WO2004111620A1 - バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置及び方法 - Google Patents

バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置及び方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2004111620A1
WO2004111620A1 PCT/JP2004/008476 JP2004008476W WO2004111620A1 WO 2004111620 A1 WO2004111620 A1 WO 2004111620A1 JP 2004008476 W JP2004008476 W JP 2004008476W WO 2004111620 A1 WO2004111620 A1 WO 2004111620A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bioassay
substrate
light
information
fluorescence
Prior art date
Application number
PCT/JP2004/008476
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takayoshi Mamine
Yasuhiro Sakamoto
Motohiro Furuki
Isamu Nakao
Original Assignee
Sony Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corporation filed Critical Sony Corporation
Priority to EP04736587A priority Critical patent/EP1637872A4/en
Priority to US10/559,745 priority patent/US7718129B2/en
Priority to CN2004800208964A priority patent/CN1826519B/zh
Publication of WO2004111620A1 publication Critical patent/WO2004111620A1/ja

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N21/6452—Individual samples arranged in a regular 2D-array, e.g. multiwell plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/582—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with fluorescent label
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/00029—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides
    • G01N35/00069—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor provided with flat sample substrates, e.g. slides whereby the sample substrate is of the bio-disk type, i.e. having the format of an optical disk
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6482—Sample cells, cuvettes

Definitions

  • the present invention relates to a bioassay substrate such as a DNA chip and a bioassay apparatus for performing bioassay using the bioassay substrate. More specifically, a bioassay substrate on which a reaction region serving as a field for interaction between a probe substance and a sample substance is formed, and a bioassay for detecting fluorescence generated from a fluorescent labeling agent present in the reaction region. Apparatus and method.
  • DNA chip a substrate for bioassay in which predetermined DNA is finely arranged by microarray technology is used for gene mutation, SNP s. It is used for (base polymorphism) analysis, gene expression frequency analysis, etc., and has begun to be widely used in drug discovery, clinical diagnosis, pharmacogenomics, forensic medicine and other fields.
  • This DNA chip has a comprehensive analysis of the interaction between substances such as hybridization because various types of DNA oligonucleotide chains and cDNA (complementary DNA) etc. are arranged on a glass substrate ⁇ silicon substrate. Becomes possible.
  • a DNA analysis method using a DNA chip involves, for example, reverse transcription of a probe DNA immobilized (immobilized) on a DNA chip with mRNA (messenger thigh) extracted from cells, tissues, or the like. (Polymerase Chain Reaction) Amplification by PCR while incorporating the fluorescent probe dNTP to generate sample DNA Then, the sample DNA is dropped on a DNA chip, hybridization of probe DNA and sample DNA is performed by hybridization, and fluorescence measurement is performed with a predetermined detector.
  • mRNA messenger thigh
  • Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2001-123867 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2021-250174 have developed a disk-shaped DNA chip and cultivated it in the field of optical discs. It has been proposed to apply substrate technology to DNA analysis.
  • the fluorescence generated from the fluorescent label is detected by a photodetector while rotating the disk-shaped DNA chip, and the emission position of the fluorescence is specified by the addressing technology. Then, it becomes possible to apply the new support technology, and it is possible to increase the number of sample substances to be processed and to improve the detection accuracy and the detection speed.
  • An object of the present invention is to provide a bioassay substrate capable of handling information more diversely, and to provide a bioassay apparatus and a method for performing bioassay using the bioassay substrate.
  • the substrate for bioassay according to the present invention is a substrate for bioassay in which bioassay is performed based on an interaction between a probe substance and a sample substance, and is configured in a plate shape, and the sample substance and the fluorescent labeling agent are dropped from above.
  • the probe substance can be immobilized, serves as a field for mutual reaction between the probe substance and the sample substance, and has a reaction region in which a plurality of gels that are irradiated with fluorescence to the fluorescent labeling agent from below are formed. An information area where information can be recorded and / or reproduced by irradiating light from below.
  • the substrate for bioassay has a reaction area for causing a mutual reaction between substances and an information area for recording a signal.
  • the bioassay device is a bioassay device for performing bioassay based on the mutual reaction between a probe substance and a sample substance, wherein the sample substance and the fluorescent labeling agent can be dropped from above and the probe substance can be used. It can be immobilized and serves as a field for mutual reaction between the probe substance and the sample substance, and irradiates light from the lower side with a reaction area in which a plurality of wells are formed from which the fluorescence to the fluorescent labeling agent is irradiated from below.
  • a fluorescence detecting optical system for the above information area of the Baioatsusi substrate is irradiated with light of a predetermined wavelength, and an information recording / reproducing optical system for recording and or reproducing information based on the reflected light.
  • a bioassay substrate having a reaction area for causing an interaction between substances and an information area for recording a signal is subjected to a bioassay based on the interaction between substances, and information is recorded and Z or reproduced. I do.
  • the bioassay method according to the present invention is a bioassay method for performing a bioassay based on a mutual reaction between a prop substance and a sample substance, wherein the sample substance and the fluorescent labeling agent can be dropped from above and the probe
  • the substance is allowed to be immobilized, and serves as a field for interaction between the probe substance and the sample substance, and a reaction area in which a plurality of wells are formed from which the fluorescence for the fluorescent labeling agent is irradiated from below, and light from below.
  • a bioassay substrate having an information area in which information can be recorded and / or reproduced by irradiation is held and rotated to emit light of a predetermined wavelength with respect to the information area of the bioassay substrate.
  • FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view of a bioassay substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the layer structure of the DNA layer of the bioassay substrate.
  • FIG. 3 is a diagram showing a silane molecule having an O H group modified on the bottom surface of a well.
  • FIG. 4 is a diagram showing the probe DNA bonded to the bottom of the well.
  • FIG. 5 is a block configuration diagram of the DNA analysis device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an operation of dropping a solution onto a well.
  • FIG. 7 is a diagram showing a state in which a fluorescent labeling agent is inserted in a double helix of the probe DNA and the sample DNA.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an upper surface (FIG. 1 (A)) and a cross section (FIG. 1 (B)) of a bioassay substrate 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the bioassay substrate 1 has a circular flat plate-like main surface similar to an optical disk such as a CD (Compact Disk) and a DVD (Digita 1 Versatile Disk).
  • a center hole 2 is formed at the center of the circle of the bioassay substrate 1.
  • a chucking mechanism for holding and rotating the bioassay substrate 1 when the bioassay substrate 1 is mounted on the DNA analyzer is inserted into the center hole 2. .
  • the circular main surface of the bioassay substrate 1 is divided into two regions, a recording region 3 and a reaction region 4, which are formed concentrically in the radial direction.
  • the recording area 3 is located on the inner peripheral side
  • the reaction area 4 is located on the outer peripheral side.
  • the recording area 3 may be located on the outer peripheral side, and the reaction area 4 may be located on the inner peripheral side.
  • the recording area 3 is an area in which information is optically recorded and reproduced by irradiating a laser beam similarly to the optical disk information recording medium.
  • the reaction region 4 is a region where an interaction between the probe DNA (nucleotide chain for detection) and the sample DNA (target nucleotide chain), specifically, a site for a hybridization reaction.
  • the layer structure of the bioassay substrate 1 is composed of an information layer 5 and a DNA layer 6, as shown in FIG. 1 (B).
  • the information layer 5 is located at the lower layer and the DNA layer 6 is located at the upper layer.
  • the surface on the DNA layer 6 side of the bioassay substrate 1 is referred to as an upper surface 1a, and the surface on the information recording layer 5 side is referred to as a lower surface 1b.
  • the information layer 5 is provided with a signal recording film 7 for reproducing or recording / reproducing data by irradiating a plane area corresponding to the recording area 3 with a laser beam such as a pit or a phase change material.
  • a signal recording film 7 can be formed by a method for producing an optical disk such as a CD (Compact Disk) and a DVD (Digital Versatile Disk).
  • the signal recording film 7 reproduces or records / reproduces signals by irradiating the laser beam from the lower surface 1 b side of the bioassay substrate 1.
  • the information layer 5 is formed of a material that transmits the wavelengths of the fluorescent light and control light irradiated during DNA analysis and the fluorescent light emitted from the fluorescent labeling agent during DNA analysis.
  • the information layer 5 is formed of a material such as quartz glass, silicon, polycarbonate, and polystyrene. The details of the fluorescence, the control light, and the fluorescence will be described later.
  • the DNA layer 6 includes a substrate layer 10, a transparent electrode layer 11, a solid phase layer 12, and a well-forming layer 13 from the lower side (that is, from the information layer 5 side). It has a layered structure composed of
  • the substrate layer 10 is a material that transmits fluorescent light and control light, which will be described in detail later, and light of a fluorescent wavelength.
  • the substrate layer 10 is formed of a material such as quartz glass, silicon, polycarbonate, and polystyrene.
  • the transparent electrode layer 11 is a layer formed on the substrate layer 10.
  • the transparent electrode layer 11 is formed of a light-transmitting and conductive material such as ITO (indium tin oxide).
  • the transparent electrode layer 11 is formed on the substrate layer 10 to a thickness of about 250 nm by, for example, sputtering or electron beam evaporation.
  • the solid phase layer 12 is a layer formed on the transparent electrode layer 11.
  • the solid phase immobilization layer 12 is formed of a material for immobilizing one end of the probe DNA.
  • the solid-phased layer 12 is a layer in which SiO 2 whose surface can be modified with silane is formed to a thickness of about 50 nm by, for example, sputtering or electron beam evaporation.
  • the well forming layer 13 is a layer formed on the solid phase layer 12.
  • the well forming layer 13 is a layer on which a plurality of wells 8 for causing a hybridization reaction between the probe DNA and the sample DNA are formed.
  • the well has a hollow shape with an open upper surface 1a of the bioassay substrate 1, and has a depth and a size enough to hold the solution containing the sample DNA when the solution is dropped. I'm with you.
  • the well 8 has an opening formed to have a size of 100 m square, a depth of about 5 tm, and the solid phase layer 12 is exposed on the bottom surface 14.
  • Such a well forming layer 13 is formed, for example, by applying a photosensitive polyimide on the solid-phased layer 12 to a thickness of about 5 wm by spin coating or the like, and applying the applied photosensitive polyimide in a predetermined pattern. It is formed by exposing and developing using a mask.
  • the bottom surface 14 is modified with a functional group so that the probe DNA, one end of which is modified with a functional group, binds to the bottom surface 14 (portion where the solid phase layer 12 is exposed).
  • a functional group For example, Ueru 8, as shown in FIG. 3, the silane molecules 1 7 having an OH group 1 6, the bottom surface 14 (S i 0 2 immobilized are formed from layer 1 2) is surface-modified.
  • a probe DNA whose one end is modified with, for example, an NCO group can be bound to the bottom surface 14 of the well 8.
  • one end of the probe DNA can be bonded to the bottom surface 14 of the well 8, so that the strand extends vertically from the bottom surface 14 as shown in FIG. To the probe DNA (P).
  • a plurality of wells 8 are arranged on a plurality of rows extending radially from the center of the main surface toward the outer periphery, for example, at an interval of about 400 / Am. They are arranged at intervals.
  • the plane region in which the well 8 is formed is the range of the reaction region 4.
  • address pits 9 that can be read by irradiating a laser beam from the lower surface 1 b side of the bioassay substrate 1 are formed on the bioassay substrate 1.
  • the address pit 9 is information for specifying the position of each well 8 on the plane of the bioassay substrate 1. By optically reading information from the address pit 9, it is possible to specify which one of the plurality of wells 8 at the position where the laser beam is currently being irradiated is present. . By providing such an address pit 9, it is possible to control a solution dropping position by a dropping device described later and to specify a fluorescence detection position by an objective lens.
  • the focusing system for controlling the focusing position of the laser light by using a reproduction system similar to the optical disc system is used.
  • Control, positioning support control for controlling the irradiation position of the laser beam in the radial direction and the dropping position by the dropping device, and information detection processing of the address pit 9 can be performed.
  • the information in the address pit 9 is read out, so that one specific header is read.
  • a signal recording film 7 for recording and reproducing various types of information is formed in the same way as an optical disk, along with a region (a well 8) in which a reaction occurs, and the disk-shaped substrate is more usefully and diversely used. It becomes possible.
  • bioassay substrate 1 For example, on the bioassay substrate 1, “information on operation control of the bioassay substrate 1”, “information on probe DNA immobilized on the well 8”, “information on test results”, and the like can be recorded. .
  • information relating to the operation control of the bioassay substrate 1 include, for example, an inspection program for analyzing DNA using the bioassay substrate 1, various data necessary for the inspection, update information of the inspection program, and the like. Record the instruction manual for the bioassay substrate 1 and the analyzer, and the procedure for the inspection process. By recording information related to the operation control of the bioassay substrate 1 on the same substrate together with the region where the interaction between the substances occurs, the information related to the operation control is recorded on another recording medium and distributed. Eliminates the need.
  • specific examples of the information on the probe DNA immobilized on the well 8 include the type and location of the probe DNA arranged in each well 8 and the probe DNA in each well 8. The description, the relationship between the probe DNA and the disease, the manufacturer and date and time of manufacture of the bioassay substrate 1 are recorded.
  • the management of the bioassay substrate 1 can be performed reliably and easily. It is possible to do.
  • test results include information on the subject (name, age, gender, etc.), test date and time, test location, tester, test result data (raw data read from the reaction area), test results Based on DNA analysis results (such as visual test results and data showing the association with disease), past test results of the subject (test history), and other tests of the subject Record the results, etc.
  • the bioassay substrate 1 records not only the above information but also other data It is of course possible to do so.
  • the main surface is divided into two regions, a recording region 3 and a reaction region 4, but the recording region 3 and the reaction region 4 may overlap on a plane region.
  • the position of the signal recording film 7 is shifted from the reaction region 4 in the thickness direction to a laser beam (fluorescence described later in detail) or a control laser beam (control light described in detail below) for exciting fluorescence. ) Should be formed at a position separated from the depth of focus. That is, if the signal recording film 7 is located before the focal point as in the case of the two-layer recording of the optical disc, the signal recording film 7 reaches the reaction area 4 sufficiently.
  • the DNA analyzer 21 includes a disk loading unit 22 that holds and rotates the bioassay substrate 1, a solution for various hybridization solutions, and a bioassay substrate 1.
  • a dropping part 23 for dropping the solution into the well 8 a fluorescence detecting part 24 for detecting fluorescence from the well 8 of the bioassay substrate 1, and a control unit for managing and controlling the above parts.
  • a recording / reproducing unit 26 for recording / reproducing a signal with respect to the signal recording film 7 of the bioassay substrate 1;
  • the disc loading unit 22 is inserted into the center hole 2 of the bioassay substrate 1 to hold the bioassay substrate 1, and the chucking mechanism 31 drives the bioassay substrate 1 to drive the bioassay substrate 1. It has a spindle motor 32.
  • the disk loading unit 22 rotationally drives the bioassay substrate 1 in a state where the bioassay substrate 1 is horizontally held such that the upper surface 1a side faces upward.
  • the dropping part 23 has a storage part 33 for storing the sample solution S, and a dropping head 34 for dropping the sample solution S in the storage part 33 onto the bioassay substrate 1.
  • the drip head 34 is disposed above the upper surface 1a of the horizontally mounted bioassay substrate 1. Further, the drip head 34 is provided with a bioassay base based on the position information and the rotation synchronization information read from the address pit 9 of the bioassay substrate 1. The position relative to the plate 1 is controlled in the radial direction, and the sample solution S containing the probe DNA, the sample DNA or the fluorescent labeling agent is dropped exactly following the predetermined well 8.
  • the fluorescence detector 24 has an optical head 40.
  • the optical head 40 is disposed below the horizontally mounted bioassay substrate 1, that is, on the lower surface lb side.
  • the optical head 40 is movable in the radial direction of the A-wire substrate 1 by, for example, a thread mechanism (not shown).
  • the optical head 40 has an objective lens 41, a two-axis actuator 42 movably supporting the objective lens 41, and a light guide mirror 43.
  • the objective lens 41 is supported by a two-axis actuator 42 such that the central axis thereof is substantially perpendicular to the surface of the bioassay substrate 1. Therefore, the objective lens 41 can collect the light flux incident from below the bioassay substrate 1 onto the bioassay substrate 1.
  • the two-axis actuator 42 supports the objective lens 41 movably in two directions perpendicular to the surface of the bioassay substrate 1 and in the radial direction of the bioassay substrate 1.
  • the optical head 40 can perform the same control as the just focus control and the positioning control in the optical disk system.
  • the light guide mirror 43 is arranged at an angle of 45 ° with respect to the optical path X.
  • the optical path X is an optical path through which the fluorescent light P, the fluorescent light F, the control light V, and the reflected light scale enter and exit the optical head 40.
  • the fluorescence P and the control light V are incident on the light guide mirror 43 from the optical path X.
  • the light guide mirror 43 reflects the fluorescent light P and the control light V, refracts them by 90 °, and enters the objective lens 41.
  • the fluorescent light P and the control light V incident on the objective lens 41 are condensed by the objective lens 41 and applied to the bioassay substrate 1.
  • the fluorescence F and the reflected light R of the control light V are incident on the light guide mirror 43 from the bioassay substrate 1 via the objective lens 41.
  • the light guide mirror 43 reflects the fluorescent light F and the reflected light R, refracts them by 90 °, and emits them on the optical path X.
  • the drive signal for moving the optical head 40 in a thread and the drive of the two-axis actuator 42 The driving signal to be given is given from the control / support unit 25.
  • the fluorescence detector 24 includes a fluorescent light source 44 for emitting the fluorescent light P, a collimating lens 45 for collimating the fluorescent light P emitted from the fluorescent light source 44, and a collimating lens 45 for the collimating lens 45. And a first dichroic mirror 46 for refracting the fluorescence P converted into a parallel light beam on the optical path X and irradiating the light guide mirror 43 with the light.
  • the fluorescent light source 44 is a light emitting means having a laser light source having a wavelength capable of exciting the fluorescent labeling agent.
  • the fluorescent light P emitted from the fluorescent light source 44 is, here, a laser light having a wavelength of 405 nm.
  • the wavelength of the fluorescent light P may be any wavelength as long as it can excite the fluorescent labeling agent.
  • the collimating lens 45 converts the fluorescent light P emitted from the fluorescent light source 44 into a parallel light flux.
  • the first dichroic mirror 46 is a reflecting mirror having wavelength selectivity. The reflecting mirror reflects only the light having the wavelength of the fluorescent light P and has the wavelength of the fluorescent light F and the control light V (the reflected light R). Transmits light.
  • the first dichroic mirror 46 is inserted at an angle of 45 ° on the optical path X, reflects the fluorescent light P emitted from the collimating lens 45, and refracts it by 90 °.
  • Light guide mirror 43 is irradiated with fluorescent P.
  • the fluorescence detector 24 includes an avalanche photodiode 47 that detects the fluorescence F, a condenser lens 48 that collects the fluorescence F, and a fluorescence F emitted on the optical path X from the optical head 40. And a second dichroic mirror 49 for refracting the light and irradiating the light to the avalanche photodiode 47.
  • the Avalanche photodiode 47 is an extremely sensitive photodetector, and can detect a very small amount of fluorescent light F.
  • the wavelength of the fluorescence F detected by the Avalanche photodiode 47 is about 470 nm here.
  • the wavelength of the fluorescence F differs depending on the type of the fluorescent labeling agent.
  • the focusing lens 48 is a lens for focusing the fluorescent light F on the Avalanche photodiode 47.
  • the second dichroic mirror 49 has an angle of 45 ° on the optical path X, and is disposed after the first dichroic mirror 46 when viewed from the light guide mirror 43 side. Have been.
  • the second dichroic mirror 49 is a reflecting mirror having wavelength selectivity, and reflects only light having a wavelength of fluorescence F and transmits light having a wavelength of control light (reflected light R).
  • Second dichroic mirror 4 9 reflects the fluorescent light F emitted from the light guide mirror 43 of the optical head 40, refracts it by 90 °, and passes the fluorescent light F to the Avalanche photo diode 47 through the condenser lens 48. Irradiate.
  • the avalanche photodiode 47 generates an electric signal corresponding to the amount of the fluorescent light F detected as described above, and supplies the electric signal to the control Z support section 25.
  • the fluorescence detector 24 includes a control light source 50 that emits the control light V, a collimator lens 51 that makes the control light V emitted from the control light source 50 a parallel light beam, and a reflected light R of the control light V. , A cylindrical lens 53 that generates astigmatism and converges the reflected light R to the photodetector circuit 52, and separates the control light V and the reflected light R. It has 54 and 54 light separations.
  • the control light source 50 is, for example, a light emitting unit having a laser light source that emits a laser beam having a wavelength of 780 nm.
  • the wavelength of the control light V is set to a wavelength at which the address pits 9 can be detected and at which information can be recorded and reproduced from the signal recording film 7. Further, the wavelength of the control light V is set to a different wavelength from the wavelengths of the fluorescent light P and the fluorescent light F. With such a wavelength, the wavelength of the control light V is not limited to 78 Onm and may be any wavelength.
  • the collimating lens 51 converts the control light V emitted from the control light source 50 into a parallel light flux. The control light V converted into a parallel light beam enters the optical separation unit 54.
  • the photodetector circuit 52 includes a detector for detecting the reflected light R, and a focus error signal, a positioning error signal, a reproduced signal of the address pit 9, and a reproduced signal of the signal recording film 7 from the detected reflected light R. And a signal generation circuit for generating the signal. Since the reflected light R is light generated by reflecting the control light V on the bioassay substrate 1, the wavelength thereof is 780 nm, which is the same as the control light.
  • the focus error signal indicates the focus position of the light condensed by the objective lens 32.
  • an error signal indicating the amount of positional deviation between the DNA layer 6 of the bioassay substrate 1 and the positioning error signal.
  • the positioning error signal is a signal indicating the amount of positional deviation between the predetermined position of the well 8 and the focal position in the disk radial direction. It becomes.
  • the optical head 40 is used to record on the recording area 3 (inner area) of the bioassay substrate 1.
  • the focus error signal is an error signal indicating the amount of displacement between the focus position of the light condensed by the objective lens 32 and the signal recording film 7, and the positioning error signal is This signal indicates the amount of displacement between the track position and the focal position of the signal recording film 7 in the disk radial direction.
  • the reproduced signal of the address pit 9 is detected only when the reaction area 4 (area on the outer peripheral side) is irradiated with the laser beam, and is described in the address pit 9 recorded on the bioassay substrate 1.
  • This signal indicates information content. By reading this information content, it is possible to identify the jewel 8 that is currently irradiating the control light V.
  • the reproduction signal of the signal recording film 7 is detected only when the recording area 3 (the inner side area) is irradiated with the laser beam, and is a signal indicating the information content recorded on the track of the signal recording film 7. is there.
  • the photodetector circuit 52 supplies a focus error signal, a positioning error signal generated based on the reflected light R, and a reproduction signal of the address pit 9 to the control Z support section 25.
  • the cylindrical lens 53 is a lens for collecting the reflected light R on the photodetector circuit 52 and causing astigmatism. By generating astigmatism in this way, a focus error signal can be generated by the photodetector circuit 52.
  • the optical separator 54 includes a light separating surface 54a composed of a deflecting beam splitter and a 1Z4 wavelength plate 54b.
  • a light separating surface 54a composed of a deflecting beam splitter and a 1Z4 wavelength plate 54b.
  • the light separating surface 54a has a function of reflecting light.
  • the light separation surface 54 has a light separation surface 54 a inserted at an angle of 45 ° on the optical path X, and a second dichroic mirror 49 when viewed from the light guide mirror 43 side. It is arranged at the latter stage.
  • the control light V emitted from the collimator lens 51 is transmitted, and the control light V is transmitted to the light guide mirror 43 in the optical head 40.
  • the reflected light R emitted from the light guide mirror 43 of the optical head 40 is refracted by 90 ° and reflected by the cylinder.
  • the reflected light R is applied to the photodetector circuit 52 via the cull lens 53.
  • the control / servo unit 25 performs various support controls based on the focus error signal, the positioning error signal, and the reproduction signal of the address pit 9 detected by the fluorescence detection unit 24.
  • the control servo unit 25 transmits the two-axis actuator 42 in the optical head 40 based on the focus error signal. Drives to control the distance between the objective lens 41 and the shell 8, and drives the two-axis actuator 42 in the optical head 40 based on the positioning error signal to drive the objective lens 41 and the shell.
  • the position of the optical head 40 is controlled to a predetermined radial position by controlling the positional relationship between the optical head 40 and the optical head 8 in the radial direction based on the playback signal of the address pit 9.
  • the control Z support section 25 When the recording area 3 (the area on the inner peripheral side) is irradiated with the laser beam, the control Z support section 25 generates a two-axis actuator in the optical head 40 based on the focus error signal. By controlling the distance between the objective lens 41 and the signal recording film 7 by driving the lens 42, the two-axis actuator 42 in the optical head 40 is driven based on the positioning error signal. Thus, the positional relationship in the radial direction between the objective lens 41 and the recording track of the signal recording film 7 is controlled.
  • the recording / reproducing section 26 demodulates and decodes a reproduction signal of the data recorded on the information recording layer 7 and outputs the data, and outputs a code of the recording data to be recorded on the information recording layer 7. And modulation.
  • the recording / reproducing unit 26 receives the reproduced signal output from the fluorescence detecting unit 24 and outputs demodulated and decoded data to the outside. Further, during recording, the recording / reproducing unit 26 receives a recording data from the outside, supplies the encoded and modulated data to the fluorescence detecting unit 24, and emits the control light V Drive 0.
  • the following analysis is performed in the DNA analyzer 21 configured as described above when performing bioassay.
  • the DNA analyzer 21 drops the solution containing the sample DNA (S) onto the well 8 as shown in FIG. 6, and the probe DNA (P) and the sample DNA (S) are dropped.
  • a buffer solution containing a fluorescent labeling agent M was dropped on the bioassay substrate 1 that had been subjected to the hybridization treatment, and the probe DNA (P) and the sample DNA (S) were added as shown in Fig. 7. Insert the fluorescent labeling agent M into the double helix.
  • the DNA analyzer 21 rotates the bioassay substrate 1 after the fluorescent labeling agent has been dropped, and makes the fluorescent P incident from the lower surface 1 b side of the bioassay substrate 1, and the fluorescent labeling agent in the well 8. And the fluorescence F generated from the fluorescent labeling agent in accordance with the fluorescence P is detected from below the bioassay substrate 1.
  • the DNA analyzer 21 irradiates the bioassay substrate 1 with the fluorescence P and the control light V via the same objective lens 41. Therefore, in the DNA analyzer 21, by performing focus control, positioning control, and address control using the control light V, the irradiation position of the fluorescence P, that is, the emission position of the fluorescence F, can be specified.
  • the probe DNA bound to the sample DNA can be identified from the emission position of the fluorescence.
  • the following operation is performed at the time of recording and reproducing data.
  • the DNA analyzer 21 stops emitting the fluorescent light P and emits only the control light V. Then, servo control is performed while rotating the bioassay substrate 1 to record or reproduce data on or from tracks on the signal recording film 7.
  • the bioassay substrate 1 is horizontally loaded into the disk loading section 22 of the DNA analyzer 21.
  • the bioassay substrate 1 is rotated by the DNA analysis device 21 while performing position control based on the address pits 9, and the probe DNA containing one end modified with NCO group or the like is contained from the drip head 34.
  • the solution is dropped into the specified well 8.
  • a plurality of types of probe DNA are dropped onto one bioassay substrate 1.
  • one kind of prop DNA should be put in one well 8.
  • the type of probe DNA to be dropped into each well 8 is determined by recording a signal such as an arrangement map showing the correspondence between the well and the probe DNA in advance. The droplets are read out from the film 7 and dripping control is performed based on the arrangement map.
  • an electrode is inserted into the solution in the well 8 from the upper surface 1 a side of the bioassay substrate 1, and an AC electric field of about 1 MV / m and 1 MHz is applied to each well 8.
  • an AC electric field is applied in this manner, the probe DNA extends in the vertical direction with respect to the bioassay substrate 1, and the probe DNA is moved in the vertical direction to the bioassay substrate 1, thereby performing a surface modification treatment in advance.
  • the modified end of the probe DNA can be bound to the bottom surface 14 that has been removed, and the probe DNA can be immobilized (immobilized) in the well 8 (Masao Washizu and Osamu Kurosawa: "Electrostatic Manipulation of DNA in Microf abricated Structures ", IEEE Transaction on Industrial Application Vol.26, No26, P.1165-1172 (1900)).
  • the solution containing the sample DNA is dropped from the dropping head 34 by the DNA analyzer 21 together with the solution containing the buffer salt onto each gel 8 on the bioassay substrate 1.
  • the bioassay substrate 1 is transferred to a thermostat, etc., the inside of the well 8 is heated to several tens of degrees, and an AC electric field of about 1 MV / m and about 1 MHz is applied in the heated state. .
  • an AC electric field of about 1 MV / m and about 1 MHz is applied in the heated state.
  • the sample DNA and the probe DNA extend in the vertical direction to reduce steric hindrance, and the sample DNA moves in the vertical direction with respect to the bioassay substrate 1.
  • the sample DNA and the probe DNA corresponding to each other have the same base sequence in the same well 8, they cause elimination.
  • a fluorescent labeling agent such as an intercalator is dropped into the well 8 of the bioassay substrate 1 by the DNA analyzer 21.
  • a fluorescent labeling agent is inserted and bound between the double helix of the probe DNA and the sample DNA that has undergone hybridization.
  • the surface 1a of the bioassay substrate 1 is washed with pure water or the like to remove the sample DNA and the fluorescent labeling agent in the wells 8 in which the hybridization has not occurred.
  • the fluorescent labeling agent remains only in the well 8 in which the hybridization has occurred.
  • the focus servo control is performed by the DNA analyzer 21 using the control light F.
  • the bioassay substrate 1 is rotated while performing positioning support control and address control, and irradiates the fluorescent light P to a predetermined well 8.
  • the irradiation of the fluorescent light P it is detected whether or not the fluorescent light F is generated while detecting the address information.
  • the DNA analyzer 21 creates a map indicating the position of each well 8 on the bioassay substrate 1 and the presence or absence of fluorescence F emission. Then, the base sequence of the sample DNA is analyzed based on the created map and an arrangement map indicating what base sequence of the probe DNA was dropped on each well 8.
  • the relationship between the disease and the like may be analyzed based on the information on the relationship between the probe DNA and the disease recorded on the signal recording film 7.
  • the DNA analysis device 21 records and stores the analysis result, the detected arrangement map, and the like on the signal recording film 7 of the bioassay substrate 1.
  • the bioassay substrate according to the present invention has a reaction area for causing a mutual reaction between substances and an information area for recording a signal. Further, in the bioassay apparatus and method according to the present invention, a bioassay based on the interaction between substances is performed on a bioassay substrate having a reaction area for causing an interaction between substances and an information area in which a signal is recorded. At the same time, it records and reproduces information.
  • the substrate for bioassay according to the present invention allows the user to perform more various uses. Further, in the bioassay apparatus and method according to the present invention, a disk-shaped bioassay substrate can be used in a variety of ways.

Abstract

　バイオアッセイ用基板（１）は、ＣＤ等の光ディスクと同様の主面が円形の平板状の形状を呈している。基板（１）の円の中心には、回転及び保持用のチャッキング機構が挿入される中心孔（２）が形成されている。基板（１）は、この中心孔（２）を中心に回転駆動される。基板（１）は、半径方向に同心円状に形成された記録領域（３）及び反応領域（４）の２つの領域が形成されている。記録領域（３）は、光ディスク情報記録媒体と同様に、レーザ光を照射して光学的に情報の記録再生がされる領域である。反応領域（４）は、プローブＤＮＡ（検出用ヌクレオチド鎖）とサンプルＤＮＡ（標的ヌクレオチド鎖）との相互反応の場、具体的にはハイブリダイゼーション反応の場となる領域である。

Description

明細書 バイオアツセィ用基板並びにバイオアツセィ装置及び方法 技術分野 本発明は、 例えば D N Aチップ等のバイオアツセィ用基板並びにバイオアツセ ィ用基板を用いてバイオアツセィを行うバイオアツセィ装置に関する。 より詳細 には、 プローブ物質とサンプル物質との間の相互作用の場となる反応領域が形成 されたバイオアツセィ用基板、 並びに、 当該反応領域に存在する蛍光標識剤から 発生された蛍光を検出するバイオアツセィ装置及び方法に関する。
本出願は、 日本国において 2003年 6月 10日に出願された日本特許出願番 号 2003— 1 655 16を基礎として優先権を主張するものであり、 この出願 を参照することにより、 この出願は本出願に援用される。 背景技術 現在、 マイクロアレイ技術によって所定の DNAが微細配列された、 いわゆる DN Aチップ又は DN Aマイクロアレイ （以下、 DN Aチップと総称する。 ) と 呼ばれるバイオアツセィ用の基板が、 遺伝子の突然変異、 SNP s (—塩基多 型） 分析、 遺伝子発現頻度解析等に利用されており、 創薬、 臨床診断、 薬理ジェ ノミクス、 法医学その他の分野において広範に活用され始めている。
この DNAチップは、 ガラス基板ゃシリコン基板上に多種多数の DNAオリゴ ヌクレオチド鎖や、 c DNA (complementary DNA) 等が配置されていることから、 ハイプリダイゼ一ション等の物質間の相互反応の網羅的解析が可能となる。
D N Aチップを用いた DN A解析手法は、 例えば、 DN Aチップ上に固相化 (固定化） されたプローブ DNAに対して、 細胞、 組織等から抽出した mRNA (messenger 腿） を逆転写 PC R (Polymerase Chain React ion) 反応等によつ て蛍光プローブ d NT Pを組み込みながら P C R増幅してサンプル DNAを生成 し、 そのサンプル DNAを DNAチップ上に滴下して、 プローブ DNAとサンプ ル DNAとをハイプリダイゼ一ションのハイブリダイゼーションを行い、 所定の 検出器で蛍光測定を行う。
ここで、 例えば、 特開 20 0 1— 2 38 6 74号公報及び特表 20 0 2 - 50 1 1 74号公報に、 DN Aチップの形状を円板状として、 光ディスクの分野で培 われた基板技術を D N A解析に応用することが提案されている。
光ディスクの技術が応用された DNA解析を行う場合、 円板状にした DNAチ ップを回転させながら蛍光標識から発生する蛍光を光検出器で検出し、 その蛍光 の発光位置をァドレツシング技術で特定するといつたサ一ポ技術を適用すること が可能となり、 被処理サンプル物質数の増大並びに検出精度及び検出速度の向上 を図ることができる。
しかしながら、 従来の DN Aチップ技術では、 該 DNAチップ自体の集積数、 集積密度が少なかったので、 一度のアツセィで達成できる解析量が十分とは言え ず、 検出用物質の種類と数、 さらにはその基板上における配置分け (グルーピン グ） を、 ユーザが自由に設定することが困難であった。
また、 従来の DNAチップを用いた解析手法では、 その DNAチップの検出用 物質の種類やグルーピングの情報、 その DNAチップによる解析結果、 さらには D N Aチップの解析プログラム等を、 別途異なる情報記録媒体に記録して用いて いた。 そのため、 DNAチップと、 解析結果等が記録されている情報記録媒体と の連関が弱く、 D N Aチップと情報とを一体的に管理することが困難であった。 発明の開示 本発明は、 より多様的に情報を取り扱うことができるようにしたバイオアツセ ィ用基板を提供し、 また、 そのバイオアツセィ用基板を用いてバイオアツセィを 行うバイオアツセィ装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明に係るバイオアツセィ用基板は、 プロ一ブ物質とサンプル物質との相互 反応に基づくバイオアツセィが行われるバイオアツセィ用基板であって、 平板状 に構成され、 上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとと もに上記プローブ物質が固定可能とされ、 プローブ物質とサンプル物質との相互 反応の場となり、 上記蛍光標識剤に対する蛍光が下側から照射される複数のゥェ ルが形成された反応領域と、 下側から光を照射することにより情報を記録及び/ 又は再生することが可能な情報領域とを有する。
このバイオアツセィ用基板では、 物質間相互反応を生じさせる反応領域と、 信 号が記録される情報領域とを有する。
本発明に係るバイオアツセィ装置は、 プローブ物質とサンプル物質との相互反 応に基づくバイオアツセィを行うバイオアツセィ装置であって、 上記サンプル物 質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定 可能とされ、 プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、 上記蛍光標 識剤に対する蛍光が下側から照射される複数のゥエルが形成された反応領域と、 下側から光を照射することにより情報を記録及び 又は再生することが可能な情 報領域とを有するバイオアツセィ用基板を、 保持するとともに回転駆動させる基 板保持手段と、 上記バイオアツセィ基板の上記反応領域に対して所定の波長の蛍 光を照射し、 当該蛍光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光 の有無を検出する蛍光検出光学系と、 上記バイオアツセィ基板の上記情報領域に 対して所定の波長の光を照射し、 その反射光に基づき情報の記録及び 又は再生 を行う情報記録/再生光学系とを備える。
このバイオアツセィ装置では、 物質間相互反応を生じさせる反応領域と信号が 記録される情報領域とを有するバイオアツセィ用基板に対して、 物質間相互反応 に基づくパイオアッセィを行うとともに、 情報の記録及び Z又は再生を行う。 本発明に係るパイオアッセィ方法は、 プロ一プ物質とサンプル物質との相互反 応に基づくバイオアツセィを行うパイオアッセィ方法であって、 上記サンプル物 質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プローブ物質が固定 可能とされ、 プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場となり、 上記蛍光標 識剤に対する蛍光が下側から照射される複数のゥエルが形成された反応領域と、 下側から光を照射することにより情報を記録及び/又は再生することが可能な情 報領域とを有するバイオアツセィ用基板を、 保持するとともに回転駆動させ、 上 記バイオアツセィ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、 その反 射光に基づき情報の記録及び 又は再生を行い、 上記バイオアツセィ基板の上記 反応領域に対して所定の波長の蛍光を照射し、 当該蛍光に応じて上記蛍光標識剤 から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出する。
このバイオアツセィ方法では、 物質間相互反応を生じさせる反応領域と信号が 記録される情報領域とを有するバイオアツセィ用基板に対して、 物質間相互反応 に基づくバイオアッセィを行うとともに、 情報の記録及び/又は再生を行う。 図面の簡単な説明 図 1は、 本発明の実施の形態のバイオアツセィ用基板の平面図及び断面図であ る。
図 2は、 上記バイオアツセィ用基板の D N A層の層構造を示す断面図である。 図 3は、 ゥエルの底面に修飾される O H基を有するシラン分子を示す図である。 図 4は、 ゥエルの底面に結合したプローブ D N Aを示す図である。
図 5は、 本発明の実施の形態の D N A解析装置のブロック構成図である。
図 6は、 ゥエルに対して溶液を滴下している動作を示す図である。
図 7は、 プローブ D N Aとサンプル D N Aとの二重らせん内に蛍光標識剤が揷 入されている状態を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明を適用した具体的な実施の形態として、 本発明を適用した D N A 解析用のバイオアツセィ用基板及びこのパイオアッセィ用基板を用いて D N A解 析を行うバイオアツセィ装置について説明をする。 なお、 本願において 「バイオ アツセィ」 とは、 ハイプリダイゼーシヨンその他の物質間の相互反応に基づく生 化学分析を意味する。
(パイオアッセィ用基板）
図 1に本発明の実施の形態のバイオアツセィ用基板 1の上面 （図 1 (A ) ) 及 び断面 （図 1 ( B ) ) を模式的に表した図を示す。 バイオアツセィ用基板 1は、 例えば、 CD (Compact Disk) 、 DVD (Digita 1 Versatile Disk) 等の光ディスクと同様の主面が円形の平板状の形状を呈して いる。 また、 バイオアツセィ用基板 1の円の中心には、 中心孔 2が形成されてい る。 中心孔 2には、 当該バイオアツセィ用基板 1が DNA解析装置に装着された ときに、 当該バイオアツセィ用基板 1を保持及び回転させるためのチヤッキング 機構が揷入される。 .
バイオアツセィ用基板 1の円形の主面は、 図 1 (A) に示すように、 半径方向 に同心円状に形成された記録領域 3及び反応領域 4の 2つの領域に分けられてい る。 本例では、 記録領域 3が内周側に位置し、 反応領域 4が外周側に位置してい る。 記録領域 3が外周側に位置し、 反応領域 4が内周側に位置してもよい。 記録 領域 3は、 光ディスク情報記録媒体と同様に、 レーザ光を照射して光学的に情報 の記録再生がされる領域である。 反応領域 4は、 プローブ DNA (検出用ヌクレ ォチド鎖） とサンプル DNA (標的ヌクレオチド鎖） との相互反応の場、 具体的 にはハイブリダイゼ一ション反応の場となる領域である。
バイオアツセィ用基板 1の層構造は、 図 1 (B) に示すように、 情報層 5と D NA層 6とから形成されている。 ここでは、 情報層 5が下層、 DNA層 6が上層 に位置するものとする。 また、 バイオアツセィ用基板 1の DNA層 6側の表面を 上面 1 a、 情報記録層 5側の表面を下面 1 bというものとする。
情報層 5には、 記録領域 3に対応する平面領域に、 例えばピットや相変化材料 等のレーザ光が照射されることによりデータの再生又は記録再生がされる信号記 録膜 7が形成されている。 このような信号記録膜 7は、 CD (Compact Disk) 、 DVD (Digital Versatile Disk) 等の光ディスクと同様のディスク作成方法に より形成することができる。
信号記録膜 7は、 バイオアツセィ用基板 1の下面 1 b側からレーザ光を照射す ることにより、 信号の再生又は記録再生がされる。 また、 情報層 5は、 DNA解 析時に照射される蛍光及び制御光、 並びに、 DN A解析時に蛍光標識剤から発光 される蛍光の波長を透過する材料により形成されている。 例えば、 情報層 5は、 石英ガラス、 シリコン、 ポリカーボネート、 ポリスチレン等の材料で形成されて いる。 なお、 蛍光、 制御光及び蛍光については詳細を後述する。 DNA層 6は、 図 2に示すように、 下層側から （すなわち情報層 5側から） 、 基板層 1 0と、 透明電極層 1 1と、 固相化層 1 2と、 ゥエル形成層 1 3とから形 成された層構造となっている。
基板層 1 0は、 詳細を後述する蛍光及び制御光並びに蛍光の波長の光を透過す る材料である。 例えば、 基板層 1 0は、 石英ガラス、 シリコン、 ポリカーポネ一 ト、 ポリスチレン等の材料で形成されている。
透明電極層 1 1は、 基板層 1 0上に形成された層である。 透明電極層 1 1は、 例えば I TO (インジウム一スズーオキサイド） 等の光透過性がありかつ導電性 を有する材料から形成されている。 透明電極層 1 1は、 基板層 1 0上に例えばス パッタリングゃ電子ビーム蒸着等により 25 0 nm程度の厚さに成膜される形成 される。
固相化層 1 2は、 透明電極層 1 1上に形成された層である。 固相化層 1 2は、 プロ一ブ D N Aの一端を固相化させるための材料から形成されている。 本例では、 固相化層 1 2は、 シランにより表面修飾可能な S i 02が、 例えばスパッタリング や電子ビーム蒸着により 50 nm程度の厚さに成膜された層となっている。
ゥエル形成層 1 3は、 固相化層 12上に形成された層である。 ゥエル形成層 1 3は、 プローブ DN Aとサンプル DNAとの間のハイプリダイゼーション反応を 起こさせる複数のゥエル 8が形成された層である。 ゥエルは、 バイオアツセィ用 基板 1の上面 1 aが開口したくぼみ状となっており、 サンプル DN Aが含まれた 溶液等が滴下されたときにその溶液を保留することができる程度の深さ及び大き さとなつている。 例えば、 ゥエル 8は、 開口部が 1 0 0 m四方の大きさに形成 され、 深さが 5 tm程度とされて、 底面 14に固相化層 12が露出している。 こ のようなゥエル形成層 1 3は、 例えば、 固相化層 12上に感光性ポリミイ ドをス ピンコート等で 5 wm程度の厚さに塗布し、 塗布した感光性ポリミィドを所定の パターンでフォトマスクを用いて露光及び現像することで形成される。
更に、 ゥエル 8は、 一端が官能基により修飾されたプローブ DN Aが底面 14 (固相化層 1 2が露出した部分） に結合するように、 当該底面 14が官能基によ り表面修飾されている。 例えば、 ゥエル 8は、 図 3に示すように、 OH基 1 6を 有するシラン分子 1 7により、 底面 14 (S i 02から形成されている固相化層 1 2 ) が表面修飾されている。 このため、 ゥエル 8の底面 1 4には、 例えば N C O 基で一端が修飾されたプローブ D N Aを結合させることができる。 このようにパ ィォアツセィ用基板 1では、 ゥエル 8の底面 1 4に、 プローブ D N Aの一端を結 合させることができるので、 図 4に示すように、 底面 1 4から垂直方向に鎖が伸 びるように、 プローブ D N A ( P ) を結合させることができる。
また、 バイオアツセィ用基板 1では、 図 1に示すように、 複数のゥエル 8が、 主面の中心から外周方向に放射状に向かう複数の列上に、 例えば 4 0 0 /A m程度 の間隔で等間隔に並んで配置されている。 ただし、 ここでは、 ゥエル 8が形成さ れる平面領域は、 反応領域 4の範囲である。
また、 バイオアツセィ用基板 1には、 バイオアツセィ用基板 1の下面 1 b側か らレーザ光を照射することにより読み取り可能なァドレスピット 9が形成されて いる。 アドレスピット 9は、 バイオアツセィ用基板 1の平面上における各ゥエル 8の位置を特定するための情報である。 ァドレスピット 9から情報を光学的に読 み取ることによって、 複数存在するゥエル 8のうち、 現在レーザ光を照射してい る位置の 1つのゥエル 8がどれであるかを特定することが可能となる。 このよう なァドレスピッ ト 9が設けてあることによって、 後述する滴下装置による溶液の 滴下位置の制御や、 対物レンズによる蛍光検出位置の特定を行うことができる。 以上のようなバイオアツセィ用基板 1では、 円板状に形成されているため、 光 ディスクシステムと同様の再生システムを利用することにより、 レーザ光のフォ 一力シング位置を制御するためのフォーカシングサーポ制御、 半径方向に対する レ一ザ光の照射位置や滴下装置による滴下位置の制御のための位置決めサ一ポ制 御、 並びに、 アドレスピット 9の情報検出処理をすることができる。 つまり、 ァ ドレスピット 9に記録してある情報内容と、 そのァドレスピット 9の近傍にある ゥエル 8とを対応させておくことにより、 アドレスピット 9の情報を読み出すこ とで、 特定の 1つのゥエル 8に対してのみレーザ光を照射して蛍光が発光してい るゥエル 8の位置を特定したり、 特定の 1つのゥエル 8の位置と滴下装置との相 対位置を制御して、 その特定の 1つのゥエル 8に対して溶液を滴下したりするこ とができる。
また、 更に、 バイオアツセィ用基板 1では、 バイオアツセィ用の物質間の相互 反応を起こさせる領域 （ゥエル 8 ) とともに、 光ディスクと同様に各種の情報の 記録再生を行う信号記録膜 7が形成されており、 円板状に形成した基板をより有 用かつ多様的に利用することが可能となる。
例えば、 バイオアツセィ用基板 1に、 「バイオアツセィ用基板 1の動作制御に 関する情報」 、 「ゥエル 8に固相化されているプローブ D N Aに関する情報」 、 「検査結果に関する情報」 等を記録することができる。
バイオアツセィ用基板 1の動作制御に関する情報の具体例としては、 例えば、 バイオアツセィ用基板 1を用いて D N Aの解析を行う際の検査プログラム、 その 検査に必要な各種のデータ、 検査プログラムのアップデート情報、 当該パイオア ッセィ用基板 1や解析装置の取り扱い説明書、 検査処理の手順等を記録する。 このようなバイオアツセィ用基板 1の動作制御に関する情報を、 物質間の相互 反応を起こさせる領域とともに同一基板に記録することとによって、 動作制御に 関連する情報を別の記録媒体に記録して頒布する必要がなくなる。
また、 ゥエル 8に固相化されているプロ一ブ D N Aに関する情報の具体例とし ては、 各ゥエル 8に配置されているプローブ D N Aの種別やその配置位置、 各ゥ エル 8内のプローブ D N Aの説明、 プローブ D N Aと疾病との関係、 バイオアツ セィ用基板 1の製造者や製造日時等を記録する。
このようなゥエル 8に固相化されているプロ一ブ D N Aに関する情報を、 その プローブ D N Aが固相化されている同一基板に記録することによって、 パイオア ッセィ用基板 1の管理を確実かつ容易に行うことが可能となる。
また、 検査結果に関する情報の具体例としては、 被検査者に関する情報 （名前、 年齢、 性別等） 、 検査日時、 検査場所、 検査者、 検査結果データ （反応領域から 読み取った生データ） 、 検査結果に基づく D N A解析結果 （ビジュアル的な検査 結果デ一夕や疾病との関連付けを示すデ一夕等） 、 その被検査者の過去の検査結 果 （検査履歴） 、 その被検査者の他の検査結果等を記録する。
このような検査結果に関する情報を、 検査結果のソースとなるサンプル D N A がハイブリダイゼーションされた同一基板に記録することによって、 検査結果の 取り扱いが確実かつ容易になる。
バイオアツセィ用基板 1では、 以上のような情報に限らず、 他のデータも記録 することももちろん可能である。
なお、 バイオアツセィ用基板 1では、 主面を記録領域 3と反応領域 4との 2つ の領域に分けているが、 記録領域 3と反応領域 4とが平面領域上で重なっていて もよい。 この場合には、 信号記録膜 7の位置が反応領域 4から厚み方向に、 蛍光 を励起するために照射するレーザ光 （詳細を後述する蛍光） や制御用のレーザ光 (詳細を後述する制御光） の焦点深度より離間した位置に形成されていればよい。 つまり、 光ディスクの 2層記録と同様に焦点の手前に信号記録膜 7が位置すれば、 反応領域 4に充分到達するためである。
( D N A解析装置）
次ぎに、 上述したバイオアツセィ用基板 1を用いて D N A解析を行う D N A解 析装置 2 1について、 図 5を参照して説明をする。
D N A解析装置 2 1は、 図 5に示すように、 バイオアツセィ用基板 1を保持し て回転をさせるディスク装填部 2 2と、 ハイプリダイゼ一ションのための各種溶 液を貯留するとともにバイオアツセィ用基板 1のゥエル 8にその溶液を滴下する 滴下部 2 3と、 バイオアツセィ用基板 1のゥエル 8から蛍光を検出するための蛍 光検出部 2 4と、 上記の各部の管理及び制御を行う制御 Zサ一ポ部 2 5と、 バイ オアッセィ用基板 1の信号記録膜 7に対して信号の記録再生を行う記録再生部 2 6とを備えている。
ディスク装填部 2 2は、 バイオアツセィ用基板 1の中心孔 2内に挿入して当該 バイオアツセィ用基板 1を保持するチヤッキング機構 3 1と、 チヤッキング機構 3 1を駆動することによりパイオアッセィ用基板 1を回転させるスピンドルモー 夕 3 2と有している。 ディスク装填部 2 2は、 上面 1 a側が上方向となるように バイオアツセィ用基板 1を水平に保持した状態で、 当該バイオアツセィ用基板 1 を回転駆動する。
滴下部 2 3は、 試料溶液 Sを貯留する貯留部 3 3と、 貯留部 3 3内の試料溶液 Sをバイオアツセィ用基板 1に滴下する滴下へッド 3 4とを有している。 滴下へ ッド 3 4は、 水平に装填されたバイオアツセィ用基板 1の上面 1 aの上方に配置 されている。 更に、 滴下ヘッド 3 4は、 バイオアツセィ用基板 1のアドレスピッ ト 9から読み出される位置情報及び回転同期情報に基づいてバイオアツセィ用基 板 1との相対位置を半径方向に制御し、 プローブ D N A、 サンプル D N A又は蛍 光標識剤を含有する試料溶液 Sを所定のゥエル 8に正確に追従して滴下する構成 とされている。
蛍光検出部 2 4は、 光学ヘッド 4 0を有している。 光学ヘッド 4 0は、 水平に 装填されたパイオアッセィ用基板 1の下方側、 すなわち、 下面 l b側に配置され ている。 光学ヘッド 4 0は、 例えば、 図示していないスレッド機構等により、 A ィォアツセィ用基板 1の半径方向に移動自在とされている。
光学ヘッド 4 0は、 対物レンズ 4 1と、 対物レンズ 4 1を移動可能に支持する 2軸ァクチユエ一夕 4 2と、 導光ミラ一 4 3とを有している。 対物レンズ 4 1は、 その中心軸がバイオアツセィ用基板 1の表面に対して略垂直となるように 2軸ァ クチユエ一夕 4 2に支持されている。 したがって、 対物レンズ 4 1は、 バイオア ッセィ用基板 1の下方側から入射された光束を当該バイオアツセィ用基板 1に対 して集光することができる。 2軸ァクチユエ一夕 4 2は、 バイオアツセィ用基板 1の表面に対して垂直な方向、 及び、 パイオアッセィ用基板 1の半径方向の 2方 向に対物レンズ 4 1を移動可能に支持している。 2軸ァクチユエ一夕 4 2を駆動 することにより、 対物レンズ 4 1により集光された光の焦点を、 バイオアツセィ 用基板 1の表面に対して垂直な方向及び半径方向に移動させることができる。 し たがって、 この光学ヘッド 4 0では、 光ディスクシステムにおけるジャストフォ —カス制御並びに位置決め制御と同様の制御を行うことができる。
導光ミラー 4 3は、 光路 X上に対して 4 5 ° の角度で配置されている。 光路 X は、 蛍光 P、 蛍光 F、 制御光 V及び反射光尺が、 光学ヘッド 4 0に対して入射及 び出射する光路である。 導光ミラ一 4 3には、 蛍光 P及び制御光 Vが光路 X上か ら入射される。 導光ミラ一 4 3は、 蛍光 P及び制御光 Vを反射して 9 0 ° 屈折さ せて、 対物レンズ 4 1に入射する。 対物レンズ 4 1に入射された蛍光 P及び制御 光 Vは、 当該対物レンズ 4 1により集光されてバイオアツセィ用基板 1に照射さ れる。 また、 導光ミラ一 4 3には、 蛍光 F及び制御光 Vの反射光 Rが、 バイオア ッセィ用基板 1から対物レンズ 4 1を介して入射される。 導光ミラ一 4 3は、 蛍 光 F及び反射光 Rを反射して 9 0 ° 屈折させて、 光路 X上に出射する。 なお、 光 学へッド 4 0をスレツド移動させる駆動信号及び 2軸ァクチユエ一夕 4 2を駆動 する駆動信号は、 制御/サ一ポ部 2 5から与えられる。
また、 蛍光検出部 2 4は、 蛍光 Pを出射する蛍光源 4 4と、 蛍光源 4 4から出 射された蛍光 Pを平行光束とするコリメ一夕レンズ 4 5と、 コリメ一夕レンズ 4 5により平行光束とされた蛍光 Pを光路 X上で屈折させて導光ミラー 4 3に照射 する第 1のダイクロックミラ一 4 6とを有している。
蛍光源 4 4は、 蛍光標識剤を励起可能な波長のレーザ光源を有する発光手段で ある。 蛍光源 4 4から出射される蛍光 Pは、 ここでは波長が 4 0 5 n mのレーザ 光である。 なお、 蛍光 Pの波長は、 蛍光標識剤を励起できる波長であればどのよ うな波長であってもよい。 コリメ一夕レンズ 4 5は、 蛍光源 4 4から出射された 蛍光 Pを平行光束にする。 第 1のダイクロックミラ一 4 6は、 波長選択性を有す る反射鏡であり、 蛍光 Pの波長の光のみを反射して、 蛍光 F及び制御光 V (その 反射光 R ) の波長の光を透過する。 第 1のダイクロックミラ一 4 6は、 光路 X上 に 4 5 ° の角度を持って挿入されており、 コリメ一夕レンズ 4 5から出射された 蛍光 Pを反射して 9 0 ° 屈折させ、 導光ミラ一 4 3に蛍光 Pを照射している。 また、 蛍光検出部 2 4は、 蛍光 Fを検出するアバランジェフォトダイオード 4 7と、 蛍光 Fを集光する集光レンズ 4 8と、 光学ヘッ ド 4 0から光路 X上に出射 された蛍光 Fを屈折させてアバランジェフォトダイオード 4 7に照射する第 2の ダイクロックミラ一 4 9とを有している。
アバランジェフォトダイオード 4 7は、 非常に感度の高い光検出器であり、 微 弱な光量の蛍光 Fを検出することが可能である。 なお、 アバランジェフォトダイ オード 4 7により検出する蛍光 Fの波長は、 ここでは 4 7 0 n m程度である。 ま た、 この蛍光 Fの波長は、 蛍光標識剤の種類により異なるものである。 集光レン ズ 4 8は、 アバランジェフォトダイオード 4 7上に蛍光 Fを集光するためのレン ズである。 第 2のダイクロックミラー 4 9は、 光路 X上に 4 5 ° の角度を揷入さ れているとともに、 導光ミラ一 4 3側から見て第 1のダイクロックミラー 4 6の 後段に配置されている。 したがって、 第 2のダイクロックミラー 4 9には、 蛍光 F、 制御光 V及び反射光 Rが入射し、 蛍光 Pは入射しない。 第 2のダイクロック ミラ一 4 9は、 波長選択性を有する反射鏡であり、 蛍光 Fの波長の光のみを反射 して、 制御光 （反射光 R ) の波長の光を透過する。 第 2のダイクロックミラー 4 9は、 光学へッド 4 0の導光ミラー 4 3から出射された蛍光 Fを反射して 9 0 ° 屈折させ、 集光レンズ 4 8を介してアバランジェフォトダイォード 4 7に蛍光 F を照射する。
アバランジェフォトダイォ一ド 4 7では、 このように検出した蛍光 Fの光量に 応じた電気信号を発生し、 その電気信号を制御 Zサ一ポ部 2 5に供給する。
また、 蛍光検出部 2 4は、 制御光 Vを出射する制御光源 5 0と、 制御光源 5 0 から出射された制御光 Vを平行光束とするコリメータレンズ 5 1と、 制御光 Vの 反射光 Rを検出するフォトディテクト回路 5 2と、 非点収差を生じさせてフォト ディテク卜回路 5 2に対して反射光 Rを集光するシリンドリカルレンズ 5 3と、 制御光 Vと反射光 Rとを分離する光セパレ一夕 5 4とを有している。
制御光源 5 0は、 例えば 7 8 0 n mの波長のレーザ光を出射するレーザ光源を 有する発光手段である。 なお、 制御光 Vの波長は、 アドレスピット 9が検出でき、 かつ、 信号記録膜 7に対して情報の記録及び再生ができる波長に設定されている。 更に、 制御光 Vの波長は、 蛍光 P及び蛍光 Fの波長と異なった波長に設定されて いる。 このような波長であれば、 制御光 Vの波長は、 7 8 O n mに限らずどのよ うな波長であってもよい。 コリメ一夕レンズ 5 1は、 制御光源 5 0から出射され た制御光 Vを平行光束にする。 平行光束とされた制御光 Vは光セパレー夕 5 4に 入射される。
フォトディテクト回路 5 2は、 反射光 Rを検出するディテクタと、 検出した反 射光 Rからフォーカスエラ一信号、 位置決めエラー信号、 及び、 アドレスピット 9の再生信号、 並びに、 信号記録膜 7の再生信号を生成する信号生成回路とを有 している。 反射光 Rは、 制御光 Vがバイオアツセィ用基板 1で反射して生成され た光であるので、 その波長は、 制御光と同一の 7 8 0 n mである。
なお、 光学ヘッド 4 0によりバイオアツセィ用基板 1の反応領域 4 (外周側の 領域） にレーザ光を照射している場合、 フォーカスエラー信号は、 対物レンズ 3 2により集光された光の合焦位置とバイオアツセィ用基板 1の D N A層 6との位 置ずれ量を示すエラ一信号となり、 位置決めエラ一信号は、 所定のゥエル 8の位 置と焦点位置とのディスク半径方向に対する位置ずれ量を示す信号となる。 光学 ヘッド 4 0によりバイオアツセィ用基板 1の記録領域 3 (内周側の領域） にレ一 ザ光を照射している場合、 フォーカスエラー信号は、 対物レンズ 3 2により集光 された光の合焦位置と信号記録膜 7との位置ずれ量を示すエラー信号となり、 位 置決めエラー信号は、 信号記録膜 7のトラック位置と焦点位置とのディスク半径 方向に対する位置ずれ量を示す信号となる。
アドレスピット 9の再生信号は、 反応領域 4 (外周側の領域） にレーザ光を照 射している場合のみに検出され、 バイオアツセィ用基板 1に記録されているァド レスピット 9に記述されている情報内容を示す信号である。 この情報内容を読み 出すことにより、 現在、 制御光 Vを照射しているゥエル 8を特定することができ る。
信号記録膜 7の再生信号は、 記録領域 3 (内周側の領域） にレーザ光を照射し ている場合のみに検出され、 信号記録膜 7のトラックに記録されている情報内容 を示す信号である。
フォトディテクト回路 5 2は、 反射光 Rに基づき生成されたフォーカスエラ一 信号、 位置決めエラー信号及びァドレスピット 9の再生信号を制御 Zサ一ポ部 2 5に供給する。
シリンドリカルレンズ 5 3は、 フォトディテクト回路 5 2上に反射光 Rを集光 するとともに非点収差を生じさせるためのレンズである。 このように非点収差を 生じさせることによりフォトディテクト回路 5 2によりフォーカスエラ一信号を 生成させることができる。
光セパレータ 5 4は、 偏向ビ一ムスプリッタからなる光分離面 5 4 aと 1 Z 4 波長板 5 4 bにより構成されている。 光セパレータ 5 4では、 1 / 4波長板 5 4 bの逆側から入射された光を光分離面 5 4 aが透過し、 その透過光の反射光が 1 4波長板 5 4 b側から入射された場合には光分離面 5 4 aが反射する機能を有 している。 光セパレ一夕 5 4は、 光分離面 5 4 aが光路 X上に 4 5 ° の角度を揷 入されているとともに、 導光ミラー 4 3側から見て第 2のダイクロックミラー 4 9の後段に配置されている。 したがって、 光セパレ一夕 5 4では、 コリメ一夕レ ンズ 5 1から出射された制御光 Vを透過して光学へッド 4 0内の導光ミラ一 4 3 に対してその制御光 Vを入射させているとともに、 光学へッド 4 0の導光ミラー 4 3から出射された反射光 Rを反射することにより 9 0 ° 屈折され、 シリンドリ カルレンズ 5 3介してフォトディテクト回路 5 2に反射光 Rを照射する。
制御/サーボ部 2 5は、 蛍光検出部 2 4により検出されたフォーカスエラー信 号、 位置決めエラー信号及びアドレスピット 9の再生信号に基づき、 各種のサ一 ポ制御を行う。
反応領域 4 (外周側の領域） にレーザ光を照射している場合には、 制御 サー ポ部 2 5は、 フォーカスエラー信号に基づき光学へッド 4 0内の 2軸ァクチユエ 一夕 4 2を駆動して対物レンズ 4 1とゥエル 8との間の間隔を制御し、 位置決め エラ一信号に基づき光学へッド 4 0内の 2軸ァクチユエ一夕 4 2を駆動して対物 レンズ 4 1とゥエル 8との半径方向の位置関係を制御し、 ァドレスピット 9の再 生信号に基づき光学へッド 4 0のスレツド移動制御を行って光学へッド 4 0を所 定の半径位置に移動する。
記録領域 3 (内周側の領域） にレーザ光を照射している場合には、 制御 Zサ一 ポ部 2 5は、 フォーカスエラ一信号に基づき光学へッド 4 0内の 2軸ァクチユエ 一夕 4 2を駆動して対物レンズ 4 1と信号記録膜 7との間の間隔を制御し、 位置 決めエラ一信号に基づき光学へッド 4 0内の 2軸ァクチユエ一夕 4 2を駆動して 対物レンズ 4 1と信号記録膜 7の記録トラックとの半径方向の位置関係を制御す る。
記録再生部 2 6は、 情報記録層 7に記録されているデータの再生信号の復調及 び復号処理を行ってデ一夕を出力するとともに、 情報記録層 7に記録する記録デ 一夕の符号化及び変調を行う。 記録再生部 2 6は、 再生時には、 蛍光検出部 2 4 から出力された再生信号が入力され、 外部に復調及び復号したデータを出力する。 また、 記録再生部 2 6は、 記録時には、 外部から記録デ一夕が入力され、 符号化 及び変調がされたデータを蛍光検出部 2 4に供給して、 制御光 Vを出射する制御 光源 5 0を駆動する。
以上のような構成の D N A解析装置 2 1では、 バイオアツセィを行う場合には、 次のような動作を行う。
D N A解析装置 2 1は、 バイオアツセィ用基板 1を回転させながら、 図 6に示 すようにゥエル 8上にサンプル D N A ( S ) が含有した溶液を滴下し、 プローブ D N A ( P ) とサンプル D N A ( S ) とを相互反応 （ハイブリダィゼーシヨン） させる。 また、 ハイブリダィゼ一シヨン処理の済んだバイオアツセィ用基板 1上 に蛍光標識剤 Mを含んだバッファ溶液を滴下して、 図 7に示すようにプロ一プ D NA (P) とサンプル DNA (S) との二重らせん内に蛍光標識剤 Mを挿入する。 また、 DNA解析装置 2 1は、 蛍光標識剤が滴下された後のバイオアツセィ用 基板 1を回転させ、 蛍光 Pを当該バイオアツセィ用基板 1の下面 1 b側から入射 させてゥエル 8内の蛍光標識剤に照射し、 その蛍光 Pに応じてその蛍光標識剤か ら発生した蛍光 Fをバイオアツセィ用基板 1の下方から検出する。
ここで、 DNA解析装置 2 1では、 蛍光 Pと制御光 Vとを同一の対物レンズ 4 1を介してバイオアツセィ用基板 1に照射している。 そのため、 DNA解析装置 2 1では、 制御光 Vを用いたフォーカス制御、 位置決め制御並びにアドレス制御 を行うことによって、 蛍光 Pの照射位置、 すなわち、 蛍光 Fの発光位置を特定す ることが可能となり、 その蛍光の発光位置からサンプル D N Aと結合したプロ一 プ DN Aを特定することができる。
また、 以上のような構成の DNA解析装置 2 1では、 データの記録及び再生時 には、 次のような動作を行う。
DNA解析装置 2 1は、 蛍光 Pの出射を停止して、 制御光 Vのみを出射する。 そして、 バイオアツセィ用基板 1を回転させながらサーポ制御を行い、 信号記録 膜 7上のトラックに対して、 データの記録又は再生を行う。
(DNA解析方法）
次ぎに、 DN A解析方法について説明をする。
最初に、 バイオアツセィ用基板 1を DNA解析装置 2 1のディスク装填部 2 2 に水平に装填する。
続いて、 DN A解析装置 2 1により、 アドレスピット 9に基づく位置制御を行 いながらバイオアツセィ用基板 1を回転させ、 滴下ヘッド 3 4から、 一端が NC O基等で修飾されたプローブ D N Aが含有した溶液を所定のゥエル 8に対して滴 下する。 このとき、 1つのバイオアツセィ用基板 1に対して、 複数種類のプロ一 ブ DNAが滴下する。 だたし、 1つのゥエル 8内には 1種類のプロ一プ DNAが 入るようにする。 なお、 各ゥエル 8にいずれの種類のプロ一ブ DNAを滴下する かは、 予めゥエルとプローブ D N Aとの対応関係を示す配置マップ等を信号記録 膜 7から読み出しておき、 その配置マップに基づき滴下制御する。
続いて、 バイオアツセィ用基板 1の上面 1 a側から、 電極をゥエル 8内の溶液 に挿入して、 lMV/m、 1 MH z程度の交流電界を各ゥエル 8に印加する。 こ のように交流電界を印加すると、 プローブ DN Aがバイオアツセィ用基板 1に対 して垂直方向に伸張するとともに、 プロ一ブ DNAをバイオアツセィ用基板 1に 垂直方向に移動させて、 予め表面修飾処理がされた底面 14に対して、 プローブ DNAの修飾端を結合させ、 ゥエル 8内にプローブ DNAを固相化 （固定化） す ることができる (Masao Washizu and Osamu Kurosawa： " Electrostatic Mani pulation of DNA in Microf abricated Structures " ， IEEE Transact ion on In dustrial Application Vol.26, No26, P.1165-1172 (1900) 参照） 。
続いて、 DNA解析装置 21により滴下へッド 34からサンプル DN Aが含有 した溶液をバッファ塩を含む溶液とともに、 バイオアツセィ用基板 1上の各ゥェ ル 8に滴下する。
続いて、 サンプル DNAの滴下後、 バイオアツセィ用基板 1を恒温層等に移し、 ゥエル 8内を数十度に加熱し、 加熱した状態のまま 1 MV/m、 1 MHz程度の 交流電界を印加する。 このような処理をすると、 サンプル DNAとプローブ DN Aとが垂直方向に伸張して立体障害の少ない状態となるとともに、 サンプル D N Aがバイオアツセィ用基板 1に対して垂直方向に移動する。 この結果、 互いの塩 基配列が対応したサンプル D N Aとプローブ D N Aとが同一のゥエル 8内にある 場合には、 それらが八ィプリダイゼ一ションを起こす。
続いて、 ハイブリダィゼ一シヨンを起こさせた後に、 DNA解析装置 2 1によ り、 インターカレー夕等の蛍光標識剤を、 バイオアツセィ用基板 1のゥエル 8内 に滴下する。 このような蛍光標識剤は、 ハイブリダィゼ一シヨンを起こしたプロ —ブ DN Aとサンプル DN Aとの二重らせんの間に挿入して結合する。
続いて、 バイオアツセィ用基板 1の表面 1 aを純水等で洗浄し、 ハイブリダィ ゼ一ションを起こしていないゥエル 8内のサンプル DNA及び蛍光標識剤を除去 する。 この結果、 ハイブリダィゼーシヨンを起こしたゥエル 8内にのみ、 蛍光標 識剤が残存することとなる。
続いて、 DNA解析装置 2 1により、 制御光 Fを用いてフォーカスサーポ制御 及び位置決めサ一ポ制御並びにアドレス制御を行いながらバイオアツセィ用基板 1を回転させ、 蛍光 Pを所定のゥエル 8に照射する。 この蛍光 Pの照射とともに、 ァドレス情報を検出しながら蛍光 Fが発生しているか否かを検出する。
続いて、 D N A解析装置 2 1は、 バイオアツセィ用基板 1上の各ゥエル 8の位 置と蛍光 Fの発光の有無を示すマップ作成する。 そして、 その作成したマップ、 並びに、 各ゥエル 8にどのような塩基配列のプローブ D N Aが滴下されていたか を示す配置マップに基づき、 サンプル D N Aの塩基配列の解析を行う。 この解析 の結果を参照して、 信号記録膜 7に記録されているプローブ D N Aと疾病との関 係の情報に基づき、 例えば疾病との関係等を解析してもよい。
そして、 D N A解析装置 2 1は、 その解析結果や、 検出した配置マップ等をバ ィォアツセィ用基板 1の信号記録膜 7に記録して保存する。
なお、 本発明は、 図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものでは なく、 添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、 様々な変更、 置換又 はその同等のものを行うことができることは当業者にとって明らかである。 産業上の利用可能性 本発明に係るバイオアツセィ用基板では、 物質間相互反応を生じさせる反応領 域と、 信号が記録される情報領域とを有する。 また、 本発明に係るバイオアツセ ィ装置及び方法では、 物質間相互反応を生じさせる反応領域と信号が記録される 情報領域とを有するバイオアツセィ用基板に対して、 物質間相互反応に基づくバ ィオアッセィを行うとともに、 情報の記録及びノ又は再生を行う。
このことにより、 本発明に係るバイオアツセィ用基板では、 より多様的な使用 をユーザに行わせることができる。 また、 本発明に係るパイオアッセィ装置及び 方法では、 円板状のバイオアツセィ用基板をより多様的に用いることができる。

Claims

請求の範囲
1 . プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアツセィが行われ るバイオアツセィ用基板において、
平板状に構成され、
上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プ ローブ物質が固定可能とされ、 プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場と なり、 上記蛍光標識剤に対する蛍光が下側から照射される複数のゥエルが形成さ れた反応領域と、
下側から光を照射することにより情報を記録及び/又は再生することが可能な 情報領域とを有すること
を特徴とするバイオアツセィ用基板。
2 . 上層部と、 その下側に形成された下層部とを有する基板から構成され、 上記上層部は、 上記反応領域を有し、
上記下層部は、 上記情報領域を有すること
を特徴とする請求の範囲第 1項記載のバイオアツセィ用基板。
3 . 上記情報領域は、 上記反応領域から基板の厚み方向に上記光の焦点深度より 離間した位置に形成されていること
を特徴とする請求の範囲第 2項記載のバイオアツセィ用基板。
4 . プロ一ブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアツセィを行うバ ィオアッセィ装置において、
上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プ ローブ物質が固定可能とされ、 プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場と なり、 上記蛍光標識剤に対する蛍光が下側から照射される複数のゥェルが形成さ れた反応領域と、 下側から光を照射することにより情報を記録及び/又は再生す ることが可能な情報領域とを有するバイオアツセィ用基板を、 保持するとともに 回転駆動させる基板保持手段と、
上記バイオアツセィ基板の上記反応領域に対して所定の波長の蛍光を照射し、 当該蛍光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出 する蛍光検出光学系と、
上記バイオアツセィ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、 そ の反射光に基づき情報の記録及びノ又は再生を行う情報記録 Z再生光学系と を備えることを特徴とするバイオアツセィ装置。
5 . 上記バイオアツセィ用基板は、 全体が円板状に形成され、
上記基板保持手段は、 円板中心を軸に回転駆動すること
を特徴とする請求の範囲第 4項記載のバイオアツセィ装置。
6 . 上記バイオアツセィ用基板は、 上層部とその下側に形成された下層部とを有 する基板から構成され、 上記上層部に上記反応領域を有し、 上記下層部に上記情 報領域を有すること
を特徴とする請求の範囲第 4項記載のバイオアツセィ装置。
7 . 上記情報領域は、 上記反応領域から基板の厚み方向に上記蛍光及び情報記録 用の光の焦点深度より離間した位置に形成されていること
を特徴とする請求の範囲第 6項記載のバイオアツセィ装置。
8 . プローブ物質とサンプル物質との相互反応に基づくバイオアツセィを行うパ ィオアッセィ方法において、
上記サンプル物質及び蛍光標識剤が上側から滴下可能とされるとともに上記プ ローブ物質が固定可能とされ、 プローブ物質とサンプル物質との相互反応の場と なり、 上記蛍光標識剤に対する蛍光が下側から照射される複数のゥエルが形成さ れた反応領域と、 下側から光を照射することにより情報を記録及び Z又は再生す ることが可能な情報領域とを有するパイオアッセィ用基板を、 保持するとともに 回転駆動させ、
上記バイオアツセィ基板の上記情報領域に対して所定の波長の光を照射し、 そ の反射光に基づき情報の記録及び/又は再生を行い、
上記バイオアツセィ基板の上記反応領域に対して所定の波長の蛍光を照射し、 当該蛍光に応じて上記蛍光標識剤から発生される所定の波長の蛍光の有無を検出 すること
を特徴とするバイオアツセィ方法。
PCT/JP2004/008476 2003-06-10 2004-06-10 バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置及び方法 WO2004111620A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04736587A EP1637872A4 (en) 2003-06-10 2004-06-10 BIOTESTIC SUBSTRATE AND BIOTESTIC APPARATUS AND METHOD
US10/559,745 US7718129B2 (en) 2003-06-10 2004-06-10 Bioassay substrate and bioassay device and method
CN2004800208964A CN1826519B (zh) 2003-06-10 2004-06-10 用于生物测定的基板、生物测定设备和生物测定方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003165516A JP4151483B2 (ja) 2003-06-10 2003-06-10 バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置及び方法
JP2003-165516 2003-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004111620A1 true WO2004111620A1 (ja) 2004-12-23

Family

ID=33549215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2004/008476 WO2004111620A1 (ja) 2003-06-10 2004-06-10 バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置及び方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7718129B2 (ja)
EP (1) EP1637872A4 (ja)
JP (1) JP4151483B2 (ja)
CN (1) CN1826519B (ja)
WO (1) WO2004111620A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1724018A3 (en) * 2005-05-19 2008-07-09 Sony Corporation Substrate and device for bioassay and method for making the substrate

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006047153A (ja) * 2004-08-05 2006-02-16 Sony Corp Ｄｎａチップの製造方法と製造システム、ハイブリダイゼーション検出方法と検出システム、並びに基板処理装置と基板処理方法
US8551403B2 (en) 2005-03-10 2013-10-08 Raustech Pty Ltd. Disc substrates for combinatorial chemistry
JP5880916B2 (ja) 2011-06-03 2016-03-09 ソニー株式会社 情報処理装置、情報処理方法、およびプログラム
JP6244556B2 (ja) 2012-04-25 2017-12-13 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 試料保持担体およびそれを用いた蛍光検出装置
US9500587B2 (en) 2012-10-30 2016-11-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Specimen holding carrier and fluorescence detector using same
ES2524744B1 (es) * 2014-02-05 2015-10-08 Universitat Politècnica De València Sensor analítico y método de obtención del mismo
CN105891466A (zh) * 2016-04-26 2016-08-24 中国科学技术大学 一种检测生物分子的装置及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02232563A (ja) * 1989-03-07 1990-09-14 Idemitsu Petrochem Co Ltd 液体試料の分析方法およびその装置
JPH02269938A (ja) * 1989-04-11 1990-11-05 Idemitsu Petrochem Co Ltd 分析装置
JPH03225278A (ja) * 1990-01-31 1991-10-04 Idemitsu Petrochem Co Ltd 液体試料分析用ディスク
JPH04233462A (ja) * 1990-12-28 1992-08-21 Idemitsu Petrochem Co Ltd 免疫学的定量分析方法
JPH055741A (ja) * 1990-10-09 1993-01-14 Idemitsu Petrochem Co Ltd 免疫学的定量分析方法
JPH10504397A (ja) * 1994-09-21 1998-04-28 ザ ユニバーシティ コート オブ ザ ユニバーシティ オブ グラスゴー サンプル分析実施用装置及び方法
JP2001238674A (ja) * 2000-02-29 2001-09-04 Nikon Corp Ｄｎａアレイ、ｄｎａアレイ読み取り装置、及びｄｎａアレイ製造装置
JP2002250726A (ja) * 2000-12-08 2002-09-06 Toray Ind Inc ポリマー配列固定化ディスクおよび固定化ポリマー配列による検出方法
JP2004093415A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sony Corp バイオアッセイ用基板と基板情報読み取り装置及び基板情報読み取り方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990010875A1 (fr) * 1989-03-07 1990-09-20 Idemitsu Petrochemical Company Limited Analyseur d'echantillon de liquide et procede d'analyse d'echantillon de liquide utilisant ledit analyseur
WO1992006379A1 (en) * 1990-10-09 1992-04-16 Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. Method of immunological quantitative analysis
US6327031B1 (en) * 1998-09-18 2001-12-04 Burstein Technologies, Inc. Apparatus and semi-reflective optical system for carrying out analysis of samples
AU725065B2 (en) * 1996-07-08 2000-10-05 Burstein Technologies, Inc. Cleavable signal element device and method
AU5895898A (en) * 1996-12-20 1998-07-17 Gamera Bioscience Corporation An affinity binding-based system for detecting particulates in a fluid
AU7591998A (en) * 1997-05-23 1998-12-11 Gamera Bioscience Corporation Devices and methods for using centripetal acceleration to drive fluid movement in a microfluidics system
US5922617A (en) * 1997-11-12 1999-07-13 Functional Genetics, Inc. Rapid screening assay methods and devices
US20020177144A1 (en) * 1997-12-30 2002-11-28 Jose Remacle Detection and/or quantification method of a target molecule by a binding with a capture molecule fixed on the surface of a disc
EP1044375B1 (en) 1997-12-30 2005-12-14 Remacle, José Method comprising capture molecule fixed on disc surface
EP1301924A2 (de) * 2000-07-19 2003-04-16 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung zur durchführung von biochemischen fluoreszenztests
AU2002227181A1 (en) * 2000-11-16 2002-05-27 Burstein Technologies, Inc. Optical biodiscs with reflective layers
WO2002051537A2 (en) * 2000-12-22 2002-07-04 Burstein Technologies, Inc. Optical bio-discs and methods relating thereto
US7083920B2 (en) * 2001-05-18 2006-08-01 Nagaoka & Co. Ltd. Surface assembly for immobilizing DNA capture probes in genetic assays using enzymatic reactions to generate signal in optical bio-discs and methods relating thereto

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02232563A (ja) * 1989-03-07 1990-09-14 Idemitsu Petrochem Co Ltd 液体試料の分析方法およびその装置
JPH02269938A (ja) * 1989-04-11 1990-11-05 Idemitsu Petrochem Co Ltd 分析装置
JPH03225278A (ja) * 1990-01-31 1991-10-04 Idemitsu Petrochem Co Ltd 液体試料分析用ディスク
JPH055741A (ja) * 1990-10-09 1993-01-14 Idemitsu Petrochem Co Ltd 免疫学的定量分析方法
JPH04233462A (ja) * 1990-12-28 1992-08-21 Idemitsu Petrochem Co Ltd 免疫学的定量分析方法
JPH10504397A (ja) * 1994-09-21 1998-04-28 ザ ユニバーシティ コート オブ ザ ユニバーシティ オブ グラスゴー サンプル分析実施用装置及び方法
JP2001238674A (ja) * 2000-02-29 2001-09-04 Nikon Corp Ｄｎａアレイ、ｄｎａアレイ読み取り装置、及びｄｎａアレイ製造装置
JP2002250726A (ja) * 2000-12-08 2002-09-06 Toray Ind Inc ポリマー配列固定化ディスクおよび固定化ポリマー配列による検出方法
JP2004093415A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sony Corp バイオアッセイ用基板と基板情報読み取り装置及び基板情報読み取り方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1637872A4 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1724018A3 (en) * 2005-05-19 2008-07-09 Sony Corporation Substrate and device for bioassay and method for making the substrate
US8491853B2 (en) 2005-05-19 2013-07-23 Sony Corporation Substrate and device for bioassay and method for making the substrate

Also Published As

Publication number Publication date
EP1637872A1 (en) 2006-03-22
CN1826519A (zh) 2006-08-30
US7718129B2 (en) 2010-05-18
CN1826519B (zh) 2011-01-26
JP2005003450A (ja) 2005-01-06
US20060128030A1 (en) 2006-06-15
JP4151483B2 (ja) 2008-09-17
EP1637872A4 (en) 2012-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7200088B2 (en) System and method of detecting investigational features related to a sample
US7221632B2 (en) Optical disc system and related detecting methods for analysis of microscopic structures
JP4591195B2 (ja) バイオアッセイ用の基板と装置、並びに基板の製造方法
JP4193421B2 (ja) バイオアッセイ装置及びその製造方法、並びにバイオアッセイ方法
JP4151483B2 (ja) バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置及び方法
US20080192588A1 (en) Biochip Analysis System And Diagnosis Having Biochip Analysis Apparatus
JP2004333333A (ja) Ｄｎａマイクロアレイ基板と読み取り装置
JP4285119B2 (ja) 生化学反応装置、生化学反応用基板、ハイブリダイゼーション用基板の製造方法及びハイブリダイゼーション方法
WO2004025296A1 (ja) バイオアッセイ用基板と基板情報読み取り装置及び基板情報読み取り方法
JP2002250726A (ja) ポリマー配列固定化ディスクおよび固定化ポリマー配列による検出方法
JP2009063310A (ja) 分析装置
JP2012255773A (ja) 試料分析用ディスクおよび試料分析用ディスク製造方法
JP4374973B2 (ja) バイオアッセイ用基板並びにバイオアッセイ装置
KR100747647B1 (ko) 바이오칩 판독 장치 및 바이오칩 판독장치를 갖는 진단장치
JP4137856B2 (ja) 分析ディスクおよび分析ディスク装置
JP4337432B2 (ja) 生化学反応用基板、生化学反応装置及びハイブリダイゼーション方法
JP4333320B2 (ja) カートリッジ及びカートリッジ内の湿度調節方法
JP4519757B2 (ja) 分析基板および分析装置
JP2005156327A (ja) バイオアッセイ用基板及びその製造方法
JP4168845B2 (ja) 蛍光検出基板、蛍光検出装置及び方法
JP5019088B2 (ja) 検査システム、検査装置および方法、記録媒体、プログラム
JP2005091251A (ja) バイオアッセイ方法及びバイオアッセイ装置
JP2007093382A (ja) ハイブリッド基板、分析基板、記録基板、および分析装置
JP2005121489A (ja) バイオアッセイ装置及び方法
JP2005091097A (ja) 検査システム、基板セット、検査装置および方法、記録媒体、並びにプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200480020896.4

Country of ref document: CN

AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006128030

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10559745

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2004736587

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2004736587

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10559745

Country of ref document: US