KR20070091129A

KR20070091129A - 바이오어세이 장치와 바이오어세이 방법

Info

Publication number: KR20070091129A
Application number: KR1020077012417A
Authority: KR
Inventors: 다쯔미 이또오; 미노루 다께다; 모또히로 후루끼; 료오이찌 야마네; 도시히로 나까지마
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-09-07
Also published as: US20080124788A1; EP1811299A1; EP1811299A4; TW200630614A; JP2006133021A; CN101095052A; JP4424158B2; TWI348023B; CN101095052B; WO2006049041A1

Abstract

물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 저류 또는 유지되는 매질의 건조에 의한 농도 변화나 매질 중의 물질의 석출, 고착을 방지한다. 하이브리디제이션 등의 물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역(R)에 대해, 상기 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하기 위한 매질 공급 수단과, 상기 반응 영역에 대해 필요한 수분을 자동 보급하는 수분 보급 수단을 적어도 구비하는 바이오어세이 장치(2) 등을 제공한다. 상기 장치(2)는 상기 반응 영역(R)에 유지된 매질의 체적을 자동 검출 가능한 체적 검출 수단을 갖는 구성이라도 좋다.

바이오어세이 장치, 인라인 헤드, 스핀들 모터, 투명 전극층, 덮개 탈착 액츄에이터

Description

바이오어세이 장치와 바이오어세이 방법{BIOASSAY EQUIPMENT AND BIOASSAY METHOD}

본 발명은 바이오어세이 장치와 바이오어세이 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 저류 또는 유지되는 매질의 건조에 의한 농도 변화를 방지하도록 고안된 바이오어세이 장치와 바이오어세이 방법에 관한 것이다.

최근, 마이크로 어레이 기술에 의해 소정의 DNA가 미세 배열된 소위 DNA 칩 또는 DNA 마이크로 어레이(이하, 본 발명에서는「DNA 칩」이라 총칭)라 불리는 바이오어세이용 집적 기판이, 유전자의 이변 해석, SNPs(일염기다형) 분석, 유전자 발현 빈도 해석 등에 이용되게 되고, 창약, 임상 진단, 약리 제노믹스, 진화의 연구, 법의학 그 밖의 분야에 있어서 광범위에 활용되기 시작하고 있다. 이「DNA 칩」은, 글래스 기판이나 실리콘 기판 상에 다종ㆍ다수의 DNA 올리고 사슬이나 cDNA(complementary DNA) 등이 집적되어 있으므로, 하이브리디제이션(hybridization)의 망라적 해석이 가능해지는 점이 특징으로 되어 있다.

상기 DNA 칩 이외에도, 단백질 관련의 상호 작용을 검출하기 위한 단백질 칩 등 다양한 센서 칩이 개발되고 있다. 이 센서 칩은 대략 생체 분자 등의 물질간의 상호 작용(예를 들어 하이브리디제이션)의 장을 제공 가능한 조건을 갖는 반응 영역을 기판 상에 미리 설정해 두고, 이 반응 영역 중에 미리 고정화된 프로브 물질과 타겟 물질 사이의 상호 작용의 유무나 정도를 형광 시그널 검출, 표면 플라즈몬 공명 원리, 수정 발진자 원리 등의 측정 원리를 이용하여 검출하는 기술이다.

이 센서 칩 기술에서는, 극미량의 매질(예를 들어 용액)을 취급하기 위해, 상호 작용 어세이시에 있어서의 상기 매질의 건조는 매질 중의 물질의 농도 변화나 석출의 원인이 되어 측정 정밀도에 악영향을 미친다. 따라서, 상호 작용 분석 어세이를 행할 때에는, 습도나 온도의 적합한 환경을 설정하거나, 반응 영역을 폐색하여 수분 증발을 방지하는 등의 대책을 강구할 필요가 있다.

예를 들어, 일본 특허 공개 제2002-36302호 공보에는, 마이크로 어레이 작성시(프로브 고정시)의 샘플 스폿 작업시에 샘플 용액이 증발하면, 마이크로 어레이의 품질이 안정되지 않는 문제를 해결하기 위해, 마이크로 어레이 장치에 부설한 증발 발생 장치로부터의 수증기에 의해 샘플 용액이 증발하기 어려운 습도로 설정하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 공개 제2003-079377호 공보에는, 다가 알코올을 소정량 이상 겔에 포함시켜 둠으로써, 상기 겔 중의 수분의 증발, 겔의 수축, 겔의 탈락을 억제하는 기술이 개시되어 있다.

여기서, 반응 영역 중의 수분의 증발(속도)을 저하시키기 위해서는, (1) 상대 습도를 상승시킨다, (2) 온도를 낮추어 포화 증기압을 낮춘다, 원리적으로 이상의 2가지밖에 없다고 생각된다.

이로 인해, 반응 영역에서의 어세이 공정을 진행시킬 때의 분위기 전체를 고습도 환경으로 유지하는 수단을 채용하는 것이 고려된다. 그러나, 그 효과에는 한계가 있고, 또한 고습도 유지를 위한 기계 설비의 비용 상승, 또한 유지 보수 대책 등을 피할 수 없는 등의 문제가 발생한다.

또한, 샘플 용액을 유지하는 반응 영역을 덮개 부재 등으로 폐색하는 것은 필요하다고 해도, 기판 상에 다수 배치되는 각 반응 영역으로의 프로브 물질이나 타겟 물질의 공급(예를 들어 적하) 작업을 모두 완료하기까지는 시간이 걸린다. 따라서, 덮개를 덮을 때까지 반응 영역 내의 물질 농도는 각각의 시간 경과와 함께 시시각각 변화한다.

예를 들어 도19에 도시한 바와 같이, 소정의 반응 영역(R)에 소정량 공급된 매질(M1)은 시간 경과에 따라 건조하여, 그 초기 용량(V1)이 점점 감소하여 용량(V2)(V2 ＜ V1)의 매질(M2)이 된다. 이 매질의 용량 변화 때문에, 반응 영역(R)에서의 물질(m)(프로브 물질이나 타겟 물질 등)의 농도가 변화하거나, 반응 영역(R)에 물질(m)이 석출 및 고착하는 문제가 발생한다. 이 결과, 반응 영역(R) 사이에서의 물질 농도의 변동이 발생하여 검출 정밀도에 악영향을 미친다.

그래서, 본 발명은, 물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 저류 또는 유지되는 매질이 건조됨으로써 발생하는 함유 물질의 농도 변화나 매질 중의 물질의 석출, 고착을 방지하기 위해, 상기 반응 영역 내의 매질로부터 소실된 수분을 보급(補給) 가능한 바이오어세이 장치, 및 바이오어세이 방법을 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명에서는, 이하의「바이오어세이 장치」와 「바이오어세이 방법」을 제공한다.

우선, 본 발명에 관한「바이오어세이 장치」는, 하이브리디제이션 등의 물질간의 상호 작용의 장(場)을 제공하는 반응 영역에 대해, 상기 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하기 위한 매질 공급 수단과, 상기 반응 영역에 대해 필요한 수분을 자동 보급하는 수분 보급 수단을 적어도 구비한다.

이 장치에 따르면, 예를 들어 반응 영역에 공급된 매질로부터 소실된 수분을 상기 소실 수분에 일치하는 용량만큼 적당한 타이밍에 반응 영역에 보급하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 매질 중의 물질 농도를 원하는 농도로 유지하거나, 다수의 반응 영역간에 매질 중의 물질 농도를 균일화할 수 있고, 또한 과잉 건조에 의한 물질의 석출이나 고착을 유효하게 방지할 수 있다.

또한, 본 장치에서는 상기 반응 영역에 유지된 매질의 체적을 자동 검출 가능한 체적 검출 수단을 갖도록 연구하고, 상기 체적 검출 수단으로부터 얻어지는 체적 변화 정보를 기초로 하여 건조에 의해 소실된 수분에 상당하는 수분을 상기 수분 보급 수단을 통해 상기 반응 영역에 공급하도록 한다. 상기 체적 검출 수단은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상기 반응 영역 내에 유지된 매질의 외형을 카메라 출력 화상으로부터 추출하고, 메니스커스 형상 치수로부터 산출하는 수단을 적합하게 채용할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 바이오어세이 방법은, 물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 대해, 상기 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질과 수분을 다른 경로에 의해 공급하는 공정을, (1) 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하는 순서에 이어서, 수분을 보급하는 순서, (2) 수분을 보급하는 순서에 이어서, 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하는 순서, 이들 중 어느 하나의 순서에 따라서 행하는 방법이다.

본 방법에 의해, 프로브 물질이나 타겟 물질 등의 물질을 포함하는 매질을 공급한 후에, 건조에 의해 잃게 된 수분을 보급하거나[(1)의 순서], 미리 건조 소실하는 수분을 예상하여 수분을 보급해 둔 후에, 프로브 물질이나 타겟 물질 등의 물질을 포함하는 매질을 공급[(2)의 순서]할 수 있다. 특히, (2)의 순서에서는, 에지나 경계 부분에 있어서의 물질의 석출이나 고착을 방지하는 데 유효하다.

여기서, 본 발명에서 사용하는 주된 기술 용어의 정의 부여를 행한다.

「상호 작용」은, 물질간의 비공유 결합, 공유 결합, 수소 결합을 포함하는 화학적 결합 혹은 해리를 넓게 의미하고, 예를 들어 핵산(뉴클레오티드 사슬)간의 상보 결합인 하이브리디제이션, 고분자-고분자, 고분자-저분자, 저분자-저분자의 결합 또는 회합 등을 넓게 포함한다. 「하이브리디제이션」은, 상보적인 염기 배열 구조를 구비하는 동안의 상보 사슬(이중 사슬) 형성 반응을 의미한다.

「반응 영역」은, 하이브리디제이션 외의 상호 작용의 반응장을 제공할 수 있는 영역 또는 공간이다. 일례를 들면, 액상이나 겔 등을 저류할 수 있는 반응 영역 형상을 갖는 반응장을 들 수 있다. 이 반응 영역에서 행해지는 상호 작용은 본 발명의 목적이나 효과에 따르는 범위에 있어서 좁게 한정되지 않는다.

「매질」은, 상호 작용에 관게되는 물질(프로브 물질이나 타겟 물질)이나 인터컬레이터(intercalator) 등의 상호 작용 검출에 이용하는 물질 등의 물질을 함유하는 수분 함유 매체이다.

「핵산」이라 함은, 푸린 또는 피리미딘 염기와 당이 글리코시드 결합한 뉴클레오시드의 인산에스테르의 중합체(뉴클레오티드 사슬)를 의미하고, 프로브 DNA를 포함하는 올리고뉴클레오티드, 폴리뉴클레오티드, 푸린뉴클레오티드와 피리미딘클레오티드가 중합한 DNA(전체 길이 혹은 그 단편), 역전사(逆轉寫)에 의해 얻어지는 cDNA(c프로브 DNA), RNA, 폴리아미드 뉴클레오티드 유도체(PNA) 등을 널리 포함한다.

본 발명에 따르면, 바이오어세이용으로 준비된 기판 상에 배치되어 있는 반응 영역 내에 있어서, 물질 농도의 조정을 행할 수 있으므로 정밀도가 좋은 바이오어세이 프로세스를 행하는 것이 가능해진다. 또한, 항습도 챔버 내의 습도를 고습도로 유지할 필요가 없어지므로, 장치의 소형화, 저비용화를 실현할 수 있다. 반응 영역 내의 용액 등의 매질의 양을 자동 검출하는 수단을 이용함으로써, 물질 농도의 조정을 용이화할 수 있다.

도1은 본 발명에 관한 바이오어세이 장치나 방법을 적용할 수 있는 반응 영역이 형성된 기판의 부재 구성을 도시하는 단면도이다.

도2는 하측 기판(11)에 상측 기판(이하,「덮개」라 함)(12)이 서로 중첩될 때의 모습을 도시하는 사시도이다.

도3은 기판(11)과 덮개(12)가 서로 중첩되어 얻어지는 기판(1)의 층 구성을 도시하는 단면도이다.

도4는 하측 기판(11)이 장치(2)의 공급용 모듈(2a) 위치에서 처리를 받고 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도5는 기판(1)이 장치(2)의 반응용 모듈(2b) 위치에서 처리를 받고 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도6은 기판(1)이 장치(2)의 형광 측정용 모듈(2c) 위치에서 처리를 받고 있는 상태를 나타내는 도면이다.

도7은 장치(2)의 형광 측정용 모듈(2c)의 광학계(X)의 확대도이다.

도8은 제1 인라인 헤드(207)와 제2 인라인 헤드(208)의 배치 구성의 일례를 도시하는 사시도이다.

도9는 상기 배치 구성의 일례를 상방에서 봤을 때의 평면도이다.

도10은 인라인 헤드(207, 208)의 배치 구성의 다른 예를 도시하는 도면이다.

도11은 매질 공급(적하)일 때의 동작 시퀀스의 예를 설명하기 위한 도면이다.

도12는 적하된 용액이 모두 건조할 때까지의 시간을 횡축에 적하량, 종축에 건조 시간으로 하고, 50 내지 90 %RH의 각 환경 습도에 대해 플롯한 그래프이다.

도13은 도12의 환경 습도 50 %RH의 플롯을 적하량 100 pl 부근을 확대 발출한 그래프이다.

도14는 기판(11)에 대한 수분 공급용 용매의 적하 공급 순서를 설명하기 위 한 도면이다.

도15는 수분 보급에 관계되는 다른 적하 순서(카메라 출력 화상을 이용하는 순서)에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도16은 상기 적하 순서일 때의 동작 시퀀스의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도17은 다른 동작 시퀀스의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도18은 또 다른 동작 시퀀스의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도19는 종래 기술에 있어서의 과제를 설명하기 위해 이용하는 도면이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 첨부 도면에 나타낸 각 실시 형태는 본 발명에 관계되는 물(物)이나 방법의 대표적인 실시 형태를 예시한 것이고, 이 예시에 의해 본 발명의 범위가 좁게 해석되는 일이 없다.

우선, 도1은, 본 발명에 관한 바이오어세이 장치나 방법을 적용할 수 있는 반응 영역이 형성된 기판의 부재 구성을 도시하는 단면도이다.

기판(1)은 바이오어세이용으로 준비된 기판이며, 하측 기판(11)과, 이에 접합하는 등하여 서로 중첩되는 상측 기판(이하,「덮개」라 함)(12)으로 구성되어 있다. 하측 기판(11)은 하층 기판(111)과, 투명 전극층(112)과, 고정화층(113)과, 예를 들어 반응 영역 형상을 이루는 반응 영역(R)이 형성되는 반응 영역 형성층(114)이 순차적으로 적층된 층 구성을 갖는다.

또한, 하측 기판(11)의 투명 전극층(112)은 상호 작용 검출을 위한 바이오어세이의 과정에 있어서, 어떠한 전기 역학적인 작용을 이용하는 경우에 이용되는 층이며, 본 발명과의 관계에 있어서 특별히 필수적인 층은 아니다.

하층 기판(111)은, 예를 들어 형광 검출시 등에 사용하는 레이저광(형광 여기광, 위치 검출용 서보광 등)이나 반응 영역(R)에서 발생하는 형광을 투과하는 성질을 구비한 재료(예를 들어 합성 수지나 글래스)로 형성되어 있다. 하층 기판(111)을 광 투과성으로 함으로써, 기판(11)의 이면으로부터의 광 조사 수단을 채용할 수 있다.

투명 전극층(112)은 예를 들어 인듐-주석-옥사이드(ITO) 등의 광 투과성의 도체 재료로 형성된다. 이 투명 전극층(112)은 예를 들어 하층 기판(111) 상에 스퍼터링 기술 등을 이용하여 소정의 막 두께(예를 들어 200 ㎚)로 형성되어 있다.

고정화층(113)은 프로브 물질, 예를 들어 프로브 DNA(예를 들어 올리고뉴클레오티드 사슬) 등의 핵산 분자의 일단을 고정화하기 위해 적합한 재료이며, 예를 들어 실란에 의해 표면 수식이 가능한 SiO₂가 스퍼터링 기술에 의해 소정의 막압(예를 들어 200 ㎚)으로 형성되어 있다.

이 고정화층(113)의 표층에 아미노기, 티올기, 카르복실기 등의 관능기(활성 기)를 갖는 물질이나 시스테아민, 스트렙토아비딘 등을 코팅해도 좋다. 예를 들어 스트렙토아비딘에 의해 표면 처리되어 있는 경우에는, 비오틴화된 프로브 DNA 등의 프로브 물질 말단의 고정화에 적합하다. 혹은, 티올(SH)기에 의해 표면 처리되어 있는 경우에는, 티올기가 말단에 수식된 프로브 물질을 디설파이드 결합(-S-S-결합)에 의해 고정하는 데 적합하다.

반응 영역 형성층(114)은 하측 기판(11)에 있어서 상방으로 개방되는 오목 형상의 반응 영역(R)이 다수 배치되어 있는 층이다. 이 반응 영역 형성층(114)은 예를 들어 감광성 폴리이미드의 포토리소그래피 프로세스에 의해 형성할 수 있다. 또한, 반응 영역(R)은 예를 들어 φ100 ㎛, 깊이 5 ㎛의 형상으로 형성한다. 이 경우, 하나의 반응 영역(R) 내의 용적은 약 100 pl이 된다.

도2는 하측 기판(11)에 동일 구경의 덮개(상측 기판)(12)가 서로 중첩될 때의 모습을 도시하는 사시도이며, 도3은 기판(11)과 덮개(12)가 서로 중첩되었을 때의 기판(1)의 층 구성을 도시하는 단면도이다.

반응 영역(R)은 도2에 도시한 바와 같이 하측 기판(11)의 중심으로부터, 기판 전체를 상방에서 보았을 때에, 방사 형상을 나타내도록 복수 배열되어 있다. 또한, 반응 영역(R)의 방사 형상 열이 반경 방향으로 소정 간격을 두고 배열된 형태를 갖는다.

본 발명자가 실제로 작성한 하측 기판(11)의 일 실시 형태예에서는, 기판 중심으로부터 반경 25 ㎜ 내지 35 ㎜까지의 사이에 0.2 ㎜ 간격으로 합계 50개의 반응 영역(R)을 방사 형상 열을 이루도록 형성하고, 그리고 이 방사 형상 열을 반경 방향으로 0.2 ㎜ 피치로 785개 배열하였다. 따라서, 본 예에서는, 기판 상에 합계 39250개(50개 × 785열)의 반응 영역(R)이 형성되어 있게 된다.

또한, 특별히 도시는 하지 않지만, 기판(1)에는 기판의 위치 정보(번지 정 보)로서 기능하는 어드레스피트, 혹은 바코드 등이 형성되어 있다. 예를 들어 반응 영역 형성층(114)에 있어서, 회전 방향의 기준 위치를 나타내는 어드레스피트를 반응 영역(R)과 같은 프로세스로 형성할 수 있다. 이 어드레스 피트를 소정의 서보광을 이용하여 추종함으로써 기판 위치 정보를 얻을 수 있다. 이 기판 위치 정보를 단서로 하여, 정확하게 목적의 반응 영역(R)을 특정할 수 있다.

덮개(12)는 주로 반응 영역(R) 내에 저류 또는 유지되는 매질의 건조를 방지하기 위한 부재로서 기능한다. 예를 들어 도3에 도시한 바와 같이 중첩되었을 때에는, 덮개(12)가 반응 영역(R)을 폐색하고, 반응 영역(R)과 외기가 연통하지 않도록 밀착한다. 예를 들어 덮개(12)는 도전성을 갖는 n형 Si에 의해 형성할 수 있다.

계속해서, 도4 내지 도8을 기초로 하여 본 발명에 관한「바이오어세이 장치」의 구체적 구성에 대해 설명한다.

도4 등에 있어서 부호 2로 나타낸「바이오어세이 장치」는, 크게 나누면, 반응 영역(R)으로 매질을 공급하는 공급용 모듈(2a)과, 고정화 반응이나 상호 작용을 진행시키는 반응용 모듈(2b)과, 반응 영역(R) 내의 여기 형광을 측정하는 형광 측정용 모듈(2c)에 의해 구성되어 있다. 또한, 상기 장치(2)는 컴퓨터(C)에 의해 각 동작을 제어하는 드라이버(후술)나 전계 인가 등이 제어되어 있다.

도4는 하측 기판(11)이 공급용 모듈(2a) 위치에서 처리를 받고 있는 상태를 나타내고 있고, 도5는 기판(1)이 반응용 모듈(2b) 위치에서 처리를 받고 있는 상태를 나타내고 있고, 도6은 기판(1)이 형광 측정용 모듈(2c) 위치에서 처리를 받고 있는 상태를 각각 나타내고 있다.

이와 같이, 하측 기판(11)은 각 모듈(2a, 2b, 2c) 사이를 슬라이드 이동하고, 또한 목적의 처리나 반응을 실행하기 위해 각 모듈(2a, 2b, 2c)의 소정 위치에 정지하도록 구성되어 있다.

상기 구성의 하측 기판(11)은 도4 등에 도시된 처킹 기구(201)를 통해 턴테이블(202)에 고정되어 있다. 상기 턴테이블(202)은 스핀들 모터(203)와 로터리 인코더(204)에 연결되어 있다. 스핀들 모터(203)는 이송 나사(205)에 체결되어 있고, 드라이버(206a)로 제어되는 스핀들 주사 모터(206)에 의해 공급용 모듈(2a), 반응용 모듈(2b), 형광 측정용 모듈(2c)의 각 모듈로 기판(1)을 반송할 수 있다.

여기서, 도8에 도시되어 있는 바와 같이 공급용 모듈(2a)에는 하측 기판(11) 상의 영역에 하나의 방사 형상 열의 반응 영역(R)과 동일수의 50개의 잉크젯 노즐이 탈착 가능한 기구로 배치되어 있는 제1 인라인 헤드(207)가 설치되어 있다. 이 제1 인라인 헤드(207)는 반응 영역(R)에 대한 매질 공급 수단으로서 기능한다.

또한, 이 제1 인라인 헤드(207)는 프로브 물질을 포함하는 매질이 충전된 공급용 잉크젯 노즐(도시하지 않음)과 타겟 물질을 포함하는 매질이 충전된 공급용 잉크젯 노즐(도시하지 않음)을 적당하게 교환함으로써, 원하는 물질을 포함하는 매질을 반응 영역(R)으로 공급할 수 있는 구성으로 되어 있다.

공급용 모듈(2a)에는 프로브 물질 등을 포함하는 매질 공급용의 상기 제1 인라인 헤드(207)와는 별도로, 하측 기판(11) 상의 반응 영역(R)에 수분을 공급하기 위해 전용으로 설치된 제2 인라인 헤드(208)가 필요수 설치되어 있다. 이 제2 인 라인 헤드(208)는 반응 영역(R)에 대한 수분 보급 수단으로서 기능한다.

이 제2 인라인 헤드(208)는 하측 기판(11) 상의 하나의 방사 형상 열을 이루는 반응 영역(R)군과 동일수인 합계 50개의 잉크젯 노즐이 배열되어 있다. 또한, 인라인 헤드(207, 208)는 모두 잉크젯 드라이버(209)에 연결되어 제어되어 있다.

다음에, 반응용 모듈(2b)은 건조 방지 등의 역할을 하는 도전성의 덮개(12)를 반응 영역(R)이 배치되어 있는 하측 기판(11)에 서로 중첩하여 장착하는 기구를 구비하고 있다. 이 장착 기구는, 주로 덮개(12)의 탈착을 제어하는 액츄에이터 드라이버(210a)와, 상기 드라이버(210a)로 제어되는 액츄에이터(210b)와, 덮개(12)의 위치를 검출하는 위치 센서(211) 등으로 구성되어 있다.

또한, 이 반응용 모듈(2b)은 고주파 전원 등의 전원(212)을 통해 도전성의 덮개(12)로 고주파 교류 전계 등의 전계를 인가하기 위한 콘택트 전극(213), 기판(1)을 가열하기 위한 히터(214) 등을 구비한다. 또한, 부호 215는 상기 히터(214)에 설치되어 있는 온도 센서이며, 부호 216은 온도 센서(215)로부터의 검출 신호를 받아 히터(214)의 온도를 제어하는 히터 드라이버이다.

여기서, 하측 기판(11)이나 덮개(12), 혹은 히터(214)는 모두 항습도 챔버(217) 내에 유지 가능하게 되어 있다. 이 항습도 챔버(217)는 그 일부에 개구부(217a)를 갖는다. 이 개구부(217a)는 드라이버(218)에 의해 제어되어 있는 액츄에이터(219)를 통해 셔터(220)의 상하 이동에 의해 개폐된다. 부호 221은 셔터(220)의 위치를 검출하기 위한 위치 센서이다. 또한, 항습도 챔버(217)는 기판(1)[혹은 하측 기판(11)]이 반송될 때에, 통과할 때 이외에는 폐쇄되어 있다(예 를 들어 도4 참조).

다음에, 형광 측정용 모듈(2c)은 주로 측정 제어계(225)에 의해 제어되어 있는 광학계(X)로 구성되어 있다. 도4 내지 도6 중 광학계(X)를 확대하여 나타낸 도7에 도시되어 있는 바와 같이, 하측 기판(11)의 반응 영역(R) 내에 존재하는 형광 물질(예를 들어 타겟 물질에 표지된 형광 색소나 형광성의 인터컬레이터)의 형광 여기를 행하기 위한 형광 여기용 광학계(P1)[형광 여기 레이저(LD1), 콜리메이터 렌즈(L1), 대물 렌즈(L3), 다이크로익 미러(DM1)]를 구비한다.

또한, 여기된 형광을 측정하기 위한 형광 측정용 광학계(P2)[대물 렌즈(L3), 파장 선택 필터(F), 대물 렌즈(L5), 형광 측정 디텍터(PMT), 다이크로익 미러(DM1, DM2)], 또한 대물 렌즈(L5)의 오토 포커스(AF) 제어 신호를 검출하는 AF 검출 광학계(P3)[AF 검출 레이저(LD2), 콜리메이터 렌즈(L2), 빔 분할기(M3), 비점수차 렌즈(L4), AF 검출 디텍터(PD)]를 구비한다.

또한, 형광 여기용 레이저, AF 검출용 레이저 및 형광은 각각 파장이 다르고, 다이크로익 미러(DM1, DM2)를 통해 합성/분리된다.

공급용 모듈(2a)과 반응용 모듈(2b)에는 상기한 항습도 챔버(217)가 설치되어 있고(도4 등 참조), 도시하지 않은 항습도 조정기에 의해 기판 주위 환경은 예를 들어 습도 50 %RH의 일정 습도로 유지되어 있다. 이에 의해, 공급 후의 프로브 물질 함유 매질 또는 타겟 물질 함유 매질로부터의 수분의 소실(증발)을 최소한으로 억제할 수 있다.

여기서, 상기 구성의 바이오어세이 장치(2)를 사용하여 행하는 프로브 물질 의 고정화에 관계되는 어세이에 대해 설명한다. 이하, 프로브 물질은 프로브 DNA를 대표예로서 설명하지만, 이에 한정하는 취지는 아니다.

프로브 DNA는 후술하는 바이오어세이 프로세스에 있어서, 타겟 물질인 타겟 DNA(1개 사슬) 내에 포함되는지 여부를 조사하고자 하는 염기 배열과 상보적인 염기 배열을 갖도록 합성된 1개 사슬 DNA(뉴클레오티드 사슬)이다.

하측 기판(11)에 배치된 반응 영역(R)에 대한 프로브 DNA의 공급은 공급용 모듈(2a) 위치에서 상기 제1 인라인 헤드(207)에 배치된 잉크젯 노즐을 통해 상기 프로브 DNA를 함유한 매질을 반응 영역(R)으로 소정량, 공급[적하(滴下)]함으로써 행한다.

공급용 노즐로서 기능하는 잉크젯 노즐은 프로브 DNA 함유 매질용, 수분 보급을 위한 용매용의 어느 것에 대해서도 하측 기판(11)에 형성된 반응 영역(R)의 반경 방향에서의 배열 피치와 동일 피치이고, 동일수의 노즐을 구비하고 있어 각각 노즐로부터 다른 매질을 적하할 수 있는 구조로 되어 있다.

최초로, 형광 측정용 모듈(2c)의 위치에서, (덮개가 덮여있지 않은 상태의)하측 기판(11)을 턴테이블(202)에 적재하고, 계속해서 처킹 기구(201)로 기판(11)을 고정한 후, 스핀들 주사 모터(206)에 의해 스핀들 위치 센서(222a)에서 검출된 공급용 모듈(2a) 위치까지 반송한다. 이 반송 후의 상태는 도4에 도시되어 있다.

다음에, 하측 기판(11)을 드라이버(203a)로 제어되는 스핀들 모터(203)로 회전시키고, 하측 기판(11)의 회전 방향의 기준 위치를 검출하는 디스크 기준 위치 센서(223)와 로터리 인코더(204)의 출력으로부터 반응 영역(R)의 위치에 대응한 신 호(반응 영역 위치 신호)를 발생시킨다. 그리고, 이 반응 영역 위치 신호와 공급용 노즐의 토출 위치 신호를 동기시킴으로써, 하측 기판(11) 상의 원하는 반응 영역(R)에 목적의 프로브 DNA를 포함하는 매질을 공급한다.

도8, 도9에는 인라인 헤드(207, 208)의 배치 구성의 일례가 도시되어 있다. 도8은 사시도, 도9는 상방에서 보았을 때의 평면도이다.

도8, 도9에 도시된 예에서는, 프로브 DNA를 함유하는 매질이 충전된 잉크젯 노즐에 대해서는, 토출량 100 pl, 토출 주파수 5 ㎑인 구성의 것을 채용하고 있다. 예를 들어 반응 영역(R)의 반경 방향의 배열수와 동일수의 50개의 상기 잉크젯 노즐이 제1 인라인 헤드(207)에 대해 탈착 가능한 기구로 설치되어 있다.

또한, 한쪽의 수분 보급용 잉크젯 노즐은 예를 들어 토출량 2 pl, 토출 주파수 20 ㎑인 구성의 것을 채용하고 있다. 예를 들어 반응 영역(R)의 반경 방향의 배열수와 동일수인 50개의 상기 잉크젯 노즐이 제2 인라인 헤드(208)에 대해 탈착 가능한 기구로 설치되어 있다.

본 예에서는, 제2 인라인 헤드(208)가 두 개 설치되어 있다(도8, 도9 참조). 그 한쪽(208a)을 매질 중의 물질 농도 조정용으로서, 다른 쪽(208b)을 물질의 석출 방지용으로서 각각 역할 분담시키고 있다.

또한, 도10에 나타내는 변형 형태와 같이, 제2 인라인 헤드(208)를 하나만 설치하여, 상기 제2 인라인 헤드(208)에 물질 농도 조정용과 물질의 석출 방지용의 양 기능을 집약하거나, 어느 한쪽의 역할만을 담당시키도록 해도 좋다.

다음에, 도11을 기초로 하여 매질 공급(적하)의 동작 시퀀스에 대해 설명한 다.

우선, 하측 기판(11)을 회전시켜 프로브 DNA 함유 매질을 상기 기판(11)의 반응 영역(R)에 적하 공급한다. 또한, 이 기판(11)을 회전시켜, 수분 보급용의 제2 인라인 헤드(208)의 위치까지 온 타이밍에서, 컴퓨터(C)가 유지하는「건조 시간 테이블」을 참조하여 용매 적하수를 계산하여 수분 보급용 용매를 필요 방울수만 큼 적하 공급한다.

이 「건조 시간 테이블」은 각 습도 조건하에서 미리 행한 실험으로부터 미리 작성되어 있는 것이며, 대응하는 반응 영역(R)의 위치 번호에 대해 수분 보급용 용매의 적하수가 기록되어 있다.

도12, 도13은 이 실험에 의해 얻어진 데이터를 그래프화하여 나타내는 도면이다. 도12는 적하된 용액이 모두 건조될 때까지의 시간을 횡축에 적하량, 종축에 건조 시간으로 하여 50 내지 90 %RH의 각 환경 습도에 대해 플롯한 그래프이다. 도13은 상기 도12의 환경 습도 50 %RH의 플롯을 적하량 100 pl 부근을 확대하여 발출한 그래프이다.

이 실험에 따르면, 예를 들어 습도 50 %RH인 경우에는, 최초로 적하된 반응 영역(R)(예를 들어 반응 영역 열 1)에 유지되어 있는 프로브 DNA 함유 매질은 최후의 반응 영역(R)(예를 들어 반응 영역 열 785)에 적하하는 0.16초 후에, 약 11 pl의 수분이 건조에 의해 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

따라서, 도14에 도시한 바와 같이 반응 영역 열 번호에 대한 용매 적하수를 산출 설정함으로써, 각 반응 영역(R)의 프로브 DNA의 건조에 의한 농도 변화를 최 소한으로 억제할 수 있다.

보다 상세하게는, 기판(11)에 방사 형상 열을 이루도록 배열된 반응 영역(R)에 대해, 방사 형상 열마다 주위 방향 순서로 배열 번호(부호 N 참조)를 부여해 두고, 이 배열 번호 열(N)에 의해 특정되는 영역에 존재하는 반응 영역(R)군에 수분 보급용 용매를 필요 방울수만큼 공급한다(도14 참조). 또한, 도14에서는 공급 순서가 앞일수록 공급하는 방울수가 증가하고 있다.

다음에, 도15를 참조하여 수분 보급에 관계되는 다른 실시 형태에 대해 설명한다.

본 실시 형태에서는, 프로브 DNA 함유 매질이 충전되어 있는 잉크젯 노즐은 토출량 100 pl, 토출 주파수 5 ㎑로 한다. 그리고, 반응 영역(R)의 방사 형상 열의 일렬분의 개수와 동일수(예를 들어 50개)의 잉크젯 노즐을 제1 인라인 헤드(207)에 대해 탈착 가능한 기구에 의해 장착한다.

또한, 본 실시 형태에서는 수분 보급을 담당하는 용매 공급용 잉크젯 노즐은 토출량 2 pl, 토출 주파수 20 ㎑로 한다. 그리고, 이 잉크젯 노즐은 반응 영역(R)의 방사 형상 열의 일렬분의 개수와 동일수(50개)를 제2 인라인 헤드(208)에 대해 탈착 가능한 기구에 의해 장착한다.

본 실시 형태에서는, 또한 반응 영역(R) 내의 매질량을 자동 측정하기 위해 이용되는 광학 현미경 CCD 카메라(223)(도4 내지 도6 참조)가 기판(11)의 상방에 설치되어 있다. 또한, 도15의 부호 Y로 나타내는 영역은 상기 광학 현미경 CCD 카메라(223)의 초점 범위를 나타내고 있다.

여기서, 반응 영역(R) 내의 매질 용량은, 카메라 출력 화상으로부터 용액 외형을 추출하여 메니스커스 형상 치수로부터 산출하는 것이 가능하다.

이 실시 형태에서의 동작 시퀀스의 예를, 도16을 기초로 하여 설명한다.

하측 기판(11)을 회전하고, 프로브 DNA 함유 매질을 기판(11)의 전체 반응 영역(R)에 공급(적하)한다. 다음의 주위 회전(周回)에서는, 반응 영역(R) 내의 매질량을 상기 광학 현미경 CCD 카메라(223)를 이용하여 검출하고 감소한 용액량의 계산을 행한다. 이 계산을 기초로 하여, 수분 보급용 제2 인라인 헤드(208)의 위치까지 온 타이밍에서 수분 보급용 용매를 필요 방울수만큼 적하한다.

이 구성에 의해, 항습도 챔버(217)(도4 등 참조) 내의 습도를 미리 검출하지 않고, 각 반응 영역(R)의 프로브 DNA의 건조에 의한 농도 변화를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 다른 실시 형태에서는 프로브 DNA 함유 매질을 공급하는 잉크젯 노즐로서, 토출량 2 pl, 토출 주파수 20 ㎑의 것을 채용해도 좋다. 이 잉크젯 노즐을 반응 영역(R)의 방사 형상 열의 일렬분의 수와 동일수(예를 들어 50개)만큼 제1 인라인 헤드(207)에 대해 탈착 가능한 기구에 의해 장착한다.

이 경우에는, 수분 보급용(용매 적하용)의 잉크젯 노즐로서, 토출량 100 pl, 토출 주파수 5 ㎑의 것을 채용한다. 이 잉크젯 노즐을 반응 영역(R)의 방사 형상 열의 일렬분의 수와 동일수(예를 들어 50개)만큼 제1 인라인 헤드(207)에 대해 탈착 가능한 기구에 의해 장착한다.

이 경우의 공급 동작 시퀀스를 도17을 기초로 하여 설명한다.

우선, 기판(11)을 회전하여 제2 인라인 헤드(208)를 통해 수분 보급용 용매를 최초로 적하 공급해 둔다. 다음에, 기판(11)을 회전시켜 프로브 DNA 함유 매질을 적하 공급하는 노즐이 배열된 제1 인라인 헤드(207)를 통해 프로브 DNA 함유 매질을 반응 영역(R)에 적하 공급한다. 또한, 프로브 DNA 함유 매질의 농도는 반응 영역(R) 내에서 100 pl의 용매와 혼합하였을 때에, 소정의 농도가 되도록 조정해 두도록 한다.

이와 같이 하면, 용액의 적하 공급으로부터 건조 방지용 덮개[상측 기판(12)]를 장착하는 단시간 동안에는 완전히 혼합하는 일이 없어지므로, 반응 영역(R) 내에 프로브 DNA가 석출 및 고착하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.

즉, 반응 영역(R)에 용매를 적하한 후에, 프로브 DNA 함유 매질을 적하함으로써, 반응 영역(R) 내에서의 프로브 물질의 석출이나 고착에 의한 불균일이 감소하여 정밀도 좋은 바이오어세이 프로세스를 실현할 수 있다.

또 다른 실시 형태에서는 제1 인라인 헤드(207)용 잉크젯 노즐로서, 토출량 2 pl, 토출 주파수 20 ㎑의 것을 채용한다. 또한, (수분 보급용의)제2 인라인 헤드(208)용 잉크젯 노즐로서, 토출량 100 pl, 토출 주파수 5 ㎑의 것을 채용한다. 또한, 반응 영역(R) 내의 매질량을 측정하기 위한 광학 현미경 CCD 카메라(223)를 이용하여 반응 영역(R) 내의 매질량을 카메라 출력 화상으로부터 용액 외형을 추출하여 메니스커스 형상 치수로부터 산출한다.

이 경우의 공급 동작 시퀀스를 도18을 기초로 하여 설명한다.

기판(11)을 회전시켜 최초로 용매 A를 반응 영역(R)에 적하 공급한다. 다음 에, 상기 기판(11)을 회전시켜 제1 인라인 헤드(207) 위치까지 온 타이밍에서, 프로브 DNA 함유 매질을 반응 영역(R)에 적하 공급한다. 이상의 공급 동작을 기판 전체 둘레에 걸쳐서 행하고, 다음의 주위 회전에서는 반응 영역(R) 내에 유지된 매질량을 상기 광학 현미경 CCD 카메라(223)를 이용하여 검출하고, 그 감소량의 계산을 행한다. 이 계산 결과를 기초로 하여, 용매 B의 적하 공급을 담당하는 제2 인라인 헤드(208) 위치까지 왔을 때에, 필요 방울수만큼 용매 B를 적하 공급한다.

이 방법에 따르면, 항습도 챔버(217)(도4 등 참조) 내의 습도를 미리 검출하는 일 없이, 각 반응 영역(R)의 프로브 DNA의 건조에 의한 농도 변화를 최소한으로 억제할 수 있고, 또한 반응 영역(R) 내의 프로브 DNA의 석출 및 고착을 유효하게 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 각 실시 형태에서 나타내는 방법에 의해, 프로브 DNA 함유 매질을 기판(11)에 적하 공급한 후, 스핀들 위치 센서(222b)에서 검출되는 반응용 모듈(2b) 위치까지 스핀들 주사 모터(206)에 의해 기판(11)을 반송한다(도5의 상태). 그리고, 기판(11)에 대해 덮개 탈착 액츄에이터(210b)와 덮개 위치 센서(211)를 사용하여 덮개[상측 기판(12)]를 장착한다(도5 재참조).

그 후, 항습도 챔버(217) 내에 일정 시간 정치함으로써, 반응 영역(R)의 표면(고정화용으로 처리된 표면)에 대한 프로브 DNA의 고정화 작업을 완료한다.

프로브 DNA의 고정화 작업이 완료된 기판(11)은 스핀들 위치 센서(222c)에서 검출되는 형광 측정용 모듈(2c) 위치까지 반송된다. 그리고, 기판(11)은 턴테이블(202)로부터 제거되고, 반응 영역(R) 내로 소정의 세정액을 송입하여, 이를 배출 함으로써, 상기 반응 영역(R)에 존재하는 미고정 상태의 프로브 DNA를 제거하기 위한 세정 처리가 실시되고, 그리고 바이오어세이 프로세스에 대비하여 소정의 장소에 보관된다.

이하, 고정화 후의 바이오어세이 프로세스에 대해 설명한다. 또한, 이 바이오어세이 프로세스라 함은, 타겟 물질의 적하 공급 → 상호 작용(예를 들어, 하이브리디제이션)의 진행 → 형광 측정 프로세스에 이르는 공정을 의미한다.

우선, 타겟 물질(여기서는, 타겟 DNA라 함)은 프로브 DNA와 상보적인 염기 배열이 포함되는지 여부를 조사하고자 하는 1개 사슬 DNA(뉴클레오티드 사슬)이며, 생체 등으로부터 분리, 추출된다.

프로브 DNA가 고정된 하측 기판(11)을 형광 측정용 모듈(2c) 위치에서 턴테이블(202)에 적재하고, 처킹 기구(201)에 의해 고정한다. 그 후에 스핀들 주사 모터(206)에 의해, 스핀들 위치 센서(222a)에 의해 검출된 공급용 모듈(2a) 위치까지 하측 기판(11)을 반송한다(도4의 상태를 참조).

잉크젯 노즐에는, 예를 들어 타겟 DNA와 인터컬레이터(후술)를 포함하는 매질(예를 들어 용액)을 미리 충전해 둔다. 하측 기판(11)을 스핀들 모터(203)로 회전시켜, 상기 하측 기판(11)의 회전 방향의 기준 위치를 검출하는 디스크 기준 위치 센서(224)와 로터리 인코더(204)의 출력으로부터 반응 영역 위치에 대응한 신호를 발생시키고, 반응 영역(R)의 위치 신호와 적하 노즐의 토출 신호를 동기시킴으로써, 하측 기판(11)에 형성된 원하는 반응 영역(R)으로 매질을 적하 공급한다. 이 때의 공급 동작은 상술한 도16과 같은 순서로 행할 수 있다. 이 경우, 도16에 나타내고 있는「DNA 용액」이라 함은, 타겟 DNA 함유의 용액을 의미한다.

타겟 DNA 공급 작업의 경우에도 수분을 보급하기 위한 용매를 반응 영역(R)으로 적하 공급한다. 즉, 제2 인라인 헤드(208) 위치까지 온 타이밍에서, 상기 실험에 의해 얻어지고 있는 건조 시간 테이블을 참조하여 용매를 필요 방울수만큼 적하한다. 이와 같이 하면, 각 반응 영역(R)에 있어서의 타겟 DNA의 건조에 의한 농도 변화를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 타겟 DNA 공급 작업의 경우에도 반응 영역(R) 내의 매질량을 측정하기 위한 광학 현미경 CCD 카메라(223)를 이용하여 반응 영역(R) 내의 매질량을 카메라 출력 화상으로부터 용액 외형을 추출하여 메니스커스 형상 치수로부터 산출할 수 있다.

이 경우의 동작 시퀀스는 상술한 도16과 마찬가지이다. 즉, 기판(11)을 회전시키고, 우선 타겟 DNA 함유 매질(도16의 DNA 용액에 대응)을 기판 전체 둘레에 걸쳐서 적하 공급하고, 다음의 주위 회전에서는 반응 영역(R) 내의 매질량을 검출하고, 건조에 의해 감소한 매질량의 계산을 행한다. 그리고, 선택된 반응 영역(R)이 제2 인라인 헤드(208) 위치까지 왔을 때에, 필요 방울수만큼 용매를 적하 공급한다. 이와 같이 하면, 항습도 챔버(217) 내의 습도를 미리 검출하는 일 없이, 각 반응 영역(R) 내의 타겟 DNA의 건조에 의한 농도 변화를 최소한으로 억제할 수 있다.

또한, 타겟 DNA 공급의 경우에도, 도17에 도시된 바와 같은 동작 시퀀스를 채용할 수 있다. 즉, 기판(11)을 회전시키고, 우선 용매를 적하해 둔다. 계속해 서, 기판(11)을 회전시켜, 제1 인라인 헤드(207) 위치까지 온 타이밍에서, 타겟 DNA 함유 매질을 적하 공급한다. 또한, 이 때, 타겟 DNA 함유 매질의 농도는 반응 영역(R) 내에서 100 pl의 용매와 혼합하였을 때에, 소정의 농도가 되도록 미리 조정해 둔다. 이와 같은 방법을 행함으로써 반응 영역(R) 내에 타겟 DNA가 석출 및 고착하는 것을 유효하게 방지할 수 있다.

또한, 타겟 DNA 공급 작업의 경우에도, 반응 영역(R) 내의 매질량을 측정하기 위한 광학 현미경 CCD 카메라(223)에 의해 얻어지는 카메라 출력 화상으로부터 용액 외형을 추출하고, 매질 용량을 메니스커스 형상 치수로부터 산출할 수 있다.

이 경우의 동작 시퀀스는 상술한 도18과 마찬가지이다. 즉, 기판(11)을 회전시켜, 최초로 용매 A를 반응 영역(R)에 적하 공급한다. 다음에, 상기 기판(11)을 회전시켜 제1 인라인 헤드(207) 위치까지 온 타이밍에서, 타겟 DNA 함유 매질을 반응 영역(R)에 적하 공급한다. 이상의 공급 동작을 기판 전체 둘레에 걸쳐서 행하고, 다음의 주위 회전에서는 반응 영역(R) 내에 유지된 매질량을 상기 광학 현미경 CCD 카메라(223)를 이용하여 검출하고, 그 감소량의 계산을 행한다. 이 계산 결과를 기초로 하여 용매 B의 적하 공급을 담당하는 제2 인라인 헤드(208) 위치까지 왔을 때에, 필요 방울수만큼 용매 B를 적하 공급한다.

이 방법에 따르면, 항습도 챔버(217)(도4 등 참조) 내의 습도를 미리 검출하는 일 없이 각 반응 영역(R)의 프로브 DNA의 건조에 의한 농도 변화를 최소한으로 억제할 수 있고, 또한 반응 영역(R) 내의 프로브 DNA의 석출 및 고착을 유효하게 방지할 수 있다.

이상과 같이, 타겟 DNA 함유 매질을 적하 공급한 후, 스핀들 위치 센서(222b)에서 검출되는 반응용 모듈(2b)까지 스핀들 주사 모터(206)에 의해 기판(11)을 반송한다. 그리고, 상기 기판(11)에 덮개 탈착 액츄에이터(210b)와 덮개 위치 센서(211)를 이용하여 건조 방지용 덮개(상측 기판)(12)를 장착한다(도5의 상태를 참조).

여기서, 반응용 모듈(2b)에 기판(11)을 일정 시간 방치한다. 만일, 타겟 DNA에(고정화된) 프로브 DNA와 상보적인 염기 배열이 포함되는 것이라면, 양자는 하이브리디제이션하고, 2개 사슬 DNA를 형성한다.

이 하이브리디제이션 프로세스는 덮개(12)의 장착과 동시에 기판(11)을 히터(214)에 압접하여, 예를 들어 55 ℃로 가열한 상태에서 행한다. 또한, 하측 기판(11)의 투명 전극층(112)(도1 참조)과 도전성의 덮개(상측 기판)(12)를 대향 전극으로서 활용하고, 이들을 고주파 전원(212)과 접속하여, 예를 들어 1 MV/m, 1 MHz의 고주파 교류 전계를 반응 영역(R)에 인가해도 좋다.

반응 영역(R)에의 전계 인가는 유전 영동 등의 전기 역학적 효과에 의해 핵산 분자를 신장시키거나, 이동시키는 것을 목적으로 한다. 이에 의해, 하이브리디제이션시의 입체 장해를 배제하거나, 프로브 DNA와 타겟 DNA와의 사이의 회합 확률을 높일 수 있다. 이 결과, 하이브리디제이션을 신속하게 행할 수 있다.

반응 영역(R)에 고정된 프로브 DNA와 타겟 DNA와의 사이의 하이브리디제이션이 완료하면, 하측 기판(11)은 덮개(상측 기판)(12)를 장착한 그대로의 상태에서, 스핀들 위치 센서(222c)에 의해 검출되는 형광 측정용 모듈(2c) 위치로 반송된다 (도6의 상태를 참조).

여기서, 반응 영역(R) 내로 공급되어 있는 인터컬레이터는 2개 사슬 DNA에 결합함으로써 형광을 발하는 구조로 변성하는 성질을 갖는 형광 물질이다. 따라서, 이 인터컬레이터는 타겟 DNA가 프로브 DNA와 상보적인 염기 배열을 가질 때에 형성된 2개 사슬 DNA에 결합하여 형광을 발한다.

이에 의해, 인터컬레이터의 형광 강도를 측정함으로써 타겟 DNA 내의 특정한 염기 배열의 유무를 특정할 수 있다. 인터컬레이터는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 시판되고 있는 SYBERGreenI 등을 채용할 수 있다.

다음에, 형광 측정은 통상의 광 디스크 시스템과 같은 동작으로 행하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 스핀들 모터(203)로 하측 기판(11)을 회전시켜, AF 검출 광학계(P3) 및 액츄에이터에 의해 기판면에 대한 대물 렌즈(L3)의 상대 위치를 제어한다(특히, 도7 참조).

그리고, 형광 여기용 광학계(P1)에서 기판 상의 반응 영역(R) 내의 인터컬레이터를 여기하고, 형광 계측 광학계에서 그 형광을 측정한다. 이 때, 형광 여기 레이저(LD1)는 파장 450 ㎚의 반도체 레이저를 사용하고, 콜리메이터 렌즈(L1)에 의해 평행광으로 하고, 이어지는 다이크로익 미러(DM1)에 의해 꺾인 후, 대물 렌즈(L3)에 의해 반응 영역(R)의 고정화층(113)에 초점을 맺어 상기 고정화층(113) 상에 형성된 2개 사슬 DNA에 결합하고 있는 인터컬레이터를 여기한다(도7 참조).

이 인터컬레이터는 파장 520 ㎚ 근방의 형광을 발한다. 상기 형광은 대물 렌즈(L3), 다이크로익 미러(DM1, DM2)를 통과하여 파장 선택 필터(F)에서 미광을 제거한 후, 대물 렌즈(L5)에 의해 형광 계측용 디텍터(PMT)의 수광부에 집광되고, 이에 의해 형광 강도가 측정된다.

또한, 이 때의 형광은 미약하기 때문에, 형광 계측용 디텍터(PMT)에는 포토멀티플라이어를 채용하는 것이 바람직하다. 또한, AF 검출 광학계(P3) 및 렌즈 액츄에이터(A)(도7 참조)는 광 디스크에서 사용되는 구성이나 제어 방식을 그대로 이용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, AF 검출 레이저(LD2)는 파장 780 ㎚의 반도체 레이저를 사용하고, 콜리메이터 렌즈(L2)에 의해 평행광으로 하여 빔 분할기(M3)를 지나 다이크로익 미러(DM2)에 의해 꺾인다. 그 후, 다이크로익 미러(DM1)를 지나 대물 렌즈(L3)에 의해 기판면에 초점을 맺어 반사하는 구성을 채용하고 있다(도7 참조).

반사된 레이저광은 대물 렌즈(L3), 다이크로익 미러(DM1, DM2)를 지나 빔 분할기(M3)에 도달한다. 그리고, 비점수차 렌즈(L4)와 AF 검출 디텍터(PD)로 구성된 비점수차법에 의한 포커스 에러 검출 광학계로 꺾인다.

형광 계측 제어계는 우선 AF 검출 광학계(P3)를 사용하여 기판 최외주의 회전 방향 기준 위치를 나타내는 기준 위치 마크를 검출하고, 로터리 인코더(204)(도4 참조)의 출력으로부터 기준 위치 신호를 기억하여 반응 영역(R)의 위치를 계산한다.

그리고, 기판(1)을 회전하여 대물 렌즈(L3)의 위치를 액츄에이터(A)에 의해 오토 포커스 제어를 행하고, 각 반응 영역(R) 위치에서의 형광 측정을 안정되게 행하도록 한다.

측정에 의해 얻어진 형광 강도를 해석함으로써, 타겟 DNA에 포함되어 있는 염기 배열, 즉 유전자 정보를 해석하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 일련의 바이오어세이를 실현하고 있다. 또한, 이상의 설명에서는, 매질을 공급하기 위한 노즐로서 잉크젯 방식의 노즐을 예를 들어 설명하였지만, 정확한 용량의 매질을 적하 또는 주입할 수 있는 토출 수단이면 채용 가능하다.

본 발명은 물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 저류 또는 유지되는 매질이 건조함으로써 발생하는 함유 물질의 농도 변화나 매질 중의 물질이 석출 및 고착을 유효하게 방지하는 기술로서 이용할 수 있다. DNA 칩이나 단백질 칩 등의 센서 칩을 대상으로 하는 바이오어세이 기술로서 이용할 수 있다.

Claims

물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 대해 상기 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하기 위한 매질 공급 수단과,

상기 반응 영역에 대해 필요한 수분을 자동 보급하는 수분 보급 수단을 적어도 구비하는 바이오어세이 장치.
제1항에 있어서, 상기 반응 영역에 유지된 매질의 체적을 자동 검출 가능한 체적 검출 수단을 구비하고, 상기 체적 검출 수단으로부터 얻어지는 체적 변화 정보를 기초로 하여 건조에 의해 소실된 수분에 상당하는 수분을, 상기 수분 보급 수단을 통해 상기 반응 영역으로 공급하는 것을 특징으로 하는 바이오어세이 장치.
제1항에 있어서, 상기 상호 작용은 핵산 분자간의 하이브리디제이션인 것을 특징으로 하는 바이오어세이 장치.
제2항에 있어서, 상기 체적 검출 수단은 상기 반응 영역 내에 유지된 매질의 외형을 카메라 출력 화상으로부터 추출하여, 메니스커스 형상 치수로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 바이오어세이 장치.
물질간의 상호 작용의 장을 제공하는 반응 영역에 대해, 상기 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질과 수분을 다른 경로에 의해 공급하는 공정을, 이하의 (1) 또는 (2) 중 어느 한쪽의 순서에 의해 행하는 바이오어세이 방법.

(1) 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하는 순서에 이어서, 수분을 보급하는 순서.

(2) 수분을 보급하는 순서에 이어서, 상호 작용에 관계되는 물질을 포함하는 매질을 공급하는 순서.
제5항에 있어서, 상기 상호 작용에 관계되는 물질은 상기 반응 영역 내에 고정되는 프로브 물질, 상기 프로브 물질과 상호 작용하는 타겟 물질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 바이오어세이 방법.