JP2015017940A - 検出方法、検出装置、バイオチップのスクリーニング方法、スクリーニング装置及びバイオチップ - Google Patents

Abstract

【課題】バイオチップを用いた検出を短時間で高精度に行うことが可能な検出方法、検出装置、バイオチップのスクリーニング方法、スクリーニング装置及びバイオチップを提供すること。【解決手段】バイオチップを用いる検出方法であって、バイオチップの第１面に配置された複数の生体分子支持領域に対して第１の光を照射することによって生じた第２の光を受光する第１受光工程と、第１面に設けられ発光材料を含むアライメントマークに対して第３の光を照射して発光された第４の光を受光する第２受光工程と、を有する受光工程と、受光した第４の光の受光結果に基づいて複数の生体分子支持領域に対する位置合わせを行うアライメント工程と、第２の光の受光結果に基づいて、生体分子支持領域に形成された生体分子と検体に含まれる標的との親和性を検出する検出工程とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、検出方法、検出装置、バイオチップのスクリーニング方法、スクリーニング装置及びバイオチップに関する。

生体分子と検体に含まれる標的との間の親和性を検出する手法として、例えば、バイオチップ上の複数の領域に配置された生体分子をそれぞれ検体（標的）と反応させ、反応後の生体分子を蛍光測定する手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この検査では、バイオチップ上の測定対象領域を顕微鏡装置（測定装置）で検出し、この検出結果を用いて蛍光の輝度を算出する。例えば、顕微鏡装置の視野領域（一度に受光可能な領域）が測定対象領域の面積よりも小さい場合には、測定対象領域と視野領域とを相対的に移動させながら順次検出を行うことで、測定対象領域全体の検出結果を得るようにしている。

上記検査では、個々の検出結果同士の位置関係を正確に認識するため、蛍光測定に先立ち、例えばアライメントマークが形成されたバイオチップに光を照射して該バイオチップを介した光を検出している。この場合、取得した検出結果（例、撮像画像）を蛍光測定において受光した検出結果（例、撮像画像）に重ね合わせ、アライメントマークの像を用いることにより、蛍光測定における検出結果の位置関係を認識することができる。

特表２００５−５１３４５７号公報

しかしながら、上記の手法においては、各視野領域における蛍光測定を行う毎にアライメントマークの検出を行う必要があるため、バイオチップの検出に時間が掛かっていた。

以上のような事情に鑑み、本発明は、バイオチップを用いた検出を短時間で行うことが可能な検出方法、検出装置、バイオチップのスクリーニング方法、スクリーニング装置及びバイオチップを提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に従えば、バイオチップを用いる検出方法であって、バイオチップの第１面に配置された複数の生体分子支持領域に対して第１の光を照射することによって生じた第２の光を受光する第１受光工程と、第１面に設けられ発光材料を含むアライメントマークに対して第３の光を照射して発光された第４の光を受光する第２受光工程と、を有する受光工程と、受光した第４の光の受光結果に基づいて複数の生体分子支持領域に対する位置合わせを行うアライメント工程と、第２の光の受光結果に基づいて、生体分子支持領域に形成された生体分子と検体に含まれる標的との親和性を検出する検出工程とを備える検出方法が提供される。

本発明の第二の態様に従えば、バイオチップを用いる検出装置であって、バイオチップが配置されるステージと、バイオチップの第１面に配置された複数の生体分子支持領域及び第１面に設けられ発光材料を含むアライメントマークに対して第１の光及び第３の光を照射可能な光源部と、第１の光を複数の生体分子支持領域に照射することによって生じた第２の光を受光し、アライメントマークに対して第３の光を照射することによって発光された第４の光を受光するセンサと、受光した第４の光の受光結果に基づいて複数の生体分子支持領域に対する位置合わせを行うアライメント部と、第２の光の受光結果に基づいて、生体分子支持領域に形成された生体分子と検体に含まれる標的との親和性を検出する検出部とを備える検出装置が提供される。

本発明の第三の態様に従えば、本発明の第一の態様に従う検出方法を用いる検出工程と、バイオチップに検体を分注する分注工程と、バイオチップを乾燥させる乾燥工程と、を備えるバイオチップのスクリーニング方法が提供される。

本発明の第四の態様に従えば、本発明の第二の態様に従う検出装置と、バイオチップに検体を分注する分注装置と、を備えるスクリーニング装置が提供される。

本発明の第五の態様に従えば、検体に含まれる標的と特異的に反応可能な生体分子と、複数の生体分子が形成される生体分子支持領域を複数有する第１面を備える基板本体と、複数の生体分子支持領域に対する位置合わせに関するマークであり、第１面に形成され発光材料を含むアライメントマークと、を備えるバイオチップが提供される。

本発明の態様によれば、バイオチップを用いた検出を短時間で行うことが可能となる。

本実施形態に係る検出装置の構成を示す図。 （ａ）被照明体の形状を示す図、（ｂ）検査用基板の要部を示す拡大断面図。 実施形態に係るバイオチップの要部を示す拡大平面図。 図３の比較として、従来のバイオチップの要部を示す拡大平面図。 変形例に係るバイオチップの要部を示す拡大平面図。 変形例に係るバイオチップの要部を示す拡大平面図。 変形例に係るバイオチップの要部を示す拡大平面図。 変形例に係るバイオチップの要部を示す拡大平面図。 変形例に係るバイオチップの要部を示す拡大平面図。 実施形態に係るスクリーニング装置の全体構成を模式的に示す平面図。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。そして、水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわりの回転（傾斜）方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。

図１は、本実施形態に係る検出装置（測定装置）２０の構成を示す図である。
図１に示すように、検出装置２０は、本体部２１と、制御部２２と、表示部２３とを備えている。本体部２１は、バイオチップ（生体分子アレイ）５０を用いた検出を行う。制御部２２は、本体部２１の動作を制御する。制御部２２は、コンピュータシステムを含む。表示部２３は、例えば液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイを含む。

本体部２１は、ボディ２４と、光源装置（光源部）３１と、対物レンズ３２を含む光学システム２５と、ステージ装置２６と、接眼部２７と、物体を介した光を受光可能なセンサ（例、撮像素子など）２８を含む観察部２９と、を有している。ボディ２４は、上記の光源装置３１、光学システム２５、ステージ装置２６、接眼部２７及び観察部２９を支持する。

光源装置３１は、バイオチップ５０で所定波長帯域の蛍光（例、第２の光、第４の光）を発生させるための所定波長帯域の励起光（例、第１の光、第３の光）と、バイオチップ５０を観察する所定波長帯域の照明光とを射出可能である。また、光源装置３１は、所定波長帯域の第１の光と所定波長帯域の第３の光とを同時又は時系列的に射出可能である。なお、第１の光と第３の光とは、互いに同じ、異なる又は一部が重なる波長帯域であっても良いし、互いに同じ波長又は異なる波長であっても良い。

光学システム２５は、照明光学系（光学系）３６と、結像光学系３３とを有している。照明光学系３６は、光源装置３１から射出された光を用いてバイオチップ５０を照明する。照明光学系３６は、対物レンズ３２と、励起光および照明光と蛍光とを分離可能な光学ユニット３７とを含む。

対物レンズ３２は、ステージ装置２６に支持されているバイオチップ５０と対向可能である。対物レンズ３２は、バイオチップ５０の＋Ｚ側（上方）に配置されている。

結像光学系３３は、対物レンズ３２からの光を分離する光学素子４７と、反射ミラー４５とを有している。光学素子４７は、ハーフミラーを含む。光学素子４７は、入射した光の一部を透過すると共に、一部を反射する。光学素子４７は、ダイクロイックミラーであってもよいし、光路を切り替える機能を有する全反射ミラー（例、クイックリターンミラー）であってもよい。結像光学系３３は、バイオチップ５０の像をセンサ２８及び接眼部２７の近傍に形成する。接眼部２７及びセンサ２８は、結像光学系３３の像面側に配置されている。

センサ２８は、ＰＭＴ（photomultiplier tube）などの光検出器、や撮像素子を含む。センサ２８は、物体の像情報を取得可能であり、例えばＣＣＤ（charge coupled device）を含む。また、センサ２８は、ケーブル４８を介して制御部２２に接続されている。センサ２８で取得したバイオチップ５０の像情報（画像信号）は、ケーブル４８を介して、制御部２２に伝送される。制御部２２は、センサ２８からの像情報を、表示部２３を用いて表示する。表示部２３は、センサ２８で取得したバイオチップ５０の像情報を拡大して表示することができる。

ステージ装置２６は、結像光学系３３の物体面側でバイオチップ５０を支持して移動可能である。ステージ装置２６は、バイオチップ５０を支持するステージ本体（ステージ）５１と、ベース部材５２上でステージ本体５１を移動する駆動装置５３とを備えている。ステージ本体５１は、ベース部材５２上において、ＸＹ平面内及びＺ方向に移動可能である。

駆動装置５３と制御部２２とはケーブル４９で接続されている。制御部２２は、駆動装置５３を用いて、ステージ本体５１をＸＹ平面内で移動可能である。これにより、バイオチップ５０は、上面を対物レンズ３２と対向させた状態でＸＹ平面内を移動可能となるようにステージ装置２６に支持されたものとなっている。制御部２２は、駆動装置５３の移動量を調整することにより、ステージ本体５１のＸＹ平面内の位置及びＺ方向における位置を調整可能である。この構成により、ステージ本体５１に支持されるバイオチップ５０のアライメントが可能である。

バイオチップ５０から対物レンズ３２を介して光学素子４７に入射した光の一部は、光学素子４７を透過して、接眼レンズ４３に導かれ、接眼部２７より射出される。バイオチップ５０の像は、結像光学系３３により、接眼部２７の近傍に形成される。これにより、観察者は、接眼部２７を介して、バイオチップ５０の像（生体分子支持領域Ｓの像）を確認できる。

また、バイオチップ５０、対物レンズ３２及び対物レンズ４６を介して光学素子４７に入射した光の一部は、光学素子４７及び反射ミラー４５によって反射されて、観察部２９のセンサ２８に入射する。バイオチップ５０の像は、結像光学系３３により、センサ２８に形成される。これにより、観察部２９のセンサ２８は、バイオチップ５０の像情報を取得可能である。

図１に示したように、観察部２９のセンサ２８と制御部２２とは、ケーブル４８を介して接続されており、センサ２８で取得したバイオチップ５０の像情報は、ケーブル４８を介して、制御部２２に出力される。制御部２２は、アライメント部２２ａを有している。例えば、アライメント部２２ａは、駆動装置５３の駆動を制御することにより、バイオチップ５０のアライメントを行う。また、制御部２２は、センサ２８からの像情報を、表示部２３を用いて表示する。表示部２３は、センサ２８で取得したバイオチップ５０の像情報を拡大して表示することができる。

次に、バイオチップ５０の一例を説明する。
図２（ａ）はバイオチップ５０の形状を示す図であり、図２（ｂ）は、バイオチップ５０の要部を示す拡大断面図である。また、図３は、バイオチップ５０の要部を示す拡大平面図である。図４は、図３の比較として、従来の検査用基板の要部を示す拡大平面図である。なお、図３、４においては、図を見易くするため、検査用基板の平面形状をそれぞれ略正方形状としている。

バイオチップ５０は、例えば矩形に形成されている。バイオチップ５０は、一方向に長手となるように形成された基板本体６０を有している。基板本体６０の表面（第１面）６０ａには、複数の生体分子Ｂを有する複数の生体分子支持領域（スポット）Ｓが形成されている。第１面６０ａは、複数の生体分子支持領域Ｓを支持する支持面である。複数の生体分子支持領域Ｓは、バイオチップ５０の形状に沿ってマトリクス状に配置されている。隣り合う生体分子支持領域Ｓ同士の間は、所定の間隔が空けられている。

このようにマトリクス状に配置された複数の生体分子支持領域Ｓにより、バイオチップ５０の第１面６０ａに生体分子支持領域の列が形成されている。各生体分子支持領域Ｓには、各生体分子支持領域Ｓから得られた検出結果を分析するために、当該生体分子支持領域Ｓを識別できるようにアドレスが設定されている。当該アドレスは、例えば制御部２２の記憶部に記憶されている。

なお、本実施形態において、第１面６０ａには、生体分子支持領域Ｓを１つ以上含む支持領域Ｓａが形成されている。本実施形態では、例えば第１面６０ａの全体が１つの支持領域Ｓａとなっている。また、支持領域Ｓａは、矩形であってもよいし、三角形や多角形、円形など、他の平面形状であってもよい。

各生体分子支持領域Ｓは、平面視で矩形や円形、多角形など様々な形状をとることができる。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、例えば矩形に形成されている。各生体分子支持領域Ｓには、検体（例、血清など）に含まれ標識された標的と特異的に反応可能な種々の生体分子（プローブ）Ｂが配置されている（図２（ｂ）参照）。例えば、蛍光色素で標識された標的を用いる場合、バイオアッセイ後に所定波長帯域の励起光（第１の励起光）を生体分子支持領域Ｓに照射することによって所定波長帯域の蛍光（第２の蛍光）が発生する。発生した蛍光は、生体分子支持領域Ｓ毎にバイオチップ５０（基板本体６０）の表面から放出される。

例えば、蛍光計測は、蛍光標識された標的を含む検体がバイオチップ５０の生体分子支持領域Ｓに注入され、洗浄が行われた後に、行われる。

なお、上記生体分子Ｂは、例えばシリコンウエハからなる上記基板本体６０上の生体分子支持領域Ｓに所定の生体分子形成材料を配置する工程と、マスクを介して生体分子形成材料に所定波長の光を選択的に照射する露光工程と、を複数回繰り返すことにより、複数の生体分子を積層することで形成される。このようにして形成された生体分子Ｂは、上記標的との間で親和性を有する場合、標的と特異的な反応をし、励起光の照射によって所定の蛍光を発生させることが可能となる。

図３は、基板本体６０の第１面６０ａの構成を示す図である。図３では、検出装置２０による視野領域１００が第１面６０ａで移動する様子を示している。
図３に示すように、本実施形態では、光学システム２５による１つの視野領域１００の大きさは、複数の生体分子支持領域Ｓの配置領域（第１面６０ａの面積）よりも小さい。したがって、検出装置２０を用いて第１面６０ａ全体に配置された全ての生体分子支持領域Ｓを撮像する場合、図３に示すように、該配置領域を複数の検出領域（撮像領域）に分割して撮像する必要がある。そして、例えば、検出装置２０は、得られた複数の撮像領域における複数の計測結果（撮像結果）を画面合成（スティッチング）することによって上記配置領域の計測処理を行う。したがって、このような場合、検出装置２０は、視野領域１００において計測する複数の生体分子支持領域Ｓの位置合わせ（アライメント）を行う必要がある。例えば、画面合成は、基板本体６０と視野領域１００との間を相対的に移動させつつ複数回撮像し、その結果を合成している。なお、上記の検出領域は、センサ２８における受光領域や撮像領域のような検出対象領域を含む。

また、図３に示すように、基板本体６０と視野領域１００とを相対的に移動させることにより、第１面６０ａ上の検出領域１０１〜１０９を含む複数の検出領域に視野領域１００を配置することができる。

複数の検出領域は、基板本体６０の第１面６０ａの４つの角部に対応する検出領域１０１、１０３、１０７、１０９と、第１面６０ａの４つの辺の中央に対応する検出領域１０２、１０４、１０６、１０８と、第１面６０ａの中央に対応する検出領域１０５と、を含む。

バイオチップ５０は、基板本体６０の第１面６０ａに形成されたアライメントマーク６１を有している。例えば、本実施形態におけるアライメントマーク６１は、複数の生体分子支持領域Ｓ内（上記の配置領域内）における生体分子支持領域Ｓ以外のギャップ領域（隣り合う生体分子支持領域Ｓの間の領域であり、生体分子が形成されていない領域）に形成されている。アライメントマーク６１は、所定波長帯域の励起光（例、第３の光、第２励起光）の照射を受けて蛍光を発生する蛍光粒子を含んでいる。例えば、蛍光粒子は、光源装置３１から照射される所定波長帯域の励起光（例、第３の光）によって、上記標的に標識した蛍光色素とは異なる波長の蛍光（例、第４の光、第２の蛍光）を発光する物質を用いている。この蛍光は、検出装置２０のセンサ２８によって検出可能な波長を有している。また、例えば、蛍光粒子から発光される蛍光と上記標的に標識した蛍光色素から発光される蛍光とは、互いの波長帯域が同じ、異なる又は一部が重なるような波長帯域を有していても良い。また、例えば、蛍光粒子から発光される蛍光と上記標的に標識した蛍光色素から発光される蛍光とは、互いに同じ波長であってもよい。なお、上記標的に標識した蛍光色素が励起される波長帯域とアライメントマーク６１の蛍光粒子が励起される波長帯域とは、互いに同じ、異なる又は一部が重なるような波長帯域であって良い。また、生体分子支持領域Ｓに照射される励起光（例、第１の光、第１の励起光）とアライメントマーク６１に照射される励起光（例、第３の光、第２の励起光）とは、互いの波長帯域が同じ、異なる又は一部が重なるような波長帯域を有していても良い。生体分子支持領域Ｓに照射される励起光とアライメントマーク６１に照射される励起光とは、互いに同じ波長又は異なる波長である。

このようなアライメントマークの発光材料は、発光性微粒子（例、発光性量子ドット（例、蛍光性量子ドット）など）が挙げられる。蛍光性量子ドットは、粒径などのサイズを変化させることにより、励起光によって生じる蛍光の波長を変化させることができる。本実施形態における検出装置２０は、バイオアッセイ後に生体分子支持領域Ｓに対して励起光を照射することによって生じる蛍光或いはりん光（例、第２の光）と同時に検出可能な光学特性（例、透過率、反射率など）を有する光学部材（例、光学素子３７、光学素子４７、など）を備えている。なお、アライメントマーク６１から生じる蛍光の波長は、一例として生体分子支持領域Ｓから生じる蛍光の波長とは異なる波長に設定されているが、同一波長となるように設定されてもよい。

アライメントマーク６１は、蛍光計測時において視野領域１００内に含まれるように、検出領域１０１〜１０９ごとに少なくとも１つ配置される。

検出領域１０１〜１０９に配置されるアライメントマーク６１の個数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。本実施形態では、生体分子と標的との親和性の検出時の視野領域１００に含まれるアライメントマーク６１の個数は、全て１つである。

アライメントマーク６１は、各検出領域１０１〜１０９内において、どの位置に配置されていてもよい。本実施形態では、複数の生体分子支持領域Ｓの間の領域（ギャップ領域）に配置されている。このため、複数の生体分子支持領域Ｓから発生する蛍光と、アライメントマーク６１から発生する蛍光とのクロストークが低減される。

また、本実施形態では、例えば検出領域１０１〜１０９の中央（視野領域１００の中央）に位置するようにアライメントマーク６１が配置されている。この場合、例えば検出領域１０１〜１０９の原点位置（各視野領域１００の原点位置）としてアライメントマーク６１を用いることができる。このように、バイオチップ５０における基準位置を示す位置基準マークとしてアライメントマーク６１を用いることができる。
したがって、本実施形態における検出装置２０は、検出領域１０１〜１０９に設けられたアライメントマーク６１を基準位置として用いて、蛍光計測した計測結果のみで複数の生体分子支持領域Ｓの位置合わせ（アライメント）を行えるため、検出領域１０１〜１０９から得られた複数の撮像結果を容易に高精度に画面合成することができる。また、本実施形態における検出装置２０は、生体分子支持領域Ｓ及びアライメントマーク６１に対して同じ励起光を用いることができるため、光源を簡易な構成にすることが可能である。また、本実施形態における検出装置２０は、検出領域１０１〜１０９に設けられたアライメントマーク６１を基準位置として用いて、蛍光計測した計測結果に基づいてバイオチップ５０における生体分子支持領域Ｓのアドレス位置と輝度とを複数の生体分子支持領域Ｓごとに対応付けしてリストを作成する。そして、検出装置２０は、その作成したリストに基づき検出領域１０１〜１０９から得られた複数の撮像結果を容易に高精度に画面合成することが可能である。

また、本実施形態では、検出領域１０１〜１０９のうち隣り合う検出領域に対応する視野領域１００同士が重ならない位置にアライメントマーク６１が配置されている。この場合、検出装置２０は、検出領域１０１〜１０９毎にアライメントマーク６１を独立して撮像することができる。

アライメントマーク６１は、平面視で円形、矩形、多角形あるいは他の形状、対称型など、どのような形状に形成されていてもよい。例えば、アライメントマーク６７は、生体分子支持領域Ｓとは異なる領域に配置され、生体分子支持領域Ｓとは異なる形状に形成されていてもよい。本実施形態では、アライメントマーク６１は、例えば十字形状に形成されている。これにより、２行２列の４つの生体分子支持領域Ｓの中央部にアライメントマーク６１を配置した場合、生体分子支持領域Ｓの配置に沿った形状となる。したがって、検出装置２０は、複数の生体分子支持領域Ｓの位置情報を取得しやすくなる。

第１面６０ａ上にアライメントマーク６１が複数設けられる場合、その複数のアライメントマーク６１の形状及び寸法は、同一であってもよいし、異なってもよい。本実施形態では、例えば複数のアライメントマーク６１が全て等しい形状及び寸法となるように形成されている。また、アライメントマーク６１は、Ｘ方向及びＹ方向に等ピッチで配置されているが、異なるピッチで配置された構成であってもよい。

次に、上述の構成を有する検出装置２０及び後述する分注装置ＡＳ等を用いて、バイオアッセイを行う方法（アッセイ方法）及びバイオチップ５０の各生体分子支持領域Ｓで発せられた蛍光の測定する方法（検出方法）について説明する。
まず、バイオチップ５０の各生体分子支持領域Ｓに検体を分注し、所定時間経過させることで生体分子支持領域Ｓに形成された生体分子Ｂと検体に含まれる標的とを反応させる。各生体分子支持領域Ｓに対する検体の分注工程は、例えば、分注装置ＡＳのノズルによって所定量の検体の分注が行われる。なお、検体を貯留する検体貯留タンク内にバイオチップ５０を浸漬することで検体に含まれる標的と生体分子とを反応させるようにしても良い。

分注工程において生体分子と標的とを反応させた後、洗浄液をバイオチップ５０に吹き付けることでバイオチップ５０の洗浄を行う（洗浄工程）。これにより、バイオチップ５０に付着した検体（生体分子と未反応の標的を含む）を洗い流すことができる。なお、バイオチップ５０の洗浄方法は、洗浄液の吹き付けに限定されることはなく、例えば、バイオチップ５０の上下を反転し、洗浄液を貯留した貯留部に浸漬するようにしてもよい。このとき、洗浄方法は、貯留部において洗浄液に流れを付与し、バイオチップ５０に常に新鮮な洗浄液が供給されるようにしてもよい。

次に、洗浄後のバイオチップ５０を乾燥させる工程（乾燥工程）が行われる。例えば、乾燥方法は、ファン等によって乾燥用の温風をバイオチップ５０に向けて噴き出す。これにより、洗浄液で濡れたバイオチップ５０を乾燥させることができる。なお、上述したバイオチップ５０の洗浄工程および乾燥工程を複数回ずつ繰り返して行うようにしても構わない。

バイオチップ５０の洗浄及び乾燥工程が終了した後、バイオチップ５０の測定を行う。例えば、図１に示した検出装置２０を用い、バイオチップ５０をステージ２６に載置することで、該バイオチップ５０に形成された生体分子支持領域Ｓ（例、生体分子と特異的に反応した標的を有する生体分子支持領域Ｓ）において発生する蛍光の測定を行う。

例えば、検出装置２０は、バイオチップ５０の表面をＺ方向の所定位置に位置決めすると、蛍光測定を行うために、光源装置３１から射出される光を所定波長帯域の励起光に切り替える。光源装置３１から射出された励起光（第１の光、第３の光）は、光学ユニット３７で反射して対物レンズ３２を透過した後に、基板本体６０の第１面６０ａを照明する。この励起光により、第１面６０ａに配置された生体分子支持領域Ｓ及びアライメントマーク６１が照明される。励起光で照明された生体分子支持領域Ｓのうち、検体に含まれ蛍光標識された標的と生体分子とが特異的な反応により結合（親和性を有する）した生体分子支持領域Ｓから、蛍光（第２の光）が発生する。発生した蛍光は、対物レンズ３２、および光学ユニット３７を透過して光学素子４７に入射する。

また、励起光で照明されたアライメントマーク６１から、蛍光（第４の光）が発生する。この蛍光は、対物レンズ３２、および光学ユニット３７を透過して光学素子４７に入射する。そして、蛍光を発生した生体分子支持領域Ｓ及びアライメントマーク６１の像は、接眼部２７の近傍に形成されるとともに、センサ２８の視野内に形成される。センサ２８は、蛍光を発生した生体分子支持領域Ｓ及びアライメントマーク６１の像を撮像し、像情報（生体分子支持領域の受光情報）取得する。

本実施形態では、図３に示すように、アライメントマーク６１が各検出領域１０１〜１０９の中央に位置するように設けられているため、各検出領域１０１〜１０９を観察する際には、アライメントマーク６１から発生する蛍光の像が視野領域１００の中央に配置されるように視野領域１００を移動させる（アライメント工程）。これにより、バイオチップ５０における生体分子支持領域Ｓの位置情報を取得するために、上記の励起光とは異なる別の照明光を別途バイオチップ５０に照射する工程を行う必要はない。本実施形態における検出装置２０は、バイオチップ５０における生体分子支持領域Ｓの位置情報を取得することができるため、上記の別の照明光をバイオチップ５０に照射する工程を省略することができる。

検出装置２０は、検出領域１０１〜１０９のうち第一の観察領域（例、検出領域１０１）の計測が完了すると、第一の観察領域と隣り合う第二の観察領域（例、検出領域１０２）にバイオチップ５０を移動させる。そして、検出装置２０は、上記第一の観察領域に対する撮像処理と同様に、バイオチップ５０に励起光を照射することにより、生体分子支持領域Ｓ及びアライメントマーク６１の計測を実施する。

そして、検出領域１０１〜１０９の全ての計測が完了するまで計測処理を実施した後、制御部２２は、各撮像領域における励起光によるアライメントマーク６１の計測結果（蛍光の受光結果）に基づいて、蛍光による生体分子支持領域Ｓの計測結果（蛍光の受光結果）を画面合成（スティッチング）する。なお、上記アライメント工程は、例えば、複数の検出領域１０１〜１０９におけるスティッチングの位置合わせを含む。

ここで、比較として、本実施形態のアライメントマーク６１を有しないバイオチップ１５０を検出装置２０により観察する場合について説明する。例えば、この場合において、検出装置２０による視野領域１００は、図４に示されるように、検出領域１０１Ａ〜１０９Ａに配置される。このうち、検出領域１０２Ａ、１０４Ａ、１０５Ａ、１０６Ａ、１０８Ａは、検出領域１０１Ａ、１０３Ａ、１０７Ａ、１０９Ａとは異なり、視野内に含まれる生体分子支持領域Ｓの配置パターンが同一となる場合が存在する。したがって、検出領域１０２Ａ、１０４Ａ、１０５Ａ、１０６Ａ、１０８Ａにおいて、検出装置２０が基板本体６０Ａ上の第１面６０Ａａのいずれの位置を観察しているのかを判定することが困難である。

そのため、上記のようなバイオチップ１５０を用いる場合、検出装置２０は、視野領域１００とバイオチップ１５０のとの位置関係が特定できず、精度良く画像を合成することが難しいという問題が生じる。

これに対して、本実施形態では、上述のようにバイオチップ５０に形成されたアライメントマーク６１を利用することで各視野領域１００における生体分子支持領域Ｓの座標位置情報が取得されている。そのため、本実施形態における検出装置２０は、蛍光による生体分子支持領域の計測結果を精度良く画面合成することができる。本実施形態における検出装置２０は、画面合成された結果を比較することにより、検体に含まれる標的と生体分子ゲットのとが特異的な反応により結合した生体分子支持領域Ｓのバイオチップ５０の全面上におけるアドレス位置（位置情報、座標情報）を取得することができる。

以上のように、本実施形態の検出装置２０は、バイオチップ５０の第１面６０ａに配置された複数の生体分子支持領域Ｓに対して励起光（第１の光）を照射することによって生じた蛍光（第２の光）を受光すると共に当該第１面６０ａに設けられ発光材料を含むアライメントマーク６１に対して上記励起光（第３の光）を照射して発光された蛍光（第４の光）を受光し、アライメントマーク６１から生じた蛍光（第４の光）の受光結果に基づいて複数の生体分子支持領域Ｓに対する位置合わせを行い、生体分子支持領域Ｓから生じた蛍光（第２の光）の受光結果に基づいて、生体分子支持領域Ｓに形成された生体分子と検体に含まれる標的との親和性（例えば、蛍光の有無や蛍光の強度などに基づく反応性や結合性など）を検出するができる。これにより、検出装置２０は、バイオチップ５０を用いた検出を短時間で高精度に行うことが可能となる。また、本実施形態の検出装置２０は、励起光によって生体分子支持領域Ｓから得られる蛍光とアライメントマーク６１から得られる蛍光とを同時に検出するため、検出結果におけるデータ量の肥大化を低減することができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、アライメントマーク６１の形状が全て同一形状である場合を例に挙げて説明したが、これに限られることはない。

図５は、変形例に係るバイオチップ５０Ａの構成を示す平面図である。
図５に示すように、バイオチップ５０Ａを構成する基板本体６０の第１面６０ａには、非対称型（例えばＴ字型）のアライメントマーク６１Ｔが形成されている。アライメントマーク６１Ｔは、Ｘ方向に沿った第１直線部分と、当該第１直線部分の−Ｙ側から−Ｙ方向に延びた第２直線部分とを有する構成である。この場合、検出領域１０１〜１０９のそれぞれにおいて視野領域１００を確認する場合、アライメントマーク６１Ｔのうち第１直線部分及び第２直線部分の延びる方向が上記とは異なる場合、バイオチップ５０Ａの方向がずれていることを認識することができる。このように、バイオチップ５０Ａにおいては、上記の実施形態に加え、アライメントマーク６１Ｔを、第１面６０ａ上の方向の基準を示す方向基準マークとして用いることができる。

図６は、変形例に係るバイオチップ５０Ｂの構成を示す平面図である。
図６に示すように、バイオチップ５０Ｂを構成する基板本体６０の第１面６０ａには、互いに異なる形状のアライメントマーク６１Ａ〜６１Ｉが形成されている。アライメントマーク６１Ａ〜６１Ｉは、検出領域１０１〜１０９に配置されている。このように、検出領域１０１〜１０９毎に異なる形状のアライメントマーク６１Ａ〜６１Ｉが配置されているため、検出領域１０１〜１０９のそれぞれに視野領域１００を配置した場合、上記の実施形態に加え、アライメントマーク６１Ａ〜６１Ｉの形状から検出領域１０１〜１０９を特定することができる。

また、例えば、生体分子支持領域Ｓａは、１つ以上の生体分子支持領域Ｓを含んでいればよく、第１面６０ａの全体が生体分子支持領域Ｓａであってもよい。したがって、例えば、１つの生体分子支持領域Ｓ自体が生体分子支持領域Ｓａとなりうるし、複数の生体分子支持領域Ｓが配置された第１面６０ａ上の任意の領域も生体分子支持領域Ｓａとなりうる。

また、例えば、上記実施形態においては、生体分子支持領域Ｓが基板本体６０の第１面６０ａの全面に亘ってマトリクス状に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることはない。
図７は、変形例に係るバイオチップ５０Ｃの構成を示す平面図である。
図７に示すように、バイオチップ５０Ｃにおいて、基板本体６０の第１面６０ａには、ギャップ部１１１が形成されている。ギャップ部１１１は、基板本体６０上に形成された、生体分子支持領域Ｓ同士の間隔を部分的に異ならせた領域である。つまり、ギャップ部１１１は、生体分子支持領域Ｓが設けられない領域である。図７においては、例えば、マトリクス状に配置された生体分子支持領域Ｓのうち中央の２行分及び２列分の領域がギャップ部１１１となっている。したがって、この中央の２行分及び２列分に対応する領域（ギャップ部１１１）には、生体分子支持領域Ｓは設けられていない。

ギャップ部１１１により、第１面６０ａには、生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５が４つ形成されている。生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５は、ギャップ部１１１によってそれぞれ第１面６０ａの左上、右上、左下、右下の各角部を含むように区画されている。このように、１つのバイオチップ５０Ｃの第１面６０ａ内に、複数の生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５が設けられてもよい。この場合、生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５のそれぞれが生体分子支持領域Ｓａとなりうる。

ここで、ギャップ部１１１を構成する生体分子支持領域の非形成領域の大きさ、形状、配置位置等の条件は、検出領域１０１〜１０９に対応して適宜設定される。例えば、検出装置２０により第１面６０ａの全面を観察した際、複数の検出領域１０１〜１０９が取得されるが、各検出領域１０１〜１０９にてギャップ部１１１が存在する位置は異なっている。すなわち、各検出領域１０１〜１０９内に存在するギャップ部１１１は、それぞれ異なる形状を呈する。そのため、各検出領域１０１〜１０９においては、ギャップ部１１１が設けられた部分にて生体分子支持領域Ｓ同士の間隔が異なった部分が生じることから、生体分子支持領域Ｓの配置パターンがそれぞれ異なったものとなっている。

バイオチップ５０Ｃにおいて、アライメントマーク６１は、１つの生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５に１つずつ設けられている。なお、１つの生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５が２つ以上のアライメントマーク６１を含む構成であってもよい。また、４つの生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５に設けられたアライメントマーク６１は、各検出領域１０１〜１０９に配置される視野領域１００の中央に配置されている。図７に示すバイオチップ５０Ｃにおいては、アライメントマーク６１は、当該生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５のそれぞれの中央部から外れた位置に配置されている。なお、生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５の中央部と各検出領域１０１〜１０９に配置される視野領域１００の中央部とが一致するようにギャップ部１１１が形成されていてもよい。また、バイオチップ５０Ｃにおいて、アライメントマーク６１は、ギャップ部１１１にも配置されている。このように、第１面６０ａのうち視野領域１００に含まれる領域であれば、生体分子支持領域の配置領域６２、６３、６４、６５から外れた位置にアライメントマーク６１が配置されてもよい。

また、上記実施形態においては、検出領域１０１〜１０９に対応する視野領域１００の中央にアライメントマーク６１が配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることはない。

図８は、変形例に係るバイオチップ５０Ｄの構成を示す平面図である。
図８に示すように、アライメントマーク６１は、検出領域１０１〜１０９のうち隣り合う検出領域に配置される視野領域１００同士が重なる領域に配置されている。この場合、視野領域１００を撮像した画像をスティッチングする場合に、アライメントマーク６１同士を重ね合わせるように画像を合成すればよいため、スティッチング工程を容易に行うことができる。

図９は、変形例に係るバイオチップ５０Ｅ、５０Ｆ、５０Ｇの構成を示す平面図である。なお、図９においては、バイオチップ５０Ｅ、５０Ｆ、５０Ｇの一部ずつを示しており、便宜上、１つのバイオチップを分割した構成として示している。

上記実施形態においては、アライメントマーク６１が生体分子支持領域Ｓの配列方向に沿った形状に形成された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることはない。例えば、図９に示すバイオチップ５０Ｅのように、アライメントマーク６１Ｊの形状が例えばＸ形状など、生体分子支持領域Ｓの配列方向に沿った形状以外の形状であってもよい。

また、例えば上記説明においては、生体分子支持領域Ｓが配置された領域内またはギャップ部１１１内にアライメントマーク６１が配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることはない。
例えば、図９に示すバイオチップ５０Ｆのように、基板本体６０の第１面６０ａのうち外周に沿った外側領域Ｓｂにアライメントマーク６１Ｌが設けられた構成であってもよい。この場合、領域Ｓｂに対して内側に配置される内側領域Ｓａは、複数の生体分子支持領域Ｓが配置される生体分子支持領域となる。このように、生体分子支持領域の外側（周辺）にアライメントマーク６１Ｌが配置された構成であってもよい。なお、生体分子支持領域Ｓの内側にアライメントマーク６１Ｍが含まれた構成であってもよい。

また、図９に示すバイオチップ５０Ｇのように、アライメントマークとして、バーコード６１Ｎが形成された構成であってもよい。バーコード６１Ｎは、バイオチップ５０Ｇにおける生体分子支持領域Ｓ（生体分子）の情報、製造年月日などを情報として含む構成とすることができる。この場合、アライメントマークであるバーコード６１Ｎは、基板本体６０に関する情報を示す基板情報マークとして用いられる。なお、このような情報を含む構成として、情報を書き換え可能なＩＣタグが用いられていてもよい。また、本実施形態のアライメントマーク６１は、例えば、発光性微粒子（例、発光性量子ドット（例、蛍光性量子ドット）など）で構成されるため、バイオアッセイに依存しない基準発光マークとして光の強度（例、励起光の強度など）を確認するために用いることができる。また、本実施形態におけるアライメントマーク６１は、撮像時において検出領域の調整や角度調整に用いることができるし、撮像後において生体分子支持領域Ｓのアドレス位置付けのための基準や検出した計測結果（受光結果、画像）の角度補正に用いることができる。

［スクリーニング装置］
図１０は、スクリーニング装置ＳＣの概略的な構成を示す図である。
図１０に示すように、スクリーニング装置ＳＣは、プレアッセイ部ＰＡと、アッセイ部（分注装置）ＡＳと、計測部（検出装置）ＭＳと、受渡部ＴＲ１、ＴＲ２とを備えている。スクリーニング装置ＳＣは、上記実施形態に記載のバイオチップ５０（又はバイオチップ５０Ａ〜５０Ｇ）を用いた生体分子のスクリーニングを行う。計測部ＭＳとして、例えば上記実施形態に記載の検出装置２０が用いられている。

プレアッセイ部ＰＡは、実装部１、移載装置１２を有するマーキング部２、受渡部３を備えている。実装部１は、バイオチップ５０をアレイボックス１１に実装するものであり、マニピュレータ（例、コンピュータ制御で自動駆動可能な機械的な腕）と、アームを備えるロボット装置とを備えている。

アッセイ部（バイオアッセイ装置）ＡＳは、読取部４、分注装置（分注部）５、反応部６、洗浄部７、乾燥部８、受渡部９を備えている。読取部４は、撮像装置１４と、上記プレアッセイ部ＰＡの移載装置１２と同様の構成を備える移載装置１３とを備えている。撮像装置１４は、バイオチップ５０の基板側の面に形成されたバイオチップ５０の識別情報を撮像して読み取る装置であって、例えば、ＣＣＤカメラ等で構成される。撮像装置１４を用いて識別情報を撮像することによって識別情報信号が生成され、該識別情報信号は制御装置ＣＯＮＴに出力される。

分注装置５は、例えば検体が分注された反応容器１５に対して、マニピュレータを用いて生体分子と特異的に反応可能な標的を含む検体を注入（分注）する分注処理が行われるものである。

反応部６は、バイオチップ５０の生体分子支持領域Ｓに配置される生体分子と、検体に含まれる標的とを所定の温度条件下で反応させる反応処理を行う。反応部６は、分注装置５に設けられた反応容器１５と同一構成の反応容器と、バイオチップ５０を吸着保持する吸着保持装置１６とを備えている。なお、吸着保持装置１６は、バイオチップ５０に直接的に接触して吸着してもよいし、吸着保護層のような膜を介してバイオチップ５０を間接的に吸着してもよい。

洗浄部７は、バイオチップ５０を洗浄する洗浄処理を行う。洗浄部７は、洗浄液が貯溜された洗浄容器１７を備えている。
乾燥部８は、洗浄されたバイオチップ５０の乾燥処理を行う。乾燥部８は、例えば乾燥用の気体を噴出する乾燥装置１８を備えている。
受渡部９は、読取部４と反応部６との間でバイオチップ５０の受け渡し処理を行う。また、受渡部ＴＲ１は、マーキング部２と読取部４との間でバイオチップ５０の受け渡し処理を行う。受渡部ＴＲ２は、アッセイ部ＡＳ（反応部６）と計測部ＭＳとの間でバイオチップ５０の受渡処理を行う。

上記のスクリーニング装置ＳＣを用いて、生体分子アレイの処理方法を含むバイオチップ５０のスクリーニングを行う場合、生体分子を有するバイオチップ５０の計測に関連する処理として、例えば、実装処理、マーキング処理、読取処理、分注処理、反応処理、洗浄処理、乾燥処理、計測処理（検出処理）及びこれらの処理の間でバイオチップ５０を移送する移送処理が適宜行われる。

Ｓ…生体分子支持領域 Ｓａ…生体分子支持領域 ＳＣ…スクリーニング装置 ＰＡ…プレアッセイ部 ＡＳ…アッセイ部（分注装置） ＭＳ…計測部（検出装置） ＣＯＮＴ…制御装置 ＴＲ１、ＴＲ２…受渡部 ５…分注装置 ８…乾燥部 １８…乾燥装置 ２０…検出装置 ２２…制御部 ２２ａ…アライメント部 ２４…ボディ ２５…光学システム ２６…ステージ装置 ５０、５０Ａ〜５０Ｇ…バイオチップ ５１…ステージ本体 ５２…ベース部材 ５３…駆動装置 ６０…基板本体 ６０ａ…表面 ６１、６１Ａ〜６１Ｎ、６１Ｔ…アライメントマーク ６２、６３…生体分子支持領域配置領域 １００…視野領域 １０１〜１０９…検出領域 １１１…ギャップ部

Claims (21)

1. バイオチップを用いる検出方法であって、
   前記バイオチップの第１面に配置された複数の生体分子支持領域に対して第１の光を照射することによって生じた第２の光を受光する第１受光工程と、前記第１面に設けられ発光材料を含むアライメントマークに対して第３の光を照射して発光された第４の光を受光する第２受光工程と、を有する受光工程と、
   受光した前記第４の光の受光結果に基づいて前記複数の生体分子支持領域に対する位置合わせを行うアライメント工程と、
   前記第２の光の受光結果に基づいて、前記生体分子支持領域に形成された生体分子と検体に含まれる標的との親和性を検出する検出工程と
   を備える検出方法。
2. 前記受光工程は、前記複数の生体分子支持領域に対して分けられた複数の検出領域のうち少なくとも１つの該検出領域において、前記第２の光及び前記第４の光を受光することを含む
   請求項１に記載の検出方法。
3. 前記検出工程は、前記複数の検出領域に対して得られる複数の前記第２の光の受光結果に基づいて、前記親和性をそれぞれ検出することを含む、
   請求項２に記載の検出方法。
4. 得られた複数の前記親和性の検出結果をスティッチングする工程を備える
   請求項３に記載の検出方法。
5. 前記受光工程は、前記第２の光と前記第４の光とをほぼ同時に受光することを含む
   請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の検出方法。
6. 前記発光材料として、発光性量子ドットが用いられる
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の検出方法。
7. 前記バイオチップに形成され前記バイオチップの情報を有するバーコードを検出する工程を備える
   請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の検出方法。
8. 前記第１の光の波長帯域と前記第３の光の波長帯域とは、少なくとも一部が互いに重なる
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の検出方法。
9. 前記第１の光と前記第３の光とは同じ波長であり、
   前記第２の光と前記第４の光とは同じ波長である
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の検出方法。
10. バイオチップを用いる検出装置であって、
    前記バイオチップが配置されるステージと、
    前記バイオチップの第１面に配置された複数の生体分子支持領域及び前記第１面に設けられ発光材料を含むアライメントマークに対して第１の光及び第３の光を照射可能な光源部と、
    前記第１の光を前記複数の生体分子支持領域に照射することによって生じた第２の光を受光し、前記アライメントマークに対して前記第３の光を照射することによって発光された第４の光を受光するセンサと、
    受光した前記第４の光の受光結果に基づいて前記複数の生体分子支持領域に対する位置合わせを行うアライメント部と、
    前記第２の光の受光結果に基づいて、前記生体分子支持領域に形成された生体分子と検体に含まれる標的との親和性を検出する検出部と
    を備える検出装置。
11. 前記第１の光を前記複数の生体分子支持領域へ導光し、前記第３の光を前記アライメントマークへ導光する光学系を備える
    請求項１０に記載の検出装置。
12. 請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の検出方法を用いる検出工程と、
    前記バイオチップに前記検体を分注する分注工程と、
    前記バイオチップを乾燥させる乾燥工程と、
    を備えるバイオチップのスクリーニング方法。
13. 請求項１０又は請求項１１に記載の検出装置と、
    前記バイオチップに前記検体を分注する分注装置と、
    を備えるスクリーニング装置。
14. 検体に含まれる標的と特異的に反応可能な生体分子と、
    複数の前記生体分子が形成される生体分子支持領域を複数有する第１面を備える基板本体と、
    前記複数の生体分子支持領域に対する位置合わせに関するマークであり、前記第１面に形成され発光材料を含むアライメントマークと、
    を備えるバイオチップ。
15. 前記アライメントマークの発光材料は、発光性量子ドットを含む
    請求項１４に記載のバイオチップ。
16. 前記アライメントマークは、前記第１面上における位置の基準を示す位置基準マークを含む
    請求項１４又は請求項１５に記載のバイオチップ。
17. 前記アライメントマークは、前記第１面上における方向の基準を示す方向基準マークを含む
    請求項１４から請求項１６のうちいずれか一項に記載のバイオチップ。
18. 前記アライメントマークは、前記基板本体に関する情報を示す基板情報マークを含む
    請求項１４から請求項１７のうちいずれか一項に記載のバイオチップ。
19. 前記アライメントマークは、前記第１面のうち前記生体分子支持領域とは異なる非支持領域に設けられている
    請求項１４から請求項１８のうちいずれか一項に記載のバイオチップ。
20. 複数の前記生体分子支持領域は、前記第１面のうち所定領域内にマトリクス状に配列されており、
    前記アライメントマークは、複数の前記生体分子支持領域に囲まれた位置に配置されている
    請求項１９に記載のバイオチップ。
21. 前記アライメントマークは、複数設けられ、
    複数の前記アライメントマークは、一方向に所定のピッチで配置されている
    請求項１４から請求項２０のうちいずれか一項に記載のバイオチップ。

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