JP5480105B2 - 電極基板、作用電極および検査チップ - Google Patents

Description

本発明は、電極基板、作用電極および検査チップに関する。より詳しくは、微量な被検物質の検出または定量などや、これらを利用する疾病の臨床検査、診断などに有用な、電極基板、作用電極および検査チップに関する。

疾病の臨床検査や診断は、生体試料中に含まれる前記疾病に関連する遺伝子、タンパク質などの指標の存在の有無やそれらの存在量（発現量）を調べることなどにより行なわれている。かかる臨床検査や診断として、前記疾病に関連する指標を電気化学的または光電気化学的に検出する方法が知られている。電気化学的な検出方法では、前記指標となる物質を捕捉する捕捉物質が固定された導電体からなる電極を用いて、前記指標を検出する（特許文献１および２を参照）。一方、光電気化学的な検出方法は、前記指標となる物質を捕捉する捕捉物質が固定された半導体からなる電極を用いて、前記指標を検出する（特許文献３を参照）。

ここで、特許文献１および２には、導電体からなる電極を用いた電気化学的な検出方法において、電極を構成する導電体の表面を絶縁体で被覆することが記載されている。また、前記特許文献には、絶縁体の一部に前記導電体が露出する開口部を設けることが記載されている。これらの特許文献に記載の電極では、前記開口部の大きさを調節することにより、電極本体上の核酸（捕捉物質）の固定量が正確に制御されている。したがって、前記電極によれば、良好な再現性および定量性を確保することができる。また、前記特許文献１および２には、前記開口部の大きさを小さくして電極における捕捉物質の量を減らすことにより、当該捕捉物質に非特異的に結合する挿入剤、標識物質などの量を相対的に低減させることが記載されている。したがって、前記電極によれば、挿入剤、標識物質などに基づく非特異的な信号を抑制することができる。

特許第４３０９９４２号公報 特許第４３０９９４３号公報 特許第４０８６０９０号公報

ここで、光電気化学的な検出方法では、前記半導体からなる電極を用いて、光励起により電子を生じる検出物質を検出する。この際、光により半導体も励起し電子を生じる場合があり、この電子がノイズ電流となることがある。そのため、検出物質が微量である場合、ノイズ電流の影響により検出物質を十分に検出できない場合があった。よって、微量な検出物質を検出するためには、さらなる検出感度の向上が望まれていた。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、検出物質を高い感度で検出することができる、電極基板、作用電極および検査チップを提供することを目的とする。

光電気化学的な検出物質の検出では、電極に固定化された捕捉物質に捕捉された検出物質に光を照射することにより、検出物質から生じた電子を検出する。すなわち、光が照射された電極部分の捕捉物質に捕捉された検出物質から電子が生じる。したがって、通常、電極として半導体を用いた光電気化学的な検出方法では、電極として導電体を用いた電気化学的な検出方法と異なり、半導体電極の面積を調節して、電極に固定化される捕捉物質の固定量を制御する必要がない。なぜなら、電極に照射する光の面積を制御することで、再現性および定量性を確保できるからである。

しかしながら、本発明者らは、半導体からなる作用電極本体上の光照射位置（すなわち、作用電極上の検出物質を存在させる領域）以外の領域を非導電層で被覆した場合、驚くべきことに暗電流および白色ノイズが抑制され、検出感度が著しく向上することを見出した。本発明は、かかる本発明者らの知見に基づいてなされたものである。

すなわち、本発明は、
〔１〕 光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するのに用いられる電極基板であって、
基板本体と、
前記基板本体上に形成され、励起光が照射されることにより前記検出物質から生じた電子を受容する半導体からなる作用電極本体および当該作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域以外に形成された非導電層を有する作用電極と
を備えている電極基板、
〔２〕 前記基板本体上に、対極が形成されている前記〔１〕に記載の電極基板、
〔３〕 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていない領域であって、前記検出物質を誘引させる領域である前記〔１〕または〔２〕に記載の電極基板、
〔４〕 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定された領域である前記〔１〕または〔２〕に記載の電極基板、
〔５〕 光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するのに用いられる作用電極であって、
励起光が照射されることにより前記検出物質から生じた電子を受容する半導体からなる作用電極本体と、
この作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域以外に形成された非導電層と
を有していることを特徴とする作用電極、
〔６〕 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていない領域であって、前記検出物質を誘引させる領域である前記〔５〕に記載の作用電極、
〔７〕 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化された領域である前記〔５〕に記載の作用電極、
〔８〕 光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するための検査チップであって、
基板本体と、前記基板本体上に形成され、励起光が照射されることにより前記検出物質から生じた電子を受容する半導体からなる作用電極本体および当該作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域以外に形成された非導電層を有する作用電極とを備えた電極基板と、
対極と
を備えている検査チップ、
〔９〕 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていない領域であって、前記検出物質を誘引させる領域である前記〔８〕に記載の検査チップ、ならびに
〔１０〕 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化された領域である前記〔８〕に記載の検査チップ
に関する。

本発明の電極基板、作用電極および検査チップそれぞれを用いることにより、検出物質や被検物質を高い感度で検出することができる。

本発明の一実施の形態に係る検査チップを用いた検出物質の検出に用いられる検出物質の検出装置の構成を示す斜視説明図である。 図１に示される検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る検査チップを示す斜視説明図である。 図３に示される検査チップのＡＡ線での断面説明図である。 （Ａ）は図３に示される検査チップに含まれる上基板の平面説明図である。（Ｂ）は図３に示される検査チップに含まれる下基板（電極基板）の平面説明図である。 （Ａ）は図５（Ｂ）に示される電極基板の作用電極を含む部分のＢＢ線での断面説明図である。（Ｂ）は（Ａ）に示される電極基板の作用電極を含む部分の変形例の断面説明図である。 図３に示される検査チップの作用電極を含む部分を模式的に表した平面説明図である。 （Ａ）は図５（Ａ）に示される電極基板の作用電極を含む部分の変形例の断面説明図である。（Ｂ）は図５（Ａ）に示される電極基板の作用電極を含む部分の変形例の断面説明図である。 （Ａ）は上基板の変形例の平面説明図である。（Ｂ）は下基板の変形例の平面説明図である。 （Ａ）は上基板の変形例の平面説明図である。（Ｂ）は下基板の変形例の平面説明図である。 （Ａ）は上基板の変形例の平面説明図である。（Ｂ）は下基板の変形例の平面説明図である。（Ｃ）は間隔保持部材の変形例の斜視説明図である。 本発明の一実施の形態に係る検査チップを用いた被検物質の検出方法の処理手順を示す工程図である。 図１２に示される被検物質の検出方法の各工程のうち、被検物質捕捉工程から分離工程を示す概略説明図である。 図１２に示される被検物質の検出方法の各工程のうち、捕捉工程から検出工程を示す概略説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る検査チップを用いた被検物質の検出方法の処理手順を示す工程図である。 図１５に示される被検物質の検出方法の各工程のうち、誘引工程から検出工程を示す概略説明図である。 （Ａ）は実施例１で得られた電極基板の要部の構成を示す平面説明図である。（Ｂ）は実施例１で得られた電極基板の作用電極を含む部分を模式的に表した断面説明図である。 （Ａ）は比較例１で得られた電極基板の要部の構成を示す平面説明図である。（Ｂ）は比較例１で得られた電極基板の作用電極を含む部分を模式的に表した断面説明図である。 試験例１において、電流の経時的変化を調べた結果を示すグラフである。 （Ａ）は試験例１において、経過時間１５〜２０秒の範囲での電流の経時的変化を調べた結果を示すグラフである。（Ｂ）は試験例１において、ホワイトノイズの大きさを算出した結果を示すグラフである。 試験例２において、実施例２で得られた電極基板４３を用い、光照射位置と光電流との関係を調べた結果を示すグラフである。 試験例２において、比較例２の電極基板を用い、光照射位置と光電流との関係を調べた結果を示すグラフである。 試験例３において、被検物質（ＤＮＡ）量と、光電流との関係を調べた結果を示すグラフである。 （Ａ）は比較例４で得られた電極基板を示す要部説明図である。（Ｂ）は（Ａ）に示された電極基板の作用電極を含む部分のＣＣ線での断面説明図である。 試験例４において、電流の経時的変化を調べた結果を示すグラフである。

［用語の定義］
本明細書において、「光励起により電子を生じる検出物質」は、作用電極上で電気化学的に検出される対象となる物質であり、標識物質を含むものである。ここで、標識物質は、金属錯体、有機蛍光体、量子ドットおよび無機蛍光体からなる群より選択された少なくとも１つであればよい。前記標識物質の具体例としては、金属フタロシアニン、ルテニウム錯体、オスミウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体、９−フェニルキサンテン系色素、シアニン系色素、メタロシアニン色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、アクリジン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、ロダシアニン系色素、ポリメチン系色素、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ローダミン系色素、キサンテン系色素、クロロフィル系色素、エオシン系色素、マーキュロクロム系色素、インジゴ系色素、ＢＯＤＩＰＹ系色素、ＣＡＬＦｌｕｏｒ系色素、オレゴングリーン系色素、ロードル（Ｒｈｏｄｏｌ）グリーン、テキサスレッド、カスケードブルー、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡなど）、セレン化カドミウム、テルル化カドミウム、Ｌｎ₂Ｏ₃：Ｒｅ、Ｌｎ₂Ｏ₂Ｓ：Ｒｅ、ＺｎＯ、ＣａＷＯ₄、ＭＯ・ｘＡｌ₂Ｏ₃：Ｅｕ、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ、Ｔｂ、Ｃｙ３、Ｃｙ３．５、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５、Ｃｙ７、Ｃｙ７．５およびＣｙ９（いずれも、アマシャムバイオサイエンス社製）；Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ３５５、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ４０５、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ４３０、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ４８８、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５３２、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５４６、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５５５、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５９４、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６３３、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６４７、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６６０、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ６８０、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ７００、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ７５０およびＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ７９０（いずれも、モレキュラープローブ社製）；ＤＹ−６１０、ＤＹ−６１５、ＤＹ−６３０、ＤＹ−６３１、ＤＹ−６３３、ＤＹ−６３５、ＤＹ−６３６、ＥＶＯｂｌｕｅ１０、ＥＶＯｂｌｕｅ３０、ＤＹ−６４７、ＤＹ−６５０、ＤＹ−６５１、ＤＹ―８００、ＤＹＱ−６６０およびＤＹＱ−６６１（いずれも、Ｄｙｏｍｉｃｓ社製）；Ａｔｔｏ４２５、Ａｔｔｏ４６５、Ａｔｔｏ４８８、Ａｔｔｏ４９５、Ａｔｔｏ５２０、Ａｔｔｏ５３２、Ａｔｔｏ５５０、Ａｔｔｏ５６５、Ａｔｔｏ５９０、Ａｔｔｏ５９４、Ａｔｔｏ６１０、Ａｔｔｏ６１１Ｘ、Ａｔｔｏ６２０、Ａｔｔｏ６３３、Ａｔｔｏ６３５、Ａｔｔｏ６３７、Ａｔｔｏ６４７、Ａｔｔｏ６５５、Ａｔｔｏ６８０、Ａｔｔｏ７００、Ａｔｔｏ７２５およびＡｔｔｏ７４０（いずれも、Ａｔｔｏ−ＴＥＣ ＧｍｂＨ社製）；ＶｉｖｏＴａｇＳ６８０、ＶｉｖｏＴａｇ６８０およびＶｉｖｏＴａｇＳ７５０（いずれも、ＶｉｓＥｎＭｅｄｉｃａｌ社製）などが挙げられる。なお、前記ＬｎはＬａ、Ｇｄ、ＬｕまたはＹを示し、Ｒｅはランタニド族元素を示し、Ｍはアルカリ土類金属元素を示し、ｘは０．５〜１．５の数を示す。標識物質の他の例については、例えば、特許第４０８６０９０号公報、特開平７−８３９２７号公報、特願２００８?１５４１７９号公報などを参照することができる。

本明細書においては、前記検出物質は、被検物質に直接的に標識物質が結合した複合体であってもよい。また、前記検出物質は、被検物質を固相上で捕捉した後、捕捉された被検物質の量に応じて存在させた物質に標識物質を結合させた複合体であってもよい。ここで、前記固相とは、例えば、二酸化ケイ素（ガラス）、金属などの無機素材、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド樹脂などのプラスチック類からなる基板またはこれらのうち少なくとも１つを含む基板；チューブ；繊維；メンブレン；ナノ構造体（例えば、メソポーラスシリカなどのシリカ系ナノ構造体、ポーラスアルミナなど）；ガラスビーズ、磁性ビーズ、金属粒子、プラスチックビーズなどの粒子またはこれらのうち少なくとも１つを含む粒子などをいう。

また、本明細書において、「検出物質を存在させる領域」とは、作用電極本体上において、光励起により検出物質から生じた電子を受容する領域をいう。「検出物質を存在させる領域」は、電極露出部に対応する。

さらに、本明細書において、「誘引用修飾物質」とは、検出物質などを作用電極の近傍に誘引させるための物質をいう。

［検出装置の構成］
まず、本発明の一実施の形態に係る検査チップを用いた検出物質の検出に用いられる検出物質の検出装置の一例を添付図面により説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る検査チップを用いた検出物質の検出に用いられる検出物質の検出装置の構成を示す斜視説明図である。この検出装置１は、光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するのに用いる検出装置である。
検出装置１は、検査チップ２０が挿入されるチップ受入部１１と、検出結果を表示するディスプレイ１２とを備えている。

図２は、図１に示される検出装置１の構成を示すブロック図である。検出装置１は、ディスプレイ１２と、光源１３と、電流計１４と、電源１５と、Ａ／Ｄ変換部１６と、制御部１７とを備えている。
光源１３は、検査チップ２０の作用電極上に存在させた検出物質に光を照射して当該検出物質を励起させる。光源１３は、励起光を発生する光源であればよい。かかる光源としては、例えば、蛍光灯、ブラックライト、殺菌ランプ、白熱電球、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀−キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤなど）、レーザー（炭酸ガスレーザー、色素レーザー、半導体レーザー）、太陽光などが挙げられる。前記光源のなかでは、蛍光灯、白熱電球、キセノンランプ、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＬＥＤ、レーザーまたは太陽光が好ましい。前記光源のなかでは、レーザーがより好ましい。前記光源は、必要に応じて、分光器やバンドパスフィルタにより、特定波長領域の光のみが放出されるものであってもよい。
電流計１４は、励起された検出物質から放出される電子に起因して検査チップ１０内を流れる電流を測定する。
電源１５は、検査チップ２０に設けられた電極に対して所定の電位を印加する。
Ａ／Ｄ変換部１６は、電流計１４によって測定された光電流値をデジタル変換する。
制御部１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、ディスプレイ１２、光源１３、電流計１４および電源１５の動作を制御する。また、制御部１７は、Ａ／Ｄ変換部１６でデジタル変換された光電流値を、予め作成された光電流値と検出物質の量との関係を示す検量線に基づき、検出物質の量を概算する。
ディスプレイ１２は、制御部１７で概算された検出物質の量などの情報を表示する。

［検査チップの構成］
つぎに、本発明の一実施の形態に係る検査チップの構成を説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係る検査チップ２０を示す斜視説明図である。また、図４は、図３に示される検査チップ２０のＡＡ線での断面説明図である。

検査チップ２０は、上基板３０と、上基板３０の下方に設けられた下基板（電極基板）４０と、上基板３０と下基板４０とに挟まれた間隔保持部材５０とを備えている。検査チップ２０では、上基板３０と下基板４０とは、一側部において重複して配置されている。そして、上基板３０と下基板４０とが重複する部分には、間隔保持部材５０が介在している。

上基板３０は、図５（Ａ）に示されるように、基板本体３０ａから構成されている。この基板本体３０ａには、検出物質を含む試料などを内部に注入するための試料注入口３０ｂが設けられている。この試料注入口３０ｂは、基板本体３０ａにおいて、間隔保持部材５０が介装される部分よりも内側に設けられている。

基板本体３０ａは、矩形状に形成されている。なお、かかる基板本体３０ａの形状は、特に限定されるものではなく、多角形形状、円盤状などであってもよい。基板の作製および取り扱いの簡便性の観点から、好ましくは矩形状である。基板本体３０ａを構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド樹脂などのプラスチック類、金属などの無機材料などが挙げられる。これらのなかでは、光の透過性、十分な耐熱性、耐久性、平滑性などを確保し、かつ材料に要するコストを低減させる観点から、好ましくはガラスである。基板本体３０ａの厚さは、十分な耐久性を確保する観点から、好ましくは０．０１〜１ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．７ｍｍ、さらに好ましくは約０．５ｍｍである。また、基板本体３０ａの大きさは、特に限定されないが、多種類の検出物質や被検物質の検出（多項目）を前提とした場合には項目数によるが、通常、２０ｍｍ×２０ｍｍ程度の大きさである。

下基板４０は、図５（Ｂ）に示されるように、基板本体４０ａと、作用電極６１と、対極６８と、参照電極６９とを備えている。基板本体４０ａは、上基板３０の基板本体３０ａと略同寸法の矩形状に形成されている。この基板本体４０ａの表面には、作用電極６１と、この作用電極６１に接続されている電極リード７１と、対極６８と、この対極６８に接続された電極リード７２と、参照電極６９、この参照電極６９に接続された電極リード７３とが形成されている。

基板本体４０ａを構成する材料は、光の透過性を有する材料であればよい。かかる材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド樹脂などのプラスチック類、金属などの無機材料などが挙げられる。これらのなかでは、十分な光の透過性、耐熱性、耐久性、平滑性などを確保し、かつ材料に要するコストを低減させる観点から、好ましくはガラスである。基板本体４０ａの厚さおよび大きさは、前記上基板３０の基板本体３０ａを構成する材料、基板本体３０ａの厚さおよび大きさと同様である。

下基板４０においては、作用電極６１は、基板本体４０ａの一側部〔図５（Ｂ）の右側〕に配置されている。電極リード７１は、作用電極６１から基板本体４０ａの他側部〔図５（Ｂ）の左側〕に向けて延びている。また、対極６８は、基板本体４０ａ上において、作用電極６１よりも外側〔図５（Ｂ）において、作用電極６１の右側〕に配置されている。電極リード７２は、対極６８から、作用電極６１を迂回して、基板本体４０ａの他側部〔図５（Ｂ）の左側〕に向けて延びている。さらに、参照電極６９は、作用電極６１を挟んで、対極６６と対向する位置に配置されている。電極リード７３は、参照電極６９から基板本体４０ａの他側部〔図５（Ｂ）の左側〕に向けて延びている。そして、作用電極６１の電極リード７１と、対極６６の電極リード７２と参照電極６９の電極リード７３とは、基板本体４０ａの他側部において互いに並列するように配置されている。

作用電極６１は、ほぼ四角形状に形成されている。作用電極６１は、図６（Ａ）に示されるように、基板本体４０ａ側から順に、絶縁層６６と作用電極本体６２と非導電層６３とから構成されている。

非導電層６３は、作用電極本体６２の表面上において、検出物質を存在させる領域以外に形成されている。すなわち、この非導電層６３は、作用電極本体６２の一部（電極露出部６２ａ）が露出するように構成されている。これにより、暗電流および白色ノイズの発生が抑制される。
非導電層６３は、非金属性の材料で構成されている。非金属性の材料としては、例えば絶縁体材料を用いることができる。前記絶縁体材料として、例えば、ケイ素、チタン、アルミニウム、亜鉛、鉛、カドミウム、タングステン、モリブデン、クロム、タンタル、ニッケルなどの酸化物、窒化物または炭化物；フッ素樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの合成樹脂などが挙げられる。
かかる非導電層６３は、絶縁体材料の種類に応じた手法により形成させることができる。前記手法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法、スクリーン印刷法、インプリント法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、スプレーコーティング法などが挙げられる。

電極露出部６２ａの大きさは、図７に示されるように、電極露出部６２ａが略正方形であるとき、一辺の長さｌが光照射部分１０１の直径ｍと同じか、それよりも大きくなるように設定されている。これにより、非導電層６３が光励起される材料から構成されている場合であっても、材料の光励起に基づくノイズを抑制することができる。
なお、本発明においては、非導電層６３が光励起されない材料から構成されている場合、非導電層６３に光が照射されても、材料の光励起に基づくノイズが生じない。したがって、この場合には、電極露出部６２ａの大きさは、電極露出部６２ａが略正方形であるとき、一辺の長さｌが光照射部分１０１の直径ｍよりも小さくなるように設定されていてもよい。

電極露出部６２ａの表面には、検出物質またはその一部を捕捉する捕捉物質２１０が固定化されている〔図６（Ａ）および図６（Ｂ）参照〕。これにより、検出物質またはその一部を作用電極６１の作用電極本体６２の近傍に存在させることができるようになっている。かかる捕捉物質２１０は、検出物質の種類に応じて、適宜選択することができる。前記捕捉物質２１０としては、例えば、核酸、タンパク質、ペプチド、糖鎖、抗体、特異的な認識能を持つナノ構造体などが挙げられる。電極露出部６２ａ上における捕捉物質２１０の固定量は、特に限定されるものではない。電極露出部６２ａ上における捕捉物質２１０の固定量は、例えば、用途および目的に応じて設定してもよい。電極露出部６２ａへの捕捉物質２１０の固定は、作用電極本体６２に化学吸着する結合基などを介して行うことができる。前記結合基としては、例えば、チオール基、ヒドロキシル基、リン酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、スルホン酸基、アミノ基などが挙げられる。また、電極露出部６２ａへの捕捉物質２１０の固定は、光硬化性樹脂を用いた捕捉物質２１０の固定や物理吸着による捕捉物質２１０の固定でもよい。

作用電極本体６２は、導電層６４と、この導電層６４の表面に形成された電子受容層６５とからなる〔図６（Ａ）および図６（Ｂ）参照〕。

導電層６４は、導電性材料からなる。前記導電性材料としては、例えば、金、銀、銅、カーボン、白金、パラジウム、クロム、アルミニウム、ニッケルなどの金属またはこれらの少なくとも１つを含む合金；酸化インジウム、スズをドーパントとして含む酸化インジウムなどの酸化インジウム系材料；酸化スズ、アンチモンをドーパントとして含む酸化スズ（ＡＴＯ）、フッ素をドーパントとして含む酸化スズ（ＦＴＯ）などの酸化スズ系材料；チタン、酸化チタン、窒化チタンなどのチタン系材料；グラファイト、グラシーカーボン、パイロリティックグラファイト、カーボンペースト、カーボンファイバーなどからなる炭素系材料などが挙げられる。
導電層６４の厚さは、好ましくは１〜１０００ｎｍ、さらに好ましくは１０〜２００ｎｍである。
なお、導電性材料は、ガラス、プラスチックなどの非導電性物質からなる非導電性基材の表面に導電性を有する材料からなる導電材層が設けられた複合基材であってもよい。かかる導電材層の形状は、薄膜状およびスポット状のいずれであってもよい。導電材層を構成する材料としては、例えば、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）、フッ素をドープした酸化スズ（ＦＴＯ）、アンチモンをドープした酸化スズ（ＡＴＯ）などが挙げられる。

導電層６４は、例えば、当該導電層６４を構成する材料の種類に応じた膜形成方法により形成させることができる。膜形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、インプリント法、スクリーン印刷法、めっき処理法、ゾルゲル法、スピンコート法、浸漬法、気相蒸着法などが挙げられる。

電子受容層６５は、電子を受容可能な物質（電子受容物質）を含んでいる。前記電子受容物質は、光励起により検出物質から生じた電子の注入が可能なエネルギー準位をとり得る物質であればよい。ここで、「光励起により検出物質から生じた電子の注入が可能なエネルギー準位」とは、例えば、電子受容性物質として半導体を用いる場合には、伝導帯（コンダクションバンド）を意味する。すなわち、前記電子受容物質は、標識物質（後述）の最低非占有分子軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位よりも低いエネルギー順位を有すればよい。前記電子受容物質としては、特に限定されないが、例えば、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体；チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタルなどの酸化物を含む酸化物半導体；チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バナジウム、ニオブ酸カリウムなどのペロブスカイト型半導体；カドニウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスなどの硫化物を含む硫化物半導体；ガリウム、チタンなどの窒化物を含む半導体；カドミウム、鉛のセレン化物からなる半導体（例えば、カドミウムセレナイドなど）；カドミウムのテルル化物を含む半導体；亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウムなどのリン化合物からなる半導体；ガリウム砒素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物などの化合物を含む半導体；カーボンなどの化合物半導体または有機物半導体などが挙げられる。なお、前記半導体は、真性半導体および不純物半導体のいずれであってもよい。

前記半導体のなかでは、酸化物半導体が好ましい。前記酸化物半導体のうち、真性半導体のなかでは、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化インジウム、酸化タングステン、酸化タンタルおよびチタン酸ストロンチウムが好ましい。また、前記酸化物半導体のうち、不純物半導体のなかでは、スズをドーパントとして含む酸化インジウムおよびフッ素をドーパントとして含む酸化スズが好ましい。スズをドーパントとして含む酸化インジウムおよびフッ素をドーパントとして含む酸化スズは、電子受容物質および導電性材料の両方の性質を兼ね備えている。そのため、これらの材料は、それぞれ単独で、作用電極本体を構成する材料として用いることができる。
なお、導電層６４が前記複合基材である場合、電子受容層６５は、前記導電材層上に形成される。電子受容層６５の厚さは、通常、０．１〜１００ｎｍ、好ましくは０．１〜１０ｎｍである。かかる電子受容層６５は、電子受容層６５を構成する材料の種類に応じて、導電層６４の形成に用いられる手法と同様の手法により形成させることができる。

絶縁層６６は、絶縁体材料から構成されている。前記絶縁体材料としては、特に限定されないが、例えば、ガラス、プラスチック類やフッ化物樹脂などの合成樹脂などが挙げられる。かかる絶縁層６６は、絶縁体材料の種類に応じた手法により形成させることができる。前記手法としては、例えば、スパッタリング法、蒸着法、スクリーン印刷、インプリント法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法などが挙げられる。

なお、本発明においては、図６（Ｂ）に示されるように、作用電極６１は、非導電層６３と、電子受容層６５と、絶縁層６６とから構成されていてもよい。この場合、作用電極６１においては、基板本体４０ａの表面に、順に、絶縁層６６、電子受容層６５および非導電層６３が形成されている。
また、図６（Ａ）および図６（Ｂ）において、基板本体４０ａ上に絶縁層６６が形成されているが、これに限らず、例えば、絶縁性材料からなる基板本体４０ａを用いることにより、絶縁層６６を省略することができる。

作用電極本体６２には、シランカップリング剤などを用いた表面処理が施されていてもよい。かかる表面処理により、作用電極本体６２の表面を親水性または疎水性を有するように適宜調節することができる。前記シランカップリング剤としては、例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）などのカチオン性シランカップリング剤などが挙げられる。

対極６８は、導電性材料からなる薄膜からなる。前記導電性材料としては、例えば、金、銀、銅、カーボン、白金、パラジウム、クロム、アルミニウム、ニッケルなどの金属またはこれらの少なくとも１つを含む合金、酸化インジウムスズ、酸化インジウムなどの導電性セラミックス、ＡＴＯ、ＦＴＯなどの金属酸化物、チタン、酸化チタン、窒化チタンなどのチタン化合物などが挙げられる。前記薄膜の厚さは、好ましくは１〜１０００ｎｍ、より好ましくは１０〜２００ｎｍである。

参照電極６９は、導電性材料からなる薄膜からなる。前記導電性材料としては、例えば、金、銀、銅、カーボン、白金、パラジウム、クロム、アルミニウム、ニッケルなどの金属またはこれらの少なくとも１つを含む合金、酸化インジウムスズ、酸化インジウムなどの導電性セラミックス、ＡＴＯ、ＦＴＯなどの金属酸化物、チタン、酸化チタン、窒化チタンなどのチタン化合物などが挙げられる。前記薄膜の厚さは、好ましくは１〜１０００ｎｍ、より好ましくは１０〜２００ｎｍである。なお、本実施の形態では、参照電極６９を設けているが、本発明においては、参照電極６９を設けなくてもよい。対極６８に用いる電極の種類、膜厚にもよるが、電圧降下の影響が僅かな小さな電流（例えば、１μＡ以下）を測定する場合は、対極６８が参照電極６９を兼ねていてもよい。一方、大きな電流を測定する場合、電圧降下の影響を抑制し、作用電極６１に印加する電圧を安定化させる観点から、参照電極６９を設けることが好ましい。

間隔保持部材５０は、矩形の環状体形状に形成され、絶縁体であるシリコーンゴムからなっている。この間隔保持部材５０は、作用電極６１、対極６８および参照電極６９を取り囲むように配置されている（図４および図５参照）。上基板３０と下基板４０との間には間隔保持部材５０の厚さに相当する間隔が形成されている。これにより、各電極６１，６８，６９の間には試料や電解液を収容するための空間２０ａが形成されている（図４参照）。間隔保持部材５０の厚さは、通常、０．２〜３００μｍである。本発明においては、間隔保持部材５０を構成する材料として、シリコーンゴムの代わりに、例えば、ポリエステルフィルム製両面テープなどを用いることもできる。

［検査チップの変形例］
なお、本発明においては、電極露出部６２ａの表面に、検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていなくてもよい〔図８（Ａ）および（Ｂ）参照〕。かかる検査チップは、後述のように、検出物質を作用電極本体上に誘引して検出する方法に用いられる。

また、本発明においては、作用電極６１、対極６８および参照電極６９は、各電極が他の電極と接触しないように間隔保持部材５０の枠内に配置されていればよい。したがって、作用電極６１、対極６８および参照電極６９は、異なる基板本体上に形成されてもよい。すなわち、検査チップは、基板本体３１ａ上に試料注入口３１ｂおよび参照電極６９が形成された上基板３１〔図９（Ａ）参照〕と、基板本体４１ａ上に作用電極６１および対極６８が形成された下基板４１〔図９（Ｂ）参照〕とを有するものであってもよい。また、検査チップは、基板本体３２ａ上に試料注入口３２ｂ、対極６８および参照電極６９が形成された上基板３２〔図１０（Ａ）参照〕と、基板本体４２ａ上に作用電極６１が形成された下基板４２〔図１０（Ｂ）参照〕とを有するものであってもよい。

さらに、本発明においては、対極６８および参照電極６９は、基板本体上に形成された薄膜状の電極でなくてもよい。すなわち、検査チップは、基板本体３３ａに試料注入口３３ｂが形成された上基板３３〔図１１（Ａ）参照〕と、基板本体４３ａに作用電極６１が形成された下基板４３〔図１１（Ｂ）参照〕と、部材本体５１ａに対極６８および参照電極６９が設けられた間隔保持部材５１〔図１１（Ｃ）参照〕とを有するものであってもよい。この場合、対極６８および参照電極６９の少なくともいずれかが間隔保持部材の部材本体に設けられていればよい。そして、上基板および下基板のいずれかに、部材本体に設けた電極以外の電極が設けられていればよい。
また、本発明においては、絶縁層６６が基板本体としての機能を兼ね備えていてもよい。この場合、基板本体を省略することができる。

［検査チップの使用方法］
つぎに、本発明の一実施の形態に係る検査チップの使用方法として、前記検査チップを用いて、被検物質を検出する方法を説明する。図１２は、本発明の一実施の形態に係る検査チップを用いた被検物質の検出方法の処理手順を示す工程図である。

まず、工程Ｓ１−１において、ユーザーは、被検物質Ｓと、被検物質Ｓを捕捉する固相２２０とを接触させる〔図１３（Ａ）参照〕。これにより、被検物質Ｓを、固相２２０に捕捉させる〔被検物質捕捉工程、図１３（Ｂ）参照〕。

固相２２０は、被検物質Ｓを捕捉する捕捉物質２２１が固定化された固相本体２２２からなる。捕捉物質２２１は、被検物質Ｓの種類に応じて適宜選択される。例えば、被検物質Ｓが核酸である場合、捕捉物質２２１は、かかる核酸にハイブリダイズする核酸プローブまたは前記核酸に対する抗体であればよい。また、被検物質２２１がタンパク質またはペプチドである場合、捕捉物質２２１は、かかるタンパク質またはペプチドに対する抗体、タンパク質に対するリガンド、ペプチドに対するレセプタータンパク質などであればよい。なお、固相２２０に用いる捕捉物質２２１と、後述の捕捉工程（工程Ｓ１−５）で用いられる捕捉物質とは、互いに異なる種類の物質であるか、または被検物質における認識部位が互いに異なる物質である。

被検物質Ｓと、固相２２０との接触は、例えば、容器内で行なうことができる。被検物質Ｓと、固相２２０との接触は、被検物質Ｓと捕捉物質２２１とが結合する条件下でおこなうことができる。前記条件は、被検物質Ｓおよび捕捉物質２２１の種類などに応じて適宜選択することができる。

その後、工程Ｓ１−２において、ユーザーは、被検物質Ｓを捕捉した固相２３０に検出物質２０１を付加する〔検出物質付加工程〕。これにより、検出物質２０１と被検物質Ｓとの複合体を含む固相２３１が得られる〔図１３（Ｃ）参照〕。
固相２３０への検出物質２０１の付加は、被検物質Ｓと検出物質２０１とが結合する条件下で行なうことができる。前記条件は、被検物質Ｓおよび検出物質２０１の種類などに応じて適宜選択することができる。

つぎに、工程Ｓ１−３において、ユーザーは、検出物質２０１と被検物質Ｓとの複合体を含む固相２３１を単離する〔単離工程〕。
工程Ｓ１−３において、固相２３１の単離方法は、固相本体２２２の種類等に応じて適宜選択することができる。例えば、固相本体２２２が磁気ビーズである場合、磁石に固相２３１が引き寄せられる。この場合、磁石を用いることにより、固相２３１を簡単に単離することができる。また、固相本体２２２が基板である場合、基板上の溶液を新しい溶液に置換することにより、被検物質Ｓ以外の成分を除去することができる。この場合、溶液の置換により、固相２３１を簡単に単離することができる。

つぎに、工程Ｓ１−４において、ユーザーは、固相２３１から、被検物質の量に応じた量の検出物質２０１を分離する〔分離工程、図１３（Ｄ）参照〕。
工程Ｓ１−４では、ユーザーは、前記工程Ｓ１−２で用いられた検出物質２０１の種類に応じた分離方法により被検物質の量に応じた量の検出物質２０１を分離する。例えば、被検物質Ｓが核酸であり、被検物質Ｓと相補的な配列を有する核酸を含む検出物質が用いられる場合、固相本体２２２上に形成された複合体を含む溶液を加熱することにより、被検物質の量に応じた量の検出物質２０１を簡単に固相２３１から分離することができる。また、検出物質２０１と被検物質Ｓとの複合体が切断可能な核酸を含む場合、制限酵素で前記切断可能な核酸中の認識配列を切断することにより、被検物質の量に応じた量の検出物質２０１またはその一部を得ることができる。

その後、工程Ｓ１−５において、ユーザーは、工程Ｓ１−４で分離された検出物質２０１を含む溶液を検査チップ２０の試料注入口３０ｂから注入する。これにより、捕捉物質２１０が固定された電極露出部６２ａと、検出物質２０１とが接触する〔図１４（Ａ）参照〕。そして、電極露出部６２ａ上の捕捉物質２１０に、検出物質２０１が捕捉される〔捕捉工程、図１４（Ｂ）参照〕。かかる工程により、電極露出部６２ａ上に、検出物質２０１を存在させることができる。

かかる工程Ｓ１−５では、検出物質の捕捉は、捕捉物質２１０と検出物質２０１とが結合する条件下で行なうことができる。前記条件は、検出物質２０１の種類などに応じて適宜選択することができる。例えば、検出物質２０１が核酸を含む場合、捕捉物質２１０による検出物質２０１の捕捉は、リン酸緩衝生理的食塩水などの溶液の存在下で行なうことができる。捕捉物質２１０による検出物質２０１の捕捉は、例えば、マイクロチューブ（例えば、エッペンドルフチューブなど）中で行なうことができる。

なお、捕捉物質２１０は、検出物質２０１の種類に応じて適宜選択される。例えば、検出物質２０１が核酸を含む場合、捕捉物質２１０は、かかる核酸にハイブリダイズする核酸プローブまたは前記核酸に対する抗体であればよい。また、検出物質２０１がタンパク質またはペプチドを含む場合、捕捉物質２１０は、かかるタンパク質またはペプチドに対する抗体、タンパク質に対するリガンド、ペプチドに対するレセプタータンパク質などであればよい。

かかる工程Ｓ１−５では、ユーザーは、必要に応じて、作用電極６１を洗浄してもよい。これにより、検出物質２０１以外の物質（夾雑物質）が存在していたとしても、かかる夾雑物質を除去することができる。前記洗浄は、捕捉物質２１０および検出物質２０１の種類に応じた手法などにより行なうことができる。例えば、捕捉物質２１０および検出物質２０１がいずれも核酸を含む場合、洗浄液としては、ＳＳＣ（１×ＳＳＣの組成：０．１５Ｍ塩化ナトリウム、０．０１５Ｍクエン酸ナトリウム、ｐＨ７．０）と界面活性剤とを含む溶液などが挙げられる。この場合、かかる洗浄液は、ＳＳＣの濃度がより低く、かつ界面活性剤の濃度がより高いほど、夾雑物質を高い効率で除去することができる。

つぎに、ユーザーは、検出装置１のチップ受入部１１に、検査チップ２０をセットする。そして、ユーザーは、検出装置１の動作を開始させる。このとき、まず、検出装置１の光源１３によって、電極露出部６２ａ上の検出物質２０１に向けて励起光が照射される。そして、検出物質２０１の光励起により生じた光電流が、電流計１４で測定される〔工程Ｓ１−６（検出工程）、図１４（Ｃ）参照〕。

かかる工程Ｓ１−６は、電解液の存在下に行なわれる。前記電解液として、酸化された状態の標識物質に電子を供給しうる塩からなる電解質と、非プロトン性極性溶媒、プロトン性極性溶媒または非プロトン性極性溶媒とプロトン性極性溶媒との混合物とを含む溶液を用いることができる。この電解液は、所望により、他の成分をさらに含んでいてもよい。前記電解質としては、例えば、ヨウ化物、臭化物、金属錯体、チオ硫酸塩、亜硫酸塩、これらの混合物などが挙げられる。前記電解質の具体例としては、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム、ヨウ化セシウム、ヨウ化カルシウムなどの金属ヨウ化物；テトラアルキルアンモニウムヨージド、ピリジニウムヨージド、イミダゾリウムヨージドなどの４級アンモニウム化合物のヨウ素塩；臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化セシウム、臭化カルシウムなどの金属臭化物；テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなどの４級アンモニウム化合物の臭素塩；フェロシアン酸塩、フェリシニウムイオンなどの金属錯体；チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸アンモニウム、チオ硫酸カリウム、チオ硫酸カルシウムなどのチオ硫酸塩；亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸アンモニウム、亜硫酸鉄、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸カルシウムなどの亜硫酸塩；およびこれらの混合物などが挙げられる。これらのなかでは、テトラプロピルアンモニウムヨージドが好ましい。
電解液の電解質濃度は、好ましくは０．００１〜１５Ｍである。
プロトン性極性溶媒として、水、水を主体に緩衝液成分を混合した極性溶媒などを用いることができる。非プロトン性極性溶媒としては、アセトニトリル（ＣＨ_３ＣＮ）などのニトリル類；プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートなどのカーボネート類、１，３−ジメチルイミダゾリノン、３−メチルオキサゾリノン、ジアルキルイミダゾリウム塩などの複素環化合物；ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホランなどが挙げられる。非プロトン性極性溶媒のなかでは、アセトニトリルが好ましい。プロトン性極性溶媒および非プロトン性極性溶媒は、単独で、または両者を混合して用いることができる。プロトン性極性溶媒と非プロトン性極性溶媒との混合物は、水とアセトニトリルとの混合物が好ましい。

励起光の種類は、検出物質に含まれる標識物質の種類などに応じて、適宜選択することができる。励起光の照射量は、ノイズの発生を抑制することができる範囲で適宜設定することが好ましい。

工程Ｓ１−６においては、光電流の測定値は、さらに種々の演算処理に供される。まず、Ａ／Ｄ変換部１６は、光電流の測定値（光電流値）をデジタル変換する。そして、デジタル変換された光電流値が制御部１７に入力される。つぎに、制御部１７は、予め作成された光電流値と検出物質の量との関係を示す検量線に基づき、デジタル変換された光電流値から検出物質の量を概算する。そして、制御部１７は、概算された検出物質の量をディスプレイ２に表示するための検出結果画面を作成する。その後、制御部８によって作成された検出結果画面がディスプレイ２上に送信される。そして、ディスプレイ２は、検出結果画面を表示する。その後、処理が終了する。

［検査チップの使用方法の変形例］
つぎに、本発明の他の実施の形態に係る検査チップを用いて、被検物質を検出する方法（検査チップの使用方法の変形例）を説明する。図１５は、本発明の他の実施の形態に係る検査チップを用いた被検物質の検出方法の処理手順を示す工程図である。なお、図１５において、工程Ｓ２−１（被検物質捕捉工程）〜工程Ｓ２−４（分離工程）は、前述した工程Ｓ１−１（被検物質捕捉工程）〜工程Ｓ１−４（分離工程）と同様の操作を行なうことにより実施することができる。

工程Ｓ２−５において、ユーザーは、前述した検査チップ２０の試料注入口３０ｂから検出物質を含む液体試料を注入する〔図１６（Ａ）参照〕。そして、捕捉物質が存在しない電極露出部６２ａ上に、検出物質２０１を誘引させる〔誘引工程、図１６（Ｂ）参照〕。工程Ｓ２−５により、電極露出部６２ａ上に、検出物質２０１を存在させることができる。

かかる工程Ｓ２−５では、例えば、ユーザーは、前述した検査チップ２０の試料注入口３０ｂから、検出物質２０１と、前記検出物質を電極露出部６２ａ上に誘引するための誘引液とを注入する。これにより、検出物質２０１が、その捕捉物質が存在しない電極露出部６２ａとの間で電子輸送が可能な領域に誘引される。

ここで、「捕捉物質が存在しない電極露出部６２ａとの間で電子輸送が可能な領域」は、通常、電極露出部６２ａから０〜１０ｎｍの範囲の領域である。また、本明細書において、「捕捉物質が存在しない」とは、「捕捉物質が実質的に存在しないこと」をいう。すなわち、「捕捉物質が存在しない」という概念には、電極露出部６２ａ上において目的物質の実質的な捕捉に寄与しない程度に僅かに捕捉物質が存在することをも含む概念である。

電極露出部６２ａへの検出物質２０１の誘引は、検出物質２０１、誘引液および電極露出部６２ａとの間の疎水性相互作用若しくは親水性相互作用、または、作用電極６１または対極６６に電圧を印加することによる電気泳動効果を利用することなどにより行なうことができる。

本誘引工程は、例えば、
１） 誘引液の疎水性・親水性を変更することにより、検出物質２０１と電極露出部６２ａとの間の疎水性相互作用若しくは親水性相互作用を大きくすること（誘引方法１）、
２） 修飾検出物質２０１の電荷に応じて、正または負の電圧を作用電極６１に印加することにより、電気泳動効果を大きくすること（誘引方法２）
などによって行なうことができる。前記の誘引方法１および誘引方法２は、それぞれ単独で行なってもよく、両者を組み合わせて行なってもよい。

誘引方法１では、例えば、検出物質２０１が核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡなど）を含む場合、誘引液は、検出物質２０１と電極露出部６２ａとの間の疎水性相互作用または親水性相互作用を大きくして、電極露出部６２ａの近傍に検出物質を誘引しやすくする観点から、カオトロピックイオンを含有することが好ましい。

前記カオトロピックイオンとしては、例えば、ヨウ化物イオン、臭化物イオン、グアニジンイオン、チオシアン酸イオン、トリブロモ酢酸イオン、トリクロロ酢酸イオン、過塩素酸イオン、ジクロロ酢酸イオン、硝酸イオン、塩化物イオン、酢酸イオン、バリウムイオン、カルシウムイオン、リチウムイオン、セシウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオンなどが挙げられる。

誘引液がカオトロピックイオンを含有する場合、誘引液中におけるカオトロピックイオンの濃度は、用いられるカオトロピックイオンの種類により異なる。前記濃度は、通常１．０〜８．０ｍｏｌ／Ｌである。カオトロピックイオンがグアニジンイオンである場合、誘引液中におけるカオトロピックイオンの濃度は、通常、４．０〜７．５ｍｏｌ／Ｌである。また、チオシアン酸イオンである場合、誘引液中におけるカオトロピックイオンの濃度は、通常、３．０〜５．５ｍｏｌ／Ｌである。

なお、検出物質２０１が核酸を含む場合、慣用の核酸抽出・精製方法を利用して、検出物質２０１を、電極露出部６２ａの近傍に誘引させることができる。

前記核酸抽出・精製方法としては、液相を用いる方法、核酸結合用担体を用いる方法などが挙げられる。液相を用いる方法としては、例えば、フェノール／クロロホルム抽出法（Ｂｉｏｃｈｉｍｉｃａ ｅｔ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａ ａｃｔａ、１９６３年発行、第７２巻、ｐｐ．６１９−６２９）、アルカリＳＤＳ法（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、１９７９年発行、第７巻、ｐｐ．１５１３−１５２３）、塩酸グアニジンを含有する緩衝液にエタノールを加え核酸を沈降させる方法（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、１６２、１９８７、４６３）などが挙げられる。核酸結合用担体を用いる方法としては、ガラス粒子とヨウ化ナトリウム溶液とを用いて核酸をガラス粒子に吸着させ、単離する方法（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ、７６−２：６１５−６１９，１９７９）や、シリカ粒子とカオトロピックイオンを用いる方法〔例えば、Ｊ．Ｃｌｉｎｉｃａｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ、１９９０年発行、第２８巻、ｐｐ．４９５−５０３、特許第２６８０４６２号公報などを参照〕などが挙げられる。シリカ粒子とカオトロピックイオンを用いる方法では、まず、核酸が結合するシリカ粒子と試料中の核酸を遊離する能力を有するカオトロピックイオンを含む溶液とを試料と混合して核酸をシリカ粒子に結合させる。つぎに、夾雑物質を洗浄により除去する。その後、シリカ粒子に結合した核酸を回収する。前記方法によれば、簡便、かつ迅速に核酸を抽出することができる。しかも、かかる方法は、ＤＮＡの抽出だけではなく、より不安定であるＲＮＡの抽出にも好適であり、純度の高い核酸が得られるという点で非常に優れている。
そこで、検出物質２０１が、核酸を含む場合、前記核酸抽出・精製方法に用いられる溶媒を誘引液として用いることにより、検出物質２０１を電極露出部６２ａの近傍に誘引させることができる。この場合、カオトロピックイオンとして、グアニジンイオン、ヨウ化物イオン、臭化物イオン、チオシアン酸イオンまたはこれらの任意の組み合わせを用い、作用電極として核酸を結合する電極（例えば、スズを含む酸化インジウムなど）を用いることが好ましい。

また、検出物質２０１が、核酸を含む場合、誘引液は、必要に応じて、緩衝液を含有していてもよい。前記緩衝液は、核酸を安定に保持するために一般に用いられる緩衝液であればよい。前記緩衝液は、核酸を安定に保持する観点から、中性付近、すなわちｐＨ５．０〜９．０において緩衝能を有することが好ましい。前記緩衝液としては、例えば、トリス−塩酸塩、四ホウ酸ナトリウム−塩酸、リン酸二水素カリウム−四ホウ酸ナトリウム緩衝液などが挙げられる。緩衝液の濃度は、１〜５００ｍｍｏｌ／Ｌであることが好ましい。

一方、誘引方法２では、検出物質２０１の電荷に応じて、正または負の電圧を作用電極に印加する。例えば、検出物質２０１が、核酸を含む場合、当該検出物質２０１における核酸部分は負に荷電している。したがって、作用電極６１に正の電圧を印加することにより、検出物質２０１を作用電極６１の電極露出部６２ａの近傍に誘引させることができる。

つぎに、ユーザーは、検出装置１のチップ受入部１１に、工程Ｓ２−５後の検査チップ２０をセットする。そして、ユーザーは、検出装置１の動作を開始させる。このとき、まず、検出装置１の光源１３によって、電極露出部６２ａ上の検出物質２０１に励起光が照射される。そして、検出装置１の電流計１４によって、検出物質２０１の光励起により生じた光電流が測定される〔検出工程（工程Ｓ２−６）、図１６（Ｃ）参照〕。

かかる工程Ｓ２−６は、電解液の存在下に行なわれる。したがって、前記工程Ｓ２−５において誘引液を用いた場合には、必要に応じて、当該誘引液を電解液に置換する。なお、誘引液が、酸化された状態の標識物質に電子を供給する性質を有し、検出物質の電気化学的な検出が可能である場合、検出工程において、この誘引液をそのまま用いてもよい。

なお、本使用方法では、検出物質を捕捉する捕捉物質が存在しない作用電極が用いられている。したがって、作用電極６１を簡便な処理で洗浄することができ、再利用することができる。作用電極６１の洗浄は、紫外線―オゾン洗浄（ＵＶ-Ｏ₃洗浄）などにより行なうことができる。前記ＵＶ-Ｏ₃洗浄では、紫外線による有機化合物の分解とＯ₃の生成および分解の過程における強力な酸化作用により有機化合物が分解され、電極の表面から除去される。
また、検出物質が核酸を含む場合、適切な溶液中で、作用電極上にマイナスの電圧を印加することで、修飾検出物質２４０ａを作用電極５１から解離させることもできる。これは、核酸がマイナスに帯電しているからである。前記溶液としては、例えば、リン酸緩衝生理的食塩水（ＰＢＳ）、ＴＥＢ〔組成：１０ｍＭトリス塩酸緩衝液、１ｍＭ ＥＤＴＡ〕水などが挙げられる。

なお、本使用方法では、工程Ｓ２−５において、検出物質２０１に誘引用修飾物質を付加して得られた修飾検出物質を用いてもよい。前記誘引用修飾物質としては、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡなどの核酸などが挙げられる。

以下、実施例などにより、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
以下のようにして、図１７（Ａ）に示される電極基板４３を作製した。

（１）電極および非導電層の形成
スパッタリング法により、二酸化ケイ素（ガラス）からなる基板本体４３ａの表面に、スズをドープした酸化インジウムからなる薄膜（厚さ：約２００ｎｍ）からなる作用電極本体６２を形成させた。なお、前記薄膜は、導電層と電子受容層とを兼ねている。つぎに、スパッタリング法により、作用電極本体６２の表面における検出物質を存在させる領域〔光を照射する対象となる部分（図１７（Ｂ）中、電極露出部６２ａ）〕が露出するように、二酸化ケイ素からなる薄膜（厚さ：１μｍ）からなる非金属層６３を形成させた〔図１７（Ａ）および（Ｂ）参照〕。なお、前記非導電層６３は、電極露出部６２ａの大きさが１．０ｍｍ×１．０ｍｍとなるように形成されている。また、スパッタリング法により、別の基板本体上に、白金薄膜からなる対極と、白金薄膜からなる参照電極とを形成させ、対極および参照電極を備えた基板を得た（図１０参照）。

（２）シランカップリング剤のコーティング
前記（１）で得られた基板本体４３ａを、シランカップリング剤溶液〔１体積％ＡＰＴＥＳ含有トルエン溶液〕中に１時間浸漬させた。つぎに、基板本体４３ａを、トルエン中で２回洗浄した。その後、基板本体４３ａを１１０℃で１０分間加熱した。これにより、ＡＰＴＥＳを電極露出部６２ａの表面に結合させた。得られた基板本体４３ａを、トルエン中に浸漬させ、５分間超音波洗浄を行なった。超音波洗浄は、３回行なった。その後、脱水エタノールで基板本体４３ａを流した。これにより、未結合のＡＰＴＥＳを電極露出部６２ａの表面に結合させた。残存するエタノールを、ブロアで除去した。

（３）捕捉物質の固定
捕捉物質２１０であるキャプチャーＤＮＡプローブ（２４ヌクレオチド）を含む水溶液〔１００μＭ ＤＮＡ〕とＵＶクロスリンキング試薬〔ジーイー・ヘルスケア・ユーケー・リミテッド（ＧＥ ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ ＵＫ Ｌｉｍｉｔｅｄ）社製、商品名：Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｒｅａｇｅｎｔ Ｄ〕とを１：９（体積比）の割合で混合し、１０μＭプローブ溶液を得た。得られたプローブ溶液６９．０ｎＬを電極露出部６２ａに滴下した。その後、電極露出部６２ａに対し、ＵＶ照射装置〔商品名：ＵＶクロスリンカー〕を用いて１６０ｍＪ／ｃｍ²の紫外線光を照射した。これにより、キャプチャーＤＮＡプローブを電極露出部６２ａに固定した。つぎに、超純水で電極露出部６２ａの表面を洗い流した。その後、電極露出部６２ａの表面に残存する超純水をブロアで除去した。

（４）未固定のＤＮＡプローブの除去
前記（３）の操作だけでは、電極露出部６２ａに、固定されていないキャプチャーＤＮＡプローブが残存している可能性がある。そこで、固定されていないキャプチャーＤＮＡプローブを除去するために、以下の工程を実施した。

まず、基板本体４３ａの電極面の周囲に、隔壁となるようにシリコーンゴム（厚さ：０．１ｍｍ）を配置した。シリコーンゴムで形成された空間に、ハイブリダイゼーション用溶液６μＬを注入した。なお、前記ハイブリダイゼーション用溶液は、超純水とハイブリダイゼーションバッファー〔アフィメトリックス社製、商品名：２×Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ Ｂｕｆｆｅｒ〕とを、１：１（体積比）の割合で混合した溶液である。つぎに、シリコーンゴム上にカバーガラスを被せ、溶液が蒸発しない状態とした。その後、基板本体４３ａを４５℃で１時間静置した。つぎに、洗浄用バッファー〔アフィメトリックス社製、商品名：Ｗａｓｈ ｂｕｆｆｅｒ Ａ〕と超純水とを用いて、基板本体４３ａを洗浄した。その後、電極露出部６２ａなどの表面に残存する超純水をブロアで除去した。これにより、電極基板４３を得た。

（比較例１）
実施例１において、作用電極本体６２の表面上に非導電層６３を形成しなかったことおよび作用電極本体６２に滴下するプローブ溶液の量を６μＬとしたことを除き、実施例１と同様に操作を行ない、電極基板４４を得た〔図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）参照〕。この電極基板４４では、基板本体４４ａの表面上に、作用電極本体６２が形成されている。そして、この作用電極本体６２上に捕捉物質２１０が固定されている。

（製造例１）
アセトニトリル（ＡＮ）と、エチレンカーボネート（ＥＣ）とを、２：３〔ＡＮ：ＥＣ（体積比）〕となるように混合した。得られた混合液に、電解質塩としてテトラプロピルアンモニウムヨージドを、その濃度が０．６Ｍとなるように溶解させた。その後、得られた混合液に、電解質としてヨウ素を、その濃度が０．０６Ｍとなるように溶解させた。これにより、電解液を得た。

（試験例１）
実施例１で得られた電極基板４３の作用電極６１の周囲を間隔保持部材であるシリコーンゴム（厚さ：０．１ｍｍ）で囲んだ。つぎに、前記シリコーンゴムによって形成された空間に、製造例１で得られた電解液１２．５μＬを注入した。

つぎに、電極基板４３の上方から、前記空間を、対極および参照電極を有する基板（図１０参照）を用いて密封した。これにより、作用電極６１、対極および参照電極を同一電解液に接触させた。作用電極６１に対し、参照電極を基準として０Ｖの電圧を印加した。そして、電流の経時的変化を測定した。また、実施例１で得られた電極基板４３の代わりに比較例１で得られた電極基板４４を用いたことを除き、前記と同様に操作を行ない、電流の経時的変化を測定した。試験例１において、電流の経時的変化を調べた結果を図１９に示す。図１９中、細実線、破線、一点鎖線および二点鎖線は、実施例１で得られた電極基板４３を用いたときの電流の経時的変化を示す。また、太実線は、比較例１で得られた電極基板４４を用いたときの電流の経時的変化を示す。

また、図１９において、経過時間１５〜２０秒の範囲を拡大し、電流の経時的変化を調べた。これにより、ホワイトノイズを調べた。試験例１において、経過時間１５〜２０秒の範囲での電流の経時的変化を調べた結果を図２０（Ａ）に示す。また、試験例１において、ホワイトノイズの大きさを算出した結果を図２０（Ｂ）に示す。なお、ホワイトノイズの大きさは各時間における電流量の差（０．１５秒間の電流量の差の最大値の平均値）を求めることにより算出した。

図１９に示された結果から、実施例１で得られた電極基板４３を用いた場合、比較例１で得られた電極基板４４を用いた場合と比べて、充電電流の解消が早く、かつ暗電流が抑制されていることがわかる。

また、図２０（Ａ）および（Ｂ）に示された結果から、実施例１で得られた電極基板４３を用いた場合、比較例１で得られた電極基板４４を用いた場合と比べて、ホワイトノイズが抑制されていることがわかる。

（実施例２）
実施例１において、電極露出部６２ａの大きさが０．７ｍｍ×０．７ｍｍとなるように、作用電極本体６２の表面に非導電層６３を形成させ、作用電極と対極と参照電極とを同一基板（図５参照）に形成させたことを除き、実施例１と同様に操作を行ない、電極基板４３を得た。

（試験例２）
（１）被検物質の捕捉処理
実施例１で得られた電極基板４３の代わりに実施例２で得られた電極基板４３を用いた。まず、作用電極６１の周囲に、隔壁となるようにシリコーンゴム（厚さ：０．１ｍｍ）を配置した。その後、この電極基板４３に、ハイブリダイゼーション用チャンバーを装着した。シリコーンゴムと前記チャンバーとで形成された空間に、ハイブリダイゼーション用溶液２０μＬを注入した。なお、前記ハイブリダイゼーション用溶液は、ハイブリダイゼーションバッファー〔アフィメトリックス社製、商品名：２×Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ Ｂｕｆｆｅｒ〕を用いた。溶液が蒸発しないように、チャンバーの注入口を蓋で押さえた。その後、ハイブリダイゼーションを行なった。ハイブリダイゼーションは、チャンバーを４５℃で１時間静置することにより行なった。つぎに、洗浄用バッファー〔アフィメトリックス社製、商品名：Ｗａｓｈ ｂｕｆｆｅｒ Ａ〕と超純水とを用いて、電極基板４３を洗浄した。その後、電極基板４３の表面に残存する超純水をブロアで除去した。

（２）光電流の測定
前記（１）を行なった後の電極基板４３の作用電極６１、対極および参照電極の周囲を間隔保持部材であるシリコーンゴム（厚さ：０．２ｍｍ）で囲んだ。つぎに、前記シリコーンゴムによって形成された空間に、製造例１で得られた電解液１２．５μＬを注入した。これにより、作用電極６１、対極および参照電極を前記電解液に接触させた。

つぎに、電極基板４３の上方から、前記空間を、カバーガラスで蓋をして密封した。これにより、電解液の漏れや蒸発を防ぐようにした。作用電極６１に対し、参照電極を基準として０Ｖの電圧を印加した。これと同時に、作用電極６１の所定の位置（図１７中、光照射位置１〜６参照）に対して、励起光〔波長約７８５ｎｍ、励起光強度約１３ｍＷのレーザー光〕を照射した。このとき、レーザー光を所定の周期（１Ｈｚ）で点滅（ｏｎ・ｏｆｆ）させ、作用電極６１と対極との間を流れる光電流を測定した。その後、光照射位置１〜６それぞれにレーザー光を照射したときの光電流およびこれらの平均値を算出した。また、実施例２で得られた電極基板４３の代わりに、作用電極と対極と参照電極とを同一基板に形成させた以外は比較例１と同様に作成された電極基板（比較例２）を用いて、上記と同様に操作を行ない光照射位置１〜６それぞれにレーザー光を照射したときの光電流およびこれらの平均値を算出した。試験例２において、実施例２で得られた電極基板４３を用い、光照射位置と光電流との関係を調べた結果を図２１に示す。また、試験例２において、比較例２の電極基板を用い、光照射位置と光電流との関係を調べた結果を図２２に示す。

図２１に示された結果から、実施例２で得られた電極基板４３を用いたときの光電流は、４．４〜６．１ｐＡ（平均５．４ｐＡ）であることがわかる。一方、図２２に示された結果から、比較例２の電極基板を用いたときの光電流は、約２７〜３５ｐＡ（平均３１．９ｐＡ）であることがわかる。
これらの結果から、作用電極本体６２の表面に、非導電層６３を設けることにより、ノイズ（被検物質量が０のときの光電流）を低減させることができることがわかる。したがって、作用電極本体６２の表面に、非導電層６３を設けることにより、検出感度を向上させることができることがわかる。
また、これらの結果から、電極露出部６２ａの大きさが０．７ｍｍ×０．７ｍｍとなるように非導電層６３を設けた場合であっても、検出感度を向上させることができることがわかる。

（試験例３）
試験例２の（１）において、実施例１で得られた電極基板４３の代わりに実施例２で得られた電極基板４３を用いたことおよびハイブリダイゼーション用溶液中にターゲットＤＮＡを０〜１ｎＭ〔６．００×１０⁵〜６．００×１０⁸コピー／μＬ〕の濃度となるように添加したことを除き、試験例２と同様に操作を行ない、前記と同様に操作を行ない、光照射位置１〜６それぞれにレーザー光を照射したときの光電流の平均値を算出した。また、実施例２で得られた電極基板４３の代わりに、作用電極と対極と参照電極とを同一基板に形成させた以外は比較例１と同様に作成された電極基板（比較例３）を用いて、上記と同様に操作を行ない、光照射位置１〜６それぞれにレーザー光を照射したときの光電流の平均値を算出した。そして、試験例３において、被検物質（ＤＮＡ）量と、光電流との関係を調べた結果を図２３に示す。図２３中、黒四角は電極基板４３を用いたときの光電流を示す。また、黒矩形は比較例３の電極基板を用いたときの光電流を示す。

図２３に示された結果から、電極基板４３を用いた場合には、被検物質量が０のときの光電流（ノイズ）が約０．００４５ｎＡであることがわかる。電極基板４３を用いたときの光電流に対応するプロットから、光電流が約０．００４５ｎＡとなる被検物質量を算出した。その結果、光電流が約０．００４５ｎＡとなる被検物質量は、約５００ｆＭ（約３×１０⁵コピー／μＬ）であった。
一方、比較例３の電極基板を用いた場合には、被検物質量が０のときの光電流が約０．０３ｎＡであることがわかる。比較例３の電極基板を用いたときの光電流に対応するプロットから、光電流が約０．０３ｎＡとなる被検物質量を算出した。その結果、光電流が約０．０３ｎＡとなる被検物質量は、約３ｐＭ（約２×１０⁶コピー／μＬ）であった。
したがって、これらの結果から、作用電極本体６２の表面における検出物質を存在させる領域が露出するように、当該作用電極本体６２の表面に非導電層６３を設けることにより、検出感度を向上させることができることがわかる。

（比較例４）
実施例１において、作用電極本体６２の表面上に、白金の薄膜からなる金属層８１を、電極露出部６２ａの大きさが２ｍｍ×２ｍｍ（約４ｍｍ²）となるように形成させたことを除き、実施例２と同様に操作を行ない、電極基板４５を得た〔図２４（Ａ）参照〕。この電極基板４５では、基板本体４５ａの表面上に、作用電極本体６２が形成されている〔図２４（Ｂ）参照〕。そして、この作用電極本体６２上に、金属層８１が形成されている〔図２４（Ｂ）参照〕。また、電極露出部６２ａの表面には、捕捉物質２１０が固定されている〔図２４（Ｂ）参照〕。

（試験例４）
試験例１において、電極基板として、実施例２で得られた電極基板４３、比較例１で得られた電極基板４４または比較例４で得られた電極基板４５を用いたことを除き、試験例１と同様に操作を行ない、電流（暗電流）の経時的変化を測定した。試験例５において、電流の経時的変化を調べた結果を図２５に示す。図２５中、実線は実施例１で得られた電極基板４３を用いたときの電流の経時的変化を示す。破線は比較例１で得られた電極基板４４を用いたときの電流の経時的変化を示す。また、一点鎖線は比較例４で得られた電極基板４５を用いたときの電流の経時的変化を示す。

図２５に示された結果から、実施例１で得られた電極基板４３を用いたときの電流は、比較例１で得られた電極基板４４または比較例４で得られた電極基板４５を用いたときの電流と比べて、小さいことがわかる。かかる結果から、作用電極本体６２の表面における光を照射する対象となる部分以外の部分を非導電層で覆った場合、暗電流が低減し、検出感度が向上することが示唆される。
また、比較例４で得られた電極基板４５を用いたときの電流は、比較例１で得られた電極基板４４を用いたときの電流と比べて、大きいことがわかる。かかる結果から、作用電極本体６２の表面における光を照射する対象となる部分以外の部分を金属層で覆った場合、かえって暗電流が増加し、検出感度が低下することが示唆される。
したがって、これらの結果から、作用電極本体６２の表面における検出物質を存在させる領域以外の部分を覆う層は、非導電層が適していることがわかる。

１ 検出装置
１３ 光源
２０ 検査チップ
４０ 電極基板（下基板）
４１ 電極基板（下基板）
４２ 電極基板（下基板）
４３ 電極基板（下基板）
４０ａ 基板本体
４１ａ 基板本体
４２ａ 基板本体
４３ａ 基板本体
５１ 間隔保持部材
５１ａ 部材本体
６１ 作用電極
６２ 作用電極本体
６２ａ 電極露出部
６３ 非導電層
６４ 電子受容層
６５ 導電層
６６ 絶縁層
６８ 対極
６９ 参照電極
８１ 金属層
１０１ 光照射部分
２０１ 検出物質（被検物質）
Ｓ 被検物質

Claims (10)

1. 光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するのに用いられる電極基板であって、
   基板本体と、
   前記基板本体上に形成され、励起光が照射されることにより前記検出物質から生じた電子を受容する半導体からなる作用電極本体および当該作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域以外に形成された非導電層を有する作用電極と
   を備えている電極基板。
2. 前記基板本体上に、対極が形成されている請求項１に記載の電極基板。
3. 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていない領域であって、前記検出物質を誘引させる領域である請求項１または２に記載の電極基板。
4. 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定された領域である請求項１または２に記載の電極基板。
5. 光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するのに用いられる作用電極であって、
   励起光が照射されることにより前記検出物質から生じた電子を受容する半導体からなる作用電極本体と、
   この作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域以外に形成された非導電層と
   を有していることを特徴とする作用電極。
6. 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていない領域であって、前記検出物質を誘引させる領域である請求項５に記載の作用電極。
7. 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化された領域である請求項５に記載の作用電極。
8. 光励起により電子を生じる検出物質を光電気化学的に検出するための検査チップであって、
   基板本体と、前記基板本体上に形成され、励起光が照射されることにより前記検出物質から生じた電子を受容する半導体からなる作用電極本体および当該作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域以外に形成された非導電層を有する作用電極とを備えた電極基板と、
   対極と
   を備えている検査チップ。
9. 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化されていない領域であって、前記検出物質を誘引させる領域である請求項８に記載の検査チップ。
10. 前記作用電極本体上の前記検出物質を存在させる領域が、前記検出物質を捕捉する捕捉物質が固定化された領域である請求項８に記載の検査チップ。

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