JP2007093248A - バイオチップ、バイオチップ読み取り装置、およびバイオチップ読み取り方法 - Google Patents

バイオチップ、バイオチップ読み取り装置、およびバイオチップ読み取り方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 サイトの位置を容易に検出できるバイオチップ等を提供する。
【解決手段】 バイオチップ６０の基板６１上にサイト領域６２が形成されている。サイト領域６２には多数のサイトがマトリクス状に配置されている。サイト領域６２の周囲には４つのマーカ６３が設けられている。サイト領域６２のサイトはＤＮＡ溶液等のスポット液を滴下することで形成されている。また、マーカ６３もサイトの形成に用いる装置を用いて、不透明な液を滴下することで形成されている。サイトおよびマーカ６３は同一装置によるスポットで連続して形成されているため、互いの位置関係が精度良く規定されている。基板６１は例えばガラスを用いて形成される。基板６１は透明であってもよく、あるいは表面に金属層を設けるなどして不透明、あるいは反射性であってもよい。マーカ６３は基板６１との関係で、反射光あるいは透過光によって、その位置が認識可能なように形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、サイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップ、バイオチップ読み取り装置およびバイオチップ読み取り方法に関する。
ＤＮＡ等の生体高分子を同定する方法として、バイオチップを用いた方法が知られている。例えばＤＮＡを同定する場合、既知の塩基配列を有するＤＮＡプローブをバイオチップの各サイトに固定し、ハイブリダイゼーションによって相補的な塩基配列をもつＤＮＡを各サイトに結合させるものである。結合したＤＮＡを蛍光分子で標識しておくことで、結合量を蛍光の光量として認識できる。
牧野徹・狩野恭一、会誌「光学」 ライフサイエンスにおける光技術 「ＤＮＡ解析と光技術」、第２８巻１０号（１９９９）、（社）応用物理学会分科会 日本光学会、１９９９年、ｐ５４９〜５５２
光量は専用の読み取り装置を用いて計測する。各サイトの光量を計測するためにはサイトの位置を検出する必要がある。しかし、スポット液で形成されたサイトは透明であるため、撮影による位置の検出はできない。ハイブリダイズされたサイトの蛍光を利用してサイトの位置を検出することもできるが、サイトの蛍光が暗いような場合には、サイトの位置を確定することが困難である。
本発明の目的は、サイトの位置を容易に検出できるバイオチップ等を提供することにある。
本発明のバイオチップは、サイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップにおいて、前記サイトとの位置関係が予め規定されたマーカが形成されていることを特徴とする。
前記サイトおよび前記マーカが、同一装置による同等の工程により形成されていてもよい。
前記マーカは、染料、顔料、生体高分子に結合された金属コロイド、生体高分子に結合された染料および生体高分子に結合された顔料の少なくともいずれか一方であることを特徴とする。
本発明のバイオチップ読み取り装置は、バイオチップ上のサイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップ読み取り装置において、バイオチップに形成された、前記サイトとの位置関係が予め規定されたマーカの位置を検出するマーカ位置検出手段と、検出されたマーカの位置に基づいてバイオチップ上のサイトの位置を認識する認識手段と、を備えることを特徴とする。
本発明のバイオチップ読み取り方法は、バイオチップ上のサイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップ読み取り方法において、バイオチップに形成された、前記サイトとの位置関係が予め規定されたマーカの位置を検出するステップと、検出されたマーカの位置に基づいてバイオチップ上のサイトの位置を認識するステップと、を備えることを特徴とする。
本発明のバイオチップによれば、サイトとの位置関係が予め規定されたマーカが形成されているので、マーカの位置に基づいてサイトの位置を容易に認識できる。
以下、図１〜図３を参照して、本発明によるバイオチップの一実施形態について説明する。
図１は本実施形態のバイオチップの構成を示す平面図である。
図１に示すように、バイオチップ６０の基板６１上にはサイト領域６２が形成されている。サイト領域６２には多数のサイトがマトリクス状に配置されている。サイト領域６２の周囲には４つのマーカ６３が設けられている。
サイト領域６２のサイトはＤＮＡ溶液等のスポット液を滴下することで形成されている。また、マーカ６３もサイトの形成に用いる装置を用いて、不透明な液を滴下することで形成されている。サイトおよびマーカ６３は同一装置によるスポットで連続して形成されているため、互いの位置関係が精度良く規定されている。位置関係が規定できれば、製造方法は限定されない。不透明な液は、染料、顔料、或いはＤＮＡに金コロイドを結合させたり、ＤＮＡにビオチンを介して染料や顔料などの色素を結合させることでも実現できる。
基板６１は例えばガラスを用いて形成される。基板６１は透明であってもよく、あるいは表面に金属層を設けるなどして不透明、あるいは反射性であってもよい。
マーカ６３は基板６１との関係で、反射光あるいは透過光によって、その位置が認識可能なように形成される。マーカ６３が形成された領域と形成されていない領域との間で、後述する照明光に対する反射率あるいは透過率が異なればよい。
図２は、バイオチップ６０を読み取るためのバイオチップ読み取り装置の光学系の構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態のバイオチップ読み取り装置は、バイオチップ６０に励起光を照射するための光学系として、励起光を発生するレーザ光源１と、光学系２と、レーザ光を折り曲げるダイクロイックミラー３と、を備える。
レーザ光源１の波長は、例えば、ｃｙ３やｃｙ５の蛍光分子の励起光に合致するものである。
また、本実施形態のバイオチップ読み取り装置は、バイオチップ６０からの光を受けるための光学系として、光路に配置されたバリアフィルタ１１および光学系１２と、光学系１２を通過した光を受けるＣＣＤカメラ１３と、を備える。
さらに、本実施形態のバイオチップ読み取り装置は、バイオチップ６０の反射照明を行うための光学系として、白色光を出力する光源２１と、バリアフィルタ２１と、光源２１からの光を折り曲げるダイクロイックミラー２３と、を備える。バリアフィルタ２２は光源２１から出力される光のうち、蛍光分子の励起光の波長成分を除去し、あるいは励起光よりも長い波長の光のみを通過させる機能を有する。これにより、蛍光分子の蛍光退色を防止している。
さらにまた、本実施形態のバイオチップ読み取り装置は、バイオチップ６０の透過照明を行うための光学系として、白色光を出力する光源３１と、バリアフィルタ３２と、を備える。バリアフィルタ３２は光源３１から出力される光のうち、蛍光分子の励起光の波長成分を除去し、あるいは励起光よりも長い波長の光のみを通過させる機能を有する。これにより、蛍光分子の蛍光退色を防止している。
図１に示すように、バイオチップ６０はテーブル４１に載置される。
図２は本実施形態のバイオチップ読み取り装置の制御系の構成を示すブロック図である。
図２に示すように、本実施形態のバイオチップ読み取り装置は、種々の演算を行う演算部５１と、レーザ光源１、光源２１、光源３１、ＣＣＤカメラ１３および演算部５１を制御する制御部６１と、を備える。
次に、バイオチップ６０上のサイトの位置を検出する手順について説明する。
本実施形態では、バイオチップの構成に応じて反射光あるいは透過光を用いてマーカ６３の位置を検出し、マーカ６３の位置に基づいてサイト領域６２の位置を認識することができる。
反射光を用いる場合には光源２１を作動させる。光源２１からの光はバリアフィルタ２２を通ってダイクロイックミラー２３で折り曲げられ、ダイクロイックミラー３を通過してバイオチップ６０を照明する。バイオチップ６０における反射光は図１において上方に進み、ＣＣＤカメラ１３に入射する。ＣＣＤカメラ１３の出力信号は演算部５１に送られ、演算部５１ではバイオチップ６０上のマーカ６３の位置を検出する。
上記のように、本発明のバイオチップではマーカ６３とサイト領域６２との位置関係が規定されているので、演算部５１において、マーカ６３の位置に基づいてサイト領域６２の位置を認識できる。
サイトの位置検出に透過光を用いる場合には、光源３１を作動させる。光源３１からの光はバリアフィルタ３２を通ってバイオチップ６０をテーブル４１の側から照明する。透過光は上記の反射光と同様、図１において上方に進み、ＣＣＤカメラ１３に入射する。ＣＣＤカメラ１３の出力信号は演算部５１に送られ、演算部５１ではバイオチップ６０上のサイトの位置を検出する。
上記のように、バイオチップではマーカ６３とサイト領域６２との位置関係が規定されているので、演算部５１において、マーカ６３の位置に基づいてサイト領域６２の位置を認識できる。
次に、バイオチップ６０の測定時の動作について説明する。
測定時には、レーザ光源１から出力されたレーザ光は光学系２を通り、ダイクロイックミラー３で折り曲げられてバイオチップ６０に照射される。
レーザ光による励起により発生したバイオチップ６０からの蛍光は、ダイクロイックミラー３、ダイクロイックミラー２３、バリアフィルタ１１および光学系１２を介してＣＣＤカメラ１３に入射する。ＣＣＤカメラ１３の出力信号は演算部５１に送られ、演算部５１ではバイオチップ６０上の各サイトの蛍光の光量を測定する。
各サイトの蛍光の光量を算出するためには、各サイトの位置を特定する必要がある。ここでは、上記手順による検出結果に従って、画像処理によりＣＣＤカメラ１３による画像からサイトの位置を切り出したうえで、その領域の光量を計測している。上記のように本実施形態では、マーカ６３の位置からサイト領域６２の位置が正確に認識されるので、各サイトの光量が精度良く測定できる。
なお、バイオチップ６０からの蛍光をＣＣＤカメラで取り込んだ後、マーカ６３の位置を検出してもよい。取り込んだ画像をマーカ６３の位置の検出結果に基づいて後から切り出し、蛍光の光量を測定することができる。
上記実施形態では、蛍光分子の蛍光退色を避ける目的で照明光の波長を制限しているが、蛍光退色が問題とならないのであれば、照明光の波長は任意に選択できる。
上記実施形態では、白色光源とバリアフィルタを組み合わせて照明光を得ているが、これに代えて、ＬＥＤ、エレクトロ・ルミネセンス、あるいはレーザ光源等を用いることもできる。
また、対象となる生体高分子は、ＤＮＡに限るものではなく、ＲＮＡ、たんぱく、糖鎖、生体代謝物でも良い。
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、サイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップ、およびそのようなバイオチップを読み取る場面に対し、広く適用することができる。
本実施形態のバイオチップの構成を示す平面図。 本実施形態のバイオチップ読み取り装置の光学系の構成を示す図。 本実施形態のバイオチップ読み取り装置の制御系の構成を示すブロック図。
符号の説明
１３ ＣＣＤカメラ（マーカ位置検出手段）
５１ 演算部（マーカ位置検出手段、認識手段）
２１ 光源（照明手段）
２２ バリアフィルタ（照明手段）
３１ 光源（照明手段）
２２ バリアフィルタ（照明手段）
６０ バイオチップ
６２ サイト領域（サイト）
６３ マーカ

Claims (5)

  1. サイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップにおいて、
    前記サイトとの位置関係が予め規定されたマーカが形成されていることを特徴とするバイオチップ。
  2. 前記サイトおよび前記マーカが、同一装置による同等の工程により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオチップ。
  3. 前記マーカは、染料、顔料、生体高分子に結合された金属コロイド、生体高分子に結合された染料および生体高分子に結合された顔料の少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバイオチップ。
  4. バイオチップ上のサイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップ読み取り装置において、
    バイオチップに形成された、前記サイトとの位置関係が予め規定されたマーカの位置を検出するマーカ位置検出手段と、
    検出されたマーカの位置に基づいてバイオチップ上のサイトの位置を認識する認識手段と、
    を備えることを特徴とするバイオチップ読み取り装置。
  5. バイオチップ上のサイトで発生する蛍光の光量分布に基づいて分析を行うバイオチップ読み取り方法において、
    バイオチップに形成された、前記サイトとの位置関係が予め規定されたマーカの位置を検出するステップと、
    検出されたマーカの位置に基づいてバイオチップ上のサイトの位置を認識するステップと、
    を備えることを特徴とするバイオチップ読み取り方法。
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