| 【発明の名称】 |
バイオチップ読み取り装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】田名網 健雄
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| 【要約】 |
【課題】Ｓ／Ｎが向上しコストダウンが可能なバイオチップ読み出し装置を実現する。
【解決手段】励起光を出力する光源と、励起光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、このダイクロイックミラーの反射光若しくは透過光をバイオチップに集光しバイオチップで生じた蛍光をダイクロイックミラーに入射させる対物レンズと、蛍光を検出する光検出素子と、ダイクロイックミラーで透過若しくは反射した蛍光を光検出素子に集光するレンズとを備えたバイオチップ読み出し装置において、バイオチップを励起光及び蛍光に対して透明基板で構成し、励起光をバイオチップの試料が配置された側とは反対側から照射する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】励起光を出力する光源と、前記励起光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、このダイクロイックミラーの反射光若しくは透過光をバイオチップに集光し前記バイオチップで生じた蛍光を前記ダイクロイックミラーに入射させる対物レンズと、前記蛍光を検出する光検出素子と、前記ダイクロイックミラーで透過若しくは反射した前記蛍光を前記光検出素子に集光するレンズとを備えたバイオチップ読み出し装置において、前記バイオチップを前記励起光及び前記蛍光に対して透明基板で構成し、前記励起光を前記バイオチップの試料が配置された側とは反対側から照射することを特徴とするバイオチップ読み取り装置。
【請求項２】前記対物レンズが、液浸型であることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項３】前記対物レンズが、水浸型若しくは油浸型であることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項４】前記対物レンズが、ＳＩＬであることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項５】光学系を共焦点光学系で構成したことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項６】前記バイオチップの試料が配置された側とは反対側の表面に反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項７】前記透明基板の表面に透明電極を形成したことを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項８】前記透明電極が、インジウム・スズ酸化膜であることを特徴とする請求項７記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項９】前記試料が、ＤＮＡであることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項１０】前記試料が、ＲＮＡであることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項１１】前記試料が、蛋白であることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
【請求項１２】前記試料が、糖鎖であることを特徴とする請求項１記載のバイオチップ読み取り装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＮＡチップやプロテインチップ等のバイオチップの読み出し装置に関し、特にＳ／Ｎが向上しコストダウンが可能なバイオチップ読み出し装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】バイオチップは、例えば、ＤＮＡチップは数千から数万種類の既知のＤＮＡの断片を基板上にアレイ状に配置したものである。このようなＤＮＡチップに未知のＤＮＡの断片を流した場合に同じ種類のＤＮＡ同士で結合する性質を利用して結合が生じた既知のＤＮＡをバイオチップ読み出し装置を用いて調べることにより、未知のＤＮＡの配列等を特定するものである。
【０００３】図５はこのようなバイオチップにおけるハイブリダイゼーションの一例を示す説明図である。図５中“ＳＢ０１”に示す基板上には図５中”ＤＮ０１”、”ＤＮ０２”、”ＤＮ０３”、”ＤＮ０４”、”ＤＮ０５”及び”ＤＮ０６”に示す６種類のＤＮＡの断片がアレイ状に配置されＤＮＡチップを構成している。
【０００４】一方、図５中”ＵＮ０１”は未知のＤＮＡの断片であり、このＤＮＡの断片は図５中”ＬＭ０１”に示すように蛍光標識が予め付加されている。このような未知のＤＮＡの断片を前述のＤＮＡチップにハイブリダイズさせることにより、配列が相補的なＤＮＡ同士が結合する。
【０００５】例えば、図５中”ＣＢ０１”に示すように図５中”ＵＮ０１”の未知のＤＮＡの断片は図５中”ＤＮ０１”に示す既知のＤＮＡの断片と結合する。
【０００６】バイオチップ読み出し装置を用いてこのようにハイブリダイズされたＤＮＡチップに励起光を照射し、前記蛍光標識で発生する蛍光を検出することにより、既知のＤＮＡの内でどのＤＮＡと結合したかを識別することができる。
【０００７】例えば、図５中”ＳＩ０１”に示すようなＤＮＡチップを走査した結果のイメージにおいて、図５中”ＣＢ０１”が生じた部分のみが蛍光を生じるので図５中”ＬＤ０１”に示す部分のみから蛍光が検出されることになる。
【０００８】図６はこのような従来のバイオチップ読み出し装置の一例を示す構成ブロック図である。図６において１はレーザ光源等の励起光を出力する光源、２はダイクロイックミラー、３は対物レンズ、４は複数個のセルがアレイ状に配置されたバイオチップであるＤＮＡチップ、５はフィルタ、６はレンズ、７は光電子増倍管（Photomultiplier Tube）等の光検出素子である。
【０００９】また、図６中”ＣＬ０１”、”ＣＬ０２”及び”ＣＬ０３”は試料である同一種類のＤＮＡの断片が複数個配置されている前述のセルである。
【００１０】光源１の出力光は励起光としてダイクロイックミラー２で反射され、対物レンズ３を介してＤＮＡチップ４上のセルに集光される。例えば、図６中”ＣＬ０２”に示すセルに対して励起光が照射される。
【００１１】そして、励起光によりセルで生じた蛍光は対物レンズ３を介して平行光になりダイクロイックミラー２を透過し、ダイクロイックミラー２を透過した蛍光はフィルタ５を透過してレンズ６により光検出素子７に集光される。
【００１２】また、ＤＮＡチップ４は図示しない駆動手段により走査される。例えば、ＤＮＡチップ４上の他のセルである図６中”ＣＬ０１”及び”ＣＬ０３”に示すセルに対して励起光が照射するように図６中”ＭＶ０１”に示す方向に走査される。
【００１３】この結果、蛍光発光したセルの位置から未知のＤＮＡの配列を特定することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、未知のＤＮＡの断片をハイブリダイズさせる液体中の混在物やその後の工程等に起因してＤＮＡチップ４上にゴミが付着する。特に当該ゴミが有機系のゴミである場合には励起光によりセルよりも強い蛍光発光を生じてしまうため、この蛍光発光がノイズとなってＳ／Ｎが悪化してしまうと言った問題点があった。
【００１５】例えば、図７は図６中”ＣＬ０２”に示すセルの部分を拡大表示した説明図であり、３，４及び”ＣＬ０２”は図６と同一符号を付してある。図７中”ＤＳ０１”及び”ＤＳ０２”に示すようなゴミが付着している場合には図７中”ＣＬ０２”に示すセルからの蛍光の他に励起光により図７中”ＬＬ０１”に示すような蛍光が生じてＳ／Ｎを悪化させてしまう。
【００１６】このため、従来ではバイオチップ読み出し装置に共焦点光学系を用いてセル部分で生じた蛍光のみを検出してゴミで生じる蛍光を除去したり、ＤＮＡチップを遮蔽構造とすることによりゴミの付着を防止しているがコストアップとなるのみならず、Ｓ／Ｎの改善が十分ではないと言った問題点があった。従って本発明が解決しようとする課題は、Ｓ／Ｎが向上しコストダウンが可能なバイオチップ読み出し装置を実現することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、励起光を出力する光源と、前記励起光を反射若しくは透過させるダイクロイックミラーと、このダイクロイックミラーの反射光若しくは透過光をバイオチップに集光し前記バイオチップで生じた蛍光を前記ダイクロイックミラーに入射させる対物レンズと、前記蛍光を検出する光検出素子と、前記ダイクロイックミラーで透過若しくは反射した前記蛍光を前記光検出素子に集光するレンズとを備えたバイオチップ読み出し装置において、前記バイオチップを前記励起光及び前記蛍光に対して透明基板で構成し、前記励起光を前記バイオチップの試料が配置された側とは反対側から照射することにより、Ｓ／Ｎが向上しコストダウンが可能になる。
【００１８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記対物レンズが、液浸型であることにより、開口数が向上して更にＳ／Ｎが向上する。
【００１９】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記対物レンズが、水浸型若しくは油浸型であることにより、開口数が向上して更にＳ／Ｎが向上する。
【００２０】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記対物レンズが、ＳＩＬであることにより、開口数が向上して更にＳ／Ｎが向上する。
【００２１】請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、光学系を共焦点光学系で構成したことにより、非共焦点光学系の場合よりもＳ／Ｎが更に向上する。
【００２２】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記バイオチップの試料が配置された側とは反対側の表面に反射防止膜を形成したことにより、試料に照射される励起光の光量が増加してＳ／Ｎを向上させることが可能になる。
【００２３】請求項７記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記透明基板の表面に透明電極を形成したことにより、配列が相補的な試料同士が結合する確率が増加する。
【００２４】請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記透明電極が、インジウム・スズ酸化膜であることにより、配列が相補的な試料同士が結合する確率が増加する。
【００２５】請求項９記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記試料が、ＤＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知のＤＮＡと蛍光標識が付加された未知のＤＮＡが結合して未知のＤＮＡの配列を特定することができる。
【００２６】請求項１０記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記試料が、ＲＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知のＲＮＡと蛍光標識が付加された未知のＲＮＡが結合して未知のＲＮＡの配列を特定することができる。
【００２７】請求項１１記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記試料が、蛋白であることにより、抗原抗体反応により既知の蛋白と蛍光標識が付加された未知の蛋白が結合して未知の蛋白の配列を特定することができる。
【００２８】請求項１２記載の発明は、請求項１記載の発明であるバイオチップ読み出し装置において、前記試料が、糖鎖であることにより、抗原抗体反応により既知の抗体蛋白と蛍光標識が付加された未知の糖鎖が結合して未知の糖鎖の配列を特定することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るバイオチップ読み出し装置の一実施例を示す構成ブロック図である。図１において１〜３及び５〜７は図６と同一符号を付してあり、８はガラスやプラスチック等の励起光や発生する蛍光に対して透明な基板を用いたＤＮＡチップである。
【００３０】また、図１中”ＣＬ１１”、”ＣＬ１２”及び”ＣＬ１３”は試料である同一種類のＤＮＡの断片が複数個配置されている前述のセルであり、図１中”ＤＳ１１”及び”ＤＳ１２”はＤＮＡチップ８の図１中”ＣＬ１２”に示すセルに付着したゴミである。
【００３１】光源１の出力光は励起光としてダイクロイックミラー２で反射され、対物レンズ３を介してＤＮＡチップ８のセルに集光される。この時、励起光はＤＮＡチップ８のセルが配置された側とは反対側から照射される。
【００３２】例えば、励起光はＤＮＡチップ８の透明な基板を透過して図１中”ＣＬ１２”に示すセルに対して照射される。
【００３３】そして、励起光によりセルで生じた蛍光は対物レンズ３を介して平行光になりダイクロイックミラー２を透過し、ダイクロイックミラー２を透過した蛍光はフィルタ５を透過してレンズ６により光検出素子７に集光される。この時、励起光によりセルで生じた蛍光はＤＮＡチップ８を透過してセルが配置された側とは反対側に出力される。
【００３４】また、ＤＮＡチップ８は図示しない駆動手段により走査される。例えば、ＤＮＡチップ８上の他のセルである図１中”ＣＬ１１”及び”ＣＬ１３”に示すセルに対して励起光が照射するように図１中”ＭＶ１１”に示す方向に走査される。
【００３５】このとき、未知のＤＮＡの断片をハイブリダイズさせる液体は図１中”ＣＬ１２”等に示すセルが配置された側に流されるため、図１中”ＤＳ１１”や”ＤＳ１２”に示すゴミはＤＮＡチップ８の基板の内セルが配置された側に付着することになる。
【００３６】一方、ＤＮＡチップ８の基板の内セルが配置された側と反対側には図１中”ＤＳ１１”等に示すようなゴミは付着しない。
【００３７】この結果、励起光をＤＮＡチップ８のセルが配置された側とは反対側から照射することにより、例えば、ＤＮＡチップ８の基板とセルの境界面近傍に励起光を照射させることにより、当該ゴミに起因するノイズ成分となる蛍光を減少させることができる。
【００３８】また、バイオチップ読み出し装置にシンプルな光学系で良く、ＤＮＡチップ８を遮蔽構造にす必要性はくなくなるのでコストダウンを図ることが可能になる。
【００３９】なお、図１等の説明に際してはバイオチップとしてＤＮＡチップを例示しているが、勿論ＤＮＡチップに限定されるものではなく、ＲＮＡ，蛋白、糖鎖等を透明な基板上にアレイ状に配置したものであっても構わない。
【００４０】この場合、ＲＮＡはＤＮＡと同じくハイブリダイゼーションにより、また蛋白及び糖鎖等は抗原抗体反応により既知の試料と蛍光標識が付加された未知の試料が結合することになる。
【００４１】また、図１に示す対物レンズ３は非液浸型であったが、水浸や油浸等の液浸型であっても構わない。図２は液浸形を用いた場合の図１中”ＣＬ１２”に示すセルの部分を拡大表示した説明図であり、図２において３，８及び”ＣＬ１２”は図１と同一符号を付してある。
【００４２】図２中”ＬＱ１１”は対物レンズ３とＤＮＡチップ８との間に浸された水や油等である。この場合、水や油等の屈折率によりＮＡ（開口数）が向上して更にＳ／Ｎが向上する。但し、この場合にはＤＮＡチップ８若しくは対物レンズ３を走査するのではなく励起光自身をビームスキャンする走査方法が適している。
【００４３】また、図３は液浸と同等の効果があるＳＩＬ（Solid Immersion Lens）を用いた場合の図１中”ＣＬ１２”に示すセルの部分を拡大表示した説明図である。図３において８及び”ＣＬ１２”は図１と同一符号を付してあり、９はＳＩＬである。この場合も、ＳＩＬによりＮＡ（開口数）が向上して更にＳ／Ｎが向上する。
【００４４】また、ＤＮＡチップを構成する基板に導電性が必要な場合には透明基板の上にＩＴＯ（インジウム・スズ酸化膜）等の透明電極を設けていも構わない。ＤＮＡはマイナスに帯電しているため、この電極にプラスの電圧を印加することにより、ハイブリダイゼーションを加速することができる。
【００４５】また、ＤＮＡチップ８の基板の内セルが配置された側と反対側の表面に反射防止膜を設けても構わない。図４は反射防止膜の有無を対比する説明図である。図４において８及び”ＣＬ１２”は図１と同一符号を付してあり、１０は反射防止膜である。
【００４６】図４（Ａ）は図１と同一構成であり、図４（Ｂ）はＤＮＡチップ８の基板の内セルが配置された側と反対側に反射防止膜１０が形成される。図４（Ａ）の場合、図４中”ＩＬ０１”に示す入射光に対する図４中”ＲＬ０１”に示す反射光の割合が”約４％”であるのに対して、図４（Ｂ）の場合、図４中”ＩＬ１１”に示す入射光に対する図４中”ＲＬ１１”に示す反射光の割合が”約０．５％”程度にすることができるため、ＤＮＡチップ８のセルに照射される励起光の光量が増加してＳ／Ｎを向上させることが可能になる。
【００４７】また、ＤＮＡチップ８の基板の内セルが配置された側はドライの状態でも良く、また、ハイブリダイズの液体に浸されたままの状態であっても構わない。
【００４８】また、励起光の光源としてはレーザ光源を例示したがレーザ光源であっても、ＬＥＤ、キセノンランプやハロゲンランプ等に白色光源等の非レーザ光源であっても構わない。
【００４９】また、バイオチップ読み出し装置の光学系に共焦点光学系を用いれば、ゴミで発生した蛍光をより除去できるため、非共焦点光学系の場合よりもＳ／Ｎが更に向上する。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。請求項１の発明によれば、励起光をバイオチップの試料が配置された側とは反対側から照射することにより、Ｓ／Ｎが向上しコストダウンが可能になる。
【００５１】また、請求項２乃至請求項４の発明によれば、対物レンズに液浸若しくはＳＩＬを用いることによりＮＡ（開口数）が向上して更にＳ／Ｎが向上する。
【００５２】また、請求項５の発明によれば、光学系を共焦点光学系で構成したことにより、非共焦点光学系の場合よりもＳ／Ｎが更に向上する。
【００５３】また、請求項６の発明によれば、前記バイオチップの試料が配置された側とは反対側の表面に反射防止膜を形成したことにより、試料に照射される励起光の光量が増加してＳ／Ｎを向上させることが可能になる。
【００５４】また、請求項７及び請求項８の発明によれば、前記透明基板の表面に透明電極を形成したことにより、ＤＮＡはマイナスに帯電しているため、この電極にプラスの電圧を印加することにより、ハイブリダイゼーションを加速することができる。
【００５５】また、請求項９及び請求項１０の発明によれば、試料がＤＮＡ若しくはＲＮＡであることにより、ハイブリダイゼーションにより相補的な配列を有する既知の試料と蛍光標識が付加された未知の試料が結合して未知の試料の配列を特定することができる。
【００５６】また、請求項１１及び請求項１２の発明によれば、試料が蛋白若しくは糖鎖であることにより、抗原抗体反応により既知の試料と未知の試料が結合して未知の試料の配列を特定することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６５０７
【氏名又は名称】横河電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１７日（２０００．１．１７） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４３０９（Ｐ２００１−１９４３０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７７２４（Ｐ２０００−７７２４） |
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