＡの配列データに基づき、核酸タンク２０に貯蔵された数種類の核酸を用いて、チップ保持機構３１に保持されたブランクチップ１０の電極１２に、判定用ＤＮＡを固定するものである。判定用ＤＮＡがブランクチップ１０の電極１２に固定された場合には、「判定用ＤＮＡ準備完了通知」を反応部３９に送出する。

ＤＮＡ抽出部３８は、挿入口から生体物質５のサンプルを取り込み、そのサンプルから被判定用ＤＮＡを抽出するものである。被判定用ＤＮＡを抽出した場合、「被判定用ＤＮＡ準備完了通知」を反応部３９に送出する。また、後述する反応部３９からの排出命令に応じて、抽出された被判定用ＤＮＡを、チップ保持機構３１に排出する。

反応部３９は、ブランクチップ１０に固定された判定用ＤＮＡと、抽出部３８により抽出された被判定用ＤＮＡとを反応させるものである。ここでは、ＤＮＡ合成部３７から、判定用ＤＮＡ準備完了通知を受け取ると、ＤＮＡ抽出部３８に被判定用ＤＮＡの排出命令を送出する。ただし、ＤＮＡ抽出部３８から、被判定用ＤＮＡ準備完了通知を受けている場合に限る。

判定部４０は、反応部３９にて被判定用ＤＮＡがチップ保持機構３１に流入された場合、ハイブリダイゼーションが生じたか否かを、情報処理部３４から送出された判定用ＤＮＡの判定データに基づいて判定するものである。

すなわち、検出された電流値が閾値を超えている場合には、ハイブリダイゼーションが生じたと判定して、生体物質５が判定用ＤＮＡを有する物質であると判定する。一方、閾値に満たない場合には、ハイブリダイゼーションは生じなかったと判定して、生体物質５が判定用ＤＮＡを有さない物質であると判定する。

出力部４１は、判定部４０による判定結果を出力するものである。ここでは、液晶等のディスプレイが用いられる。

ＤＮＡ情報提供装置５０は、ＤＮＡ合成判定装置３０からの送信要求に応じて、判定用ＤＮＡのデータを提供するものである。大学等の研究機関から公開されるＤＮＡの配列情報を提供するサーバである。

（ＤＮＡ合成判定装置３０の動作）
次に、本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０の動作を図２のフローチャートを用いて説明する。

始めに、ブランクチップ１０及び核酸タンク２０が、それぞれチップ保持部３１及びタンク保持部３２に装着される（Ｓ１）。また、挿入口から生体物質５のサンプルが挿入される。

次に、ユーザの操作により入力部３３を介して、判定用ＤＮＡの検索情報が入力される（Ｓ２）。

続いて、入力された検索情報が情報処理部３４に送出され、該当する判定用ＤＮＡのデータが記憶部３５に記憶されているか否かが検索される（Ｓ３）。

ここで、判定用ＤＮＡのデータが記憶部３５に記憶されている場合、記憶部３５から判定用ＤＮＡのデータが抽出される（Ｓ３−Ｙｅｓ，Ｓ４）。

一方、判定用ＤＮＡのデータ記憶部３５に記憶されていない場合、通信部３６を介して、外部のＤＮＡ情報提供装置５０に判定用ＤＮＡのデータの送信要求が実行される（Ｓ３−Ｎｏ，Ｓ５）。そして、ＤＮＡ情報提供装置５０から送信された判定用ＤＮＡのデータが記憶部３５に記憶される（Ｓ６）。

次に、情報処理部３４により、記憶部３５又は通信部３６から取得した判定用ＤＮＡの配列データが判定用ＤＮＡ合成部３７に送出される。また、判定用ＤＮＡの判定データが判定部４０に送出される（Ｓ７）。

続いて、ＤＮＡ合成部３７により、判定用ＤＮＡの配列データに基づいて、タンク保持部３２に保持された核酸タンク２０から核酸が選択的に抽出されて、チップ保持部３１に保持されたブランクチップ１０上に、判定用ＤＮＡが合成される（Ｓ８）。

ここで、判定用ＤＮＡの合成が完了して、ブランクチップ１０の電極１２に判定用ＤＮＡが固定されると、判定用ＤＮＡ準備完了通知が反応部３９に送出される（Ｓ９）。

次に、反応部３９により、ＤＮＡ抽出部３９から被判定用ＤＮＡ準備完了通知を受けているか否かが判断される（Ｓ１０）。

ここで、被判定用ＤＮＡ準備完了通知を受けている場合、反応部３９がＤＮＡ抽出部３８に被判定用ＤＮＡの排出命令を送出する（Ｓ１０−Ｙｅｓ，Ｓ１１）。

一方、被判定用ＤＮＡ準備完了通知を受けていない場合、生体物質５のサンプルから被判定用ＤＮＡが抽出されるまで、ＤＮＡ合成判定装置３０は動作を停止する（Ｓ１０−Ｎｏ，Ｓ１２）。この後、生体物質５のサンプル（髪の毛や血等）が挿入口に挿入されれば、被判定用ＤＮＡ抽出部３９により、サンプルから被判定用ＤＮＡが抽出される（Ｓ１３）。

そして、被判定用ＤＮＡの抽出が終了すると、被判定用ＤＮＡ準備完了通知が反応部３９に送出される（Ｓ１４）。

次に、反応部３９により被判定用ＤＮＡの排出命令を送出されると、チップ保持部３１に、被判定用ＤＮＡが排出され、ハイブリダイゼーションが促される（Ｓ１５）。

続いて、排出された被判定用ＤＮＡと電極に合成された判定用ＤＮＡとのハイブリダイゼーションが生じたか否かが判定部４０により判定される（Ｓ１６）。ハイブリダイゼーションが生じたか否かは、検出される電流値が予め設定されている閾値を超えるか否かで判断される。

ここで、電流値が閾値を超える場合、ハイブリダイゼーションが生じたと判断され、サンプルが判定用ＤＮＡを有する（陽性）、という判定結果が出力部４１に送出される（Ｓ１６−Ｙｅｓ，Ｓ１７）。

一方、電流値が閾値を超えない場合、ハイブリダイゼーションが生じなかったと判断され、サンプル５０が判定用ＤＮＡを有しない（陰性）、という判定結果が出力部４１に送出される（Ｓ１６−Ｎｏ，Ｓ１８）。

次に、出力部４１により、判定部４０の判定結果が出力される（Ｓ１９）。

以上説明したように、本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０によれば、ＤＮＡ判定のための判定用ＤＮＡのデータを記憶する記憶部３３と、判定用ＤＮＡが固定されるブランクチップ１０を着脱自在に保持するチップ保持機構３１と、判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸が貯蔵される核酸タンク２０を着脱自在に保持するタンク保持機構３２と、判定用ＤＮＡのデータに基づき核酸タンク２０に貯蔵された数種類の核酸を用いて、判定用ＤＮＡをブランクチップ１０に固定するＤＮＡ合成部３７と、生体物質５から被判定用ＤＮＡを抽出するＤＮＡ抽出部３８と、ブランクチップ１０に固定された判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡとを反応させる反応部３９と、反応部３９にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを、記憶部３５に記憶された判定用ＤＮＡのデータに基づいて判定する判定部４０と、判定結果を出力する出力部４１とを備えていることにより、ＤＮＡ判定する際に、ブランクチップ１０に判定用ＤＮＡを固定することができ、生体物質のＤＮＡ判定を迅速に行うことができる。

すなわち、本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０は、ＤＮＡの合成工程、ハイブリダイゼーション工程、検出工程を一気に同一の装置で自動処理するので、任意のＤＮＡのＤＮＡ判定を迅速に実施できる。

また、本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０は、記憶部３５に記憶するための判定用ＤＮＡのデータをＤＮＡ情報提供装置５０から取得する通信部３６を更に備えた構成により、ＤＮＡ判定する際に、ブランクチップ１０に任意のＤＮＡを固定することができる。

また、本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０は、ハイブリダイゼーションの検出を、蛍光スキャナーによる蛍光検出ではなく、電流検出により処理するので、即時に把握できる。

さらに、本実施形態に係る核酸タンク２０は、数種類の核酸として、アデニンモノヌクレオチド、グアニンモノヌクレオチド、シトシンモノヌクレオチド、チミンモノヌクレオチドの４種類のモノヌクレオチドが、個別に貯蔵されたカートリッジを備えた構成により、判定用ＤＮＡを合成するための核酸を容易に補充できる。

これにより、インクトナーのＣＭＹＫタンクのように、補充タンクをいわゆるコンビニエンスストア等でも手軽に購入することができるシステムを構築できる。

具体的には、図３に示すように、ウイルス等の検査地域であるＡ地域で核酸タンク２０を購入して、その場で即時にＤＮＡ判定を行うことができる。この結果、ＤＮＡの配列データと製造設備（大型合成機９３等）とが存在するＣ地域まで生体物質５のサンプルを搬入する手間が省かれる。

なお、ブランクチップ１０の電極１２には、表面上にアミノ基ＡGを固定しておいてもよい。これにより、図４に示すように、電極に容易に塩基を結合させることができる。すなわち、電極に判定用ＤＮＡを容易に固定することができる。

＜第２の実施形態＞
図５は本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０Ｓの外観の一例を示す図である。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。また、以下の各実施形態も同様にして重複した説明を省略する。

ここでは、直方体形状の筐体３０Ｓの上面に設けられたサンプル挿入口３８Ｓと、サンプル挿入口３８Ｓの下方にブランクチップ１０が挿入されるように設けたブランクチップ挿入口３１Ｓと、データベースアクセス画面４１Ｓと、タンク保持機構３２Ｓに装着された核酸タンク２０とを示している。

ここで、データベースアクセス画面４１Ｓは、病名や症状等に対応した判定用ＤＮＡをタッチパネルで検索できるものであり、入力部３３及び出力部４１の機能を備えている。

このＤＮＡ合成判定装置３０Ｓは、図６に示すように、利用される。

まず、ユーザの操作により、必要に応じて判定用ＤＮＡのデータがダウンロードされる（図６（Ａ））。これにより、新しく見つかったウイルスのＤＮＡ配列の公開データをネットワーク上から見つけて、装置にダウンロードできる。

なお、判定用ＤＮＡを検索する際は、データベース画面４１Ｓのタッチパネルにて必要となるＤＮＡの検索情報を入力する。

続いて、ダウンロードされた判定用ＤＮＡのデータは記憶部３５に記憶される。

次に、ブランクチップ１０がＤＮＡ合成判定装置３０Ｓに差し込まれると、記憶部３５に記憶されたＤＮＡの配列データに基づき、核酸タンク２０にある試薬を用いて判定用ＤＮＡが合成されてブランクチップ１０に固定される（図６（Ｂ））。

そして、サンプル挿入口３８Ｓから血や髪の毛等の生体物質５のサンプルが挿入されると、挿入された血や髪の毛等から被判定用ＤＮＡが抽出されて、判定用ＤＮＡとの間で、ハイブリダイゼーションが促される（図６（Ｃ））。

これにより、ハイブリダイゼーションが生じたか否かが電気化学的に判定され、データベースアクセス画面４１Ｓに判定結果が表示される（図６（Ｄ））。

このように、本実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０Ｓは、必要に応じて、判定用ＤＮＡデータをダウンロードするので、新種のウイルスであってもＤＮＡの配列がわかった段階で、即合成工程に入ることになるため、迅速にＤＮＡ判定ができる。

なお、従来、図７に示すような電気化学的検出タイプの装置も使われている。すなわち、必要とされるＤＮＡの配列データを検索し、大型合成機９３を使ってＤＮＡを合成して、ＤＮＡチップ９２を作成する。そして、そのＤＮＡチップ９２を検体から取り出したＤＮＡとハイブリダイゼーションをさせて、電気化学的検出器９６により即時にハイブリダイゼーションの内容を把握する。

このタイプの装置においては、配列のわかっているＤＮＡ以外のウイルスの判定をするのに、ＤＮＡチップをカスタム化する請負会社に判定用ＤＮＡを合成して作成してもらう必要がある。この方法だと判定までに大変手間と時間がかかる。また、あらかじめわかっているＤＮＡの配列に対する反応は観察することができるが、それ以外のものには使えない。

すなわち、従来の装置では、あるウイルスの汚染地域に行ってそのウイルスに感染しているか否かは分かるが、その他のウイルスに対して、そのチップや装置では判定できない。

今日のように新種のウイルスが続々と見つかってくる状況では、ＤＮＡの合成工程、ハイブリダイゼーション工程、検出工程を一気に単一の装置で自動処理できることが有用なことは言うまでもない。

＜第３の実施形態＞
本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、ＤＮＡ合成部３７は、判定用ＤＮＡの情報に基づいて、核酸タンク２０に貯蔵された数種類の核酸から判定用ＤＮＡを合成する合成部３３Ａと、合成部３３Ａにより合成された判定用ＤＮＡを、ブランクチップ１０に固定する固定部３３Ｂとを備えている。

すなわち、ＤＮＡ合成部３７は、判定用ＤＮＡを合成してからブランクチップ１０に固定することができる。これにより、判定用ＤＮＡが固定されたブランクチップ１０を容易に作成できる。

なお、ブランクチップ１０の電極１２には、金電極を用いることができる。これにより、図８に示すように、判定用ＤＮＡに硫黄（Ｓ）を付着させておけば、判定用ＤＮＡを電極１２に容易に固定させることができる。

＜第４の実施形態＞
図９はＤＮＡ合成判定装置３０に用いられるブランクチップ１０の概念を示す図である。

ここでは、ブランクチップ１０は、基板１１の上に、電極１２と、ＤＮＡ合成用回路１３Ａと、ＤＮＡ検出用回路１３Ｂと、入力制御部１３Ｃと出力制御部１３Ｄとを備える。

基板１１は、ブランクチップ１０を構成する電気回路の基板であり、各電気回路を配線層で接続している。配線層は、基板１１上の電気・電子部品間を相互に接続する。

電極１２は、ＤＮＡ合成用回路１３Ａから電流が入力されると、電極１２の表面上に配置された核酸から判定用ＤＮＡを合成する。また、合成された判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによる２本鎖ＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応による２次電流をＤＮＡ検出用回路１３Ｂへ出力する。

ＤＮＡ合成用回路１３Ａは、入力制御部１３Ｃを介して電流が入力されると、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から判定用ＤＮＡを合成する。

ＤＮＡ検出用回路１３Ｂは、電極１２からリガンドと酵素との反応による２次電流を検出し、出力制御部１３Ｄへ出力する。

入力制御部１３Ｃは、複数のＤＮＡ合成用回路１３Ａのうち選択したＤＮＡ合成用回路に電流を入力する。

出力制御部１３Ｄは、ＤＮＡ検出用回路１３Ｂにおいて検出された２次電流を出力制御するものであり、２次電流の値を、デジタル電圧信号に変換（以下、デジタルデータ化ともいう）して出力する。

デジタルデータ化は、デジタル化するための電圧の閾値Ｖ０とＶ１（Ｖ０＜Ｖ１）が設定されたウインドコンパレータ等の比較器を用いることで実行する。具体的には出力制御部１３Ｄは、図１０に示すように、電圧変換部１３Ｄａ、オペアンプ１３Ｄｂ、コンデンサ１３Ｄｃ及びウインドコンパレータ１３Ｄｄを備えている。

ここで、電圧変換部１３Ｄａは、電極１２及びＤＮＡ検出用回路１３Ｂからの検出電流を電圧値に変換し、この電圧値を積分回路に送出するものである。

積分回路は、オペアンプ１３Ｄｂとコンデンサ１３Ｄｃからなり、電圧変換部１３Ｄａから受けた電圧値を積分した電圧値Ｖoutをウインドコンパレータ１３Ｄｄに入力する。

ウインドコンパレータ１３Ｄｄは、２つの基準電圧（Ｖ０，Ｖ１）が図示しない設定部により設定されており、オペアンプ１３Ｄｄにより出力される電圧Ｖｏｕｔが２つの基準電圧Ｖ０からＶ１の範囲内にあるときをオン状態（Ｈ；ハイレベル）、範囲内に無いときをオフ状態（Ｌ；ロウレベル）としてデジタル化したデータＶdigitalを出力する。なお、各基準電圧Ｖ０，Ｖ１は、ハイブリダイゼーションの陽性、陰性を判定するためのしきい値電圧に相当する。

次に、以上のように構成されたブランクチップ１０の動作を説明する。

まず、図示しない制御部を介して、基板１１上の複数のＤＮＡ合成用回路１３Ａのうち判定用ＤＮＡを合成させるＤＮＡ合成用回路１３Ａが選択され、選択された結果が入力制御部１３Ｃに入力される。

続いて、入力制御部１３Ｃにより、選択されたＤＮＡ合成用回路１３Ａに電流が入力される。

そして、入力された電流によりＤＮＡ合成用回路１３Ａが、電極１２の上に配置された核酸から判定用ＤＮＡを合成する。このＤＮＡ合成の方法については、特許文献１の第４５〜４７頁に記載の「合成工程」に詳しい。

次に、この電極１２の上の検出用ＤＮＡと、あらかじめ特定の酵素と反応するリガンドに浸された被判定用ＤＮＡがハイブリダイゼーションさせられる。これを洗浄すると、リガンドにより２本鎖ＤＮＡだけが電極１２の上に残る。これに酵素を反応させると数ｎＡ程度の微小な２次電流が生じる。

この２次電流がＤＮＡ検出用回路１３Ｂにより検出され、出力制御部１３Ｄに出力される。

これにより２次電流の電流値から、２本鎖ＤＮＡの生成量が測定される。
このように、ブランクチップ１０は、出力制御部１３Ｄにおいて、電極１２からの検出電流を電圧変換部１３Ｄａで電圧値に変換させた後、オペアンプ１３Ｄｂ及びコンデンサ１３Ｄｃからなる積分回路により積分した電圧値をウインドコンパレータ１３Ｄｄに入力する。このウインドコンパレータ１３Ｄｄは、積分された電圧値を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換し、デジタル化したデータＶdigitalを出力している。

以上説明したように、本実施形態に係るブランクチップ１０は、チップ装置本体の基板１１と、基板１１上に形成され、判定用ＤＮＡを固定するための電極１２と、判定用ＤＮＡと被判定用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションに対応する電流を検出するためのＤＮＡ検出用回路１３Ｂとを備えた構成により、ハイブリダイゼーションしたＤＮＡを電流により検出することができる。

また、上述したような構成のブランクチップ１０であれば、出力制御部１３Ｄに比較器を用いることで出力データをデジタル化しているので、２本鎖ＤＮＡを電流検知する際に、デジタル信号処理をすることが可能となる。そのため、ＤＮＡチップを組み込んだシステムを容易に製作することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施形態に係るＤＮＡ判定システムの構成を示す模式図である。 同実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０の動作を説明するためのフローチャートである。 同実施形態に係るＤＮＡ判定システムの利用例を示す図である。 同実施形態に係るブランクチップ１０を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０Ｓの外観の一例を示す図である。 同実施形態に係るＤＮＡ合成判定装置３０の利用方法を説明するための図である。 電気化学的検出タイプの装置の概念を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係るＤＮＡの固定化する方法を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係るブランクチップ１０の概念を示す図である。 同実施形態に係る出力制御部１３Ｄの構成を示す模式図である。 従来のＤＮＡチップを用いたＤＮＡ判定の方法を示す図である。

符号の説明

５・・・生体物質、１０・・・ブランクチップ、１１…基板、１２…電極、１３…電気回路、１３Ａ…ＤＮＡ合成用回路、１３Ｂ…ＤＮＡ検出用回路、１３Ｃ…入力制御部、１３Ｄ…出力制御部、１３Ｄａ…電圧変換部、１３Ｄｂ…オペアンプ、１３Ｄｃ…コンデンサ、１３Ｄｄ…ウインドコンパレータ、１４…接続機構、２０…核酸タンク、２１…装着機構、２２…排出機構、３０…ＤＮＡ合成判定装置、３１…チップ保持機構、３２…タンク保持機構、３３…入力部、３４…情報処理部、３５…記憶部、３６…通信部、３７…ＤＮＡ合成部、３８…ＤＮＡ抽出部、３９…反応部、４０…判定部、４１…出力部、５０…ＤＮＡ情報提供装置、７０・・・ＤＮＡ判定システム、９１・・・ブランクチップ、９２・・・ＤＮＡチップ、９３・・・大型合成機、９４・・・蛍光検出スキャナー、９５・・・パソコン、９６…電気化学的検出器。

Claims (10)

1. 判定用ＤＮＡを固定するためのＤＮＡチップ装置と、
   前記判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸を貯蔵する核酸タンク装置と、
   前記ＤＮＡチップ装置及び前記核酸タンク装置を着脱自在に保持して、生体物質のＤＮＡ判定を行うＤＮＡ合成判定装置と、
   前記ＤＮＡ合成判定装置の要求に応じて、判定用ＤＮＡの情報を提供するＤＮＡ情報提供装置と
   を備えたことを特徴とするＤＮＡ判定システム。
2. 判定用ＤＮＡを固定するためのＤＮＡチップ装置と、
   前記判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸を貯蔵する核酸タンク装置と、
   前記ＤＮＡチップ装置及び前記核酸タンク装置を着脱自在に保持して、生体物質のＤＮＡ判定を行うＤＮＡ合成判定装置と、
   前記ＤＮＡ合成判定装置の要求に応じて、判定用ＤＮＡの情報を提供するＤＮＡ情報提供装置と
   を備えたＤＮＡ判定システムであって、
   前記ＤＮＡ合成判定装置は、
   前記ＤＮＡ情報提供装置から提供される判定用ＤＮＡの情報を取得する取得手段と、
   前記判定用ＤＮＡの情報に基づき、前記核酸タンク装置に貯蔵された核酸を用いて、判定用ＤＮＡを前記ＤＮＡチップ装置に固定する固定手段と、
   前記生体物質から被判定用ＤＮＡを抽出する抽出手段と、
   前記ＤＮＡチップ装置に固定された判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとを反応させる反応手段と、
   前記反応手段にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを判定する判定手段と、
   前記判定結果を出力する出力手段と
   を備えたことを特徴とするＤＮＡ判定システム。
3. 生体物質のＤＮＡ判定を行うためのＤＮＡ合成判定装置であって、
   前記ＤＮＡ判定のための判定用ＤＮＡの情報を記憶する記憶手段と、
   前記判定用ＤＮＡが固定されるＤＮＡチップ装置を着脱自在に保持する手段と、
   前記判定用ＤＮＡを合成するための数種類の核酸が貯蔵される核酸タンク装置を着脱自在に保持する手段と、
   前記判定用ＤＮＡの情報に基づき、前記核酸タンク装置に貯蔵された数種類の核酸を用いて、判定用ＤＮＡを前記ＤＮＡチップ装置に固定する固定手段と、
   前記生体物質から被判定用ＤＮＡを抽出する抽出手段と、
   前記ＤＮＡチップ装置に固定された判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとを反応させる反応手段と、
   前記反応手段にてハイブリダイゼーションが生じたか否かを、前記記憶手段に記憶された判定用ＤＮＡの情報に基づいて判定する判定手段と、
   前記判定結果を出力する出力手段と
   を備えたことを特徴とするＤＮＡ合成判定装置。
4. 請求項３に記載のＤＮＡ合成判定装置において、
   前記記憶手段に記憶するための判定用ＤＮＡの情報を取得する取得手段
   を更に備えたことを特徴とするＤＮＡ合成判定装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載のＤＮＡ合成判定装置において、
   前記固定手段は、
   前記判定用ＤＮＡの情報に基づいて、前記核酸タンク装置に貯蔵された数種類の核酸から判定用ＤＮＡを合成する合成手段と、
   前記合成手段により合成された判定用ＤＮＡを、前記ＤＮＡチップ装置に固定する手段と
   を備えたことを特徴とするＤＮＡ合成判定装置。
6. 請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のＤＮＡ合成判定装置に用いられる核酸タンク装置において、
   前記数種類の核酸として、アデニンモノヌクレオチド、グアニンモノヌクレオチド、シトシンモノヌクレオチド、チミンモノヌクレオチドの４種類のヌクレオチドが、個別に貯蔵されたカートリッジ
   を備えたことを特徴とする核酸タンク装置。
7. 請求項３乃至請求項５のいずれか１項に記載のＤＮＡ合成判定装置に用いられるＤＮＡチップ装置において、
   前記ＤＮＡチップ装置本体の基板と、
   前記基板上に形成され、判定用ＤＮＡを固定するための電極と、
   前記判定用ＤＮＡと前記被判定用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションに対応する電流を検出するための検出用回路と
   を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
8. 請求項７に記載のＤＮＡチップ装置において、
   前記電極に判定用ＤＮＡを合成するための合成用回路
   を更に備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
9. 請求項７又は請求項８に記載のＤＮＡチップ装置において、
   前記電極は、金または白金を含むことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
10. 請求項７乃至請求項９のいずれか1項に記載のＤＮＡチップ装置において、
    前記電極上に、アミノ基を固定したことを特徴とするＤＮＡチップ装置。

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