JP2010237020A

JP2010237020A - 生体分子検出装置及び生体分子検出方法

Info

Publication number: JP2010237020A
Application number: JP2009085058A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Hasegawa; 克也長谷川
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-21

Abstract

【課題】生体分子検出装置の構造を簡単化・小型化し、測定精度を向上させ、簡易な取り扱いで安定した検出能力を持つ検出装置を提供すること。
【解決手段】光透過性基板（１０２）と、プローブ固定領域（１０８）と、前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極（１１０）と、前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子（１０４）とを含み、前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子は一体的に形成されていることを特徴とする生体分子検出装置。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＤＮＡマイクロアレイを用いたＤＮＡ検出、プロテインマイクロアレイを用いたタンパク質検出、その他標識の発光の検出を利用した生体分子検出装置及び生体分子検出方法に関する。

現在のポストゲノム時代において、核酸、タンパク質、糖質、脂質等の生体分子の検出装置及び検出方法がますます重要となっている。

その中で、遺伝子解析技術としては、ＤＮＡマイクロアレイを用いたＤＮＡの検出方法が用いられている。この検出方法によれば、多種類の遺伝子発現、機能性、変異等の同時解析を簡便かつ迅速に行うことができる。ＤＮＡマイクロアレイを用いた検出方法は、多数のＤＮＡ又はオリゴヌクレオチドの配列（プローブ核酸）を、ガラス又はシリコン等の基板上にスポット固定したＤＮＡチップを用いる。基板上に固定したプローブ核酸と、標識した試料ＲＮＡ（標的核酸）とのハイブリダイゼーションによりプローブ核酸と相補的な塩基配列を有する標的核酸が選択的にプローブ核酸と結合する。そしてマイクロアレイを乾燥後、標識された標的核酸の蛍光強度を測定する。

また、タンパク質解析技術として、ＤＮＡマイクロアレイと同様の解析原理を用いるプロテインマイクロアレイの開発が進んでいる。ＤＮＡマイクロアレイでは、基板上にプローブ核酸が固定されているのに対して、プロテインマイクロアレイでは、基板上に抗体、組換えタンパク質、ファージに提示されたタンパク質フラグメント、合成ペプチド、ＤＮＡ／ＲＮＡアプタマー等の標的タンパク質捕捉分子が固定されている。これに標的タンパク質を滴下すると、固定された標的タンパク質捕捉分子と標的タンパク質との間に相互作用が生じ、標識された標的タンパク質又はシグナル発生用の二次抗体からの蛍光強度を測定する。

標識には、蛍光色素が広く使用されており、高い蛍光強度を有すること、乾燥状態（固体状態）でも発光すること、および水溶性を有することなどが要求され、一般にＣｙ３やＣｙ５が使用されている。しかしＣｙ３やＣｙ５の蛍光色素は材料として高価であるため、有機ＥＬ色素が高い蛍光強度を有することを利用して、生体分子試料と有機ＥＬ色素とを反応させ生体分子試料の蛍光を利用する方法（特開２００５−２０８０２６号公報）もある。

これらの蛍光の検出は、励起光を生体分子試料に照射し、その照射した励起光により生じる蛍光を検出することにより行われる。このような励起光による蛍光の検出機構の主な構成要素としては、励起光源、プローブ核酸や標的タンパク質捕捉分子等のプローブを固定するためのプローブ固定領域、光検出器があるが、蛍光検出機構の構成として、（１）励起光源、プローブ固定領域、光検出器がそれぞれ別体であるもの、（２）プローブ固定領域と光検出器が一体化され、それと励起光源とが別体であるもの、（３）励起光源、プローブ固定領域、光検出器が一体化されたものが従来の技術としてある。

（１）の例としては、励起光源であるレーザ光発生器からのレーザ光が、ＤＮＡチップのＤＮＡプローブに照射され、励起された蛍光物質からの蛍光が光電子増倍管により検出されるもの（特開２００７−４７１１０号公報）がある。

（２）の例としては、基板の一面に感応膜が設けられ、他面に受光素子が設けられ、基板外部の励起光源により感応膜の被測定試料から発せられた蛍光を受光素子により検出するもの（特開２００７−２５０５７６号公報）がある。

（３）の例としては、透光性基板の一面にプローブ固定領域が設けられ、他面にプローブ固定領域を照射する発光素子及びプローブ固定領域における標識からの蛍光を検出する受光素子が設けられているもの（特開２００５−７７２８７号公報）がある。

特開２００５−２０８０２６号公報特開２００７−４７１１０号公報特開２００７−２５０５７６号公報特開２００５−７７２８７号公報

しかしながら、（１）の従来技術によれば、標識による発光を検出するための光検出器を内蔵するため生体分子検出装置が大型化し、微弱発光を抽出するために光電子増倍管を用いるため生体分子検出装置が高額になっていた。光検出器は標識検出において長期間安定した性能を得るために、定期的な校正が必要となるほか、日常の保守作業として光検出器の光学機器を清浄に保つ必要があった。

また、従来技術（１）においては、光検出では受光信号強度は光源と検出器の距離の二乗に比例することから、光検出器との距離が離れると信号強度が弱くなり微弱な発光の検出が難しくなるため、反応が弱い時は検出の誤りが起きやすい。特に、微弱発光の検出に光電子増倍管を用いた場合その特性から計測値にノイズが多く精密測定に向いていなかった。

この点、光検出器と標識が近接する構造の従来技術（２）、（３）においても、励起光を標識に照射して、その照射された励起光によって生じる蛍光を測定するという間接的な測定にとどまっているため、標識の定量的な測定が困難である。

また、励起光による発光では大きな発光量を得ることができない。

従来技術（３）のように、励起光源、プローブ固定領域、光検出器のすべてを一体化しても、従来技術（２）に比べると、励起光源である発光素子がその構成要素として増えるために、それらの適切な配置の必要性、受光素子に対して励起光をカットするためのフィルタの必要性等、その構成が複雑となり、工程の増加、コストの増加を招く。

そこで、本発明は、上記の課題を解決し、生体分子検出装置の構造を簡単化・小型化し、測定精度を向上させ、簡易な取り扱いで安定した検出能力を持つ検出装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明は、電圧の印加により有機ＥＬ発光、電気化学発光、有機ＥＬ発光と電気化学発光の組み合わせ等により自発光する有機ＥＬ分子を標識として用い、その有機ＥＬ標識に電圧を印加することにより、励起光源を不要とし、プローブと相互作用する標的生体分子の量やパターン等を直接的に測定し、測定精度を向上させること、検出装置の構造の簡単化・小型化を実現するものである。なお、標識として用いることが出来る有機ＥＬ分子は、蛍光標識分子と同様の考えに基づいて設計することができるが、より発光量が高く、長時間の発光にも耐えられる持続性をもつことが標的生体分子の高感度検出、定量検出に必要なものと考えられる。また、プローブとの結合性能が高く、選択的部位結合性を持つものがより適している。

また、本発明は光検出器を電圧の印加により自発光するプローブ固定領域と一体化することで、検出装置を小型化するとともに、簡易な取り扱いで安定した検出能力を持つ光検出器を一体化した生体分子の検出に用いる検出装置を提供するものである。

本発明の第１の態様は、光透過性基板と、プローブ固定領域と、前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極と、前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子と、を含み、前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子は一体的に形成されていることを特徴とする生体分子検出装置を提供するものである。

好ましくは、前記受光素子は前記光透過性基板上に形成され、前記受光素子上に光透過性の絶縁膜が形成され、前記プローブ固定領域は前記絶縁膜上に形成されている。

好ましくは、前記プローブ固定領域は、前記絶縁膜を介して前記受光素子の上部に配置さていれる。

好ましくは、前記プローブ固定領域は前記光透過性基板の一方の面上に形成され、前記受光素子は前記光透過性基板の他方の面上に形成されている。

好ましくは、前記受光素子は前記プローブ固定領域の裏側に対向して配置されている。

好ましくは、前記受光素子に接続され、前記受光素子からの出力を増幅する増幅回路を更に含み、該増幅回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されている。

好ましくは、前記増幅回路は前記光透過性基板上に形成されている。

好ましくは、前記電極に接続され、前記電極の電圧を制御する発光制御回路を更に含み、該発光制御回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されている。

好ましくは、前記発光制御回路は前記光透過性基板上に形成されている。

好ましくは、前記増幅回路からの出力、又は前記増幅回路からの出力及び前記電極に印加される電圧に基づいて生体分子に関する特徴を判定する判定回路を更に含み、該判定回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されている。

好ましくは、前記判定回路は前記光透過性基板上に形成されている。

好ましくは、前記判定回路の判定結果を表示する検出表示器を更に含む。

本発明の第２の態様は、基板と、プローブ固定領域と、前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極と、前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子とを含み、前記受光素子及び前記プローブ固定領域は前記基板上に形成され、前記受光素子及び前記プローブ固定領域は光回路で結合されており、前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路は一体的に形成されていることを特徴とする生体分子検出装置を提供するものである。

好ましくは、前記受光素子に接続され、前記受光素子からの出力を増幅する増幅回路を更に含み、該増幅回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されている。

好ましくは、前記増幅回路は前記基板上に形成されている。

好ましくは、前記電極に接続され、前記電極の電圧を制御する発光制御回路を更に含み、該発光制御回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路と一体的に形成されている。

好ましくは、前記発光制御回路は前記基板上に形成されている。

好ましくは、前記増幅回路からの出力、又は前記増幅回路からの出力及び前記電極に印加される電圧に基づいて生体分子に関する特徴を判定する判定回路を更に含み、該判定回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路と一体的に形成されている。

好ましくは、前記判定回路は前記基板上に形成されている。

好ましくは、前記発光制御回路は、前記受光素子により検出される光量が所定の値となるように電圧を調整するものであり、該調整された電圧値を出力する。

好ましくは、前記調整された電圧値に基づき生体分子に関する特徴を演算する回路を更に含む。

好ましくは、前記受光素子と前記プローブ固定領域の少なくとも一方は複数形成されている。

好ましくは、前記受光素子及び前記プローブ固定領域を含む単位検出領域が複数アレイ状に形成されている。

本発明の第３の態様は、プローブ固定領域と、前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極と、前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子とを含む生体分子検出装置を用いて、前記受光素子により検出される光量が所定の値となるように前記電極に印加する電圧を調整し、該調整された電圧値を測定することにより生体分子に関する特徴を算出することを特徴とする生体分子検出方法を提供するものである。

好ましくは、前記生体分子検出装置を用いて、前記受光素子により検出される光量が所定の値となるように前記電極に印加する電圧を調整し、該調整された電圧値を測定することにより生体分子に関する特徴を算出する。

本発明によれば、電圧の印加により自発光する有機ＥＬ分子を標識として用い、その有機ＥＬ標識に電圧を印加する構成の採用により、励起光源を不要とし、プローブと相互作用する標的生体分子の量やパターン等を直接的に測定し、測定精度を向上させること、検出装置の構造の簡単化・小型化を実現することができる。

本発明の第１の実施形態の構成を示す図である。本発明の第２の実施形態の構成を示す図である。本発明の第３の実施形態の構成及び回路ブロックを示す図である。本発明の第４の実施形態の構成を示す図である。本発明の第５の実施形態の構成を示す図である。本発明の第６の実施形態の構成を示す図である。本発明の第７の実施形態の構成を示す図である。本発明の第８の実施形態の構成を示す図である。本発明の第９の実施形態の回路ブロックを示す図である。本発明の第９の実施形態の原理に関する実験例の測定データを示す図である。本発明の第９の実施形態の原理に関する実験例の測定データを示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る生体分子検出装置１００の構成を示す図である。
ガラス基板、プラスチック基板、可塑性基板、軽量材料基板、フィルム、柔軟素材基板等の光透過性基板１０２上にフォトダイオード、ＣＣＤ等の受光素子１０４が形成されている。受光素子１０４の上にはポリイミド膜、ＳｉＯ₂膜、ダイヤモンド薄膜、ＭＳＱ（メチルシルセスキオキサン）膜等の透明な絶縁膜１０６が形成されている。絶縁膜１０６の上にはプローブ固定領域１０８が形成されている。このプローブ固定領域１０８には、プローブ核酸や抗体、組換えタンパク質、ファージに提示されたタンパク質フラグメント、合成ペプチド、ＤＮＡ／ＲＮＡアプタマー等の標的タンパク質捕捉分子などのプローブが固定される。プローブ固定領域１０８の両端には、プローブ固定領域１０８に電圧を印加するための電極１１０が形成されている。

次に、このような構成の生体分子検出装置１００を用いて生体分子検出を行う方法について説明する。ここでは、検出対象の生体分子として核酸を例にとり説明する。

まず、標的核酸を有機ＥＬ分子の標識（以下、「有機ＥＬ標識」という。）で標識する。

そして、有機ＥＬ標識で標識された標的核酸をプローブ固定領域１０８に滴下し、ハイブリダイゼーションを行って、プローブ固定領域１０８に固定されたプローブ核酸と結合させる。

次いで、ウエット状態、ドライ状態又はその中間状態のプローブ固定領域１０８に対して電極１１０により電圧を印加する。すると、ハイブリダイゼーションによってプローブ核酸と結合した標的核酸の有機ＥＬ標識が印加された電圧によって有機ＥＬ発光、電気化学発光、有機ＥＬ発光と電気化学発光の組み合わせ等により発光する。

この発光を受光素子１０４が検出し、電気信号に変換して、図示されない外部の検出装置に出力する。

ここでは、検出対象の生体分子として核酸を例にとり説明してきたが、タンパク質、糖質、脂質等他の生体分子についても同様に検出できることは当業者に明らかであろう。タンパク質の検出の場合、標的タンパク質捕捉分子等のプローブに対する標識された標的タンパク質の相互作用を直接検出する以外に、サンドイッチ型イムノアッセイのように、プローブに対して相互作用する標的タンパク質に相互作用する標識された二次抗体を間接的に検出することもできる。

特許請求の範囲の「相互作用」とは、上記のプローブと標的タンパク質、二次抗体の相互作用のみならず、プローブ核酸と標的核酸の結合等、プローブと標的生体分子、二次抗体等の相互作用一般を含むものである。

本実施形態によれば、有機ＥＬ標識が自ら発光するために、励起光源が不要となり、製作工数と部品点数が減少し、低価格化、生産性の向上、信頼性の向上が図られる。

本実施形態によれば、有機ＥＬ標識が自ら発光するために、直接的な測定を行うことができるので、精度が高く、定量的な測定が可能となる。

また、本実施形態によれば、有機ＥＬ分子は印加電圧にほぼ比例する光量を発するので、印加電圧を大きくすることにより、大きな光量での測定が可能となり、測定精度が向上する。

また、本実施形態によれば、標識と受光素子は接近して配置されているため、直接的な測定が可能な標識の発光が更に効率的に受光できることから、微弱発光でも安定した標識の検出が可能となる。

本実施形態の受光素子を基板上に半導体製造技術で製作される半導体受光素子とすれば、量産効果により品質が安定するため受光能力の偏りが少なくなり、同一ロットで生産された受光素子の受光能力は一定と考えられるため、光検出に関する校正が不要になり検出装置が安価に製作可能となる。また、検出装置は使い捨てのものとすることができ、その場合、一回しか使用しないため再利用に関する校正も不要となり、常に一定検出性能を提供することが可能となる。

検出装置内に受光素子を配置することにより、検出装置のデータを受信する外部の検出装置は光検出器が不要となり、受光素子が検知した光信号を電気信号に変換したデータを受け取るだけでよく小型軽量の設計が可能となる。また、光検出器が不要となることから製作費用を安くすることができるほか、光検出回路の校正や光学機器の清掃等のメンテナンスも不要となることからランニングコストの低減にも役立つ。

本実施形態によれば、標識が導電性を有する物質、および標識を行うにあたり事前処理、または標識を使用する上において導電性を有する物質を使用する場合に、標識と受光素子またはその電気配線と接触することにより受光素子の電気的動作に影響を与える場合があるが、電気的な影響を排除するため標識と受光素子の間に絶縁膜等の絶縁構造を与え、受光素子の電気的特性に影響を与えることなく検出を行うことができる。

また、本実施形態の構成は、光透過性基板の一方の面に素子が積層され形成される点で液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイの構成と同様であるので、フラットパネルディスプレイの生産ラインでの生産が可能であり、既存の又は将来のフラットパネルディスプレイ生産ラインを有効に活用することができる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る生体分子検出装置２００の構成を示す図である。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

本実施形態においては、光透過性基板１０２上に更に増幅回路２０４が形成され、受光素子１０４に接続されている。この増幅回路２０４により受光素子１０４からの出力信号が増幅され、図示されない外部検出装置に出力される。受光素子１０４、増幅回路２０４の上には透明な絶縁膜１０６が形成されている。絶縁膜１０６上には更に発光制御回路２０２が形成され、電極１１０に接続されている。この発光制御回路２０２によりプローブ固定領域１０８に印加される電圧が制御される。発光制御回路２０２は絶縁膜１０６上に形成されているが、光透過性基板１０２上に形成されてもよい。発光制御回路２０２、増幅回路２０４は光透過性基板１０２と一体的に形成されていれば、任意の位置に配置することができる。

本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、受光素子１０４が検出した微弱な検出信号を、受光素子１０４の直近で増幅することで検出信号伝送時の雑音混入を抑止し、精度の高い検査が行うことが可能となる。

（第３の実施形態）
図３（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る生体分子検出装置３００の構成を示す図であり、図３（ｂ）はその回路ブロック図である。同図において図１、２と対応する部分には同一符号を付し、第１及び第２の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

本実施形態においては、光透過性基板１０２上に更に判定回路３０２及び検出表示器３０４が形成されている。判定回路３０２には、発光制御回路２０２及び増幅回路２０４が接続され、検出表示器３０４は、判定回路３０２に接続されている。受光素子１０４、増幅回路２０４、判定回路３０２、検出表示器３０４の上に透明な絶縁膜１０６が形成されている。

判定回路３０２、検出表示器３０６は光透過性基板１０２と一体的に形成されていれば、任意の位置に配置することができる。

発光制御回路２０２はプローブ固定領域１０８に印加する電圧をモニタし、印加電圧に関する情報を判定回路３０２にフィードバックする。増幅回路２０４は、受光素子１０４からの出力信号を増幅し、判定回路３０２に渡す。判定回路３０２は、発光制御回路２０２からフィードバックされた情報と増幅回路２０４からの出力信号に基づいて、例えば、特定の核酸、タンパク質の存在の有無、量、パターン等、又はそれらに基づく遺伝子の発現量や発現パターン、タンパク質間の相互作用といった生体分子に関する特徴を演算し、それが特定の生体分子に関する特徴と一致した場合に検出表示器３０４を点灯させる。

なお、定量的な測定が必要ではなく、発光の有無ないしは一定の光量が発せられているか否かを検出するだけであれば、発光制御回路２０２によってプローブ固定領域１０８へ印加する電圧に関する情報を判定回路３０２にフィードバックする構成は必要はなく、増幅回路２０４からの出力信号のみによって特定の生体分子に関する特徴を検出することができる。

本実施形態により、第１及び第２の実施形態の効果に加えて、検出装置内部に判定回路３０２や検出表示器３０４まで組み込むことで、外部機器は電源を供給するだけで動作可能であり、医療機関だけではなく一般家庭でのインフルエンザなどの簡易検査装置として使用可能である。

（第４の実施形態）
図４は、本発明の第４の実施形態に係る生体分子検出装置４００の構成を示す図である。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

本実施形態においては、第１の実施形態において絶縁膜１０６を介してプローブ固定領域１０８を配置する構成に換えて、プローブ固定領域１０８が光透過性基板１０２の裏側に受光素子１０４に対向して形成されている。

本実施形態では、基板の表裏にプローブ固定領域１０８と受光素子１０４を配置し、光透過性基板１０２の光透過性と電気絶縁性を利用することで第１の実施形態において必要であった絶縁膜を廃した。これにより、製作工数と部品点数が減少し、低価格化、生産性の向上、信頼性の向上が図られる。また、本実施形態が第１の実施形態と同様の効果を奏することはもちろんである。

（第５の実施形態）
図５は、本発明の第５の実施形態に係る生体分子検出装置５００の構成を示す図である。同図において図１、２と対応する部分には同一符号を付し、第１及び第２の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

本実施形態においても、第１の実施形態において絶縁膜を介してプローブ固定領域１０８を配置する構成に換えて、プローブ固定領域１０８が光透過性基板１０２の裏側に形成されている。また、発光制御回路２０２も光透過性基板１０２の裏側に形成されているが、発光制御回路２０２は受光素子１０４と同じ側に増幅回路２０４と接続されるように形成されてもよい。

本実施形態により、上記第４の実施形態の効果に加えて、第２の実施形態と同様の効果が奏せられる。

（第６の実施形態）
図６は、本発明の第６の実施形態に係る生体分子検出装置６００の構成を示す図である。同図において図１、２及び３と対応する部分には同一符号を付し、第１、第２及び第３の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

本実施形態により、上記第５の実施形態の効果に加えて、第３の実施形態と同様の効果が奏せられる。

以上の実施形態の変形として、発光制御回路２０２、増幅回路２０４、判定回路３０２、検出表示器３０４は基板１０２と一体的に形成されていれば、それらのうちの任意のものを任意の位置に配置することもできる。

（第７の実施形態）
図７は、本発明の第７の実施形態に係る生体分子検出装置７００の構成を示す図である。同図において図１と対応する部分には同一符号を付し、第１の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

本実施形態においては、受光素子１０４がプローブ固定領域１０８と同じく基板７０２上に形成されている。基板７０２上には、プローブ固定領域１０８における有機ＥＬ標識の発光を受光素子１０４に導光する光ファイバ等の光回路７０４が設けられている。このため、上記実施形態と異なり、基板７０２は、光透過性を有していなくともよい。

本実施形態においても、図示しないが、上記の実施形態と同様に、発光制御回路２０２、増幅回路２０４、判定回路３０２、検出表示器３０４は基板７０２と一体的に形成されていれば、それらのうちの任意のものを任意の位置に配置することができる。

本実施形態により、上記実施形態の効果に加えて、プローブ固定領域１０８と受光素子１０４を光ファイバ等の光回路７０４で結合することで標識の微弱な発光を効率よく受光素子１０４に導光することが可能になる。また、光回路７０４により標識の発光が受光素子１０４に導光されるため、上記実施形態における絶縁膜１０６や光透過性基板１０２の絶縁構造体が光透過性を持つ必要がない。

以上の実施形態では、プローブ固定領域と受光素子をそれぞれ１つずつ含む構成のものについて説明したが、これを単位検出領域としてアレイ状に配置した装置（例えば、ＤＮＡマイクロアレイ、プロテインマイクロアレイ）として構成すること、またプローブ固定領域、受光素子の大きさ、数を任意に選択し配置した装置として構成できることは、当業者に明らかであろう。

（第８の実施形態）
例えば、図８は、本発明の第８の実施形態に係る生体分子検出装置８００を上面から見た構成を示す図であるが、複数の単位検出領域８０２、８０４、８０６を１つの検出装置内に設けたものである。

本実施形態により、例えば一つの検出装置上で複数のインフルエンザに対する検出が可能となり、患者がどのタイプインフルエンザに罹患しているかを一回の検査により検出することができる。

（第９の実施形態）
以上の実施形態においては、受光素子１０４又は増幅回路２０４からの出力信号及び発光制御回路２０２によってモニタされた印加電圧に関する情報に基づいて、生体分子に関する特徴を演算するものであった。

ところが、受光素子においては、受光量が直接観測されるのではなく、受光量が電気信号に変換されたものを間接的に観測するため、精度を上げることが難しい。そこで、本実施形態は、電圧値であれば直接観測可能な点に着目し、標識濃度・印加電圧・発光量に相関があることを利用し受光素子による受光量が一定となるように電圧を制御し、その電圧値を観測することにより精度を向上させるものである。

本実施形態による生体分子検出方法を図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る回路ブロック図であるが、同図において図１ないし７と対応する部分には同一符号を付し、第１ないし第７の実施形態と同様の部分の説明は省略する。

検出装置の内部又は外部に設けられた増幅回路２０４は、検出装置の内部又は外部に設けられた発光制御回路２０２と接続されている。増幅回路２０４からの出力信号が検出装置の内部又は外部に設けられた発光制御回路２０２に渡される。発光制御回路２０２には所定の値が予め設定されており、発光制御回路２０２は増幅回路２０４からの出力信号がその所定の値となるように電圧を制御する。増幅回路２０４からの出力信号が所定の値となったときに、発光制御回路２０２によりモニタされた電極１１０に印加された電圧の値が発光制御回路２０２から検出装置の内部又は外部に設けられた判定回路３０２に出力され、生体分子に関する特徴が演算される。

上記の実施形態では、第１ないし第８の実施形態の生体分子検出装置を用いた方法を例として説明したが、本実施形態に係る測定方法は、標識の有機ＥＬ発光を測定する方法であれば、プローブ固定領域と受光素子が一体化されていない構成の生体分子検出装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、所定の受光量の維持や電圧値の読み取りは機械により自動的に行われるが、これを手動で行ってもよい。

本実施形態の原理に関する実験例について図１０（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。本実験例では、上記実施形態４の構成の生体検出装置を用いた（図４参照）。まずプローブ固定領域１０８にプロテインＡを固定し、更に所定の濃度の、有機ＥＬ標識により標識した抗マウスＩｇＧ抗体、１０μｌを反応させた。抗マウスＩｇＧ抗体の濃度は、抗体の分子量を平均分子量から１５００００と仮定して決定した。

図１０（ａ）は、上記の状態でウエット状態のプローブ固定領域１０８において、電極１１０に印加する電圧を変化させた場合の、受光素子１０４であるフォトダイオードにより検出された発光特性データである。測定は、上記のように決定された抗マウスＩｇＧ抗体の濃度が１０ｐＭ、２０ｐＭ、３０ｐＭについてそれぞれ行った。図中の直線は測定データの最小自乗直線であり、抗マウスＩｇＧ抗体の濃度がそれぞれ１０ｐＭ、２０ｐＭ、３０ｐＭの場合の最小自乗直線であるが、その分散Ｒ²はそれぞれ、０．９８６８、０．９９０３、０．９８９７であった。

図１０（ｂ）は、上記の状態のプローブ固定領域１０８において、受光素子１０４であるフォトダイオードにより検出された光量が一定となるように、電極１１０に印加する電圧を変化させた場合の電圧特性である。測定は、上記のように決定された抗マウスＩｇＧ抗体の濃度が５ｐＭ、１０ｐＭ、１５ｐＭ、２０ｐＭ、２５ｐＭ、３０ｐＭのものに対して、フォトダイオードにより検出される光量が一定となった電圧値を測定することにより行った。図中の直線は測定データの最小自乗直線であり、その分散Ｒ²は、０．９９９８であった。

したがって、図１０（ａ）の分散Ｒ²よりも図１０（ｂ）の分散Ｒ²の方が１に近いので、受光素子１０４の受光量を一定にするような印加電圧値を測定することにより、受光素子１０４の受光量を測定するよりも、精度良く測定できたことが分かる。

本実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、より一層精度の高い計測が可能となる。

以上、本発明について、例示のためにいくつかの実施形態に関して説明してきたが、本発明はこれに限定されるものでなく、本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、形態及び詳細について、様々な変形及び修正を行うことができることは、当業者に明らかであろう。

１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００検出装置
１０２光透過性基板
１０４受光素子
１０６絶縁膜
１０８プローブ固定領域
１１０電極
２０２発光制御回路
２０４増幅回路
３０２判定回路
３０４検出表示器
７０２基板
７０４光回路
８０２、８０４、８０６単位検出領域

Claims

光透過性基板と、
プローブ固定領域と、
前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極と、
前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子と、
を含み、
前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子は一体的に形成されていることを特徴とする生体分子検出装置。
前記受光素子は前記光透過性基板上に形成され、
前記受光素子上に光透過性の絶縁膜が形成され、
前記プローブ固定領域は前記絶縁膜上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生体分子検出装置。
前記プローブ固定領域は、前記絶縁膜を介して前記受光素子の上部に配置さていれることを特徴とする請求項２に記載の生体分子検出装置。
前記プローブ固定領域は前記光透過性基板の一方の面上に形成され、
前記受光素子は前記光透過性基板の他方の面上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の生体分子検出装置。
前記受光素子は前記プローブ固定領域の裏側に対向して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の生体分子検出装置。
前記受光素子に接続され、前記受光素子からの出力を増幅する増幅回路を更に含み、該増幅回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記増幅回路は前記光透過性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記電極に接続され、前記電極の電圧を制御する発光制御回路を更に含み、該発光制御回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記発光制御回路は前記光透過性基板上に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の生体分子検出装置。
前記電極に接続され、前記電極の電圧を制御する発光制御回路を更に含み、該発光制御回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の生体分子検出装置。
前記発光制御回路は前記光透過性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の生体分子検出装置。
前記増幅回路からの出力、又は前記増幅回路からの出力及び前記電極に印加される電圧に基づいて生体分子に関する特徴を判定する判定回路を更に含み、該判定回路は前記光透過性基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されていることを特徴とする請求項６、７、１０、１１のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記判定回路は前記光透過性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の生体分子検出装置。
前記判定回路の判定結果を表示する検出表示器を更に含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の生体分子検出装置。
基板と、
プローブ固定領域と、
前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極と、
前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子と、
を含み、
前記受光素子及び前記プローブ固定領域は前記基板上に形成され、
前記受光素子及び前記プローブ固定領域は光回路で結合されており、
前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路は一体的に形成されていることを特徴とする生体分子検出装置。
前記受光素子に接続され、前記受光素子からの出力を増幅する増幅回路を更に含み、該増幅回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極及び前記受光素子と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の生体分子検出装置。
前記増幅回路は前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の生体分子検出装置。
前記電極に接続され、前記電極の電圧を制御する発光制御回路を更に含み、該発光制御回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の生体分子検出装置。
前記発光制御回路は前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の生体分子検出装置。
前記電極に接続され、前記電極の電圧を制御する発光制御回路を更に含み、該発光制御回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の生体分子検出装置。
前記発光制御回路は前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項２０に記載の生体分子検出装置。
前記増幅回路からの出力、又は前記増幅回路からの出力及び前記電極に印加される電圧に基づいて生体分子に関する特徴を判定する判定回路を更に含み、該判定回路は前記基板、前記プローブ固定領域、前記電極、前記受光素子及び前記光回路と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１６、１７、２０、２１のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記判定回路は前記基板上に形成されていることを特徴とする請求項２２に記載の生体分子検出装置。
前記判定回路の判定結果を表示する検出表示器を更に含むことを特徴とする請求項２２又は２３に記載の生体分子検出装置。
前記発光制御回路は、前記受光素子により検出される光量が所定の値となるように電圧を調整するものであり、該調整された電圧値を出力することを特徴とする請求項８〜１４、１８〜２４のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記調整された電圧値に基づき生体分子に関する特徴を演算する回路を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の生体分子検出装置。
前記受光素子と前記プローブ固定領域の少なくとも一方は複数形成されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
前記受光素子及び前記プローブ固定領域を含む単位検出領域が複数アレイ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜２６のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
プローブ固定領域と、前記プローブ固定領域に電圧を印加するための電極と、前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子を標識する有機ＥＬ標識、又は前記プローブ固定領域に固定されたプローブと相互作用する標的生体分子と相互作用する分子を標識する有機ＥＬ標識からの発光を検出するための受光素子とを含む生体分子検出装置を用いて、前記受光素子により検出される光量が所定の値となるように前記電極に印加する電圧を調整し、該調整された電圧値を測定することにより生体分子に関する特徴を算出することを特徴とする生体分子検出方法。
請求項１〜２８のいずれか１項に記載の生体分子検出装置を用いて、前記受光素子により検出される光量が所定の値となるように前記電極に印加する電圧を調整し、該調整された電圧値を測定することにより生体分子に関する特徴を算出することを特徴とする生体分子検出方法。