JP2008020205A - 光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるゲルシート、それを用いた検出方法、センサユニット、および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において、装置構造および検出手順を大幅に簡素化するとともに、光電流の検出感度および精度を大幅に向上する電解質媒体の提供。
【解決手段】増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるゲルシートが開示される。このゲルシートは、天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなるゲルマトリクスと、該ゲルマトリクス中に分散される電解質とを含んでなる。
【選択図】図１

Description

発明の背景

発明の分野
本発明は、光電流を用いて、核酸、外因性内分泌攪乱物質、抗原等の特異的結合性を有する被検物質を特異的に検出する際に電解質媒体として電解液の代わりに使用可能なゲルシート、それを用いた検出方法、センサユニット、および測定装置に関する。

背景技術
生体試料中のＤＮＡを解析する遺伝子診断法が、各種病気の新たな予防および診断法として、有望視されている。このようなＤＮＡ解析を簡便かつ正確に行う技術として、被検体ＤＮＡを、これと相補的な塩基配列を有し、かつ蛍光物質を標識されたＤＮＡプローブとハイブリダイズさせ、その際の蛍光シグナルを検出する、ＤＮＡの分析方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この方法にあっては、ハイブリダイゼーションによる二本鎖ＤＮＡの形成を色素の蛍光により検出する。

また、増感色素の光励起により生じる光電流を用いて被検物質（ＤＮＡ、蛋白などの生体分子）を特異的に検出する方法も提案されている（例えば、特許文献３および非特許文献１参照）。このような検出方法は電解液を満たしたセンサユニットを用いて行われている。

一方、酵素の増減を電気信号に変換する酸素電極を用いたマイクロバイオセンサにおいては、電解液含有体としてアガロースのようなゲルを用いることが知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開平７−１０７９９９号公報 特開平１１−３１５０９５号公報 特開２００６−１１９１１１号公報 特公平５−８４８６０号公報 中村他「光電変換による新しいＤＮＡ二本鎖検出法」（日本化学会講演予稿集Ｖｏｌ．８１ＳＴ ＮＯ．２（２００２）第９４７頁

発明の概要

本発明者らは、今般、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として電解液の代わりにゲルシートを使用することができ、それにより装置構造および検出手順を大幅に簡素化できるとの知見を得た。そして、このゲルシートを使用することにより、光電流の検出感度および精度が予想外に向上するとの知見も得た。

したがって、本発明は、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において、装置構造および検出手順を大幅に簡素化するとともに、光電流の検出感度および精度を予想外に向上する電解質媒体を提供することを目的としている。

すなわち、本発明によるゲルシートは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるゲルシートであって、
天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなるゲルマトリクスと、
該ゲルマトリクス中に分散される電解質と
を含んでなるものである。

また、本発明による、光電流を用いた被検物質の特異的検出方法は、
被検物質が直接または間接的に特異的に結合したプローブ物質を表面に備え、かつ該結合により増感色素が固定されてなる作用電極と、対電極とを上記ゲルシートに接触させ、
前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出すること
を含んでなる。

さらに、本発明の第一の態様による、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットは、
作用電極と、
前記電極と対向して設けられる対電極と、
前記作用電極および前記対電極の間に挟持される、上記ゲルシートと
を備えてなり、前記作用電極および前記対電極の各電極表面が前記ゲルシートと接触してなるものである。

また、本発明の第二の態様による、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットは、
作用電極および対電極がパターニングされてなる電極ユニットと、
前記電極ユニットと対向して設けられる対向部材と、
前記作用電極および前記対電極の間に挟持される、上記ゲルシートと
を備えてなり、前記作用電極および前記対電極の各電極表面が前記ゲルシートと接触してなるものである。

さらに、本発明による、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置は、
上記センサユニットと、
前記作用電極に光を照射するための光源と、
前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と
を備えたものである。

発明の具体的説明

ゲルシート
本発明によるゲルシートは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるシート状のゲルである。そして、このゲルシートは、ゲルマトリクスと、ゲルマトリクス中に分散される電解質とを含んでなる。電解質はゲルマトリクス中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できる。したがって、ゲルシートを作用電極および対電極の間に挟持させ、各電極表面をゲルシートと接触させておくことで、作用電極と対電極との間で、増感色素の光励起により生じる光電流が流れることができる。このゲルシートは、電解質媒体という点では従来使用されている電解液と同じであるが、単独で取り扱うことが可能なシート状物であるため、作用電極と対極の間に容易に挟み込んだり、取り外したり、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、装置構造および検出手順を大幅に簡素化できる。これは、作用電極と対電極との間に電解液を充填して行われる従来法において、電解液を送液する機構（例えばポンプ、バルブ、およびそれらの制御機構）、液漏れ防止機構（例えばパッキン）、および電解液の廃液処理といった複雑な機構ないし工程が必要とされ、そのためコストの増大および装置の大型化を招いていたという実情に照らせば、極めて大きな利点であると言える。また、ゲルシートの使用により電解液を送液するための時間が不要となるため、作用電極と対電極との間にゲルシートを挟むだけで、即座に測定に付することができるため、測定時間も短縮される。そして、電解質媒体としてゲルシートを使用した場合、電解液を用いた場合と比べて、同じ被検物質濃度のサンプルについてより高い検出電流が得られるとともに、より広い被検物質濃度範囲において検出電流の濃度依存性が得られる。すなわち、ゲルシートの使用により、光電流の検出感度および精度を大幅に向上させることができる。

本発明の好ましい態様によれば、ゲルシートは、１００ｇ／ｃｍ^２以上のゲル強度を有するのが好ましく、より好ましくは１２０ｇ／ｃｍ^２以上であり、さらに好ましくは１５０ｇ／ｃｍ^２以上である。このようなゲル強度であると、ゲルシートを単独で取り扱いやすくなるので、作用電極と対極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。

本発明のゲルシートの形態としては、作用電極および対電極との良好な密着性が確保されるように各電極との接触部分が平滑平面とされているのが好ましい。したがって、作用電極と対極との間に挟み込んで使用する場合には、密着性に影響しないように均一な厚みを有する形態とするのが好ましい。一方、作用電極および対電極が同一平面状にパターニングされてなる電極ユニットを使用する場合には、少なくとも電極ユニットと接触する片側面のみが平滑平面とされていればよく、厚さや厚さの均一性は特段問題とならない。

本発明の好ましい態様によれば、ゲルシートは０．１〜１０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．５〜３ｍｍの厚さを有する。このような厚さであるとゲルシートを単独で取り扱うのに適した強度が得られやすいので、作用電極と対極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。また、光電流測定に悪影響を与えることもない。

本発明においてゲルマトリクスは、天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなり、適度な強度と電極への密着性を示すゲルであれば限定されない。これらのゲルは、一般的なゲルと同様、ゲル化剤が水等の溶媒と共にゲル化することにより形成されることができる。ゲルマトリクス中におけるゲル化剤の濃度は、光電流測定に大きな影響を与えることはないため、単独取り扱いを可能とする強度確保の観点からゲル化剤の種類に応じて適宜決定されてよい。

本発明の好ましい態様によれば、ゲルマトリクスが、多糖類および蛋白質を主成分とする天然ゲルを含んでなるのが好ましい。このような天然ゲルの好ましい例としては、アガロース、アルギン酸、カラギーナン、ローストビーンガム、ジェランガム、ゼラチン、およびそれらの混合物のゲルが挙げられ、より好ましくはアガロースのゲルである。好ましいアガロースの添加量は０．５〜２５重量％である。

本発明の別の好ましい態様によれば、ゲルマトリクスが、合成ゲルを含んでなるのが好ましい。好ましい合成ゲルの例としては、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ＰＶＡ添加ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、Ｎ−アルキル変性（メタ）アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−（イソ）プロピルアクリルアミド、Ｎ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシメチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチルアクリルアミド、（メタ）アクリル酸、ｔ−ブチル（メタ）アクリルアミドスルホン酸、スルホプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、（ポリ）アルキレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、グリセリン（メタ）アクリレート、メチレンビス（メタ）アクリルアミド、エチレンビス（メタ）アクリルアミド、（ポリ）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（ポリ）プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、テトラアリロキシエタン、およびそれらの混合物のゲルが挙げられ、より好ましくはポリアクリルアミドのゲルである。

本発明において電解質は、ゲルマトリクス中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できるものであれば限定されず、幅広い種類の電解質が使用可能である。好ましい電解質は、光照射により励起された色素に電子を供与するための還元剤（電子供与剤）として機能できる物質であり、そのような物質の例としては、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ_２、ＬｉＩ、ＮＨ_４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ_４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）、ヒドロキノン、Ｋ_４［Ｆｅ（ＣＮ）_６］・３Ｈ_２Ｏ、フェロセン−１，１’−ジカルボン酸、フェロセンカルボン酸、ＮａＢＨ_４、トリエチルアミン、チオシアネートアンモニウム、Ｎ_２Ｈ_４、ＣＨ_３ＣＨＯ、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン二塩酸塩（ＴＭＰＤ）、Ｌ−アスコルビン酸、Ｎａ_２ＴｅＯ_３、ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ、ＥＤＴＡ、システイン、トリエタノールアミン、トリプロピルアミン、Ｉ／ＬｉＩ、ＴＣＥＰ、ＤＴＴ、２−メルカプトエタノール、２−メルカプトエタノールアミン、二酸化チオ尿素、（ＣＯＯＨ）_２、ＨＣＨＯ、およびこれらの組合せが挙げられ、より好ましくは、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ_２、ＬｉＩ、ＮＨ_４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ_４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）、および亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）、およびこれらの混合物であり、さらに好ましくは、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ_４Ｉ）である。

本発明の好ましい態様によれば、本発明のゲルシートは、（１）電解質およびゲル化剤を水に加えて加熱溶解してゲルを作製した後、所望のシート形状に加工する方法、あるいは（２）ゲル化剤のみでゲルを形成して所望のシート形状に加工した後、電解質溶液中に浸漬させてゲル中に電解質を分散させる方法により、製造されることができる。特に、ゲル化剤は使用する電解質との組合せによっては、混合、加熱、あるいは冷却によってゲル化しない場合があり、そのような場合であっても上記（２）の方法によれば、ゲルシートを作製することができる。

センサユニットおよび測定装置
本発明のゲルシートを用いることにより、構造が大幅に簡素化された安価でかつ小型のセンサユニットないし測定装置を構築することができる。これは、ゲルシートの使用により、作用電極と対電極との間に電解液を充填して行われる従来法において必要とされていた、電解液を送液する機構（例えばポンプ、バルブ、およびそれらの制御機構）、液漏れ防止機構（例えばパッキン）、および電解液の廃液処理といった複雑な機構ないし工程が不要となるためである。

本発明の第一の態様によるセンサユニットは、作用電極と、電極と対向して設けられる対電極と、作用電極および対電極の間に挟持されるゲルシートとを備えてなり、作用電極および対電極の各電極表面がゲルシートと接触してなるものである。すなわち、作用電極の表側（被検物質が固定化されている側）と対電極の導電面（白金など）が対向し、シート状ゲルと接触する配置になっている。図１に第一の態様によるセンサユニットの断面図よび分解図を示す。図１に示されるセンサユニット１０にあっては、作用電極１１が対電極１２の上方に位置し、作用電極１１および対電極１２の間にゲルシート１３が挟持される。また、センサユニット１０は、対電極１２を支持する支持基材１４を備える。センサユニット１０の最上部には、支持基材１４に向かって、作用電極１１、ゲルシート１３、および対電極１２を互いに密着させるように下方に押さえる押さえ部材１５が設けられる。本発明のセンサユニットにあっては、各部品が積み上げられる順序は図示例に限定されず、図１に示される順序と逆の順序で上下逆さとなるように積み上げられてもよく、この場合には、作用電極を支持する支持基材と、支持基材に向けて、対電極、ゲルシート、および作用電極を互いに密着させるように押さえる押さえ部材とがさらに設けられる構成とすればよい。
また、図示例では各部材が水平に配置されているが、各部材を立てた状態で配置してもよい。押さえ部材１５には、光励起のための光を通すための開口部または透光部をさらに備えてなるのが好ましい。

本発明の第二の態様によるセンサユニットは、作用電極および対電極が同一平面上にパターニングされてなる電極ユニットと、作用電極および対電極の各電極表面に接触して設けられるゲルシートとを備えてなる。図２〜４に第二の態様によるセンサユニットの断面図および分解図を示す。図２に示されるセンサユニット２０にあっては、電極ユニット２１と対向して対向部材２２が設けられ、電極ユニット２１および対向部材２２の間にゲルシート２３が挟持される。すなわち、対向部材２２上に置かれたゲルシート２３上に、被検物質を固定化した側が下になるように電極ユニット２１が配置される。また、センサユニット２０には、対向部材２２に向けて、電極ユニット２１およびゲルシート２３を互いに密着させるように押さえる押さえ部材２４が設けられる。一方、図３に示されるセンサユニット３０にあっては、電極ユニット３１には電極ユニットを支持する支持基材３４がさらに設けられ、対向部材３２が、支持基材３４に向けて、ゲルシート３３および電極ユニット３１を互いに密着させるように押さえる押さえ部材として機能する。すなわち、支持基材３４上に、被検物質を固定化した側が上になるように電極ユニット３１が置かれ、電極ユニット３１上にゲルシート３３が配置される。本発明のセンサユニットにあっては、各部品が積み上げられる順序は図示例に限定されず、図２および３に示される順序と逆の順序で上下逆さとなるように積み上げられてもよい。また、図示例では各部材が水平に配置されているが、各部材を立てた状態で配置してもよい。押さえ部材２４，３２は、光励起のための光を通すための１つ以上の開口部または透光部をさらに備えてなるのが好ましい。なお、図３に示されるセンサユニット３０では照射光がゲルシートを通過することになるので、着色性を有する電解質等を使用する場合には光強度の減衰が問題とならないように、光源や電解質濃度を適宜調整するのが好ましい。一方、図４に示されるセンサユニット４０にあっては、電極ユニット４１には電極ユニットを支持する支持基材４４が設けられるとともに、支持基材４４に向けて、電極ユニット４１を密着させるように押さえる押さえ部材４２が設けられる。この押さえ部材４２は、電極ユニット４１の端部ないしその近傍のみを覆い、電極ユニット４１上に十分な開放部分を確保するように構成されるのが好ましく、これによりゲルシート４３の電極ユニット４１上への載置がし易くなる。また、押さえ部材４２の電極ユニット４１に接触する部分をコンタクトプローブ４７で構成するのが好ましい。こうして押さえ部材４２により保持される電極ユニット４１上の、好ましくは押さえ部材４２で覆われない開放部分に、ゲルシート４３が載置される。

第一の態様および第二の態様のいずれにおいても、センサユニット１０，２０，３０，４０には、作用電極に光を照射するための光源１６，２６，３６、４６と、作用電極と対電極との間を流れる電流を測定する電流計（図示せず）とがさらに設けられ、測定装置として構築されることができる。電流計はｎＡレベルの検出可能なものが好ましい。このような構成において、光源からの光は作用電極の表面に照射される。なお、図１および４に示されるセンサユニット１０，４０において、光源１６，４６からの光は作用電極１１ないし電極ユニット４１の裏側より照射され、透明な作用電極１１ないし電極ユニット４１を透過して作用電極１１ないし電極ユニット４１の表面に到達する。一方、図２および３に示されるセンサユニット２０，３０にあっては、光源２６，３６からの光は押さえ部材２４，３２の開口部を通過して電極ユニット２１，３１の表面に到達する。こうして作用電極に到達した光による増感色素の光励起により発生する光電流値は電流計で検出されることができる。作用電極および対極を電流計に接続する手段は限定されるものではなく、例えば、リード線を直接接続する、あるいは図示例のようにコンタクトプローブ１７，２７，３７，４７を介して接続することなどの手段を採用することができる。特に、測定毎に着脱する作用電極については、コンタクトプローブを用いることで作用電極の着脱が容易になるという利点がある。

本発明の好ましい態様によれば、光源が、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な光源であることができる。あるいは、本発明の別の好ましい態様によれば、光源があらかじめ複数個設けられてなり、かつ、測定装置が、該複数個の光源を切り換えて照射する機構をさらに備えてなることができる。

本発明の好ましい態様によれば、光源および／またはセンサユニットにはＸＹ移動機構（図示せず）が取り付けられ、光源およびセンサユニットをＸＹ方向に相対的に移動させて、光源が作用電極上をＸＹ方向に走査移動しながら照射できるように構成されるのが好ましい。これにより、作用電極上の被検物質固定化スポットを個別に照射することができる。特に、本発明のセンサユニットでは電解液の送液が不要なため構造が簡素化されたため、センサユニット自体のＸＹ移動も容易に行うことができる。

本発明の好ましい態様によれば、ＸＹ移動機構はコンピュータや装置に組み込まれるソフトウェアによって、移動速度、移動経路などを指定できるように構成されるのが好ましい。この場合、光照射に伴い発生する電流値が電流計で測定され、その結果がコンピュータや装置内のメモリに送られて、順次データ保存できるようにされるのが好ましい。このようにしてメモリ内に保存された光電流値は、数値もしくはリアルタイム表示の経時変化グラフとしてディスプレイに表示させることができる。得られたデータより、光非照射時と光照射時の電流値を適切なデータポイントより読み取り、その差を用いて、試料中の物質濃度定量やＳＮＰｓの有無を検定することができる。また、これらのデータの読み取りから定量もしくはＳＮＰｓの判定（有意差検定）までをもソフトウェア上で自動処理させることもできる。

光電流を用いた被検物質の特異的検出
前述の通り、本発明のセンサユニットは増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるものである。この増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出方法について、以下に具体的に説明する。

この方法にあっては、まず、被検物質を含む試料液と、作用電極と、対電極とを用意する。本発明に用いる作用電極は、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を表面に備えた電極である。すなわち、プローブ物質は、被検物質と直接、特異的に結合する物質のみならず、被検物質を受容体蛋白質分子等の媒介物質に特異的に結合させて得られる結合体と特異的に結合可能な物質であってよい。次いで、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を作用電極に固定させる。増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、被検物質あるいは媒介物質に予め標識させておくか、あるいは被検物質およびプローブ物質の結合体にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には試料液に単に添加すればよい。

そして、作用電極と対電極とをセンサユニット内において電解質媒体に接触させた後、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させると、光励起された増感色素から電子受容物質へ電子移動が起こる。この電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することにより、被検物質を高い感度および精度で検出することができる。また、この検出電流は試料液中の被検試料濃度との高い相関関係を有しているので、測定された電流量または電気量に基づき被検試料の定量測定を行うことができる。

（１）被検物質およびプローブ物質
本発明における被検物質としては、特異的な結合性を有する物質であれば限定されず、種々の物質であってよい。このような被検物質であれば、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を作用電極表面に担持させておくことにより、被検物質をプローブ物質に直接または間接的に特異的に結合させて検出することが可能となる。

すなわち、本発明にあっては、被検物質およびプローブ物質として互いに特異的に結合可能なものを選択することができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、被検物質と特異的に結合する物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、作用電極上に被検物質を直接、特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、一本鎖の核酸および核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸の組合せ、ならびに抗原および抗体の組合せが挙げられる。

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質を一本鎖の核酸とし、プローブ物質を核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸とするのが好ましい。プローブ物質は核酸に対して１５ｂｐ以上の相補性部分を有するのがより好ましい。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図５（ａ）および（ｂ）に示す。これらの図に示されるように、被検物質としての一本鎖の核酸１２１は、作用電極１２３上に担持されたプローブ物質としての相補性を有する一本鎖の核酸１２４とハイブリダイズされて、二本鎖の核酸１２７を形成する。

被検物質としての一本鎖の核酸を含む試料液は、末梢静脈血のような血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞等の、核酸を含有する各種検体試料から、公知の方法により核酸を抽出して作製することができる。このとき、検体試料中の細胞の破壊は、例えば、振とう、超音波等の物理的作用を外部から加えて担体を振動させることにより行なうことができる。また、核酸抽出溶液を用いて、細胞から核酸を遊離させることもできる。核酸溶出溶液の例としては、ＳＤＳ、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ、Ｔｗｅｅｎ−２０のような界面活性剤、サポニン、ＥＤＴＡ、プロテア−ゼ等を含む溶液が挙げられる。これらの溶液を用いて核酸を溶出する場合、３７℃以上の温度でインキュベ−トすることにより反応を促進することができる。

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質とする遺伝子の含有量が微量である場合には、公知の方法により遺伝子を増幅した後検出を行なうのが好ましい。遺伝子を増幅する方法としては、ポリメラ−ゼチェインリアクション（ＰＣＲ）等の酵素を用いる方法が代表的であろう。ここで、遺伝子増幅法に用いられる酵素の例としては、ＤＮＡポリメラ−ゼ、Ｔａｑポリメラ−ゼのようなＤＮＡ依存型ＤＮＡポリメラ−ゼ、ＲＮＡポリメラ−ゼＩのようなＤＮＡ依存型ＲＮＡポリメラ−ゼ、Ｑβレプリカ−ゼのようなＲＮＡ依存型ＲＮＡポリメラ−ゼが挙げられ、好ましくは温度を調節するだけで連続して増幅を繰り返すことができる点で、Ｔａｑポリメラ−ゼを用いるＰＣＲ法である。

本発明の好ましい態様によれば、上記増幅時に特異的に核酸を増感色素で標識することが出来る。一般的には、ＤＮＡにアミノアリル修飾ｄＵＴＰを取り込ませることにより行うことができる。この分子は未修飾の ｄＵＴＰ と同じ効率で取り込まれる。次のカップリング段階において、Ｎ−ヒドロキシサクシンイミド（Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）により活性化された蛍光色素が修飾 ｄＵＴＰ と特異的に反応し、均一に増感色素で標識された被検物質が得られる。

本発明の好ましい態様によれば、上記のようにして得られた核酸の粗抽出液あるいは精製した核酸溶液をまず９０〜９８℃、好ましくは９５℃以上の温度で熱変性を施し、一本鎖核酸を調製することができる。

本発明にあっては、被検物質とプローブ物質が間接的に特異的に結合するものであってもよい。すなわち、本発明の別の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、この被検物質と特異的に結合する物質を媒介物質として共存させ、この媒介物質と特異的に結合可能な物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、プローブ物質に特異的に結合できない物質であっても、媒介物質を介して作用電極上に間接的に特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質、媒介物質、およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、リガンド、このリガンドを受容可能な受容体蛋白質分子、およびこの受容体蛋白質分子と特異的に結合可能な二本鎖の核酸の組合せが挙げられる。リガンドの好ましい例としては、外因性内分泌攪乱物質（環境ホルモン）が挙げられる。外因性内分泌撹乱物質とは、受容体蛋白質分子を介してＤＮＡに結合し、その遺伝子発現に影響して毒性を生じる物質であるが、本発明の方法によれば、被検物質によりもたらされる受容体等のタンパク質のＤＮＡに対する結合性を簡便にモニタリングすることができる。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図６に示す。図６に示されるように、被検物質としてのリガンド１３０は、まず、媒介物質である受容体蛋白質分子１３１に特異的に結合する。そして、リガンドが結合された受容体蛋白質分子１３３が、プローブ物質としての二本鎖の核酸１３４に特異的に結合する。

本発明の好ましい態様によれば、被検物質は二種以上であることができる。本発明の方法によれば、複数の増感色素を用いて、各増感色素毎に異なる励起波長の光を照射することにより、複数種類の被検物質を個別に検出することが可能である。

（２）増感色素
本発明にあっては、被検物質の存在を光電流で検出するために、増感色素の共存下、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させて、該結合により増感色素を作用電極に固定させる。そのために、本発明にあっては、図５（ａ）および図６に示されるように被検物質１２１あるいは媒介物質１３１に予め増感色素１２２，１３２で標識しておくことができる。また、図５（ｂ）に示されるように被検物質およびプローブ物質の結合体１２７（例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸）にインターカレーション可能な増感色素１２８を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより、プローブ物質に増感色素を固定させることができる。

本発明に用いる増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、光源の照射による光励起状態への遷移が可能であり、かつ励起状態から作用電極に電子注入できる電子状態を採りうるものであればよい。したがって、用いる増感色素は、作用電極、特に電子受容層との間において上記電子状態をとることができるものであればよいことから、多種の増感色素が使用可能であり、高価な色素を使用する必要がない。

増感色素の具体例としては、金属錯体や有機色素が挙げられる。金属錯体の好ましい例としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン；クロロフィルまたはその誘導体；ヘミン、特開平１−２２０３８０ 号公報や特表平５−５０４０２３ 号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体（例えばシス−ジシアネート−ビス（２、２ ’−ビピリジル−４、４ ’−ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ））があげられる。有機色素の好ましい例としては、メタルフリーフタロシアニン、９−フェニルキサンテン系色素、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、アクリジン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、ロダシアニン系色素、ポリメチン系色素、インジゴ系色素等が挙げられる。

二本鎖核酸にインターカレーション可能な増感色素の好ましい例としては、アクリジンオレンジ、エチジウムブロマイドが挙げられる。このような増感色素を用いる場合、核酸のハイブリダイゼーション後に試料液に添加するだけで増感色素で標識された二本鎖核酸が形成されるので、予め一本鎖の核酸を標識する必要が無い。

（３）作用電極およびその製造
本発明に用いる作用電極は、上記プローブ物質を表面に備えた電極であり、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電極である。したがって、作用電極の構成および材料は、使用される増感色素との間で上記電子移動が生じるものであれば限定されず、種々の構成および材料であってよい。

本発明の好ましい態様によれば、作用電極が増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を有し、この電子受容層の表面にプローブ物質が備えられてなるのが好ましい。また、本発明のより好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、この導電性基材上に電子受容層が形成されてなるのが好ましい。この態様の電極は図５および６に示される。図５および６に示される作用電極１２３は、導電性基材１２５と、この導電性基材上に形成され、電子受容物質を含んで成る電子受容層１２６とを備えてなる。そして、電子受容層１２６の表面にプローブ物質が担持される。

本発明における電子受容層は、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる。すなわち、電子受容物質は、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位を取り得る物質であることができる。ここで、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位（Ａ）とは、例えば、電子受容性材料として半導体を用いる場合には、伝導帯（コンダクションバンド：ＣＢ）を意味し、電子受容性材料として金属を用いる場合には、フェルミ準位を意味し、電子受容性材料として有機物もしくはＣ６０等の分子状無機物を用いる場合には、最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ：ＬＵＭＯ）を意味する。すなわち、本発明に用いる電子受容物質は、このＡの準位が、増感色素のＬＵＭＯのエネルギー準位よりも卑な準位、換言すれば、増感色素のＬＵＭＯのエネルギー準位よりも低いエネルギー準位を有するものであればよい。

電子受容物質の好ましい例としては、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体；チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の酸化物半導体；チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等のペロブスカイト型半導体；カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物半導体；カドミウム、鉛のセレン化物半導体；カドミウムのテルル化物半導体；亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物半導体；ガリウムヒ素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物の化合物半導体；金、白金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、ニッケル等の金属；ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール等の有機物ポリマー；Ｃ６０、Ｃ７０等の分子状無機物が挙げられ、より好ましくは、シリコン、ＴｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、チタン酸ストロンチウム、酸化インジウム、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＰｂＳ、Ｂｉ_２Ｓ_３、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ、Ｃ６０であり、さらに好ましくは、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、チタン酸ストロンチウム、ＣｄＳ、ＰｂＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｕＩｎＳｅ_２であり、最も好ましくはＴｉＯ_２である。なお、上記の列挙した半導体は、真性半導体および不純物半導体のいずれであってもよい。

本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質は半導体であるのが好ましく、より好ましくは酸化物半導体であり、さらに好ましくは金属酸化物半導体であり、最も好ましくはｎ型金属酸化物半導体である。この態様によれば、半導体のバンドギャップの利用により、色素から効率良く電子を取り出すことができる。また、多孔体あるいは表面の凹凸形状といった構造を有する半導体の使用により、表面積の大きい作用電極を作製することができ、プローブ固定化量を増加させることができる。

本発明の好ましい態様によれば、半導体の伝導帯の電位は、増感色素のＬＵＭＯの電位よりも低いことが好ましく、より好ましくは、増感色素のＬＵＭＯ＞半導体の伝導帯＞電解質の酸化還元電位＞増感色素のＨＯＭＯの関係を満たす電位である。このような関係にあることで、効率良く電子を取出すことが可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体からなる場合、層表面をカチオン化処理しても良い。カチオン化により、プローブ物質（ＤＮＡ，タンパク質など）を高い効率で電子受容層に吸着させることが可能となる。カチオン化は、例えばアミノシランなどのシランカップリング剤、カチオンポリマー、４級アンモニウム化合物、などを電子受容層表面に作用させることにより行うことができる。

また、本発明の別の好ましい態様によれば、電子受容物質として、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）またはフッ素がドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）を用いることができる。ＩＴＯおよびＦＴＯは電子受容層のみならず導電性基材としても機能する性質を有するため、これらの材料を使用することにより導電性基材を用いることなく電子受容層のみで作用電極として機能させることができる。

電子受容物質として半導体または金属を用いる場合、その半導体または金属は単結晶および多結晶のいずれであってもよいが、多結晶体が好ましく、さらに緻密なものよりも多孔性を有するものが好ましい。これにより、比表面積が大きくなり、被検物質および増感色素を多く吸着させて、より高い感度および精度で被検物質を検出することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が多孔性を有しており、各孔の径が３〜１０００ｎｍであるのが好ましく、より好ましくは、１０〜１００ｎｍである。

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層を導電性基材上に形成した状態での表面積は、投影面積に対して１０倍以上であることが好ましく、さらに１００倍以上であることが好ましい。この表面積の上限には特に限定されないが、通常１０００倍程度であろう。電子受容層を構成する電子受容物質の微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子として５〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは８〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは２０〜６０ｎｍである。また、分散物中の電子受容性物質の微粒子（二次粒子）の平均粒径としては０．０１〜１００μｍであることが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒子サイズの大きな、例えば３００ｎｍ程度の電子受容物質の微粒子を併用して、電子受容層を形成してもよい。

本発明の好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、電子受容層が導電性基材上に形成されてなるのが好ましい。本発明に使用可能な導電性基板としては、チタン等の金属のように支持体そのものに導電性があるもののみならず、ガラスもしくはプラスチックの支持体の表面に導電材層を有するものであってよい。この導電材層を有する導電性基板を使用する場合、電子受容層はその導電層上に形成される。導電材層を構成する導電材の例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属；炭素、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス；およびインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの、酸化スズにアンチモンをドープしたもの、酸化亜鉛にガリウムをドープしたもの、または酸化亜鉛にアルミニウムをドープしたもの等の導電性の金属酸化物が挙げられ、より好ましくは、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物（ＦＴＯ）である。ただし、前述した通り、電子受容層自体が導電性基材としても機能する場合にあっては導電性基材は省略可能である。また、本発明において、導電性基材は、導電性を確保できる材料であれば限定されず、それ自体では支持体としての強度を有しない薄膜状またはスポット状の導電材層も包含するものとする。

本発明の好ましい態様によれば、導電性基材が実質的に透明、具体的には、光の透過率が１０％以上であるのが好ましく、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは７０％以上である。また、本発明の好ましい態様によれば、導電材層の厚みは、０．０２〜１０μｍ程度であるのが好ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、導電性基材の表面抵抗が１００Ω／ｃｍ^２以下であり、さらに好ましくは４０Ω／ｃｍ^２以下であるのが好ましい。導電性基材の表面抵抗の下限は特に限定されないが、通常０．１Ω／ｃｍ^２程度であろう。

導電性基材上への電子受容層の好ましい形成方法の例としては、電子受容物質の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法、半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して微粒子膜を得る方法（ゾル−ゲル法）、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、蒸着法などが挙げられる。電子受容物質としての半導体微粒子の分散液を作成する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。このときの分散媒としては水または各種の有機溶媒（例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等）が挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として使用してもよい。

電子受容物質の分散液またはコロイド溶液の塗布方法の好ましい例としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分でできるものとして、特公昭５８−４５８９号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許２６８１２９４号、同２７６１４１９号、同２７６１７９１号等に記載のスライドホッパ法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法が挙げられる。

本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体微粒子からなる場合、電子受容層の膜厚が０．１〜２００μｍであるのが好ましく、より好ましくは０．１〜１００μｍであり、さらに好ましくは１〜３０μｍ、最も好ましくは２〜２５μｍである。これにより、単位投影面積当たりのプローブ物質および固定される増感色素量を増加して光電流量を多くするとともに、電荷再結合による生成した電子の損失をも低減することができる。また、導電性基材１ｍ^２当たりの半導体微粒子の塗布量は０．５〜４００ｇであるのが好ましく、より好ましくは５〜１００ｇである。

本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質がインジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）または酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物（ＦＴＯ）を含んでなる場合、電子受容層の膜厚が１ｎｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜１μｍである。

本発明の好ましい態様によれば、半導体微粒子を導電性基材上に塗布した後に加熱処理を施すのが好ましい。これにより、粒子同士を電気的に接触させ、また、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させることができる。好ましい加熱処理温度は、４０〜７００℃であり、より好ましくは１００〜６００℃である。また、好ましい加熱処理時間は１０分〜１０時間程度である。

また、本発明の別の好ましい態様によれば、ポリマーフィルムなど融点や軟化点の低い導電性基材を用いる場合にあっては、熱による劣化を防止するため、高温処理を用いない方法により膜形成を行うのが好ましく、そのような膜形成方法の例として、プレス、低温加熱、電子線照射、マイクロ波照射、電気泳動、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着等の方法が挙げられる。

こうして得られた作用電極の電子受容層の表面にはプローブ物質が担持される。作用電極へのプローブ物質の担持は公知の方法に従い行うことができる。本発明の好ましい態様によれば、プローブ物質として一本鎖の核酸を用いる場合には、作用電極表面に酸化層を形成させておき、この酸化層を介して核酸プロ−ブと作用電極とを結合させることにより行うことができる。このとき、核酸プローブの作用電極への固定化は、核酸の末端に官能基を導入することにより行うことができる。これにより、官能基が導入された核酸プロ−ブはそのまま固定化反応により担体上に固定化されることができる。核酸末端への官能基の導入は、酵素反応もしくはＤＮＡ合成機を用いて行なうことができる。酵素反応において用いられる酵素としては、例えば、タ−ミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラ−ゼ、ポリＡポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドカイネ−ス、ＤＮＡポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドアデニルトランスフェラ−ゼ、ＲＮＡリガ−ゼを挙げることができる。また、ポリメラ−ゼチェインリアクション（ＰＣＲ法）、ニックトランスレ−ション、ランダムプライマ−法により官能基を導入することもできる。官能基は、核酸のどの部分に導入されてもよく、３’末端、５’末端もしくはランダムな位置に導入することができる。

本発明の好ましい態様によれば、核酸プローブの作用電極への固定化のため官能基として、アミン、カルボン酸、スルホン酸、チオール、水酸基、リン酸等が好適に使用できる。また、本発明の好ましい態様によれば、拡散プローブを作用電極に強固に固定化するためには、作用電極と拡散プローブの間を架橋する材料を使用することも可能である。そのような架橋材料の好ましい例としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤や、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性ポリマーが挙げられる。

本発明の好ましい態様によれば、核酸プロ−ブの固定化を物理吸着という、より簡単な操作で効率よく行うことも可能である。電極表面への核酸プロ−ブの物理吸着は、例えば、以下のように行なうことができる。まず、電極表面を、超音波洗浄器を用いて蒸留水およびアルコ−ルで洗浄する。その後、電極を核酸プロ−ブを含有する緩衝液に挿入して核酸プロ−ブを担体表面に吸着させる。

また、核酸プローブの吸着後、ブロッキング剤を添加することにより、非特異的な吸着を抑制することができる。使用可能なブロッキング剤としては、核酸プローブが吸着していない電子受容層表面のサイトを埋めることができ、かつ電子受容物質に対して化学吸着あるいは物理吸着等により吸着可能な物質であれば限定されないが、好ましくは化学結合を介して吸着可能な官能基を有する物質である。例えば、酸化チタンを電子受容層として用いる場合における好ましいブロッキング剤の例としては、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、水酸基、アミノ基、ピリジル基、アミド等の酸化チタンに吸着可能な官能基を有する物質が挙げられる。

本発明の好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が互いに分離された複数の領域毎に区分されて担持されてなり、光源による光照射が各領域に対して個別に行われるのが好ましい。これにより、複数の試料を一枚の作用電極上で測定することができるので、ＤＮＡチップの集積化等が可能となる。本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が担持された、互いに分離された複数の領域がパターニングされており、光源から照射される光でスキャニングしながら、各領域の試料について被検物質の検出または定量を一度の操作で連続的に行うことが好ましい。

本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域に複数種類のプローブ物質を担持させることができる。これにより、領域の個数に、各領域毎のプローブ物質の種類数を乗じた数の、多数のサンプルの測定を同時に行うことができる。

本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域毎に異なるプローブ物質を担持させることができる。これにより、区分された領域の数に相当する種類数のプローブ物質を担持させることができるので、多種類の被検物質の測定を同時に行うことができる。この態様は、各領域毎に異なる被検物質の分析が可能なため、一塩基多型の解析（ＳＮＰｓ）の多項目解析に好ましく利用することができる。

（４）対電極
本発明に用いる対電極は、電解液に接触させた場合に作用電極との間に電流が流れることができるものであれば特に限定されず、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、セラミックス等が使用可能である。また、対電極としての金属薄膜を５μｍ以下、好ましくは３ｎｍ〜３μｍの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成して作成することもできる。対電極に使用可能な材料の好ましい例としては、白金、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、ポリチオフェン等の導電性ポリマー、酸化物、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス等が挙げられ、より好ましくは、白金、カーボンであり、最も好ましくは白金である。これらの材料は電子受容層の形成方法と同様の方法により薄膜形成が可能である。

（５）電極ユニット
本発明の好ましい態様によれば、作用電極および対電極が同一平面上にパターニングされてなる電極ユニットを使用してもよい。好ましい電極ユニットは、絶縁基板と、絶縁基板上に局所的に設けられる、増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を備えた作用電極と、絶縁基板の作用電極と同一面上に、作用電極と離間して設けられる対電極とを備えてなる。そのような電極ユニットの一例が図７に示される。図７に示される電極ユニット７１は、絶縁基板７２と、作用電極７３と、対電極７４とを備えてなる。絶縁基板７２は、作用電極７２と対電極７３とを短絡させないように絶縁性を有する基板である。作用電極７３は、絶縁基板７２上に局所的に設けられ、増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を備えてなる。対電極７４は、絶縁基板７２の作用電極７３と同一面上に、作用電極７３と離間して設けられる。そして、作用電極７２および対電極７４の各々から延出するようにリード線７２’，７４’がそれぞれ設けられる。

このように、電極ユニットは、同一平面上に作用電極と対電極とを備えた一体型の電極部材であり、これを用いることにより、センサユニットの設計および材料選択の自由度が格段に広がり、センサユニットの生産性、性能、使い易さを大幅に改善できる。すなわち、本発明による電極ユニットは一体型の電極部材であり二枚の電極を対向させる必要が無いため、光源を電極ユニットの表面に対向させる構成を容易に採ることができる。その結果、作用電極を透明な材料に限らずセラミックスやプラスチック等の不透明な材料で構成することが可能となるので、電極材料の選択の自由度も広がる。また、光源からの作用電極表面の直接照射により、電極裏面から照射した際に起こる透明電極材料の透過度に起因する光の損失を無くすこともできるので、より精度の高い測定も期待できる。さらには、本発明による電極ユニットは一体型の電極部材であるため、作用電極、対電極、およびリード線を一工程の導通パターニングで形成することが可能となるため、電極の生産性が向上する。また、電極ユニットに対向させる材料は導電性を有する必要がないため、透明プラスチック、ガラスなどの汎用される材料を用いる事ができ、セルの生産性も向上する。

（６）測定方法
本発明のセンサユニットを用いた測定方法にあっては、先ず、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を前記作用電極に固定させる。

本発明の好ましい態様によれば、増感色素で予め標識された一本鎖の核酸を被検物質とする場合、プローブ物質である一本鎖核酸との間でハイブリダイゼーション反応を行なうことができる。ハイブリダイゼーション反応の好ましい温度は３７〜７２℃の範囲であるが、その最適温度は使用するプロ−ブの塩基配列や長さ等により異なる。

本発明の別の好ましい態様によれば、被検物質およびプローブ物質の結合体（例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸）にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより結合体を特異的に増感色素で標識することができる。

こうして被検物質が増感色素と共に固定された作用電極を、対電極と共に電解液に接触させ、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させ、光励起された増感色素から作用電極への電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出する。その際のセンサユニットとして、本発明のゲルシートを用いたセンサユニットを使用する。

本発明の好ましい態様によれば、互いに異なる光波長で励起可能な二種以上の増感色素を用いて複数種類の被検物質を個別に検出する場合、光源から波長選択手段を介して特定波長の光を照射することにより、複数の色素を個別に励起することが可能である。波長選択手段の例としては、分光器、色ガラスフィルター、干渉フィルター、バンドパスフィルター等が挙げられる。また、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な複数の光源を用いてもよく、この場合の好ましい光源の例としては、特定波長の光が照射されるレーザー光やＬＥＤを用いてもよい。また、作用極に光を効率よく照射するため、石英、ガラス、液体ライトガイドを用いて導光してもよい。

光照射により系内を流れる光電流は電流計により測定される。これにより、被検物質を検出することができる。その際の電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量を反映する。例えば、被検物質が核酸の場合、相補性のある核酸間で形成された二本鎖の量が、電流値となり反映される。したがって、得られた電流値から被検物質を定量することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電流計が、得られた電流量または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出する手段をさらに備えてなるのが好ましい。

本発明の好ましい態様によれば、光電流を検出する工程が、電流値を測定し、得られた電流値または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出することができる。この被検物質濃度の算出は、予め作成された被検物質濃度と電流値または電気量との検量線と、得られた電流値または電気量とを対比することにより行うことができる。本発明の方法にあっては、電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量が反映されるので、被検物質濃度に対応した正確な電流値が得られるため、定量測定に適する。

本発明の別の好ましい態様によれば、予め増感色素で標識された被検物質を競合物質として用いて、増感色素で標識されていない、プローブ物質に特異的に結合可能な第二の被検物質を定量することができる。第二の被検物質はプローブ物質に標識済被検物質よりも特異的に結合しやすい性質を有するのが好ましい。これら二種類の被検物質を競合させてプローブ物質に特異的に結合させると、検出される電流値と第二の被検物質の濃度との間に相関関係が得られる。つまり、色素標識されていない第二の被検物質の数が増加するにつれ、プローブ物質に特異的に結合する競合物質の数が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。したがって、増感色素で標識されていない第二の被検物質の検出および定量が可能となる。

本発明のより好ましい態様によれば、被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体であるのが好ましい。この態様における被検物質および第二の被検物質のプローブ物質への固定化工程を図８に示す。図８に示されるように、増感色素で標識された抗原１４１と、色素標識されていない抗原１４２とが競合して抗体１４３に特異的に結合する。したがって、色素標識されていない抗原１４２が増加するにつれ、抗体に特異的に結合する色素標識された抗原１４３が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。

例１：ゲルシートを用いた光電流測定
（１）色素標識ＤＮＡ固定化作用電極の作製
作用電極用のガラス基材として、フッ素をドープした酸化スズ（Ｆ−ＳｎＯ_２：ＦＴＯ）コートガラス（エイアイ特殊硝子社製、Ｕ膜、シート抵抗：１２Ω／□、形状：５０ｍｍ×２６ｍｍ）を用意した。このガラス基材をアセトン中で１５分間、続いて超純水中で１５分間超音波洗浄を施して、汚れおよび残存有機物の除去を行った。このガラス基材を５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液中で１５分間振盪させた。その後、水酸化ナトリウムの除去のために超純水中での５分間の振盪を水を入れ替えて３回行った。ガラス基材を取り出して空気を吹き付けて残水を飛散させた後、ガラス基材を無水メタノールに浸漬させて脱水した。

９５％メタノール５％超純水を溶媒として、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）を２ｖｏｌ％となるように加え、室温下で５分間の攪拌を行って、カップリング処理用の溶液を調製した。このカップリング処理用溶液に上記ガラス基材を浸漬させ、ゆっくりと１５分間振盪させた。次いで、ガラス基材を取り出し、メタノール中で１０回ほど振盪させて余剰なカップリング処理用溶液を除く操作を、メタノールを３回換えて行った。その後、ガラス基材を１１０℃で３０分間保持してカップリング剤をガラス基材に結合させた。ガラス基材を室温下で冷却した後、直径３ｍｍの大きさの開口部が９スポット形成された粘着性シール（厚さ：０．５ｍｍ）を載置して密着させた。続いて、濃度調整した（１００ ｎＭ）ローダミン標識ｓｓＤＮＡ（２５ｍｅｒ）を９５℃で１０分間保持した後、直ちに氷上に移して１０分間保持してＤＮＡを変性させた。この変性ＤＮＡを先に用意したガラス上のシールの９開口部に５μｌずつ充填し、９５℃で１０分保持して溶媒を蒸発させた。その後、ＵＶクロスリンカー（ＵＶＰ社ＣＬ−１０００型）で１２０ｍＪの紫外光を照射して、標識ｓｓＤＮＡをガラス基材に固定化した。シールをガラス基材から剥がし、ガラス基材を０．２％ＳＤＳ溶液中で１５分間×３回振盪させ、超純水を３回入れ替えて濯いだ。このガラス基材を沸騰水に２分間浸漬させて取り出した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。続いて、ガラス基材を４℃の無水エタノールに１分間浸漬させて脱水し、空気を吹き付けて残留エタノールを飛散させた。こうして、色素標識ＤＮＡ固定化作用電極を得た。

（２）ゲルシートの作製
０．１Ｍ、０．２Ｍ、および０．５Ｍのテトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）を含む水溶液を調製した。この水溶液に最終濃度１％のアガロース（電気泳動用アガローススタンダードＬｏｗ−ｍ_ｒ、ＢＩＯ−Ｒａｄ社）を加え、１２１℃で２０分間オートクレーブにて加熱して、アガロースを溶解させた。アガロースが溶解した状態の液を、厚さ１．０ｍｍのパッキンを挟んだ２枚のガラス板の間に流し込み、室温下で放冷および固化させて、ゲルシートを得た。得られたゲルシートをカッターで適当な大きさに裁断して、光電流測定用のサイズに加工した。

（３）光電流測定
（ｉ）ゲルシートを用いた測定
上記（１）で作製した色素標識ＤＮＡ固定化作用電極と、ガラス板上に白金が蒸着されてなる対電極とを用意した。両電極間に上記（２）で作製したゲルシートを挟み、密着させた。この時、作用電極のｓｓＤＮＡが固定化された面と対電極の白金蒸着面とが対向するように配置した。両電極を電気化学アナライザーに接続した状態で、作用電極にレーザー光源（出力６０ｍＷ、照射領域の直径１ｍｍ、波長５３０ｎｍの緑色レーザー）を照射し、その時に観察される電流値を記録した。

（ｉｉ）電解液を用いた測定（比較）
比較のため、ゲルシートの代わりに電解液を用いて、上記（ｉ）と同様の測定を行った。具体的には、上記（１）で得られた色素標識ＤＮＡ固定化作用電極と、ガラス板上に白金が蒸着されてなる対電極とを用意した。両電極間に厚さ１ｍｍのガスケットを挟み、その空隙に上記（１）で調整した０．２Ｍ ＮＰｒＩ４溶液を充填した。この時、作用電極のｓｓＤＮＡが固定化された面と対電極の白金蒸着面とが対向するように配置した。両電極を電気化学アナライザーに接続した状態で、作用電極にレーザー光源（出力６０ｍＷ、照射領域の直径１ｍｍ、波長５３０ｎｍの緑色レーザー）を照射し、その時に観察される電流値を記録した。

結果を図９に示す。図９に示されるように、ゲルシートを使用した場合にあっては、０．１〜０．５Ｍの電解質濃度の全域にわたって、電解液を使用した場合よりも格段に高い光電流が検出された。

例２：ゲル濃度の影響
（１）色素標識ＤＮＡ固定化作用電極の作製
固定化するｓｓＤＮＡ濃度を１０ｎＭと１００ｎＭの２濃度としたこと以外は、例１と同様にして、色素標識ＤＮＡ固定化作用電極を作製した。
（２）ゲルシートの作製
アガロース濃度を０．５％、４％、８％、および１０％と変化させたこと以外は、例１と同様にしてゲルシートを作製した。
（３）光電流測定
上記（１）で作製した吸着固定化濃度の異なる各作用電極と、上記（２）で作製したアガロース濃度の異なる各ゲルシートを用いて、例１と同様にして光電流を測定した。

結果を図１０に示す。図１０に示されるように、０．５％〜１０％のアガロース濃度の全域にわたって、アガロース濃度の光電流値への影響はほとんど認められなかった。したがって、十分な強度を得る観点からゲルを比較的多く使用しても、光電流検出への悪影響は無いことが推察される。

例３：ゲルシートの厚さの影響
（１）色素標識ＤＮＡ固定化作用電極の作製
固定化するｓｓＤＮＡ濃度を１０ｎＭと１００ｎＭの２濃度としたこと以外は例１（１）と同様にして、色素標識ＤＮＡ固定化作用電極を作製した。
（２）ゲルシートの作製
アガロース濃度を１％に固定し、ゲルシートの厚さを１ｍｍ、２ｍｍ、および３ｍｍとしたこと以外は、例１と同様にしてゲルシートを作製した。
（３）光電流測定
上記（１）で作製した吸着固定化濃度の異なる各作用電極と、上記（２）で作製した厚さの異なる各ゲルシートを用いて、例１と同様にして光電流を測定した。

結果を図１１に示す。図１１に示されるように、１ｍｍ〜３ｍｍのゲルシート厚さの全域にわたって、光電流値への影響はほとんど認められなかった。したがって、十分な強度を得る観点からゲルシート厚さを大きくしても、光電流値検出への悪影響は無いことが推察される。

例４：ゲルシートの作製方法の検討
電解質およびゲル化剤（アガロース）を水に加えて加熱溶解してゲルを作製した場合（以下、混合調製という）と、ゲル化剤のみでゲルを形成した後に電解質溶液中に浸漬させてゲル中に電解質を分散させた場合（以下、浸漬調製という）とにおける、光電流測定への影響を検討した。具体的には、混合調製にあっては、例１と同様にして厚さ１ｍｍのゲルシートを作製し、適当な大きさに裁断した。一方、浸漬調製にあっては、電解質を使用しないこと以外は例１と同様して厚さ１ｍｍのゲルシートを作製し、適当な大きさに裁断した後に、０．２ＭのＮｐｒ４Ｉ溶液中にゲルシートを一晩、室温で浸漬させた。続いてこのゲルシートを溶液から取り出した後、付着した残余還元剤溶液を純水で洗い流した後、水気を切った。各ゲルシートを、作用電極と対電極間に挟み込み、例１（３）と同様にして光電流測定を行った。また、ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度が０ｎＭ、および１０ｎＭの各溶液を用いて作製した作用電極も作製して上記同様に光電流測定を行った。

結果を図１２に示す。図１２に示されるように、浸漬調製により作製したゲルシートも、混合調製により作製したゲルシートと同程度の光電流が検出される、すなわち同様の性能が得られることが分かる。したがって、電解質とゲル化剤との組合せが混合調製に適さない場合（例えばポリアクリルアミドゲルとＮＰｒ４Ｉの組合せなどのように加熱溶解させて固化させることが困難な場合）であっても、ゲル化させた後に含浸させる浸漬調製によればゲルシートを容易に作製することができる。

例５：ゲルシートのゲル強度の検討
（１）電解質を含まないゲルシートの作製
電解質を使用せず、かつアガロースの最終濃度を０．１％、０．５％、０．８％、１％、２％、４％、８％、１５％としたこと以外は、例１と同様にしてゲルシートを作製した。
（２）ゲルシートの強度測定
得られたゲルシートのゲル強度（ｇ／ｃｍ^２）を「レオメーターＣＲ２００Ｄ」（サン科学社製）のＭＯＤＥ−２により測定した。図１３にこの「レオメーターＣＲ２００Ｄ」の概略図を示す。図１３に示されるように、この測定装置は、テーブル８１と、棒状アダプター８２とを備えている。使用した棒状アダプター８２は、アクリル樹脂製の、サン科学社製アダプターＮＯ．２５−１５ｍｍであり、ゲルシートと接触する面の直径が１５ｍｍである。図１４に示されるように、この測定においては、テーブル８１上に形状が３０ｍｍ×３０ｍｍ、厚さ１ｍｍのゲルシートを設置し、棒状アダプター８２を１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で０．８ｍｍの深さに進入させてゲルを圧縮し、その際にかかる最大荷重を測定した（荷重はＨＯＬＤに設定）。その際、ゲルシートから棒状アダプターがはみ出さないようにゲルシートを設置した。この測定を、ゲルシートを交換して３回ずつ行い、その平均を表面積あたりの荷重に換算したものをゲル強度（ｇ／ｃｍ^２）とした。

結果を図１５に示す。図１５に示されるように、アガロース添加量が多いほど、ゲル強度が増大することがわかる。また、アガロース濃度が０．１％の時はゲル化しなかったが、アガロース濃度が０．５％の場合には単独で取り扱うことが可能なゲルシートが得られ、その際のゲル強度は１６９．９ｇ／ｃｍ^２であった。以上のことから、単独で取り扱うことが可能なゲルシートを形成するには、ゲル強度が少なくとも１００ｇ／ｃｍ^２以上であることが望ましい。

例６：ポリアクリルアミドを用いたゲルシート
７．５％ポリアクリルアミドゲル（厚さ１ｍｍ）を適当な大きさに裁断し、０．２Ｍ ＮＰｒ４Ｉ溶液に室温で一晩浸漬して、還元剤を含浸させた。純水で残余の還元剤溶液を洗い流し、水気を切った後に、例１と同様にして光電流を測定した。また、参考のため、同じ厚さのゲルシートを１重量％アガロースを用いて作製し、同様に０．２Ｍ ＮＰｒ４Ｉ溶液に室温で一晩浸漬して、還元剤を含浸させて使用し、例１と同様にして光電流の測定を行った。色素標識ＤＮＡ固定化作用電極の作製は例１と同様にして行い、ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度が０ｎＭ、および１０ｎＭの各溶液を用いて作製した作用電極も作製して上記同様に光電流測定を行った。

結果を図１６に示す。図１６に示されるように、アクリルアミドを用いたゲルシートにあっては、アガロースを用いたゲルシートと同程度の光電流が測定された。

例７：各種電解質の検討
各種電解質を用いて光電流測定を行った。具体的には、ゲル化剤として１重量％アガロースを用い、各還元剤の濃度を０．２Ｍに固定して、ゲルシートを作製した。電解質としては、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ_２、ＬｉＩ、ＮＨ_４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ_４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）および亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）を用いた。アガロースと電解質を水に加え、例１と同様にオートクレーブにして加熱溶解させたものを、室温で放冷して固化させて、適当な大きさに裁断してゲルシートを作製した。光電流の測定は例１と同様にして行った。色素標識ＤＮＡ固定化作用電極の作製は例１と同様にして行い、ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度が０ｎＭ、および１０ｎＭの各溶液を用いて作製した作用電極も作製して上記同様に光電流測定を行った。

結果を図１７に示す。検討したいずれの還元剤でも、ｓｓＤＮＡ固定化量に依存して光電柱の増加が認められ、使用可能であることが明らかになった。

例８：一塩基多型（ＳＮＰｓ）検出
本例では、ｐ５３遺伝子の一塩基多型の検出にゲルシートを応用した。作用電極側に完全一致プローブ、一塩基変異鎖プローブ、および完全不一致プローブを固定化した。それぞれの塩基配列は下記の通りとした。
完全一致（ＰＭ）プローブ： ５’−ＮＨ２−ＡＧＧＡＴＧＧＧＣＣＴＣＡＧＧＴＴＣＡＴＧＣＣＧＣ−３’
一塩基変異鎖（ＳＮＰ）プローブ： ５’−ＮＨ２−ＡＧＧＡＴＧＧＧＣＣＴＣＣＧＧＴＴＣＡＴＧＣＣＧＣ−３’
完全不一致（ＭＭ）プローブ： ５’−ＮＨ２−ＧＣＧＧＣＡＴＧＡＡＣＣＧＧＡＧＧＣＣＣＡＴＣＣＴ−３’

これらのプローブとハイブリダイゼーションさせるターゲットＤＮＡの塩基配列は下記の通りとした。
ターゲットＤＮＡ： ５’−ローダミン−ＧＣＧＧＣＡＴＧＡＡＣＣＴＧＡＧＧＣＣＣＡＴＣＣＴ−３’

作用電極用のガラス基材として、フッ素をドープした酸化スズ（Ｆ−ＳｎＯ_２：ＦＴＯ）コートガラス（エイアイ特殊硝子社製、Ｕ膜、シート抵抗：１２Ω／□、形状：５０ｍｍ×２６ｍｍ）を用意した。このガラス基材をアセトン中で１５分間、続いて超純水中で１５分間超音波洗浄を施して、汚れおよび残存有機物の除去を行った。このガラス基材を５Ｍの水酸化ナトリウム水溶液中で１５分間振盪させた。その後、水酸化ナトリウムの除去のために超純水中での５分間の振盪を水を入れ替えて３回行った。ガラス基材を取り出して空気を吹き付けて残水を飛散させた後、ガラス基材を無水メタノールに浸漬させて脱水した。

９５％メタノール５％超純水を溶媒として、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）を２ｖｏｌ％となるように加え、室温下で５分間の攪拌を行って、カップリング処理用の溶液を調製した。このカップリング処理用溶液に上記ガラス基材を浸漬させ、ゆっくりと１５分間振盪させた。次いで、ガラス基材を取り出し、メタノール中で１０回ほど振盪させて余剰なカップリング処理用溶液を除く操作を、メタノールを３回換えて行った。その後、ガラス基材を１１０℃で３０分間保持してカップリング剤をガラス基材に結合させた。ガラス基材を室温下で冷却した後、直径３ｍｍの大きさの開口部が９スポット形成された粘着性シール（厚さ：０．５ｍｍ）を載置して密着させた。続いて、１μＭに調製した完全一致鎖、一塩基変異鎖、完全不一致鎖のプローブＤＮＡ（２５ｍｅｒ）を９５℃で１０分間保持した後、直ちに氷上に移して１０分間保持してＤＮＡを変性させた。この変性ＤＮＡを先に用意したガラス上のシールの９開口部に５μｌずつ充填し、９５℃で１０分保持して溶媒を蒸発させた。その後、ＵＶクロスリンカー（ＵＶＰ社ＣＬ−１０００型）で１２０ｍＪの紫外光を照射して、プローブＤＮＡをガラス基材に固定化した（各プローブにつき、３スポットずつ固定化）。シールをガラス基材から剥がし、ガラス基材を０．２％ＳＤＳ溶液中で１５分間×３回振盪させ、超純水を３回入れ替えて濯いだ。このガラス基材を沸騰水に２分間浸漬させて取り出した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。続いて、ガラス基材を４℃の無水エタノールに１分間浸漬させて脱水し、空気を吹き付けて残留エタノールを飛散させた。こうして、プローブＤＮＡ固定化作用電極を得た。

その後、ターゲットＤＮＡを含む５×ＳＳＣ、０．５％ＳＤＳ溶液を、プローブを固定した電極にのせてカバーガラスで密閉した状態で３７℃で１０時間保温した。その後、電極をラックに立て、６３℃の０．２×ＳＳＣ、０．２％ＳＤＳ溶液５Ｌを入れた水槽中に１分間浸漬させた後、水で２回すすぎ電極を乾燥させた。

こうして得られた作用電極を測定セルに組み込み、測定セル上に光源自動移動用ＸＹステージを取り付けた。セル部分の構成はゲルシートを用いる場合は作用電極と白金対電極とを対向させ、両電極間に接触による短絡を防止しゲルシートを挟み込んだ。電解液を用いる場合は作用電極と白金対電極とを対向させ、両電極間に接触による短絡を防止し、電解液を充填するための空間を作り出すことを目的として、膜厚が５００μｍのシリコンシートを挿入した。シリコンシートには全スポットが入る十分大きい穴が空いており、ここに送液された電解液が溜まり、作用電極上に固定化されたＤＮＡが接触する構造になっている。作用電極、対電極共に、電気的に接しているスプリングプローブを介して高感度な電流計に接続した。

続いて自動移動用ＸＹステージに固定した光源により作用電極裏面の上方から光を照射し、作用電極と白金対電極の間に流れる電流を経時的に測定した。作用電極の上方にはＦＴＯ基板上のスポットと同形状の遮光部材を設けて、隣接するスポットへの光照射を防止すると同時に、光の無照射スポットを設けた。測定はスポットを順次走査し、同時にスポットでの電流出力をパソコンに接続された高感度電流計を介してパソコンに記憶した。

ターゲットＤＮＡ濃度が１μＭの場合の結果を図１８に、ターゲットＤＮＡ濃度が１００ｎＭの場合の結果を図１９に示す。図１８および１９に示されるように、ターゲット濃度が１μＭの場合には電解液およびゲルシートのいずれの形態であっても一塩基多型（ＳＮＰｓ）を光電流値の差として検出することができたが、１００ｎＭの場合にはＳＮＰｓを光電流値の差として検出できたのはゲルシートの形態だけであった。

本発明の第一の態様によるセンサユニットおよび測定装置の組み立て前後の一例を示す図であり、（ａ）は組み立て後の断面図を、（ｂ）は組み立て前の分解図を示す。 本発明の第二の態様によるセンサユニットおよび測定装置の組み立て前後の一例を示す図であり、（ａ）は組み立て後の断面図を、（ｂ）は組み立て前の分解図を示す。 本発明の第二の態様によるセンサユニットおよび測定装置の組み立て前後の他の一例を示す図であり、（ａ）は組み立て後の断面図を、（ｂ）は組み立て前の分解図を示す。 本発明の第二の態様によるセンサユニットおよび測定装置の組み立て前後のさらに別の一例を示す図であり、（ａ）は組み立て後の断面図を、（ｂ）は組み立て前の分解図を示す。 被検物質が一本鎖の核酸であり、プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図であり、（ａ）は被検物質が予め増感色素で標識されてなる場合を、（ｂ）は二本鎖の核酸にインターカレーション可能な増感色素を添加した場合をそれぞれ示す。 被検物質がリガンドであり、媒介物質が受容体蛋白質分子であり、プローブ物質が二本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。 電極ユニットの一例を示す図である。 互いに競合する特異的結合性を有する被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体である場合の、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。 例１において得られた、ゲルシート（１％アガロースゲル）を使用した場合と、電解液（水溶液）を使用した場合とにおける、各テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）濃度において測定された光電流値を示す図である。 例２において得られた、１０ｎＭおよび１００ｎＭの各ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度における、ゲル濃度（アガロース濃度）と光電流値との関係を示す図である。 例３において得られた、１０ｎＭおよび１００ｎＭの各ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度における、ゲルシートの厚さと光電流値との関係を示す図である。 例４において得られた、０ｎＭ、１０ｎＭ、および１００ｎＭの各ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度における、ゲルシートを混合調整により作製した場合と、浸漬調整により作製した場合との光電流値を示す図である。 例５において使用した「レオメーターＣＲ２００Ｄ」（サン科学社製）の概略図である。 例５において行ったゲル強度の測定方法を説明する図である。 例５において得られた、ゲル濃度（アガロース濃度）とゲル強度との関係を示す図である。 例６において得られた、０ｎＭ、１０ｎＭ、および１００ｎＭの各ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度における、１重量％アガロース含有ゲルシートを用いた場合と、７．５重量％アクリルアミド含有ゲルシートを用いた場合との光電流値を示す図である。 例７において得られた、０ｎＭ、１０ｎＭ、および１００ｎＭの各ローダミン標識ｓｓＤＮＡ濃度における、各種電解質を用いた場合の光電流値を示す図である。 例８において得られた、完全一致（ＰＭ）プローブ、一塩基変異鎖（ＳＮＰ）プローブ、および完全不一致（ＭＭ）プローブを用いた場合における、ターゲットＤＮＡ濃度が１μＭの光電流値を示す図である。 例８において得られた、完全一致（ＰＭ）プローブ、一塩基変異鎖（ＳＮＰ）プローブ、および完全不一致（ＭＭ）プローブを用いた場合における、ターゲットＤＮＡ濃度が１００ｎＭの光電流値を示す図である。

Claims (27)

1. 増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるゲルシートであって、
   天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなるゲルマトリクスと、
   該ゲルマトリクス中に分散される電解質と
   を含んでなる、ゲルシート。
2. １００ｇ／ｃｍ^２以上のゲル強度を有する、請求項１に記載のゲルシート。
3. ０．１〜１０ｍｍの厚さを有する、請求項１または２に記載のゲルシート。
4. １〜３ｍｍの厚さを有する、請求項１または２に記載のゲルシート。
5. 前記ゲルマトリクスが、多糖類および蛋白質を主成分とする天然ゲルを含んでなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載のゲルシート。
6. 前記天然ゲルが、アガロース、アルギン酸、カラギーナン、ローストビーンガム、ジェランガム、およびゼラチンからなる群から選択される少なくとも一種のゲルである、請求項５に記載のゲルシート。
7. 前記天然ゲルが、アガロースのゲルである、請求項５に記載のゲルシート。
8. 前記ゲルマトリクスが、前記合成ゲルを含んでなり、前記合成ゲルが、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ＰＶＡ添加ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、Ｎ−アルキル変性（メタ）アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−（イソ）プロピルアクリルアミド、Ｎ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシメチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチルアクリルアミド、（メタ）アクリル酸、ｔ−ブチル（メタ）アクリルアミドスルホン酸、スルホプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、（ポリ）アルキレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、グリセリン（メタ）アクリレート、メチレンビス（メタ）アクリルアミド、エチレンビス（メタ）アクリルアミド、（ポリ）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（ポリ）プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、およびテトラアリロキシエタンからなる群から選択される少なくとも一種のゲルである、請求項１〜７のいずれか一項に記載のゲルシート。
9. 前記合成ゲルが、ポリアクリルアミドのゲルである、請求項８に記載のゲルシート。
10. 前記電解質が、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ_２、ＬｉＩ、ＮＨ_４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ_４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）、ヒドロキノン、Ｋ_４［Ｆｅ（ＣＮ）_６］・３Ｈ_２Ｏ、フェロセン−１，１’−ジカルボン酸、フェロセンカルボン酸、ＮａＢＨ_４、トリエチルアミン、チオシアネートアンモニウム、Ｎ_２Ｈ_４、ＣＨ_３ＣＨＯ、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン二塩酸塩（ＴＭＰＤ）、Ｌ−アスコルビン酸、Ｎａ_２ＴｅＯ_３、ＦｅＣｌ_２・４Ｈ_２Ｏ、ＥＤＴＡ、システイン、トリエタノールアミン、トリプロピルアミン、Ｉ／ＬｉＩ、ＴＣＥＰ、ＤＴＴ、２−メルカプトエタノール、２−メルカプトエタノールアミン、二酸化チオ尿素、（ＣＯＯＨ）_２、およびＨＣＨＯからなる群から選択される少なくとも一種である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のゲルシート。
11. 前記電解質が、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ_２、ＬｉＩ、ＮＨ_４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ_４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３）、および亜硫酸ナトリウム（Ｎａ_２ＳＯ_３）からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のゲルシート。
12. 前記光電流を用いた被検物質の特異的検出が、
    被検物質が直接または間接的に特異的に結合したプローブ物質を表面に備え、かつ該結合により増感色素が固定されてなる作用電極と、対電極とを前記ゲルシートに接触させ、
    前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出すること
    を含んでなるステップにより行われる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のゲルシート。
13. 光電流を用いた被検物質の特異的検出方法であって、
    被検物質が直接または間接的に特異的に結合したプローブ物質を表面に備え、かつ該結合により増感色素が固定されてなる作用電極と、対電極とを請求項１〜１１のいずれか一項に記載のゲルシートに接触させ、
    前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出すること
    を含んでなる、方法。
14. 増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットであって、
    作用電極と、
    前記電極と対向して設けられる対電極と、
    前記作用電極および前記対電極の間に挟持される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のゲルシートと
    を備えてなり、前記作用電極および前記対電極の各電極表面が前記ゲルシートと接触してなる、センサユニット。
15. 前記対電極を支持する支持基材と、
    前記支持基材に向けて、前記作用電極、前記ゲルシート、および前記対電極を互いに密着させるように押さえる押さえ部材と
    をさらに備えてなる、請求項１４に記載のセンサユニット。
16. 前記作用電極を支持する支持基材と、
    前記支持基材に向けて、前記対電極、前記ゲルシート、および前記作用電極を互いに密着させるように押さえる押さえ部材と
    をさらに備えてなる、請求項１４に記載のセンサユニット。
17. 前記押さえ部材が、光励起のための光を通すための開口部または透光部をさらに備えてなる、請求項１５または１６に記載のセンサユニット。
18. 増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットであって、
    作用電極および対電極が同一平面上にパターニングされてなる電極ユニットと、
    前記作用電極および前記対電極の各電極表面に接触して設けられる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のゲルシートと
    を備えてなる、センサユニット。
19. 前記電極ユニットと対向して設けられる対向部材をさらに備えてなり、
    前記電極ユニットと前記対向部材との間に前記ゲルシートが挟持される、請求項１８に記載のセンサユニット。
20. 前記対向部材に向けて、前記電極ユニットおよび前記ゲルシートを互いに密着させるように押さえる押さえ部材をさらに備えてなる、請求項１９に記載のセンサユニット。
21. 前記電極ユニットを支持する支持基材をさらに備えてなり、かつ、
    前記対向部材が、前記支持基材に向けて、前記ゲルシートおよび前記電極ユニットを互いに密着させるように押さえる押さえ部材として機能する、請求項１９に記載のセンサユニット。
22. 前記押さえ部材が、光励起のための光を通すための１つ以上の開口部または透光部をさらに備えてなる、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載のセンサユニット。
23. 前記電極ユニットを支持する支持基材と、
    前記支持基材に向けて、前記電極ユニットを密着させるように押さえる押さえ部材とをさらに備えてなり、
    前記ゲルシートが前記電極ユニット上に載置されてなる、請求項１８に記載のセンサユニット。
24. 増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、
    請求項１４〜２３のいずれか一項に記載されるセンサユニットと、
    前記作用電極に光を照射するための光源と、
    前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と
    を備えた、測定装置。
25. 前記光源が、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な光源である、請求項２４に記載の測定装置。
26. 前記光源があらかじめ複数個設けられてなり、かつ、前記測定装置が、該複数個の光源を切り換えて照射する機構をさらに備えてなる、請求項２４または２５に記載の測定装置。
27. 光源および／またはセンサユニットが、光源およびセンサユニットをＸＹ方向に相対的に移動させるためのＸＹ移動機構をさらに備えてなる、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の測定装置。

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