JP3878506B2 - Bioactive substance detection apparatus and bioactive substance detection method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生理活性物質を担持体に固定化させることにより生理活性物質を検出する生理活性物質検出装置及び生理活性物質検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＤＮＡチップは生体試料中に存在する特定のＤＮＡ配列を検出する装置であり、遺伝的疾患の検出や薬剤応答性の判定などに使用される。
【０００３】
ＤＮＡチップはガラスやシリコンなどの基板上に多数のプローブが固定化された構造をしている。プローブは一本鎖ＤＮＡであり、その配列は複数種類搭載されている。そして、どのプローブが試料中の一本鎖ＤＮＡとハイブリダイズしたかを検出することにより、試料中のＤＮＡ配列を知ることができるようになっている。ハイブリダイズの検出方式には、蛍光検出方式と電流検出方式がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＤＮＡチップでは、基板上に固定化されたプローブを取り外すことができない。また、電流検出方式のＤＮＡチップでは、ハイブリダイズの検出に用いる挿入剤を再利用できない。従って、ＤＮＡチップは再利用することができず、コストが高くなる。また、従来のＤＮＡチップでは、予め定められたＤＮＡ配列の検出のみにしか利用できないため、ユーザが特定の配列検出用に自由にプローブを配置して用いることができない。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、再利用可能な生理活性物質検出装置及び生理活性物質検出方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一の観点によれば、生理活性物質が固定化された磁気ビーズと、前記磁気ビーズを固定化させる複数の磁気ビーズ固定部位を有する基板と、前記磁気ビーズ固定部位のそれぞれに配置され、前記磁気ビーズ固定部位に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させて前記磁気ビーズを前記磁気ビーズ固定部位に固定化させる複数の第１コイルと、前記複数の第１コイルのそれぞれに接続され、前記第１コイルに流れる電流を切り換える複数の第１スイッチと、前記基板の上部及び下部の少なくとも一方に設けられ、前記第１コイルよりも半径が大きく、前記基板に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させる第２コイルとを具備してなる生理活性物質検出装置が提供される。
【０００７】
このように、基板上の固定部位に、選択的に固定化可能で、また選択的に除去可能な担持体として磁気ビーズを用いる。ＤＮＡなどの生理活性物質は、予めこの磁気ビーズに結合させておく。磁気ビーズを送入して選択的に磁気ビーズ固定部位に固定化させることにより、所望の位置に生理活性物質が固定化された生理活性物質検出装置が得られる。各磁気ビーズに異なる種類の生理活性物質を固定化させておくことにより、多様な生理活性物質がプローブとして搭載された検出装置が得られる。
【０００８】
また、第１スイッチにより電流を制御し、電流をオフにしたり、固定化の際と逆向きの電流を流すことにより、固定部位に磁気ビーズを引き寄せる磁界が無くなるため、磁気ビーズを除去できる。この場合、磁気ビーズを基板上から除去した後に新たな磁気ビーズを再度固定化させることができ、検出装置の再利用が可能となる。再利用した場合、検出装置内の特定の位置に固定化される生理活性物質の種類は、再利用の前に固定化させた生理活性物質と同一である必要は無い。従って、一つの検出装置を多用途に用いることができる。また磁気ビーズの除去は第１スイッチを選択的に制御することにより行うことができるので、検出装置内の一部の生理活性物質のみを入れ替えて再利用することもできる。
【０００９】
本発明の一の実施形態によれば、第１スイッチは行列状に配列されてなり、前記第１スイッチの行列の任意の行を選択する行選択手段と、前記第１スイッチの行列の任意の列を選択する列選択手段と、をさらに備える。
【００１０】
本発明は、さらに望ましくは以下の実施形態を有する。
【００１１】
（１）磁気ビーズを含む溶液を充填できる第１の領域を有する。
【００１２】
（２）第１コイルが（１）の第１の領域の下部に行列状に配置されており、第１スイッチにより特定の第１コイルを選択し電流を流すことにより、この選択された第１コイルの上部に磁気ビーズが固定化される。
【００１３】
（３）（１）の第１の領域の上部及び下部の少なくとも一方に、第１コイルよりも大きな半径を有する第２コイルを設ける。
【００１４】
（４）第１のコイルの中心部で第１のコイルにより生成された磁界の強さは、（３）の第２コイルにより生成される磁界の強さより大きい。
【００１５】
（５）（３）の第２コイルは、第１の領域内に基板表面に対して垂直な方向に一様な磁界を発生させる。
【００１６】
（６）磁気ビーズ固定部位は、凹型の形状を有する。
【００１７】
（７）カラム方向に配置された複数本のカラム線と、カラム選択信号に応じて前記複数本のカラム線から１本を選択するカラムデコーダと、ロウ方向に配置された複数本のロウ線と、ロウ選択信号に応じて前記複数本のロウ線から１本を選択するロウデコーダとを備え、第１スイッチはマトリクス状に配置され、第１スイッチのそれぞれが、カラム線及びロウ線の組合せにより選択される。
【００１８】
（８）第１コイルは円筒状コイル、円状コイル、渦巻き状コイル、あるいはこれら円筒状コイル、円状コイル、渦巻き状コイルを中心軸方向に複数積層した構造である。
【００１９】
（９）磁気ビーズの固定化は、（１）の第１の領域に磁気ビーズを送入し、特定の第１スイッチを閉じ、送入された磁気ビーズのうち固定化されなかったものを第１の領域から送出する操作である。
【００２０】
（１０）（９）の操作を、磁気ビーズに固定化する生理活性物質の種類と、磁気ビーズを付着させる位置とを毎回変えながら、複数回繰り返す。
【００２１】
（１１）固定化の際とは逆向きの電流を第１コイルに流すことにより、磁気ビーズを除去する。また、この逆向きの電流をすべての第１コイルに流すことにより、すべての磁気ビーズを一度に除去する。
【００２２】
（１２）（３）における磁気ビーズの除去は、第１コイルに電流を流さないようにした状態で、第２コイルに電流を流し磁気ビーズを基板から引き離す向きの磁界を発生させる。
【００２３】
（１３）非選択の第１コイルには選択された第１コイルとは逆向きの電流を流して逆向きの磁界を発生させる。
【００２４】
（１４）第１スイッチは、第１コイルに接続された第１端子を第１コイルの他端の電圧よりも高い第１電圧を有する第２端子あるいは第１コイルの他端の電圧よりも低い第２電圧を有する第３端子のいずれかに切り換え可能に構成され、選択された第１コイルの第１スイッチは、第１端子を第２端子に接続し、非選択の第１コイルの第１スイッチは、第１端子を第３端子に接続する。
【００２５】
（１５）第１コイルの近傍に、第１コイルよりも小さな半径の第３コイルを備える。ここで、第３コイルにより生成される磁界により、磁気ビーズの固定化状態を持続させる。望ましくは、第１コイルと第３コイルは同心円上に配置されてなる。
【００２６】
（１６）第１コイルに磁界を発生させ、かつ非選択の第３コイルの中心部では第３コイルの生成する磁界の強さが第１コイルの生成する磁界の強さよりも大きい。
【００２７】
（１７）磁気ビーズと磁気ビーズ固定部位の双方に、それぞれ分子間相互作用で互いに結合する２つの物質を固定化させ、これら２つの物質により磁気ビーズの固定化状態を持続させる。例えば、磁気ビーズにビオチンを、磁気ビーズ固定部位にアビジンを固定化させておく。
【００２８】
（１８）磁気ビーズの磁気ビーズ固定部位への付着あるいは除去を、磁気ビーズの接近あるいは解離により与えられる誘導起電力を測定することにより検出する。この検出は、例えば第１コイルあるいは第３コイルを含む閉回路上にある所定の端子の電圧あるいは電流の変化を検知することで実現できる。
【００２９】
（１９）第１のコイルよりも大きな半径の第２コイルと、第１コイルのそれぞれの近傍に設けられ、第１コイルより小さな半径の第３コイルを備える。そして、第２コイル及び第３コイルに電流を流すことにより、ともに磁気ビーズを磁気ビーズ固定部位に引き寄せる磁界を発生させ、第１スイッチにより複数の第１コイルの中から特定の第１コイルを選択し、選択及び非選択の第１コイルに流れる電流の向きを互いに逆向きに制御することにより、選択された第１コイルでは磁気ビーズを磁気ビーズ固定部位に引き寄せる磁界を発生させ、非選択の第１コイルでは磁気ビーズを磁気ビーズ固定部位から引き離す磁界を発生させる。これにより、特定の位置に選択的に磁気ビーズを固定化させる。
【００３０】
（２０）生理活性物質は、抗体、酵素などの蛋白質またはデオキシリボ核酸である。
【００３１】
（２１）複数の磁気ビーズ固定部位のそれぞれを選択する手段を備え、磁気ビーズ固定部位のうち選択した部位と非選択の部位の近傍にそれぞれ異なる磁界を生成することにより、各部位に磁気ビーズを固定化させる。
【００３２】
また、本発明の別の観点によれば、異なる種類の生理活性物質が固定化され、複数の種類からなる第１の物質と、複数の固定部位を有する基板と、前記複数の固定部位のそれぞれに配置され、第１の物質のそれぞれの種類別に異なる分子間相互作用により結合することにより、前記第１の物質を前記固定部位に固定化させる複数の種類からなる第２の物質と、前記固定部位のそれぞれに対応して配置され、前記固定部位を加熱する発熱装置と、前記複数の発熱装置のそれぞれに接続され、前記発熱装置の動作を制御する複数の第１スイッチとを備える生理活性物質検出装置が提供される。
【００３３】
このように、基板の固定部位に、選択的に固定化可能で、また選択的に除去可能な担持体として、分子間相互作用により第２の物質と結合する第１の物質を用いる。ＤＮＡなどの生理活性物質は、予めこの第１の物質に結合させておく。第１の物質を送入して選択的に基板の固定部位に第２の物質との結合作用により固定化させることにより、所望の位置に生理活性物質が固定化された生理活性物質検出装置が得られる。
【００３４】
また、発熱装置を第１スイッチによりオンにすることにより、第１の物質と第２の物質が解離するため、担持体である第１の物質を除去できる。この場合、第１の物質を基板上から除去した後に新たな第１の物質を再度固定化させることができ、検出装置の再利用が可能となる。再利用した場合、検出装置内の特定の位置に固定化される生理活性物質の種類は、一度目に固定化させた生理活性物質と同一である必要は無い。従って、一つの検出装置を多用途に用いることができる。また第２の物質の除去は発熱装置を第１スイッチにより選択的にオンにすることにより行うことができるので、検出装置内の一部の生理活性物質のみを入れ替えて再利用することもできる。
【００３５】
また、本発明の別の観点によれば、生理活性物質が固定化された磁気ビーズを、磁気ビーズ固定部位を有する基板上に送入し、前記基板に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させるとともに、前記磁気ビーズ固定部位に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させることにより、前記磁気ビーズ固定部位へ前記磁気ビーズを固定化させ、前記磁気ビーズに固定化された前記生理活性物質と試料に含まれる物質とのハイブリダイズ反応の有無を検出し、前記磁気ビーズを前記磁気ビーズ固定部位から引き離す磁界を発生させることにより、前記磁気ビーズを前記磁気ビーズ固定部位から分離させる生理活性物質検出方法が提供される。
【００３６】
本発明の一の実施形態によれば、前記担持体を前記担持体固定部位から分離させた後に、前記担持体固定部位に前記担持体が固定化されているか否かを検出する。
【００３８】
また、本発明の別の観点によれば、異なる種類の生理活性物質が固定化された複数の種類からなる第１の物質を、前記第１の物質の種類別に異なる分子間相互作用により前記第１の物質と結合する複数の種類からなる第２の物質がそれぞれ配置された複数の固定部位を有する基板上に送入し、前記第１の物質と前記第２の物質との分子間相互作用による結合により、前記固定部位へ前記第１の物質を固定化させ、前記第１の物質に固定化された前記生理活性物質と試料に含まれる物質とのハイブリダイズ反応の有無を検出し、前記固定部位を所定の温度以上に加熱することにより、前記第１の物質を前記固定部位から分離させる生理活性物質検出方法が提供される。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００４０】
以下、第１実施形態は、担持体として磁気ビーズを用い、担持体固定手段としてコイルを用いる。
【００４１】
（第１実施形態）
図１及び図２は本発明の第１実施形態に係る生理活性物質検出装置の全体構成を示す図であり、図１は装置上面図、図２は断面図である。
【００４２】
図１に示すように、この生理活性物質検出装置１は、送液部３ａ及び３ｂを有する上部支持体２を備える。この上部支持体２の中心近傍には、円形のセル４が設けられている。セル４は、試料などの液体を充填する領域である。このセル４には、行列状に複数の固定化ユニットＵが複数配置され、磁気ビーズ固定化回路系６をなしている。これら各固定化ユニットＵにはそれぞれコイル半径ａで、１よりも大きい所定の巻数の円筒状のコイル１１が設けられており、このコイル１１に電流が流れることにより磁界Ｈ1が発生する。この磁界により、各固定化ユニットＵに磁気ビーズ１２が固定化される。図１は、すべての固定化ユニットＵに磁気ビーズ１２が固定化された状態を示している。また、磁気ビーズ１２にはプローブ１３が固定化されている。
【００４３】
磁気ビーズ１２とプローブ１３との固定化は、周知の技術により、例えば磁気ビーズに付着したアビジンと、プローブ１３に付着したビオチンとを結合させればよい。あるいは、磁気ビーズ１２とプローブ１３を直接付着させてもよい。この磁気ビーズ１２とプローブ１３を付着させる技術は既に確立されている。
【００４４】
プローブ１３は、抗体、酵素などの蛋白質またはデオキシリボ核酸（ＤＮＡ）などの生理活性物質からなる。例えばＤＮＡ検出の場合、所定の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡをプローブとして用い、このプローブの塩基配列と相補的な塩基配列を有する物質が試料に存在するか否かをこの生理活性物質検出装置１を用いて検出することができる。すなわち、試料を生理活性物質検出装置１のセル４に送入してハイブリダイズ反応を生じさせ、試料にプローブの塩基配列と相補的な塩基配列を有する物質が含まれているか否かを検出することができる。すなわち、本実施形態の生理活性物質検出装置１はＤＮＡチップとして利用可能である。
【００４５】
図２に示すように、下部支持体７及び上部支持体２にはそれぞれ半径ａよりも大きなコイル半径ａ0の円筒状のコイル１４及びコイル１５が設けられている。コイル１４，１５の中心軸は同一軸であるため、これらコイル１４及び１５に電流が流れると、磁気ビーズ固定化回路系６の上方から下方に向けてほぼ垂直に磁界Ｈ2が発生する。この磁界Ｈ2は、磁気ビーズ固定化回路系６に磁気ビーズ１２を引き寄せる磁界である。また、送液部３ａ及び送液部３ｂは、下部支持体７及び上部支持体２間に設けられる。この送液部３ａ及び３ｂの一方から試料を送入し、かつ他方から試料を送出することにより、試料を交換することができる。
【００４６】
この生理活性物質検出装置１は、周知のＤＮＡチップなどと同様にＤＮＡ断片のハイブリダイズを行うことができる。すなわち、ハイブリダイズの検出は、蛍光検出方式、電流検出方式あるいはそれら以外の方法で行われる。蛍光検出方式の場合は、検出時に下部支持体７から上部支持体２が取り外される。そして、磁気ビーズ固定化回路系６に対してレーザを照射し、蛍光が測定される。
【００４７】
図３は磁気ビーズ固定化回路系６の詳細な構成を示す断面図である。図３には、３つの固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ−１）、Ｕ（ｉ，ｊ）、Ｕ（ｉ，ｊ＋１）が示されている。この磁気ビーズ固定化回路系６は、例えば半導体などにより構成される固定化回路基板２０により実現される。この固定化回路基板２０のほぼ平坦な表面には各固定化ユニットＵに対応して凹状の磁気ビーズ固定部位２１が設けられている。この凹状の磁気ビーズ固定部位２１は、例えば半導体基板のエッチングにより形成される。このように、固定部位を凹状にすることにより、コイル１１による局所磁界Ｈ1が極めて強くなる領域を制限することができ、一つの磁気ビーズ固定部位２１に所望の数以上の磁気ビーズ１３が付着するのを防止することが出来る。
【００４８】
この磁気ビーズ固定部位２１の下部にはコイル１１が配置されている。このコイル１１は、磁気ビーズを磁気ビーズ固定部位２１のいずれかに選択的に固定化させるのに用いられる。このコイル１１は、例えば固定化回路基板２０内に形成されている。コイル１１は固定化回路基板２０内に形成されていなくても、例えば固定化回路基板２０の下部領域に別途形成されていてもよい。コイル１１として、カーボンマイクロコイル（Chihiro Kuzuya, Seiji Motojima, Masanobu Kohda and Yukio Hishikawa “Preparation of carbon microcoils with the application of an electromagnetic fields and reaction scheme.” Material Technology, Vol.20, No.1, pp.3-9 (2002)）やカーボンナノコイルのような、導電性を有する分子により形成されたコイルを採用してもよい。
【００４９】
このコイル１１により、磁気ビーズ固定部位２１の近傍に局所的な磁界Ｈ1を発生させることができる。この磁界Ｈ1は、磁気ビーズ固定部位２１に磁気ビーズ１２を引き寄せる磁界であり、固定化回路基板２０表面に対してほぼ垂直に、かつ固定化回路基板２０表面から下面に向けて形成される。コイル１１の一端は、各コイル１１毎に設けられた電流オンオフ制御用のスイッチＳＷを介して各コイル１１に共通の配線２２に接続されている。コイル１１の他端は各コイル１１に共通の配線２３に接続されている。磁気ビーズ固定化の際には、配線２２には電圧Ｖ1が印加され、配線２３には電圧Ｖ2（Ｖ1＞Ｖ2）が印加される。
【００５０】
スイッチＳＷは、各コイル１１毎に設けられている。行列状に配列されたコイル１１（固定化ユニットＵ）の行列の行番号をｉ、列番号をｊとすると、固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）のコイル１１には、端子Ａ（ｉ，ｊ）及び端子Ｂ（ｉ，ｊ）を有するスイッチＳＷ（ｉ，ｊ）が接続されている。このように、各固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）に対応してスイッチＳＷが接続されている。例えばスイッチＳＷ（ｉ，ｊ）を閉じた場合、そのスイッチＳＷ（ｉ，ｊ）が接続された一つのコイル１１にのみ電流を流すことができる。従って、その電流が流れるコイル１１の上部の磁気ビーズ固定部位２１のみに局所的な磁界Ｈ1が発生する。他のスイッチＳＷ（ｉ，ｊ−１）やスイッチＳＷ（ｉ，ｊ＋１）には電流が流れず、これらのスイッチＳＷ（ｉ，ｊ−１）やスイッチＳＷ（ｉ，ｊ＋１）に接続されたコイル１１は磁界を発生させない。
【００５１】
このスイッチＳＷを含めたスイッチ部回路系の詳細な構成を図４に示す。図４に示すように、ロウ選択信号により駆動されるロウデコーダ４１にはロウ線ｉ（ｉ＝１，２，…）が接続されている。また、カラム選択信号により駆動されるカラムデコーダ４２にはカラム線ｊ（ｊ＝１，２，…）が接続されている。ロウ線ｉとカラム線ｊの交差する領域が固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）に対応している。この交差領域には、スイッチＳＷ（ｉ，ｊ）が設けられている。具体的には、端子Ａ（ｉ，ｊ）としてＭＯＳトランジスタ４３が設けられている。また、端子Ｂ（ｉ，ｊ）としてＭＯＳトランジスタ４４が設けられている。ＭＯＳトランジスタ４３のゲートはロウ線ｉに接続され、ＭＯＳトランジスタ４３のソース及びドレインの一端はＭＯＳトランジスタ４４のソース及びドレインの一端に接続されている。ＭＯＳトランジスタ４３のソース及びドレインの他端はコイル１１に接続される。
【００５２】
ＭＯＳトランジスタ４４のゲートはカラム線ｊに接続され、ソース及びドレインの一端はＭＯＳトランジスタ４３のソース及びドレインの他端に接続されている。ＭＯＳトランジスタ４４の他端は配線２２に接続される。
【００５３】
ロウ選択信号が入力されると、ロウデコーダ４１により信号がデコードされ、ただ一つのロウ線が選択される。同様に、カラム選択信号が入力されると、カラムデコード４２により信号がデコードされ、ただ一つのカラム線が選択される。例えば、ロウ線ｉ及びカラム線ｊが選択されると、ＭＯＳトランジスタ４３及び４４のそれぞれのゲートはロウ線ｉ及びカラム線ｊに接続されているため、その交差領域のＭＯＳトランジスタ４３及び４４がオンとなり、スイッチＳＷ（ｉ，ｊ）が閉じる。これにより、スイッチＳＷ（ｉ，ｊ）の配置されたコイル１１に電流が流れ、磁界Ｈ1が発生する。一方、ロウ線ｉ及びカラム線ｊの一方が非選択の場合、ＭＯＳトランジスタ４３あるいは４４のいずれか一方がオフとなり、スイッチＳＷ（ｉ，ｊ）が閉じない。このようなスイッチ部回路系により、特定のコイル１１にのみ電流を流すことが可能となる。
【００５４】
コイル１１により各固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）毎に局所的に発生する磁界Ｈ1は磁気ビーズ固定化回路系６の遠方の領域にまで及ばない。従って、遠方領域の磁気ビーズ１２を磁気ビーズ固定化回路系６の近傍まで誘導するための磁界Ｈ2がコイル１４及び１５により生成される。このような誘導磁界Ｈ2を生成するために、コイル１１のコイル半径ａよりも大きなコイル半径ａ0を有するコイル１４及び１５が用いられる。
【００５５】
このように、コイル１１よりもコイル半径の大きいコイル１４及び１５を用いることにより、その磁界Ｈ2は磁気ビーズ固定化回路系６の遠方まで及び、コイル１１の近傍では磁気ビーズ固定化回路系６の表面に対してほぼ垂直の一様な磁界となる。なお、コイル１４及び１５のいずれか一方が生成する磁界が単独で磁気ビーズを誘導するのに十分強い場合には、他方のコイル１４及び１５のいずれかを省略してもよい。
【００５６】
このコイル１１による局所磁界Ｈ1と、コイル１４及びコイル１５による磁界により、全体として得られる磁界Ｈについて説明する。一般的に、コイルによって生成される磁界は、環電流の生成する磁界もしくはその重ね合わせで表現される。図５は半径ａの環電流Ｉの中心からベクトルｒで表現される位置にある点
の磁界Ｈ ｓを示す図である。磁界Ｈ ｓは、以下の式（１）で示される。
【００５７】
【数１】
ここで、ｒ＿＝ｒ／｜ｒ｜であり、ｍ＿は図５に示したように、環電
流の中心軸に対して垂直な向きを持つ単位ベクトルである。
【００５９】
図６は、半径ａの環電流Ｉの中心軸上ｒの位置の磁界Ｈ（ｒ）を示す図である。この磁界Ｈ（ｒ）は、以下の式（２）で示される。
【００６０】
【数２】
図７は、磁界Ｈ（ｒ）の半径ａの依存性を示す図である。横軸は中心軸からの中心軸上の位置ｒを、縦軸は磁界Ｈ（ｒ）の大きさを示す。図７に示すように、半径ａの小さなコイルによる磁界は、コイルの近傍で強くなることが分かる。
【００６２】
図８は、この半径ａの小さいコイルに相当するコイル１１による磁界Ｈ1と、半径ａが十分に大きくほぼ中心軸方向に一様なコイル１４及び１５による磁界Ｈ2との合成磁界Ｈ1＋Ｈ2を示す図である。横軸は中心軸からの中心軸上の位置ｒ、縦軸は磁界の大きさである。図８に示すように、合成磁界Ｈ1＋Ｈ2は、コイル１４及び１５による磁界Ｈ2のために遠方でゼロとならない。従って、予め送液部３ａあるいは３ｂから特定のプローブ１３が固定された磁気ビーズ１２をセル４内に流し込んでおけば、まず磁気ビーズ固定化回路基板２０の表面に垂直な方向の一様な磁界Ｈ2により、磁気ビーズ１２は磁気ビーズ固定化回路基板２０の表面に近づく方向に移動していく。そして、固定化回路基板２０に近づくと、いずれかのコイル１１により生成される局所磁界Ｈ1により特定の磁気ビーズ固定部位２１に固定化される。
【００６３】
なお、コイル１１の形状は、図３に示すような円筒状である必要は無い。図９は渦巻き状コイル３１の上面図である。図９に示すように、ある平面にコイルが渦巻き状に配置されている。従って、この渦巻き状コイル３１の磁界Ｈ3は、複数の環電流の合成磁界として表現される。図７から示唆されるように、この環電流の合成磁界Ｈ3は、遠方まで到達する磁界で、かつ中心Ｏ近傍で十分な強さをもった磁界となる。従って、コイル１１としてこのような渦巻き状の形状を採用することにより磁界が遠方まで及ぶ場合には、コイル１４やコイル１５の一方あるいは双方を無くしてもよい。
【００６４】
このような渦巻き状コイル３１は、固定化回路基板２０として半導体基板を採用した場合に有効である。すなわち、固定化回路基板２０として半導体基板を用いる場合、その半導体基板上の単一配線層として渦巻き状コイル３１を形成する。これにより、製造プロセスの簡易化ならびにコストの点で有利となる。一方、円筒状のコイル１１は、中心軸とは垂直な方向のコイル同士の間隔ｒsを短くすることができる。従って、同一面積のセル４に搭載できる固定化ユニットＵの密度を上げられるという利点を有する。また、渦巻き状コイル３１を中心軸の方向に複数個積層し、重ね合わせて用いることにより、渦巻き状コイル３１の利点と円筒状のコイル１１の利点を併せ持ったものとなる。
【００６５】
次に、図１０のフローチャートに沿って生理活性物質検出装置による検出動作を説明する。
【００６６】
まず、あるプローブ１３の付着した磁気ビーズ１２を送液部３ａあるいは３ｂからセル４に送入する（ｓ１）。次に、あるスイッチＳＷを閉じる（ｓ２）。このスイッチＳＷを閉じる際、Ｖ1＞Ｖ2である。これにより、そのスイッチＳＷが閉じられたコイル１１に電流が流れ、固定化回路基板２０の表面から下面に向けて、その表面にほぼ垂直な向きに磁界Ｈ1が発生する。その結果、磁気ビーズ１２がそのコイル１１の上方の磁気ビーズ固定部位２１に固定化される（ｓ３）。そして、余った磁気ビーズ１２、すなわち磁気ビーズ固定部位２１に固定化されなかった磁気ビーズ１２を含む試料を送液部３ａあるいは３ｂから送出する（ｓ４）。ここで、すべての磁気ビーズ固定部位２１に磁気ビーズ１２が固定化されたか判断され（ｓ５）、未だ固定化されていない部位があれば（ｓ１）に戻り、再度別のプローブ１３の付着した磁気ビーズ１２を送液部３ａあるいは３ｂからセル４に送入し、別のスイッチＳＷが閉じられ（ｓ２）、スイッチＳＷの設けられた固定化ユニットＵの磁気ビーズ固定部位２１に磁気ビーズ１２が固定化され（ｓ３）、試料が送出される（ｓ４）という動作が繰り返される。
【００６７】
すべての磁気ビーズ固定部位２１に磁気ビーズ１２が固定化された場合、検出の対象とする試料がセル４内に送入され、測定が開始される（ｓ６）。一般的なＤＮＡチップと同様に、蛍光検出方式、電流検出方式などにより、試料に含まれる物質とプローブ１３とのハイブリダイズの検出により測定がなされる。
【００６８】
また、（ｓ２）及び（ｓ３）は、単一のスイッチＳＷ及び単一の磁気ビーズ固定部位２１についての動作として示したが、複数のスイッチＳＷを閉じて複数の磁気ビーズ固定部位２１に磁気ビーズ１２を固定化させた上で、（ｓ４）の試料送出を行ってもよいことはもちろんである。
【００６９】
（ｓ１）〜（ｓ４）のより詳細なフローを図１１に示す。図１１に示すように、まず第１のプローブが付着した磁気ビーズ１２を含む試料をセル４内に送入する（ｓ１ａ）。次いで、スイッチＳＷ（１，１）を閉じる（ｓ１ｂ）。次いで、スイッチＳＷ（１，１）に接続されたコイル１１に電流が流れ、磁気ビーズ１２がそのコイル１１上方に設けられた磁気ビーズ固定部位２１に固定化される（ｓ１ｃ）。次に、余った磁気ビーズ１２を含む試料がセル４から送出される（ｓ１ｄ）。
【００７０】
以上、スイッチＳＷ（１，１）の設けられた固定化ユニットＵ（１，１）についての磁気ビーズ１２の固定化が終了すると、次の固定化ユニットＵ（１，２）についての磁気ビーズ１２の固定化が実行される。具体的には、第１のプローブとは異なる第２のプローブが付着した磁気ビーズ１２を含む試料をセル４内に送入する（ｓ２ａ）。次いで、スイッチＳＷ（１，２）を閉じる（ｓ２ｂ）。次いで、スイッチＳＷ（１，２）に接続されたコイル１１に電流が流れ、磁気ビーズ１２がそのコイル１１上方に設けられた磁気ビーズ固定部位２１に固定化される（ｓ２ｃ）。次に、余った磁気ビーズ１２を含む試料がセル４から送出される（ｓ２ｄ）。
【００７１】
このような（ｓ１ａ）〜（ｓ１ｄ）や（ｓ２ａ）〜（ｓ２ｄ）に示される工程が他のスイッチＳＷ（１，３）、ＳＷ（１，４）、…を含む固定化ユニットＵ（１，３）、Ｕ（１，４）、…についても実施され、その結果、すべての磁気ビーズ固定部位２１に、それぞれ異なるプローブが付着した磁気ビーズ１２を固定化させることができる。
【００７２】
このように、送入する磁気ビーズ１２に付着させるプローブ１３を毎回変えることにより、多様なプローブ１３を搭載した生理活性物質検出装置が構成される。
【００７３】
なお、スイッチＳＷ（１，１）の設けられた固定化ユニットＵ（１，１）と、スイッチＳＷ（１，２）の設けられた固定化ユニットＵ（１，２）に同一プローブが付着した磁気ビーズ１２を固定化する場合、図１１の（ｓ１ｄ）及び（ｓ２ａ）を省略すれば、これら２つの固定化ユニットＵ（１，１）及びＵ（１，２）に同一のプローブが付着した磁気ビーズ１２を固定化させることができる。また、（ｓ６）の測定は、すべての固定化ユニットＵについて磁気ビーズ１２を固定化させた後でなくてよい。
【００７４】
なお、図１１の磁気ビーズ固定化の手順においては、磁気ビーズ１２が磁気ビーズ固定部位２１に付着されたか否かを検出できるのが望ましい。磁気ビーズ１２の付着の有無検出機能を付加した装置構成例を図１２に示す。図１２に示すように、複数のコイル１１の一端が配線２２に接続されている。また、配線２２と配線２３ａとの間には電圧源２４が接続されている。磁気ビーズ固定化の際には、この電圧源２４により配線２３ａの電位がＶ2に、配線２２の電位がＶ1（＞Ｖ2）となる。コイル１１の他端は、配線２３ｂに接続されている。配線２３ａと配線２３ｂの端子Ｎとの間には抵抗Ｒが接続され、閉回路をなしている。
【００７５】
磁気ビーズ１２付着の検出は、端子Ｎの電圧の変化をモニタすることにより行われる。磁気ビーズ１２が磁気ビーズ固定部位２１に付着したか否かは、磁気ビーズ１２がコイル１１に接近することにより生じる誘導起電力を測定すればよい。
【００７６】
磁気ビーズ１２がコイル１１から十分に遠方にある場合には、端子Ｎを含む閉回路に電圧源２４による定常電流が流れる。これにより、端子Ｎの電圧は一定の値を保持する。
【００７７】
磁気ビーズ１２がコイル１１に接近して磁気ビーズ固定部位２１に付着すると、コイル１１を貫通する磁束Φが変化する。この磁束Φの変化により、閉回路に誘導起電力が生じ、端子Ｎの電圧が変化する。従って、電圧検知回路を用いて端子Ｎの電圧をモニタすることにより、磁気ビーズ１２の付着の有無を検出することができる。
【００７８】
なお、端子Ｎの電圧を検出する代わりに、端子Ｎから抵抗Ｒに流れる電流量の変化をモニタしても、同様の磁束Φの変化を検出することができる。また、端子Ｎに限らず、閉回路のいずれかの位置の電圧あるいは電流をモニタすることにより、同様の磁気ビーズ１２の付着の有無検出が可能である。
【００７９】
また、この磁気ビーズ１２の付着の有無の検出は、磁気ビーズ１２の除去の有無の検出にも適用できる。すなわち、既に磁気ビーズ１２が磁気ビーズ固定部位２１に固定化されている場合、磁束Φは変化しないが、磁気ビーズ１２が磁気ビーズ固定部位２１から除去される場合には、磁束Φが変化する。従って、この磁気ビーズ固定部位２１からの磁気ビーズ１２の除去を磁束Φの変化を検出することによりモニタすることができる。この磁気ビーズ除去の検出の場合、Ｖ1＜Ｖ2に設定される。
【００８０】
固定化された磁気ビーズ１２を選択的に、あるいは一括して除去する場合の例を以下図１３を用いて説明する。
【００８１】
特定の磁気ビーズ１２を除去したい場合には、その磁気ビーズ１２が対応したコイル１１をスイッチＳＷにより選択し、かつ電圧Ｖ1，Ｖ2を磁気ビーズ固定化の際と逆のＶ1＜Ｖ2の状態にすればよい。また、コイル１４，１５による一様磁界の向きも、磁気ビーズ固定化のときとは逆向きに発生させるため、コイル１４，１５に印加する電圧の大小を磁気ビーズ固定化のときと逆向きにする。これにより、固定化回路基板２０の下面から上面に向けて、基板表面にほぼ垂直にコイル１１による磁界Ｈ1’及びコイル１４，１５による磁界Ｈ2’が発生する。この磁界Ｈ1’及びＨ2’の働きにより、磁気ビーズ固定部位２１に固定化されていた磁気ビーズ１２が磁気ビーズ固定部位２１から除去される。
【００８２】
また、各固定化ユニットＵに固定化されたすべての磁気ビーズ１２を一度に除去したい場合には、すべての固定化ユニットＵのすべてのスイッチＳＷを閉じ、Ｖ1＜Ｖ2の電圧を印加すればよい。これにより、総ての固定化ユニットＵのコイル１１に磁界Ｈ1’を発生させることができる。コイル１４，１５については単一の磁気ビーズ１２を除去する場合と同様に、コイル１４，１５に印加する電圧の大小を磁気ビーズ固定化のときと逆向きにする。あるいは、すべてのコイル１１に電流を流さない状態にして、コイル１４，１５による一様磁界Ｈ2’のみで磁気ビーズ１２を除去してもよい。
【００８３】
磁気ビーズ１２を磁気ビーズ固定部位２１に固定化させる際には、以下の（ｉ）〜（ｉｉｉ）に留意する必要がある。
【００８４】
（ｉ）既に磁気ビーズの固定化されている磁気ビーズ固定部位に、後から別の磁気ビーズが付着しないこと。
【００８５】
（ｉｉ）未だ磁気ビーズの固定化されていない磁気ビーズ固定部位のうち、非選択の部位には磁気ビーズが付着しないこと。
【００８６】
（ｉｉｉ）磁気ビーズを一旦磁気ビーズ固定部位に固定化させたら、磁気ビーズ除去操作を行うまで固定化状態が持続すること。
【００８７】
上記（ｉ）〜（ｉｉｉ）を実現する方法について以下、２通りの実現方法及びその構成を説明する。
【００８８】
（ｉ）〜（ｉｉｉ）を実現する第１の方法及びその構成
第１の方法では、これら（ｉ）〜（ｉｉｉ）の固定化方法を確実に行うため、各固定化ユニットＵに２つのコイルを設けた。図１及び図２の構成はこの第１の方法においても共通する。この第１の方法では、図１及び図２の磁気ビーズ固定化回路系６に代えて、磁気ビーズ固定化回路系６１が配置される。磁気ビーズ固定化回路系６との主要な相違は、磁気ビーズ固定化回路系６１は、磁気ビーズ固定化回路系６のコイル１１に相当する磁気ビーズ１２の選択的固定化のためのコイルに加えて、磁気ビーズの固定を持続するためのコイルを追加した点である。従って、磁気ビーズ固定化回路系６を用いた図１乃至図１３を用いて説明した構成や手法などは、この第１の方法においてもそのままあるいは通常の実施能力の範囲内で適用可能であることが容易に理解される。
【００８９】
図１４はこの第１の方法に関わる磁気ビーズ固定化回路系６１の詳細な構成を示す断面図である。図１４では、固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）が磁気ビーズ１２を固定化させるために選択されている部位、固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）が固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）と同一種の磁気ビーズ１２を固定化させたくない非選択部位として示している。
【００９０】
半導体基板などの固定化回路基板６０により磁気ビーズ固定化回路系６１が実現される。この磁気ビーズ固定化回路系６１は複数の固定化ユニットＵに分割されており、各ユニット毎に固定化回路基板６０表面に凹状の磁気ビーズ固定部位６７が形成されている。
【００９１】
各固定化ユニットＵには、図３で示したコイル１１と同様に機能する磁気ビーズ１２の選択的な固定化を実現するためのコイル６２ａに加えてコイル６２ｂが設けられている。コイル６２ａは、磁気ビーズ１２を磁気ビーズ固定部位６７に引き寄せる磁界を発生させる向きに電流が流れる場合の機能や動作などはコイル１１と共通し、さらにコイル１１には無い逆向きの電流を流す機能が備えられている。
【００９２】
このコイル６２ｂは、コイル６２ａと同心円状に設けられており、そのコイルの設けられた平面及び中心位置は一致する。また、コイル６２ｂの半径ａ4は、コイル６２ａの半径ａ1よりも小さい。従って、コイル６２ａによりコイル６２ｂが囲まれるように構成されている。また、各固定化ユニットＵに２つのコイルを設ける構成とするため、各コイル６２ａ及びコイル６２ｂの巻数は１として示した円状コイルとして示しているが、図３のコイル１１のように、複数回の巻数を有する円筒状コイルでもよい。また、これらコイル６２ａ及びコイル６２ｂは、図９に示すような渦巻き状コイルでもよい。コイル６２ａやコイル６２ｂとして、カーボンマイクロコイルやカーボンナノコイルのような、導電性を有する分子により形成されたコイルを用いてもよい。
【００９３】
コイル６２ａの一端は配線６６に接続され、他端はスイッチＳＷの一端に接続されている。スイッチＳＷの他端は、その切替作用により配線６４及び配線６５の一方に切替えられる。配線６４には電圧Ｖ1aが、配線６５には電圧Ｖ1bが与えられている。
【００９４】
コイル６２ｂの一端は配線６３に接続され、他端は配線６６に接続されている。配線６３には、電圧Ｖ3が与えられており、配線６６には電圧Ｖ2が与えられている。
【００９５】
ここで、Ｖ1a＞Ｖ2、Ｖ1b＜Ｖ2、Ｖ3＞Ｖ2が成立する。
【００９６】
Ｖ3＞Ｖ2の関係が成立するため、コイル６２ｂには選択された固定化ユニットＵ、非選択の固定化ユニットＵともに、常に時計回りの電流Ｉcが流れており、固定化回路基板６０表面から下面に向けてその表面にほぼ垂直な方向に磁界Ｈcが形成される。
【００９７】
また、スイッチＳＷが配線６４に接続されている場合にはＶ1a＞Ｖ2の関係により、コイル６２ａには図１４の固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）に示すような時計回りの電流Ｉaが流れる。従って、コイル６２ｂと同様の向き、すなわち固定化回路基板６０表面から下面に向けてその表面にほぼ垂直な方向に磁界Ｈaが形成される。図１４のＨacに示される磁界は、これら磁界Ｈa及びＨcにさらにコイル１４，１５による磁界Ｈ2を重ね合わせた合成磁界であり、Ｈac＝Ｈa＋Ｈc＋Ｈ2が成立する。
【００９８】
一方、スイッチＳＷが配線６５に接続されている場合にはＶ1b＜Ｖ2の関係により、コイル６２ａには図１４の固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）に示すような反時計回りの電流Ｉbが流れる。従って、コイル６２ｂと反対の向き、すなわち固定化回路基板６０の下面から表面に向けてその表面にほぼ垂直な方向に磁界Ｈbが形成される。図１４のＨbcに示される磁界は、これら磁界Ｈb及びＨcにさらにコイル１４，１５による磁界Ｈ2を重ね合わせた合成磁界であり、Ｈbc＝Ｈb＋Ｈc＋Ｈ2が成立する。
【００９９】
なお、コイル６２ｂの電流Ｉcは、磁気ビーズ１２を除去する前まで常に流し続ける。
【０１００】
このように、コイル６２ｂには選択性無くすべて同一方向に電流を流すのに対して、コイル６２ａには選択／非選択に応じて、流す電流の向きを変える。これにより、図１４のように、選択／非選択に応じて互いに異なる磁界Ｈac及びＨbcを磁気ビーズ固定部位６７近傍に発生させることができる。
【０１０１】
コイル６２ａ及び６２ｂを互いに逆向きに電流Ｉが流れる場合の合成磁界Ｈは第１実施形態で示した式（１）により、以下の式（３）で示される。
【０１０２】
【数３】
この式（３）から分かるように、コイル６２ｂの半径ａ4が小さいとすると、遠方ではコイル６２ａの効果が支配的となり、コイル６２ａ，６２ｂの中心近傍ではコイル６２ｂの効果が支配的となることが分かる。
【０１０４】
図１５は非選択の図１４のユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）に相当する非選択部位の各コイル６２ａ，６２ｂの中心軸上に形成される磁界を示す図である。横軸はコイル中心からの距離、縦軸は磁界である。この図１５及び図１４に示した磁界Ｈbcに示すように、非選択部では、磁気ビーズ固定部位６７から十分離れた位置Ｃ1では固定化回路基板６０の表面に垂直な一様磁界により磁気ビーズ１２に対して磁気ビーズ固定部位６７への引力が働く。磁気ビーズ固定部位６７に近づいた位置Ｃ2では、コイル６２ａの作用により磁気ビーズ１２に対して磁気ビーズ固定部位６７から遠ざけようとする斥力が働く。また、磁気ビーズ固定部位６７にさらに近い位置Ｃ3では、コイル６２ｂの作用により、磁気ビーズ１２に対して磁気ビーズ固定部位６７に対する引力が働く。従って、既に磁気ビーズ１２が固定化されているユニットＵでは固定状態が保持される。また、未だ磁気ビーズ１２が付着していない固定化ユニットＵでは、磁気ビーズ１２を近づけない作用が働く。
【０１０５】
これにより、磁気ビーズ１２の磁気ビーズ固定部位２１への固定化の（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示した留意事項を効果的に達成することができる。
【０１０６】
図１６は上述した各ユニットＵに配置されるスイッチＳＷを含むスイッチ部回路系の詳細な構成を示す図である。ロウ線ｉ及びカラム線ｊのそれぞれにＮＡＮＤ回路７１の入力が接続されている。ＮＡＮＤ回路７１の出力はインバータ回路７２の入力に接続されている。インバータ回路７２の出力はＭＯＳトランジスタ７３のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタ７３のソース及びドレインの一方は配線６４に接続され、他方はＭＯＳトランジスタ７４のソース及びドレインの一方と、コイル６２ａの一端に接続されている。ＭＯＳトランジスタ７４のゲートはＮＡＮＤ回路７１の出力とインバータ回路７２の入力の間の配線に接続されている。なお、このスイッチＳＷの構成以外のロウデコーダ４１及びカラムデコーダ４２の構成は図４と共通するので詳細な説明は省略する。
【０１０７】
なお、この第１の方法において選択的な磁気ビーズ１２の除去を行いたい場合には、図３のコイル１１のスイッチＳＷと同様に、コイル６２ｂのそれぞれに対して、コイル６２ｂと配線６３あるいは配線６６との間にスイッチＳＷを設け、選択された特定のコイル６２ｂのみ電流を流さないようにすればよい。もちろん、コイル１１の場合と同様に、コイル６２ｂの両端に印加する電圧をＶ3＜Ｖ2として固定化や固定化持続の際と逆向きにコイル６２ｂに電流を流すことにより磁気ビーズ１２を除去してもよい。
【０１０８】
この図１６のスイッチＳＷの動作は以下の通りである。
【０１０９】
まず選択動作について説明する。ロウ線ｉ及びカラム線ｊがロウデコーダ４１及びカラムデコーダ４２によりデコードされて選択され“Ｈ”になると、ＮＡＮＤ回路７１の出力は“Ｌ”となる。この場合、ＭＯＳトランジスタ７４のゲートが“Ｌ”、ＭＯＳトランジスタ７３のゲートがインバータ回路７２の作用により“Ｈ”になる。従って、コイル６２ａの一端は配線６４と導通し、コイル６２ａに電圧Ｖ1aが与えられる。
【０１１０】
一方、非選択動作の場合、ロウ線ｉ及びカラム線ｊの少なくとも一方がデコードされないためＮＡＮＤ回路７１の出力は“Ｈ”となる。この場合、ＭＯＳトランジスタ７４のゲートが“Ｈ”、ＭＯＳトランジスタ７３のゲートがインバータ回路７２の作用により“Ｌ”になる。従って、コイル６２ａの一端は配線６５と導通し、コイル６２ａに電圧Ｖ1bが与えられる。
【０１１１】
このようにこの第１の方法によれば、一旦磁気ビーズ固定部位６７に固定化した磁気ビーズ１２の固定化状態を持続させるためのコイル６２ｂと、このコイルよりも大きな半径を有するコイル６２ａを同心円上に配置し、かつこのコイル６２ａに流す電流を選択時及び非選択時で逆向きに流すことにより、既着部位への別の磁気ビーズの付着を有効に防止し、未着部位でかつ非選択部位には磁気ビーズが付着するのを有効に防止し、かつ固定化状態が持続する生理活性物質検出装置が提供される。
【０１１２】
なお、本発明の実施形態はこの第１の方法及びその構成に限定されるものではない。図１６に示したスイッチ部回路系は一例を示しただけであり、ロウ線及びカラム線の選択に応じてスイッチの切替制御を行う他の回路に置換できることはもちろんである。
【０１１３】
（ｉ）〜（ｉｉｉ）を実現する第２の方法及びその構成
第１の方法では、前述の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の固定化方法を確実に行うため、蛋白質−蛋白質相互作用を利用した。図１及び図２の構成はこの第２の方法においても共通する。この第２の方法では、図１及び図２の磁気ビーズ固定化回路系６に代えて、磁気ビーズ固定化回路系８１が配置される。磁気ビーズ固定化回路系６との主要な相違は、磁気ビーズ固定化回路系８１は、磁気ビーズ固定化回路系６のコイル１１に相当する磁気ビーズ１２の選択的固定化のためのコイルに加えて、磁気ビーズの固定を持続するためにリガンド的分子とレセプタ的分子の分子間相互作用による結合作用を利用した点である。従って、磁気ビーズ固定化回路系６を用いた図１乃至図１３を用いて説明した構成や手法などは、この第２の方法においてもそのままあるいは通常の実施能力の範囲内で適用可能であることが容易に理解される。
【０１１４】
図１７はこの第２の方法に関わる磁気ビーズ固定化回路系８１の詳細な構成を示す断面図である。図１７では、固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）が磁気ビーズ１２を固定化させるために選択されている部位、固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）が磁気ビーズ１２を固定化させる必要がなく選択されていない部位として示している。
【０１１５】
半導体基板などの固定化回路基板８０により磁気ビーズ固定化回路系８１が実現される。この磁気ビーズ固定化回路系８１は複数の固定化ユニットＵに分割されており、各ユニット毎に固定化回路基板８０表面に凹状の磁気ビーズ固定部位８２が形成されている。各固定化ユニットＵには、第１の方法で示したのと同様のコイル６２ａが設けられている。コイル６２ａの機能に関しては第１の方法で述べたものと共通するので詳細な説明は省略する。
【０１１６】
このコイル６２ａは、その一端がスイッチＳＷの一端に接続され、他端が配線６６に接続されている。スイッチＳＷの他端は、その切替作用により配線６４及び配線６５の一方に切替えられる。配線６４には電圧Ｖ1aが、配線６５には電圧Ｖ1bが与えられている。ここで、Ｖ1a＞Ｖ2、Ｖ1b＜Ｖ2が成立する。
【０１１７】
また、スイッチＳＷの構成は第１の方法の図１６と共通する。
【０１１８】
スイッチＳＷが配線６４に接続されている場合にはＶ1a＞Ｖ2の関係により、コイル６２ａには図１７の固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）に示すような時計回りの電流Ｉaが流れる。従って、コイル６２ｂと同様の向き、すなわち固定化回路基板８０表面から下面に向けてその表面にほぼ垂直な方向に磁界Ｈaが形成される。図１７のＨa2に示される磁界は、この磁界Ｈaにさらにコイル１４，１５による磁界Ｈ2を重ね合わせた合成磁界であり、Ｈa2＝Ｈa＋Ｈ2が成立する。
【０１１９】
一方、スイッチＳＷが配線６５に接続されている場合にはＶ1b＜Ｖ2の関係により、コイル６２ａには図１７の固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）に示すような反時計回りの電流Ｉbが流れる。従って、コイル６２ｂと反対の向き、すなわち固定化回路基板８０の下面から表面に向けてその表面にほぼ垂直な方向に磁界Ｈbが形成される。図１４のＨb2に示される磁界は、この磁界Ｈbにさらにコイル１４，１５による磁界Ｈ2を重ね合わせた合成磁界であり、Ｈb2＝Ｈb＋Ｈ2が成立する。
【０１２０】
各磁気ビーズ固定部位８２にはレセプタ的分子８３が固定化されている。また、本実施形態で磁気ビーズ固定化回路系８１に送入される磁気ビーズ８４は、第１実施形態や同実施形態の第１の方法で説明した磁気ビーズ１２とは異なり、予めリガンド的分子８５が固定されている。磁気ビーズ８４に付着するプローブ１３は第１実施形態や第１の方法と同じである。このリガンド的分子８５は、レセプタ的分子８３と特異的に結合する物質である。すなわち、レセプタ的分子８３とリガンド的分子８５は、蛋白質−蛋白質相互作用におけるレセプタとリガンドと同様の働きをする分子であり、例えばビオチンとアビジンなどが使用される。
【０１２１】
例えば図１７の固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ）の選択部位では、コイル６２ａに電流Ｉaが流れ、磁界Ｈaが発生する。この磁界Ｈaと磁界Ｈ2を重ね合わせた合成磁界Ｈa2により、磁気ビーズ１２は磁気ビーズ固定部位８２に近づき、レセプタ的分子８３とリガンド的分子８５の蛋白質−蛋白質相互作用により結合する。
【０１２２】
磁気ビーズ固定部位８２に固定化された磁気ビーズ８４を除去する場合には、例えば図１７の固定化ユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）の非選択部位のように、コイル６２ａに流す電流の向きを固定化の際とは逆向きに流して磁界Ｈbを発生させるとともに、固定化回路基板８０を加熱して温度を上昇させる。この温度上昇により、レセプタ的分子８３とリガンド的分子８５の蛋白質−蛋白質相互作用が切断される。この固定化回路基板８０の加熱を行うため、各固定化ユニットＵに発熱装置を設けてもよい。
【０１２３】
このように第２の方法によれば、レセプタ的分子８３とリガンド的分子８５の蛋白質−蛋白質相互作用を用いることにより、磁気ビーズ固定部位８２に磁気ビーズ８４を確実に固定化させ、その固定化状態を有効に持続させることができる。これにより、前述の（ｉ）〜（ｉｉｉ）が実現された生理活性物質が提供される。
【０１２４】
なお、この第２の方法では説明の便宜のため省略したが、各固定化ユニットＵに第１の方法で説明した図１４に示すようなコイル６２ｂを設けてもよい。これにより、磁気ビーズの固定化状態をより有効に持続させることができる。
【０１２５】
このように本実施形態によれば、磁気ビーズ固定部位２１に、選択的に固定化可能で、また選択的に除去可能な担持体として磁気ビーズ１２を用いる。ＤＮＡなどの生理活性物質からなるプローブ１３は、予めこの磁気ビーズ１２に結合させておく。磁気ビーズ１２を送入して選択的に磁気ビーズ固定部位２１に固定化させることにより、所望の位置にプローブが固定化された生理活性物質検出装置１が得られる。各磁気ビーズ１２に異なる種類のプローブ１３を固定化させておくことにより、多様なプローブ１３が搭載された生理活性物質検出装置１が得られる。
【０１２６】
また、スイッチＳＷをオフにすることにより、磁気ビーズ固定部位２１に引き寄せる磁界が無くなるため、磁気ビーズ１２を基板から除去できる。この場合、磁気ビーズ１２を基板上から除去した後に新たな磁気ビーズ１２を再度固定化させることができ、検出装置１の再利用が可能となる。再利用した場合、検出装置１内の特定の位置に固定化されるプローブ１３の種類は、前に固定化させたプローブ１３と同一である必要は無い。従って、一つの検出装置１を多用途に用いることができる。また磁気ビーズ１２の除去はスイッチＳＷを選択的にオフにすることにより行うことができるので、検出装置１内の一部のプローブ１３のみを入れ替えて再利用することもできる。
【０１２７】
また、本実施形態では、磁気ビーズ１２とプローブ１３を磁気ビーズ１２に付着したアビジンと、プローブ１３に付着したビオチンを用いて結合させた。特定の配列を有する一本鎖ＤＮＡを生成することと、その一本鎖ＤＮＡにビオチンを付着させることは、小規模の研究施設でも可能である。従って、本実施形態によれば、ＤＮＡチップに搭載する塩基配列をユーザが自由に定めることができる。
【０１２８】
また、例えば「特開平９−１９４８４２」に開示されているような導電性の磁気ビーズを採用することにより、本実施形態の生理活性物質検出装置を電流検出型のＤＮＡチップに適用できる。もちろん、磁気ビーズに付着させるプローブを抗体や抗原、酵素などとすることにより、ＤＮＡ以外の生理活性物質の検出に適用可能である。
【０１２９】
なお、本実施形態では、１つの磁気ビーズ固定部位２１に１つの磁気ビーズ１２を固定化させる場合を示したが、１つの磁気ビーズ固定部位２１に複数の磁気ビーズ１２を固定化させてもよい。１つの磁気ビーズ固定部位２１に固定化させる磁気ビーズ１２の数は、例えば磁気ビーズ固定部位２１の形状を変化させたり、磁界Ｈ1を調節することにより適宜変更可能である。また、１つの磁気ビーズ１２に付着させるプローブ１３の数は１つであっても複数であってもよい。また、コイル１１は巻数１回の円状コイルでもよい。
【０１３０】
また、図４に示したスイッチ部回路系は一例を示しただけであり、ロウ線及びカラム線の選択に応じてスイッチのオンオフ制御を行う他のスイッチング回路に置換できることはもちろんである。
【０１３１】
（第２実施形態）
本実施形態は第１実施形態の変形例に関わる。本実施形態は第１実施形態と異なり、担持体としてリガンド的分子を用い、担持体固定手段としてレセプタ的分子を用いる。リガンド的分子とレセプタ的分子とは、リガンドとレセプタのように互いに特異的に結合する分子である。例えばリガンドとレセプタそのものであってもよいし、抗原と抗体であってもよい。また、これら以外に、蛋白質間相互作用を含む分子間相互作用により特異的な結合をする２種類の分子を用いてもよい。
【０１３２】
本実施形態の生理活性物質検出装置は、第１実施形態の図１及び図２に示したのとほぼ同様の構成である。図１及び図２と異なるのは、本実施形態では磁気ビーズ固定化回路系６に代えてリガンド的分子固定化回路系９１を配置し、かつコイル１４及び１５を省略した点である。
【０１３３】
図１８は本実施形態のリガンド的分子固定化回路系９１の詳細な構成を示す断面図である。図１８には、３つの固定化ユニットＵが示されている。このリガンド的分子固定化回路系９１は、例えば半導体などにより構成される固定化回路基板９０により実現される。この固定化回路基板９０中には各固定化ユニットＵ毎に発熱装置９２が設けられている。これら発熱装置９２は、それぞれ共通の配線９３及び９４にスイッチＳＷを介して接続されている。この配線９３及び配線９４にスイッチＳＷが閉じた状態で電流が流れることにより発熱装置９２が発熱し、固定化回路基板９０の表面近傍を加熱することができる。
【０１３４】
固定化回路基板９０の表面には、一定の間隔をおいて、かつ各固定化ユニットＵ毎にレセプタ的分子ｂ１，ｂ２，ｂ３，…が配置されている。このレセプタ的分子ｂ１，…の下部に相当する固定化回路基板９０内に発熱装置９２が位置する。これにより、発熱装置９２が加熱した場合にその上方に設けられたレセプタ的分子ｂ１，…を加熱することができる。各固定化ユニットＵ毎に配置されるレセプタ的分子ｂ１，ｂ２，ｂ３，…はそれぞれ種類が異なり、それぞれ特定のリガンド的分子ａ１，ａ２，ａ３，…と特異的に結合する。
【０１３５】
例えばリガンド的分子ａ１はレセプタ的分子ｂ１とのみ結合し、これ以外のレセプタ的分子ｂ２，ｂ３，…とは結合しない。
【０１３６】
なお、図１８では固定化ユニットＵが３つ示され、レセプタ的分子もｂ１〜ｂ３の３つのみ示しているが、固定化回路基板９０上に配置されるレセプタ的分子の個数はこれより多くてもよい。また、各レセプタ的分子ｂ１，ｂ２，…は、図１の磁気ビーズ固定化回路系６のように行列状に配置されてもよいし、そうでなくてもよい。
【０１３７】
次に、本実施形態の生理活性物質検出装置による検出動作を図１９のフローチャートを用いて説明する。
【０１３８】
検出に利用すべき生理活性物質は、リガンド的分子ａ１，…にプローブ１３として予め固定化しておくことが検出の前提である。
【０１３９】
まず、このプローブ１３が固定化されたリガンド的分子ａ１，ａ２，…を含む試料をセル４内に送入する（ｓ９１）。各固定化ユニットＵに固定化すべきリガンド的分子は複数同時に送入してもよい。この点は、第１実施形態で特定のプローブ１３をその都度別個の工程で送入したのと異なる。
【０１４０】
そして、試料を送入した状態で一定時間検出装置を放置する。これによりレセプタ的分子ｂ１，ｂ２，…がリガンド的分子ａ１，ａ２，…が結合し、プローブ１３を各固定化ユニットＵに固定化することができる（ｓ９２）。
【０１４１】
次に、結合していないリガンド的分子を含む試料をセル４から送出する（ｓ９３）。そして、検出の対象とする試料をセル４内に送入し、測定を実施する（ｓ９４）。
【０１４２】
なお、リガンド的分子ａ１，ａ２，…とレセプタ的分子ｂ１，ｂ２，…の結合は、これらリガンド的分子ａ１，…及びレセプタ的分子ｂ１，…の温度を上昇させることにより解消される。リガンド的分子ａ１，…とレセプタ的分子ｂ１，…が確実に結合状態を保持できるような温度の上限を温度Ｔ１とする。一方、リガンド的分子ａ１，…とレセプタ的分子ｂ１，…との結合が確実に解消されるような温度の加減を温度Ｔ２とする。温度Ｔ２は温度Ｔ１よりも高い。リガンド的分子ａ１，…の固定化（ｓ９２）及び生理活性物質の検出操作（ｓ９４）の際には、セル４内の温度が温度Ｔ１以下になるようにする。
【０１４３】
特定の固定化ユニットＵからリガンド的分子ａ１，…を除去したいときには、その固定化ユニットＵにある発熱装置９２のスイッチＳＷを閉じ、その発熱装置９２によりレセプタ的分子ｂ１，…の近傍の温度が温度Ｔ２以上になるように設定する。この際、選択された固定化ユニットＵに隣接する非選択の固定化ユニットＵでは、温度Ｔ１以下に保持される必要がある。このような温度条件が満たされるように、各固定化ユニットＵは互いに一定の距離を隔てて配置される。あるいは、固定化ユニットＵ同士の間に放熱作用を有する材料を配置して、このような温度条件が満たされるようにしてもよい。放熱作用を有する材料としては例えば、金属のような熱伝導率の高い物質が該当する。このような放熱作用を有する材料の一端が検出装置の外部などの温度Ｔ１以下に保持された領域に接していれば、放熱が可能となる。
【０１４４】
また、すべてのリガンド的分子ａ１，…を一度に除去したい場合には、すべての固定化ユニットＵの温度が温度Ｔ２以上となるようにする。これは、すべての固定化ユニットＵのスイッチＳＷを閉じることにより実現される。
【０１４５】
このように、検出装置の温度を温度Ｔ２以上に設定することによりリガンド的分子ａ１，…がレセプタ的分子ｂ１，…から解離したら、それらリガンド的分子ａ１，…を含む試料をセル４から送出する。
【０１４６】
このように、固定化回路基板９０の固定部位に、選択的に固定化可能で、また選択的に除去可能な担持体として、蛋白質間相互作用によりレセプタ的分子ｂ１，…と結合するリガンド的分子ａ１，…を用いる。ＤＮＡなどの生理活性物質からなるプローブ１３は、予めこのリガンド的分子ａ１，…に結合させておく。リガンド的分子ａ１，…を送入して選択的に固定化回路基板９０の固定部位に固定化させることにより、所望の位置にプローブ１３が固定化された生理活性物質検出装置が得られる。各リガンド的分子ａ１，…に異なる種類のプローブ１３を固定化させておくことにより、多様なプローブ１３が搭載された検出装置が得られる。
【０１４７】
また、発熱装置９２をオンにすることにより、リガンド的分子ａ１，…とレセプタ的分子ｂ１，…が解離するため、リガンド的分子ａ１，…を基板から除去できる。この場合、リガンド的分子ａ１，…を基板上から除去した後に新たなリガンド的分子ａ１，…を再度固定化させることができ、検出装置の再利用が可能となる。再利用した場合、検出装置内の特定の位置に固定化されるプローブ１３の種類は、前に固定化させたプローブ１３と同一である必要は無い。従って、一つの検出装置を多用途に用いることができる。またリガンド的分子ａ１，…の除去は発熱装置を選択的にオンにすることにより行うことができるので、検出装置内の一部のプローブ１３のみを入れ替えて再利用することもできる。
【０１４８】
（第３実施形態）
本実施形態は第１実施形態及び第２実施形態の変形例に関わる。本実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態で示した生理活性物質検出装置を再利用する実施形態に関する。
【０１４９】
本実施形態の再利用の手法は、生理活性物質検出装置内の特定の位置に選択的に固定化及び除去できる担持体を備え、この担持体に生理活性物質を固定化して使用できるようなすべての生理活性物質検出装置に適用できる。従って、第１実施形態及び第２実施形態のみならず、他の実施形態に対しても、このような性質を備えた生理活性物質検出装置であれば同様に適用可能である。
【０１５０】
ここで、生理活性物質とは、第１及び第２実施形態におけるプローブに含まれている。また、担持体とは、第１実施形態における磁気ビーズが、第２実施形態におけるレセプタ的分子が対応する。以下、このような他の実施形態との対応関係に基づき本実施形態を読み替えて適用することにより、第１及び第２実施形態に本実施形態を適用可能であることが容易に理解される。
【０１５１】
以下、本実施形態の再利用の手法を示すフローチャートを示す図２０に沿って再利用の手順を説明する。
【０１５２】
この再利用の手順は、大きく分けて担持体の固定化、測定、担持体の除去、検証という４つのステップ（（ｓ２０１）〜（ｓ２０４））からなる。
【０１５３】
担持体の固定化（ｓ２０１）では、まず予め生理活性物質が固定化された担持体を検出装置のセル４に送入する（ｓ２０１ａ）。そして、生理活性物質の特定の位置に選択的に担持体を固定化する（ｓ２０１ｂ）。この固定化の際には、送入する担持体の数が固定化可能な担持体の数よりも多くなるようにして、固定化部位には確実に担持体が固定化されるようにするのが望ましい。この固定化の後、余った担持体はセル４から送出される（ｓ２０１ｃ）。これら担持体の送入・固定化・除去のステップ（（ｓ２０１ａ）〜（ｓ２０１ｃ））は、必要であれば、複数回繰り返して実行する。例えば第１実施形態、同実施形態の第１の方法及び第２の方法における磁気ビーズの固定化では、プローブの種別に応じて複数回繰り返し実行することにより異なるプローブを各固定化ユニットＵに配置することができる。また、第２実施形態におけるリガンド的分子の固定化では、複数回繰り返す必要は無い。そして、測定に必要なすべての生理活性物質が検出装置内に固定化された状態とする。
【０１５４】
次に、各固定化部位にプローブが固定化された状態で測定が実施される（ｓ２０２）。測定は、試料をセル４内に送入し、所定の時間放置されることにより実施される。必要に応じて検出装置の温度調整などが実施される。これにより生理活性物質検出装置の各固定化ユニットＵに固定化されたプローブと試料内に含まれる特定の塩基配列との間でハイブリダイズ反応が生じる。このハイブリダイズ反応は、例えば蛍光検出方式、電流検出方式あるいはそれら以外の方法により検出される。
【０１５５】
以上のような測定が終了すると、担持体の除去作業が開始される（ｓ２０３）。具体的にはまず担持体を固定化部位から除去する（ｓ２０３ａ）。
【０１５６】
この担持体の固定化部位からの除去は、例えば第１実施形態ではコイル１１、１４及び１５に流れる電流を停止させるためにスイッチＳＷを開いたり、あるいはコイル１１に流れる電流を固定化の際と逆方向にするために電圧Ｖ2＞Ｖ1に変換したり、コイル１４及び１５に流れる電流を逆方向にする操作などを含む。
【０１５７】
第１実施形態の第１の方法の場合、コイル６２ｂに流れる電流を固定化の際と逆方向にするために電圧Ｖ3＜Ｖ2に変換する操作、コイル６２ａやコイル６２ｂに流れる電流を停止させるためにスイッチＳＷを開く操作などを含む。
【０１５８】
第１実施形態の第２の方法の場合、スイッチＳＷを配線６５側に切り換えて電流Ｉbを流すことにより、固定化回路基板８０の下方から表面方向の磁界Ｈbを発生させる操作、固定化回路基板８０を加熱することによりレセプタ的分子８３とリガンド的分子８５の結合を解離する操作などを含む。
【０１５９】
第２実施形態の場合、スイッチＳＷを閉じて発熱装置９２により加熱したり、固定化回路基板９０自体を加熱することによりリガンド的分子ａ１，…とレセプタ的分子ｂ１，…を解離する操作などを含む。
【０１６０】
担持体が固定化部位から除去されると除去された担持体をセル４内から送出する（ｓ２０３ｂ）。この送出は、一度固定化回路基板から解離した担持体が固定化部位に再度付着することのないよう、担持体除去の状態は送出が完全に終了するまで持続させる。なお、送出の操作が終えた後に、担持体除去の状態を終了させることが望ましい。
【０１６１】
担持体の送出が終了すると、生理活性物質検出装置は洗浄される（ｓ２０３ｃ）。この洗浄により、担持体固定化部位に担持体が固定化できるような状態に復帰する。この洗浄の工程を担持体の送出（ｓ２０３ｂ）の工程に含め、担持体の送出をしつつ洗浄を行うようにしてもよい。また、担持体の除去及び洗浄の際には、セル４の温度を測定時よりも高くすることが望ましい。これは、温度を高くしてセル４内の分子の運動（ブラウン運動）を活発にすることにより、検出装置表面に付着した不純物が除去される割合が高くなるからである。
【０１６２】
そして、この洗浄工程が終了すると、固定化部位から担持体が確実に除去されているかどうかを確認する検証が実施される（ｓ２０４）。この検証は、例えばレーザを固定化回路基板表面に照射して、その反射光をモニタすることにより実現できる。また、洗浄で検証が不要な程度に担持体の除去が確認できる場合には必ずしもこの検証工程を実施しなくてもよい。
【０１６３】
この検証（ｓ２０４）までを経た生理活性物質検出装置は、担持体を固定化する前のものと同様の状態に復帰している。従って、再度（ｓ２０１）に戻り、（ｓ２０２）以下の工程を繰り返すことにより、担持体が新たなものに付け替えられ、再利用が可能となる。この場合、生理活性物質検出装置内の特定の位置に固定化される生理活性物質の種類は、前に固定化された生理活性物質と同一である必要は無い。従って、一つの生理活性物質検出装置を多用途に複数回用いることができる。
【０１６４】
担持体を付け替える際には、すべての担持体を除去して行ってもよいし、一部の担持体のみについて行ってもよい。一部の担持体のみについて付け替えを実施する場合、複数の固定化部位のうち一部の部位について選択的に担持体を除去し、複数の固定化部位のうち一部の部位に選択的に担持体を固定化する手法を利用すればよい。この場合、担持体の付け替えに要する時間を短縮することができる。
【０１６５】
このように本実施形態によれば、検出装置を再利用する場合であっても確実な動作が保証される検出装置により確実に復帰させることができる。
【０１６６】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【０１６７】
レセプタ的分子とリガンド的分子としてビオチンとアビジンを例に挙げたが、これに限定されるものではない。蛋白質−蛋白質相互作用を有する互いに高親和性を有する物質であれば何でもよい。より広義には、蛋白質間相互作用を含むあらゆる分子間相互作用により互いに結合する２つの物質を用いてもよい。また、上記実施形態で示したリガンド的分子とレセプタ的分子は両者を互いに置き換えて用いることもできる。
【０１６８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、基板に生理活性物質を自在に固定化及び除去することができるため、検出装置の再利用が可能となり、コストの削減が可能となる。また、搭載する生理活性物質の種類をユーザが自由に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る生理活性物質検出装置の全体構成を示す装置上面図。
【図２】同実施形態に係る生理活性物質検出装置の全体構成を示す断面図
【図３】同実施形態に係る磁気ビーズ固定化回路系の詳細な構成を示す断面図。
【図４】同実施形態に係るスイッチ部回路系の詳細な構成を示す図。
【図５】同実施形態に係る半径ａの環電流Ｉの中心からベクトルｒで表現される位置にある点の磁界Ｈ ｓを示す図。
【図６】同実施形態に係る半径ａの環電流Ｉの中心軸上ｒの位置の磁界Ｈ（ｒ）を示す図。
【図７】同実施形態に係る磁界Ｈ（ｒ）の半径ａの依存性を示す図。
【図８】同実施形態に係る磁界Ｈ1と磁界Ｈ2との合成磁界Ｈ1＋Ｈ2を示す図。
【図９】同実施形態に係る渦巻き状コイルの上面図。
【図１０】同実施形態に係る生理活性物質検出装置による検出動作のフローチャートを示す図。
【図１１】同実施形態に係る生理活性物質検出装置による固定化動作のより詳細なフローを示す図。
【図１２】同実施形態に係る磁気ビーズの付着の有無検出機能を付加した装置構成例を示す図。
【図１３】同実施形態に係る固定化された磁気ビーズを選択的に、あるいは一括して除去する場合の例を示す図。
【図１４】同実施形態に係る磁気ビーズ固定化の第１の方法に係る磁気ビーズ固定化回路系の詳細な構成を示す断面図。
【図１５】同実施形態の第１の方法に係る非選択のユニットＵ（ｉ，ｊ＋１）に相当する部位の各コイルの中心軸上に形成される磁界を示す図。
【図１６】同実施形態の第１の方法に係るスイッチ部回路系の詳細な構成を示す図。
【図１７】同実施形態に係る磁気ビーズ固定化の第１の方法に係る磁気ビーズ固定化回路系の詳細な構成を示す断面図。
【図１８】本発明の第２実施形態に係るリガンド的分子固定化回路系の詳細な構成を示す断面図。
【図１９】同実施形態に係る生理活性物質検出装置による検出動作のフローチャートを示す図。
【図２０】
本発明の第３実施形態に係る再利用のフローチャートを示す図。
【符号の説明】
１…生理活性物質検出装置
２…上部支持体
３ａ，３ｂ…送液部
４…セル
６，６１，８１…磁気ビーズ固定化回路系
７…下部支持体
１１，１４，１５，６２ａ，６２ｂ…コイル
１２，８４…磁気ビーズ
１３…プローブ
２０，６０，８０，９０…固定化回路基板
２１，６７，８２…磁気ビーズ固定部位
２２，２３，２３ａ，２３ｂ，６３〜６６，９３，９４…配線
２４…電圧源
３１…渦巻き状コイル
４１…ロウデコーダ
４２…カラムデコーダ
４３，４４，７３，７４…ＭＯＳトランジスタ
７１…ＮＡＮＤ回路
７２…インバータ回路
８３…レセプタ的分子
８５…リガンド的分子
９１…リガンド的分子固定化回路系
９２…発熱装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a physiologically active substance detection device and a physiologically active substance detection method for detecting a physiologically active substance by immobilizing the physiologically active substance on a carrier.
[0002]
[Prior art]
A DNA chip is a device that detects a specific DNA sequence present in a biological sample, and is used for detection of genetic diseases, determination of drug responsiveness, and the like.
[0003]
A DNA chip has a structure in which a large number of probes are immobilized on a substrate such as glass or silicon. The probe is a single-stranded DNA, and multiple types of sequences are mounted. By detecting which probe has hybridized with the single-stranded DNA in the sample, the DNA sequence in the sample can be known. Hybridization detection methods include a fluorescence detection method and a current detection method.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional DNA chip cannot remove the probe immobilized on the substrate. In addition, in an electric current detection type DNA chip, an intercalating agent used for detection of hybridization cannot be reused. Therefore, the DNA chip cannot be reused and the cost becomes high. In addition, since the conventional DNA chip can only be used for detecting a predetermined DNA sequence, the user cannot freely place and use a probe for detecting a specific sequence.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a reusable bioactive substance detection device and a bioactive substance detection method.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a magnetic bead on which a physiologically active substance is immobilized, a substrate having a plurality of magnetic bead immobilization sites for immobilizing the magnetic beads, and the magnetic bead immobilization site are disposed on each of the magnetic beads. A plurality of first coils for generating a magnetic field for attracting the magnetic beads to the magnetic bead fixing portion to fix the magnetic beads to the magnetic bead fixing portion, and connected to each of the plurality of first coils, A plurality of first switches for switching a current flowing through the first coil;A second coil provided on at least one of the upper part and the lower part of the substrate and having a radius larger than that of the first coil and generating a magnetic field that attracts the magnetic beads to the substrate;There is provided a physiologically active substance detection device comprising:
[0007]
As described above, magnetic beads are used as a carrier that can be selectively fixed to a fixing site on the substrate and can be selectively removed. A physiologically active substance such as DNA is previously bound to the magnetic beads. By feeding the magnetic beads and selectively fixing the magnetic beads to the magnetic bead fixing site, a physiologically active substance detection device in which the physiologically active substance is fixed at a desired position can be obtained. By immobilizing different types of physiologically active substances on each magnetic bead, it is possible to obtain a detection device in which various physiologically active substances are mounted as probes.
[0008]
In addition, by controlling the current by the first switch and turning off the current or passing a current in the direction opposite to that at the time of immobilization, there is no magnetic field attracting the magnetic beads to the immobilization site, so that the magnetic beads can be removed. In this case, after removing the magnetic beads from the substrate, new magnetic beads can be immobilized again, and the detector can be reused. When reused, the type of physiologically active substance immobilized at a specific position in the detection apparatus does not need to be the same as the physiologically active substance immobilized before reuse. Therefore, one detection device can be used for many purposes. Moreover, since the removal of the magnetic beads can be performed by selectively controlling the first switch, only a part of the physiologically active substance in the detection device can be replaced and reused.
[0009]
According to an embodiment of the present invention, the first switches are arranged in a matrix, row selection means for selecting an arbitrary row of the first switch matrix, and an arbitrary row of the first switch matrix. Column selection means for selecting a column;
[0010]
The present invention more desirably has the following embodiments.
[0011]
(1) It has a first region that can be filled with a solution containing magnetic beads.
[0012]
(2) The first coils are arranged in a matrix in the lower part of the first region of (1), and the selected first coil is selected by flowing a current by selecting a specific first coil by the first switch. Magnetic beads are immobilized on the top of the coil.
[0013]
(3) A second coil having a larger radius than the first coil is provided on at least one of the upper part and the lower part of the first region in (1).
[0014]
(4) The strength of the magnetic field generated by the first coil at the center of the first coil is greater than the strength of the magnetic field generated by the second coil of (3).
[0015]
(5) The second coil of (3) generates a uniform magnetic field in a direction perpendicular to the substrate surface in the first region.
[0016]
(6) The magnetic bead fixing part has a concave shape.
[0017]
(7) A plurality of column lines arranged in the column direction, a column decoder for selecting one of the plurality of column lines in response to a column selection signal, and a plurality of row lines arranged in the row direction A row decoder for selecting one of the plurality of row lines in response to a row selection signal, wherein the first switches are arranged in a matrix, and each of the first switches is a combination of a column line and a row line. Selected.
[0018]
(8) The first coil has a cylindrical coil, a circular coil, a spiral coil, or a structure in which a plurality of these cylindrical coils, circular coils, and spiral coils are stacked in the central axis direction.
[0019]
(9) For immobilization of magnetic beads, the magnetic beads are sent to the first region of (1), the specific first switch is closed, and the magnetic beads that have not been immobilized are sent to the first region. This is an operation of sending from the
[0020]
(10) The operation of (9) is repeated a plurality of times while changing the type of the physiologically active substance immobilized on the magnetic beads and the position where the magnetic beads are attached each time.
[0021]
(11) The magnetic beads are removed by flowing a current in the direction opposite to that for immobilization to the first coil. Further, by passing this reverse current through all the first coils, all the magnetic beads are removed at once.
[0022]
(12) The removal of the magnetic beads in (3) generates a magnetic field in a direction in which a current is passed through the second coil and the magnetic beads are pulled away from the substrate while no current is passed through the first coil.
[0023]
(13) A current in a direction opposite to that of the selected first coil is supplied to the non-selected first coil to generate a magnetic field in the opposite direction.
[0024]
(14) The first switch has a first terminal connected to the first coil lower than the voltage at the second terminal having the first voltage higher than the voltage at the other end of the first coil or the voltage at the other end of the first coil. The first switch of the selected first coil is configured to be switchable to any one of the third terminals having the second voltage, and the first switch of the non-selected first coil is connected to the second terminal. The switch connects the first terminal to the third terminal.
[0025]
(15) A third coil having a smaller radius than the first coil is provided in the vicinity of the first coil. Here, the fixed state of the magnetic beads is maintained by the magnetic field generated by the third coil. Desirably, the first coil and the third coil are arranged concentrically.
[0026]
(16) A magnetic field is generated in the first coil, and the strength of the magnetic field generated by the third coil is greater than the strength of the magnetic field generated by the first coil at the center of the non-selected third coil.
[0027]
(17) Two substances that bind to each other by intermolecular interaction are immobilized on both the magnetic beads and the magnetic bead fixing site, and the immobilization state of the magnetic beads is maintained by these two substances. For example, biotin is immobilized on the magnetic beads, and avidin is immobilized on the magnetic bead fixing site.
[0028]
(18) The adhesion or removal of the magnetic beads from the magnetic bead fixing site is detected by measuring the induced electromotive force given by the approach or dissociation of the magnetic beads. This detection can be realized by detecting a change in voltage or current of a predetermined terminal on a closed circuit including the first coil or the third coil, for example.
[0029]
(19) A second coil having a larger radius than the first coil and a third coil having a smaller radius than the first coil are provided in the vicinity of each of the first coils. Then, by supplying a current to the second coil and the third coil, a magnetic field that attracts the magnetic beads to the magnetic bead fixing portion is generated, and a specific first coil is selected from the plurality of first coils by the first switch. Then, by controlling the directions of the currents flowing through the selected and non-selected first coils to be opposite to each other, the selected first coil generates a magnetic field that attracts the magnetic beads to the magnetic bead fixing portion, and the non-selected first coils are generated. One coil generates a magnetic field that separates the magnetic beads from the magnetic bead fixing site. Thereby, the magnetic beads are selectively immobilized at a specific position.
[0030]
(20) The physiologically active substance is a protein such as an antibody or an enzyme or deoxyribonucleic acid.
[0031]
(21) A means for selecting each of the plurality of magnetic bead fixing parts is provided, and by generating different magnetic fields in the vicinity of the selected part and the non-selected part among the magnetic bead fixing parts, the magnetic beads are attached to each part. Immobilize.
[0032]
According to another aspect of the present invention,Different typesA molecule in which a physiologically active substance is immobilized, a plurality of types of first substances, a substrate having a plurality of fixation sites, and a molecule that is arranged in each of the plurality of fixation sites and is different for each type of first substance A plurality of types of second substances for immobilizing the first substance to the fixing part by being coupled by an interaction, and the fixing part are arranged corresponding to each of the fixing parts, and heating the fixing part There is provided a physiologically active substance detection device comprising: a heat generating device that is connected to each of the plurality of heat generating devices, and a plurality of first switches that control the operation of the heat generating device.
[0033]
As described above, the first substance that binds to the second substance by the intermolecular interaction is used as a carrier that can be selectively immobilized and selectively removed at the fixing site of the substrate. A physiologically active substance such as DNA is previously bound to the first substance. A physiologically active substance detection device in which a physiologically active substance is immobilized at a desired position by sending a first substance and selectively immobilizing the first substance on a fixing portion of the substrate by a binding action with the second substance. can get.
[0034]
In addition, since the first substance and the second substance are dissociated by turning on the heat generating device with the first switch, the first substance as the carrier can be removed. In this case, after removing the first substance from the substrate, the new first substance can be immobilized again, and the detection apparatus can be reused. When reused, the type of the physiologically active substance immobilized at a specific position in the detection apparatus does not have to be the same as the physiologically active substance immobilized at the first time. Therefore, one detection device can be used for many purposes. Further, since the second substance can be removed by selectively turning on the heat generating device with the first switch, only a part of the physiologically active substance in the detection device can be replaced and reused.
[0035]
According to another aspect of the present invention, the physiologically active substance is immobilized.Magnetic beadsTheMagnetic beadsSent on a substrate with a fixed part,By generating a magnetic field that attracts the magnetic beads to the substrate, and generating a magnetic field that attracts the magnetic beads to the magnetic bead fixing site,SaidMagnetic beadsTo the fixation siteMagnetic beadsAnd immobilize theMagnetic beadsDetecting the presence or absence of a hybridization reaction between the physiologically active substance immobilized on the substance and the substance contained in the sample,By generating a magnetic field that separates the magnetic beads from the magnetic bead fixing site,SaidMagnetic beadsThe aboveMagnetic beadsA method for detecting a physiologically active substance separated from a fixed site is provided.
[0036]
According to one embodiment of the present invention, after the carrier is separated from the carrier fixing part, it is detected whether or not the carrier is fixed to the carrier fixing part.
[0038]
According to another aspect of the present invention, a first substance composed of a plurality of types to which different types of physiologically active substances are immobilized is converted into the first substance by different molecular interactions depending on the type of the first substance. The intermolecular interaction between the first substance and the second substance is carried out on a substrate having a plurality of fixing sites each having a plurality of types of second substances that bind to one substance. Detecting the presence or absence of a hybridization reaction between the physiologically active substance immobilized on the first substance and the substance contained in the sample by immobilizing the first substance to the immobilization site by binding by A physiologically active substance detection method is provided in which the first substance is separated from the fixed part by heating the fixed part to a predetermined temperature or higher.
[0039]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0040]
Hereinafter, in the first embodiment, magnetic beads are used as the carrier, and coils are used as the carrier fixing means.
[0041]
(First embodiment)
1 and 2 are views showing the entire configuration of the physiologically active substance detection device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a top view of the device, and FIG. 2 is a sectional view.
[0042]
As shown in FIG. 1, the physiologically active
[0043]
For immobilization of the magnetic beads 12 and the
[0044]
The
[0045]
As shown in FIG. 2, the lower support 7 and the
[0046]
This physiologically active
[0047]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the magnetic bead
[0048]
The
[0049]
This
[0050]
The switch SW is provided for each
[0051]
FIG. 4 shows a detailed configuration of the switch circuit system including the switch SW. As shown in FIG. 4, a row line 41 (i = 1, 2,...) Is connected to a
[0052]
The gate of the
[0053]
When a row selection signal is input, the signal is decoded by the
[0054]
Magnetic field H generated locally by
[0055]
Thus, by using the coils 14 and 15 having a coil radius larger than that of the
[0056]
Local magnetic field H by this
Magnetic fieldH sFIG. magnetic fieldH sIs represented by the following formula (1).
[0057]
[Expression 1]
here,r_ =r/ |r|mAs shown in FIG.
It is a unit vector with a direction perpendicular to the central axis of the flow.
[0059]
FIG. 6 is a diagram showing a magnetic field H (r) at a position r on the central axis of the ring current I of radius a. This magnetic field H (r) is expressed by the following equation (2).
[0060]
[Expression 2]
FIG. 7 is a diagram showing the dependence of the magnetic field H (r) on the radius a. The horizontal axis indicates the position r on the central axis from the central axis, and the vertical axis indicates the magnitude of the magnetic field H (r). As shown in FIG. 7, it can be seen that the magnetic field generated by the coil having a small radius a becomes stronger in the vicinity of the coil.
[0062]
FIG. 8 shows the magnetic field H generated by the
[0063]
In addition, the shape of the
[0064]
Such a spiral coil 31 is effective when a semiconductor substrate is employed as the fixed
[0065]
Next, the detection operation by the physiologically active substance detection device will be described along the flowchart of FIG.
[0066]
First, the magnetic beads 12 to which a
[0067]
When the magnetic beads 12 are fixed to all the magnetic bead fixing portions 21, the sample to be detected is sent into the
[0068]
Further, (s2) and (s3) are shown as operations for the single switch SW and the single magnetic bead fixing part 21, but the plural switches SW are closed and the magnetic beads are fixed to the plural magnetic bead fixing parts 21. Of course, the sample may be sent out in (s4) after 12 is fixed.
[0069]
A more detailed flow of (s1) to (s4) is shown in FIG. As shown in FIG. 11, first, a sample including the magnetic beads 12 to which the first probe is attached is sent into the cell 4 (s1a). Next, the switch SW (1, 1) is closed (s1b). Next, a current flows through the
[0070]
When the immobilization of the magnetic beads 12 for the immobilization unit U (1,1) provided with the switch SW (1,1) is completed, the magnetic beads 12 for the next immobilization unit U (1,2) are completed. Is fixed. Specifically, a sample including the magnetic beads 12 to which a second probe different from the first probe is attached is sent into the cell 4 (s2a). Next, the switch SW (1, 2) is closed (s2b). Next, a current flows through the
[0071]
The steps shown in (s1a) to (s1d) and (s2a) to (s2d) include an immobilization unit U (1,2) including other switches SW (1,3), SW (1,4),. 3), U (1, 4),... Are also implemented, and as a result, the magnetic beads 12 having different probes attached thereto can be fixed to all the magnetic bead fixing portions 21.
[0072]
In this way, by changing the
[0073]
The same probe was attached to the immobilization unit U (1,1) provided with the switch SW (1,1) and the immobilization unit U (1,2) provided with the switch SW (1,2). When immobilizing the magnetic beads 12, if (s1d) and (s2a) in FIG. 11 are omitted, the same probe is attached to these two immobilization units U (1,1) and U (1,2). The magnetic beads 12 can be immobilized. In addition, the measurement of (s6) may not be performed after the magnetic beads 12 are fixed for all the fixing units U.
[0074]
In the procedure of immobilizing magnetic beads in FIG. 11, it is desirable to be able to detect whether or not the magnetic beads 12 are attached to the magnetic bead fixing site 21. FIG. 12 shows an apparatus configuration example to which a function for detecting whether or not the magnetic beads 12 are attached is added. As shown in FIG. 12, one end of the plurality of
[0075]
Detection of adhesion of the magnetic beads 12 is performed by monitoring a change in the voltage at the terminal N. Whether or not the magnetic beads 12 are attached to the magnetic bead fixing portion 21 may be determined by measuring the induced electromotive force generated when the magnetic beads 12 approach the
[0076]
When the magnetic beads 12 are sufficiently far from the
[0077]
When the magnetic beads 12 approach the
[0078]
Note that the same change in the magnetic flux Φ can be detected by monitoring the change in the amount of current flowing from the terminal N to the resistor R instead of detecting the voltage at the terminal N. Further, by monitoring the voltage or current at any position in the closed circuit, not limited to the terminal N, it is possible to detect the presence or absence of the same magnetic beads 12.
[0079]
Further, the detection of the presence or absence of the magnetic beads 12 can also be applied to the detection of the presence or absence of the magnetic beads 12 being removed. That is, when the magnetic beads 12 are already immobilized on the magnetic bead fixing part 21, the magnetic flux Φ does not change, but when the magnetic beads 12 are removed from the magnetic bead fixing part 21, the magnetic flux Φ changes. Therefore, the removal of the magnetic beads 12 from the magnetic bead fixing portion 21 can be monitored by detecting the change of the magnetic flux Φ. For detection of this magnetic bead removal, V1<V2Set to
[0080]
An example in which the fixed magnetic beads 12 are selectively or collectively removed will be described below with reference to FIG.
[0081]
When a specific magnetic bead 12 is to be removed, the
[0082]
When all the magnetic beads 12 immobilized on each immobilization unit U are to be removed at a time, all the switches SW of all the immobilization units U are closed, and V1<V2This voltage may be applied. As a result, the magnetic field H is applied to the
[0083]
When immobilizing the magnetic beads 12 to the magnetic bead fixing site 21, it is necessary to pay attention to the following (i) to (iii).
[0084]
(I) Another magnetic bead does not adhere to the magnetic bead fixing site where the magnetic bead has already been fixed.
[0085]
(Ii) Magnetic beads do not adhere to non-selected sites among the magnetic bead fixing sites where magnetic beads are not yet immobilized.
[0086]
(Iii) Once the magnetic beads are fixed to the magnetic bead fixing site, the fixed state is maintained until the magnetic bead removal operation is performed.
[0087]
Regarding the methods for realizing the above (i) to (iii), two methods for realizing them and their configurations will be described below.
[0088]
First method for realizing (i) to (iii) and its configuration
In the first method, each immobilization unit U is provided with two coils in order to perform the immobilization methods (i) to (iii) with certainty. The configurations of FIGS. 1 and 2 are common to the first method. In this first method, a magnetic bead fixing circuit system 61 is arranged instead of the magnetic bead fixing
[0089]
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the magnetic bead fixing circuit system 61 relating to the first method. In FIG. 14, the part where the immobilization unit U (i, j) is selected to immobilize the magnetic beads 12 and the immobilization unit U (i, j + 1) are the same as the immobilization unit U (i, j). A kind of magnetic bead 12 is shown as a non-selected part where it is not desired to immobilize.
[0090]
A magnetic bead immobilization circuit system 61 is realized by an immobilization circuit board 60 such as a semiconductor substrate. This magnetic bead immobilization circuit system 61 is divided into a plurality of immobilization units U, and a concave magnetic bead immobilization portion 67 is formed on the surface of the immobilization circuit board 60 for each unit.
[0091]
Each immobilization unit U is provided with a coil 62b in addition to the
[0092]
The coil 62b is provided concentrically with the
[0093]
One end of the
[0094]
One end of the coil 62 b is connected to the wiring 63 and the other end is connected to the wiring 66. The wiring 63 has a voltage VThreeAnd the voltage V is applied to the wiring 66.2Is given.
[0095]
Where V1a> V2, V1b<V2, VThree> V2Is established.
[0096]
VThree> V2Therefore, both the selected immobilizing unit U and the non-selected immobilizing unit U always have a clockwise current I in the coil 62b.cThe magnetic field H extends in a direction substantially perpendicular to the surface from the surface of the fixed circuit board 60 toward the lower surface.cIs formed.
[0097]
When the switch SW is connected to the wiring 64, V1a> V2Therefore, the
[0098]
On the other hand, when the switch SW is connected to the wiring 65, V1b<V2Therefore, the
[0099]
The current I of the coil 62bcContinue to flow until the magnetic beads 12 are removed.
[0100]
As described above, the current flows through the coil 62b in the same direction without any selectivity, whereas the direction of the current flowing through the
[0101]
The combined magnetic field H when the current I flows through the
[0102]
[Equation 3]
As can be seen from this equation (3), the radius a of the coil 62b.FourIs small, it can be seen that the effect of the
[0104]
FIG. 15 is a diagram showing a magnetic field formed on the central axis of each of the
[0105]
Thereby, the notice matter shown in (i) to (iii) of the immobilization of the magnetic beads 12 to the magnetic bead fixing site 21 can be effectively achieved.
[0106]
FIG. 16 is a diagram showing a detailed configuration of a switch circuit system including the switch SW arranged in each unit U described above. An input of the
[0107]
When selective removal of the magnetic beads 12 is desired in this first method, the coil 62b and the wiring 63 or the wiring 63 are connected to each of the coils 62b, similarly to the switch SW of the
[0108]
The operation of the switch SW in FIG. 16 is as follows.
[0109]
First, the selection operation will be described. When the row line i and the column line j are decoded and selected by the
[0110]
On the other hand, in the non-selection operation, since at least one of the row line i and the column line j is not decoded, the output of the
[0111]
Thus, according to the first method, the coil 62b for maintaining the fixed state of the magnetic beads 12 once fixed to the magnetic bead fixing portion 67 and the
[0112]
In addition, embodiment of this invention is not limited to this 1st method and its structure. The switch unit circuit system shown in FIG. 16 is merely an example, and it is needless to say that the circuit can be replaced with another circuit that performs switching control of the switch according to the selection of the row line and the column line.
[0113]
Second method and configuration for realizing (i) to (iii)
In the first method, protein-protein interaction was used in order to reliably perform the above-described immobilization methods (i) to (iii). The configurations of FIGS. 1 and 2 are common to the second method. In this second method, a magnetic bead immobilization circuit system 81 is arranged in place of the magnetic bead
[0114]
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the magnetic bead fixing circuit system 81 relating to the second method. In FIG. 17, the portion where the immobilization unit U (i, j) is selected to immobilize the magnetic beads 12 is selected, and the immobilization unit U (i, j + 1) does not need to immobilize the magnetic beads 12. It is shown as a non-part.
[0115]
A magnetic bead immobilization circuit system 81 is realized by an immobilization circuit substrate 80 such as a semiconductor substrate. The magnetic bead immobilization circuit system 81 is divided into a plurality of immobilization units U, and a concave magnetic bead immobilization portion 82 is formed on the surface of the immobilization circuit board 80 for each unit. Each immobilization unit U is provided with a
[0116]
One end of the
[0117]
The configuration of the switch SW is the same as that in FIG. 16 of the first method.
[0118]
When the switch SW is connected to the wiring 64, V1a> V2Therefore, the
[0119]
On the other hand, when the switch SW is connected to the wiring 65, V1b<V2Therefore, the
[0120]
A receptor molecule 83 is immobilized on each magnetic bead immobilization site 82. Further, unlike the magnetic beads 12 described in the first embodiment or the first method of the embodiment, the magnetic beads 84 sent to the magnetic bead immobilization circuit system 81 in this embodiment are previously ligand-like molecules. 85 is fixed. The
[0121]
For example, in the selected part of the immobilization unit U (i, j) in FIG.aFlows and magnetic field HaOccurs. This magnetic field HaAnd magnetic field H2Combined magnetic field Ha2As a result, the magnetic beads 12 approach the magnetic bead fixing site 82 and are bound by the protein-protein interaction of the receptor molecule 83 and the ligand molecule 85.
[0122]
When removing the magnetic beads 84 fixed to the magnetic bead fixing portion 82, the direction of the current flowing through the
[0123]
Thus, according to the second method, by using the protein-protein interaction of the receptor molecule 83 and the ligand molecule 85, the magnetic bead 84 is reliably fixed to the magnetic bead fixing portion 82, and the immobilization is performed. The state can be maintained effectively. Thereby, the physiologically active substance in which the above (i) to (iii) are realized is provided.
[0124]
Although omitted in the second method for convenience of explanation, each fixing unit U may be provided with a coil 62b as shown in FIG. 14 explained in the first method. Thereby, the immobilization state of the magnetic beads can be maintained more effectively.
[0125]
Thus, according to the present embodiment, the magnetic beads 12 are used as a carrier that can be selectively fixed to the magnetic bead fixing portion 21 and can be selectively removed. A
[0126]
Further, by turning off the switch SW, the magnetic bead 12 can be removed from the substrate because the magnetic field attracted to the magnetic bead fixing portion 21 is eliminated. In this case, after removing the magnetic beads 12 from the substrate, new magnetic beads 12 can be immobilized again, and the
[0127]
In the present embodiment, the magnetic beads 12 and the
[0128]
Further, for example, by adopting conductive magnetic beads as disclosed in “JP-A-9-194842”, the physiologically active substance detection device of the present embodiment can be applied to a current detection type DNA chip. Of course, it is applicable to the detection of physiologically active substances other than DNA by using antibodies, antigens, enzymes, etc. as probes attached to the magnetic beads.
[0129]
In the present embodiment, the case where one magnetic bead 12 is fixed to one magnetic bead fixing part 21 is shown, but a plurality of magnetic beads 12 may be fixed to one magnetic bead fixing part 21. . The number of the magnetic beads 12 to be fixed to one magnetic bead fixing part 21 may change the shape of the magnetic bead fixing part 21 or the magnetic field H, for example.1It can be appropriately changed by adjusting. Further, the number of
[0130]
Further, the switch unit circuit system shown in FIG. 4 is only an example, and it is needless to say that it can be replaced with another switching circuit that performs on / off control of the switch according to selection of the row line and the column line.
[0131]
(Second Embodiment)
This embodiment relates to a modification of the first embodiment. Unlike the first embodiment, this embodiment uses a ligand-like molecule as a carrier and a receptor molecule as a carrier fixing means. A ligand-like molecule and a receptor-like molecule are molecules that specifically bind to each other like a ligand and a receptor. For example, it may be a ligand and a receptor itself, or an antigen and an antibody. In addition to these, two types of molecules that specifically bind by intermolecular interactions including protein-protein interactions may be used.
[0132]
The physiologically active substance detection device of the present embodiment has substantially the same configuration as that shown in FIGS. 1 and 2 of the first embodiment. 1 and FIG. 2 is that a ligand-like molecular immobilization circuit system 91 is disposed in place of the magnetic bead
[0133]
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the ligand-like molecule immobilization circuit system 91 of the present embodiment. FIG. 18 shows three immobilization units U. This ligand-like molecule immobilization circuit system 91 is realized by an immobilization circuit board 90 made of, for example, a semiconductor. In the fixed circuit board 90, a heating device 92 is provided for each fixed unit U. These heat generating devices 92 are respectively connected to common wirings 93 and 94 via a switch SW. When a current flows through the wiring 93 and the wiring 94 in a state where the switch SW is closed, the heating device 92 generates heat, and the vicinity of the surface of the fixed circuit board 90 can be heated.
[0134]
[0135]
For example, the ligand-like molecule a1 binds only to the receptor-like molecule b1, and does not bind to other receptor-like molecules b2, b3,.
[0136]
In FIG. 18, three immobilization units U are shown and only three receptor molecules b1 to b3 are shown, but the number of receptor molecules arranged on the immobilization circuit board 90 is larger than this. May be. Further, the receptor molecules b1, b2,... May or may not be arranged in a matrix as in the magnetic bead
[0137]
Next, the detection operation by the physiologically active substance detection device of the present embodiment will be described using the flowchart of FIG.
[0138]
The precondition for detection is that the physiologically active substance to be used for detection is immobilized in advance as the
[0139]
First, a sample containing ligand-like molecules a1, a2,... With the
[0140]
Then, the detection device is left for a certain time in a state where the sample is fed. As a result, the receptor molecules b1, b2,... Bind to the ligand molecules a1, a2,..., And the
[0141]
Next, a sample containing unbound ligand-like molecules is delivered from the cell 4 (s93). Then, a sample to be detected is sent into the
[0142]
The binding between the ligand-like molecules a1, a2,... And the receptor-like molecules b1, b2,... Is canceled by increasing the temperature of these ligand-like molecules a1,. The upper limit of the temperature at which the ligand-like molecule a1,... And the receptor molecule b1,. On the other hand, the temperature T2 is defined as the temperature increase / decrease so that the binding between the ligand-like molecule a1,... And the receptor molecule b1,. The temperature T2 is higher than the temperature T1. When the ligand-like molecules a1,... Are immobilized (s92) and the physiologically active substance is detected (s94), the temperature in the
[0143]
When the ligand-like molecule a1,... Is to be removed from a specific immobilization unit U, the switch SW of the heat generating device 92 in the immobilization unit U is closed, and the temperature in the vicinity of the receptor molecule b1,. It sets so that it may become more than temperature T2. At this time, the non-selected immobilization unit U adjacent to the selected immobilization unit U needs to be maintained at a temperature T1 or lower. In order to satisfy such temperature conditions, the respective fixing units U are arranged at a certain distance from each other. Alternatively, such a temperature condition may be satisfied by disposing a material having a heat dissipation action between the fixing units U. For example, a material having a high heat conductivity such as a metal corresponds to the material having a heat dissipation action. If one end of the material having such a heat dissipation action is in contact with a region held at a temperature T1 or lower, such as the outside of the detection device, heat dissipation is possible.
[0144]
Further, when it is desired to remove all the ligand-like molecules a1,... At a time, the temperature of all the immobilization units U is set to the temperature T2 or higher. This is realized by closing the switches SW of all the fixing units U.
[0145]
As described above, when the ligand molecule a1,... Is dissociated from the receptor molecule b1,... By setting the temperature of the detection device to the temperature T2 or higher, a sample containing these ligand molecules a1,. .
[0146]
In this way, a ligand-like molecule that binds to the receptor-like molecule b1,... By the protein-protein interaction as a carrier that can be selectively immobilized and selectively removed at the immobilization site of the immobilization circuit board 90. a1,... are used. A
[0147]
Further, when the heat generating device 92 is turned on, the ligand-like molecule a1,... And the receptor molecule b1,. In this case, after removing the ligand-like molecules a1,... From the substrate, new ligand-like molecules a1,... Can be immobilized again, and the detection apparatus can be reused. When reused, the type of
[0148]
(Third embodiment)
This embodiment relates to a modification of the first embodiment and the second embodiment. The present embodiment relates to an embodiment in which the physiologically active substance detection device shown in the first embodiment and the second embodiment is reused.
[0149]
The recycling method of this embodiment includes a carrier that can be selectively immobilized and removed at a specific position in the physiologically active substance detection device, and can be used by immobilizing the physiologically active substance on this carrier. It can be applied to the physiologically active substance detection apparatus. Therefore, not only the first embodiment and the second embodiment but also other embodiments can be similarly applied as long as it is a physiologically active substance detection device having such properties.
[0150]
Here, the physiologically active substance is included in the probes in the first and second embodiments. The carrier corresponds to the magnetic beads in the first embodiment and the receptor molecules in the second embodiment. Hereinafter, it will be easily understood that the present embodiment can be applied to the first and second embodiments by rereading and applying the present embodiment based on the corresponding relationship with the other embodiments.
[0151]
Hereinafter, the reuse procedure will be described with reference to FIG. 20 showing a flowchart showing the reuse method of the present embodiment.
[0152]
This reuse procedure is roughly divided into four steps ((s201) to (s204)): immobilization of the carrier, measurement, removal of the carrier, and verification.
[0153]
In immobilization of the carrier (s201), first, the carrier on which the physiologically active substance is immobilized is sent to the
[0154]
Next, measurement is performed with the probe immobilized on each immobilization site (s202). The measurement is performed by feeding the sample into the
[0155]
When the measurement as described above is completed, the carrier removing operation is started (s203). Specifically, the carrier is first removed from the immobilization site (s203a).
[0156]
For example, in the first embodiment, the carrier is removed from the immobilization site by opening the switch SW in order to stop the current flowing in the
[0157]
In the case of the first method of the first embodiment, the voltage V is set so that the current flowing through the coil 62b is in the opposite direction to that in the fixing.Three<V2And an operation of opening the switch SW to stop the current flowing through the
[0158]
In the case of the second method of the first embodiment, the switch SW is switched to the wiring 65 side and the current IbBy flowing a magnetic field H in the surface direction from below the fixed circuit board 80.bAnd the operation of dissociating the bond between the receptor molecule 83 and the ligand molecule 85 by heating the immobilized circuit board 80.
[0159]
In the case of the second embodiment, an operation of dissociating the ligand-like molecules a1,... And the receptor molecules b1,. Including.
[0160]
When the carrier is removed from the immobilization site, the removed carrier is sent out from the cell 4 (s203b). This delivery is continued until the delivery is completely completed so that the carrier once dissociated from the immobilized circuit board does not adhere to the immobilization site again. It should be noted that it is desirable to end the carrier removal state after the delivery operation is completed.
[0161]
When the delivery of the carrier is completed, the physiologically active substance detection device is washed (s203c). By this cleaning, the carrier is returned to a state where the carrier can be fixed to the carrier fixing site. This cleaning step may be included in the step of sending the carrier (s203b), and the cleaning may be performed while the carrier is being sent out. Further, when removing and washing the carrier, it is desirable that the temperature of the
[0162]
When this cleaning process is completed, verification is performed to confirm whether the carrier is reliably removed from the immobilization site (s204). This verification can be realized, for example, by irradiating the surface of the fixed circuit board with a laser and monitoring the reflected light. Further, when the removal of the carrier can be confirmed to such an extent that the verification is unnecessary by the cleaning, this verification step is not necessarily performed.
[0163]
The physiologically active substance detection device up to this verification (s204) has returned to the same state as that before the carrier is immobilized. Therefore, by returning to (s201) again and repeating the steps (s202) and subsequent steps, the carrier is replaced with a new one and can be reused. In this case, the type of the physiologically active substance immobilized at a specific position in the physiologically active substance detection device need not be the same as the physiologically active substance previously immobilized. Therefore, one physiologically active substance detection device can be used multiple times for multiple purposes.
[0164]
When changing the carrier, all the carriers may be removed or only a part of the carriers may be used. When replacing only a part of the carrier, the carrier is selectively removed from a part of the plurality of immobilization sites and selectively supported on a part of the plurality of immobilization sites. A technique for immobilizing the body may be used. In this case, the time required for replacing the carrier can be shortened.
[0165]
As described above, according to the present embodiment, even when the detection device is reused, it can be reliably restored by the detection device that ensures reliable operation.
[0166]
The present invention is not limited to the above embodiment.
[0167]
Although biotin and avidin have been exemplified as receptor molecules and ligand molecules, the present invention is not limited thereto. Any substance having a high affinity for each other having a protein-protein interaction may be used. In a broader sense, two substances that bind to each other by any intermolecular interaction including protein-protein interactions may be used. In addition, the ligand-like molecule and the receptor-like molecule shown in the above embodiment can be used interchangeably.
[0168]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the physiologically active substance can be freely fixed and removed from the substrate, so that the detection apparatus can be reused and the cost can be reduced. In addition, the user can freely determine the type of physiologically active substance to be mounted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a top view of a device showing the overall configuration of a physiologically active substance detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing the overall configuration of the physiologically active substance detection device according to the embodiment.
FIG. 3 is a sectional view showing a detailed configuration of a magnetic bead fixing circuit system according to the embodiment;
FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration of a switch unit circuit system according to the embodiment;
FIG. 5 is a vector from the center of the ring current I of radius a according to the embodiment;rMagnetic field of a point at a position represented byH sFIG.
FIG. 6 is a diagram showing a magnetic field H (r) at a position on the central axis r of the ring current I of radius a according to the same embodiment.
FIG. 7 is a view showing the dependence of the radius a of the magnetic field H (r) according to the embodiment.
FIG. 8 shows a magnetic field H according to the embodiment.1And magnetic field H2And combined magnetic field H1+ H2FIG.
FIG. 9 is a top view of the spiral coil according to the embodiment.
FIG. 10 is a view showing a flowchart of a detection operation by the physiologically active substance detection device according to the embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing a more detailed flow of an immobilization operation by the physiologically active substance detection device according to the embodiment.
FIG. 12 is a view showing a configuration example of an apparatus to which a function for detecting presence / absence of adhesion of magnetic beads according to the embodiment is added.
FIG. 13 is a view showing an example when the immobilized magnetic beads according to the embodiment are selectively or collectively removed.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a magnetic bead immobilization circuit system according to a first method for immobilizing magnetic beads according to the embodiment;
FIG. 15 is a view showing a magnetic field formed on the central axis of each coil in a portion corresponding to the unselected unit U (i, j + 1) according to the first method of the embodiment;
FIG. 16 is an exemplary view showing a detailed configuration of a switch unit circuit system according to the first method of the embodiment;
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of the magnetic bead immobilization circuit system according to the first method of immobilizing magnetic beads according to the embodiment;
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a detailed configuration of a ligand-like molecule immobilization circuit system according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a view showing a flowchart of a detection operation by the physiologically active substance detection device according to the embodiment.
FIG. 20
The figure which shows the flowchart of the reuse which concerns on 3rd Embodiment of this invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Bioactive substance detection device
2 ... Upper support
3a, 3b ... liquid feeding part
4 ... cell
6, 61, 81 ... Magnetic bead immobilization circuit system
7 ... Lower support
11, 14, 15, 62a, 62b ... coil
12, 84 ... Magnetic beads
13 ... Probe
20, 60, 80, 90 ... fixed circuit board
21, 67, 82 ... Magnetic bead fixing part
22,23,23a, 23b, 63-66,93,94 ... wiring
24 ... Voltage source
31 ... spiral coil
41 ... row decoder
42 ... Column decoder
43, 44, 73, 74 ... MOS transistors
71 ... NAND circuit
72. Inverter circuit
83 ... Receptor molecule
85 ... Ligand-like molecule
91 ... Ligand-like molecule immobilization circuit system
92 ... Heating device
Claims (8)
前記磁気ビーズを固定化させる複数の磁気ビーズ固定部位を有する基板と、
前記磁気ビーズ固定部位のそれぞれに配置され、前記磁気ビーズ固定部位に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させて前記磁気ビーズを前記磁気ビーズ固定部位に固定化させる複数の第１コイルと、
前記複数の第１コイルのそれぞれに接続され、前記第１コイルに流れる電流を切り換える複数の第１スイッチと、
前記基板の上部及び下部の少なくとも一方に設けられ、前記第１コイルよりも半径が大きく、前記基板に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させる第２コイルと
を具備してなる生理活性物質検出装置。A magnetic bead having a physiologically active substance immobilized thereon;
A substrate having a plurality of magnetic bead fixing sites for fixing the magnetic beads;
A plurality of first coils that are arranged at each of the magnetic bead fixing portions, generate a magnetic field that attracts the magnetic beads to the magnetic bead fixing portions, and fix the magnetic beads to the magnetic bead fixing portions;
A plurality of first switches connected to each of the plurality of first coils and for switching a current flowing through the first coil ;
A physiologically active substance detection device comprising: a second coil provided on at least one of an upper part and a lower part of the substrate and having a radius larger than that of the first coil and generating a magnetic field that attracts the magnetic beads to the substrate .
前記第１スイッチの行列の任意の行を選択する行選択手段と、
前記第１スイッチの行列の任意の列を選択する列選択手段と、
をさらに備える請求項１に記載の生理活性物質検出装置。The first switches are arranged in a matrix;
Row selection means for selecting an arbitrary row of the matrix of the first switches;
Column selection means for selecting an arbitrary column of the matrix of the first switches;
The physiologically active substance detection device according to claim 1, further comprising:
前記磁気ビーズには、分子間相互作用により第１の物質と結合することにより第１の物質に固定化される第２の物質が固定化されてなる請求項１に記載の生理活性物質検出装置。A plurality of first substances provided respectively corresponding to the magnetic bead fixing sites and fixed to the magnetic bead fixing sites;
The physiologically active substance detection device according to claim 1, wherein a second substance that is immobilized on the first substance by binding to the first substance by intermolecular interaction is immobilized on the magnetic beads. .
複数の固定部位を有する基板と、
前記複数の固定部位のそれぞれに配置され、第１の物質のそれぞれの種類別に異なる分子間相互作用により結合することにより、前記第１の物質を前記固定部位に固定化させる複数の種類からなる第２の物質と、
前記固定部位のそれぞれに対応して配置され、前記固定部位を加熱する発熱装置と、
前記複数の発熱装置のそれぞれに接続され、前記発熱装置の動作を制御する複数の第１スイッチと
を備える生理活性物質検出装置。 Different types of physiologically active substances are immobilized, and a plurality of types of first substances,
A substrate having a plurality of fixing parts;
A plurality of types comprising a plurality of types for immobilizing the first substance on the fixing part by being arranged at each of the plurality of fixing parts and binding by different intermolecular interactions for each kind of the first substance. Two substances,
A heat generating device that is arranged corresponding to each of the fixed parts and heats the fixed parts;
A physiologically active substance detection device comprising: a plurality of first switches connected to each of the plurality of heat generating devices and controlling the operation of the heat generating device.
前記基板に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させるとともに、前記磁気ビーズ固定部位に前記磁気ビーズを引き寄せる磁界を発生させることにより、前記磁気ビーズ固定部位へ前記磁気ビーズを固定化させ、
前記磁気ビーズに固定化された前記生理活性物質と試料に含まれる物質とのハイブリダイズ反応の有無を検出し、
前記磁気ビーズを前記磁気ビーズ固定部位から引き離す磁界を発生させることにより、前記磁気ビーズを前記磁気ビーズ固定部位から分離させる
生理活性物質検出方法。Sending the magnetic beads on which the physiologically active substance is immobilized onto the substrate having the magnetic bead fixing site,
By generating a magnetic field that attracts the magnetic beads to the substrate and generating a magnetic field that attracts the magnetic beads to the magnetic bead fixing part, the magnetic beads are fixed to the magnetic bead fixing part,
Detecting the presence or absence of a hybridization reaction between the physiologically active substance immobilized on the magnetic beads and the substance contained in the sample;
A method for detecting a physiologically active substance , wherein the magnetic beads are separated from the magnetic bead fixing site by generating a magnetic field that separates the magnetic beads from the magnetic bead fixing site.
前記第１の物質と前記第２の物質との分子間相互作用による結合により、前記固定部位へ前記第１の物質を固定化させ、 Immobilizing the first substance to the fixation site by binding due to intermolecular interaction between the first substance and the second substance;
前記第１の物質に固定化された前記生理活性物質と試料に含まれる物質とのハイブリダイズ反応の有無を検出し、 Detecting the presence or absence of a hybridization reaction between the physiologically active substance immobilized on the first substance and the substance contained in the sample;
前記固定部位を所定の温度以上に加熱することにより、前記第１の物質を前記固定部位から分離させる The first substance is separated from the fixing part by heating the fixing part to a predetermined temperature or higher.
生理活性物質検出方法。 Bioactive substance detection method.
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