JP2002031638A

JP2002031638A - 生体試料検出用チップ及び生体試料検出方法

Info

Publication number: JP2002031638A
Application number: JP2000216160A
Authority: JP
Inventors: Yasuyo Saito; 靖代齋藤; Kazuhisa Hatakeyama; 和久畠山
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】生体試料検出用チップ及び生体試料検出方法
において、生体試料を無駄なく有効に使用できるととも
に、チップの材質を広く選択できるようにする。【解決手段】チップ基板１と、チップ基板１の表面に
形成され第１の生体試料を流通させるとともに該第１の
生体試料と相補的に反応する第２の生体試料を配置する
ための溝部２とをそなえて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＮＡ（デオキシ
リボヌクレオチド）の塩基配列の解析に用いて好適な、
生体試料検出用チップ及び生体試料検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生体由来の試料（生体試料）
を検出するためのチップが開発されている。このような
チップの一例としては、例えばＤＮＡが表面に固定され
たＤＮＡチップがあり、このＤＮＡチップを使用してハ
イブリダイゼーション法によりＤＮＡの塩基配列の解析
が行なわれる。

【０００３】ＤＮＡは４種類の塩基から構成され、これ
らの塩基はそれぞれ相補的に結合する性質を有してお
り、ハイブリダイゼーション法ではこの性質を利用して
かかる塩基配列の解析が行なわれる。つまり、検査対象
となる塩基の配列が未知のＤＮＡ（ターゲットＤＮＡ）
を、比較対象となる塩基の配列が既知の複数種類のＤＮ
Ａ（プローブＤＮＡ）と混合し、ターゲットＤＮＡとプ
ローブＤＮＡとが結合しているか否かを調査すること
で、ターゲットＤＮＡと結合しうるプローブＤＮＡを特
定する。これにより、この特定されたプローブＤＮＡの
塩基配列と相補的な配列が、ターゲットＤＮＡの塩基配
列、或いは、ターゲットＤＮＡの塩基配列の一部である
と判定することができるのである。

【０００４】具体的には、複数種類のプローブＤＮＡを
含む水溶液（以下、プローブ溶液とも言う）を、平坦な
スライドグラス上に間隔をおいてドット状に付着させ
（これをスポッティングと言う）固定する。このプロー
ブＤＮＡを付着させたスライドグラス（＝ＤＮＡチッ
プ）に、ターゲットＤＮＡを含む水溶液（以下、ターゲ
ット溶液とも言う）を滴下した後、ＤＮＡの結合反応が
起こり得る所定の条件下においてハイブリダイズさせ
る。ＤＮＡチップはその後洗浄され、プローブＤＮＡと
結合しなかったターゲット溶液が洗い流される。ターゲ
ットＤＮＡは予め蛍光標識されているため、このターゲ
ットＤＮＡとプローブＤＮＡとが結合している部分のみ
が蛍光標識された状態となる。

【０００５】したがって、その後ＤＮＡチップをレーザ
ー光でスキャニングしてスライドグラス上の各位置にお
ける蛍光量を測定することにより、各プローブＤＮＡに
ついてターゲットＤＮＡと結合したか否かを速やかに判
定することができ、この判定結果に基づいてターゲット
ＤＮＡの塩基配列を解析することができるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、プローブＤＮＡを担持したＤＮＡチップに
ターゲット溶液を滴下した後、ＤＮＡチップをカバーガ
ラスで覆うようにしており、これにより、ターゲット溶
液がこのカバーガラスによりＤＮＡチップ上で押し広げ
られ、ＤＮＡチップ上の所定範囲に間隔をあけて配置さ
れる複数のプローブＤＮＡとターゲット溶液とを確実に
接触させるようにしている。

【０００７】ＤＮＡのハイブリダイゼーション反応で
は、結合する一対の分子種が鎖状であることや、水素結
合のみによる結合であるため対合のエネルギーが低いこ
とから、酵素反応や抗原抗体反応と比較すると、結合し
にくく、また、結合したとしてもその結合は不安定なも
のとなってしまう。このため、ＤＮＡの結合反応（ハイ
ブリダイゼーション反応）を効率的に行なうためには、
プローブＤＮＡを有効に使用して、プローブＤＮＡに対
するターゲットＤＮＡの分子量（試料分子密度）をでき
るだけ高いものとすることが重要となる。

【０００８】しかしながら、上述した手法では、ＤＮＡ
チップをカバーガラスで覆うことにより、ターゲット溶
液が、プローブＤＮＡが付着していない箇所を含んだＤ
ＮＡチップの表面全体に均一に存在する状態となる。即
ち、ターゲット溶液中には、プローブＤＮＡと接触しな
い分が必ず存在することとなる。このため、試料分子密
度が必ずしも十分高いとは言えず、試験効率が比較的の
低いものとなってしまうという課題がある。

【０００９】さて、特開平１１−７５８１２号公報に
は、キャピラリィの内壁にＤＮＡプローブを形成し、キ
ャピラリィ内に試料を流通させることにより効率的にハ
イブリダイゼーションを行なうことができるようにした
ＤＮＡキャピラリィが開示されている。しかしながら、
この技術では、キャッピング剤の光反応によって、閉空
間であるキャピラリィ内にＤＮＡプローブを固相化する
ようになっているが、このような光反応による工程は手
間が掛かかるという課題があり、また、キャピラリィの
材質がガラスのような光透過性の材料に限定されてしま
うという課題もある。

【００１０】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、生体試料を無駄なく有効に使用できるととも
に、チップの材質を広く選択できるようにした、生体試
料検出用チップ及び生体試料検出方法を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の生体試料検出用チップは、チップ基板と、該
チップ基板の表面に形成され第１の生体試料を流通させ
るとともに該第１の生体試料と相補的に反応する第２の
生体試料を配置するための溝部とをそなえて構成されて
いることを特徴としている。

【００１２】請求項２記載の本発明の生体試料検出用チ
ップは、チップ基板と、該チップ基板の表面に形成され
る溝部と、該チップ基板に対し着脱可能で該チップ基板
に装着された際には該溝部を密閉する蓋部とをそなえ、
該溝部と該蓋部とにより、第１の生体試料を流通させる
とともに該第１の生体試料と相補的に反応する第２の生
体試料を配置するための流路が形成されることを特徴と
している。

【００１３】請求項３記載の本発明の生体試料検出用チ
ップは、チップ基板と、該チップ基板に対し着脱可能な
蓋部と、該蓋部の表面に形成される溝部とをそなえ、該
蓋部が該チップ基板に装着された際には、該溝部が密閉
され、該溝部と該チップ基板とにより、第１の生体試料
を流通させるとともに該第１の生体試料と相補的に反応
する第２の生体試料を配置するための流路が形成される
ことを特徴としている。

【００１４】請求項１〜３記載の生体試料検出用チップ
において、該溝部の幅が５μｍ以上であることが好まし
い（請求項４）。また、該第１の生体試料及び該第２の
生体試料が、共にオリゴヌクレオチドであること、又
は、共にペプチドであることが好ましい（請求項５）。
請求項６記載の本発明の生体試料検出方法は、請求項１
〜５の何れかの項に記載の生体試料検出用チップを用い
て生体試料の検出を行なうことを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。（Ａ）第１実施形態の説明先ず、本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップ（生
体試料検出用のチップ）について説明する。図１〜図３
は本実施形態のＤＮＡチップ又はこのＤＮＡチップを用
いたＤＮＡの塩基配列の解析方法を説明するための図で
ある。

【００１６】本ＤＮＡチップは、図１（Ａ），（Ｂ）に
示すように、チップ基板１と、このチップ基板１に形成
され略四角形状の横断面を有する溝部２とをそなえて構
成されている。図１（Ａ）では一部のみ示すが、溝部２
の底面には溝部２の全長に渡って、配列が既知で複数の
互いに異なる種類のプローブＤＮＡを含む水溶液（第２
の生体試料，プローブ溶液）１０がそれぞれ間隔を空け
てスポッティング／固定され、また、溝部２は、塩基配
列が未知のターゲットＤＮＡを含む水溶液（第１の生体
試料，ターゲット溶液）を流通させるための流路として
機能するようになっており、溝部２内に、ターゲット溶
液を流通させることにより、このターゲット溶液中のタ
ーゲットＤＮＡと、溝底部にスポッティングされたプロ
ーブ溶液１０中のプローブＤＮＡとを接触させてハイブ
リダイゼーションを行なわせるようにしている。

【００１７】なお、１スポット当たりのプローブ溶液１
０の量は、溝部２の形状にもよるが、ターゲットＤＮＡ
との結合反応やハイブリダイゼーション後に行なわれる
蛍光量の測定の容易性から、平面視での最大長さ（例え
ば、真円であれば直径、長円であれば長軸長さ）が１０
μｍ以上となるように設定される。また、ＤＮＡチップ
の上面において、溝部２の一端にはターゲットＤＮＡを
注入するための試料注入口２Ａが開口を上方に向けて取
り付けられ、また、溝部２の他端には、試料注入口２Ａ
から注入されたターゲットＤＮＡを排出するための試料
排出口２Ｂが開口を上方に向けて取り付けられている。
試料排出口２Ｂには図示しないチューブが取り付けられ
ており、ターゲットＤＮＡが過剰に注入された場合に
は、過剰分がこのチューブを介して所定の箇所へ排出さ
れるようになっている。

【００１８】また、ハイブリダイゼーションを行なう際
には、ＤＮＡチップの表面には、図１（Ｂ）に示すよう
にカバーガラス又はフィルム等の表面部材４が配置され
る。ハイブリダイゼーション反応が生じやすいようにＤ
ＮＡチップの周囲の温度は所定温度（６０〜８０℃前
後）に調整されるため、このような表面部材４で溝部２
を密閉することにより高温雰囲気下で溝部内の試料溶液
を蒸発させないようにしている。

【００１９】以下、チップ基板１及び溝部２についてさ
らに説明する。先ず、チップ基板１について説明する
と、チップ基板１の大きさは、ここでは一般に使用され
るスライドガラスと同程度の大きさ（例えば２５ｍｍ×
７５ｍｍ程度）に設定され、厚みは、ＤＮＡを検出する
ための装置の設定等に依存するものであるが、通常１ｍ
ｍ前後（０．７ｍｍ〜１．６ｍｍ程度）に設定されてい
る。

【００２０】チップ基板１の材質は、ガラスでも樹脂で
も良いが、取り扱いや加工性の良い樹脂が好ましい。な
お、チップ基板１の表面に疎水性を持たせることによ
り、スポット位置が多少ずれて溝部から外れてプローブ
溶液がスポッティングされたとしても、水溶性のプロー
ブ溶液が溝部２周辺のチップ基板１の表面に弾かれて溝
部２内の所定位置へ収容されることが可能になる。

【００２１】チップ基板１の材質として樹脂を使用する
場合、この樹脂（基材樹脂）は、熱可塑性でも熱硬化性
でも良く、ラジカル硬化性でも良い。また、ホモポリマ
ー、コポリマー、ブロックポリマー、グラフトポリマー
のいずれでも良い。光学特性に優れるもので４００ｎｍ
以上の波長領域にほとんど吸収を示さないものが好まし
く、蛍光検出時にバックグラウンドノイズが発生しない
ものが特に好ましい。例えば、ポリメチルメタクリレー
トおよびその共重合体などのアクリル酸系樹脂、ポリス
チレンまたはその共重合体、ＭＳ樹脂（メタクリル酸メ
チルとスチレンのランダム共重合体）、ポリカーボネー
ト、ポリアルキレンテレフタレート、脂肪族または脂環
式ポリアミド、透明ポリオレフィン（ポリメチルペンテ
ン、ポリエチレン（共）重合体、ポリプロピレン（共）
重合体など）、シクロオレフィンまたはシクロアルカン
類から誘導した各種ポリマー、ポリ酢酸ビニル、ポリビ
ニルピロリドン、ＡＳ樹脂及びＳＡＮ樹脂（アクリロニ
トリルとスチレンとの共重合体）、ＡＢＳ樹脂（アクリ
ロニトリル−ブタジエン−スチレン系樹脂）、ポリ塩化
ビニル、ポリビニルフルオリド、ポリビニリデンフルオ
リド、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリエーテルサ
ルホンなどの透明性を有する熱可塑性樹脂、トリアセチ
ルセルロースまたはその部分ケン化物、ラジカル重合性
または熱重合性を有する官能基を有する化合物から誘導
した各種樹脂硬化物（レンズ、光デイスク、光学透明部
品等に使用される種々の硬化物）、透明性を有する各種
ゴムやエラストマー類などを例示することができるが、
これらに限定されるものではない。このうち、ポリメチ
ルメタクリレートおよびその共重合体のようなアクリル
酸系樹脂、ＭＳ樹脂などのスチレン系樹脂、ポリカーボ
ネート、透明性ポリオレフィン（ポリエチレン系、ポリ
プロピレン系）、脂環オレフィンやシクロアルカン誘導
体から誘導された透明性を有する各種樹脂などの熱可塑
性樹脂が好ましい。

【００２２】このような樹脂を用いる場合、チップ基板
１は、各樹脂の特性に合わせ通常行う成形方法により成
形される。例えば射出成形、押出成形、圧縮成形、射出
圧縮成形、トランスファー成形、カレンダー成形、また
キャスト成形などの注型による成形を例示することがで
きるがこれに限定されるものではない。次に、溝部２に
ついて説明すると、溝部２は、ここでは、図示するよう
にチップ基板１上で大きく蛇行するように形成されてお
り、これにより、溝部２の内部にスポッティングされる
プローブＤＮＡ１０の打点数を十分な数量としている。
ＤＮＡチップ１枚当たりのプローブＤＮＡ１０の打点数
としては、２５ｍｍ×７５ｍｍ程度の大きさのＤＮＡチ
ップであれば、1,000〜80,000個程度であることが好ま
しく、この程度のスポット密度（所定面積当たりの打点
数）であれば効率的に試験を行なうことが可能である。

【００２３】また、溝部２の幅Ｗは、溝部２内部にプロ
ーブ溶液１０がスポッティングされるため、スポッティ
ングを行なうスポッティングヘッドの形式等にも依存す
るが、検出可能なスポット径を得るため５μｍ以上であ
ることが好ましい〔図１（Ａ），（Ｂ）は便宜的に溝部
２の幅Ｗを拡大して示している〕。スポッティングヘッ
ドが試料溶液を噴射する形式のものであれば、溝部２の
幅ＷはスポッティングヘッドとＤＮＡチップ（溝部２）
との距離にも依存する。かかる距離が大きいほど、スポ
ッティングヘッドから噴射された試料溶液の噴射径は広
がる傾向にあるため、溝部２の幅Ｗは、スポッティング
ヘッドとＤＮＡチップ（溝部２）との距離が比較的大き
い場合には、スポッティングヘッドの試料を噴射する開
口部の幅（噴射開口幅）と同程度以上であることが好ま
しい。また、スポッティングヘッドとＤＮＡチップ（溝
部２）との距離が比較的小さい場合には、毛細管現象を
利用することにより、溝部２の幅Ｗを、スポッティング
ヘッドの噴射開口幅よりも小さくすることが可能であ
る。つまり、スポッティングヘッドから試料溶液が溝部
２の幅Ｗよりも大きな幅で溝部２に噴射されても、この
試料溶液は毛細管現象により溝部２内に引かれるので、
試料溶液を溝部２の外部へ飛散させることなく溝部２内
の所定位置に配置できるのである。

【００２４】また、溝部２の深さＤは、スポットした試
料溶液（プローブ溶液）が溝部２内から溢れ出てしまわ
ない程度であれば特に限定されないが、通常は幅Ｗと同
程度以上である。このような溝部２は、例えばチップ基
板１を切削して形成され、切削方法としては、機械的に
行なうものでも良いし、エッチングの技術等により化学
的に行なうものでもよい。また、チップ基板１を樹脂材
により構成する場合には、樹脂材が完全に固化しないう
ちにチップ基板１をスタンパにより押圧して溝部２を形
成することもできる。

【００２５】また、プローブ溶液がスポッティングされ
る溝部２の表面には、親水処理、例えば、後述するよう
なプローブ溶液中のＤＮＡを固定化するためのコーティ
ング剤を塗工してコーティング膜２ａを形成させるよう
な処理が施されるのが好ましい。このようなコーティン
グ剤としては、（１）ＤＮＡをイオン結合で固定化する
のに適した、正電荷を表面官能基として保有するコーテ
イング剤、（２）ＤＮＡを水素結合で固定化するのに適
した表面官能基を保有するコーテイング剤、または
（３）（修飾、オリゴ）ＤＮＡ末端アミノ基を共有結合
で固定化するのに適した官能基を表面官能基として保有
するコーテイング剤が好ましい。

【００２６】（１）の官能基としては、代表的なものと
しては、四級アミノ基（アンモニウム基）、チューブホ
ニウム基、スルホニウム基、ビグアニド基、ベタイン基
（代表的には四級アミノ基とＣＯＯ−基を含む両性イオ
ン基）等が挙げられるが、中では四級アミノ基が特に好
ましい。（２）の官能基としては、代表的なものとして
は、ウレタン基、ウレア基、ヒドラジド基、アミド基、
アミノ基、ヒドロキシル基、カルボン酸基、スルホン酸
基、リン酸基等が挙げられるが、導入の容易さ、コーテ
イングの耐久性、効果等を考えると、ウレタン基、ヒド
ロキシル基等が特に好ましい。

【００２７】（３）の官能基としては、代表的なものと
しては、ケトン基，アルデヒド基のようなアミノ基とシ
ッフ塩基を形成するカルボニル基、アミノ基と付加反応
する基であるエポキシ基、アズラクトン基又はエピスル
フィド基など、アミノ基とマイケル付加等の付加反応を
して共有結合を形成する基であるアクリロイル基、メタ
クリロイル基、アクリルアミド基、メタクリルアミド基
又はマレイミド基、等が挙げられるが、導入の容易さを
考えると、カルボニル基、エポキシ基、アクリロイル基
及びメタクリロイル基が特に好ましい。

【００２８】このようなコーテイング剤の塗工方法は、
代表的には、基材に、デイップコート法、スプレーコー
ト法、グラビアコート及びエアナイフコート等の塗工器
具により塗工する方法で、溶剤乾燥（及び必要に応じ活
性エネルギー線照射）し、基材表面に０．１μｍ〜５０
μｍ、好ましくは０．２μｍ〜５μｍの平滑なコーテイ
ング膜が得られるよう塗工する〔図１（Ｂ）では便宜的
にコーティング膜２ａは厚みを誇張して示している〕。

【００２９】活性エネルギー線硬化が必要な場合には、
塗布したコーテイング組成物層を架橋硬化せしめるた
め、キセノンランプ、低圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧
水銀灯、メタルハライドランプ、カーボンアーク灯、タ
ングステンランプなどの光源から発せられる紫外線、あ
るいは通常２０〜２０００ｋＶの電子線加速器から取り
出される電子線、α線、β線、γ線などの活性エネルギ
ー線を照射し、硬化させてコーテイング膜を形成させ
る。

【００３０】ここで、本ＤＮＡチップの製造方法につい
て図２の工程図を参照しながら説明する。まず、チップ
基板１について説明すると、先ずステップＡ１０で、ガ
ラス又は樹脂が所定の形状（ここでは２５ｍｍ×７５ｍ
ｍ程度の平板形状）に成形される。特にチップ基板１に
樹脂材を用いる場合について説明すると、樹脂材は上述
した各種の成型方法により所定の厚みにされた後、所定
の平面寸法に裁断される。なお、この際、樹脂材が硬化
しない内にスタンパによりチップ基板１を押圧して、チ
ップ基板１の成形と同時に溝部２を成形するようにして
も良い。

【００３１】そして、スタンパにより溝部２がチップ基
板１に形成されていない場合には、ステップＡ２０で、
チップ基板１に切削加工により溝部２が成形され、ステ
ップＡ３０で、溝部２の底部に、ＤＮＡを固定化するた
めのコーティング剤の塗布等の表面処理が施工される。
なお、溝部２の内部を除くチップ基板１の表面の疎水処
理を必要とする場合には、ステップＡ１０で成形加工
後、基板１の表面に疎水処理をしてからステップＡ２０
の溝加工をするのが好ましい。

【００３２】そして、ステップＡ４０で、図示しないス
ポッティングヘッドにより複数（1,000〜80,000個程
度）の互いに異なるプローブ溶液１０が溝部２内にスポ
ッティングされ、ＤＮＡチップの製造が完了する。本発
明の第１実施形態としてのＤＮＡチップは上述したよう
に構成されており、以下の手法（本発明の第１実施形態
としての生体試料検出方法）により、図３のフロチャー
トに示すようにターゲットＤＮＡの塩基配列の解析が行
なわれる。つまり、先ず、ステップＢ１０で、試料注入
口２Ａからターゲット溶液が注入される。この注入され
たターゲット溶液は溝部２内を流れ、溝部２の下流端ま
で流れ着き、これにより、溝部２の全長に渡って所定の
間隔を置いて底部にスポッティングされた多数のプロー
ブＤＮＡと接触する。なお、試料注入口２Ａから溝部２
に注入されたターゲット溶液の内、過剰分は試料排出口
２Ｂを介して外部へ排出されるそして、ステップＢ２０
で、ＤＮＡの結合反応が起こりやすいようにＤＮＡチッ
プの周囲温度が所定温度（６０〜８０℃前後）に調整さ
れてハイブリダイゼーションが行なわれる。この際、チ
ップ基板１の表面は、図１（Ｂ）に示すようにカバーガ
ラス又はフィルム等の表面部材４が配置され、溝部２内
の試料溶液の水分が高温雰囲気下で蒸発してしまうこと
が防止される。

【００３３】ターゲットＤＮＡは予め蛍光標識されてお
り、ステップＢ３０では、ＤＮＡチップから表面部材４
が外されて溝部２内が洗浄された後には、このターゲッ
トＤＮＡとプローブＤＮＡとが結合した部分のみが蛍光
標識された状態となり、溝部２内の各位置における蛍光
量を検出することにより、どのプローブＤＮＡがターゲ
ットＤＮＡと結合したかが検出される。

【００３４】つまり、プローブＤＮＡは、溝部２の底部
に形成されたコーティング膜２ａに固定されており、こ
の固定されたプローブＤＮＡとターゲットＤＮＡとが結
合すれば、このターゲットＤＮＡに施された蛍光標識が
コーティング膜２ａに固定されることとなる。したがっ
て、ＤＮＡチップを洗浄すると、プローブＤＮＡと結合
しなかったターゲットＤＮＡは洗い流されるが、プロー
ブＤＮＡと結合したターゲットＤＮＡは、蛍光標識とと
もにコーティング膜２ａに固定されることとなり、溝部
２内の各プローブＤＮＡ１０の蛍光量を検出することに
より、どのプローブＤＮＡ１０がターゲットＤＮＡと結
合したかを検出でき、これに基づきターゲットＤＮＡの
塩基配列が解析されるのである。

【００３５】そして、このようなＤＮＡの塩基配列を解
析することにより遺伝子解析や、ひいては遺伝子病等の
診断が行なわれる。したがって、本ＤＮＡチップ及び本
ＤＮＡチップを用いた生体試料検出方法では、以下のよ
うな利点が得られる。つまり、底部にプローブＤＮＡが
配置された溝部２にターゲット溶液を通液させるので、
従来に比べハイブリダイゼーションに寄与しないターゲ
ット溶液の量を大幅に抑制することができる。また、タ
ーゲットＤＮＡはハイブリダイゼーション反応を起こす
まで、複数のスポット（プローブＤＮＡ）を順次通過し
ていくので、１つのスポット（プローブＤＮＡ）に対す
るターゲットＤＮＡの分子量（試料分子密度）が高くな
って効率的にハイブリダイゼーションを行なうことがで
きる。

【００３６】したがって、ターゲット溶液量の減少や、
プローブ溶液又はターゲット溶液におけるＤＮＡ濃度の
低減を図ることができるという利点がある。なお、上述
の実施形態では、ハイブリダイゼーションを行なう際、
カバーガラス又はフィルム等の表面部材４で溝部２を密
閉することにより高温雰囲気下で溝部内の試料溶液を蒸
発させないようにしているが、表面部材４を使用する代
わりに、例えば、ＤＮＡチップをフィルムの袋状物に収
容後、この袋状物の内部を真空引きした後に封止し、こ
れによりＤＮＡチップをフィルムで密閉して溝部２内の
試料溶液が蒸発してしまうことを防止するようにしても
良い。（Ｂ）第２実施形態の説明次に、本発明の第２実施形態としてのＤＮＡチップ（生
体試料検出用のチップ）について説明する。図４は本実
施形態のＤＮＡチップについて示す図である。なお、第
１実施形態で使用した図３についても流用して説明す
る。また、上述した第１実施形態と同一の部材について
は同じ符号を付し説明を省略する。

【００３７】本第２実施形態のＤＮＡチップは、上述し
た第１実施形態のＤＮＡチップに対し、チップ基板１に
取り外し可能で溝部２を密閉する蓋部３をそなえた構成
のものである。つまり、本実施形態のＤＮＡチップは、
図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、チップ基板１と、こ
のチップ基板１に形成され略四角形状の横断面を有する
溝部２と、上述した蓋部３とをそなえて構成されてい
る。また、蓋部３の縁部に形成された複数の凸部３ｂ
を、チップ基板１の縁部に形成された凹部１ａに対して
挿脱することにより、蓋部３はチップ基板１に対し着脱
できるようになっている。なお、チップ基板１の凹部１
ａは、第１実施形態で上述した溝部２の成型方法と同様
の方法（切削加工やスタンパを用いた加工）により成形
される。

【００３８】なお、チップ基板１の凹部１ａ及び蓋部３
の凸部３ｂとを設けるかわりに蓋部３の周縁部又はチッ
プ基板１上の該周縁部に相当する位置に接着層を設けて
も良い。また、チップ基板１と蓋部３との間には、図示
しないシール材（例えばパッキン）が蓋部３の周縁に沿
って介装されており、蓋部３がチップ基板１に装着され
た際には、チップ基板１上の試料溶液が外部に対し密封
されるようになっている。

【００３９】また、溝部２と、図４（Ｂ）中における蓋
部３の下面（チップ基板１への取り付け時における蓋部
３のチップ基板１側の面）３ａとから、ターゲット溶液
を流通させるための流路５が形成されている。さらに、
溝底部には、コーティング膜２ａを介して、異なる種類
のプローブ溶液１０がそれぞれ間隔を空けてスポッティ
ング／固定されている。プローブ溶液１０は、流路５に
通液されるターゲットＤＮＡと接触するよう流路５内に
スポッティングされていれば良く、したがって、蓋部壁
面３ａの溝部２に面する部位にプローブＤＮＡ１０をス
ポッティングするように構成することも可能である。こ
の場合、チップ基板１から取り外した状態で蓋部３にス
ポッティングを行なうこととなり、溝部２内にスポッテ
ィングするのに比べ容易にスポッティングできる。

【００４０】或いは、溝部底面と蓋部壁面３ａとの両方
にプローブＤＮＡ１０をスポッティングするように構成
しても良い。ここで、蓋部３についてさらに説明する
と、蓋部３には、チップ基板１と同じ材質が適用可能で
あり、成型方法もチップ基板１に使用されるものが適用
可能である。また、プローブＤＮＡが溝部２又は蓋部３
のどちらにスポッティングされていたとしても、蓋部３
を溝部２から離脱させてからハイブリダイゼーション後
の蛍光検出を行なうことができるので、蓋部３の材質は
光透過性の物でなくても良い。

【００４１】なお、蓋部壁面３ａにプローブＤＮＡをス
ポッティングする場合には、ＤＮＡを固定化するための
コーティング剤が蓋部壁面３ａに塗工される。このよう
なコーティング剤及び塗工方法は、第１実施形態で上述
した溝部２のコーティング膜２ａに適用されるものと同
一である。また、蓋部３をチップ基板１に対して着脱す
るための凸部３ａの材質としては、蓋部３と同一のもの
を使用することが、蓋部３と一体に成形が可能となった
り、蓋部３に溶着が可能になるので好ましいが、異なる
材質であっても良く、この場合には、例えば接着材を用
いることにより蓋部３と凸部３ａとを接合すれば良い。
蓋部３と凸部３ａとで互いに異なる材質を使用する場合
としては、チップ基板１と蓋部３とを何れも硬質のガラ
ス材により構成し、凸部３ａを弾性を有する樹脂材によ
り構成するような場合が考えられ、このようにすること
により、弾性を有する凸部３ａをチップ基板１の凹部１
ｂに嵌入して、蓋部３をチップ基板１に装着できる。

【００４２】本発明の第２実施形態としてのＤＮＡチッ
プは上述したように構成されており、以下の手法（本発
明の第２実施形態としての生体試料検出方法）により、
第１実施形態と同じく図３のフロチャートに示すように
ターゲットＤＮＡの塩基配列の解析が行なわれる。つま
り、先ず、ステップＢ１０で、試料注入口２Ａからター
ゲット溶液が注入される。このターゲット溶液は、溝部
２と蓋部３とから構成される流路５を流れて溝部底部に
スポッティングされた多数のプローブＤＮＡと接触し、
試料排出口２Ｂを介して外部へ流出する。この時、流路
５は上方を蓋部３により閉じられて略閉空間の横断面を
そなえて構成されているので、例えばポンプを使用して
ターゲット溶液を比較的早い流速で流路５内を流通又は
ポンピングさせることが可能となり、検出に要する時間
を短縮することが可能となる。

【００４３】次に、ステップＢ２０で、ＤＮＡチップの
周囲温度が所定温度（６０〜８０℃前後）に調整されて
ハイブリダイゼーションが行なわれるが、この際、流路
５内の試料溶液は蓋部３により流路５内に密閉されてお
り、試料溶液中の水分が蒸発してしまうことが防止され
る。そして、ステップＢ３０では、ＤＮＡチップから蓋
部３が外されて溝部２内が洗浄された後、溝部２内の蛍
光量を測定することにより、どのプローブＤＮＡ１０が
ターゲットＤＮＡと結合したかが検出される。

【００４４】そして、このようなＤＮＡの塩基配列を解
析することにより遺伝子解析や、ひいては遺伝子病等の
診断が行なわれる。したがって、本ＤＮＡチップ及び本
ＤＮＡチップを用いた生体試料検出方法では、上述した
第１実施形態と同様の利点が得られる他、蓋部３により
溝部２の上方が塞がれるので、溝部２と蓋部３とにより
構成される流路５内でポンプ等を用いて比較的高い流速
でプローブ溶液を流通させることができ、検出に要する
時間を短縮できるという利点がある。

【００４５】また、前述したように、特開平１１−７５
８１２号公報に開示された従来技術では光反応によって
閉空間内にＤＮＡプローブを固相化するため、かかる閉
空間の外周面を形成するチップ本体の材質が光透過性の
ものに限定されていた。これに対し、本ＤＮＡチップで
は、蓋部３はチップ基板１に対して着脱可能に独立して
形成されており、チップ基板１から蓋部３を取り外して
スポッティングによりＤＮＡチップ（溝部底部）にプロ
ーブＤＮＡを固定することができるので、チップ基板１
や蓋部３の材質が光透過性のものに限定されないという
利点がある。（Ｃ）第３実施形態の説明次に、本発明の第３実施形態としてのＤＮＡチップ（生
体試料検出用のチップ）について説明する。図５
（Ａ），（Ｂ）は本実施形態のＤＮＡチップについて示
す図である。なお、上述した第１実施形態及び第２実施
形態と同一の部材については同じ符号を付し説明を省略
する。

【００４６】本第３実施形態のＤＮＡチップは、上述し
た第２実施形態のＤＮＡチップに対し、生体試料用の流
路を形成する溝部を、チップ基板１ではなく蓋部３に設
けた構成のものである。つまり、本実施形態のＤＮＡチ
ップは、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、チップ基板
１と、蓋部３と、この蓋部３のチップ基板１に向かい合
う面に形成され略四角形状の横断面を有する溝部２′と
をそなえて構成され、蓋部３の縁部に形成された複数の
凸部３ｂを、チップ基板１の縁部に形成された凹部１ａ
に対して挿脱することにより、蓋部３はチップ基板１に
対し着脱できるようになっている。

【００４７】また、溝部２′とチップ基板１の表面とか
ら、ターゲット溶液（第１の生体試料）を流通させるた
めの流路５′が形成され、溝部２′とともに流路５′を
形成するチップ基板１の部位には、コーティング膜１ｂ
を介して、互いに異なる種類のプローブ溶液（第２の生
体試料）１０がスポッティング／固定されている。コー
ティング膜１ｂはＤＮＡを固定化するためのもので、こ
のコーティング膜１ｂを形成するためのコーティング剤
及び塗工方法は、第１実施形態で上述した溝部２のコー
ティング膜２ａに適用されるものと同一である。

【００４８】また、蓋部３における溝部２′の成型方法
は、第２実施形態で上述したチップ基板１における溝部
２の成型方法と同様であり、溝部２′の幅Ｗ′及び深さ
Ｄ′の好ましい設定値は、第１実施形態で上述した溝部
２の幅Ｗ及び深さＤの好ましい設定値と同様である。本
発明の第３実施形態としてのＤＮＡチップは上述したよ
うに構成されており、流路５′にターゲット溶液を流通
させることにより、このターゲット溶液と流路内におい
てチップ基板１に固定されたプローブ溶液１０とをハイ
ブリダイズさせてターゲットＤＮＡの塩基配列の解析を
行なうことができるので第２実施形態のＤＮＡチップと
同様の効果を得ることができる。

【００４９】また、プローブ溶液１０を、溝部内ではな
く平坦形状のチップ基板１にスポッティングするため、
従来と同じ方法でチップを製作できるという利点があ
る。（Ｄ）その他なお、本発明の生体検出用チップ及び生体検出方法は、
上述の各実施形態のものに限定されず、発明の趣旨を逸
脱しない範囲で種々変形することが可能である。

【００５０】例えば、上述の実施形態では、チップ基板
１上に一本の溝部２が形成されているが、例えば図６
（Ａ）に示すように、複数の溝部１２ａ〜１２ｄを設け
た構成としても良いし、図６（Ｂ）に示すように溝部２
が複数の流路１２ｅ〜１２ｈに分岐するように構成して
も良い。なお、図６（Ａ），（Ｂ）では、流路に対する
試料注入口及び試料採取口は省略している。また、図６
（Ａ），（Ｂ）を第２実施形態又は第３実施形態に適用
する場合には、図６（Ａ），（Ｂ）では示さないが、蓋
部３の凸部３ｂを嵌入するための凹部１ａがチップ基板
１の周縁部に設けられる（図４参照）。

【００５１】また、上述の各実施形態では、溝部は、横
断面の幅が一定の四角形状に形成されているが、例えば
図７（Ａ）に示すように横断面がＵ字型の溝部２２ａ
や、図７（Ｂ）に示すように横断面がＶ字型の溝部２２
ｂとして形成しても良い。この場合、溝部２２ａ，２２
ｂは底面側で横断面が狭まる形状となっているので、溝
部２２ａ，２２ｂ内にスポッティングされたプローブＤ
ＮＡが下方に集合してスポッティングの位置を自動的に
調整できるようになる。

【００５２】或いは、図７（Ｃ）に示すように底面に近
付くにしたがって横断面の幅が広がる形状（横断面が台
形）の溝部２２ｃ（換言すれば、ありみぞ型の溝部２２
ｃ）として形成しても良い。このような溝部２２ｃを形
成する場合には、チップ基板１の材質は、無色透明であ
ることが好ましい。チップ基板１の材質を無色透明にす
ることにより、図７（Ｃ）中にスマッジングで示す部分
（溝部２２ｃ内の試料が、溝部２２ｃを形成するチップ
基板１の壁面により上方に対して遮蔽される部分）につ
いても、ハイブリダイゼーション後の蛍光検出を行なう
ことができるようになる。

【００５３】また上述の各実施形態では、第１の生体試
料としてターゲット溶液をチップ基板１の溝部２内に流
通させ、第２の生体試料としてプローブ溶液を溝部２内
にスポッティングしているが、これとは逆に、第１の生
体試料としてプローブ溶液を溝部２内に流通させ、第２
の生体試料としてターゲット溶液を溝部２内にスポッテ
ィングするようにしても良い。

【００５４】また、上述の各実施形態では第１の生体試
料及び第２の生体試料としてＤＮＡを用いた例を説明し
たが、第１の生体試料及び第２の生体試料は共にＤＮＡ
以外のオリゴヌクレオチドであっても良く、例えば、第
１の生体試料及び第２の生体試料が共にＲＮＡ（リボヌ
クレオチド）であっても良いし、共にＰＮＡ（ペプチド
クレオチド）であっても良い。或いは、第１の生体試料
及び第２の生体試料は共に、複数のアミノ酸より形成さ
れるペプチド（タンパク質も含む）であってもよい。Ｒ
ＮＡやＰＮＡを用いたチップの用途としては上述の実施
形態と同様に遺伝子解析ひいては遺伝子病の診断であ
り、ペプチドを用いたチップの用途としては各種の病気
の診断が考えられる。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明の生体試料検出用チップによれば、チップ基板の表
面に形成された溝部に第１の生体試料を流通させるとと
もに第１の生体試料と相補的に反応する第２の生体試料
が配置されるので、第１の生体試料と第２の生体試料と
の反応を効率的に行なうことができ、生体試料を無駄な
く有効に使用することができるという利点がある。

【００５６】請求項２記載の本発明の生体試料検出用チ
ップによれば、チップ基板の表面に形成される溝部とチ
ップ基板に装着され溝部を密閉する蓋部とから流路が形
成され、この流路に、第１の生体試料を流通させるとと
もに第１の生体試料と相補的に反応する第２の生体試料
が配置されるので、請求項１記載の生体試料検出用チッ
プと同様に、第１の生体試料と第２の生体試料との反応
を効率的に行なうことができ、生体試料を無駄なく有効
に使用することができるという利点がある。

【００５７】また、蓋部はチップ基板に対して着脱可能
なので、蓋部をチップ基板から離脱することにより流路
（即ち、溝部又は蓋部）に生体試料を容易に配置するこ
とが可能となり、さらに、チップ（チップ基板及び蓋
部）の材質を広く選択することが可能となる利点があ
る。また、蓋部により溝部が密閉されて流路が形成され
ているので、この流路内で、第１の生体試料を比較的速
い流速で流通させることが可能となり、生体試料の検出
に要する時間を短縮することが可能となるという利点も
ある。

【００５８】請求項３記載の本発明の生体試料検出用チ
ップによれば、蓋部がチップ基板に装着された際には、
蓋部の溝部とチップ基板とにより密閉状態で流路が形成
され、この流路内に、第２の生体試料を配置するととも
に、第１の生体試料を流通させることにより、第１の生
体試料と第２の生体試料との反応を効率的に行なうこと
ができ、また、蓋部はチップ基板に対して着脱可能なの
で、請求項２記載の生体試料検出用チップと同様の効果
が得られる。

【００５９】また、溝部の幅が５μｍ以上とすることに
より、溝部（流路）内での第１の生体試料と第２の生体
試料との化学反応の検出を容易に行なえるという利点が
ある（請求項４）。また、第１の生体試料及び第２の生
体試料を、共にオリゴヌクレオチドとすることにより、
遺伝子解析ひいては遺伝子病の診断を行なうことがで
き、また、第１の生体試料及び第２の生体試料を、共に
ペプチドとすることにより、各種の病気の診断を行なえ
るという利点がある（請求項５）。

【００６０】請求項６記載の本発明の生体試料検出方法
によれば、請求項１〜５の何れかの項に記載の生体試料
検出用チップを用いて生体試料の検出を行なうことによ
り、生体試料を無駄なく有効に使用して生体試料検出を
効率的に行なえるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップの
構成を示す図であり、（Ａ）はその表面部材を取り外し
た状態で示す模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ
断面を拡大して表面部材を装着した状態で示す模式図で
ある。

【図２】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップの
模式的な製造工程図である。

【図３】本発明の第１実施形態としてのＤＮＡチップを
使用した塩基配列の解析方法を説明するためのフローチ
ャートである。

【図４】本発明の第２実施形態としてのＤＮＡチップの
構成を示す図であり、（Ａ）はその蓋部を取り外した状
態で示す模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ−Ｙ断面
を拡大して蓋部を装着した状態で示す模式図である。

【図５】本発明の第３実施形態としてのＤＮＡチップの
構成を示す図であり、（Ａ）はその蓋部を取り外した状
態で示す模式的な平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ１−Ｙ１
断面を拡大して蓋部を装着した状態で示す模式図であ
る。

【図６】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれ本発明の各実施形態
における溝部の変形例の構成をフィルム又は蓋部を取り
外した状態で示す模式的な平面図である。

【図７】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ本発明の各実施形態
における溝部の変形例の構成をフィルム又は蓋部を取り
外した状態で示す模式的な横断面図である。

【符号の説明】

１チップ基板１ａ凹部１ｂ，２ａコーティング膜２，２′，１２ａ〜１２ｈ，２２ａ〜２２ｃ溝部２Ａ試料注入口２Ｂ試料排出口３蓋部３ｂ凸部４表面部材５，５′ 流路１０プローブＤＮＡ（第２の生体試料）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｇ０１Ｎ 35/08 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＦＦターム(参考） 2G058 AA09 DA09 GA01 4B024 AA11 CA09 HA14 4B063 QA01 QA12 QQ42 QR32 QR56 QR84 QS03 QS34 QS39

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チップ基板と、該チップ基板の表面に形成され第１の生体試料を流通さ
せるとともに該第１の生体試料と相補的に反応する第２
の生体試料を配置するための溝部とをそなえて構成され
ていることを特徴とする、生体試料検出用チップ。
【請求項２】チップ基板と、該チップ基板の表面に形成される溝部と、該チップ基板に対し着脱可能で、該チップ基板に装着さ
れた際には該溝部を密閉する蓋部とをそなえ、該溝部と該蓋部とにより、第１の生体試料を流通させる
とともに該第１の生体試料と相補的に反応する第２の生
体試料を配置するための流路が形成されることを特徴と
する、生体試料検出用チップ。
【請求項３】チップ基板と、該チップ基板に対し着脱可能な蓋部と、該蓋部の表面に形成される溝部とをそなえ、該蓋部が該チップ基板に装着された際には、該溝部は密
閉され、該溝部と該チップ基板とにより、第１の生体試
料を流通させるとともに該第１の生体試料と相補的に反
応する第２の生体試料を配置するための流路が形成され
ることを特徴とする、生体試料検出用チップ。
【請求項４】該溝部の幅が５μｍ以上であることをこ
とを特徴とする、請求項１〜３の何れかの項に記載の生
体試料検出方法。
【請求項５】該第１の生体試料及び該第２の生体試料
が、共にオリゴヌクレオチドであること、又は、共にペ
プチドであることを特徴とする、請求項１〜４の何れか
の項に記載の生体試料検出用チップ。
【請求項６】請求項１〜５の何れかの項に記載の生体
試料検出用チップを用いて生体試料の検出を行なうこと
を特徴とする、生体試料検出方法。