JP4701781B2 - Biopolymer analyzer and biopolymer analysis method - Google Patents

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Description

本発明は、DNAマイクロアレイ等の生体高分子分析チップを用いた生体高分子分析装置及び生体高分子分析方法に関する。 The present invention relates to a biopolymer analyzer and a biopolymer analysis method using a biopolymer analysis chip such as a DNA microarray.

近年、様々な生物種の遺伝子の発現解析を行っている。遺伝子の発現解析とは、細胞で発現している遺伝子を同定することであり、具体的には、遺伝子をコードするDNAから転写されているmRNAを同定することである。   In recent years, we have been analyzing gene expression of various species. Gene expression analysis is to identify a gene expressed in a cell, and specifically, to identify mRNA transcribed from DNA encoding the gene.

遺伝子の発現解析のためにDNAマイクロアレイ及びその読取装置が開発されている。DNAマイクロアレイは、プローブとなる既知の塩基配列のcDNAをスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである(例えば特許文献1参照)。ここで、既知の塩基配列のcDNAとしては、検体において既知のmRNAと同一、またはその一部と同一の塩基配列のcDNAが用いられる。DNAマイクロアレイ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。   A DNA microarray and its reader have been developed for gene expression analysis. A DNA microarray is obtained by aligning and fixing cDNA having a known base sequence serving as a probe in a matrix on a solid support such as a slide glass (see, for example, Patent Document 1). Here, as a cDNA having a known base sequence, a cDNA having the same base sequence as that of a known mRNA in a specimen or a part thereof is used. Gene expression analysis using a DNA microarray and its reader is performed as follows.

まず、複数種類の配列既知のcDNA(以下、プローブDNAという)をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたDNAマイクロアレイを準備する。次に、検体からmRNAを抽出し、逆転写酵素を用いて蛍光物質で標識したcDNA(以下、サンプルDNAという)を合成する。次に、サンプルDNAを蛍光物質で標識化してからDNAマイクロアレイ上に添加すると、サンプルDNAが相補的なプローブDNAとハイブリダイズすることによりDNAマイクロアレイ上に固定される。サンプルDNAを標識する蛍光物質は励起されるとサンプルDNAが結合したプローブDNAの位置から蛍光を発することになる。   First, a DNA microarray is prepared in which a plurality of types of cDNAs with known sequences (hereinafter referred to as probe DNA) are aligned and fixed on a solid support such as a slide glass. Next, mRNA is extracted from the specimen, and cDNA labeled with a fluorescent substance (hereinafter referred to as sample DNA) is synthesized using reverse transcriptase. Next, when the sample DNA is labeled with a fluorescent substance and then added to the DNA microarray, the sample DNA is immobilized on the DNA microarray by hybridizing with the complementary probe DNA. When excited, the fluorescent substance that labels the sample DNA emits fluorescence from the position of the probe DNA to which the sample DNA is bound.

次いで、DNAマイクロアレイを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、励起光の照射点をDNAマイクロアレイに対して二次元的に移動し、それと共に集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってDNAマイクロアレイを二次元走査する。励起光により励起された蛍光物質から発した蛍光を集光レンズで集光させ、蛍光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、DNAマイクロアレイの面内の蛍光強度分布を計測し、これにより、DNAマイクロアレイ上の蛍光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で蛍光強度が大きい部分には、プローブDNAの塩基配列と相補的な塩基配列を有したサンプルDNAが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって、配列既知のmRNAのうち、どれが検体で発現しているかを同定することができる。
特開2000−131237号公報
Next, the DNA microarray is set in a reader and analyzed by the reader. The reader moves the irradiation point of excitation light two-dimensionally with respect to the DNA microarray, and simultaneously scans the DNA microarray two-dimensionally with a condenser lens and a photomultiplier. The fluorescence emitted from the fluorescent material excited by the excitation light is collected by a condensing lens, and the fluorescence intensity is measured by a photomultiplier to measure the fluorescence intensity distribution in the surface of the DNA microarray. The fluorescence intensity distribution on the microarray is output as a two-dimensional image. In the output image, the portion having high fluorescence intensity indicates that sample DNA having a base sequence complementary to the base sequence of the probe DNA is included. Therefore, it is possible to identify which mRNA of the known sequence is expressed in the specimen depending on which part of the two-dimensional image has high fluorescence intensity.
JP 2000-1312237 A

ところで、複数の光電変換素子を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイスの受光面にプローブDNA等の分子をスポットした生体高分子分析チップを開発している。このような生体高分子分析チップでは、スポットに付着したサンプルDNA等の生体高分子を標識する蛍光物質、発光物質等の標識物質からの光を各光電変換素子により計測する。固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しており、標識物質から発した光が殆ど減衰せずに固体撮像デバイスの受光面に入射するため、僅かな光量でも計測が可能であるという利点がある。   By the way, a biopolymer analysis chip has been developed in which molecules such as probe DNA are spotted on a light receiving surface of a solid-state imaging device in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array. In such a biopolymer analysis chip, light from a labeling substance such as a fluorescent substance or a luminescent substance that labels a biopolymer such as sample DNA attached to a spot is measured by each photoelectric conversion element. Spots are scattered on the light-receiving surface of the solid-state imaging device, and light emitted from the labeling substance is incident on the light-receiving surface of the solid-state imaging device with almost no attenuation. Therefore, there is an advantage that even a small amount of light can be measured. is there.

しかし、どの位置にスポットしたかは、ハイブリダイゼーションの前に把握することができなかった。このため、全ての光電変換素子で取り込まれたデータから蛍光の有無を判定しなければならず、ノイズを含むデータが多いと蛍光の有無そのものの判定精度が低くなってしまうという問題があった。   However, it was not possible to know where the spot was spotted before hybridization. For this reason, the presence / absence of fluorescence must be determined from data captured by all the photoelectric conversion elements, and there is a problem that the determination accuracy of the presence / absence of fluorescence itself is lowered when there is a lot of data including noise.

本発明の課題は、精度のよい生体高分子分析装置及び生体高分子分析方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an accurate biopolymer analyzer and a biopolymer analysis method .

以上の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、透明基板上に二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子を備える撮像素子の受光面上に特定の生体高分子と結合するプローブの溶液を滴下しスポットを形成した生体高分子分析チップと、前記生体高分子分析チップに前記透明基板側からスポット検出光を照射するスポット検出光源と、前記スポット検出光の前記スポットの表面における反射光強度に基づいて前記スポットの有無を検出する検出手段と、を備え、前記各スポットは複数の前記光電変換素子の受光面上に形成され、前記検出手段は、前記各スポットに対応する複数の光電変換素子のうち蛍光があると判定された光電変換素子が複数ある場合、それらの蛍光データの平均値をそのスポットの蛍光データとすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is characterized in that a specific biopolymer is formed on a light receiving surface of an imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on a transparent substrate. A biopolymer analysis chip in which a solution of a probe to be bound is dropped to form a spot; a spot detection light source that irradiates the biopolymer analysis chip with spot detection light from the transparent substrate side; and the spot of the spot detection light Detecting means for detecting the presence or absence of the spot based on reflected light intensity on the surface , each spot is formed on a light receiving surface of a plurality of the photoelectric conversion elements, and the detecting means corresponds to each spot If a plurality of photoelectric conversion elements is determined that there is fluorescence of the photoelectric conversion element to have more than one average value of fluorescence data that fluorescent data of the spot And butterflies.

請求項4に記載の発明は、透明基板上に二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子を備える撮像素子の受光面上に特定の生体高分子と結合するプローブの溶液を滴下して前記複数の前記光電変換素子の受光面上に形成されたスポットを有する生体高分子分析チップに前記透明基板側からスポット検出光を照射し、前記スポット検出光の前記スポットの表面における反射光強度に基づいて前記スポットの有無を検出する際に、前記各スポットに対応する複数の光電変換素子のうち蛍光があると判定された光電変換素子が複数ある場合、それらの蛍光データの平均値をそのスポットの蛍光データとする。According to a fourth aspect of the present invention, a solution of a probe that binds to a specific biopolymer is dropped on a light-receiving surface of an imaging device including a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on a transparent substrate. The biopolymer analysis chip having spots formed on the light receiving surfaces of the plurality of photoelectric conversion elements is irradiated with spot detection light from the transparent substrate side, and the reflected light intensity of the spot detection light on the surface of the spot is increased. When there are a plurality of photoelectric conversion elements determined to have fluorescence among the plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each spot when detecting the presence / absence of the spot based on the average value of the fluorescence data Fluorescence data.

前記検出手段により駆動され、前記撮像素子の受光面上に、蛍光色を発する液体及び蛍光色を発しない液体を選択的に滴下するスポッターを備えることが好ましい。   It is preferable to include a spotter that is driven by the detection means and selectively drops a liquid that emits a fluorescent color and a liquid that does not emit a fluorescent color on the light receiving surface of the imaging device.

前記スポッタは、前記蛍光色を発しない液体の滴下を、前記蛍光色を発する液体の滴下の後に行うことが好ましい。   The spotter preferably performs the dropping of the liquid that does not emit the fluorescent color after the dropping of the liquid that emits the fluorescent color.

ここで、蛍光色を発しない液体としては、純水、あるいは純水に近い試料、例えば、プローブの溶液と同じ溶媒等を用いることができる。   Here, as the liquid that does not emit fluorescent color, pure water or a sample close to pure water, for example, the same solvent as the solution of the probe can be used.

本発明によれば、生体高分子分析の精度を向上することができる。   According to the present invention, the accuracy of biopolymer analysis can be improved.

以下に、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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.

〔第1の実施の形態〕
〔1〕生体高分子分析チップの全体構成
図1は、本発明を適用した第1の実施形態における生体高分子分析チップ10の概略平面図であり、図2は、図1の切断面IIに沿った矢視断面図である。
[First Embodiment]
[1] Overall Configuration of Biopolymer Analysis Chip FIG. 1 is a schematic plan view of a biopolymer analysis chip 10 according to the first embodiment to which the present invention is applied, and FIG. 2 is a cross-sectional view II in FIG. FIG.

この生体高分子分析チップ10は、透明基板17と、光電変換素子を透明基板17上に二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイス30と、固体撮像デバイス30の受光面上において点在したスポット60,60,…と、を具備する。   The biopolymer analysis chip 10 is dotted on the transparent substrate 17, the solid-state imaging device 30 in which the photoelectric conversion elements are arranged in a two-dimensional array on the transparent substrate 17, and the light-receiving surface of the solid-state imaging device 30. Spots 60, 60,...

〔2〕固体撮像デバイス
図1〜図4を用いて固体撮像デバイス30について詳細に説明する。ここで、図3は、固体撮像デバイス30の画素である光電変換素子の電極構造を示した平面図であり、図4は、図2における固体撮像デバイス30の光電変換素子を示す拡大図である。
[2] Solid-State Imaging Device The solid-state imaging device 30 will be described in detail with reference to FIGS. Here, FIG. 3 is a plan view showing an electrode structure of a photoelectric conversion element that is a pixel of the solid-state imaging device 30, and FIG. 4 is an enlarged view showing the photoelectric conversion element of the solid-state imaging device 30 in FIG. .

この固体撮像デバイス30は透明基板17上に設けられている。透明基板17は、光を透過する性質(以下、光透過性という。)を有するとともに絶縁性を有し、石英ガラス等といったガラス基板又はポリカーボネート、PMMA等といったプラスチック基板である。   The solid-state imaging device 30 is provided on the transparent substrate 17. The transparent substrate 17 has a property of transmitting light (hereinafter referred to as “light transmitting property”) and has an insulating property, and is a glass substrate such as quartz glass or a plastic substrate such as polycarbonate or PMMA.

この固体撮像デバイス30においては、光電変換素子としてダブルゲート型電界効果トランジスタ(以下、ダブルゲートトランジスタという。)20が利用され、複数のダブルゲートトランジスタ20,20,…が透明基板17上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列され、これらダブルゲートトランジスタ20,20,…が保護絶縁膜32によってまとめて被覆されている。   In this solid-state imaging device 30, a double gate type field effect transistor (hereinafter referred to as a double gate transistor) 20 is used as a photoelectric conversion element, and a plurality of double gate transistors 20, 20,. The double gate transistors 20, 20,... Are collectively covered with a protective insulating film 32. The double gate transistors 20, 20,.

ダブルゲートトランジスタ20,20,…は何れも、受光部である半導体膜23と、ボトムゲート絶縁膜22を挟んで半導体膜23の下に形成されたボトムゲート電極21と、トップゲート絶縁膜29を挟んで半導体膜23の上に形成されたトップゲート電極31と、半導体膜23の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜25と、半導体膜23の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜26と、不純物半導体膜25に重なったソース電極27と、不純物半導体膜25に重なったドレイン電極28と、を備え、半導体膜23において受光した光量に従ったレベルの電気信号に変換するものである。   Each of the double gate transistors 20, 20,... Includes a semiconductor film 23 that is a light receiving portion, a bottom gate electrode 21 formed under the semiconductor film 23 with the bottom gate insulating film 22 interposed therebetween, and a top gate insulating film 29. The top gate electrode 31 formed on the semiconductor film 23, the impurity semiconductor film 25 formed so as to overlap part of the semiconductor film 23, and the impurity semiconductor formed so as to overlap another part of the semiconductor film 23 A film 26, a source electrode 27 overlaid on the impurity semiconductor film 25, and a drain electrode 28 overlaid on the impurity semiconductor film 25 are converted into an electric signal having a level according to the amount of light received by the semiconductor film 23. is there.

ボトムゲート電極21は、ダブルゲートトランジスタ20ごとに透明基板17上に形成されている。また、透明基板17上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン41,41,…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ20,20,…のそれぞれのボトムゲート電極21が共通のボトムゲートライン41と一体となって形成されている。ボトムゲート電極21及びボトムゲートライン41は、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。   The bottom gate electrode 21 is formed on the transparent substrate 17 for each double gate transistor 20. Further, a plurality of bottom gate lines 41, 41,... Extending in the horizontal direction are formed on the transparent substrate 17, and the double gate transistors 20, 20,. Each bottom gate electrode 21 is formed integrally with a common bottom gate line 41. The bottom gate electrode 21 and the bottom gate line 41 have conductivity and light shielding properties, and are made of, for example, chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an alloy thereof.

ダブルゲートトランジスタ20,20,…のボトムゲート電極21及びボトムゲートライン41,41,…はボトムゲート絶縁膜22によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜22は全てのダブルゲートトランジスタ20,20,…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜22は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン(SiN)又は酸化シリコン(SiO2)からなる。 The bottom gate electrode 21 and the bottom gate lines 41, 41,... Of the double gate transistors 20, 20,. That is, the bottom gate insulating film 22 is a film formed in common to all the double gate transistors 20, 20,. The bottom gate insulating film 22 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride (SiN) or silicon oxide (SiO 2 ).

ボトムゲート絶縁膜22上には、複数の半導体膜23がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜23は、ダブルゲートトランジスタ20ごとに独立して形成されており、それぞれのダブルゲートトランジスタ20においてボトムゲート電極21に対して対向配置され、ボトムゲート電極21との間にボトムゲート絶縁膜22を挟んでいる。半導体膜23は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコン又はポリシリコンで形成された層である。   A plurality of semiconductor films 23 are formed on the bottom gate insulating film 22 so as to be arranged in a matrix. The semiconductor film 23 is formed independently for each double gate transistor 20, and is disposed opposite to the bottom gate electrode 21 in each double gate transistor 20, and the bottom gate insulating film 22 is interposed between the bottom gate electrode 21. Is sandwiched. The semiconductor film 23 has a substantially rectangular shape in plan view, and is a layer formed of amorphous silicon or polysilicon that generates electron-hole pairs in an amount corresponding to the amount of received fluorescence.

半導体膜23上には、チャネル保護膜24が形成されている。チャネル保護膜24は、ダブルゲートトランジスタ20ごとに独立してパターニングされており、それぞれのダブルゲートトランジスタ20において半導体膜23の中央部上に形成されている。チャネル保護膜24は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜24は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜23の界面を保護するものである。半導体膜23に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜24と半導体膜23との界面付近を中心に発生するようになっている。この場合、半導体膜23側にはキャリアとして正孔が発生し、チャネル保護膜24側には電子が発生する。   A channel protective film 24 is formed on the semiconductor film 23. The channel protective film 24 is patterned independently for each double gate transistor 20, and is formed on the central portion of the semiconductor film 23 in each double gate transistor 20. The channel protective film 24 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide. The channel protective film 24 protects the interface of the semiconductor film 23 from an etchant used for patterning. When light enters the semiconductor film 23, an amount of electron-hole pairs according to the amount of incident light is generated around the interface between the channel protective film 24 and the semiconductor film 23. In this case, holes are generated as carriers on the semiconductor film 23 side, and electrons are generated on the channel protective film 24 side.

半導体膜23の一端部上には、不純物半導体膜25が一部チャネル保護膜24に重なるようにして形成されており、半導体膜23の他端部上には、不純物半導体膜26が一部チャネル保護膜24に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜25,26は、ダブルゲートトランジスタ20ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜25,26は、n型の不純物イオンを含むアモルファスシリコン(n+シリコン)からなる。 An impurity semiconductor film 25 is formed so as to partially overlap the channel protective film 24 on one end portion of the semiconductor film 23, and an impurity semiconductor film 26 is partially channeled on the other end portion of the semiconductor film 23. It is formed so as to overlap the protective film 24. The impurity semiconductor films 25 and 26 are patterned independently for each double gate transistor 20. The impurity semiconductor films 25 and 26 are made of amorphous silicon (n + silicon) containing n-type impurity ions.

不純物半導体膜25上には、ソース電極27が形成され、不純物半導体膜26上には、ドレイン電極28が形成されている。ソース電極27及びドレイン電極28はダブルゲートトランジスタ20ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン42,42,…及びドレインライン43,43,…がボトムゲート絶縁膜22上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ20,20,…のソース電極27は共通のソースライン42と一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ20,20,…のドレイン電極28は共通のドレインライン43と一体に形成されている。ソース電極27、ドレイン電極28、ソースライン42及びドレインライン43は、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。   A source electrode 27 is formed on the impurity semiconductor film 25, and a drain electrode 28 is formed on the impurity semiconductor film 26. The source electrode 27 and the drain electrode 28 are formed for each double gate transistor 20. A plurality of source lines 42, 42,... And drain lines 43, 43,... Extending in the vertical direction are formed on the bottom gate insulating film 22. The source electrodes 27 of the double gate transistors 20, 20,... In the same column arranged in the vertical direction are formed integrally with the common source line 42, and the double gate transistors 20 in the same column arranged in the vertical direction. , 20,... Are formed integrally with a common drain line 43. The source electrode 27, the drain electrode 28, the source line 42, and the drain line 43 have conductivity and light shielding properties, and are made of, for example, chromium, a chromium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or an alloy thereof.

ダブルゲートトランジスタ20,20,…のソース電極27及びドレイン電極28並びにソースライン42,42,…及びドレインライン43,43,…は、トップゲート絶縁膜29によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜29は全てのダブルゲートトランジスタ20,20,…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜29は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。   .. Of the double gate transistors 20, 20,... And the source lines 42, 42... And the drain lines 43, 43,. The top gate insulating film 29 is a film formed in common to all the double gate transistors 20, 20,. The top gate insulating film 29 has insulating properties and light transmissive properties, and is made of, for example, silicon nitride or silicon oxide.

トップゲート絶縁膜29上には、複数のトップゲート電極31がダブルゲートトランジスタ20ごとに形成されている。トップゲート電極31は、それぞれのダブルゲートトランジスタ20において半導体膜23に対して対向配置され、半導体膜23との間にトップゲート絶縁膜29及びチャネル保護膜24を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜29上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン44,44,…が形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ20,20,…のトップゲート電極31が共通のトップゲートライン44と一体に形成されている。トップゲート電極31及びトップゲートライン44は、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物(例えば、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム)で形成されている。   A plurality of top gate electrodes 31 are formed for each double gate transistor 20 on the top gate insulating film 29. The top gate electrode 31 is disposed opposite to the semiconductor film 23 in each double gate transistor 20, and the top gate insulating film 29 and the channel protective film 24 are sandwiched between the top gate electrode 31 and the semiconductor film 23. Further, a plurality of top gate lines 44, 44,... Extending in the horizontal direction are formed on the top gate insulating film 29, and the double gate transistors 20, 20,. The top gate electrode 31 is formed integrally with a common top gate line 44. The top gate electrode 31 and the top gate line 44 are conductive and light transmissive, for example, indium oxide, zinc oxide, tin oxide, or a mixture containing at least one of them (for example, tin-doped indium oxide ( ITO) and zinc-doped indium oxide).

ダブルゲートトランジスタ20,20,…のトップゲート電極31及びトップゲートライン44,44,…は保護絶縁膜32によってまとめて被覆され、保護絶縁膜32は全てのダブルゲートトランジスタ20,20,…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜32は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。保護絶縁膜32の表面には、励起光フィルタ33が設けられる。   The top gate electrode 31 and the top gate lines 44, 44,... Of the double gate transistors 20, 20,... Are collectively covered by the protective insulating film 32, and the protective insulating film 32 is common to all the double gate transistors 20, 20,. It is the film | membrane formed in this way. The protective insulating film 32 has insulating properties and light transmittance, and is made of silicon nitride or silicon oxide. An excitation light filter 33 is provided on the surface of the protective insulating film 32.

以上のように構成された固体撮像デバイス30は、励起光フィルタ33の表面を受光面としており、それぞれのダブルゲートトランジスタ20の半導体膜23において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。   The solid-state imaging device 30 configured as described above has the surface of the excitation light filter 33 as a light receiving surface, and is provided so as to convert the amount of light received by the semiconductor film 23 of each double gate transistor 20 into an electrical signal. Yes.

〔3〕スポット
次に、スポット60について説明する。図1、図2、図4に示すように、複数種のスポット60,60,…が互いに離間して、固体撮像デバイス30の上面に配列されている。1つのスポット60は一本鎖プローブDNAが多数集まった群集であり、1つのスポット60に含まれる多数の一本鎖プローブDNAは同じ塩基配列(ヌクレオチド配列)を有する。また、スポット60ごとに一本鎖プローブDNAの塩基配列が異なる配列となっている。一本鎖プローブDNAとしては、検体において既知のmRNAの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のDNAが用いられる。
[3] Spot Next, the spot 60 will be described. As shown in FIGS. 1, 2, and 4, a plurality of types of spots 60, 60,... Are spaced apart from each other and arranged on the upper surface of the solid-state imaging device 30. One spot 60 is a group of many single-stranded probe DNAs, and many single-stranded probe DNAs included in one spot 60 have the same base sequence (nucleotide sequence). In addition, the base sequence of the single-stranded probe DNA is different for each spot 60. As the single-stranded probe DNA, a DNA having a base sequence identical to or complementary to the base sequence of a known mRNA in a specimen or a part thereof is used.

1つのスポット60は任意の数のダブルゲートトランジスタ20上に重なるとともに、他のスポット60,60,…と互いに離間するように形成されている。なお、1つのスポット60に重なったダブルゲートトランジスタ20の数は異なっていてもよい。   One spot 60 overlaps with an arbitrary number of double gate transistors 20 and is formed so as to be separated from the other spots 60, 60,. Note that the number of double gate transistors 20 overlapping one spot 60 may be different.

〔4〕分析装置
生体高分子分析チップ10を分析装置にセッティングして生体高分子分析チップ10を用いるので、まず分析装置について図5、図6を用いて説明する。図5は、分析装置70に生体高分子分析チップ10をセッティングした概略側面図であり、図6は、分析装置70の構成を示したブロック図である。図5において、生体高分子分析チップ10は破断して示されている。
[4] Analyzing apparatus Since the biopolymer analyzing chip 10 is used by setting the biopolymer analyzing chip 10 to the analyzing apparatus, the analyzing apparatus will be described first with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic side view in which the biopolymer analysis chip 10 is set in the analyzer 70, and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the analyzer 70. In FIG. 5, the biopolymer analysis chip 10 is shown broken.

分析装置70は、生体高分子分析チップ10がセッティングされる分析台71と、この分析台71に対して着脱できる生体高分子分析チップ10と、固体撮像デバイス30の受光面の上から受光面に向けて励起光を照射する励起光照射装置72と、固体撮像デバイス30を駆動するトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76と、励起光照射装置72、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76を制御するコンピュータ73と、コンピュータ73から出力された信号により出力(表示又はプリント)を行う出力装置77と、分析台71に埋め込まれたスポット検出光源78と、を備える。   The analysis apparatus 70 includes an analysis table 71 on which the biopolymer analysis chip 10 is set, a biopolymer analysis chip 10 that can be attached to and detached from the analysis table 71, and a light-receiving surface from the light-receiving surface of the solid-state imaging device 30. Excitation light irradiation device 72 for irradiating the excitation light toward the top, top gate driver 74, bottom gate driver 75 and drain driver 76 for driving solid-state imaging device 30, excitation light irradiation device 72, top gate driver 74, bottom gate driver And a computer 73 that controls the drain driver 76, an output device 77 that outputs (displays or prints) the signal output from the computer 73, and a spot detection light source 78 embedded in the analysis table 71.

生体高分子分析チップ10が分析台71にセッティングされた場合には、固体撮像デバイス30のトップゲートライン44,44,…がトップゲートドライバ74の端子にそれぞれ接続されるようになっている。同様に、固体撮像デバイス30のボトムゲートライン41,41,…がボトムゲートドライバ75の端子にそれぞれ接続されるようになっており、固体撮像デバイス30のドレインライン43,43,…がドレインドライバ76の端子にそれぞれ接続されるようになっている。また、生体高分子分析チップ10が分析台71にセッティングされた場合、固体撮像デバイス30のソースライン42,42,…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン42,42,…が接地されるようになっている。   When the biopolymer analysis chip 10 is set on the analysis table 71, the top gate lines 44, 44,... Of the solid-state imaging device 30 are connected to the terminals of the top gate driver 74, respectively. Similarly, the bottom gate lines 41, 41,... Of the solid-state imaging device 30 are respectively connected to the terminals of the bottom gate driver 75, and the drain lines 43, 43,. Is connected to each of the terminals. When the biopolymer analysis chip 10 is set on the analysis table 71, the source lines 42, 42,... Of the solid-state imaging device 30 are connected to a constant voltage source, and in this example, the source lines 42, 42,. It has come to be.

励起光照射装置72は分析台71に対向しており、分析台71に生体高分子分析チップ10が搭載された場合に、励起光照射装置72から面状に出射した励起光が生体高分子分析チップ10に照射されるようになっている。なお、励起光照射装置72は、出射する光の波長域を可変可能に設けられていても良い。   The excitation light irradiation device 72 faces the analysis table 71, and when the biopolymer analysis chip 10 is mounted on the analysis table 71, the excitation light emitted in a planar shape from the excitation light irradiation device 72 is biopolymer analysis. The chip 10 is irradiated. The excitation light irradiation device 72 may be provided so that the wavelength range of the emitted light can be varied.

出力装置77はプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。スポット検出光源78は、生体高分子分析チップ10の下方からスポット検出光61(可視光、例えば波長550nm)を照射する。   The output device 77 is a plotter, a printer, or a display. The spot detection light source 78 irradiates spot detection light 61 (visible light, for example, wavelength 550 nm) from below the biopolymer analysis chip 10.

トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76は、協同して固体撮像デバイス30を駆動するものである。   The top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76 cooperate to drive the solid-state imaging device 30.

コンピュータ73は、図示しないCPU、RAM、ROM等を備え、励起光照射装置72,スポット検出光源78を点灯させる機能を有する。また、コンピュータ73は、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76に固体撮像デバイス30の駆動動作を行わせる機能を有する。また、コンピュータ73は入力した二次元の画像データ画像データに従った画像を出力装置77に出力させる機能を有する。   The computer 73 includes a CPU, RAM, ROM, etc. (not shown) and has a function of turning on the excitation light irradiation device 72 and the spot detection light source 78. In addition, the computer 73 outputs a control signal to the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76, thereby driving the solid-state imaging device 30 to the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76. Has the function to perform. The computer 73 has a function of causing the output device 77 to output an image according to the input two-dimensional image data.

また、コンピュータ73はドレインドライバ76から入力した電気信号をA/D変換することで、固体撮像デバイス30の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして取得する機能を有する。そして、コンピュータ73は後述するように、固体撮像デバイス30より取得した2つの二次元の画像データの演算を行う機能を有する。   Further, the computer 73 has a function of acquiring the light intensity distribution along the light receiving surface of the solid-state imaging device 30 as two-dimensional image data by A / D converting the electric signal input from the drain driver 76. The computer 73 has a function of calculating two two-dimensional image data acquired from the solid-state imaging device 30 as will be described later.

コンピュータ73のRAMには、各ダブルゲートトランジスタにより出力されるデータが記録される。コンピュータ73のCPUは、記録されたデータをRAMから読み出し、後述する所定の演算を行い、演算結果を出力する。   In the RAM of the computer 73, data output by each double gate transistor is recorded. The CPU of the computer 73 reads the recorded data from the RAM, performs a predetermined calculation described later, and outputs a calculation result.

図7はコンピュータ73のRAMに作成されるスポット判定テーブルである。スポット判定テーブルには、生体高分子分析チップ10の各ダブルゲートトランジスタ20,20,・・・に対応して第1〜第8行×A〜H列のセルが形成されている。スポット判定テーブルは、後述するように、スポット60の有無により所定の数字が書き込まれる。   FIG. 7 is a spot determination table created in the RAM of the computer 73. In the spot determination table, cells of first to eighth rows × A to H columns are formed corresponding to the double gate transistors 20, 20,... Of the biopolymer analysis chip 10. As will be described later, a predetermined number is written in the spot determination table depending on the presence or absence of the spot 60.

図8はコンピュータ73のRAMに作成されるスポットブロックテーブルである。スポットブロックテーブルは、スポットブロックナンバーが書き込まれたナンバー列と、スポット判定テーブルにおいてスポットブロックナンバーが書き込まれたセルの位置が書き込まれる位置内容列と、スポットブロックナンバーが書き込まれたセルにおいて検出される蛍光データの平均値が書き込まれる平均値列とからなる。   FIG. 8 is a spot block table created in the RAM of the computer 73. The spot block table is detected in the number sequence in which the spot block number is written, the position content column in which the position of the cell in which the spot block number is written in the spot determination table is written, and the cell in which the spot block number is written. It consists of an average value sequence in which the average value of fluorescence data is written.

〔5〕スポットの検出原理
ダブルゲートトランジスタ20上のスポット60の有無は、図4、図5に示すように、分析装置70のスポット検出光源78により、生体高分子分析チップの透明基板17側からスポット検出光61を照射し、各ダブルゲートトランジスタ20,20,・・・により検出される反射光62の光量により判定する。ここで、反射光62の光量によりスポット60の有無を検出する原理について説明する。
[5] Spot Detection Principle The presence or absence of the spot 60 on the double gate transistor 20 is determined from the transparent substrate 17 side of the biopolymer analysis chip by the spot detection light source 78 of the analyzer 70 as shown in FIGS. The spot detection light 61 is irradiated, and the determination is made based on the amount of the reflected light 62 detected by each of the double gate transistors 20, 20,. Here, the principle of detecting the presence / absence of the spot 60 based on the amount of the reflected light 62 will be described.

スポット検出光61は、P偏光成分とS偏光成分に分離できる。保護絶縁膜32の屈折率をnprot、励起光フィルタ33の屈折率をnFLTとすると、スポット検出光61の保護絶縁膜32と励起光フィルタ33との界面でのp偏光反射率r12P、r12Sは次式(1)、(2)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
The spot detection light 61 can be separated into a P-polarized component and an S-polarized component. When the refractive index of the protective insulating film 32 is n prot and the refractive index of the excitation light filter 33 is n FLT , the p-polarized reflectance r 12P at the interface between the protective insulating film 32 of the spot detection light 61 and the excitation light filter 33, r 12S satisfies the following expressions (1) and (2).
Figure 0004701781
Figure 0004701781

上記θ1は、スポット検出光61が保護絶縁膜32から励起光フィルタ33に入射するときの入射角であり、上記θ2は励起光フィルタ33中へ出射する屈折角である。 The θ 1 is an incident angle when the spot detection light 61 is incident on the excitation light filter 33 from the protective insulating film 32, and the θ 2 is a refraction angle emitted into the excitation light filter 33.

図4の左側に示すように、励起光フィルタ33に空気がある(スポット60がない)場合、空気の屈折率をnAIRとすると、励起光フィルタ33と空気との界面でのp偏光反射率r24P、r24Sは次式(3)、(4)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
As shown on the left side of FIG. 4, when there is air in the excitation light filter 33 (no spot 60), assuming that the refractive index of air is n AIR , the p-polarized reflectance at the interface between the excitation light filter 33 and air. r 24P and r 24S satisfy the following expressions (3) and (4).
Figure 0004701781
Figure 0004701781

上記θ4は、励起光フィルタ33を透過し空気中へ出射するスポット検出光61の屈折角である。 The angle θ 4 is the refraction angle of the spot detection light 61 that passes through the excitation light filter 33 and is emitted into the air.

そして、2つの界面を合わせたP偏光エネルギー反射率R14P、S偏光エネルギー反射率R14Sは、それぞれ次式(5)、(6)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
The P-polarized energy reflectivity R 14P and the S-polarized energy reflectivity R 14S obtained by combining the two interfaces satisfy the following expressions (5) and (6), respectively.
Figure 0004701781
Figure 0004701781

ここで、δ2は次式(7)を満たす。なお、d2は励起光フィルタ33の膜厚である。

Figure 0004701781
Here, δ 2 satisfies the following equation (7). D 2 is the thickness of the excitation light filter 33.
Figure 0004701781

図9は生体高分子分析チップ10のスポット60が設けられていない部分におけるスポット検出光61のP偏光エネルギー反射率R14P、S偏光エネルギー反射率R14Sを式(5)、(6)に基づいて示したグラフである。なお、λ=550nm、nprot=1.87、nFLT=2.32、nAIR=1.0として計算している。 FIG. 9 shows the P-polarized energy reflectance R 14P and S-polarized energy reflectance R 14S of the spot detection light 61 in the portion where the spot 60 of the biopolymer analysis chip 10 is not provided, based on the equations (5) and (6). It is the graph shown. Note that the calculation is performed with λ = 550 nm, n prot = 1.87, n FLT = 2.32, and n AIR = 1.0.

一方、図4の右側に示すように、励起光フィルタ33にスポット60がある場合、スポットを構成する溶液の屈折率をnhybとすると、励起光フィルタ33とスポット60との界面でのp偏光反射率r23P、r23Sは次式(8)、(9)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
On the other hand, as shown on the right side of FIG. 4, when the excitation light filter 33 has a spot 60, assuming that the refractive index of the solution constituting the spot is n hyb , p-polarized light at the interface between the excitation light filter 33 and the spot 60. The reflectances r 23P and r 23S satisfy the following expressions (8) and (9).
Figure 0004701781
Figure 0004701781

上記θ3は、励起光フィルタ33を透過したスポット検出光61のスポット60中へ出射する屈折角である。 The θ 3 is a refraction angle that is emitted into the spot 60 of the spot detection light 61 that has passed through the excitation light filter 33.

そして、スポット60と空気との界面でのp偏光反射率r34P、r34Sは次式(10)、(11)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
The p-polarized reflectances r 34P and r 34S at the interface between the spot 60 and the air satisfy the following expressions (10) and (11).
Figure 0004701781
Figure 0004701781

そして、励起光フィルタ33とスポット60との界面、及びスポット60と空気との界面の2つの界面を合成した仮想的な境界面におけるP偏光エネルギー反射率R24P、S偏光エネルギー反射率R24Sは、それぞれ次式(12)、(13)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
The P-polarized energy reflectivity R 24P and the S-polarized energy reflectivity R 24S at the virtual interface obtained by synthesizing the interface between the excitation light filter 33 and the spot 60 and the interface between the spot 60 and the air are: Respectively, the following expressions (12) and (13) are satisfied.
Figure 0004701781
Figure 0004701781

ここで、δ3は次式(14)を満たす。なお、d3はスポット60の高さである。

Figure 0004701781
Here, δ 3 satisfies the following equation (14). D 3 is the height of the spot 60.
Figure 0004701781

この2つの界面の仮想的な境界面におけるP偏向反射率r234P、r234Sは、次式(15)、(16)を満たす。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
The P-polarized reflectances r 234P and r 234S at the virtual boundary surface between these two interfaces satisfy the following expressions (15) and (16).
Figure 0004701781
Figure 0004701781

そして、この仮想的な界面、及びスポット60と空気との界面を合成した仮想的な境界面におけるP偏光エネルギー反射率RP、S偏光エネルギー反射率RSは、それぞれ次式(17)、(18)を満たしている。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
The P-polarized energy reflectivity R P and the S-polarized energy reflectivity R S at the virtual interface and the virtual interface obtained by synthesizing the interface between the spot 60 and the air are expressed by the following equations (17), ( 18) is satisfied.
Figure 0004701781
Figure 0004701781

ここで、φ3Pは上記仮想的な境界面におけるP偏光位相角、φ3Sは上記仮想的な境界面におけるS偏光位相角であり、次式(19)、(20)を満たしている。

Figure 0004701781
Figure 0004701781
Here, φ 3P is the P-polarization phase angle at the virtual boundary surface, and φ 3S is the S-polarization phase angle at the virtual boundary surface, which satisfies the following equations (19) and (20).
Figure 0004701781
Figure 0004701781

図10は生体高分子分析チップ10上のスポット60が設けられている部分におけるP偏光エネルギー反射率RP、S偏光エネルギー反射率RSを式(17)、(18)に基づいて示したグラフである。なお、λ=550nm、nprot=1.87、nFLT=2.32、nhyb=1.52、nAIR=1.0として計算している。 FIG. 10 is a graph showing the P-polarized energy reflectivity R P and the S-polarized energy reflectivity R S on the basis of the equations (17) and (18) in the portion where the spot 60 is provided on the biopolymer analysis chip 10. It is. Note that the calculation is performed with λ = 550 nm, n prot = 1.87, n FLT = 2.32, n hyb = 1.52, and n AIR = 1.0.

スポット60がない場合、図9に示すように、低入射角(20度以下)では、偏向平均反射率は15%以上であるのに対し、スポット60がある場合、図10に示すように、低入射角(20度以下)では、偏向平均反射率は約5%程度である。このため、スポット60の有無により各ダブルゲートトランジスタ20,20,・・・により検出される反射光62の強度に3〜5倍の光量差があり、光量が多ければスポット60がなく、少なければスポット60があると判別することができる。   When there is no spot 60, as shown in FIG. 9, at a low incident angle (20 degrees or less), the deflection average reflectance is 15% or more, whereas when there is a spot 60, as shown in FIG. At a low incident angle (20 degrees or less), the deflection average reflectance is about 5%. Therefore, the intensity of the reflected light 62 detected by each of the double gate transistors 20, 20,... Is different by 3 to 5 times depending on the presence or absence of the spot 60. It can be determined that there is a spot 60.

〔6〕スポットの検出操作
以下、分析装置70を用いた生体高分子分析チップ10の固体撮像デバイス30の受光面上のスポット60を検出する操作について説明する。
[6] Spot Detection Operation Hereinafter, an operation for detecting the spot 60 on the light receiving surface of the solid-state imaging device 30 of the biopolymer analysis chip 10 using the analyzer 70 will be described.

スポットを検出するには、まず、固体撮像デバイス30の受光面上にスポット60を形成した生体高分子分析チップ10を分析装置70の分析台71にセットする。   In order to detect the spot, first, the biopolymer analysis chip 10 in which the spot 60 is formed on the light receiving surface of the solid-state imaging device 30 is set on the analysis table 71 of the analyzer 70.

次いで、コンピュータ73により、スポット検出光源78を点灯させ、図4に示すようにスポット検出光61を生体高分子分析チップ10の透明基板17側から照射するとともに、各ダブルゲートトランジスタ20,20,・・・により反射光62の光量を検出し、スポット60の有無を判定する。スポット60の有無の判定結果はコンピュータ73のRAMに記憶される。   Next, the computer 73 turns on the spot detection light source 78 and irradiates the spot detection light 61 from the transparent substrate 17 side of the biopolymer analysis chip 10 as shown in FIG. ... Detect the amount of reflected light 62 and determine the presence or absence of the spot 60. The determination result of the presence / absence of the spot 60 is stored in the RAM of the computer 73.

ここで、生体高分子分析チップ10は、固体撮像デバイス30の受光面をあらかじめ幾つかの領域(スポットブロック)に分割し、各スポットブロックに1つずつスポットを形成したものである。つまり、スポットする位置はおおむね決められており、各スポットブロックは、スポット位置ずれを考慮してスポットがそれぞれ一つずつ入る程度の領域に設定されている。例えば図1に示すように、A〜H列×第1〜第8行の8×8のダブルゲートトランジスタ20,20,・・・からなる領域を、A1〜D4、E1〜H4、A5〜D8、E5〜H8に分け、各領域に1つずつスポット60が形成されている。なお、図1では、(B,1),(B,2),(C,1),(C,2),(C,5),(C,6),(D,5),(D,6),(F,2),(F,3),(G,2),(G,3),(G,6),(G,7),(H,6),(H,7)に対応する各ダブルゲートトランジスタ20上にスポット60が形成されている。   Here, the biopolymer analysis chip 10 is obtained by dividing the light-receiving surface of the solid-state imaging device 30 into several regions (spot blocks) in advance and forming one spot in each spot block. In other words, the spot positions are generally determined, and each spot block is set to an area in which one spot is entered in consideration of the spot position deviation. For example, as shown in FIG. 1, regions composed of A to H columns × 1st to 8th rows of 8 × 8 double gate transistors 20, 20,... Are represented by A1 to D4, E1 to H4, A5 to D8. , E5 to H8, and one spot 60 is formed in each region. In FIG. 1, (B, 1), (B, 2), (C, 1), (C, 2), (C, 5), (C, 6), (D, 5), (D , 6), (F, 2), (F, 3), (G, 2), (G, 3), (G, 6), (G, 7), (H, 6), (H, 7 A spot 60 is formed on each double-gate transistor 20 corresponding to).

そして、分割されたスポットブロックごとにスポットブロックナンバーが割り当てられる。例えば、A1〜D4の領域に1、E1〜H4の領域に2、A5〜D8の領域に3、E5〜H8の領域に4のスポットブロックナンバーが割り当てられる。   A spot block number is assigned to each divided spot block. For example, a spot block number of 1 is assigned to the area A1 to D4, 2 to the area E1 to H4, 3 to the area A5 to D8, and 4 to the area E5 to H8.

スポット60の有無の判定結果は、スポット判定テーブルに書き込まれる。例えば、図7に示すように、スポットブロック1の領域で反射率の違いによりスポット60が有ると判定されたダブルゲートトランジスタ20に対応する座標のセル(B,1),(B,2),(C,1),(C,2)には、ブロックナンバー「1」の値が書き込まれ、他のセルには「0」の値が書き込まれる。
同様に、スポットブロック2の領域でスポット60が有ると判定されたダブルゲートトランジスタ20に対応するセル(C,5),(C,6),(D,5),(D,6)には、ブロックナンバー「2」の値が書き込まれ、他のセルには「0」の値が書き込まれる。
同様に、スポットブロック3の領域でスポット60が有ると判定されたダブルゲートトランジスタ20に対応するセル(F,2),(F,3),(G,2),(G,3)には、ブロックナンバー「3」の値が書き込まれ、他のセルには「0」の値が書き込まれる。
同様に、スポットブロック4の領域でスポット60が有ると判定されたダブルゲートトランジスタ20に対応するセル(G,6),(G,7),(H,6),(H,7)には、ブロックナンバー「4」の値が書き込まれ、他のセルには「0」の値が書き込まれる。
The determination result of the presence / absence of the spot 60 is written in the spot determination table. For example, as shown in FIG. 7, cells (B, 1), (B, 2), coordinates of coordinates corresponding to the double gate transistor 20 determined to have the spot 60 due to the difference in reflectance in the area of the spot block 1. A value of block number “1” is written in (C, 1) and (C, 2), and a value of “0” is written in other cells.
Similarly, cells (C, 5), (C, 6), (D, 5), and (D, 6) corresponding to the double gate transistor 20 determined to have the spot 60 in the area of the spot block 2 The value of the block number “2” is written, and the value of “0” is written in the other cells.
Similarly, the cells (F, 2), (F, 3), (G, 2), and (G, 3) corresponding to the double gate transistor 20 determined to have the spot 60 in the spot block 3 region include The value of the block number “3” is written, and the value of “0” is written in the other cells.
Similarly, cells (G, 6), (G, 7), (H, 6), (H, 7) corresponding to the double gate transistor 20 determined to have the spot 60 in the area of the spot block 4 The value of the block number “4” is written, and the value of “0” is written in the other cells.

なお、各スポットブロックに対応するセルにあらかじめブロックナンバー「1」、「2」、「3」、「4」、・・・を書き込んでおき、スポット60がないと判定したセルに「0」の値を書き込んでもよい。   In addition, block numbers “1”, “2”, “3”, “4”,... Are written in advance in the cells corresponding to the respective spot blocks, and “0” is written in the cells determined to have no spot 60. A value may be written.

スポット判定テーブルのブロックナンバーが書き込まれたセルに対応する座標は、スポットブロックテーブルのブロックナンバーに対応する位置内容列に書き込まれ、各スポットにおける蛍光データの平均値の算出に用いられる。   The coordinates corresponding to the cell in which the block number of the spot determination table is written are written in the position content column corresponding to the block number of the spot block table and used for calculating the average value of the fluorescence data at each spot.

例えばブロックナンバー1の行の位置内容列には、ブロックナンバー「1」が書き込まれたセル(B,1),(B,2),(C,1),(C,2)の座標が書き込まれ、ブロックナンバー2の行の位置内容列には、ブロックナンバー「2」が書き込まれたセル(C,5),(C,6),(D,5),(D,6)の座標が書き込まれ、ブロックナンバー3の行の位置内容列には、ブロックナンバー「3」が書き込まれたセル(F,2),(F,3),(G,2),(G,3)の座標が書き込まれ、ブロックナンバー4の行の位置内容列には、ブロックナンバー「4」が書き込まれたセル(G,6),(G,7),(H,6),(H,7)の座標が書き込まれている。   For example, the coordinates of the cells (B, 1), (B, 2), (C, 1), (C, 2) in which the block number “1” is written are written in the position content column of the row of block number 1. In the position content column of the row of block number 2, the coordinates of the cells (C, 5), (C, 6), (D, 5), (D, 6) in which the block number “2” is written are shown. The coordinates of the cell (F, 2), (F, 3), (G, 2), (G, 3) in which the block number “3” is written are written in the position content column of the row of the block number 3. Is written in the position content column of the row of block number 4 in the cells (G, 6), (G, 7), (H, 6), (H, 7) in which the block number “4” is written. Coordinates are written.

なお、図1では各スポット60がそれぞれ4つのダブルゲートトランジスタ20上に形成されているので、各行の位置内容列には4つの座標が書き込まれているが、その数はスポット60の形成される位置や大きさによって変動する。   In FIG. 1, since each spot 60 is formed on each of the four double gate transistors 20, four coordinates are written in the position content column of each row, but the number of spots 60 is formed. It varies depending on the position and size.

〔7〕DNAサンプルの処理方法
上記生体高分子分析チップ10を用いたDNAサンプルの処理方法について説明する。
まず、作業者が検体からcDNAを採取して、場合によってPCR増幅を行い、得られたDNAに蛍光物質を結合させ、DNAを蛍光物質で標識する。蛍光物質は、分析装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光を発するものを選択するが、蛍光物質としては、例えばCyDyeのCy2(アマシャム社製)がある。得られたDNAは、溶液中に含まれている。以下では、このDNAをサンプルDNAという。
[7] DNA Sample Processing Method A DNA sample processing method using the biopolymer analysis chip 10 will be described.
First, an operator collects cDNA from a specimen, optionally performs PCR amplification, binds a fluorescent substance to the obtained DNA, and labels the DNA with the fluorescent substance. As the fluorescent material, one that is excited by the excitation light emitted from the excitation light irradiation device of the analyzer and emits fluorescence by the excitation light is selected. For example, CyDye Cy2 (Amersham) Made). The obtained DNA is contained in a solution. Hereinafter, this DNA is referred to as sample DNA.

次いで、作業者が、サンプルDNAを含有した溶液(以下、サンプルDNA溶液という)を固体撮像デバイス30の受光面に塗布する。ここで、固体撮像デバイス30の受光面にサンプルDNAを分布させるために、サンプルDNAを電気泳動させても良い。なお、サンプルDNA溶液をスポット60,60,…に順次又は同時に滴下しても良い。このとき、サンプルDNAが一本鎖となるようにサンプルDNA溶液は加熱されている。   Next, the worker applies a solution containing sample DNA (hereinafter referred to as sample DNA solution) to the light receiving surface of the solid-state imaging device 30. Here, in order to distribute the sample DNA on the light receiving surface of the solid-state imaging device 30, the sample DNA may be electrophoresed. It should be noted that the sample DNA solution may be dropped on the spots 60, 60,. At this time, the sample DNA solution is heated so that the sample DNA becomes a single strand.

その後、プローブDNAとサンプルDNAとがハイブリダイゼーションを引き起こすように、生体高分子分析チップ10を所定の温度に冷却する。これにより、スポット60,60,…のなかにサンプルDNAと相補的なプローブDNAがあれば、これとハイブリダイズする。一方、スポット60,60,…のなかにサンプルDNAと相補的なものがなければ、サンプルDNAはどのスポット60,60,…にも結合しない。   Thereafter, the biopolymer analysis chip 10 is cooled to a predetermined temperature so that the probe DNA and the sample DNA cause hybridization. Thus, if there is a probe DNA complementary to the sample DNA in the spots 60, 60,. On the other hand, if none of the spots 60, 60,... Is complementary to the sample DNA, the sample DNA will not bind to any of the spots 60, 60,.

その後、固体撮像デバイス30の受光面に塗布したサンプルDNAのうちハイブリダイゼーションしなかったものは洗い流す。   Thereafter, the sample DNA applied to the light receiving surface of the solid-state imaging device 30 that is not hybridized is washed away.

〔8〕DNAサンプルの検出方法
DNAサンプルの検出方法について説明する。まず、上記処理を行った固体撮像デバイス30を分析台71にセッティングし、励起光照射装置72を固体撮像デバイス30の受光面に対向させ、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76をコンピュータ73に接続する。その後、コンピュータ73を起動し、分析装置70による蛍光データの計測動作を開始する。
[8] Method for detecting DNA sample A method for detecting a DNA sample will be described. First, the solid-state imaging device 30 subjected to the above processing is set on the analysis table 71, the excitation light irradiation device 72 is opposed to the light receiving surface of the solid-state imaging device 30, and the top gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76 are set. Connect to computer 73. Thereafter, the computer 73 is started, and the fluorescence data measurement operation by the analyzer 70 is started.

以下、分析装置70による蛍光データの計測動作について説明する。まず、コンピュータ73が励起光照射装置72を制御して励起光照射装置72を点灯させ、励起光照射装置72から固体撮像デバイス30の受光面に向けて励起光を出射させるとともに、コンピュータ73がトップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76を制御することにより、固体撮像デバイス30に撮像動作を行わせる。   Hereinafter, the measurement operation of fluorescence data by the analyzer 70 will be described. First, the computer 73 controls the excitation light irradiation device 72 to turn on the excitation light irradiation device 72, and emits excitation light from the excitation light irradiation device 72 toward the light receiving surface of the solid-state imaging device 30. By controlling the gate driver 74, the bottom gate driver 75, and the drain driver 76, the solid-state imaging device 30 is caused to perform an imaging operation.

サンプルDNAが標識されているので、スポット60,60,…のうちサンプルDNAとハイブリダイゼーションしたスポット60からは蛍光(主に可視光波長域)が放出され、対応するダブルゲートトランジスタ20に蛍光が入射して電子−正孔対を発生させる。   Since the sample DNA is labeled, fluorescence (mainly visible light wavelength region) is emitted from the spot 60 hybridized with the sample DNA among the spots 60, 60,..., And the fluorescence enters the corresponding double gate transistor 20. Thus, electron-hole pairs are generated.

その後、ダブルゲートトランジスタ20,20,…のそれぞれの蛍光データを取得し、RAMに記憶する。このとき、スポット判定テーブルのうち「1」、「2」、「3」、「4」のいずれかのブロックナンバーが書き込まれたセルに対応するダブルゲートトランジスタ20の蛍光データのみから蛍光の有無を判定する。これにより、スポット60のないブロックナンバーの蛍光データから蛍光の有無を判定しなくてよいため、蛍光の有無を判定する蛍光データの数を制限しノイズとなるデータが減るので精度を高めることができる。   Then, the fluorescence data of each of the double gate transistors 20, 20,... Is acquired and stored in the RAM. At this time, the presence / absence of fluorescence is determined only from the fluorescence data of the double gate transistor 20 corresponding to the cell in which any one of the block numbers “1”, “2”, “3”, and “4” is written. judge. Thereby, since it is not necessary to determine the presence / absence of fluorescence from the fluorescence data of the block number without the spot 60, the number of fluorescence data for determining the presence / absence of fluorescence is limited, and data that becomes noise is reduced, so that the accuracy can be improved. .

次に、各スポットブロック毎に、スポット60があるダブルゲートトランジスタ20により検出された蛍光データの平均値を算出する。   Next, the average value of the fluorescence data detected by the double gate transistor 20 with the spot 60 is calculated for each spot block.

すなわち、図8に示すように、スポットブロックテーブルにおいて、ブロックナンバー1の行の平均値列のセルには、位置内容列に書き込まれた(B,1),(B,2),(C,1),(C,2)に対応する各ダブルゲートトランジスタ20で検出された蛍光データを加算し、加算したセル数で除した平均値Vt1が書き込まれる。 That is, as shown in FIG. 8, in the spot block table, (B, 1), (B, 2), (C, 1), fluorescence data detected by each double gate transistor 20 corresponding to (C, 2) is added, and an average value V t1 divided by the added number of cells is written.

同様に、ブロックナンバー2の行の平均値列のセルには、位置内容列に書き込まれた(C,5),(C,6),(D,5),(D,6)に対応するダブルゲートトランジスタ20で検出された蛍光データの平均値Vt2が書き込まれ、ブロックナンバー3の行の平均値列のセルには、位置内容列に書き込まれた(F,2),(F,3),(G,2),(G,3)に対応するダブルゲートトランジスタ20で検出された蛍光データの平均値Vt3が書き込まれ、ブロックナンバー4の行の位平均値列のセルには、位置内容列に書き込まれた(G,6),(G,7),(H,6),(H,7)に対応するダブルゲートトランジスタ20で検出された蛍光データの平均値Vt4が書き込まれる。 Similarly, the cell of the average value column in the row of block number 2 corresponds to (C, 5), (C, 6), (D, 5), (D, 6) written in the position content column. The average value V t2 of the fluorescence data detected by the double gate transistor 20 is written, and the cells of the average value column in the row of the block number 3 are written in the position content column (F, 2), (F, 3 ), (G, 2), the average value V t3 of the fluorescence data detected by the double gate transistor 20 corresponding to (G, 3) is written, and the cells in the rank average value column in the row of the block number 4 are The average value V t4 of the fluorescence data detected by the double gate transistor 20 corresponding to (G, 6), (G, 7), (H, 6), (H, 7) written in the position content sequence is written. It is.

コンピュータ73はブロックナンバー1,2,3,4、・・・に対応する蛍光データの平均値Vt1,Vt2,Vt3,Vt4,・・・を1つのブロックの光強度とする二次元の画像データとして取得する。コンピュータ73は、取得された画像データを入力し、その画像を出力装置77に出力する。そして、コンピュータ73の処理が終了する。 The computer 73 uses the average fluorescence data V t1 , V t2 , V t3 , V t4 ,... Corresponding to the block numbers 1, 2, 3, 4 ,. As image data. The computer 73 inputs the acquired image data and outputs the image to the output device 77. Then, the processing of the computer 73 ends.

作業者は、出力装置77により出力された画像データからハイブリダイゼーションの有無を確認し、ハイブリダイゼーションが起きていればプローブDNAの塩基配列からサンプルDNAの塩基配列を特定する。即ち、サンプルDNAの塩基配列は、画像の中でハイブリダイゼーションによって蛍光を発した画素に重なったスポット60と相補的な配列であるので、出力された画像データ中のどの部分が蛍光を発したかによって検体中で発現している遺伝子を特定することができる。   The operator confirms the presence or absence of hybridization from the image data output by the output device 77, and if hybridization has occurred, specifies the base sequence of the sample DNA from the base sequence of the probe DNA. That is, since the base sequence of the sample DNA is a sequence complementary to the spot 60 that overlaps the pixel that emitted fluorescence by hybridization in the image, which part of the output image data emitted fluorescence. The gene expressed in the sample can be identified.

このように、本実施の形態では、ハイブリダイズさせてから励起光を出射して蛍光を検知する前に予めスポット位置を明確に判定することができるので、以降の作業を簡略化できる。つまり、例えば、スポットのある部分の蛍光の有無だけ作業者が判断すればよく、或いはスポット判定テーブルのうちいずれかのブロックナンバーが書き込まれたセルに対応するダブルゲートトランジスタ20の蛍光データのみから蛍光の有無を判定するので精度を高くすることができる。   As described above, in the present embodiment, since the spot position can be clearly determined in advance before emitting the excitation light and detecting the fluorescence after hybridization, the subsequent operations can be simplified. That is, for example, the operator may determine only the presence or absence of fluorescence in a spotted portion, or fluorescence only from the fluorescence data of the double gate transistor 20 corresponding to the cell in which any block number is written in the spot determination table. Therefore, the accuracy can be increased.

また、複数のダブルゲートトランジスタ20により取得された蛍光データの平均値を求めることで、ノイズを除去し、S/N比を向上させることができる。また、蛍光データの平均値を1つのブロックの光強度とすることで、スポット60の大きさのバラツキが画像データにおける各ブロックの輝度に与える影響をキャンセルすることができる。   Further, by obtaining the average value of the fluorescence data acquired by the plurality of double gate transistors 20, noise can be removed and the S / N ratio can be improved. Further, by setting the average value of the fluorescence data as the light intensity of one block, it is possible to cancel the influence of the variation in the size of the spot 60 on the luminance of each block in the image data.

〔変形例1〕
なお、固体撮像デバイス30の受光面を複数のスポットブロックに分けなくてもよい。この場合、スポットの有無の判定結果は、例えば図11に示すように、スポット判定テーブルに書き込まれる。すなわち、スポット60が有ると判定したダブルゲートトランジスタ20に対応するセルには、「1」の値が書き込まれ、他のセルには「0」の値が書き込まれる。そして、蛍光データを取得するときには、スポット判定テーブルのうち「1」の値が書き込まれたセルに対応するダブルゲートトランジスタ20の蛍光データのみを取得すればよい。
[Modification 1]
The light receiving surface of the solid-state imaging device 30 may not be divided into a plurality of spot blocks. In this case, the determination result of the presence / absence of a spot is written in a spot determination table, for example, as shown in FIG. That is, the value “1” is written in the cell corresponding to the double gate transistor 20 determined to have the spot 60, and the value “0” is written in the other cells. Then, when acquiring the fluorescence data, it is only necessary to acquire only the fluorescence data of the double gate transistor 20 corresponding to the cell in which the value “1” is written in the spot determination table.

〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態で用いる生体高分子分析チップ10の固体撮像デバイス30は、第1の実施の形態で用いるものと同様であり、その説明を割愛する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The solid-state imaging device 30 of the biopolymer analysis chip 10 used in the present embodiment is the same as that used in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図12、図13は本実施の形態に用いる分析支援装置80である。図12は、分析支援装置80に生体高分子分析チップ10をセッティングした場合の概略側面図であり、図13は、分析支援装置80の回路構成を示したブロック図である。図12において、生体高分子分析チップ10は破断して示されている。   12 and 13 show an analysis support apparatus 80 used in the present embodiment. FIG. 12 is a schematic side view when the biopolymer analysis chip 10 is set in the analysis support apparatus 80, and FIG. 13 is a block diagram showing a circuit configuration of the analysis support apparatus 80. In FIG. 12, the biopolymer analysis chip 10 is shown broken.

分析支援装置80は、第1の実施の形態の分析支援装置70と同様に、分析台71と、励起光照射装置72と、生体高分子分析チップ10と、トップゲートドライバ74、ボトムゲートドライバ75及びドレインドライバ76と、コンピュータ73と、出力装置77と、スポット検出光源78と、を備える。さらに、分析支援装置80は、コンピュータ73により制御されるスポッター79を備える。   Similar to the analysis support apparatus 70 of the first embodiment, the analysis support apparatus 80 includes an analysis table 71, an excitation light irradiation device 72, a biopolymer analysis chip 10, a top gate driver 74, and a bottom gate driver 75. And a drain driver 76, a computer 73, an output device 77, and a spot detection light source 78. Further, the analysis support apparatus 80 includes a spotter 79 controlled by the computer 73.

本実施の形態におけるコンピュータ73のRAMには、第1の実施の形態と同様に、スポット判定テーブル、スポットブロックテーブルが形成されている。そして本実施の形態のスポットブロックテーブルには、図14に示すように、第1の実施の形態と同様に、ナンバー列と、位置内容列と、平均値列とが設けられているとともに、さらに、ブロックID列が設けられている。   In the RAM of the computer 73 in this embodiment, a spot determination table and a spot block table are formed as in the first embodiment. As shown in FIG. 14, the spot block table of the present embodiment is provided with a number column, a position content column, and an average value column, as in the first embodiment. A block ID column is provided.

ブロックID列には、各スポットブロックに滴下するスポット溶液の種類に応じて、所定のID名が書き込まれている。例えばスポットブロック1に対応するブロックナンバー1の行のブロックID列には、「テストサイト1」と書き込まれている。同様に、ブロックナンバー2の行のブロックID列には、「テストサイト2」、スポットブロック3に対応するブロックナンバー3の行のブロックID列には、「ポジティブコントロール」、ブロックナンバー4の行のブロックID列には、「ネガティブコントロール」と書き込まれている。ポジティブコントロールとは、必ず蛍光体が蛍光を発することを意味し、ネガティブコントロールとは、励起光を照射しても必ず蛍光を発しないことを意味する。   In the block ID column, a predetermined ID name is written according to the type of spot solution dropped on each spot block. For example, “test site 1” is written in the block ID column in the row of block number 1 corresponding to spot block 1. Similarly, the block ID column in the row of block number 2 has “test site 2”, the block ID column in the row of block number 3 corresponding to spot block 3 has “positive control”, and the block number 4 in row. In the block ID column, “negative control” is written. The positive control means that the phosphor always emits fluorescence, and the negative control means that it does not always emit fluorescence even when irradiated with excitation light.

コンピュータ73はスポッター79を駆動し、スポットブロックテーブルのブロックID列に書き込まれたID名に応じて、各スポットブロックに所定のスポット溶液を滴下する。例えば、「テストサイト1」のIDに対応するスポットブロック1には、テストスポット溶液1、「テストサイト2」のIDに対応するスポットブロック2には、テストスポット溶液2、「ポジティブコントロール」のIDに対応するスポットブロック3には、ポジティブスポット溶液、「ネガティブコントロール」のIDに対応するスポットブロック4には、ネガティブスポット溶液、を滴下させる。   The computer 73 drives the spotter 79 to drop a predetermined spot solution on each spot block according to the ID name written in the block ID column of the spot block table. For example, the spot block 1 corresponding to the ID of “test site 1” includes the test spot solution 1, the spot block 2 corresponding to the ID of “test site 2” includes the test spot solution 2, and the ID of “positive control”. A positive spot solution is dropped on the spot block 3 corresponding to, and a negative spot solution is dropped on the spot block 4 corresponding to the ID of “negative control”.

ここで、テストスポット溶液1,2としては、それぞれ任意の配列のcDNA(プローブDNA)の溶液、ポジティブスポット溶液としては、サンプルDNAの標識と同じ蛍光物質を含む溶液、又は、例えばサンプルDNAの標識と同じ蛍光物質で標識した任意の配列のDNA溶液のように、この蛍光物質をスポットした位置に固定化できる溶液、ネガティブスポット溶液としては、サンプルDNAについた蛍光物質と同一の蛍光物質を含まない液体、又は、サンプルDNAについた蛍光物質を固定化しない液体、つまりサンプルDNAとハイブリダイズする物質を含まない液体、例えば純水、またはDNAを含まないテストスポット溶液と同じ溶媒(バッファ溶液)を用いることができる。   Here, as test spot solutions 1 and 2, a solution of cDNA (probe DNA) of an arbitrary sequence, respectively, as a positive spot solution, a solution containing the same fluorescent substance as the label of sample DNA, or for example, label of sample DNA As a DNA solution of any sequence labeled with the same fluorescent substance as in the above, a solution that can fix this fluorescent substance at the spot spot, a negative spot solution does not contain the same fluorescent substance as the fluorescent substance attached to the sample DNA Use a liquid or a liquid that does not immobilize the fluorescent substance attached to the sample DNA, that is, a liquid that does not contain a substance that hybridizes with the sample DNA, such as pure water, or the same solvent (buffer solution) as the test spot solution that does not contain DNA. be able to.

スポッター79は、スポット溶液槽と、洗浄槽と、各種スポット溶液をスポットブロックにスポットするスポット針と、スポット針を駆動する駆動装置とを備える。   The spotter 79 includes a spot solution tank, a cleaning tank, a spot needle for spotting various spot solutions on the spot block, and a driving device for driving the spot needle.

スポット溶液槽は各種スポット溶液に対応して1つずつ設けられており、各スポットブロックにスポットされるスポット溶液が貯留されている。洗浄槽にはスポット針の洗浄溶液(純水)が貯留されている。   One spot solution tank is provided for each spot solution, and spot solutions to be spotted on each spot block are stored. A cleaning solution (pure water) for spot needles is stored in the cleaning tank.

駆動装置はスポット針をスポット溶液槽、洗浄槽、及び固体撮像デバイス30上で前後、左右の水平方向、及び上下方向の3軸方向に駆動する。
スポット針はスポット溶液槽に浸されて先端にスポット溶液を付着させ、各スポットブロックにスポットする。
The driving device drives the spot needle in the three axis directions of front and rear, left and right horizontal directions, and up and down directions on the spot solution tank, the washing tank, and the solid-state imaging device 30.
The spot needle is immersed in a spot solution tank to attach the spot solution to the tip and spot on each spot block.

スポッター79により各スポットブロックにスポット60を形成する動作について説明する。
まず、コンピュータ73により駆動される駆動装置がスポットブロック1に対応するテストスポット溶液1が貯留されたスポット溶液槽上にスポット針を水平移動させ、次いでスポット針を上下に動かしてスポット針の先端をスポット溶液槽内のスポット溶液に浸し、先端にスポット溶液を付着させる。次に、駆動装置が先端にスポット溶液が付着したスポット針を固体撮像デバイス30のスポットブロック1上に水平移動させる。
The operation of forming the spots 60 in each spot block by the spotter 79 will be described.
First, the driving device driven by the computer 73 moves the spot needle horizontally on the spot solution tank in which the test spot solution 1 corresponding to the spot block 1 is stored, and then moves the spot needle up and down to move the tip of the spot needle. Immerse in the spot solution in the spot solution tank and attach the spot solution to the tip. Next, the driving device horizontally moves the spot needle with the spot solution attached to the tip onto the spot block 1 of the solid-state imaging device 30.

次に、駆動装置がスポットブロック1上でスポット針を上下に運動させ、スポット針の先端に付着したスポット溶液をスポットブロック1上に滴下し、テストスポット1を形成する。   Next, the driving device moves the spot needle up and down on the spot block 1 and drops the spot solution adhering to the tip of the spot needle onto the spot block 1 to form the test spot 1.

その後、駆動装置がスポット針を洗浄槽上に移動し、スポット針を上下に動かしてスポット針の先端を洗浄槽内の洗浄溶液に浸し、スポット針の先端を洗浄する。   Thereafter, the driving device moves the spot needle onto the cleaning tank, moves the spot needle up and down, immerses the tip of the spot needle in the cleaning solution in the cleaning tank, and cleans the tip of the spot needle.

その後、駆動装置は、スポットブロック2に対応するテストスポット溶液2が貯留されたスポット溶液槽上に洗浄されたスポット針を移動する。そして同様にしてスポットブロック2上にテストスポット溶液2を滴下してスポット60を形成する。以後同様にしてスポットブロック3にポジティブスポット溶液を滴下し、スポットブロック4にネガティブスポット溶液を滴下する。そして、スポットブロック4にネガティブスポット溶液を滴下したタイミングで、ネガティブスポットの検出操作を行う。   Thereafter, the driving device moves the cleaned spot needle onto the spot solution tank in which the test spot solution 2 corresponding to the spot block 2 is stored. Similarly, a spot 60 is formed by dropping the test spot solution 2 on the spot block 2. Thereafter, in the same manner, a positive spot solution is dropped on the spot block 3, and a negative spot solution is dropped on the spot block 4. Then, a negative spot detection operation is performed at the timing when the negative spot solution is dropped onto the spot block 4.

すなわち、コンピュータ73により、スポット針がスポットブロック4にネガティブスポット溶液を滴下する際の駆動装置のタイミング信号を取り、その後、コンピュータ73により、スポット検出光源78を点灯させ、スポット検出光61を生体高分子分析チップ10の透明基板17側から照射するとともに、各ダブルゲートトランジスタ20,20,・・・により反射光62の光量を検出し、スポット60の有無を判定する。   That is, the computer 73 takes the timing signal of the driving device when the spot needle drops the negative spot solution on the spot block 4, and then the computer 73 turns on the spot detection light source 78 and changes the spot detection light 61 to the height of the living body. While irradiating from the transparent substrate 17 side of the molecular analysis chip 10, the amount of the reflected light 62 is detected by each double gate transistor 20, 20,.

ネガティブスポット溶液は純水やバッファ溶液等であるので、乾燥させて実質的に消失してしまった後にそのスポットの位置を光学的に検出することは非常に困難である。これは表面に純水(屈折率約1.4)やバッファ溶液(屈折率約1.4以上)のようにネガティブスポット溶液の屈折率が空気の屈折率(約1.0)より高いので、ネガティブスポット溶液もポジティブスポット溶液もない部分、つまり空気の部分との屈折率の差により光学的に位置を検出するからである。本実施の形態では、ネガティブスポット溶液をスポットした後、直ちにスポットを検出するため、確実にネガティブスポット溶液のスポットを検出することができる。   Since the negative spot solution is pure water, a buffer solution, or the like, it is very difficult to optically detect the spot position after the negative spot solution has substantially disappeared after drying. This is because the refractive index of the negative spot solution is higher than the refractive index of air (about 1.0), such as pure water (refractive index of about 1.4) or buffer solution (refractive index of about 1.4 or more) on the surface. This is because the position is optically detected based on the difference in refractive index from the portion without the negative spot solution and the positive spot solution, that is, the air portion. In the present embodiment, since the spot is detected immediately after spotting the negative spot solution, the spot of the negative spot solution can be reliably detected.

なお、テストスポット溶液、ポジティブスポット溶液、ネガティブスポット溶液を滴下するスポットブロックは任意である。また、滴下する順番も任意であるが、ネガティブスポット溶液の滴下を最後に行うことが好ましい。ネガティブスポット溶液の滴下を最後に行わない場合には、ネガティブスポットの検出を行った後に、その後滴下した他のスポット溶液によるスポットの検出を別途行う必要があるが、ネガティブスポット溶液の滴下を最後に行うと、ネガティブスポット溶液のスポットとともに他の全てのスポットの検出も行うことができるからである。   The spot block to which the test spot solution, positive spot solution, and negative spot solution are dropped is arbitrary. Further, the dropping order is arbitrary, but it is preferable to drop the negative spot solution last. If the negative spot solution is not dropped last, it is necessary to detect the spot with another spot solution after the negative spot is detected, but the negative spot solution is dropped last. This is because detection of all other spots can be performed together with the spot of the negative spot solution.

スポット60が図1と同様に形成されている場合、第1の実施の形態と同様に、コンピュータ73のRAMに図7と同様のスポット判定テーブルが作成され、RAMに作成されたスポットブロックテーブルの位置内容列には、図14に示すように、スポット判定テーブルのブロックナンバーが書き込まれたセルに対応する座標が書き込まれる。   When the spot 60 is formed in the same manner as in FIG. 1, a spot determination table similar to that in FIG. 7 is created in the RAM of the computer 73 as in the first embodiment, and the spot block table created in the RAM is In the position content column, as shown in FIG. 14, coordinates corresponding to the cell in which the block number of the spot determination table is written are written.

そして、第1の実施の形態と同様にして、DNAサンプルの検出を行い、蛍光データを得ると、平均値列のセルには、対応する位置内容列に書き込まれた座標の各ダブルゲートトランジスタ20で検出された蛍光データを加算し、加算したセル数で除した平均値Vt1,Vt2,Vt3,Vt4が書き込まれる。 Then, in the same manner as in the first embodiment, when a DNA sample is detected and fluorescence data is obtained, each double gate transistor 20 of the coordinates written in the corresponding position content column is displayed in the cells of the average value column. The fluorescence data detected in (1) is added, and average values V t1 , V t2 , V t3 , V t4 divided by the added number of cells are written.

本実施の形態では、コンピュータ73のCPUが、ブロックID列に「ポジティブコントロール」と書き込まれた行の平均値列に書き込まれた蛍光データの平均値を、ポジティブコントロールデータVpcとして扱う。すなわち、Vpc=Vt3として扱う。また、ブロックID列に「ネガティブコントロール」と書き込まれた行の平均値列に書き込まれた蛍光データの平均値を、ネガティブコントロールデータVncとして扱う。すなわち、Vnc=Vt4として扱う。 In the present embodiment, the CPU of the computer 73 treats the average value of the fluorescence data written in the average value column of the row where “positive control” is written in the block ID column as the positive control data V pc . That is, it is treated as V pc = V t3 . Further, the average value of the fluorescence data written in the average value column of the row in which “Negative control” is written in the block ID column is handled as negative control data V nc . That is, V nc = V t4 is handled.

そして、コンピュータ73のCPUは、ネガティブコントロールにおける蛍光データの平均値Vncと他のテストサイト1,2における蛍光データの平均値Vt1,Vt2との大小を比較することで、各テストサイトにおけるハイブリダイズの有無を検出する。 Then, the CPU of the computer 73 compares the average value V nc of the fluorescence data in the negative control with the average values V t1 and V t2 of the fluorescence data in the other test sites 1 and 2, thereby comparing each test site. The presence or absence of hybridization is detected.

ネガティブスポット溶液にはDNAが含まれないため、ネガティブスポットには蛍光標識したサンプルDNAは結合しないため、理論上、ネガティブスポットからは蛍光が検出されないが、ゴミ等の不純物がダブルゲートトランジスタ20上にある場合には、ノイズとして蛍光が検出されることがある。すなわち、Vncはノイズの値そのものとなる。 Since the negative spot solution does not contain DNA, the fluorescently labeled sample DNA does not bind to the negative spot, so theoretically no fluorescence is detected from the negative spot, but impurities such as dust are present on the double gate transistor 20. In some cases, fluorescence may be detected as noise. That is, V nc is the noise value itself.

nc<Vt1となった場合は、テストスポット1に蛍光標識されたサンプルDNAがハイブリダイズしたものと考えられ、Vnc≧Vt1となった場合は、テストスポット1に蛍光標識されたサンプルDNAがハイブリダイズしなかったものと考えられる。Vt2についても同様である。 When V nc <V t1 , it is considered that the sample DNA fluorescently labeled to test spot 1 is hybridized. When V nc ≧ V t1 , the sample fluorescently labeled to test spot 1 It is thought that DNA did not hybridize. The same applies to Vt2 .

また、コンピュータ73のCPUは、ポジティブコントロールにおける蛍光データの平均値Vpcと他のテストサイト1,2における蛍光データの平均値Vt1,Vt2との大小を比較することで、実験系自体の成否の検討を行う。 Further, the CPU of the computer 73 compares the average value V pc of the fluorescence data in the positive control with the average values V t1 and V t2 of the fluorescence data at the other test sites 1 and 2, thereby comparing the magnitude of the experiment system itself. Consider success or failure.

ポジティブスポットには、蛍光標識したDNAが付着している。このため、どのような組成のサンプルDNA溶液を用いた場合でも、ポジティブスポットからは必ず蛍光が検出されるはずである。もしポジティブスポットから蛍光が検出されない場合には、例えば励起光が充分に照射されていない場合や、励起光フィルタ33やダブルゲートトランジスタ20が破損している場合など、実験系に何らかの問題があることが疑われ、実験系自体が成り立たないと判定する。一方、蛍光強度の値Vt1,Vt2,・・・がVpcよりも小さい場合には、実験系に問題がないと考えられ、蛍光データの信憑性を増すことができる。 Fluorescently labeled DNA is attached to the positive spot. For this reason, regardless of the composition of the sample DNA solution, fluorescence should always be detected from the positive spot. If fluorescence is not detected from the positive spot, there is some problem in the experimental system, for example, when the excitation light is not sufficiently irradiated or the excitation light filter 33 or the double gate transistor 20 is damaged. It is determined that the experimental system itself does not hold. On the other hand, when the fluorescence intensity values V t1 , V t2 ,... Are smaller than V pc , it is considered that there is no problem in the experimental system, and the reliability of the fluorescence data can be increased.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行ってもよい。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various improvements and design changes may be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施の形態では、スポット60に既知の塩基配列の一本鎖DNAを用いたが、その他の既知の生体高分子や低分子等を用いてもよい。例えば、既知のアミノ酸配列のペプチドやタンパク、タンパク質と結合する抗体、低分子リガンド、既知の細胞等を用いてもよい。   For example, in the above embodiment, a single-stranded DNA of a known base sequence is used for the spot 60, but other known biopolymers, low molecules, and the like may be used. For example, a peptide or protein having a known amino acid sequence, an antibody that binds to the protein, a low molecular ligand, a known cell, or the like may be used.

本発明の実施の形態における生体高分子分析チップ10の概略平面図である。1 is a schematic plan view of a biopolymer analysis chip 10 in an embodiment of the present invention. 図1の切断面IIに沿った矢視断面図である。It is arrow sectional drawing along the cut surface II of FIG. 固体撮像デバイス30の画素である光電変換素子の電極構造を示した平面図である。3 is a plan view showing an electrode structure of a photoelectric conversion element that is a pixel of the solid-state imaging device 30. FIG. 図2における固体撮像デバイス30の光電変換素子を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the photoelectric conversion element of the solid-state imaging device 30 in FIG. 分析装置70に生体高分子分析チップ10をセッティングした概略側面図である。4 is a schematic side view in which the biopolymer analysis chip 10 is set in the analysis device 70. FIG. 分析装置70の構成を示したブロック図である。3 is a block diagram illustrating a configuration of an analysis device 70. FIG. コンピュータ73のRAMに作成されるスポット判定テーブルである。It is a spot determination table created in the RAM of the computer 73. コンピュータ73のRAMに作成されるスポットブロックテーブルである。It is a spot block table created in the RAM of the computer 73. P偏光エネルギー反射率R14P、S偏光エネルギー反射率R14Sを式(5)、(6)に基づいて示したグラフである。It is the graph which showed P polarization energy reflectance R14P and S polarization energy reflectance R14S based on Formula (5) and (6). P偏光エネルギー反射率RP、S偏光エネルギー反射率RSを式(17)、(18)に基づいて示したグラフである。It is the graph which showed P polarization energy reflectance RP and S polarization energy reflectance RS based on Formula (17) and (18). コンピュータ73のRAMに作成されるスポット判定テーブルである。It is a spot determination table created in the RAM of the computer 73. 分析装置80に生体高分子分析チップ10をセッティングした概略側面図である。FIG. 4 is a schematic side view in which the biopolymer analysis chip 10 is set in the analyzer 80. 分析装置80の構成を示したブロック図である。2 is a block diagram showing a configuration of an analysis device 80. FIG. コンピュータ73のRAMに作成されるスポットブロックテーブルである。It is a spot block table created in the RAM of the computer 73.

符号の説明Explanation of symbols

1 生体高分子分析チップ
3 固体撮像デバイス(撮像素子)
17 透明基板
20 ダブルゲートトランジスタ(光電変換素子)
60 スポット
73 コンピュータ
78 スポット検出光源
1 Biopolymer analysis chip 3 Solid-state imaging device (imaging device)
17 Transparent substrate 20 Double gate transistor (photoelectric conversion element)
60 Spot 73 Computer 78 Spot detection light source

Claims (4)

透明基板上に二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子を備える撮像素子の受光面上に特定の生体高分子と結合するプローブの溶液を滴下しスポットを形成した生体高分子分析チップと、
前記生体高分子分析チップに前記透明基板側からスポット検出光を照射するスポット検出光源と、
前記スポット検出光の前記スポットの表面における反射光強度に基づいて前記スポットの有無を検出する検出手段と、
を備え
前記各スポットは複数の前記光電変換素子の受光面上に形成され、
前記検出手段は、前記各スポットに対応する複数の光電変換素子のうち蛍光があると判定された光電変換素子が複数ある場合、それらの蛍光データの平均値をそのスポットの蛍光データとすることを特徴とする生体高分子分析装置。
A biopolymer analysis chip in which spots are formed by dropping a solution of a probe that binds to a specific biopolymer onto a light-receiving surface of an image sensor including a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on a transparent substrate ,
A spot detection light source for irradiating the biopolymer analysis chip with spot detection light from the transparent substrate side;
Detecting means for detecting the presence or absence of the spot based on the reflected light intensity at the surface of the spot of the spot detection light;
Equipped with a,
Each spot is formed on a light receiving surface of a plurality of the photoelectric conversion elements,
In the case where there are a plurality of photoelectric conversion elements determined to have fluorescence among the plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each spot, the detection means uses the average value of the fluorescence data as the fluorescence data of the spot. A characteristic biopolymer analyzer.
前記検出手段により駆動され、前記撮像素子の受光面上に、蛍光色を発する液体及び蛍光色を発しない液体を選択的に滴下するスポッターを備えることを特徴とする請求項に記載の生体高分子分析装置。 The living body according to claim 1 , further comprising a spotter that is driven by the detection unit and selectively drops a liquid that emits a fluorescent color and a liquid that does not emit a fluorescent color on a light receiving surface of the imaging device. Polymer analyzer. 前記スポッタは、前記蛍光色を発しない液体の滴下を、前記蛍光色を発する液体の滴下の後に行うことを特徴とする請求項に記載の生体高分子分析装置。 The spotter over the biopolymer analyzer according to claim 2, wherein the dropping of the liquid which does not fluoresce color, and performing after the dropping of the liquid which emits the fluorescent color. 透明基板上に二次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子を備える撮像素子の受光面上に特定の生体高分子と結合するプローブの溶液を滴下して前記複数の前記光電変換素子の受光面上に形成されたスポットを有する生体高分子分析チップに前記透明基板側からスポット検出光を照射し、A solution of a probe that binds to a specific biopolymer is dropped on a light-receiving surface of an image sensor including a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on a transparent substrate, and light reception by the plurality of photoelectric conversion elements is performed. Irradiate the biopolymer analysis chip having spots formed on the surface with spot detection light from the transparent substrate side,
前記スポット検出光の前記スポットの表面における反射光強度に基づいて前記スポットの有無を検出する際に、前記各スポットに対応する複数の光電変換素子のうち蛍光があると判定された光電変換素子が複数ある場合、それらの蛍光データの平均値をそのスポットの蛍光データとすることを特徴とする生体高分子分析方法。When detecting the presence or absence of the spot based on the reflected light intensity on the surface of the spot of the spot detection light, a photoelectric conversion element determined to have fluorescence among a plurality of photoelectric conversion elements corresponding to each spot A biopolymer analysis method characterized in that, when there are a plurality of spots, the average value of the fluorescence data is used as the fluorescence data of the spot.
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