JP4501430B2

JP4501430B2 - 検査装置、検査方法及び合成装置

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Publication number: JP4501430B2
Application number: JP2004002936A
Authority: JP
Inventors: 光史岩館
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-01-08
Also published as: JP2005192498A

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関し、特にＤＮＡを検査する装置及び検査方法並びに検査に用いる生成物の合成装置に関する。

近年、医療分野、農業分野等の幅広い分野で生物の遺伝子情報が利用されるようになってきているが、遺伝子の利用に際しては、ＤＮＡの構造解明が不可欠である。ＤＮＡは螺旋状によじれあった２本のポリヌクレオチド鎖を有し、それぞれのポリヌクレオチド鎖は４種の塩基（アデニン：Ａ、グアニン：Ｇ、シトシン：Ｃ、チミン：Ｔ）が一次元的に並んだ塩基配列を有し、アデニンとチミン、グアニンとシトシンという相補性に基づいて一方のポリヌクレオチド鎖の塩基が他方のポリヌクレオチド鎖の塩基に結合している。

一本鎖ＤＮＡが相補的な一本鎖ＤＮＡとハイブリダイゼーションする（例えば、特許文献１参照。）ことを利用して、一本鎖ＤＮＡの塩基配列を特定する方法がある。その一例としては、既知の塩基配列を有した一本鎖ＤＮＡをＰＣＲ法により増幅し、増幅した複数の一本鎖ＤＮＡをスライドガラス等の固体担体に固定したＤＮＡプローブを準備し、一本鎖ＤＮＡサンプルに蛍光物質を結合させ、蛍光標識した一本鎖ＤＮＡサンプルを固体担体上に散布する。このとき、温度を調整することで、一本鎖ＤＮＡサンプルは相補的な一本鎖ＤＮＡプローブとハイブリダイゼーションにより結合し、相補的でない一本鎖ＤＮＡプローブとは結合しない。一本鎖ＤＮＡサンプルに蛍光物質を結合させているため、一本鎖ＤＮＡサンプルと結合した一本鎖ＤＮＡプローブが蛍光を発し、一本鎖ＤＮＡサンプルと結合しない一本鎖ＤＮＡプローブは蛍光を発しない。これにより、一本鎖ＤＮＡサンプルの塩基配列を特定することができる。
特開２００２−３３５９６２号公報

しかしながら、ＤＮＡサンプルをＰＣＲ増幅した後にＤＮＡプローブとして固定し、さらにハイブリダイゼーションを行うために、検査時間を要する。

そこで、本発明は、上記のような問題点を解決しようとしてなされたものであり、短時間で、特定の塩基配列の有無を判定できるようにすることを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の検査装置は、
複数の光電変換素子を備えた固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスの受光面上に形成され、生成物が取り込まれるためのゲルが注入された槽と、を備え、
前記槽の一方の面側に、既知の塩基配列を有し、蛍光標識されたプライマーと、ｄＮＴＰと、未知の塩基配列を有した一本鎖ＤＮＡサンプルと、が注入され、
注入された前記プライマーが前記一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的な塩基配列である場合、前記ｄＮＴＰ及び前記一本鎖ＤＮＡサンプルにより前記プライマーがＰＣＲ法により伸長させられ、
伸長した前記プライマーを前記槽の前記一方の面側から前記一方の面側と対向する他方の面側に泳動させ、
泳動後に前記固体撮像デバイスを用いて蛍光強度分布が測定されることを特徴とする。

前記泳動は、前記ゲルに電界を加えて行ってもよい。
前記泳動は、前記ゲルに磁界を加えて行ってもよい。
前記ゲル内の前記蛍光標識が蛍光を発するような励起光を出射する光源を有していてもよい。
前記蛍光分布の測定とともに、前記蛍光標識の蛍光を判別してもよい。
前記プライマーに、重りとなる所定の重さの不活性分子を結合させていてもよい。

本発明の検査方法は、
複数の光電変換素子を備えた固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面上に形成され、生成物が取り込まれるためのゲルが注入された槽と、を備えた検査装置による検査方法において、
前記槽の一方の面側に、既知の塩基配列を有し、蛍光標識されたプライマーと、ｄＮＴＰと、未知の塩基配列を有した一本鎖ＤＮＡサンプルと、を注入する注入工程と、
前記注入工程において注入された前記プライマーが前記一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的な塩基配列である場合、前記ｄＮＴＰ及び前記一本鎖ＤＮＡサンプルにより前記プライマーをＰＣＲ法により伸長させるＰＣＲ工程と、
前記ＰＣＲ工程で伸長させた前記プライマーを前記槽の前記一方の面側から前記一方の面側と対向する他方の面側に泳動させる泳動工程と、
前記泳動工程後に前記固体撮像デバイスを用いて蛍光強度分布を測定する測定工程と、を含むことを特徴とする。

前記泳動工程は、前記ゲルに電界を加える電界形成工程であってもよい。
前記泳動工程は、前記ゲルに磁界を加える磁界形成工程であってもよい。
前記ゲル内の前記蛍光標識が蛍光を発するような励起光を出射する励起光出射工程を含んでいてもよい。
前記蛍光標識の蛍光を判別する判別工程を含んでいてもよい。
前記プライマーに、重りとなる所定の重さの不活性分子を結合させていてもよい。

本発明によれば、ＤＮＡサンプルをハイブリダイゼーションさせるわけではなく、ＤＮＡサンプルにプライマーの塩基配列と相補的な塩基配列が存在するか否かを判定することを短時間で行うことができる。
本発明によれば、プライマーに結合された重りの重さに応じてプライマーの移動速度を変えるような生成物を合成することができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

〔第１の実施の形態〕
以下、本発明を適用した第１の実施の形態における”検査装置、検査方法及び合成装置”について説明する。

（目的）
ＤＮＡサンプル中に特定の塩基配列が存在するか否かを判定検査すること。

（装置）
図１は、判定判定に用いる検査装置１の平面図であり、図２は、図１のII−II面に沿った断面図である。
この検査装置１は、矩形状を呈した固体撮像デバイス２と、固体撮像デバイス２の受光面の外周縁に沿って取り付けられた矩形枠状の浴槽３と、浴槽３の４辺のうち１つの框の内壁面に形成された陽極５と、陽極５が形成された框の対側となる框の内壁面に形成された陰極４と、固体撮像デバイス２の受光面に対向した紫外線源７と、固体撮像デバイス２の受光面に成膜された紫外線遮蔽膜１０と、を具備する。固体撮像デバイス２は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ダブルゲート型フォトトランジスタといった光電変換素子をマトリクス状に配列したものである。固体撮像デバイス２としては、ＣＣＤ型固体撮像デバイス、ＣＭＯＳ型固体撮像デバイス、ＭＯＳ型固体撮像デバイス等がある。浴槽３内には、電気泳動媒体であるゲル８を入れておく。ゲル８に電界を加える電界形成手段は陽極５と陰極４とからなり、陽極５と陰極４との間においてゲル８に電界が形成され、これにより陽極５及び陰極４はゲル８中にプライマーを泳動させる泳動手段として機能する。紫外線源７は、下方の固体撮像デバイス２に向かって紫外線（励起光）を出射する光源である。紫外線遮蔽膜１０は、アナターゼ型又はルチル型の酸化チタンからなる膜である。紫外線遮蔽膜１０は、紫外線を吸収するとともに蛍光（主に可視光波長領域）を透過する性質を有する。

（工程順序）
工程（１）：塩基配列が既知であるとともに蛍光標識されたプライマーを準備する。プライマーは、未知の塩基配列を有した一本鎖のＤＮＡサンプルに相補的な可能性のある一本鎖ＤＮＡであり、ＰＣＲ増幅されて実質的に同一種の塩基配列の分子が多数存在している。

工程（２）：四種のデオキシヌクレオシド３リン酸（ｄＮＴＰ）を準備する。

工程（３）：判定対象となるＤＮＡサンプルをユニバーサルプライマー及び酵素試薬（ポリメラーゼ）等を用いてＰＣＲ（Polymerase Chain Reaction）法により増幅する。

工程（４）：増幅したＤＮＡサンプルを一本鎖に変性させる。

工程（５）：ｄＮＴＰと、蛍光標識されたプライマーとを用いてＤＮＡサンプルに対してＰＣＲ法を行う。すなわち、工程（４）において得られた一本鎖ＤＮＡサンプルを含む溶液を合成用の槽に入れ、工程（１）において準備したプライマーを合成用の槽に入れ、混入された既知のプライマーが一本鎖のＤＮＡサンプルと相補的である塩基配列である場合にアニール結合できる程度に、プライマー及びＤＮＡサンプルを冷却する。ここで、注入されたプライマー分子の数は、一本鎖ＤＮＡサンプルの数より遙かに多い。この後、工程（２）において準備したｄＮＴＰ及び酵素試薬をプライマー及び一本鎖ＤＮＡサンプルを含む溶液に混入させる。ここでプライマー及びＤＮＡサンプルの塩基配列が互いに相補的であればアニール結合し、プライマーの末端から一つの塩基分だけ外側に位置するＤＮＡサンプルの対応する塩基と相補的になるような種のｄＮＴＰがプライマーの末端に結合され伸長する（ＰＣＲ法）。このとき、合成用の槽内にはプライマーが過剰に存在しているため、一本鎖のＤＮＡサンプルとアニール結合できないプライマーが存在することになり、このプライマーは伸長したプライマーと比べて短い。一方、工程（１）において準備したプライマーが一本鎖ＤＮＡサンプルに相補的でない場合には、一本鎖ＤＮＡサンプルとプライマーが結合しないので、伸長反応は起きないので全てのプライマーの分子長は変わらず互いに等しい。なお、合成用の槽は、蛍光標識を有するプライマーを相補的な塩基配列のＤＮＡと結合してから重りを有するｄＮＴＰを入れてプライマーにｄＮＴＰを結合するための槽である。また、合成用の槽は合成装置に備わっており、合成装置は、合成用の槽に入ったプライマーをその槽に入った相補的な塩基配列の一本鎖ＤＮＡサンプルにその槽により結合してから、重りを有するｄＮＴＰをその槽に入れてその槽をもってプライマーをｄＮＴＰに結合する。

工程（６）：工程（５）で合成用の槽内で形成された生成物を、浴槽３内のゲル８の陽極５から離れた陰極４寄りに注入する。この状態を図３又は図４に模式的に示す。図３は、一本鎖ＤＮＡサンプル９１がプライマー９３と相補的な関係にある場合を示しており、図４は、一本鎖ＤＮＡサンプル９１がプライマー９３と相補的な関係にない場合を示している。図３に示すように、一本鎖ＤＮＡサンプル９１が蛍光標識９２を付したプライマー９３と相補的な関係にある場合には、工程（５）で一本鎖ＤＮＡサンプル９１とアニール結合したプライマー９３がｄＮＴＰ９４と結合して伸長しているが、一本鎖ＤＮＡサンプル９１とアニール結合していないプライマー９３は伸長していない。一方、図４に示すように、一本鎖ＤＮＡサンプル９１が蛍光標識９２を付したプライマー９３と相補的な関係にない場合には、どのプライマー９３も伸長してない。
なお、工程（４）において得られた一本鎖ＤＮＡサンプル（図３、図４の場合には、一本鎖ＤＮＡサンプル９１）、工程（１）において準備したプライマー（図３、図４の場合には、プライマー９３）、及び、酵素試薬をゲル８の陰極４寄りに注入し、ゲル８中でＰＣＲ法により増幅しても良い。つまり、工程（５）の処理をゲル８中で行っても良い。

工程（７）：陰極４寄りに注入した生成物を陽極５から離れた位置（陰極４寄り）から陽極５に向けて電気泳動させる。すなわち、一本鎖ＤＮＡサンプル（図３、図４の場合には、一本鎖ＤＮＡサンプル９１）及びプライマー（図３、図４の場合には、プライマー９３）が互いに一本鎖に変性する程度に加熱させてから、陽極５が陰極４よりも高電圧となるように陽極５−陰極４間に電圧を印加し、ゲル８中に電界を発生させる。すると、ＤＮＡサンプル、プライマー、ｄＮＴＰが陽極５に向かって電気泳動する。この状態を図５又は図６に模式的に示す。図５は、一本鎖ＤＮＡサンプル９１がプライマー９３と相補的な関係にある場合を示しており、図６は、一本鎖ＤＮＡサンプル９１がプライマー９３と相補的な関係にない場合を示している。この工程後においては、図５に示すように、一本鎖ＤＮＡサンプル９１がプライマー９３と相補的な関係にある場合には、一本鎖ＤＮＡサンプル９１とアニール結合したプライマー９３は増幅されているのでその分子長が一本鎖ＤＮＡサンプル９１とアニール結合していないプライマー９３よりも長いために、ゲル８中を電気泳動する際の抵抗が大きいので泳動速度が遅く、単位時間辺りの泳動距離が短い。一方、図６に示すように、一本鎖ＤＮＡサンプル９１がプライマー９３と相補的な関係にない場合には、どのプライマー９３もほぼ同じ分子長なので電気泳動速度もほぼ同じなためほぼ同じ距離だけ泳動する。

工程（８）：紫外線源７を点灯させ、紫外線をゲル８に向かって照射し、固体撮像デバイス２を用いて撮像を行うことによって固体撮像デバイス２の受光面に沿った蛍光強度分布を観察する。なお、紫外線によってプライマーの蛍光標識が励起して蛍光を発し、蛍光標識の蛍光が紫外線遮蔽膜１０を透過して固体撮像デバイス２に入射するが、紫外線源７の紫外線は紫外線遮蔽膜１０によって遮蔽されて固体撮像デバイス２に入射しない。つまり、紫外線遮蔽膜１０は、蛍光標識の蛍光を紫外線源７の紫外線と分別する分別手段として機能する。ここで、固体撮像デバイス２は、各光電変換素子での蛍光の受光量を判別することによって、受光面に沿った蛍光強度分布を測定するものである。

蛍光強度分布を観察した結果、特定の塩基配列がＤＮＡサンプルに存在するか否かを判定することができる。
詳細には、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的なプライマーがある場合には、相補的でないために伸長していないプライマーが相補的であるために伸長したプライマーよりも同じ時間で長い距離泳動するため（図５を参照。）、蛍光強度のピークが二箇所で検出される。このように、陰極４から陽極５にかけて二箇所で蛍光強度のピークが検出された場合には、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的であり、特定の塩基配列（プライマーと相補的な塩基配列）がＤＮＡサンプルに存在することがわかる。例えば、図５の場合には、蛍光強度のピークは伸長したプライマー９３（図５では、左側）の位置と、伸長していないプライマー９３（図５では、右側）の位置に検出され、プライマー９３と相補的な塩基配列が一本鎖ＤＮＡサンプル９１に存在することがわかる。

一方、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的でない場合には、どのプライマーも同じ距離だけ泳動するから（図６を参照。）、陰極４から陽極５にかけて一箇所で蛍光強度のピークが検出される。蛍光強度のピークが一箇所で検出された場合には、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的でなく、特定の塩基配列（プライマーと相補的な塩基配列）がＤＮＡサンプルに存在しないことがわかる。例えば、図６の場合には、蛍光強度のピークは伸長していないプライマー９３の位置に検出され、プライマー９３と相補的な塩基配列が一本鎖ＤＮＡサンプル９１に存在しないことがわかる。

なお、固体撮像デバイス２を用いずに、目視によってゲル８の蛍光強度分布を観察しても良いし、ゲル８から離れた位置に配置されたカメラを用いてゲル８の蛍光強度分布を観察しても良い。

以上のように、本実施形態の検査方法は、ｄＮＴＰと、蛍光標識されたプライマー（プライマーは、ＤＮＡサンプルの増幅に必要な総数よりも多い。）とを用いてＤＮＡサンプルに対してＰＣＲ法を行う工程（５）と、工程（５）で得られた生成物をゲル８中の陽極４から離れた位置より陽極４に向けて電気泳動させる工程（７）と、ゲル８の蛍光強度分布を観察する工程（８）と、を含む。

以上の検査方法によれば、工程（５）において、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれている場合には、プライマーとＤＮＡサンプルがアニールし、プライマーにｄＮＴＰが結合することによってプライマーが伸長する。一方、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれていない場合には、プライマーとＤＮＡサンプルがアニールせず、プライマーは伸長しない。すなわち、プライマーがＤＮＡサンプルの増幅に必要な総数よりも多いから、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれている場合には、生成物には伸長したプライマーと伸長していないプライマーとが含まれ、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれていない場合には、生成物には伸長していないプライマーが含まれる。
その後の工程（７）では、生成物が陽極に向かって泳動する。ここで伸長したプライマーは伸長していないプライマーよりも陽極４により近づく。そのため、伸長したプライマーがある場合には（プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれている場合には）、伸長したプライマーの泳動後の位置と、伸長していないプライマーの泳動後の位置との両方で蛍光強度のピークが存するが、伸長したプライマーがない場合には（プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれていない場合には）、伸長していないプライマーの泳動後の位置のみでしか蛍光強度のピークが存しない。従って、二箇所で蛍光強度のピークがある場合には、伸長したプライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれていると判定することができる。一方、一箇所でしか蛍光強度のピークがない場合には、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに含まれていないと判定することができる。

以上のように、本実施形態によれば、プライマー（図３〜図６の場合、プライマー９３）の塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプル（図３〜図６の場合、ＤＮＡサンプル９１）に存在するか否かを判定するに際して、ＤＮＡサンプルをハイブリダイゼーションさせていないので、判定に要する時間が短くて済む。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態における”検査装置、検査方法及び合成装置”について説明する。なお第１の実施の形態と実質的に同様な部分は説明を省略する。第１の実施の形態ではＤＮＡサンプルに対して過剰な量の一種類の塩基配列のプライマーを準備したが、第２の実施の形態ではＤＮＡサンプルに対して過剰な量の塩基配列の互いに異なる複数種のプライマーを準備する。更に、プライマーに、重りとなる所定の重さの不活性分子を結合させるが、結合する重りの重さ（分子量）は塩基配列ごとに異なるようにし、多くとも一種類のプライマーには重りを結合しなくても良い。ここで、重りの重さはプライマーの分子量よりも十分に重くする。また塩基配列がそれぞれ異なる各種プライマーの数は、ＤＮＡサンプルの数より過少になる。

そして、第１の実施の形態における工程（５）の場合と同様に、複数種類のプライマーと、ｄＮＴＰとを用いて一本鎖ＤＮＡサンプルに対してＰＣＲ法を行う。その後、第１の実施の形態における工程（６）の場合と同様に、得られた生成物をゲル８の陰極４寄りに注入し、その後第１の実施の形態における工程（７）の場合と同様に、生成物を一本鎖に変性させ、陽極５が陰極４よりも高電圧となるように陽極５−陰極４間に電圧を印加し、ゲル８中に電界を発生させる。その後、第１の実施の形態における工程（８）の場合と同様に、紫外線源７を点灯させ、固体撮像デバイス２を用いて撮像を行うことによって固体撮像デバイス２の受光面に沿った蛍光強度分布を観察する。

蛍光強度分布を観察した結果、ＤＮＡサンプルに特定の塩基配列が存在するか否かを判定することができる。
即ち、塩基配列の種類ごとに結合されている重りの重さが異なるため、複数種のプライマーに着目すると、結合する重りの重さが重くなるにつれてプライマーの泳動度も低くなるので、塩基配列の種類ごとにプライマーの泳動を観察することができる。その上、或る一種類の塩基配列のプライマーに着目して或る時間だけ泳動させると、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的である場合には、伸長していないプライマーが伸長したプライマーよりも同じ時間で長い距離泳動するため、蛍光強度のピークが二箇所で検出されるが、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的でない場合には、どのプライマーも同じ距離だけ泳動するため、陰極４から陽極５にかけて一箇所で蛍光強度のピークが検出される。このように、或る一種類の塩基配列のプライマーに着目して或る時間だけ泳動させて、蛍光強度のピークが二箇所で検出された場合には、その塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在すると判定することができる。一方、或る一種類の塩基配列のプライマーに着目して或る時間だけ泳動させても、蛍光強度のピークが二箇所で検出されない場合には、その塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在しないと判定することができる。

例えば、三種類のプライマーを用いた場合に、第２の実施の形態において工程（７）のようにプライマーを泳動させた後の状態を模式的に図７に示す。図７において、黒塗りの円はプライマーに結合させた重りを表し、黒塗りの円の数が多いほど、重りの重さが重くなっていることを表す。また、白抜きの円はプライマーに結合させた蛍光物質を表す。そして、図７において、プライマー１０１は、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的であるが為にＰＣＲ法によりプライマー１０２が伸長したものであり、プライマー１０３は、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的であるが為にＰＣＲ法によりプライマー１０４が伸長したものであり、プライマー１０５は、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的でないがために伸長していない。なお、図７において、ＤＮＡサンプル、ｄＮＴＰの図示は蛍光標識が付いていないから固体撮像デバイス２で観測できないため省略している。なお、重り一つの重さは、相補的なために伸長反応した塩基の重さより十分重い。

図７の場合には、塩基配列の種類ごとに重りの重さが異なるため、プライマー１０１，１０２は重りがないためプライマー１０３，１０４よりも同じ時間で長い距離泳動し、一つの重りが付いているプライマー１０３，１０４は二つの重りが付いているプライマー１０５，１０５よりも同じ時間で長い距離泳動する。これにより、塩基配列の種類ごとに泳動距離を観察することができる。更に、同じ塩基配列のプライマー１０１，１０２に着目すると、伸長していないプライマー１０１が、伸長したために重く且つ電気泳動の際の流体抵抗が大きいプライマー１０２よりも同じ時間で長い距離泳動しているため、プライマー１０１，１０２と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在すると判定することができる。プライマー１０３，１０４についても同様に、プライマー１０３，１０４と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在すると判定することができる。一方、プライマー１０５，１０５は泳動距離に差が無いので、プライマー１０５，１０５と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在しないと判定することができる。

本実施形態においても、ＤＮＡサンプルをハイブリダイゼーションさせていないので、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在するか否かを判定する時間が短くて済むという効果を奏する。
また、複数種の塩基配列それぞれについて相補的な配列がＤＮＡサンプルに存在するか否かを同一工程で判定することができる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態における”検査装置、検査方法及び合成装置”について説明する。なお第１又は第２の実施の形態と実質的に同様な部分は説明を省略する。

第３の実施の形態では、図１に示された装置１は用いずに、図８、図９に示された装置２０１を用いる。図８は、判定に用いる装置２０１の平面図であり、図９は、図８のIX−IX面に沿った断面図である。

この装置２０１は、矩形状を呈した固体撮像デバイス２０２と、固体撮像デバイス２０２の受光面の外周縁に沿って取り付けられた矩形枠状の浴槽２０３と、浴槽２０３の４辺のうち１つの框の外壁面に当接するように設けられた磁石２０６と、固体撮像デバイス２０２の受光面に対向した紫外線源２０７と、固体撮像デバイス２０２の受光面に成膜された紫外線遮蔽膜２１０と、を具備する。磁石２０６は、電磁石であっても良いし、永久磁石であっても良い。浴槽２０３内には、媒体であるゲル２０８を入れておく。紫外線源２０７は、下方の固体撮像デバイス２に向かって紫外線（励起光）を出射する光源である。ゲル８に磁界を加える磁界形成手段は磁石２０６からなり、磁石２０６によってゲル８に磁界が形成され、これにより磁石２０６はゲル８中にプライマーを泳動させる泳動手段として機能する。紫外線遮蔽膜２１０は、アナターゼ型又はルチル型の酸化チタンからなる膜である。紫外線遮蔽膜２１０は、紫外線を吸収するとともに蛍光（主に可視光波長領域）を透過する性質を有する。

第３の実施の形態では、第１の実施の形態の場合と同様に蛍光標識された既知の塩基配列のプライマーを準備するが、更にプライマーに磁気微粒子を結合させる。

そして、第１の実施の形態における工程（５）の場合と同様に、プライマーと、ｄＮＴＰとを用いて一本鎖ＤＮＡサンプルに対してＰＣＲ法を行う。その後、第１の実施の形態における工程（６）の場合と同様に、得られた生成物をゲル２０８の磁石２０６から離れた箇所に注入する。この状態を図１０又は図１１に模式的に示す。図１０は、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にある場合を示しており、図１１は、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にない場合を示している。図１０に示すように、図３と同様に、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１が蛍光標識１９２及び磁気微粒子１９５を付したプライマー１９３と相補的な関係にある場合には、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１とアニール結合したプライマー１９３がｄＮＴＰ１９４と結合して伸長しているが、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１とアニール結合していないプライマー１９３は伸長していない。一方、図１１に示すように、図４と同様に、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１が蛍光標識１９２を付したプライマー１９３と相補的な関係にない場合には、どのプライマー１９３も伸長してない。

その後、生成物を一本鎖に変性させ、磁石２０６によってゲル２０８中に磁界を発生させる。すると、ＤＮＡサンプル、プライマー、ｄＮＴＰが磁石２０６に向かって泳動する。ここで、図１２に示すように、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１がプライマー１９３と相補的な関係にある場合には、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１とアニール結合したプライマー１９３は、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１とアニール結合していないプライマー１９３よりも泳動距離が短い。一方、図１３に示すように、一本鎖ＤＮＡサンプル１９１がプライマー１９３と相補的な関係にない場合には、どのプライマー１９３もほぼ同じ距離だけ泳動する。

紫外線源２０７を点灯させ、ゲル２０８に向かって紫外線を照射し、固体撮像デバイス２０２を用いて撮像を行うことによって固体撮像デバイス２の受光面に沿った蛍光強度分布を観察する。ここで、固体撮像デバイス２０２は、各光電変換素子での蛍光の受光量を判別することによって、受光面に沿った蛍光強度分布を測定するものである。

蛍光強度分布を観察した結果、ＤＮＡサンプルに特定の塩基配列が存在するか否かを判定することができる。
詳細には、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的である場合には、伸長していないプライマーが伸長したプライマーよりも同じ時間で長い距離泳動するため（図１２を参照。）、蛍光強度のピークが二箇所で検出される。このように、磁石２０６の反対側から磁石２０６にかけて二箇所で蛍光強度のピークが検出された場合には、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的であり、ＤＮＡサンプルに特定の塩基配列（プライマーと相補的な塩基配列）が存在することがわかる。

一方、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的でない場合には、どのプライマーも同じ距離だけ泳動するから（図１３を参照。）、磁石２０６の反対側から磁石２０６にかけて一箇所で蛍光強度のピークが検出される。蛍光強度のピークが一箇所で検出された場合には、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的でなく、ＤＮＡサンプルに特定の塩基配列（プライマーと相補的な塩基配列）が存在しないことがわかる。

本実施形態においても、ＤＮＡサンプルをハイブリダイゼーションさせていないので、プライマーの塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在するか否かを判定する時間が短くて済むという効果を奏する。
また、ゲル２０８に電界を発生させていないので、ゲル２０８が発熱しない。そのため、発熱による蛍光標識のプライマーからの遊離等の現象を防ぎ、安定して判定することができる。

〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態における”検査装置、検査方法及び合成装置”について説明する。第３の実施の形態では一種類の塩基配列のプライマーを準備したが、第４の実施の形態では塩基配列の互いに異なる複数種のプライマーを準備する。なお第１又は第２又は第３の実施の形態と実質的に同様な部分は説明を省略する。更に、プライマーに重りを結合させるが、結合する重りの重さは塩基配列ごとに異なるようにし、多くとも一種類のプライマーには重りを結合しなくても良い。ここで、重りの重さ（分子量）はプライマーの分子量よりも十分に重くする。勿論、各種のプライマーには、磁気微粒子及び蛍光標識を付す。

そして、第３の実施の形態の場合と同様に、複数種類のプライマーと、ｄＮＴＰとを用いて一本鎖ＤＮＡサンプルに対してＰＣＲ法を行う。その後、第３の実施の形態の場合と同様に、得られた生成物をゲル８の磁石２０６から離れた箇所に注入する。その後、第３の実施の形態の場合と同様に、生成物を一本鎖に変性させ、磁石２０６によってゲル８中に磁界を発生させる。その後、第３の実施の形態における工程（８）の場合と同様に、紫外線源２０７を点灯させ、固体撮像デバイス２０２を用いて撮像を行うことによって固体撮像デバイス２０２の受光面に沿った蛍光強度分布を観察する。

蛍光強度分布を観察した結果、ＤＮＡサンプルに特定の塩基配列が存在するか否かを判定することができる。
即ち、塩基配列の種類ごとに結合されている重りの重さが異なるため、複数種のプライマーに着目すると、結合する重りの重さが重くなるにつれてプライマーの泳動度も低くなるので、塩基配列の種類ごとにプライマーの泳動を観察することができる。その上、或る一種類の塩基配列のプライマーに着目して或る時間だけ泳動させると、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的である場合には、伸長していないプライマーが伸長したプライマーよりも同じ時間で長い距離泳動するため、蛍光強度のピークが二箇所で検出されるが、一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的でない場合には、どのプライマーも同じ距離だけ泳動するため、磁石２０６の反対側から磁石２０６にかけてにかけて一箇所で蛍光強度のピークが検出される。このように、或る一種類の塩基配列のプライマーに着目して或る時間だけ泳動させて、蛍光強度のピークが二箇所で検出された場合には、その塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在すると判定することができる。一方、或る一種類の塩基配列のプライマーに着目して或る時間だけ泳動させても、蛍光強度のピークが二箇所で検出されない場合には、その塩基配列と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在しないと判定することができる。

例えば、三種類のプライマーを用いた場合に、第４の実施の形態において磁界によりプライマーを泳動させた後の状態を模式的に図１４に示す。図１４において、黒塗りの円はプライマーに結合させた重りを表し、黒丸の数が多いほど、重りの重さが重くなっていることを表す。また、白抜きの円はプライマーに結合させた蛍光物質を表し、白抜きの正方形はプライマーに結合させた磁気微粒子を表す。そして、図１４において、プライマー３０１は、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的であるが為にＰＣＲ法によりプライマー３０２が伸長したものであり、プライマー３０３は、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的であるが為にＰＣＲ法によりプライマー３０４が伸長したものであり、プライマー３０５は、一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的でないがために伸長していない。なお、図１４において、ＤＮＡサンプル、ｄＮＴＰの図示は省略している。

図１４の場合には、塩基配列の種類ごとに重りの重さが異なるため、重りのないプライマー３０１，３０２は重りが一つ付いているプライマー３０３，３０４よりも同じ時間で長い距離泳動し、プライマー３０３，３０４は重りが二つ付いているプライマー３０５，３０５よりも同じ時間で長い距離泳動する。これにより、塩基配列の種類ごとに泳動距離を観察することができる。更に、同じ塩基配列のプライマー３０１，３０２に着目すると、プライマー３０２がプライマー３０２よりも同じ時間で長い距離泳動しているため、プライマー３０１，３０２と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在すると判定することができる。プライマー３０３，３０４についても同様に、プライマー３０３，３０４と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在すると判定することができる。一方、プライマー３０５，３０５は泳動距離に差が無いので、プライマー３０５，３０５と相補的な塩基配列がＤＮＡサンプルに存在しないと判定することができる。
なお、第３実施の形態及び第４実施の形態において、磁石２０６は浴槽２０３の一方の面に形成されたが、浴槽２０３の対向する両壁側のどちらか一方がゲル２０８にＮ極の磁界を発生させる磁石で、他方がゲル２０８にＳ極の磁界を発生させる磁石であってもよい。

本発明の方法を適用した第１の実施形態において用いる装置１の平面図である。図１のII−II面に沿った断面図である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にある場合にゲル８中の状態を示した図面である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にない場合にゲル８中の状態を示した図面である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にある場合に、図３の様な状態の後に電界を発生させたときに、ゲル８中の状態を示した図面である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にない場合に、図３の様な状態の後に電界を発生させたときに、ゲル８中の状態を示した図面である。本発明の方法を適用した第２の実施形態において複数種のプライマーを用いた場合に、電界を発生させたときに、ゲル８の中の状態を示した図面である。本発明の方法を適用した第３の実施形態において用いる装置２０１の平面図である。図８のIX−IX面に沿った断面図である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にある場合にゲル２０８中の状態を示した図面である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にない場合にゲル２０８中の状態を示した図面である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にある場合に、図１０の様な状態の後に磁界を発生させたときに、ゲル２０８中の状態を示した図面である。一本鎖ＤＮＡサンプルがプライマーと相補的な関係にない場合に、図１１の様な状態の後に電界を発生させたときに、ゲル８中の状態を示した図面である。本発明の方法を適用した第４の実施形態において複数種のプライマーを用いた場合に、電界を発生させたときに、ゲル２０８の中の状態を示した図面である。

符号の説明

２，２０２ … 固体撮像デバイス（判別手段）
４ … 陰極（泳動手段、電界形成手段）
５ … 陽極（泳動手段、電界形成手段）
７，２０７ … 紫外線源（光源）
８，２０８ … ゲル（媒体）
２０６ … 磁石（泳動手段、磁界形成手段）

Claims

複数の光電変換素子を備えた固体撮像デバイスと、
前記固体撮像デバイスの受光面上に形成され、生成物が取り込まれるためのゲルが注入された槽と、を備え、
前記槽の一方の面側に、既知の塩基配列を有し、蛍光標識されたプライマーと、ｄＮＴＰと、未知の塩基配列を有した一本鎖ＤＮＡサンプルと、が注入され、
注入された前記プライマーが前記一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的な塩基配列である場合、前記ｄＮＴＰ及び前記一本鎖ＤＮＡサンプルにより前記プライマーがＰＣＲ法により伸長させられ、
伸長した前記プライマーを前記槽の前記一方の面側から前記一方の面側と対向する他方の面側に泳動させ、
泳動後に前記固体撮像デバイスを用いて蛍光強度分布が測定されることを特徴とする検査装置。
前記泳動は、前記ゲルに電界を加えて行うことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
前記泳動は、前記ゲルに磁界を加えて行うことを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
前記ゲル内の前記蛍光標識が蛍光を発するような励起光を出射する光源を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の検査装置。
前記蛍光分布の測定とともに、前記蛍光標識の蛍光を判別することを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
前記プライマーに、重りとなる所定の重さの不活性分子を結合させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の検査装置。
複数の光電変換素子を備えた固体撮像デバイスと、前記固体撮像デバイスの受光面上に形成され、生成物が取り込まれるためのゲルが注入された槽と、を備えた検査装置による検査方法において、
前記槽の一方の面側に、既知の塩基配列を有し、蛍光標識されたプライマーと、ｄＮＴＰと、未知の塩基配列を有した一本鎖ＤＮＡサンプルと、を注入する注入工程と、
前記注入工程において注入された前記プライマーが前記一本鎖ＤＮＡサンプルと相補的な塩基配列である場合、前記ｄＮＴＰ及び前記一本鎖ＤＮＡサンプルにより前記プライマーをＰＣＲ法により伸長させるＰＣＲ工程と、
前記ＰＣＲ工程で伸長させた前記プライマーを前記槽の前記一方の面側から前記一方の面側と対向する他方の面側に泳動させる泳動工程と、
前記泳動工程後に前記固体撮像デバイスを用いて蛍光強度分布を測定する測定工程と、を含むことを特徴とする検査方法。
前記泳動工程は、前記ゲルに電界を加える電界形成工程であることを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
前記泳動工程は、前記ゲルに磁界を加える磁界形成工程であることを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
前記ゲル内の前記蛍光標識が蛍光を発するような励起光を出射する励起光出射工程を含むことを特徴とする請求項７〜請求項９のいずれか一項に記載の検査方法。
前記蛍光標識の蛍光を判別する判別工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の検査方法。
前記プライマーに、重りとなる所定の重さの不活性分子を結合させることを特徴とする請求項７〜請求項１１のいずれか一項に記載の検査方法。