JP2009222583A - 撮像装置、生体高分子分析チップ及び分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便な操作で複数種類の生体高分子サンプルの比較を行うことができる撮像装置及び生体高分子分析チップを提供する。
【解決手段】受光面を上方向に向けて設けられた複数の光電変換素子２０と、光電変換素子２０の受光面側にそれぞれ設けられた格子状の光学フィルター２４とを備え、格子状の光学フィルター２４は異なる波長の光を透過させる２種類のバンドパスフィルター２４ａ，２４ｂからなり、隣接する他の光電変換素子２０の受光面側に異なる種類のバンドパスフィルター２４ａ，２４ｂが配置されている撮像装置１０である。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置、生体高分子分析チップ及び分析方法に関する。

様々な生物種の遺伝子の発現解析を行うためにＤＮＡチップや抗体チップ等の生体高分子分析チップやその読取装置が開発されている。生体高分子分析チップは、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡや抗体をスライドガラス等の固体担体上にマトリックス状に整列固定させたものである（例えば特許文献１参照）。例えば、ＤＮＡチップ及びその読取装置を用いた遺伝子の発現解析は次のようにして行う。

まず、既知の塩基配列を有した複数種類のｃＤＮＡ（以下、プローブＤＮＡという）をスライドガラス等の固体担体に整列固定させたＤＮＡチップを準備する。次に、検体からｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いてｃＤＮＡを合成し、標識物質で標識したものを用意する（以下、標識ＤＮＡという）。ここで、標識物質には蛍光物質や化学発光基質、あるいは化学発光基質を発光させる酵素等を用いることができる。
次に、標識ＤＮＡをＤＮＡチップ上に添加すると、標識ＤＮＡが相補的なプローブＤＮＡとハイブリダイズすることによりＤＮＡチップ上に固定される。

次いで、ＤＮＡチップを読取装置にセッティングし、読取装置にて分析する。読取装置は、ＤＮＡチップに対して二次元的に移動する集光レンズ及びフォトマルチプライヤーによってＤＮＡチップを走査する標識物質により発した光を集光レンズで集光させ、光強度をフォトマルチプライヤーで計測することで、ＤＮＡチップの面内の光強度分布を計測し、これにより、ＤＮＡチップ上の光強度分布が二次元の画像として出力される。出力された画像内で光強度が大きい部分には、プローブＤＮＡの塩基配列と相補的な塩基配列を有した標識ＤＮＡが含まれていることを表している。従って、二次元画像中のどの部分の蛍光強度が大きいかによって検体で発現しているｍＲＮＡを同定することができる。

また、複数の光電変換素子を二次元アレイ状に配列してなる固体撮像デバイスの受光面にＤＮＡや抗体等のプローブ分子をスポットした生体高分子分析チップが開発されている。このような生体高分子分析チップでは、スポットに付着した標識ＤＮＡ等の生体高分子を標識する標識物質により発生する光を各光電変換素子により計測する。固体撮像デバイスの受光面にスポットが点在しており、受光面に付着された生体高分子と光電変換素子との間の距離が近いために標識物質から発した光の減衰を抑えることができるために、僅かな光量でも計測が可能であるという利点がある。

ところで、遺伝子の発現解析においては、異なる細胞由来のｃＤＮＡを異なる蛍光物質で標識し、同一のＤＮＡチップ上に標識ＤＮＡ上に添加することで、発現している遺伝子の違いを検出することが行われる。例えば、Ａ細胞由来の蛍光画像とＢ細胞由来の蛍光画像とを重ねると、シグナルが重なるスポットはＡ，Ｂどちらの細胞でも発現している遺伝子であり、シグナルがどちらも見えないスポットはＡ，Ｂどちらの細胞でも発現していない遺伝子であることがわかる。
特開２０００−１３１２３７号公報

しかし、従来の方法では、Ａ，Ｂどちらの細胞で発現している遺伝子であるかを特定するためには、同一の配列でプローブ分子をスポットした２枚の生体高分子分析チップを用意し、２種類のサンプルについてそれぞれ別の生体高分子分析チップを用いて蛍光画像を取得し、画像処理を行わねばならず、操作が煩雑であった。

本発明は、上記の問題を解決し、より簡便な操作で２種類の生体高分子サンプルの比較を行うことができる撮像装置、生体高分子分析チップ及び分析方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、撮像装置であって、
受光面からの光を光電変換する複数の光電変換素子と、
前記受光面側における第一領域に配置された、第一波長域の光を選択的に透過する第一バンドパスフィルターと、
前記受光面側における、前記第一領域と異なる第二領域に配置された、前記第一波長域と異なる第二波長域の光を選択的に透過する第二バンドパスフィルターと、
を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記受光面を囲む隔壁がさらに設けられていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、生体高分子分析チップであって、請求項１または２に記載の撮像装置と、前記撮像装置の受光面に固定され、特定の生体高分子と結合するプローブを備えることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の生体高分子分析チップであって、前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであり、前記特定の生体高分子は前記いずれかのバンドパスフィルターを透過する蛍光を放射する蛍光体により標識された一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、第一波長域の光を選択的に透過する第一バンドパスフィルターに対応して配置された第一光電変換素子の受光面側に設けられた、特定の生体高分子と結合する第一プローブ、及び前記第一波長域と異なる第二波長域の光を選択的に透過する第二バンドパスフィルターに対応して配置された第二光電変換素子の受光面側に設けられた、特定の生体高分子と結合する第二プローブに、第一蛍光体が標識化された第一生体高分子、及び前記第一蛍光体の蛍光の波長域と異なる波長域の蛍光を発する第二蛍光体が標識化された第二生体高分子を供給する供給工程と、
前記第一プローブ及び前記第二プローブに、前記第一蛍光体及び前記第一蛍光体を励起する励起光を照射する照射工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、より簡便な操作で複数種類の生体高分子サンプルの比較を行うことができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

［第１実施形態］
〔１〕生体高分子分析チップの全体構成
図１は、本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図である。この生体高分子分析チップ１は、ＤＮＡを検出するＤＮＡチップであり、固体撮像デバイス１０の撮像面に、複数のスポット６０が形成されている。なお、図１では直径０．５ｍｍのスポット６０が縦１０行×横１２列形成されている。
また、固体撮像デバイス１０の撮像面の外周部には、隔壁５１が設けられている。隔壁５１により固体撮像デバイス１０の受光面に後述する蛍光標識ＤＮＡ溶液が貯留されるウェル５２が形成される。

図２は、図１における１つのスポット６０を拡大した図である。固体撮像デバイス１０には、光電変換素子として複数のダブルゲート型磁界効果トランジスタ（以下、ダブルゲートトランジスタという。）２０が縦横に配列されている。なお、図２では、縦横５０μｍピッチでダブルゲートトランジスタ２０が配列されている。

ここで、図２〜図４を用いて固体撮像デバイス１０について説明する。図３は１つのダブルゲートトランジスタ２０を示す平面図であり、図４は図３のIV−IV矢視断面図である。

〔２〕固体撮像デバイス
図４に示すように、固体撮像デバイス１０は、透明基板１１と、ボトムゲート絶縁膜１３と、トップゲート絶縁膜２１と、保護絶縁膜２３と、格子状フィルター２４と、スポット固定層２５とを積層してなる。これらの層間に、複数のボトムゲートライン１２ａ、ソースライン１８ａ、ドレインライン１９ａ、トップゲートライン２２ａ、及び、ダブルゲートトランジスタ２０を形成するボトムゲート電極１２、半導体膜１４、チャネル保護膜１５、不純物半導体膜１６，１７、ソース電極１８、ドレイン電極１９、トップゲート電極２２、が設けられている。

透明基板１１は、後述する蛍光体が発する光を透過する性質（以下、光透過性という。）を有するとともに絶縁性を有し、例えば、石英ガラス等といったガラス基板、ポリカーボネート、ＰＭＭＡ等といったプラスチック基板等である。

この固体撮像デバイス１０においては、光電変換素子としてダブルゲートトランジスタ２０が利用され、複数のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が透明基板１１上において二次元アレイ状に特にマトリクス状に配列され、これらダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が窒化シリコン（SiN）等の保護絶縁膜２３によってまとめて被覆されている。
なお、図２では１０行×１０列の１００個のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…が示されている。

図３、図４に示すように、ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…は何れも、受光部である半導体膜１４と、半導体膜１４上に形成されたチャネル保護膜１５と、ボトムゲート絶縁膜１３を挟んで半導体膜１４の下に形成されたボトムゲート電極１２と、トップゲート絶縁膜２１を挟んで半導体膜１４の上に形成されたトップゲート電極２２と、半導体膜１４の一部に重なるよう形成された不純物半導体膜１６と、半導体膜１４の別の部分に重なるよう形成された不純物半導体膜１７と、不純物半導体膜１６に重なったソース電極１８と、不純物半導体膜１７に重なったドレイン電極１９と、を備え、半導体膜１４において受光した光量に従ったレベルの電気信号を出力するものである。

ボトムゲート電極１２は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに透明基板１１上に形成されている。また、透明基板１１上には横方向に延在する複数本のボトムゲートライン１２ａ，１２ａが形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれのボトムゲート電極１２が共通のボトムゲートライン１２ａと一体となって形成されている。ボトムゲート電極１２及びボトムゲートライン１２ａは、導電性及び遮光性を有し、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。

ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のボトムゲート電極１２及びボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…はボトムゲート絶縁膜１３によってまとめて被覆されている。すなわち、ボトムゲート絶縁膜１３は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。ボトムゲート絶縁膜１３は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン（SiN）又は酸化シリコン（SiO₂）からなる。

ボトムゲート絶縁膜１３上には、複数の半導体膜１４がマトリクス状に配列するよう形成されている。半導体膜１４は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立して形成されており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０においてボトムゲート電極１２に対して対向配置され、ボトムゲート電極１２との間にボトムゲート絶縁膜１３を挟んでいる。半導体膜１４は、平面視して略矩形状を呈しており、受光した蛍光の光量に応じた量の電子−正孔対を生成するアモルファスシリコンで形成された層である。

半導体膜１４上には、チャネル保護膜１５が形成されている。チャネル保護膜１５は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされており、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜１４の中央部上に形成されている。チャネル保護膜１５は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。チャネル保護膜１５は、パターニングに用いられるエッチャントから半導体膜１４の界面を保護するものである。半導体膜１４に光が入射すると、入射した光量に従った量の電子−正孔対がチャネル保護膜１５と半導体膜１４との界面付近を中心に発生するようになっている。

半導体膜１４の一端部上には、不純物半導体膜１６が一部、チャネル保護膜１５に重なるようにして形成されており、半導体膜１４の他端部上には、不純物半導体膜１７が一部、チャネル保護膜１５に重なるようにして形成されている。不純物半導体膜１６，１７は、ダブルゲートトランジスタ２０ごとに独立してパターニングされている。不純物半導体膜１６，１７は、ｎ型のホスフィン等の不純物を含むアモルファスシリコン（ｎ⁺シリコン）からなる。

不純物半導体膜１６上には、ソース電極１８が形成され、不純物半導体膜１７上には、ドレイン電極１９が形成されている。ソース電極１８及びドレイン電極１９はダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。縦方向に延在する複数本のソースライン１８ａ，１８ａ，…及びドレインライン１９ａ，１９ａ，…がボトムゲート絶縁膜１３上に形成されている。縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極１８は共通のソースライン１８ａと一体に形成されており、縦方向に配列された同一の列のダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のドレイン電極１９は共通のドレインライン１９ａと一体に形成されている。ソース電極１８、ドレイン電極１９、ソースライン１８ａ及びドレインライン１９ａは、導電性及び遮光性を有しており、例えばクロム、クロム合金、アルミ若しくはアルミ合金又はこれらの合金からなる。

ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のソース電極１８及びドレイン電極１９並びにソースライン１８ａ，１８ａ及びドレインライン１９ａ，１９ａは、トップゲート絶縁膜２１によってまとめて被覆されている。トップゲート絶縁膜２１は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。トップゲート絶縁膜２１は、絶縁性及び光透過性を有し、例えば窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。

トップゲート絶縁膜２１上には、複数のトップゲート電極２２がダブルゲートトランジスタ２０ごとに形成されている。トップゲート電極２２は、それぞれのダブルゲートトランジスタ２０において半導体膜１４に対して対向配置され、半導体膜１４との間にトップゲート絶縁膜２１及びチャネル保護膜１５を挟んでいる。また、トップゲート絶縁膜２１上には横方向に延在する複数本のトップゲートライン２２ａ，２２ａが形成されており、横方向に配列された同一の行のダブルゲートトランジスタ２０，２０のトップゲート電極２２が共通のトップゲートライン２２ａと一体に形成されている。トップゲート電極２２及びトップゲートライン２２ａは、導電性及び光透過性を有し、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛若しくは酸化スズ又はこれらのうちの少なくとも一つを含む混合物（例えば、錫ドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、亜鉛ドープ酸化インジウム）で形成されている。

ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のトップゲート電極２２及びトップゲートライン２２ａ，２２ａは保護絶縁膜２３によってまとめて被覆され、保護絶縁膜２３は全てのダブルゲートトランジスタ２０，２０，…に共通して形成された膜である。保護絶縁膜２３は、絶縁性及び光透過性を有し、窒化シリコン又は酸化シリコンからなる。

保護絶縁膜２３の上面には、格子状フィルター２４が設けられている。格子状フィルター２４は市松模様状に交互に配置された２種類の光学フィルター２４ａ，２４ｂからなる。
光学フィルター２４ａは、バンドパスフィルターであり、後述する２種類の蛍光体から放射される互いに異なる波長域の蛍光の一方のみを透過させる。光学フィルター２４ｂは、バンドパスフィルターであり、後述する２種類の蛍光体から放射される互いに異なる波長域の蛍光の他方のみを透過させる。バンドパスフィルターの透過波長は、蛍光体の種類によって任意に選択される。例えば、２種類の蛍光体として、Ｃｙ２（吸収波長４９１ｎｍ、蛍光波長５０９ｎｍ）、Ｃｙ３（吸収波長５５３ｎｍ、蛍光波長５６９ｎｍ）及びＣｙ５（吸収波長６４５ｎｍ、蛍光波長６６４ｎｍ）のうちいずれか２種類を用いるのであれば、それぞれの蛍光波長を透過させるバンドパスフィルターを用いることができる。例えば、透過中心波長５１０ｎｍのバンドパスフィルター（株式会社オプトライン社製FF01-510/10-25）、透過中心波長５７２ｎｍのバンドパスフィルター（株式会社オプトライン社製FF01-572/28-25）、及び透過中心波長６６０ｎｍのバンドパスフィルター（株式会社オプトライン社製FF01-660/13-25）のいずれかを用いることができる。

このようなバンドパスフィルターは、例えば、スパッタ法等の気相堆積法により保護絶縁膜２３の表面に誘電体多層膜を市松模様状にパターニングすることで作成することができる。

格子状フィルター２４の表面には、スポット固定層２５が設けられている。スポット固定層２５は、スポット６０となる後述するプローブとシランカップリング剤等によって共有結合することで、スポット６０を固定する。

以上のように構成された固体撮像デバイス１０は、スポット固定層２５の表面を受光面としており、ダブルゲートトランジスタ２０の半導体膜１４において受光した光量を電気信号に変換するように設けられている。

〔３〕スポット
図１、図２に示すように、固体撮像デバイス１０の撮像面にはスポット６０が形成されている。各スポット６０は、プローブとなる既知の塩基配列のｃＤＮＡ（プローブＤＮＡ６１）や抗体等の溶液をウェル４２内に滴下し、乾燥して形成される。以下ではプローブとして既知の塩基配列のｃＤＮＡを用いた場合について説明する。

図５は図２のV−V矢視断面図である。１つのスポット６０では同じ塩基配列の一本鎖のプローブＤＮＡ６１が多数集まった群集が固定化され、スポット６０ごとにプローブＤＮＡ６１は異なる塩基配列となっている。プローブＤＮＡ６１としては、既知のｍＲＮＡの塩基配列、またはその一部と同一の、あるいは相補的な塩基配列のＤＮＡが用いられる。具体的には、例えば、後述する蛍光標識ＤＮＡで用いるのと同じ細胞検体から作成したｃＤＮＡライブラリを用いることができる。光学フィルター２４ａに対応するダブルゲートトランジスタ２０（以下、ダブルゲートトランジスタ２０Ａ）及び光学フィルター２４ｂに対応するダブルゲートトランジスタ２０（以下、ダブルゲートトランジスタ２０Ｂ）は、いずれも構造及び光電変換特性は同じであるが、光学フィルター２４ａ及び光学フィルター２４ｂの光透過特性に応じて変調するように設計されていても良い。
図２に示すように、１つのスポット６０は複数のダブルゲートトランジスタ２０上に重なるように形成されている。

〔４〕分析装置
生体高分子分析チップ１を分析装置７０にセッティングして生体高分子分析チップ１を用いるので、分析装置７０について図６を用いて説明する。図６は分析装置７０の構成を示すブロック図である。

分析装置７０は、分析装置７０全体を制御するコンピュータ７１と、記憶装置７２と、コンピュータ７１により制御される励起光照射装置７３と、生体高分子分析チップ１に接続され、固体撮像デバイス１０を駆動するトップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５、ドレインドライバ７６と、コンピュータ７１から出力された信号により出力（プリント）を行う出力装置７７と、コンピュータ７１から出力された信号により表示を行う表示装置７８と、を備える。コンピュータ７１は、ダブルゲートトランジスタ２０Ａ及びダブルゲートトランジスタ２０Ｂのアドレスを予め登録されているので、ドレインライン１９ａ，１９ａ，…から取り込まれた光電変換信号がダブルゲートトランジスタ２０Ａ及びダブルゲートトランジスタ２０Ｂのいずれによるものか特定できる。

トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６は、協同して固体撮像デバイス１０を駆動するものである。固体撮像デバイス１０のトップゲートライン２２ａ，２２ａ，…がトップゲートドライバ７４の端子に、ボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…がボトムゲートドライバ７５の端子に、ドレインライン１９ａ，１９ａ，…がドレインドライバ７６の端子に、それぞれ接続されるようになっている。また、固体撮像デバイス１０のソースライン１８ａ，１８ａ，…が一定電圧源に接続され、この例ではソースライン１８ａ，１８ａ，…が接地されるようになっている。

コンピュータ７１は、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に制御信号を出力することによって、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６に固体撮像デバイス１０の駆動動作を行わせる機能を有する。
また、コンピュータ７１は入力した二次元の画像データに従った画像を出力装置７７に出力させる機能を有する。出力装置７７は、例えばプロッタ、プリンタ又はディスプレイである。表示装置７８は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置である。

また、コンピュータ７１はドレインドライバ７６から入力した電気信号をＡ／Ｄ変換することで、固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布を二次元の画像データとして記憶装置７２に取得する機能を有する。

記憶装置７２には、ドレインドライバ７６からコンピュータ７１に入力され、Ａ／Ｄ変換された固体撮像デバイス１０の受光面に沿った光強度分布が二次元の画像データとして記憶される。
励起光照射装置７３は、蛍光体を励起する励起光を生体高分子分析チップ１に照射する。例えば、蛍光体としてＣｙ２、Ｃｙ３、Ｃｙ５を用いる場合には、これらの吸収波長（Ｃｙ２：４９１ｎｍ、Ｃｙ３：５５３ｎｍ、Ｃｙ５：６４５ｎｍ）を含む励起光を生体高分子分析チップ１に照射する。

〔５〕蛍光標識ＤＮＡの作成
上記生体高分子分析チップ１で分析する試料としては、ＤＮＡを用いることができる。試料となるＤＮＡとしては、任意の細胞検体内で発現しているｍＲＮＡを抽出し、逆転写酵素を用いるＲＴ−ＰＣＲ反応により得られたｃＤＮＡを用いることができる。ｃＤＮＡは蛍光体で標識する。蛍光体は、分析装置の励起光照射装置から出射される励起光で励起されるものであってその励起光によって蛍光を発するものを選択するが、蛍光体としては、例えばＧＥヘルスケア バイオサイエンス株式会社製のＣｙ２（吸収波長４９１ｎｍ、蛍光波長５０９ｎｍ）、Ｃｙ３（吸収波長５５３ｎｍ、蛍光波長５６９ｎｍ）、Ｃｙ５（吸収波長６４５ｎｍ、蛍光波長６６４ｎｍ）等を用いることができる。

ｃＤＮＡを蛍光体で標識するには、例えば、蛍光体で標識されたオリゴｄＴプライマや、標識されたｄＮＴＰミックスを用いてＲＴ−ＰＣＲ反応を実施すればよい。以下では、この標識されたｃＤＮＡを蛍光標識ＤＮＡという。
本実施の形態では、２種類の細胞検体より得られるｃＤＮＡを異なる蛍光体で染色した蛍光標識ＤＮＡを作成し、サンプルの検出を行う。ここで、２種類の細胞検体としては、例えばある病気に対する患者の組織の細胞と、健康な人の同一組織の細胞、あるいは、同一人物の正常な細胞と癌細胞、等の組み合わせが挙げられる。以下、２種類の細胞検体をＡ検体及びＢ検体という。

〔６〕ハイブリダイゼーション
以下、蛍光標識ＤＮＡをプローブＤＮＡ６１とハイブリダイゼーションさせる方法について図７〜図１０を用いて説明する。図７は生体高分子分析チップ１に蛍光標識ＤＮＡ６２及び蛍光標識ＤＮＡ６３を含有した溶液（以下、蛍光標識ＤＮＡ溶液という）を滴下した状態を示す模式図である。ここで、第１の蛍光体６４で標識した蛍光標識ＤＮＡ６２はＡ検体由来であり、第２の蛍光体６５で標識した蛍光標識ＤＮＡ６３はＢ検体由来であるものとする。第１の蛍光体６４は例えばＣｙ２であり、第２の蛍光体６５は例えばＣｙ３である。また、光学フィルター２４ａは蛍光体６４から放射される蛍光を透過し、蛍光体６５から放射される蛍光を透過しないバンドパスフィルターであり、光学フィルター２４ｂは蛍光体６５から放射される蛍光を透過し、蛍光体６４から放射される蛍光を透過しないバンドパスフィルターであるものとする。

まず、図７に示すように、作業者が、蛍光標識ＤＮＡ溶液をウェル５２内に滴下する。なお、蛍光標識ＤＮＡ溶液を各スポット６０，６０，…に順次又は同時に滴下してもよい。このとき、ＤＮＡが一本鎖となるように蛍光標識ＤＮＡ溶液は加熱されている。

次いで、生体高分子分析チップ１をＤＮＡが二本鎖を形成する所定の温度に冷却する。すると、ウェル５２内に注入された蛍光標識ＤＮＡ溶液内の蛍光標識ＤＮＡのうち、スポット６０のプローブＤＮＡ６１と相補的な蛍光標識ＤＮＡは、プローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。一方、プローブＤＮＡ６１と相補的ではない蛍光標識ＤＮＡは、このスポット６０には結合しない。

〔６−１〕
蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１と相補的である場合は、図８に示すように、蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。

〔６−２〕
蛍光標識ＤＮＡ６２はプローブＤＮＡ６１と相補的であるが、蛍光標識ＤＮＡ６３はプローブＤＮＡ６１と相補的でない場合は、図９に示すように、蛍光標識ＤＮＡ６２のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。

〔６−３〕
蛍光標識ＤＮＡ６２はプローブＤＮＡ６１と相補的でないが、蛍光標識ＤＮＡ６３はプローブＤＮＡ６１と相補的である場合は、図１０に示すように、蛍光標識ＤＮＡ６３のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズする。

〔６−４〕
蛍光標識ＤＮＡ６２，６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１と相補的でない場合は、蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしない。

その後、ウェル５２内あの蛍光標識ＤＮＡ溶液を洗浄用バッファー溶液で洗い流し、蛍光標識ＤＮＡのうちハイブリダイズしなかったものを生体高分子分析チップ１上から除去する。

〔７〕サンプルの検出
次に、蛍光標識ＤＮＡ６２の検出方法について図１１、図１２を用いて説明する。
上記処理を行った後、生体高分子分析チップ１を、分析装置７０にセッティングし、トップゲートドライバ７４、ボトムゲートドライバ７５及びドレインドライバ７６をそれぞれトップゲートライン２２ａ，２２ａ，…、ボトムゲートライン１２ａ，１２ａ，…、ドレインライン１９ａ，１９ａ，…に接続する。また、ソースライン１８ａ，１８ａ，…を一定電圧源に接続する。その後、コンピュータ７１を起動する。

次に、コンピュータ７１により励起光照射装置７３を制御し、生体高分子分析チップ１に励起光Ｌを照射する。励起光Ｌには、蛍光体６４の励起波長及び蛍光体６５の励起波長の励起光が含まれる。なお、励起光照射装置７３は生体高分子分析チップ１の上面から励起光Ｌを照射してもよいし、下面から励起光Ｌを照射してもよい。

蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１に結合したスポット６０からは、励起光により励起された蛍光体６４が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光Ｆ１（主に可視光波長域）が放出される。一方、蛍光標識ＤＮＡ６３がプローブＤＮＡ６１に結合したスポット６０からは、励起光により励起された蛍光体６５が励起状態から基底状態に遷移するときに蛍光Ｆ２（主に可視光波長域）が放出される。ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…は、蛍光Ｆ１及び蛍光Ｆ２のいずれも光電変換できる。

図１１に示すように、放出された蛍光Ｆ１は光学フィルター２４ａを透過して光学フィルター２４ａに対応するダブルゲートトランジスタ２０Ａに入射する。一方、蛍光Ｆ２は光学フィルター２４ａを透過しないので、光学フィルター２４ａに対応するダブルゲートトランジスタ２０Ａには入射しない。したがって、ダブルゲートトランジスタ２０Ａで光が検知されれば、蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１と相補的な塩基配列であると認定できる。逆にダブルゲートトランジスタ２０Ａで光が検知されなければ、蛍光標識ＤＮＡ６２がプローブＤＮＡ６１と相補的な塩基配列でないと認定できる。
同様に、図１２に示すように、放出された蛍光Ｆ２は光学フィルター２４ｂを透過してダブルゲートトランジスタ２０Ｂに入射する。一方、蛍光Ｆ１は光学フィルター２４ｂを透過しないので、ダブルゲートトランジスタ２０Ｂには入射しない。したがって、ダブルゲートトランジスタ２０Ｂで光が検知されれば、蛍光標識ＤＮＡ６３がプローブＤＮＡ６１と相補的な塩基配列であると認定できる。逆にダブルゲートトランジスタ２０Ｂで光が検知されなければ、蛍光標識ＤＮＡ６３がプローブＤＮＡ６１と相補的な塩基配列でないと認定できる。

蛍光が入射したダブルゲートトランジスタ２０では電子−正孔対が発生する。なお、励起光Ｌは励起光吸収層３３により吸収されるため、ダブルゲートトランジスタ２０に励起光Ｌが入射して電子−正孔対を発生させることはなく、励起光Ｌによるノイズを低減することができる。
次に、コンピュータ７１は、上述の撮像動作を行い、各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光量データを取得する。その後、コンピュータ７１は、取得した光量データを、ダブルゲートトランジスタ２０Ａ，２０Ｂの波長による感受性や蛍光体６４，６５の蛍光強度差に応じて調整した後、記憶装置７２に記憶する。

ここで、ダブルゲートトランジスタ２０Ａの光量データとダブルゲートトランジスタ２０Ｂの光量データとを、異なる配色のデータとして保存する。例えば、光学フィルター２４ａに対応するダブルゲートトランジスタ２０Ａの光量データを緑色、光学フィルター２４ｂに対応するダブルゲートトランジスタ２０Ｂの光量データを赤色として保存する。

コンピュータ７１は、作業者の操作に応じて記憶装置７２に記憶された各ダブルゲートトランジスタ２０，２０，…のそれぞれの光量データを表示装置７８に表示させる。このとき、表示装置７８の表示画面のうち、ダブルゲートトランジスタ２０Ａと対応する画素を緑色光、ダブルゲートトランジスタ２０Ｂと対応する画素を赤色光で表示する。

蛍光標識ＤＮＡ６２，６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしたスポット６０と対応する部分が画面上で黄色に表示される。一方、蛍光標識ＤＮＡ６２のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしたスポット６０と対応する部分は画面上で緑色に表示され、蛍光標識ＤＮＡ６３のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしたスポット６０と対応する部分は画面上で赤色に表示される。蛍光標識ＤＮＡ６２，６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズしなかったスポット６０と対応する部分は画面上で暗色に表示される。

このように、各スポット６０，６０，…の色を見ることで、Ａ検体及びＢ検体のいずれでも発現している遺伝子、Ａ検体またはＢ検体のみで発現している遺伝子、Ａ検体及びＢ検体のいずれでも発現していない遺伝子に分類することができる。

なお、表示装置７８に表示された画像データを画像出力装置７７により出力し、これを見ることで各スポット６０，６０，…におけるハイブリダイゼーションの有無を確認してもよい。
上記実施形態では、２種類の第１の蛍光体６４、第２の蛍光体６５、２種類の蛍光標識ＤＮＡ６２，６３並びに２種の２種類のバンドパスフィルター２４ａ，２４ｂを用いたが、これに限らず互いに異なる蛍光波長域の３種類以上の蛍光体、これら蛍光体によって選択的に標識化された３種類以上の蛍光標識ＤＮＡ、並びにこれら蛍光体の蛍光を選択的に透過する３種類以上のバンドパスフィルターを用いても良い。

本発明の実施形態に係る生体高分子分析チップ１の概略平面図である。 図１における１つのスポット６０を拡大した図である。 １つのダブルゲートトランジスタ２０を示す平面図である。 図３のIV−IV矢視断面図である。 図２のV−V矢視断面図である。 分析装置７０の構成を示すブロック図である。 蛍光標識ＤＮＡ溶液を生体高分子分析チップ１上に滴下した状態を示す模式図である。 蛍光標識ＤＮＡ６２、６３のいずれもがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした状態を示す模式図である。 蛍光標識ＤＮＡ６２のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした状態を示す模式図である。 蛍光標識ＤＮＡ６３のみがプローブＤＮＡ６１とハイブリダイズした状態を示す模式図である。 蛍光標識ＤＮＡ６２の検出方法を示す模式図である。 蛍光標識ＤＮＡ６３の検出方法を示す模式図である。

符号の説明

１ 生体高分子分析チップ
１０ 固体撮像デバイス（撮像装置）
２０ ダブルゲートトランジスタ（光電変換素子）
６０ スポット
６１ プローブＤＮＡ（プローブ）
６２，６３ 蛍光標識ＤＮＡ
６４，６５ 蛍光体

Claims (5)

1. 受光面からの光を光電変換する複数の光電変換素子と、
   前記受光面側における第一領域に配置された、第一波長域の光を選択的に透過する第一バンドパスフィルターと、
   前記受光面側における、前記第一領域と異なる第二領域に配置された、前記第一波長域と異なる第二波長域の光を選択的に透過する第二バンドパスフィルターと、
   を備えていることを特徴とする撮像装置。
2. 前記受光面を囲む隔壁がさらに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の撮像装置と、
   前記撮像装置の受光面に固定され、特定の生体高分子と結合するプローブを備えることを特徴とする生体高分子分析チップ。
4. 前記プローブは既知の塩基配列を有する一本鎖ＤＮＡであり、前記特定の生体高分子は前記いずれかのバンドパスフィルターを透過する蛍光を放射する蛍光体により標識された一本鎖ＤＮＡであることを特徴とする請求項３に記載の生体高分子分析チップ。
5. 第一波長域の光を選択的に透過する第一バンドパスフィルターに対応して配置された第一光電変換素子の受光面側に設けられた、特定の生体高分子と結合する第一プローブ、及び前記第一波長域と異なる第二波長域の光を選択的に透過する第二バンドパスフィルターに対応して配置された第二光電変換素子の受光面側に設けられた、特定の生体高分子と結合する第二プローブに、第一蛍光体が標識化された第一生体高分子、及び前記第一蛍光体の蛍光の波長域と異なる波長域の蛍光を発する第二蛍光体が標識化された第二生体高分子を供給する供給工程と、
   前記第一プローブ及び前記第二プローブに、前記第一蛍光体及び前記第一蛍光体を励起する励起光を照射する照射工程と、
   を有することを特徴とする分析方法。

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