光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットおよびそれを用いた測定装置
【課題】増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解液の代わりに電解質含有シートを使用することができ、それにより構造および検出手順を大幅に簡素化できるセンサユニットおよび測定装置の提供。
【解決手段】本発明のセンサユニットは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるものであり、作用電極と、作用電極が所定の位置に載置されるための位置決め部材を備えてなる。被検物質の特異的検出は、電解質含有シートを作用電極と対電極の間に挟持させて行われる。
【解決手段】本発明のセンサユニットは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるものであり、作用電極と、作用電極が所定の位置に載置されるための位置決め部材を備えてなる。被検物質の特異的検出は、電解質含有シートを作用電極と対電極の間に挟持させて行われる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増感色素の光励起により生じる光電流を用いて、核酸、外因性内分泌攪乱物質、抗原等の特異的結合性を有する被検物質を特異的に検出する方法に用いられるセンサユニットおよび測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体試料中のＤＮＡを解析する遺伝子診断法が、各種病気の新たな予防および診断法として、有望視されている。このようなＤＮＡ解析を簡便かつ正確に行う技術として、被検体ＤＮＡを、これと相補的な塩基配列を有し、かつ蛍光物質を標識されたＤＮＡプローブとハイブリダイズさせ、その際の蛍光シグナルを検出する、ＤＮＡの分析方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この方法にあっては、ハイブリダイゼーションによる二本鎖ＤＮＡの形成を色素の蛍光により検出する。
【０００３】
また、増感色素の光励起により生じる光電流を用いて被検物質（ＤＮＡ、蛋白などの生体分子）を特異的に検出する方法も提案されている（例えば、特許文献３および非特許文献１参照）。このような検出方法は電解液を満たしたセンサユニットを用いて行われている。
【０００４】
一方、酵素の増減を電気信号に変換する酸素電極を用いたマイクロバイオセンサにおいては、電解液含有体としてアガロースのようなゲルを用いることが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
ところで、遺伝子の検出、遺伝子型の決定は、主にＤＮＡチップ及び蛍光検出装置により行われている。一般的なＤＮＡチップとは判明している遺伝子と相補的な塩基配列の核酸プローブを数センチメートル角のガラスチップやシリコンチップに固定化されたものである。
【０００６】
一般的に用いられる蛍光検出装置の構成を図１に示す。レーザなどの光源５からの励起光９は、ビームスプリッター４で反射されて、対物レンズ６に入る。励起光９は、対物レンズ６で集光されて、ＤＮＡチップ８の核酸プローブの固定部７に当たる。ハイブリダイゼーション反応でハイブリダイゼーションした場合、遺伝子に基づいた核酸プローブと蛍光色素を標識した核酸鎖が二本鎖を形成し、溶液を洗い流した後も、蛍光物質がＤＮＡチップ８上に残ることになり、励起光９により蛍光標識が球状放射の蛍光１０を発生する。ハイブリダイゼーションしていない場合は、蛍光しない。蛍光１０と励起光９には、数十ナノメートル程度の波長の差がある。蛍光の一部１１と励起光９の反射光が対物レンズ６に戻り、ビームスプリッター４に入射する。励起光９の反射光は、ほとんどがビームスプリッター４で反射されて、光源側に向かい、蛍光の一部１１は、ビームスプリッター４を透過して、受光器１側に向かう。ビームスプリッター４を透過した蛍光の一部１１は、波長を限定するフィルター３で励起光９の反射光は除去される。蛍光の一部１１は、受光器レンズ２を通って、蛍光強度を測定する受光器１に入射する。ハイブリダイゼーション反応でハイブリダイゼーションしていない場合は、蛍光しないために、受光器１に光は入射しない。
【０００７】
また、検出すべき目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブを電極表面に固定化し、一本鎖に変性された遺伝子を含む検体と反応させた後、遺伝子とハイブリダイズした前記核酸プローブに二本鎖認識体を結合しこれを電気化学測定によって検出することによって前記目的遺伝子の存在を確認する遺伝子検出装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。ここで、電気化学測定は、作用電極および対電極を電解液に浸し、リニアスイープボルタンメトリーによる酸化電流を測定することにより行われている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１０７９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−３１５０９５号公報
【特許文献３】特開２００６−１１９１１１号公報
【特許文献４】特公平５−８４８６０号公報
【特許文献５】特開２０００−８３６４７号公報
【非特許文献１】中村他「光電変換による新しいＤＮＡ二本鎖検出法」（日本化学会講演予稿集Ｖｏｌ．８１ＳＴ ＮＯ．２（２００２）第９４７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、構造および検出手順を大幅に簡素化でき、高い加工精度を必要としないセンサユニットおよび測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、今般、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解液の代わりに電解質含有シートを使用することができ、それによりセンサユニットおよび測定装置の構造および検出手順を大幅に簡素化できるとの知見を得た。さらに、検出スポットを有する作用電極に対して許容範囲内の精度で光照射できるような位置決めを行えば、対電極および電解質含有シートのサイズ精度や配置の精度は非常に緩やかにできることも確認した。作用電極の位置決めは従来から用いられている位置決めピンや弾力性のあるバネなどを組み合わせることで容易に達成できるレベル（公差として0.1mm程度）で十分であること、そして、電解質含有シート、ならびに作用電極位置決め機構を備えたセンサユニットおよび測定装置を使用することにより、光電流を高い感度および精度で検出できるとの知見も得た。
【００１１】
すなわち、本発明によるセンサユニットは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットであって、作用電極と、前記作用電極が所定の位置に着脱可能に固定されるための位置決め部材を備えてなるベースプレートと、対電極と、前記作用電極と対向する位置に前記対電極を備えた蓋部とを備えてなり、被検物質の特異的検出が、電解質含有シートを前記作用電極と対電極との間に挟持させて行われるものである。
【００１２】
また、本発明による作用電極は、特異的検出時に使用者が作用電極に直接触れることなく検出できるように、センサチップケースに取り付けて用いてもよい。特異的検出時に使用者が作用電極に直接触れることなく検出できれば、さらに精度よい検出が可能となる。センサチップケースには、作用電極がセンサチップケースの所定の位置に保持されるための、窪み部および突起部の少なくともいずれか一方と、作用電極をベースプレートの所定の位置に固定されるための位置決め部材を通すための開口部とを有しており、披検物質の特異的検出が、電解質含有シートを作用電極上に載置するか、または電解質含有シートを作用電極とセンサチップケースとの間に挟持させて行われる。ただし、センサチップケースに設けられた窪み部または突起部は、作用電極をベースプレートの所定の位置に固定するために多少の遊びを設けて設置する必要がある。また、センサチップケースを用いる場合、ベースプレートにはセンサチップケースを所定の位置に着脱可能に載置し、補助的に位置決めするための補助固定部材を備える。
【００１３】
さらに、本発明による装置は、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、上記センサユニットと、前記作用電極に光を照射する光源と、前記光源をXY方向に移動させるXY移動機構と、前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と、前記光源、前記XY移動機構、および電流計を制御し、前記電流計からの電流信号を受信し、該電気信号に基づいて被検物質の存在、型、および濃度の少なくとも一種を決定する制御演算手段とを備えたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
センサユニット
本発明の態様におけるセンサユニットは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットである。このセンサユニットは、作用電極を所定の位置に載置するための位置決め部材を備えたベースプレートと、蓋部とを備えてなる。
【００１５】
蓋部は、作用電極、電解質含有シートおよび対電極を密着させるために設けられる。また、蓋部には作用電極に対して適切に対向させるように対電極を取り付けることで、作用電極上に載置した電解質含有シートへの対電極の載置が容易に行えるようになる。さらに、周辺の光が作用電極に到達することに起因するノイズ電流の発生を防ぐ機能を持たせることもできる。
【００１６】
ベースプレートは支持部材、付勢部材を設けるために十分な剛性と加工性を有する材質からなる。樹脂、セラミック、金属などを用いることができるが、絶縁性、加工性の観点から樹脂が最も好ましい。
【００１７】
ベースプレートは光照射のための開口部または透光部を備えており、作用電極と対電極は対向し、その間に含水した電解質含有シートを挟持させることで、光電流の検出が可能になる。この時、作用電極は光源に対し、作用電極上の検出スポットの大きさと光源の光束径によって決められる精度で位置決めをする必要がある。しかし、作用電極上に載置する電解質含有シートのサイズは作用電極上の検出スポットが配置された領域をカバーすればよく、その載置の精度も目視で確認するレベルで十分である。また、蓋部に備える対電極のサイズも同様に作用電極上の検出スポットが配置された領域をカバーすれば十分であり、対電極の加工精度や蓋部への取り付けは特段の精度を必要としない。さらに、上述したようにセンサチップケースを用いる場合、ベースプレートにはセンサチップケースを所定の位置に着脱可能に載置し、補助的に位置決めするための補助固定部材を備える。
【００１８】
電解質含有シートを用いることで、特段高い加工精度で作製されていなくても、増感色素の光励起により生じる光電流の検出が容易に精度良く行えるセンサユニットを提供できる。
【００１９】
本発明において用いられる電解質含有シートは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるシート状の電解質含有体である。そして、この電解質含有シートは、典型的には、含水性基材と、含水性基材中に含有される電解質とを含んでなることができる。電解質は含水性基材中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できる。したがって、電解質含有シートを作用電極および対電極の間に挟持させ、各電極表面を電解質含有シートと接触させておくことで、作用電極と対電極との間で、増感色素の光励起により生じる光電流が流れることができる。この電解質含有シートは、電解質媒体という点では従来使用されている電解液と同じであるが、単独で取り扱うことが可能なシート状物であるため、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したり、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、装置構造および検出手順を大幅に簡素化できる。事実、本発明のセンサユニットないし測定装置によれば、作用電極、電解質含有シート、および対電極を、互いに載置ないし挟持するだけという極めて簡便な手法で正確に組み立てることができることは上述の通りである。これは、作用電極と対電極との間に電解液を充填して行われる従来法において、電解液を送液する機構（例えばポンプ、バルブ、およびそれらの制御機構）、液漏れ防止機構（例えばパッキン）、および電解液の廃液処理といった複雑な機構ないし工程が必要とされ、そのためコストの増大および装置の大型化を招いていたという実情に照らせば、極めて大きな利点であると言える。また、電解質含有シートの使用により電解液を送液するための時間が不要となるため、作用電極と対電極との間に電解質含有シートを挟むだけで、即座に測定に付することができるため、測定時間も短縮される。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極表面に電解質含有シートを載置し、さらに対電極で挟み込む構造にしてもよい。この態様のセンサユニットの一例を図２に示す。図２に示すセンサユニット２０は、ベースプレート２４ａに作用電極２１を所定の位置に載置させるための位置決め部材として支持部材２２、付勢部材２３を備えている。
【００２１】
支持部材はピン形状あるいは少なくとも前記作用電極が当接する部位に平面を有する突起形状、さらにはベースプレートに設けられた窪み部の壁面を用いることができる。支持部材の材質としては、樹脂、金属、セラミック、ガラスなど十分な強度と加工性を有するものを使用することができる。付勢部材は板状、コイル状のバネ、ゴムやポリマーなどの材質からなる弾力性突起形状を挙げることができる。作用電極は、付勢部材によって、支持部材に適度な圧力で押しつけられて固定され、所定の位置に配置される。
【００２２】
図３に支持部材としてピン形状の突起物４１を用いた各例を示す。この支持部材と組み合わせる付勢部材として、図３−Ａでは板バネ４４、図３−Ｂではコイルバネ４５、図３−Ｃでは弾力性突起物４６を用いる例を示す。図４に支持部材として少なくとも前記作用電極２１が当接する部位が平面である突起物４２を用いた各例を示す。この支持部材と組み合わせる付勢部材として、図４−Ａでは板バネ４４、図４−Ｂではコイルバネ４５、図４−Ｃでは弾力性突起物４６を用いる例を示す。図５に支持部材としてベースプレートに設けられた窪み部の壁面４３を用いた各例を示す。この支持部材と組み合わせる付勢部材として、図５−Ａでは板バネ４４、図５−Ｂではコイルバネ４５、図５−Ｃでは弾力性突起物４６を用いる例を示す。また、付勢部材をＬ型の部材と弾力性を有する部材との組み合わせとすることもできる。このような付勢部材を用いた例を図６に示す。ここでＬ型部材４７は適度な強度を有する材質であれば良く、樹脂、セラミック、金属などを使用できるが、加工性、絶縁性の観点から樹脂が最も好ましい。また、弾力性を有する部材４８としては、コイルバネ、ゴムなど弾性を有する部材を使用することができる。この付勢部材と組み合わせる支持部材として図６−Ａにはピン状突起物４１、図６−Ｂには少なくとも前記作用電極２１が当接する部位が平面である突起物４２、図６−Ｃにはベースプレートに設けられた窪み部の壁面４３を用いる例を示す。図示したように、Ｌ字部材の両端に取り付けられた弾力性を有する部材４８のもう一端は適当な突起物４９（図６−Ａ，Ｂ）あるいはベースプレートに設けられた窪み部の壁面４３（図６−Ｃ）に取り付けられる。前記作用電極２１の取り付け時に、Ｌ字部材４７が指先を干渉し、操作性が劣る場合には、Ｌ字部材４７の適切な位置に適度な大きさの切り欠きを設けることで、前記作用電極２１の取り付けを容易にすることもできる。
【００２３】
蓋部２４ｂは蝶番などによって取り付け、その取り付け部位としてはベースプレート２４ａが適しているが、これに限定されるものではなく、図１６、図１７に示す凹部の底部に取り付けることもできる。さらには、図１７に示す扉９３に取り付け、扉９３を閉じる際にベースプレート側に押しつけられるようにすることもできる。蓋部２４ｂにはベースプレート２４ａ上の所定の位置に載置した作用電極２１と対向する位置に対電極２５を取り付ける。対電極２５は弾力性のあるシート状の部材２８の上に取り付けてもよい。こうすることにより、作用電極２１との間に電解質含有シート２６を挟時する際に、密着性を確保しながらも、強く押し当てすぎることによる電極の破損を防ぐことが出来る。さらに、蓋部２４ｂおよびベースプレート２４ａに固定部材３０を備えて、蓋部２４ｂを適度に保持することができる。固定部材は、磁石、ピンやフックの組み合わせ、などが挙げられる。もしくは蓋部２４ｂに適度な自重を持たせることでも蓋部の固定は可能である。
【００２４】
作用電極２１および対電極２５を電流計に接続するための電気的接点２７は、作用電極２１については蓋部２４ｂに、対電極２５についてはベースプレート２４ａに備えることができる。こうすることにより、図７に示すように電解質含有シートを挟時するために蓋部を閉じる等の操作によって蓋部をベースプレート方向に押しつけた状態で、各電極との接点が確保される。電気的接点については、コンタクトプローブや板状や線状の金属バネを使用することができる。また、ベースプレートには作用電極上の検出スポットに光照射ができるように開口部または透光部２９を備えている。
開口部または透光部２９については、図８および図９に示すように、ベースプレートの、前記複数の検出スポットに対応する各位置に形成されても良い。このように、作用電極上の検出スポットの位置に一致するように開口部または透光部を複数設けることにより、各検出スポットへ順次光源照射を行うときに、迷光により照射していない検出スポットからの光電流の発生し、ノイズ電流となることを防ぐことができるので好ましい。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極２１をセンサチップケース３１に取り付け、作用電極表面に電解質含有シートを載置し、さらに対電極で挟み込む構造にしてもよい。この態様のセンサユニットの一例を図１０に示す。図１０に示すセンサユニット２０はベースプレート２４ａに、作用電極２１を取り付けたセンサチップケース３１を所定の位置に着脱可能に載置し、位置決めするための補助固定部材３２を備えており、さらにセンサチップケース３１をベースプレート２４ａに取り付けた際に、作用電極２１がベースプレート２４ａの所定の位置に載置されるように、位置決め部材として支持部材３９および付勢部材４０を備えている。ただし、本発明のセンサユニットにおいて最も高い精度を求められる位置決めは、作用電極２１がベースプレート２４ａの所定の位置に載置されることであるため、センサチップケース３１をベースプレート２４ａの所定の位置に載置させるための位置決めは仮の位置決めとなる。
【００２６】
図１１に図１０のセンサチップ取り付け部の拡大図を示す。センサチップケース３１にはベースプレート２４ａに設置された、作用電極２１の位置決めに用いられる支持部材３９を通すための開口部３４、付勢部材４０を通すための開口部３５、センサチップケース３１を所定の位置に載置させるための補助固定部材３２に適合する嵌入穴３６、作用電極２１を電流計に接続するための電気的接点２７ａを通すための開口部３７ａ、対電極２５を電流計に接続するための電気的接点２７ｂを通すための開口部３７ｂ、電解質含有シートを介して対電極２５を作用電極に密着させるための開口部３８を備えている。なお、補助固定部材３２はピン形状あるいは少なくとも前記センサチップケース３１が当接する部位に平面を有する突起形状、さらにはベースプレートに設けられた窪み部の壁面を用いることができる。補助固定部材３２の材質としては、樹脂、金属、セラミック、ガラスなどの他、板状、コイル状のバネや、ゴムやポリマーなどの材質からなる弾力性突起形状を挙げることができる。また、補助固定部材３２は、作用電極の位置決めのために用いる、支持部材および付勢部材と同様の機構を採用しても良い。
。
【００２７】
本発明に用いるセンサチップケース３１は１部材で構成されても、２部材以上で構成されてもよい。
図１３にはセンサチップケース３１が１部材で構成され、作用電極２１がセンサチップケースの窪み部５０の壁面によって保持される構成の例を示しており、図１４にはセンサチップケース３１が上部センサチップケース３１ａ、下部センサチップケース３１ｂの２部材で構成され、作用電極２１がセンサチップケースに取り付けたピン形状５１に当接する部位に保持される構成の例を示している。なお、上部センサチップケース３１ａ、下部センサチップケース３１ｂは、作用電極２１を取り付けた後にネジ５２により固定される。図１４では上部センサチップケース３１ａ、と下部センサチップケース３１ｂの固定手段としてネジ５２を用いた例を示しているが、バネ、ゴム、磁石、嵌め合せ、接着剤や融着等による接合、その他の手段を用いてもかまわない。なお、図１０に示すセンサユニットにはセンサチップケース３１が２部材で構成されている例を、図１２にはセンサチップケース３１が１部材で構成されている例を示している。
【００２８】
測定装置
本発明のセンサユニットを用いることにより、構造が大幅に簡素化された安価でかつ小型の測定装置を構築することができる。これは、本発明のセンサユニットは電解質含有シートを用いるため、作用電極と対電極との間に電解液を充填して行われる従来法において必要とされていた、電解液を送液する機構（例えばポンプ、バルブ、およびそれらの制御機構）、液漏れ防止機構（例えばパッキン）、および電解液の廃液処理といった複雑な機構ないし工程が不要となるためである。
【００２９】
本発明における測定装置は、本発明のユニットを用いて増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出を行う装置である。本発明の測定装置の一例を図１５に示す。図１５に示すように、本発明の測定装置８０は、センサユニット８１、光源８２、XY移動機構８３、電流計８４、および制御演算手段８５を備えている。測定の際に、電解質含有シート８１ｂが、作用電極８１ａと作用電極８１ａとの間に挟持させて設けられていればよい。そして、光源８２は、作用電極８１ａの表面に光を照射可能な位置に配置される。光源８２にはXY移動機構８３が接続され、光源８２が所望の被検スポットに向かってXY方向に移動可能に構成される。そして、作用電極および対電極には電流計８４が接続され、その間を流れる電流が測定可能に構成される。
そして、制御演算手段８５にあっては、制御部８５ａが光源８２、XY移動機構８３および電流計８４を制御し、なおかつ電流計８４からの電流信号を受信し、演算部８５ｂが電気信号に基づいて被検物質の存在、型、および濃度の少なくとも一種を決定するように構成される。また、測定装置８０は、制御演算手段８５で得られた結果を表示する表示装置８６をさらに備えてもなるのが好ましい。さらに、測定装置８０が、測定のための条件の入力が行われる入力装置８７をさらに備えてなるのが好ましい。
なお、演算手段８５、表示装置８６、入力装置８７は測定装置８０内に備えても良いし、これらの機能をパーソナルコンピュータに備え、測定装置８０と連結させて用いても良い。
【００３０】
光源がセンサユニットの下方に配置され、なおかつ図２〜５に示される本発明のセンサユニット２０が使用可能な、本発明における遺伝子検査装置の一例を図１６〜１８に示す。図１６は遺伝子検査装置９０の外観を示す斜視図であり、同図に示すように、装置筐体９１の上面部にはセンサユニット２０を設置する凹部９２が設けられる。凹部９２はその内部に設置するセンサユニット２０へ作用電極を取り付ける際に、オペレーターの指を緩衝しない大きさに設定する。図１７に示すように、凹部上部には扉９３を取り付けても良い。ここで示した遺伝子検査装置は、制御、データ取得、解析、保存をＰＣと接続して行うことを前提としているので、動作条件の入力装置、データの表示装置などを備えていない。ＰＣまたはＰＣと相当する機能を有するマイコンなどを遺伝子検査装置内に備え、さらには入力装置としてキーパッド、表示装置として液晶画面などを備える構成とすることもできる。図１８は遺伝子検査装置９０の内部斜視図であり、同図に示されるように、光源１３１は、センサユニット２０の作用電極上の各検出スポットに光を照射できるように構成され、XY移動機構１３２によって移動可能に構成される。電流計１３３は、作用電極と対電極との間に流れる電流を測定できるように構成される。光源１３１、XY移動機構１３２および電流計１３３の制御ならびに電流信号の受信は、制御演算部において、インターフェースボード１３４を介して外部コンピューター（図示せず）によって行われる。また、この外部コンピューターは、制御や各種の演算などの処理を行うとともにデータや処理結果を記憶し、その結果を表示装置（図示せず）に表示する。
【００３１】
電解質含有シート
本発明に用いる電解質含有シートは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるシート状の電解質含有体である。そして、この電解質含有シートは、含水性基材と、含水性基材中に含有される電解質とを含んでなる。
【００３２】
本発明において電解質は、含水性基材中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できるものであれば限定されず、幅広い種類の電解質が使用可能である。好ましい電解質は、光照射により励起された色素に電子を供与するための還元剤（電子供与剤）として機能できる物質であり、そのような物質の例としては、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化アンモニウム（ＮＨ４Ｉ）、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）、ヒドロキノン、Ｋ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］・３Ｈ２Ｏ、フェロセン−１，１’−ジカルボン酸、フェロセンカルボン酸、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、トリエチルアミン、チオシアネートアンモニウム、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン二塩酸塩（ＴＭＰＤ）、Ｌ−アスコルビン酸、亜テルル酸ナトリウム（Ｎａ２ＴｅＯ３）、塩化鉄(II)四水和物（ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ）、ＥＤＴＡ、システイン、トリエタノールアミン、トリプロピルアミン、ヨウ素を含むヨウ化リチウム（Ｉ／ＬｉＩ）、トリス(2-クロロエチル)リン酸塩（ＴＣＥＰ）、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、２−メルカプトエタノール、２−メルカプトエタノールアミン、二酸化チオ尿素、（ＣＯＯＨ）２、ＨＣＨＯ、およびこれらの組合せが挙げられ、より好ましくは、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２、ＬｉＩ、ＮＨ４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）、および亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）、およびこれらの混合物であり、さらに好ましくは、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）である。
【００３３】
（１）ゲルシート
本発明の好ましい態様によれば、含水性基材が、天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなるゲルマトリクスであって、該ゲルマトリクス中に前記電解質が分散されてなるのが好ましい。すなわち、この態様にあっては、電解質含有シートはゲルシートとして構成される。そして、電解質媒体としてゲルシートを使用した場合、電解液を用いた場合と比べて、同じ被検物質濃度のサンプルについてより高い検出電流が得られるとともに、より広い被検物質濃度範囲において検出電流の濃度依存性が得られる。すなわち、ゲルシートの使用により、光電流の検出感度および精度を大幅に向上させることができる。
【００３４】
本発明の好ましい態様によれば、ゲルシートは、１００ｇ／ｃｍ２以上のゲル強度を有するのが好ましく、より好ましくは１２０ｇ／ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは１５０ｇ／ｃｍ２以上である。このようなゲル強度であると、ゲルシートを単独で取り扱いやすくなるので、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。
【００３５】
本発明のゲルシートの形態としては、作用電極および対電極との良好な密着性が確保されるように各電極との接触部分が平滑平面とされているのが好ましい。したがって、作用電極と対電極との間に挟み込んで使用する場合には、密着性に影響しないように均一な厚みを有する形態とするのが好ましい。一方、作用電極および対電極が同一平面状にパターニングされてなる電極ユニットを使用する場合には、少なくとも電極ユニットと接触する片側面のみが平滑平面とされていればよく、厚さや厚さの均一性は特段問題とならない。
【００３６】
本発明の好ましい態様によれば、ゲルシートは０．１〜１０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．５〜３ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍの厚さを有する。このような厚さであるとゲルシートを単独で取り扱うのに適した強度が得られやすいので、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。また、光電流測定に悪影響を与えることもない。
【００３７】
本発明においてゲルマトリクスは、天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなり、適度な強度と電極への密着性を示すゲルであれば限定されない。これらのゲルは、一般的なゲルと同様、ゲル化剤が水等の溶媒と共にゲル化することにより形成されることができる。ゲルマトリクス中におけるゲル化剤の濃度は、光電流測定に大きな影響を与えることはないため、単独取り扱いを可能とする強度確保の観点からゲル化剤の種類に応じて適宜決定されてよい。
【００３８】
本発明の好ましい態様によれば、ゲルマトリクスが、多糖類および蛋白質を主成分とする天然ゲルを含んでなるのが好ましい。このような天然ゲルの好ましい例としては、アガロース、アルギン酸、カラギーナン、ローストビーンガム、ジェランガム、ゼラチン、およびそれらの混合物のゲルが挙げられ、より好ましくはアガロースのゲルである。好ましいアガロースの添加量は０．５〜２５重量％である。
【００３９】
本発明の別の好ましい態様によれば、ゲルマトリクスが、合成ゲルを含んでなるのが好ましい。好ましい合成ゲルの例としては、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ＰＶＡ添加ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、Ｎ−アルキル変性（メタ）アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−（イソ）プロピルアクリルアミド、Ｎ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシメチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチルアクリルアミド、（メタ）アクリル酸、ｔ−ブチル（メタ）アクリルアミドスルホン酸、スルホプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、（ポリ）アルキレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、グリセリン（メタ）アクリレート、メチレンビス（メタ）アクリルアミド、エチレンビス（メタ）アクリルアミド、（ポリ）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（ポリ）プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、テトラアリロキシエタン、およびそれらの混合物のゲルが挙げられ、より好ましくはポリアクリルアミドのゲルである。
【００４０】
本発明の好ましい態様によれば、本発明のゲルシートは、（１）電解質およびゲル化剤を水に加えて加熱溶解してゲルを作製した後、所望のシート形状に加工する方法、あるいは（２）ゲル化剤のみでゲルを形成して所望のシート形状に加工した後、電解質溶液中に浸漬させてゲル中に電解質を分散させる方法により、製造されることができる。特に、ゲル化剤は使用する電解質との組合せによっては、混合、加熱、あるいは冷却によってゲル化しない場合があり、そのような場合であっても上記（２）の方法によれば、ゲルシートを作製することができる。
【００４１】
（２）吸水性シート
本発明の別の好ましい態様によれば、含水性基材が、吸水性基材であるのが好ましい。すなわち、この態様にあっては、電解質含有シートは吸水性シートとして構成される。そして、電解質媒体として吸水性シートを使用した場合、電解液を使用した場合と同等の検出感度および検出精度が得られる。すなわち、吸水性シートの使用により、光電流を精度よく検出することができる。
【００４２】
本発明の好ましい態様によれば、吸水性シートは、２０％以上の含水率を有するのが好ましく、より好ましくは３０％以上であり、さらに好ましくは４０％以上である。このような含水率であると、光電流を検出した際に高い光電流を検出することができ、検出感度が向上する。含水率は（１ｍｍ３ 辺りの含水量）／（吸水性基材の密度）より求める。なお、ここで言う含水率は光電流を検出する際の吸水性シートの含水率であって、後述するように、保管時に上記含水率を満たしていなくてもよい。
【００４３】
本発明の吸水性シートの形態としては、作用電極および対電極との良好な密着性が確保されるように各電極との接触部分が平滑平面とされているのが好ましい。したがって、作用電極と対電極との間に挟み込んで使用する場合には、密着性に影響しないように均一な厚みを有する形態とするのが好ましい。一方、作用電極および対電極が同一平面状にパターニングされてなる電極ユニットを使用する場合には、少なくとも電極ユニットと接触する片側面のみが平滑平面とされていればよく、厚さや厚さの均一性は特段問題とならない。
【００４４】
本発明の好ましい態様によれば、吸水性シートは０．０１〜１０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．１〜３ｍｍの厚さを有する。このような厚さであると吸水性シートを単独で取り扱うのに適した強度が得られやすいので、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。また、光電流測定に悪影響を与えることもない。
【００４５】
本発明において吸水性基材は、綿、麻、ウール、絹、セルロースなどの天然繊維；ろ紙、製紙などに用いられるパルプ繊維；レーヨンなどの再生繊維；ろ紙などに用いられるガラス繊維；フェルト、スポンジなどに用いられる合成繊維から選択される少なくとも一種の繊維を含んでなるのが好ましく、適度な強度、含水量、電極への密着性を示す吸水性基材であれば限定されない。なお、本発明の吸水性基材に用いる繊維の加工方法は特定の加工方法に限定されない。
【００４６】
本発明の好ましい態様によれば、吸水性基材の好ましい例としては、ろ紙、メンブレンフィルター、ガラスフィルター、ろ布などが挙げられ、より好ましくはろ紙、メンブレンフィルターである。
【００４７】
本発明の好ましい態様によれば、本発明の電解質含有吸収性シートは、（１）所望のシート形状に加工し、水ベースの電解液に浸漬した後、使用する、あるいは（２）所望のシート形状に加工し、電解液に浸漬し、乾燥させた後、使用直前に水を添加して使用することもできる。
【００４８】
上述のように、ゲルシートおよび吸水性シートのいずれを用いても良好な光電流検出を行うことができるが、作用電極への載置を行う場合の強度の観点からは、吸水性シートを用いることがが好ましい。また、吸水性シートは乾燥状態で電解質を含有させておき、使用時に復水させるといった使い方も可能であるため、保存性にも優れている点においても好ましい。
【００４９】
光電流を用いた被検物質の特異的検出
前述の通り、本発明のセンサユニットは増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるものである。この増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出方法について、以下に具体的に説明する。
【００５０】
この方法にあっては、まず、被検物質を含む試料液と、作用電極と、対電極とを用意する。本発明に用いる作用電極は、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を表面に備えた電極である。すなわち、プローブ物質は、被検物質と直接、特異的に結合する物質のみならず、被検物質を受容体蛋白質分子等の媒介物質に特異的に結合させて得られる結合体と特異的に結合可能な物質であってよい。次いで、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を作用電極に固定させる。増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、被検物質あるいは媒介物質に予め標識させておくか、あるいは被検物質およびプローブ物質の結合体にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には試料液に単に添加すればよい。
【００５１】
そして、作用電極と対電極とをセンサユニット内において電解質含有シートに接触させた後、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させると、光励起された増感色素から電子受容物質へ電子移動が起こる。この電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することにより、被検物質を高い感度および精度で検出することができる。また、この検出電流は試料液中の被検試料濃度との高い相関関係を有しているので、測定された電流量または電気量に基づき被検試料の定量測定を行うことができる。
【００５２】
（１）被検物質およびプローブ物質
本発明における被検物質としては、特異的な結合性を有する物質であれば限定されず、種々の物質であってよい。このような被検物質であれば、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を作用電極表面に担持させておくことにより、被検物質をプローブ物質に直接または間接的に特異的に結合させて検出することが可能となる。
【００５３】
すなわち、本発明にあっては、被検物質およびプローブ物質として互いに特異的に結合可能なものを選択することができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、被検物質と特異的に結合する物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、作用電極上に被検物質を直接、特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、一本鎖の核酸および核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸の組合せ、ならびに抗原および抗体の組合せが挙げられる。
【００５４】
本発明のより好ましい態様によれば、被検物質を一本鎖の核酸とし、プローブ物質を核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸とするのが好ましい。プローブ物質は核酸に対して１５ｂｐ以上の相補性部分を有するのがより好ましい。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図１９（ａ）および（ｂ）に示す。これらの図に示されるように、被検物質としての一本鎖の核酸２２１は、作用電極２２３上に担持されたプローブ物質としての相補性を有する一本鎖の核酸２２４とハイブリダイズされて、二本鎖の核酸２２７を形成する。
【００５５】
被検物質としての一本鎖の核酸を含む試料液は、末梢静脈血のような血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞等の、核酸を含有する各種検体試料から、公知の方法により核酸を抽出して作製することができる。このとき、検体試料中の細胞の破壊は、例えば、振とう、超音波等の物理的作用を外部から加えて担体を振動させることにより行なうことができる。また、核酸抽出溶液を用いて、細胞から核酸を遊離させることもできる。核酸溶出溶液の例としては、ＳＤＳ、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ、Ｔｗｅｅｎ−２０のような界面活性剤、サポニン、ＥＤＴＡ、プロテア−ゼ等を含む溶液が挙げられる。これらの溶液を用いて核酸を溶出する場合、３７℃以上の温度でインキュベ−トすることにより反応を促進することができる。
【００５６】
本発明のより好ましい態様によれば、被検物質とする遺伝子の含有量が微量である場合には、公知の方法により遺伝子を増幅した後検出を行なうのが好ましい。遺伝子を増幅する方法としては、ポリメラ−ゼチェインリアクション（ＰＣＲ）等の酵素を用いる方法が代表的であろう。ここで、遺伝子増幅法に用いられる酵素の例としては、ＤＮＡポリメラ−ゼ、Ｔａｑポリメラ−ゼのようなＤＮＡ依存型ＤＮＡポリメラ−ゼ、ＲＮＡポリメラ−ゼＩのようなＤＮＡ依存型ＲＮＡポリメラ−ゼ、Ｑβレプリカ−ゼのようなＲＮＡ依存型ＲＮＡポリメラ−ゼが挙げられ、好ましくは温度を調節するだけで連続して増幅を繰り返すことができる点で、Ｔａｑポリメラ−ゼを用いるＰＣＲ法である。
【００５７】
本発明の好ましい態様によれば、上記増幅時に特異的に核酸を増感色素で標識することが出来る。一般的には、ＤＮＡにアミノアリル修飾ｄＵＴＰを取り込ませることにより行うことができる。この分子は未修飾の ｄＵＴＰ と同じ効率で取り込まれる。次のカップリング段階において、Ｎ−ヒドロキシサクシンイミド（Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）により活性化された蛍光色素が修飾 ｄＵＴＰ と特異的に反応し、均一に増感色素で標識された被検物質が得られる。
【００５８】
本発明の好ましい態様によれば、上記のようにして得られた核酸の粗抽出液あるいは精製した核酸溶液をまず９０〜９８℃、好ましくは９５℃以上の温度で熱変性を施し、一本鎖核酸を調製することができる。
【００５９】
本発明にあっては、被検物質とプローブ物質が間接的に特異的に結合するものであってもよい。すなわち、本発明の別の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、この被検物質と特異的に結合する物質を媒介物質として共存させ、この媒介物質と特異的に結合可能な物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、プローブ物質に特異的に結合できない物質であっても、媒介物質を介して作用電極上に間接的に特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質、媒介物質、およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、リガンド、このリガンドを受容可能な受容体蛋白質分子、およびこの受容体蛋白質分子と特異的に結合可能な二本鎖の核酸の組合せが挙げられる。リガンドの好ましい例としては、外因性内分泌攪乱物質（環境ホルモン）が挙げられる。外因性内分泌撹乱物質とは、受容体蛋白質分子を介してＤＮＡに結合し、その遺伝子発現に影響して毒性を生じる物質であるが、本発明の方法によれば、被検物質によりもたらされる受容体等のタンパク質のＤＮＡに対する結合性を簡便にモニタリングすることができる。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図２０に示す。図２０に示されるように、被検物質としてのリガンド２３０は、まず、媒介物質である受容体蛋白質分子２３１に特異的に結合する。そして、リガンドが結合された受容体蛋白質分子２３３が、プローブ物質としての二本鎖の核酸２３４に特異的に結合する。
【００６０】
本発明の好ましい態様によれば、被検物質は二種以上であることができる。本発明の方法によれば、複数の増感色素を用いて、各増感色素毎に異なる励起波長の光を照射することにより、複数種類の被検物質を個別に検出することが可能である。
【００６１】
（２）増感色素
本発明にあっては、被検物質の存在を光電流で検出するために、増感色素の共存下、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させて、該結合により増感色素を作用電極に固定させる。そのために、本発明にあっては、図１９（ａ）および図２０に示されるように被検物質２２１あるいは媒介物質２３１に予め増感色素２２２，２３２で標識しておくことができる。また、図１９（ｂ）に示されるように被検物質およびプローブ物質の結合体２２７（例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸）にインターカレーション可能な増感色素２２８を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより、プローブ物質に増感色素を固定させることができる。
【００６２】
本発明に用いる増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、光源の照射による光励起状態への遷移が可能であり、かつ励起状態から作用電極に電子注入できる電子状態を採りうるものであればよい。したがって、用いる増感色素は、作用電極、特に電子受容層との間において上記電子状態をとることができるものであればよいことから、多種の増感色素が使用可能であり、高価な色素を使用する必要がない。
【００６３】
増感色素の具体例としては、金属錯体や有機色素が挙げられる。金属錯体の好ましい例としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン；クロロフィルまたはその誘導体；ヘミン、特開平１−２２０３８０ 号公報や特表平５−５０４０２３ 号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体（例えばシス−ジシアネート−ビス（２、２ ’−ビピリジル−４、４ ’−ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ））があげられる。有機色素の好ましい例としては、メタルフリーフタロシアニン、９−フェニルキサンテン系色素、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、アクリジン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、ロダシアニン系色素、ポリメチン系色素、インジゴ系色素等が挙げられる。増感色素のより好ましい具体例としては、Ｃｙ３、Ｃｙ５、ローダミンが挙げられる。
【００６４】
二本鎖核酸にインターカレーション可能な増感色素の好ましい例としては、アクリジンオレンジ、エチジウムブロマイドが挙げられる。このような増感色素を用いる場合、核酸のハイブリダイゼーション後に試料液に添加するだけで増感色素で標識された二本鎖核酸が形成されるので、予め一本鎖の核酸を標識する必要が無い。
【００６５】
（３）作用電極およびその製造
本発明に用いる作用電極は、上記プローブ物質を表面に備えた電極であり、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電極である。したがって、作用電極の構成および材料は、使用される増感色素との間で上記電子移動が生じるものであれば限定されず、種々の構成および材料であってよい。
【００６６】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極が増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を有し、この電子受容層の表面にプローブ物質が備えられてなるのが好ましい。また、本発明のより好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、この導電性基材上に電子受容層が形成されてなるのが好ましい。この態様の電極は図１９および図２０に示される。図１９および図２０に示される作用電極２２３は、導電性基材２２５と、この導電性基材上に形成され、電子受容物質を含んで成る電子受容層２２６とを備えてなる。そして、電子受容層２２６の表面にプローブ物質が担持される。
【００６７】
本発明における電子受容層は、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる。すなわち、電子受容物質は、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位を取り得る物質であることができる。ここで、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位（Ａ）とは、例えば、電子受容性材料として半導体を用いる場合には、伝導帯（コンダクションバンド：ＣＢ）を意味し、電子受容性材料として金属を用いる場合には、フェルミ準位を意味し、電子受容性材料として有機物もしくはＣ６０等の分子状無機物を用いる場合には、最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ：ＬＵＭＯ）を意味する。すなわち、本発明に用いる電子受容物質は、このＡの準位が、増感色素のＬＵＭＯのエネルギー準位よりも卑な準位、換言すれば、増感色素のＬＵＭＯのエネルギー準位よりも低いエネルギー準位を有するものであればよい。
【００６８】
電子受容物質の好ましい例としては、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体；チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の酸化物半導体；チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等のペロブスカイト型半導体；カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物半導体；カドミウム、鉛のセレン化物半導体；カドミウムのテルル化物半導体；亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物半導体；ガリウムヒ素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物の化合物半導体；金、白金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、ニッケル等の金属；ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール等の有機物ポリマー；Ｃ６０、Ｃ７０等の分子状無機物が挙げられ、より好ましくは、シリコン、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、チタン酸ストロンチウム、酸化インジウム、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＰｂＳ、Ｂｉ２Ｓ３、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ、Ｃ６０であり、さらに好ましくは、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、チタン酸ストロンチウム、ＣｄＳ、ＰｂＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２であり、最も好ましくはＴｉＯ２である。なお、上記の列挙した半導体は、真性半導体および不純物半導体のいずれであってもよい。
【００６９】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質は半導体であるのが好ましく、より好ましくは酸化物半導体であり、さらに好ましくは金属酸化物半導体であり、最も好ましくはｎ型金属酸化物半導体である。この態様によれば、半導体のバンドギャップの利用により、色素から効率良く電子を取り出すことができる。また、多孔体あるいは表面の凹凸形状といった構造を有する半導体の使用により、表面積の大きい作用電極を作製することができ、プローブ固定化量を増加させることができる。
【００７０】
本発明の好ましい態様によれば、半導体の伝導帯の電位は、増感色素のＬＵＭＯの電位よりも低いことが好ましく、より好ましくは、増感色素のＬＵＭＯ＞半導体の伝導帯＞電解質の酸化還元電位＞増感色素のＨＯＭＯの関係を満たす電位である。このような関係にあることで、効率良く電子を取出すことが可能となる。
【００７１】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体からなる場合、層表面をカチオン化処理しても良い。カチオン化により、プローブ物質（ＤＮＡ，タンパク質など）を高い効率で電子受容層に吸着させることが可能となる。カチオン化は、例えばアミノシランなどのシランカップリング剤、カチオンポリマー、４級アンモニウム化合物、などを電子受容層表面に作用させることにより行うことができる。
【００７２】
また、本発明の別の好ましい態様によれば、電子受容物質として、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）またはフッ素がドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）を用いることができる。ＩＴＯおよびＦＴＯは電子受容層のみならず導電性基材としても機能する性質を有するため、これらの材料を使用することにより導電性基材を用いることなく電子受容層のみで作用電極として機能させることができる。
【００７３】
電子受容物質として半導体または金属を用いる場合、その半導体または金属は単結晶および多結晶のいずれであってもよいが、多結晶体が好ましく、さらに緻密なものよりも多孔性を有するものが好ましい。これにより、比表面積が大きくなり、被検物質および増感色素を多く吸着させて、より高い感度および精度で被検物質を検出することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が多孔性を有しており、各孔の径が３〜１０００ｎｍであるのが好ましく、より好ましくは、１０〜１００ｎｍである。
【００７４】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容層を導電性基材上に形成した状態での表面積は、投影面積に対して１０倍以上であることが好ましく、さらに１００倍以上であることが好ましい。この表面積の上限には特に限定されないが、通常１０００倍程度であろう。電子受容層を構成する電子受容物質の微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子として５〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは８〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは２０〜６０ｎｍである。また、分散物中の電子受容性物質の微粒子（二次粒子）の平均粒径としては０．０１〜１００μｍであることが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒子サイズの大きな、例えば３００ｎｍ程度の電子受容物質の微粒子を併用して、電子受容層を形成してもよい。
【００７５】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、電子受容層が導電性基材上に形成されてなるのが好ましい。本発明に使用可能な導電性基板としては、チタン等の金属のように支持体そのものに導電性があるもののみならず、ガラスもしくはプラスチックの支持体の表面に導電材層を有するものであってよい。この導電材層を有する導電性基板を使用する場合、電子受容層はその導電層上に形成される。導電材層を構成する導電材の例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属；炭素、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス；およびインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの、酸化スズにアンチモンをドープしたもの、酸化亜鉛にガリウムをドープしたもの、または酸化亜鉛にアルミニウムをドープしたもの等の導電性の金属酸化物が挙げられ、より好ましくは、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物（ＦＴＯ）である。ただし、前述した通り、電子受容層自体が導電性基材としても機能する場合にあっては導電性基材は省略可能である。また、本発明において、導電性基材は、導電性を確保できる材料であれば限定されず、それ自体では支持体としての強度を有しない薄膜状またはスポット状の導電材層も包含するものとする。
【００７６】
本発明の好ましい態様によれば、導電性基材が実質的に透明、具体的には、光の透過率が１０％以上であるのが好ましく、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは７０％以上である。また、本発明の好ましい態様によれば、導電材層の厚みは、０．０２〜１０μｍ程度であるのが好ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、導電性基材の表面抵抗が１００Ω／ｃｍ２以下であり、さらに好ましくは４０Ω／ｃｍ２以下であるのが好ましい。導電性基材の表面抵抗の下限は特に限定されないが、通常０．１Ω／ｃｍ２程度であろう。
【００７７】
導電性基材上への電子受容層の好ましい形成方法の例としては、電子受容物質の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法、半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して微粒子膜を得る方法（ゾル−ゲル法）、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、蒸着法などが挙げられる。電子受容物質としての半導体微粒子の分散液を作成する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。このときの分散媒としては水または各種の有機溶媒（例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等）が挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として使用してもよい。
【００７８】
電子受容物質の分散液またはコロイド溶液の塗布方法の好ましい例としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分でできるものとして、特公昭５８−４５８９号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許２６８１２９４号、同２７６１４１９号、同２７６１７９１号等に記載のスライドホッパ法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法が挙げられる。
【００７９】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体微粒子からなる場合、電子受容層の膜厚が０．１〜２００μｍであるのが好ましく、より好ましくは０．１〜１００μｍであり、さらに好ましくは１〜３０μｍ、最も好ましくは２〜２５μｍである。これにより、単位投影面積当たりのプローブ物質および固定される増感色素量を増加して光電流量を多くするとともに、電荷再結合による生成した電子の損失をも低減することができる。また、導電性基材１ｍ２当たりの半導体微粒子の塗布量は０．５〜４００ｇであるのが好ましく、より好ましくは５〜１００ｇである。
【００８０】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質がインジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）または酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物（ＦＴＯ）を含んでなる場合、電子受容層の膜厚が１ｎｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜１μｍである。
【００８１】
本発明の好ましい態様によれば、半導体微粒子を導電性基材上に塗布した後に加熱処理を施すのが好ましい。これにより、粒子同士を電気的に接触させ、また、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させることができる。好ましい加熱処理温度は、４０〜７００℃であり、より好ましくは１００〜６００℃である。また、好ましい加熱処理時間は１０分〜１０時間程度である。
【００８２】
また、本発明の別の好ましい態様によれば、ポリマーフィルムなど融点や軟化点の低い導電性基材を用いる場合にあっては、熱による劣化を防止するため、高温処理を用いない方法により膜形成を行うのが好ましく、そのような膜形成方法の例として、プレス、低温加熱、電子線照射、マイクロ波照射、電気泳動、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着等の方法が挙げられる。
【００８３】
こうして得られた作用電極の電子受容層の表面にはプローブ物質が担持される。作用電極へのプローブ物質の担持は公知の方法に従い行うことができる。本発明の好ましい態様によれば、プローブ物質として一本鎖の核酸を用いる場合には、作用電極表面に酸化層を形成させておき、この酸化層を介して核酸プロ−ブと作用電極とを結合させることにより行うことができる。このとき、核酸プローブの作用電極への固定化は、核酸の末端に官能基を導入することにより行うことができる。これにより、官能基が導入された核酸プロ−ブはそのまま固定化反応により担体上に固定化されることができる。核酸末端への官能基の導入は、酵素反応もしくはＤＮＡ合成機を用いて行なうことができる。酵素反応において用いられる酵素としては、例えば、タ−ミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラ−ゼ、ポリＡポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドカイネ−ス、ＤＮＡポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドアデニルトランスフェラ−ゼ、ＲＮＡリガ−ゼを挙げることができる。また、ポリメラ−ゼチェインリアクション（ＰＣＲ法）、ニックトランスレ−ション、ランダムプライマ−法により官能基を導入することもできる。官能基は、核酸のどの部分に導入されてもよく、３’末端、５’末端もしくはランダムな位置に導入することができる。
【００８４】
本発明の好ましい態様によれば、核酸プローブの作用電極への固定化のため官能基として、アミン、カルボン酸、スルホン酸、チオール、水酸基、リン酸等が好適に使用できる。また、本発明の好ましい態様によれば、拡散プローブを作用電極に強固に固定化するためには、作用電極と拡散プローブの間を架橋する材料を使用することも可能である。そのような架橋材料の好ましい例としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤や、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性ポリマーが挙げられる。
【００８５】
本発明の好ましい態様によれば、核酸プロ−ブの固定化を物理吸着という、より簡単な作で効率よく行うことも可能である。電極表面への核酸プロ−ブの物理吸着は、例えば、以下のように行なうことができる。まず、電極表面を、超音波洗浄器を用いて蒸留水およびアルコ−ルで洗浄する。その後、電極を核酸プロ−ブを含有する緩衝液に挿入して核酸プロ−ブを担体表面に吸着させる。
【００８６】
また、核酸プローブの吸着後、ブロッキング剤を添加することにより、非特異的な吸着を抑制することができる。使用可能なブロッキング剤としては、核酸プローブが吸着していない電子受容層表面のサイトを埋めることができ、かつ電子受容物質に対して化学吸着あるいは物理吸着等により吸着可能な物質であれば限定されないが、好ましくは化学結合を介して吸着可能な官能基を有する物質である。例えば、酸化チタンを電子受容層として用いる場合における好ましいブロッキング剤の例としては、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、水酸基、アミノ基、ピリジル基、アミド等の酸化チタンに吸着可能な官能基を有する物質が挙げられる。
【００８７】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が互いに分離された複数の領域毎に区分されて担持されてなり、光源による光照射が各領域に対して個別に行われるのが好ましい。これにより、複数の試料を一枚の作用電極上で測定することができるので、ＤＮＡチップの集積化等が可能となる。本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が担持された、互いに分離された複数の領域がパターニングされており、光源から照射される光でスキャニングしながら、各領域の試料について被検物質の検出または定量を一度の操作で連続的に行うことが好ましい。
【００８８】
本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域に複数種類のプローブ物質を担持させることができる。これにより、領域の個数に、各領域毎のプローブ物質の種類数を乗じた数の、多数のサンプルの測定を同時に行うことができる。
【００８９】
本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域毎に異なるプローブ物質を担持させることができる。これにより、区分された領域の数に相当する種類数のプローブ物質を担持させることができるので、多種類の被検物質の測定を同時に行うことができる。この態様は、各領域毎に異なる被検物質の分析が可能なため、一塩基多型の解析（ＳＮＰｓ）の多項目解析に好ましく利用することができる。
【００９０】
（４）対電極
本発明に用いる対電極は、電解液に接触させた場合に作用電極との間に電流が流れることができるものであれば特に限定されず、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、セラミックス等が使用可能である。また、対電極としての金属薄膜を５μｍ以下、好ましくは３ｎｍ〜３μｍの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成して作成することもできる。対電極に使用可能な材料の好ましい例としては、白金、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、ポリチオフェン等の導電性ポリマー、酸化物、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス等が挙げられ、より好ましくは、白金、カーボンであり、最も好ましくは白金である。これらの材料は電子受容層の形成方法と同様の方法により薄膜形成が可能である。
【００９１】
（６）測定方法
本発明のセンサユニットを用いた測定方法にあっては、先ず、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を前記作用電極に固定させる。
【００９２】
本発明の好ましい態様によれば、増感色素で予め標識された一本鎖の核酸を被検物質とする場合、プローブ物質である一本鎖核酸との間でハイブリダイゼーション反応を行なうことができる。ハイブリダイゼーション反応の好ましい温度は３７〜７２℃の範囲であるが、その最適温度は使用するプロ−ブの塩基配列や長さ等により異なる。
【００９３】
本発明の別の好ましい態様によれば、被検物質およびプローブ物質の結合体（例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸）にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより結合体を特異的に増感色素で標識することができる。
【００９４】
こうして被検物質が増感色素と共に固定された作用電極を、対電極と共に電解液に接触させ、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させ、光励起された増感色素から作用電極への電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出する。その際のセンサユニットとして、本発明の電解質含有シートを用いたセンサユニットを使用する。
【００９５】
本発明の好ましい態様によれば、互いに異なる光波長で励起可能な二種以上の増感色素を用いて複数種類の被検物質を個別に検出する場合、光源から波長選択手段を介して特定波長の光を照射することにより、複数の色素を個別に励起することが可能である。波長選択手段の例としては、分光器、色ガラスフィルター、干渉フィルター、バンドパスフィルター等が挙げられる。また、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な複数の光源を用いてもよく、この場合の好ましい光源の例としては、特定波長の光が照射されるレーザー光やＬＥＤを用いてもよい。また、作用極に光を効率よく照射するため、石英、ガラス、液体ライトガイドを用いて導光してもよい。
【００９６】
光照射により系内を流れる光電流は電流計により測定される。これにより、被検物質を検出することができる。その際の電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量を反映する。例えば、被検物質が核酸の場合、相補性のある核酸間で形成された二本鎖の量が、電流値となり反映される。したがって、得られた電流値から被検物質を定量することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電流計が、得られた電流量または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出する手段をさらに備えてなるのが好ましい。
【００９７】
本発明の好ましい態様によれば、光電流を検出する工程が、電流値を測定し、得られた電流値または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出することができる。この被検物質濃度の算出は、予め作成された被検物質濃度と電流値または電気量との検量線と、得られた電流値または電気量とを対比することにより行うことができる。本発明の方法にあっては、電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量が反映されるので、被検物質濃度に対応した正確な電流値が得られるため、定量測定に適する。
【００９８】
本発明の別の好ましい態様によれば、予め増感色素で標識された被検物質を競合物質として用いて、増感色素で標識されていない、プローブ物質に特異的に結合可能な第二の被検物質を定量することができる。第二の被検物質はプローブ物質に標識済被検物質よりも特異的に結合しやすい性質を有するのが好ましい。これら二種類の被検物質を競合させてプローブ物質に特異的に結合させると、検出される電流値と第二の被検物質の濃度との間に相関関係が得られる。つまり、色素標識されていない第二の被検物質の数が増加するにつれ、プローブ物質に特異的に結合する競合物質の数が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。したがって、増感色素で標識されていない第二の被検物質の検出および定量が可能となる。
【００９９】
本発明のより好ましい態様によれば、被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体であるのが好ましい。この態様における被検物質および第二の被検物質のプローブ物質への固定化工程を図２１に示す。図２１に示されるように、増感色素で標識された抗原２４１と、色素標識されていない抗原２４２とが競合して抗体２４３に特異的に結合する。したがって、色素標識されていない抗原２４２が増加するにつれ、抗体に特異的に結合する色素標識された抗原２４１が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。
【実施例】
【０１００】
例１：図１６の装置を使用した一塩基多型（ＳＮＰｓ）検出
本例では、ｐ５３遺伝子の一塩基多型の検出を行った。作用電極側に完全一致プローブ、一塩基変異鎖プローブ、および完全不一致プローブを固定化した。それぞれの塩基配列は下記の通りとした。
完全一致（ＰＭ）プローブ： 5'-AGGATGGGCCTCAGGTTCATGCCGC-3'（配列番号１）
一塩基変異鎖（ＳＮＰ）プローブ： 5'-AGGATGGGCCTCCGGTTCATGCCGC-3'（配列番号２）
完全不一致（ＭＭ）プローブ： 5'-GCGGCATGAACCGGAGGCCCATCCT-3'（配列番号３）
【０１０１】
これらのプローブとハイブリダイゼーションさせるターゲットＤＮＡの塩基配列は下記の通りとした。
ターゲットＤＮＡ： 5'-ローダミン-GCGGCATGAACCTGAGGCCCATCCT-3'（配列番号４）
【０１０２】
作用電極用のガラス基材として、フッ素をドープした酸化スズ（F-SnO2：FTO）コートガラス（エイアイ特殊硝子社製、U膜、シート抵抗：12Ω/□、形状：50mm×26mm）を用意した。このガラス基材をアセトン中で15分間、続いて超純水中で15分間超音波洗浄を施して、汚れおよび残存有機物の除去を行った。このガラス基材を5Mの水酸化ナトリウム水溶液中で15分間振盪させた。その後、水酸化ナトリウムの除去のために超純水中での5分間の振盪を水を入れ替えて3回行った。ガラス基材を取り出して空気を吹き付けて残水を飛散させた後、ガラス基材を無水メタノールに浸漬させて脱水した。
【０１０３】
5wt/vol%となるように超純水を添加したメタノールを溶媒として、3-アミノプロピルトリメトキシシラン（APTMS）を2vol%となるように加え、室温下で5分間の攪拌を行って、カップリング処理用の溶を調製した。このカップリング処理用溶液に上記ガラス基材を浸漬させ、ゆっくりと15分間振盪させた。次いで、ガラス基材を取り出し、メタノール中で10回ほど振盪させて余剰なカップリング処理用溶液を除く操作を、メタノールを3回換えて行った。その後、ガラス基材を110℃で30分間保持してカップリング剤をガラス基材に結合させた。ガラス基材を室温下で冷却した後、直径3mmの大きさの開口部が9スポット形成された粘着性シール（厚さ：0.5mm）を載置して密着させた。続いて、1μMに調製した完全一致鎖、一塩基変異鎖、完全不一致鎖のプローブDNA（２５mer）を95℃で10分間保持した後、直ちに氷上に移して10分間保持してDNAを変性させた。この変性DNAを先に用意したガラス上のシールの9開口部に5μlずつ充填し、95℃で10分保持して溶媒を蒸発させた。その後、UVクロスリンカー（UVP社CL-1000型）で120mJの紫外光を照射して、プローブDNAをガラス基材に固定化した（各プローブにつき、３スポットずつ固定化）。シールをガラス基材から剥がし、ガラス基材を0.2wt/vol％SDS溶液中で15分間×3回振盪させ、超純水を３回入れ替えて濯いだ。このガラス基材を沸騰水に2分間浸漬させて取り出した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。続いて、ガラス基材を4℃の無水エタノールに1分間浸漬させて脱水し、空気を吹き付けて残留エタノールを飛散させた。こうして、プローブＤＮＡ固定化作用電極を得た。その後、濃度を１００nＭに調製したターゲットDNAを含む5×SSC、0.5wt/vol％SDS溶液を、プローブを固定した電極にのせてカバーガラスで密閉した状態で37℃で10時間保温した。その後、２×SSC（室温）中でカバーガラスを剥がし、電極をラックに立て、４０℃に設定した2×SSC/0.2wt/vol％SDS溶液中に３０分間振とうさせた後、水ですすぎ電極を乾燥させた。
【０１０４】
こうして得られた作用電極２１を図２に示したセンサユニット２０に取り付けた。作用電極２１の上に電解質含有シート２６を載置し、蓋部を閉じ、対電極２５の導電面が電解質含有シート２６と接触するようにした。電解質含有シートに用いる吸水性シートとしてろ紙を用いた。電解質としてはテトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）を用い（濃度は０．４Ｍ）、これを水に溶解して電解液を作製し、26mm×20mmに切った厚さ0.9mmのろ紙を浸漬させて、軽く水切りをし、電解質含有シートを得た。
【０１０５】
センサユニット下部、XYステージに取り付けた光源を作用電極上のプローブDNA固定化スポットに順次照射した。各スポット照射時に観察される光電流を記録した。また、各スポットに対応するセンサユニットの各開口部の間で一時的に停止し、作用電極に光が照射されない時間を設定する。この時観察される電流値をベース電流値とする。各スポット由来の光電流値とその直前または直後のベース電流値との差分を観察値とした。
【０１０６】
結果を図２２に示す。図２２は各スポット由来電流とベース電流の差分を、各プローブＤＮＡについてまとめたものであり、平均および標準偏差（エラーバーは±１ＳＤ）を示している。図２２から明らかなように、一塩基の違い（ＰＭとＳＮＰｓで観察される電流値の差）を統計学的に有意に分別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】一般的に用いられる蛍光検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明によるセンサユニットの一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図４】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図５】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図６】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図７】本発明によるセンサユニットの一例を示す断面図である。
【図８】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明によるセンサユニットの一例を示す拡大図である。
【図１２】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す分解斜視図である。
【図１３】本発明によるセンサチップケースと作用電極の一例を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明によるセンサチップケースと作用電極の他の一例を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明による測定装置の基本構成を示す概念図である。
【図１６】本発明による下部光源型の遺伝子検査装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１７】本発明による下部光源型の遺伝子検査装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１８】図１１、１２に示される装置の内部構成を示す斜視図である。
【図１９】被検物質が一本鎖の核酸であり、プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図であり、（ａ）は被検物質が予め増感色素で標識されてなる場合を、（ｂ）は二本鎖の核酸にインターカレーション可能な増感色素を添加した場合をそれぞれ示す。
【図２０】被検物質がリガンドであり、媒介物質が受容体蛋白質分子であり、プローブ物質が二本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。
【図２１】互いに競合する特異的結合性を有する被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体である場合の、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。
【図２２】例１において得られた、各スポット由来電流とベース電流の差分を、各プローブＤＮＡについて整理した図であり、平均および標準偏差（エラーバーは±１ＳＤ）を示している。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増感色素の光励起により生じる光電流を用いて、核酸、外因性内分泌攪乱物質、抗原等の特異的結合性を有する被検物質を特異的に検出する方法に用いられるセンサユニットおよび測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体試料中のＤＮＡを解析する遺伝子診断法が、各種病気の新たな予防および診断法として、有望視されている。このようなＤＮＡ解析を簡便かつ正確に行う技術として、被検体ＤＮＡを、これと相補的な塩基配列を有し、かつ蛍光物質を標識されたＤＮＡプローブとハイブリダイズさせ、その際の蛍光シグナルを検出する、ＤＮＡの分析方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この方法にあっては、ハイブリダイゼーションによる二本鎖ＤＮＡの形成を色素の蛍光により検出する。
【０００３】
また、増感色素の光励起により生じる光電流を用いて被検物質（ＤＮＡ、蛋白などの生体分子）を特異的に検出する方法も提案されている（例えば、特許文献３および非特許文献１参照）。このような検出方法は電解液を満たしたセンサユニットを用いて行われている。
【０００４】
一方、酵素の増減を電気信号に変換する酸素電極を用いたマイクロバイオセンサにおいては、電解液含有体としてアガロースのようなゲルを用いることが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
ところで、遺伝子の検出、遺伝子型の決定は、主にＤＮＡチップ及び蛍光検出装置により行われている。一般的なＤＮＡチップとは判明している遺伝子と相補的な塩基配列の核酸プローブを数センチメートル角のガラスチップやシリコンチップに固定化されたものである。
【０００６】
一般的に用いられる蛍光検出装置の構成を図１に示す。レーザなどの光源５からの励起光９は、ビームスプリッター４で反射されて、対物レンズ６に入る。励起光９は、対物レンズ６で集光されて、ＤＮＡチップ８の核酸プローブの固定部７に当たる。ハイブリダイゼーション反応でハイブリダイゼーションした場合、遺伝子に基づいた核酸プローブと蛍光色素を標識した核酸鎖が二本鎖を形成し、溶液を洗い流した後も、蛍光物質がＤＮＡチップ８上に残ることになり、励起光９により蛍光標識が球状放射の蛍光１０を発生する。ハイブリダイゼーションしていない場合は、蛍光しない。蛍光１０と励起光９には、数十ナノメートル程度の波長の差がある。蛍光の一部１１と励起光９の反射光が対物レンズ６に戻り、ビームスプリッター４に入射する。励起光９の反射光は、ほとんどがビームスプリッター４で反射されて、光源側に向かい、蛍光の一部１１は、ビームスプリッター４を透過して、受光器１側に向かう。ビームスプリッター４を透過した蛍光の一部１１は、波長を限定するフィルター３で励起光９の反射光は除去される。蛍光の一部１１は、受光器レンズ２を通って、蛍光強度を測定する受光器１に入射する。ハイブリダイゼーション反応でハイブリダイゼーションしていない場合は、蛍光しないために、受光器１に光は入射しない。
【０００７】
また、検出すべき目的遺伝子に対して相補的な塩基配列を有する一本鎖の核酸プローブを電極表面に固定化し、一本鎖に変性された遺伝子を含む検体と反応させた後、遺伝子とハイブリダイズした前記核酸プローブに二本鎖認識体を結合しこれを電気化学測定によって検出することによって前記目的遺伝子の存在を確認する遺伝子検出装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。ここで、電気化学測定は、作用電極および対電極を電解液に浸し、リニアスイープボルタンメトリーによる酸化電流を測定することにより行われている。
【０００８】
【特許文献１】特開平７−１０７９９９号公報
【特許文献２】特開平１１−３１５０９５号公報
【特許文献３】特開２００６−１１９１１１号公報
【特許文献４】特公平５−８４８６０号公報
【特許文献５】特開２０００−８３６４７号公報
【非特許文献１】中村他「光電変換による新しいＤＮＡ二本鎖検出法」（日本化学会講演予稿集Ｖｏｌ．８１ＳＴ ＮＯ．２（２００２）第９４７頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、構造および検出手順を大幅に簡素化でき、高い加工精度を必要としないセンサユニットおよび測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、今般、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解液の代わりに電解質含有シートを使用することができ、それによりセンサユニットおよび測定装置の構造および検出手順を大幅に簡素化できるとの知見を得た。さらに、検出スポットを有する作用電極に対して許容範囲内の精度で光照射できるような位置決めを行えば、対電極および電解質含有シートのサイズ精度や配置の精度は非常に緩やかにできることも確認した。作用電極の位置決めは従来から用いられている位置決めピンや弾力性のあるバネなどを組み合わせることで容易に達成できるレベル（公差として0.1mm程度）で十分であること、そして、電解質含有シート、ならびに作用電極位置決め機構を備えたセンサユニットおよび測定装置を使用することにより、光電流を高い感度および精度で検出できるとの知見も得た。
【００１１】
すなわち、本発明によるセンサユニットは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットであって、作用電極と、前記作用電極が所定の位置に着脱可能に固定されるための位置決め部材を備えてなるベースプレートと、対電極と、前記作用電極と対向する位置に前記対電極を備えた蓋部とを備えてなり、被検物質の特異的検出が、電解質含有シートを前記作用電極と対電極との間に挟持させて行われるものである。
【００１２】
また、本発明による作用電極は、特異的検出時に使用者が作用電極に直接触れることなく検出できるように、センサチップケースに取り付けて用いてもよい。特異的検出時に使用者が作用電極に直接触れることなく検出できれば、さらに精度よい検出が可能となる。センサチップケースには、作用電極がセンサチップケースの所定の位置に保持されるための、窪み部および突起部の少なくともいずれか一方と、作用電極をベースプレートの所定の位置に固定されるための位置決め部材を通すための開口部とを有しており、披検物質の特異的検出が、電解質含有シートを作用電極上に載置するか、または電解質含有シートを作用電極とセンサチップケースとの間に挟持させて行われる。ただし、センサチップケースに設けられた窪み部または突起部は、作用電極をベースプレートの所定の位置に固定するために多少の遊びを設けて設置する必要がある。また、センサチップケースを用いる場合、ベースプレートにはセンサチップケースを所定の位置に着脱可能に載置し、補助的に位置決めするための補助固定部材を備える。
【００１３】
さらに、本発明による装置は、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、上記センサユニットと、前記作用電極に光を照射する光源と、前記光源をXY方向に移動させるXY移動機構と、前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と、前記光源、前記XY移動機構、および電流計を制御し、前記電流計からの電流信号を受信し、該電気信号に基づいて被検物質の存在、型、および濃度の少なくとも一種を決定する制御演算手段とを備えたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
センサユニット
本発明の態様におけるセンサユニットは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットである。このセンサユニットは、作用電極を所定の位置に載置するための位置決め部材を備えたベースプレートと、蓋部とを備えてなる。
【００１５】
蓋部は、作用電極、電解質含有シートおよび対電極を密着させるために設けられる。また、蓋部には作用電極に対して適切に対向させるように対電極を取り付けることで、作用電極上に載置した電解質含有シートへの対電極の載置が容易に行えるようになる。さらに、周辺の光が作用電極に到達することに起因するノイズ電流の発生を防ぐ機能を持たせることもできる。
【００１６】
ベースプレートは支持部材、付勢部材を設けるために十分な剛性と加工性を有する材質からなる。樹脂、セラミック、金属などを用いることができるが、絶縁性、加工性の観点から樹脂が最も好ましい。
【００１７】
ベースプレートは光照射のための開口部または透光部を備えており、作用電極と対電極は対向し、その間に含水した電解質含有シートを挟持させることで、光電流の検出が可能になる。この時、作用電極は光源に対し、作用電極上の検出スポットの大きさと光源の光束径によって決められる精度で位置決めをする必要がある。しかし、作用電極上に載置する電解質含有シートのサイズは作用電極上の検出スポットが配置された領域をカバーすればよく、その載置の精度も目視で確認するレベルで十分である。また、蓋部に備える対電極のサイズも同様に作用電極上の検出スポットが配置された領域をカバーすれば十分であり、対電極の加工精度や蓋部への取り付けは特段の精度を必要としない。さらに、上述したようにセンサチップケースを用いる場合、ベースプレートにはセンサチップケースを所定の位置に着脱可能に載置し、補助的に位置決めするための補助固定部材を備える。
【００１８】
電解質含有シートを用いることで、特段高い加工精度で作製されていなくても、増感色素の光励起により生じる光電流の検出が容易に精度良く行えるセンサユニットを提供できる。
【００１９】
本発明において用いられる電解質含有シートは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるシート状の電解質含有体である。そして、この電解質含有シートは、典型的には、含水性基材と、含水性基材中に含有される電解質とを含んでなることができる。電解質は含水性基材中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できる。したがって、電解質含有シートを作用電極および対電極の間に挟持させ、各電極表面を電解質含有シートと接触させておくことで、作用電極と対電極との間で、増感色素の光励起により生じる光電流が流れることができる。この電解質含有シートは、電解質媒体という点では従来使用されている電解液と同じであるが、単独で取り扱うことが可能なシート状物であるため、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したり、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、装置構造および検出手順を大幅に簡素化できる。事実、本発明のセンサユニットないし測定装置によれば、作用電極、電解質含有シート、および対電極を、互いに載置ないし挟持するだけという極めて簡便な手法で正確に組み立てることができることは上述の通りである。これは、作用電極と対電極との間に電解液を充填して行われる従来法において、電解液を送液する機構（例えばポンプ、バルブ、およびそれらの制御機構）、液漏れ防止機構（例えばパッキン）、および電解液の廃液処理といった複雑な機構ないし工程が必要とされ、そのためコストの増大および装置の大型化を招いていたという実情に照らせば、極めて大きな利点であると言える。また、電解質含有シートの使用により電解液を送液するための時間が不要となるため、作用電極と対電極との間に電解質含有シートを挟むだけで、即座に測定に付することができるため、測定時間も短縮される。
【００２０】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極表面に電解質含有シートを載置し、さらに対電極で挟み込む構造にしてもよい。この態様のセンサユニットの一例を図２に示す。図２に示すセンサユニット２０は、ベースプレート２４ａに作用電極２１を所定の位置に載置させるための位置決め部材として支持部材２２、付勢部材２３を備えている。
【００２１】
支持部材はピン形状あるいは少なくとも前記作用電極が当接する部位に平面を有する突起形状、さらにはベースプレートに設けられた窪み部の壁面を用いることができる。支持部材の材質としては、樹脂、金属、セラミック、ガラスなど十分な強度と加工性を有するものを使用することができる。付勢部材は板状、コイル状のバネ、ゴムやポリマーなどの材質からなる弾力性突起形状を挙げることができる。作用電極は、付勢部材によって、支持部材に適度な圧力で押しつけられて固定され、所定の位置に配置される。
【００２２】
図３に支持部材としてピン形状の突起物４１を用いた各例を示す。この支持部材と組み合わせる付勢部材として、図３−Ａでは板バネ４４、図３−Ｂではコイルバネ４５、図３−Ｃでは弾力性突起物４６を用いる例を示す。図４に支持部材として少なくとも前記作用電極２１が当接する部位が平面である突起物４２を用いた各例を示す。この支持部材と組み合わせる付勢部材として、図４−Ａでは板バネ４４、図４−Ｂではコイルバネ４５、図４−Ｃでは弾力性突起物４６を用いる例を示す。図５に支持部材としてベースプレートに設けられた窪み部の壁面４３を用いた各例を示す。この支持部材と組み合わせる付勢部材として、図５−Ａでは板バネ４４、図５−Ｂではコイルバネ４５、図５−Ｃでは弾力性突起物４６を用いる例を示す。また、付勢部材をＬ型の部材と弾力性を有する部材との組み合わせとすることもできる。このような付勢部材を用いた例を図６に示す。ここでＬ型部材４７は適度な強度を有する材質であれば良く、樹脂、セラミック、金属などを使用できるが、加工性、絶縁性の観点から樹脂が最も好ましい。また、弾力性を有する部材４８としては、コイルバネ、ゴムなど弾性を有する部材を使用することができる。この付勢部材と組み合わせる支持部材として図６−Ａにはピン状突起物４１、図６−Ｂには少なくとも前記作用電極２１が当接する部位が平面である突起物４２、図６−Ｃにはベースプレートに設けられた窪み部の壁面４３を用いる例を示す。図示したように、Ｌ字部材の両端に取り付けられた弾力性を有する部材４８のもう一端は適当な突起物４９（図６−Ａ，Ｂ）あるいはベースプレートに設けられた窪み部の壁面４３（図６−Ｃ）に取り付けられる。前記作用電極２１の取り付け時に、Ｌ字部材４７が指先を干渉し、操作性が劣る場合には、Ｌ字部材４７の適切な位置に適度な大きさの切り欠きを設けることで、前記作用電極２１の取り付けを容易にすることもできる。
【００２３】
蓋部２４ｂは蝶番などによって取り付け、その取り付け部位としてはベースプレート２４ａが適しているが、これに限定されるものではなく、図１６、図１７に示す凹部の底部に取り付けることもできる。さらには、図１７に示す扉９３に取り付け、扉９３を閉じる際にベースプレート側に押しつけられるようにすることもできる。蓋部２４ｂにはベースプレート２４ａ上の所定の位置に載置した作用電極２１と対向する位置に対電極２５を取り付ける。対電極２５は弾力性のあるシート状の部材２８の上に取り付けてもよい。こうすることにより、作用電極２１との間に電解質含有シート２６を挟時する際に、密着性を確保しながらも、強く押し当てすぎることによる電極の破損を防ぐことが出来る。さらに、蓋部２４ｂおよびベースプレート２４ａに固定部材３０を備えて、蓋部２４ｂを適度に保持することができる。固定部材は、磁石、ピンやフックの組み合わせ、などが挙げられる。もしくは蓋部２４ｂに適度な自重を持たせることでも蓋部の固定は可能である。
【００２４】
作用電極２１および対電極２５を電流計に接続するための電気的接点２７は、作用電極２１については蓋部２４ｂに、対電極２５についてはベースプレート２４ａに備えることができる。こうすることにより、図７に示すように電解質含有シートを挟時するために蓋部を閉じる等の操作によって蓋部をベースプレート方向に押しつけた状態で、各電極との接点が確保される。電気的接点については、コンタクトプローブや板状や線状の金属バネを使用することができる。また、ベースプレートには作用電極上の検出スポットに光照射ができるように開口部または透光部２９を備えている。
開口部または透光部２９については、図８および図９に示すように、ベースプレートの、前記複数の検出スポットに対応する各位置に形成されても良い。このように、作用電極上の検出スポットの位置に一致するように開口部または透光部を複数設けることにより、各検出スポットへ順次光源照射を行うときに、迷光により照射していない検出スポットからの光電流の発生し、ノイズ電流となることを防ぐことができるので好ましい。
【００２５】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極２１をセンサチップケース３１に取り付け、作用電極表面に電解質含有シートを載置し、さらに対電極で挟み込む構造にしてもよい。この態様のセンサユニットの一例を図１０に示す。図１０に示すセンサユニット２０はベースプレート２４ａに、作用電極２１を取り付けたセンサチップケース３１を所定の位置に着脱可能に載置し、位置決めするための補助固定部材３２を備えており、さらにセンサチップケース３１をベースプレート２４ａに取り付けた際に、作用電極２１がベースプレート２４ａの所定の位置に載置されるように、位置決め部材として支持部材３９および付勢部材４０を備えている。ただし、本発明のセンサユニットにおいて最も高い精度を求められる位置決めは、作用電極２１がベースプレート２４ａの所定の位置に載置されることであるため、センサチップケース３１をベースプレート２４ａの所定の位置に載置させるための位置決めは仮の位置決めとなる。
【００２６】
図１１に図１０のセンサチップ取り付け部の拡大図を示す。センサチップケース３１にはベースプレート２４ａに設置された、作用電極２１の位置決めに用いられる支持部材３９を通すための開口部３４、付勢部材４０を通すための開口部３５、センサチップケース３１を所定の位置に載置させるための補助固定部材３２に適合する嵌入穴３６、作用電極２１を電流計に接続するための電気的接点２７ａを通すための開口部３７ａ、対電極２５を電流計に接続するための電気的接点２７ｂを通すための開口部３７ｂ、電解質含有シートを介して対電極２５を作用電極に密着させるための開口部３８を備えている。なお、補助固定部材３２はピン形状あるいは少なくとも前記センサチップケース３１が当接する部位に平面を有する突起形状、さらにはベースプレートに設けられた窪み部の壁面を用いることができる。補助固定部材３２の材質としては、樹脂、金属、セラミック、ガラスなどの他、板状、コイル状のバネや、ゴムやポリマーなどの材質からなる弾力性突起形状を挙げることができる。また、補助固定部材３２は、作用電極の位置決めのために用いる、支持部材および付勢部材と同様の機構を採用しても良い。
。
【００２７】
本発明に用いるセンサチップケース３１は１部材で構成されても、２部材以上で構成されてもよい。
図１３にはセンサチップケース３１が１部材で構成され、作用電極２１がセンサチップケースの窪み部５０の壁面によって保持される構成の例を示しており、図１４にはセンサチップケース３１が上部センサチップケース３１ａ、下部センサチップケース３１ｂの２部材で構成され、作用電極２１がセンサチップケースに取り付けたピン形状５１に当接する部位に保持される構成の例を示している。なお、上部センサチップケース３１ａ、下部センサチップケース３１ｂは、作用電極２１を取り付けた後にネジ５２により固定される。図１４では上部センサチップケース３１ａ、と下部センサチップケース３１ｂの固定手段としてネジ５２を用いた例を示しているが、バネ、ゴム、磁石、嵌め合せ、接着剤や融着等による接合、その他の手段を用いてもかまわない。なお、図１０に示すセンサユニットにはセンサチップケース３１が２部材で構成されている例を、図１２にはセンサチップケース３１が１部材で構成されている例を示している。
【００２８】
測定装置
本発明のセンサユニットを用いることにより、構造が大幅に簡素化された安価でかつ小型の測定装置を構築することができる。これは、本発明のセンサユニットは電解質含有シートを用いるため、作用電極と対電極との間に電解液を充填して行われる従来法において必要とされていた、電解液を送液する機構（例えばポンプ、バルブ、およびそれらの制御機構）、液漏れ防止機構（例えばパッキン）、および電解液の廃液処理といった複雑な機構ないし工程が不要となるためである。
【００２９】
本発明における測定装置は、本発明のユニットを用いて増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出を行う装置である。本発明の測定装置の一例を図１５に示す。図１５に示すように、本発明の測定装置８０は、センサユニット８１、光源８２、XY移動機構８３、電流計８４、および制御演算手段８５を備えている。測定の際に、電解質含有シート８１ｂが、作用電極８１ａと作用電極８１ａとの間に挟持させて設けられていればよい。そして、光源８２は、作用電極８１ａの表面に光を照射可能な位置に配置される。光源８２にはXY移動機構８３が接続され、光源８２が所望の被検スポットに向かってXY方向に移動可能に構成される。そして、作用電極および対電極には電流計８４が接続され、その間を流れる電流が測定可能に構成される。
そして、制御演算手段８５にあっては、制御部８５ａが光源８２、XY移動機構８３および電流計８４を制御し、なおかつ電流計８４からの電流信号を受信し、演算部８５ｂが電気信号に基づいて被検物質の存在、型、および濃度の少なくとも一種を決定するように構成される。また、測定装置８０は、制御演算手段８５で得られた結果を表示する表示装置８６をさらに備えてもなるのが好ましい。さらに、測定装置８０が、測定のための条件の入力が行われる入力装置８７をさらに備えてなるのが好ましい。
なお、演算手段８５、表示装置８６、入力装置８７は測定装置８０内に備えても良いし、これらの機能をパーソナルコンピュータに備え、測定装置８０と連結させて用いても良い。
【００３０】
光源がセンサユニットの下方に配置され、なおかつ図２〜５に示される本発明のセンサユニット２０が使用可能な、本発明における遺伝子検査装置の一例を図１６〜１８に示す。図１６は遺伝子検査装置９０の外観を示す斜視図であり、同図に示すように、装置筐体９１の上面部にはセンサユニット２０を設置する凹部９２が設けられる。凹部９２はその内部に設置するセンサユニット２０へ作用電極を取り付ける際に、オペレーターの指を緩衝しない大きさに設定する。図１７に示すように、凹部上部には扉９３を取り付けても良い。ここで示した遺伝子検査装置は、制御、データ取得、解析、保存をＰＣと接続して行うことを前提としているので、動作条件の入力装置、データの表示装置などを備えていない。ＰＣまたはＰＣと相当する機能を有するマイコンなどを遺伝子検査装置内に備え、さらには入力装置としてキーパッド、表示装置として液晶画面などを備える構成とすることもできる。図１８は遺伝子検査装置９０の内部斜視図であり、同図に示されるように、光源１３１は、センサユニット２０の作用電極上の各検出スポットに光を照射できるように構成され、XY移動機構１３２によって移動可能に構成される。電流計１３３は、作用電極と対電極との間に流れる電流を測定できるように構成される。光源１３１、XY移動機構１３２および電流計１３３の制御ならびに電流信号の受信は、制御演算部において、インターフェースボード１３４を介して外部コンピューター（図示せず）によって行われる。また、この外部コンピューターは、制御や各種の演算などの処理を行うとともにデータや処理結果を記憶し、その結果を表示装置（図示せず）に表示する。
【００３１】
電解質含有シート
本発明に用いる電解質含有シートは、増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出において電解質媒体として用いられるシート状の電解質含有体である。そして、この電解質含有シートは、含水性基材と、含水性基材中に含有される電解質とを含んでなる。
【００３２】
本発明において電解質は、含水性基材中を自由に移動して増感色素、作用電極、および対電極との間で電子の授受に関与できるものであれば限定されず、幅広い種類の電解質が使用可能である。好ましい電解質は、光照射により励起された色素に電子を供与するための還元剤（電子供与剤）として機能できる物質であり、そのような物質の例としては、ヨウ化ナトリウム（ＮａＩ）、ヨウ化カリウム（ＫＩ）、ヨウ化カルシウム（ＣａＩ２）、ヨウ化リチウム（ＬｉＩ）、ヨウ化アンモニウム（ＮＨ４Ｉ）、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）、亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）、ヒドロキノン、Ｋ４［Ｆｅ（ＣＮ）６］・３Ｈ２Ｏ、フェロセン−１，１’−ジカルボン酸、フェロセンカルボン酸、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、トリエチルアミン、チオシアネートアンモニウム、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン二塩酸塩（ＴＭＰＤ）、Ｌ−アスコルビン酸、亜テルル酸ナトリウム（Ｎａ２ＴｅＯ３）、塩化鉄(II)四水和物（ＦｅＣｌ２・４Ｈ２Ｏ）、ＥＤＴＡ、システイン、トリエタノールアミン、トリプロピルアミン、ヨウ素を含むヨウ化リチウム（Ｉ／ＬｉＩ）、トリス(2-クロロエチル)リン酸塩（ＴＣＥＰ）、ジチオスレイトール（ＤＴＴ）、２−メルカプトエタノール、２−メルカプトエタノールアミン、二酸化チオ尿素、（ＣＯＯＨ）２、ＨＣＨＯ、およびこれらの組合せが挙げられ、より好ましくは、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２、ＬｉＩ、ＮＨ４Ｉ、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）、チオ硫酸ナトリウム（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）、および亜硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ３）、およびこれらの混合物であり、さらに好ましくは、テトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）である。
【００３３】
（１）ゲルシート
本発明の好ましい態様によれば、含水性基材が、天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなるゲルマトリクスであって、該ゲルマトリクス中に前記電解質が分散されてなるのが好ましい。すなわち、この態様にあっては、電解質含有シートはゲルシートとして構成される。そして、電解質媒体としてゲルシートを使用した場合、電解液を用いた場合と比べて、同じ被検物質濃度のサンプルについてより高い検出電流が得られるとともに、より広い被検物質濃度範囲において検出電流の濃度依存性が得られる。すなわち、ゲルシートの使用により、光電流の検出感度および精度を大幅に向上させることができる。
【００３４】
本発明の好ましい態様によれば、ゲルシートは、１００ｇ／ｃｍ２以上のゲル強度を有するのが好ましく、より好ましくは１２０ｇ／ｃｍ２以上であり、さらに好ましくは１５０ｇ／ｃｍ２以上である。このようなゲル強度であると、ゲルシートを単独で取り扱いやすくなるので、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。
【００３５】
本発明のゲルシートの形態としては、作用電極および対電極との良好な密着性が確保されるように各電極との接触部分が平滑平面とされているのが好ましい。したがって、作用電極と対電極との間に挟み込んで使用する場合には、密着性に影響しないように均一な厚みを有する形態とするのが好ましい。一方、作用電極および対電極が同一平面状にパターニングされてなる電極ユニットを使用する場合には、少なくとも電極ユニットと接触する片側面のみが平滑平面とされていればよく、厚さや厚さの均一性は特段問題とならない。
【００３６】
本発明の好ましい態様によれば、ゲルシートは０．１〜１０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．５〜３ｍｍ、さらに好ましくは１〜３ｍｍの厚さを有する。このような厚さであるとゲルシートを単独で取り扱うのに適した強度が得られやすいので、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。また、光電流測定に悪影響を与えることもない。
【００３７】
本発明においてゲルマトリクスは、天然ゲルおよび合成ゲルから選択される少なくとも一種を含んでなり、適度な強度と電極への密着性を示すゲルであれば限定されない。これらのゲルは、一般的なゲルと同様、ゲル化剤が水等の溶媒と共にゲル化することにより形成されることができる。ゲルマトリクス中におけるゲル化剤の濃度は、光電流測定に大きな影響を与えることはないため、単独取り扱いを可能とする強度確保の観点からゲル化剤の種類に応じて適宜決定されてよい。
【００３８】
本発明の好ましい態様によれば、ゲルマトリクスが、多糖類および蛋白質を主成分とする天然ゲルを含んでなるのが好ましい。このような天然ゲルの好ましい例としては、アガロース、アルギン酸、カラギーナン、ローストビーンガム、ジェランガム、ゼラチン、およびそれらの混合物のゲルが挙げられ、より好ましくはアガロースのゲルである。好ましいアガロースの添加量は０．５〜２５重量％である。
【００３９】
本発明の別の好ましい態様によれば、ゲルマトリクスが、合成ゲルを含んでなるのが好ましい。好ましい合成ゲルの例としては、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸ナトリウム、ＰＶＡ添加ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、Ｎ−アルキル変性（メタ）アクリルアミド誘導体、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−（イソ）プロピルアクリルアミド、Ｎ−ブチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシメチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシプロピルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシブチルアクリルアミド、（メタ）アクリル酸、ｔ−ブチル（メタ）アクリルアミドスルホン酸、スルホプロピル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリル酸、イタコン酸、（ポリ）アルキレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、グリセリン（メタ）アクリレート、メチレンビス（メタ）アクリルアミド、エチレンビス（メタ）アクリルアミド、（ポリ）エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、（ポリ）プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、グリセリンジ（メタ）アクリレート、グリセリントリ（メタ）アクリレート、テトラアリロキシエタン、およびそれらの混合物のゲルが挙げられ、より好ましくはポリアクリルアミドのゲルである。
【００４０】
本発明の好ましい態様によれば、本発明のゲルシートは、（１）電解質およびゲル化剤を水に加えて加熱溶解してゲルを作製した後、所望のシート形状に加工する方法、あるいは（２）ゲル化剤のみでゲルを形成して所望のシート形状に加工した後、電解質溶液中に浸漬させてゲル中に電解質を分散させる方法により、製造されることができる。特に、ゲル化剤は使用する電解質との組合せによっては、混合、加熱、あるいは冷却によってゲル化しない場合があり、そのような場合であっても上記（２）の方法によれば、ゲルシートを作製することができる。
【００４１】
（２）吸水性シート
本発明の別の好ましい態様によれば、含水性基材が、吸水性基材であるのが好ましい。すなわち、この態様にあっては、電解質含有シートは吸水性シートとして構成される。そして、電解質媒体として吸水性シートを使用した場合、電解液を使用した場合と同等の検出感度および検出精度が得られる。すなわち、吸水性シートの使用により、光電流を精度よく検出することができる。
【００４２】
本発明の好ましい態様によれば、吸水性シートは、２０％以上の含水率を有するのが好ましく、より好ましくは３０％以上であり、さらに好ましくは４０％以上である。このような含水率であると、光電流を検出した際に高い光電流を検出することができ、検出感度が向上する。含水率は（１ｍｍ３ 辺りの含水量）／（吸水性基材の密度）より求める。なお、ここで言う含水率は光電流を検出する際の吸水性シートの含水率であって、後述するように、保管時に上記含水率を満たしていなくてもよい。
【００４３】
本発明の吸水性シートの形態としては、作用電極および対電極との良好な密着性が確保されるように各電極との接触部分が平滑平面とされているのが好ましい。したがって、作用電極と対電極との間に挟み込んで使用する場合には、密着性に影響しないように均一な厚みを有する形態とするのが好ましい。一方、作用電極および対電極が同一平面状にパターニングされてなる電極ユニットを使用する場合には、少なくとも電極ユニットと接触する片側面のみが平滑平面とされていればよく、厚さや厚さの均一性は特段問題とならない。
【００４４】
本発明の好ましい態様によれば、吸水性シートは０．０１〜１０ｍｍの厚さを有するのが好ましく、より好ましくは０．１〜３ｍｍの厚さを有する。このような厚さであると吸水性シートを単独で取り扱うのに適した強度が得られやすいので、作用電極と対電極の間に容易に挟み込んだり、取り外したりでき、あるいは持ち運んだりすることができ、その結果、センサユニット構造および検出手順を大幅に簡素化できる。また、光電流測定に悪影響を与えることもない。
【００４５】
本発明において吸水性基材は、綿、麻、ウール、絹、セルロースなどの天然繊維；ろ紙、製紙などに用いられるパルプ繊維；レーヨンなどの再生繊維；ろ紙などに用いられるガラス繊維；フェルト、スポンジなどに用いられる合成繊維から選択される少なくとも一種の繊維を含んでなるのが好ましく、適度な強度、含水量、電極への密着性を示す吸水性基材であれば限定されない。なお、本発明の吸水性基材に用いる繊維の加工方法は特定の加工方法に限定されない。
【００４６】
本発明の好ましい態様によれば、吸水性基材の好ましい例としては、ろ紙、メンブレンフィルター、ガラスフィルター、ろ布などが挙げられ、より好ましくはろ紙、メンブレンフィルターである。
【００４７】
本発明の好ましい態様によれば、本発明の電解質含有吸収性シートは、（１）所望のシート形状に加工し、水ベースの電解液に浸漬した後、使用する、あるいは（２）所望のシート形状に加工し、電解液に浸漬し、乾燥させた後、使用直前に水を添加して使用することもできる。
【００４８】
上述のように、ゲルシートおよび吸水性シートのいずれを用いても良好な光電流検出を行うことができるが、作用電極への載置を行う場合の強度の観点からは、吸水性シートを用いることがが好ましい。また、吸水性シートは乾燥状態で電解質を含有させておき、使用時に復水させるといった使い方も可能であるため、保存性にも優れている点においても好ましい。
【００４９】
光電流を用いた被検物質の特異的検出
前述の通り、本発明のセンサユニットは増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるものである。この増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出方法について、以下に具体的に説明する。
【００５０】
この方法にあっては、まず、被検物質を含む試料液と、作用電極と、対電極とを用意する。本発明に用いる作用電極は、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を表面に備えた電極である。すなわち、プローブ物質は、被検物質と直接、特異的に結合する物質のみならず、被検物質を受容体蛋白質分子等の媒介物質に特異的に結合させて得られる結合体と特異的に結合可能な物質であってよい。次いで、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を作用電極に固定させる。増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、被検物質あるいは媒介物質に予め標識させておくか、あるいは被検物質およびプローブ物質の結合体にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には試料液に単に添加すればよい。
【００５１】
そして、作用電極と対電極とをセンサユニット内において電解質含有シートに接触させた後、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させると、光励起された増感色素から電子受容物質へ電子移動が起こる。この電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出することにより、被検物質を高い感度および精度で検出することができる。また、この検出電流は試料液中の被検試料濃度との高い相関関係を有しているので、測定された電流量または電気量に基づき被検試料の定量測定を行うことができる。
【００５２】
（１）被検物質およびプローブ物質
本発明における被検物質としては、特異的な結合性を有する物質であれば限定されず、種々の物質であってよい。このような被検物質であれば、被検物質と直接または間接的に特異的に結合可能なプローブ物質を作用電極表面に担持させておくことにより、被検物質をプローブ物質に直接または間接的に特異的に結合させて検出することが可能となる。
【００５３】
すなわち、本発明にあっては、被検物質およびプローブ物質として互いに特異的に結合可能なものを選択することができる。すなわち、本発明の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、被検物質と特異的に結合する物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、作用電極上に被検物質を直接、特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、一本鎖の核酸および核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸の組合せ、ならびに抗原および抗体の組合せが挙げられる。
【００５４】
本発明のより好ましい態様によれば、被検物質を一本鎖の核酸とし、プローブ物質を核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸とするのが好ましい。プローブ物質は核酸に対して１５ｂｐ以上の相補性部分を有するのがより好ましい。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図１９（ａ）および（ｂ）に示す。これらの図に示されるように、被検物質としての一本鎖の核酸２２１は、作用電極２２３上に担持されたプローブ物質としての相補性を有する一本鎖の核酸２２４とハイブリダイズされて、二本鎖の核酸２２７を形成する。
【００５５】
被検物質としての一本鎖の核酸を含む試料液は、末梢静脈血のような血液、白血球、血清、尿、糞便、精液、唾液、培養細胞、各種臓器細胞のような組織細胞等の、核酸を含有する各種検体試料から、公知の方法により核酸を抽出して作製することができる。このとき、検体試料中の細胞の破壊は、例えば、振とう、超音波等の物理的作用を外部から加えて担体を振動させることにより行なうことができる。また、核酸抽出溶液を用いて、細胞から核酸を遊離させることもできる。核酸溶出溶液の例としては、ＳＤＳ、Ｔｒｉｔｏｎ−Ｘ、Ｔｗｅｅｎ−２０のような界面活性剤、サポニン、ＥＤＴＡ、プロテア−ゼ等を含む溶液が挙げられる。これらの溶液を用いて核酸を溶出する場合、３７℃以上の温度でインキュベ−トすることにより反応を促進することができる。
【００５６】
本発明のより好ましい態様によれば、被検物質とする遺伝子の含有量が微量である場合には、公知の方法により遺伝子を増幅した後検出を行なうのが好ましい。遺伝子を増幅する方法としては、ポリメラ−ゼチェインリアクション（ＰＣＲ）等の酵素を用いる方法が代表的であろう。ここで、遺伝子増幅法に用いられる酵素の例としては、ＤＮＡポリメラ−ゼ、Ｔａｑポリメラ−ゼのようなＤＮＡ依存型ＤＮＡポリメラ−ゼ、ＲＮＡポリメラ−ゼＩのようなＤＮＡ依存型ＲＮＡポリメラ−ゼ、Ｑβレプリカ−ゼのようなＲＮＡ依存型ＲＮＡポリメラ−ゼが挙げられ、好ましくは温度を調節するだけで連続して増幅を繰り返すことができる点で、Ｔａｑポリメラ−ゼを用いるＰＣＲ法である。
【００５７】
本発明の好ましい態様によれば、上記増幅時に特異的に核酸を増感色素で標識することが出来る。一般的には、ＤＮＡにアミノアリル修飾ｄＵＴＰを取り込ませることにより行うことができる。この分子は未修飾の ｄＵＴＰ と同じ効率で取り込まれる。次のカップリング段階において、Ｎ−ヒドロキシサクシンイミド（Ｎ−ｈｙｄｒｏｘｙｓｕｃｃｉｎｉｍｉｄｅ）により活性化された蛍光色素が修飾 ｄＵＴＰ と特異的に反応し、均一に増感色素で標識された被検物質が得られる。
【００５８】
本発明の好ましい態様によれば、上記のようにして得られた核酸の粗抽出液あるいは精製した核酸溶液をまず９０〜９８℃、好ましくは９５℃以上の温度で熱変性を施し、一本鎖核酸を調製することができる。
【００５９】
本発明にあっては、被検物質とプローブ物質が間接的に特異的に結合するものであってもよい。すなわち、本発明の別の好ましい態様によれば、特異的な結合性を有する物質を被検物質とし、この被検物質と特異的に結合する物質を媒介物質として共存させ、この媒介物質と特異的に結合可能な物質をプローブ物質として作用電極に担持させるのが好ましい。これにより、プローブ物質に特異的に結合できない物質であっても、媒介物質を介して作用電極上に間接的に特異的に結合させて検出することができる。この態様における、被検物質、媒介物質、およびプローブ物質の組合せの好ましい例としては、リガンド、このリガンドを受容可能な受容体蛋白質分子、およびこの受容体蛋白質分子と特異的に結合可能な二本鎖の核酸の組合せが挙げられる。リガンドの好ましい例としては、外因性内分泌攪乱物質（環境ホルモン）が挙げられる。外因性内分泌撹乱物質とは、受容体蛋白質分子を介してＤＮＡに結合し、その遺伝子発現に影響して毒性を生じる物質であるが、本発明の方法によれば、被検物質によりもたらされる受容体等のタンパク質のＤＮＡに対する結合性を簡便にモニタリングすることができる。この態様における被検物質の作用電極への特異的結合の工程を図２０に示す。図２０に示されるように、被検物質としてのリガンド２３０は、まず、媒介物質である受容体蛋白質分子２３１に特異的に結合する。そして、リガンドが結合された受容体蛋白質分子２３３が、プローブ物質としての二本鎖の核酸２３４に特異的に結合する。
【００６０】
本発明の好ましい態様によれば、被検物質は二種以上であることができる。本発明の方法によれば、複数の増感色素を用いて、各増感色素毎に異なる励起波長の光を照射することにより、複数種類の被検物質を個別に検出することが可能である。
【００６１】
（２）増感色素
本発明にあっては、被検物質の存在を光電流で検出するために、増感色素の共存下、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させて、該結合により増感色素を作用電極に固定させる。そのために、本発明にあっては、図１９（ａ）および図２０に示されるように被検物質２２１あるいは媒介物質２３１に予め増感色素２２２，２３２で標識しておくことができる。また、図１９（ｂ）に示されるように被検物質およびプローブ物質の結合体２２７（例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸）にインターカレーション可能な増感色素２２８を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより、プローブ物質に増感色素を固定させることができる。
【００６２】
本発明に用いる増感色素は、光励起に応じて作用電極に電子を放出可能な物質であり、光源の照射による光励起状態への遷移が可能であり、かつ励起状態から作用電極に電子注入できる電子状態を採りうるものであればよい。したがって、用いる増感色素は、作用電極、特に電子受容層との間において上記電子状態をとることができるものであればよいことから、多種の増感色素が使用可能であり、高価な色素を使用する必要がない。
【００６３】
増感色素の具体例としては、金属錯体や有機色素が挙げられる。金属錯体の好ましい例としては、銅フタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の金属フタロシアニン；クロロフィルまたはその誘導体；ヘミン、特開平１−２２０３８０ 号公報や特表平５−５０４０２３ 号公報に記載のルテニウム、オスミウム、鉄及び亜鉛の錯体（例えばシス−ジシアネート−ビス（２、２ ’−ビピリジル−４、４ ’−ジカルボキシレート）ルテニウム（ＩＩ））があげられる。有機色素の好ましい例としては、メタルフリーフタロシアニン、９−フェニルキサンテン系色素、シアニン系色素、メタロシアニン系色素、キサンテン系色素、トリフェニルメタン系色素、アクリジン系色素、オキサジン系色素、クマリン系色素、メロシアニン系色素、ロダシアニン系色素、ポリメチン系色素、インジゴ系色素等が挙げられる。増感色素のより好ましい具体例としては、Ｃｙ３、Ｃｙ５、ローダミンが挙げられる。
【００６４】
二本鎖核酸にインターカレーション可能な増感色素の好ましい例としては、アクリジンオレンジ、エチジウムブロマイドが挙げられる。このような増感色素を用いる場合、核酸のハイブリダイゼーション後に試料液に添加するだけで増感色素で標識された二本鎖核酸が形成されるので、予め一本鎖の核酸を標識する必要が無い。
【００６５】
（３）作用電極およびその製造
本発明に用いる作用電極は、上記プローブ物質を表面に備えた電極であり、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電極である。したがって、作用電極の構成および材料は、使用される増感色素との間で上記電子移動が生じるものであれば限定されず、種々の構成および材料であってよい。
【００６６】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極が増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる電子受容層を有し、この電子受容層の表面にプローブ物質が備えられてなるのが好ましい。また、本発明のより好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、この導電性基材上に電子受容層が形成されてなるのが好ましい。この態様の電極は図１９および図２０に示される。図１９および図２０に示される作用電極２２３は、導電性基材２２５と、この導電性基材上に形成され、電子受容物質を含んで成る電子受容層２２６とを備えてなる。そして、電子受容層２２６の表面にプローブ物質が担持される。
【００６７】
本発明における電子受容層は、プローブ物質を介して固定された増感色素が光励起に応じて放出する電子を受容可能な電子受容物質を含んでなる。すなわち、電子受容物質は、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位を取り得る物質であることができる。ここで、光励起された標識色素からの電子注入が可能なエネルギー準位（Ａ）とは、例えば、電子受容性材料として半導体を用いる場合には、伝導帯（コンダクションバンド：ＣＢ）を意味し、電子受容性材料として金属を用いる場合には、フェルミ準位を意味し、電子受容性材料として有機物もしくはＣ６０等の分子状無機物を用いる場合には、最低非占有分子軌道（Ｌｏｗｅｓｔ Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ：ＬＵＭＯ）を意味する。すなわち、本発明に用いる電子受容物質は、このＡの準位が、増感色素のＬＵＭＯのエネルギー準位よりも卑な準位、換言すれば、増感色素のＬＵＭＯのエネルギー準位よりも低いエネルギー準位を有するものであればよい。
【００６８】
電子受容物質の好ましい例としては、シリコン、ゲルマニウムなどの単体半導体；チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の酸化物半導体；チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム等のペロブスカイト型半導体；カドミウム、亜鉛、鉛、銀、アンチモン、ビスマスの硫化物半導体；カドミウム、鉛のセレン化物半導体；カドミウムのテルル化物半導体；亜鉛、ガリウム、インジウム、カドミウム等のリン化物半導体；ガリウムヒ素、銅−インジウム−セレン化物、銅−インジウム−硫化物の化合物半導体；金、白金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、ニッケル等の金属；ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロール等の有機物ポリマー；Ｃ６０、Ｃ７０等の分子状無機物が挙げられ、より好ましくは、シリコン、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｎＯ、Ｎｂ２Ｏ５、チタン酸ストロンチウム、酸化インジウム、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＰｂＳ、Ｂｉ２Ｓ３、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ、Ｃ６０であり、さらに好ましくは、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、チタン酸ストロンチウム、ＣｄＳ、ＰｂＳ、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２であり、最も好ましくはＴｉＯ２である。なお、上記の列挙した半導体は、真性半導体および不純物半導体のいずれであってもよい。
【００６９】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質は半導体であるのが好ましく、より好ましくは酸化物半導体であり、さらに好ましくは金属酸化物半導体であり、最も好ましくはｎ型金属酸化物半導体である。この態様によれば、半導体のバンドギャップの利用により、色素から効率良く電子を取り出すことができる。また、多孔体あるいは表面の凹凸形状といった構造を有する半導体の使用により、表面積の大きい作用電極を作製することができ、プローブ固定化量を増加させることができる。
【００７０】
本発明の好ましい態様によれば、半導体の伝導帯の電位は、増感色素のＬＵＭＯの電位よりも低いことが好ましく、より好ましくは、増感色素のＬＵＭＯ＞半導体の伝導帯＞電解質の酸化還元電位＞増感色素のＨＯＭＯの関係を満たす電位である。このような関係にあることで、効率良く電子を取出すことが可能となる。
【００７１】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体からなる場合、層表面をカチオン化処理しても良い。カチオン化により、プローブ物質（ＤＮＡ，タンパク質など）を高い効率で電子受容層に吸着させることが可能となる。カチオン化は、例えばアミノシランなどのシランカップリング剤、カチオンポリマー、４級アンモニウム化合物、などを電子受容層表面に作用させることにより行うことができる。
【００７２】
また、本発明の別の好ましい態様によれば、電子受容物質として、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）またはフッ素がドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）を用いることができる。ＩＴＯおよびＦＴＯは電子受容層のみならず導電性基材としても機能する性質を有するため、これらの材料を使用することにより導電性基材を用いることなく電子受容層のみで作用電極として機能させることができる。
【００７３】
電子受容物質として半導体または金属を用いる場合、その半導体または金属は単結晶および多結晶のいずれであってもよいが、多結晶体が好ましく、さらに緻密なものよりも多孔性を有するものが好ましい。これにより、比表面積が大きくなり、被検物質および増感色素を多く吸着させて、より高い感度および精度で被検物質を検出することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が多孔性を有しており、各孔の径が３〜１０００ｎｍであるのが好ましく、より好ましくは、１０〜１００ｎｍである。
【００７４】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容層を導電性基材上に形成した状態での表面積は、投影面積に対して１０倍以上であることが好ましく、さらに１００倍以上であることが好ましい。この表面積の上限には特に限定されないが、通常１０００倍程度であろう。電子受容層を構成する電子受容物質の微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で一次粒子として５〜２００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは８〜１００ｎｍであり、さらに好ましくは２０〜６０ｎｍである。また、分散物中の電子受容性物質の微粒子（二次粒子）の平均粒径としては０．０１〜１００μｍであることが好ましい。また、入射光を散乱させて光捕獲率を向上させる目的で、粒子サイズの大きな、例えば３００ｎｍ程度の電子受容物質の微粒子を併用して、電子受容層を形成してもよい。
【００７５】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極が導電性基材をさらに含んでなり、電子受容層が導電性基材上に形成されてなるのが好ましい。本発明に使用可能な導電性基板としては、チタン等の金属のように支持体そのものに導電性があるもののみならず、ガラスもしくはプラスチックの支持体の表面に導電材層を有するものであってよい。この導電材層を有する導電性基板を使用する場合、電子受容層はその導電層上に形成される。導電材層を構成する導電材の例としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属；炭素、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス；およびインジウム−スズ複合酸化物、酸化スズにフッ素をドープしたもの、酸化スズにアンチモンをドープしたもの、酸化亜鉛にガリウムをドープしたもの、または酸化亜鉛にアルミニウムをドープしたもの等の導電性の金属酸化物が挙げられ、より好ましくは、インジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）、酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物（ＦＴＯ）である。ただし、前述した通り、電子受容層自体が導電性基材としても機能する場合にあっては導電性基材は省略可能である。また、本発明において、導電性基材は、導電性を確保できる材料であれば限定されず、それ自体では支持体としての強度を有しない薄膜状またはスポット状の導電材層も包含するものとする。
【００７６】
本発明の好ましい態様によれば、導電性基材が実質的に透明、具体的には、光の透過率が１０％以上であるのが好ましく、より好ましくは５０％以上であり、さらに好ましくは７０％以上である。また、本発明の好ましい態様によれば、導電材層の厚みは、０．０２〜１０μｍ程度であるのが好ましい。さらに、本発明の好ましい態様によれば、導電性基材の表面抵抗が１００Ω／ｃｍ２以下であり、さらに好ましくは４０Ω／ｃｍ２以下であるのが好ましい。導電性基材の表面抵抗の下限は特に限定されないが、通常０．１Ω／ｃｍ２程度であろう。
【００７７】
導電性基材上への電子受容層の好ましい形成方法の例としては、電子受容物質の分散液またはコロイド溶液を導電性支持体上に塗布する方法、半導体微粒子の前駆体を導電性支持体上に塗布し空気中の水分によって加水分解して微粒子膜を得る方法（ゾル−ゲル法）、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、蒸着法などが挙げられる。電子受容物質としての半導体微粒子の分散液を作成する方法としては、前述のゾル−ゲル法の他、乳鉢ですり潰す方法、ミルを使って粉砕しながら分散する方法、あるいは半導体を合成する際に溶媒中で微粒子として析出させそのまま使用する方法等が挙げられる。このときの分散媒としては水または各種の有機溶媒（例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジクロロメタン、アセトン、アセトニトリル、酢酸エチル等）が挙げられる。分散の際、必要に応じてポリマー、界面活性剤、酸、もしくはキレート剤などを分散助剤として使用してもよい。
【００７８】
電子受容物質の分散液またはコロイド溶液の塗布方法の好ましい例としては、アプリケーション系としてローラ法、ディップ法、メータリング系としてエアーナイフ法、ブレード法等、またアプリケーションとメータリングを同一部分でできるものとして、特公昭５８−４５８９号公報に開示されているワイヤーバー法、米国特許２６８１２９４号、同２７６１４１９号、同２７６１７９１号等に記載のスライドホッパ法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法が挙げられる。
【００７９】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容層が半導体微粒子からなる場合、電子受容層の膜厚が０．１〜２００μｍであるのが好ましく、より好ましくは０．１〜１００μｍであり、さらに好ましくは１〜３０μｍ、最も好ましくは２〜２５μｍである。これにより、単位投影面積当たりのプローブ物質および固定される増感色素量を増加して光電流量を多くするとともに、電荷再結合による生成した電子の損失をも低減することができる。また、導電性基材１ｍ２当たりの半導体微粒子の塗布量は０．５〜４００ｇであるのが好ましく、より好ましくは５〜１００ｇである。
【００８０】
本発明の好ましい態様によれば、電子受容物質がインジウム−スズ複合酸化物（ＩＴＯ）または酸化スズにフッ素をドープした金属酸化物（ＦＴＯ）を含んでなる場合、電子受容層の膜厚が１ｎｍ以上であるのが好ましく、より好ましくは１０ｎｍ〜１μｍである。
【００８１】
本発明の好ましい態様によれば、半導体微粒子を導電性基材上に塗布した後に加熱処理を施すのが好ましい。これにより、粒子同士を電気的に接触させ、また、塗膜強度の向上や支持体との密着性を向上させることができる。好ましい加熱処理温度は、４０〜７００℃であり、より好ましくは１００〜６００℃である。また、好ましい加熱処理時間は１０分〜１０時間程度である。
【００８２】
また、本発明の別の好ましい態様によれば、ポリマーフィルムなど融点や軟化点の低い導電性基材を用いる場合にあっては、熱による劣化を防止するため、高温処理を用いない方法により膜形成を行うのが好ましく、そのような膜形成方法の例として、プレス、低温加熱、電子線照射、マイクロ波照射、電気泳動、スパッタリング、ＣＶＤ、ＰＶＤ、蒸着等の方法が挙げられる。
【００８３】
こうして得られた作用電極の電子受容層の表面にはプローブ物質が担持される。作用電極へのプローブ物質の担持は公知の方法に従い行うことができる。本発明の好ましい態様によれば、プローブ物質として一本鎖の核酸を用いる場合には、作用電極表面に酸化層を形成させておき、この酸化層を介して核酸プロ−ブと作用電極とを結合させることにより行うことができる。このとき、核酸プローブの作用電極への固定化は、核酸の末端に官能基を導入することにより行うことができる。これにより、官能基が導入された核酸プロ−ブはそのまま固定化反応により担体上に固定化されることができる。核酸末端への官能基の導入は、酵素反応もしくはＤＮＡ合成機を用いて行なうことができる。酵素反応において用いられる酵素としては、例えば、タ−ミナルデオキシヌクレオチジルトランスフェラ−ゼ、ポリＡポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドカイネ−ス、ＤＮＡポリメラ−ゼ、ポリヌクレオチドアデニルトランスフェラ−ゼ、ＲＮＡリガ−ゼを挙げることができる。また、ポリメラ−ゼチェインリアクション（ＰＣＲ法）、ニックトランスレ−ション、ランダムプライマ−法により官能基を導入することもできる。官能基は、核酸のどの部分に導入されてもよく、３’末端、５’末端もしくはランダムな位置に導入することができる。
【００８４】
本発明の好ましい態様によれば、核酸プローブの作用電極への固定化のため官能基として、アミン、カルボン酸、スルホン酸、チオール、水酸基、リン酸等が好適に使用できる。また、本発明の好ましい態様によれば、拡散プローブを作用電極に強固に固定化するためには、作用電極と拡散プローブの間を架橋する材料を使用することも可能である。そのような架橋材料の好ましい例としては、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤や、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性ポリマーが挙げられる。
【００８５】
本発明の好ましい態様によれば、核酸プロ−ブの固定化を物理吸着という、より簡単な作で効率よく行うことも可能である。電極表面への核酸プロ−ブの物理吸着は、例えば、以下のように行なうことができる。まず、電極表面を、超音波洗浄器を用いて蒸留水およびアルコ−ルで洗浄する。その後、電極を核酸プロ−ブを含有する緩衝液に挿入して核酸プロ−ブを担体表面に吸着させる。
【００８６】
また、核酸プローブの吸着後、ブロッキング剤を添加することにより、非特異的な吸着を抑制することができる。使用可能なブロッキング剤としては、核酸プローブが吸着していない電子受容層表面のサイトを埋めることができ、かつ電子受容物質に対して化学吸着あるいは物理吸着等により吸着可能な物質であれば限定されないが、好ましくは化学結合を介して吸着可能な官能基を有する物質である。例えば、酸化チタンを電子受容層として用いる場合における好ましいブロッキング剤の例としては、カルボン酸基、リン酸基、スルホン酸基、水酸基、アミノ基、ピリジル基、アミド等の酸化チタンに吸着可能な官能基を有する物質が挙げられる。
【００８７】
本発明の好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が互いに分離された複数の領域毎に区分されて担持されてなり、光源による光照射が各領域に対して個別に行われるのが好ましい。これにより、複数の試料を一枚の作用電極上で測定することができるので、ＤＮＡチップの集積化等が可能となる。本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上にプローブ物質が担持された、互いに分離された複数の領域がパターニングされており、光源から照射される光でスキャニングしながら、各領域の試料について被検物質の検出または定量を一度の操作で連続的に行うことが好ましい。
【００８８】
本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域に複数種類のプローブ物質を担持させることができる。これにより、領域の個数に、各領域毎のプローブ物質の種類数を乗じた数の、多数のサンプルの測定を同時に行うことができる。
【００８９】
本発明のより好ましい態様によれば、作用電極上の互いに分離された複数の領域の各領域毎に異なるプローブ物質を担持させることができる。これにより、区分された領域の数に相当する種類数のプローブ物質を担持させることができるので、多種類の被検物質の測定を同時に行うことができる。この態様は、各領域毎に異なる被検物質の分析が可能なため、一塩基多型の解析（ＳＮＰｓ）の多項目解析に好ましく利用することができる。
【００９０】
（４）対電極
本発明に用いる対電極は、電解液に接触させた場合に作用電極との間に電流が流れることができるものであれば特に限定されず、金属もしくは導電性の酸化物を蒸着したガラス、プラスチック、セラミックス等が使用可能である。また、対電極としての金属薄膜を５μｍ以下、好ましくは３ｎｍ〜３μｍの範囲の膜厚になるように、蒸着やスパッタリングなどの方法により形成して作成することもできる。対電極に使用可能な材料の好ましい例としては、白金、金、パラジウム、ニッケル、カーボン、ポリチオフェン等の導電性ポリマー、酸化物、炭化物、窒化物等の導電性セラミックス等が挙げられ、より好ましくは、白金、カーボンであり、最も好ましくは白金である。これらの材料は電子受容層の形成方法と同様の方法により薄膜形成が可能である。
【００９１】
（６）測定方法
本発明のセンサユニットを用いた測定方法にあっては、先ず、増感色素の共存下、試料液を作用電極に接触させて、プローブ物質に被検物質を直接または間接的に特異的に結合させ、この結合により増感色素を前記作用電極に固定させる。
【００９２】
本発明の好ましい態様によれば、増感色素で予め標識された一本鎖の核酸を被検物質とする場合、プローブ物質である一本鎖核酸との間でハイブリダイゼーション反応を行なうことができる。ハイブリダイゼーション反応の好ましい温度は３７〜７２℃の範囲であるが、その最適温度は使用するプロ−ブの塩基配列や長さ等により異なる。
【００９３】
本発明の別の好ましい態様によれば、被検物質およびプローブ物質の結合体（例えばハイブリダイゼーション後の二本鎖核酸）にインターカレーション可能な増感色素を用いる場合には、試料液に増感色素を添加することにより結合体を特異的に増感色素で標識することができる。
【００９４】
こうして被検物質が増感色素と共に固定された作用電極を、対電極と共に電解液に接触させ、作用電極に光を照射して増感色素を光励起させ、光励起された増感色素から作用電極への電子移動に起因して作用電極と対電極との間に流れる光電流を検出する。その際のセンサユニットとして、本発明の電解質含有シートを用いたセンサユニットを使用する。
【００９５】
本発明の好ましい態様によれば、互いに異なる光波長で励起可能な二種以上の増感色素を用いて複数種類の被検物質を個別に検出する場合、光源から波長選択手段を介して特定波長の光を照射することにより、複数の色素を個別に励起することが可能である。波長選択手段の例としては、分光器、色ガラスフィルター、干渉フィルター、バンドパスフィルター等が挙げられる。また、増感色素の種類に応じて異なる波長の光を照射可能な複数の光源を用いてもよく、この場合の好ましい光源の例としては、特定波長の光が照射されるレーザー光やＬＥＤを用いてもよい。また、作用極に光を効率よく照射するため、石英、ガラス、液体ライトガイドを用いて導光してもよい。
【００９６】
光照射により系内を流れる光電流は電流計により測定される。これにより、被検物質を検出することができる。その際の電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量を反映する。例えば、被検物質が核酸の場合、相補性のある核酸間で形成された二本鎖の量が、電流値となり反映される。したがって、得られた電流値から被検物質を定量することができる。したがって、本発明の好ましい態様によれば、電流計が、得られた電流量または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出する手段をさらに備えてなるのが好ましい。
【００９７】
本発明の好ましい態様によれば、光電流を検出する工程が、電流値を測定し、得られた電流値または電気量から試料液中の被検物質濃度を算出することができる。この被検物質濃度の算出は、予め作成された被検物質濃度と電流値または電気量との検量線と、得られた電流値または電気量とを対比することにより行うことができる。本発明の方法にあっては、電流値は作用電極上にトラップされた増感色素の量が反映されるので、被検物質濃度に対応した正確な電流値が得られるため、定量測定に適する。
【００９８】
本発明の別の好ましい態様によれば、予め増感色素で標識された被検物質を競合物質として用いて、増感色素で標識されていない、プローブ物質に特異的に結合可能な第二の被検物質を定量することができる。第二の被検物質はプローブ物質に標識済被検物質よりも特異的に結合しやすい性質を有するのが好ましい。これら二種類の被検物質を競合させてプローブ物質に特異的に結合させると、検出される電流値と第二の被検物質の濃度との間に相関関係が得られる。つまり、色素標識されていない第二の被検物質の数が増加するにつれ、プローブ物質に特異的に結合する競合物質の数が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。したがって、増感色素で標識されていない第二の被検物質の検出および定量が可能となる。
【００９９】
本発明のより好ましい態様によれば、被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体であるのが好ましい。この態様における被検物質および第二の被検物質のプローブ物質への固定化工程を図２１に示す。図２１に示されるように、増感色素で標識された抗原２４１と、色素標識されていない抗原２４２とが競合して抗体２４３に特異的に結合する。したがって、色素標識されていない抗原２４２が増加するにつれ、抗体に特異的に結合する色素標識された抗原２４１が減少するため、第二の被検物質濃度の増加につれて、検出電流値が減少する検量線を得ることができる。
【実施例】
【０１００】
例１：図１６の装置を使用した一塩基多型（ＳＮＰｓ）検出
本例では、ｐ５３遺伝子の一塩基多型の検出を行った。作用電極側に完全一致プローブ、一塩基変異鎖プローブ、および完全不一致プローブを固定化した。それぞれの塩基配列は下記の通りとした。
完全一致（ＰＭ）プローブ： 5'-AGGATGGGCCTCAGGTTCATGCCGC-3'（配列番号１）
一塩基変異鎖（ＳＮＰ）プローブ： 5'-AGGATGGGCCTCCGGTTCATGCCGC-3'（配列番号２）
完全不一致（ＭＭ）プローブ： 5'-GCGGCATGAACCGGAGGCCCATCCT-3'（配列番号３）
【０１０１】
これらのプローブとハイブリダイゼーションさせるターゲットＤＮＡの塩基配列は下記の通りとした。
ターゲットＤＮＡ： 5'-ローダミン-GCGGCATGAACCTGAGGCCCATCCT-3'（配列番号４）
【０１０２】
作用電極用のガラス基材として、フッ素をドープした酸化スズ（F-SnO2：FTO）コートガラス（エイアイ特殊硝子社製、U膜、シート抵抗：12Ω/□、形状：50mm×26mm）を用意した。このガラス基材をアセトン中で15分間、続いて超純水中で15分間超音波洗浄を施して、汚れおよび残存有機物の除去を行った。このガラス基材を5Mの水酸化ナトリウム水溶液中で15分間振盪させた。その後、水酸化ナトリウムの除去のために超純水中での5分間の振盪を水を入れ替えて3回行った。ガラス基材を取り出して空気を吹き付けて残水を飛散させた後、ガラス基材を無水メタノールに浸漬させて脱水した。
【０１０３】
5wt/vol%となるように超純水を添加したメタノールを溶媒として、3-アミノプロピルトリメトキシシラン（APTMS）を2vol%となるように加え、室温下で5分間の攪拌を行って、カップリング処理用の溶を調製した。このカップリング処理用溶液に上記ガラス基材を浸漬させ、ゆっくりと15分間振盪させた。次いで、ガラス基材を取り出し、メタノール中で10回ほど振盪させて余剰なカップリング処理用溶液を除く操作を、メタノールを3回換えて行った。その後、ガラス基材を110℃で30分間保持してカップリング剤をガラス基材に結合させた。ガラス基材を室温下で冷却した後、直径3mmの大きさの開口部が9スポット形成された粘着性シール（厚さ：0.5mm）を載置して密着させた。続いて、1μMに調製した完全一致鎖、一塩基変異鎖、完全不一致鎖のプローブDNA（２５mer）を95℃で10分間保持した後、直ちに氷上に移して10分間保持してDNAを変性させた。この変性DNAを先に用意したガラス上のシールの9開口部に5μlずつ充填し、95℃で10分保持して溶媒を蒸発させた。その後、UVクロスリンカー（UVP社CL-1000型）で120mJの紫外光を照射して、プローブDNAをガラス基材に固定化した（各プローブにつき、３スポットずつ固定化）。シールをガラス基材から剥がし、ガラス基材を0.2wt/vol％SDS溶液中で15分間×3回振盪させ、超純水を３回入れ替えて濯いだ。このガラス基材を沸騰水に2分間浸漬させて取り出した後、空気を吹き付けて残水を飛散させた。続いて、ガラス基材を4℃の無水エタノールに1分間浸漬させて脱水し、空気を吹き付けて残留エタノールを飛散させた。こうして、プローブＤＮＡ固定化作用電極を得た。その後、濃度を１００nＭに調製したターゲットDNAを含む5×SSC、0.5wt/vol％SDS溶液を、プローブを固定した電極にのせてカバーガラスで密閉した状態で37℃で10時間保温した。その後、２×SSC（室温）中でカバーガラスを剥がし、電極をラックに立て、４０℃に設定した2×SSC/0.2wt/vol％SDS溶液中に３０分間振とうさせた後、水ですすぎ電極を乾燥させた。
【０１０４】
こうして得られた作用電極２１を図２に示したセンサユニット２０に取り付けた。作用電極２１の上に電解質含有シート２６を載置し、蓋部を閉じ、対電極２５の導電面が電解質含有シート２６と接触するようにした。電解質含有シートに用いる吸水性シートとしてろ紙を用いた。電解質としてはテトラプロピルアンモニウムヨージド（ＮＰｒ４Ｉ）を用い（濃度は０．４Ｍ）、これを水に溶解して電解液を作製し、26mm×20mmに切った厚さ0.9mmのろ紙を浸漬させて、軽く水切りをし、電解質含有シートを得た。
【０１０５】
センサユニット下部、XYステージに取り付けた光源を作用電極上のプローブDNA固定化スポットに順次照射した。各スポット照射時に観察される光電流を記録した。また、各スポットに対応するセンサユニットの各開口部の間で一時的に停止し、作用電極に光が照射されない時間を設定する。この時観察される電流値をベース電流値とする。各スポット由来の光電流値とその直前または直後のベース電流値との差分を観察値とした。
【０１０６】
結果を図２２に示す。図２２は各スポット由来電流とベース電流の差分を、各プローブＤＮＡについてまとめたものであり、平均および標準偏差（エラーバーは±１ＳＤ）を示している。図２２から明らかなように、一塩基の違い（ＰＭとＳＮＰｓで観察される電流値の差）を統計学的に有意に分別することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】一般的に用いられる蛍光検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明によるセンサユニットの一例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図４】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図５】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図６】本発明による位置決め部材（支持部材およぶ付勢部材）と作用電極の配置の例を示す斜視図である。
【図７】本発明によるセンサユニットの一例を示す断面図である。
【図８】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す分解斜視図である。
【図９】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】本発明によるセンサユニットの一例を示す拡大図である。
【図１２】本発明によるセンサユニットの他の一例を示す分解斜視図である。
【図１３】本発明によるセンサチップケースと作用電極の一例を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明によるセンサチップケースと作用電極の他の一例を示す分解斜視図である。
【図１５】本発明による測定装置の基本構成を示す概念図である。
【図１６】本発明による下部光源型の遺伝子検査装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１７】本発明による下部光源型の遺伝子検査装置の一例を示す外観斜視図である。
【図１８】図１１、１２に示される装置の内部構成を示す斜視図である。
【図１９】被検物質が一本鎖の核酸であり、プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図であり、（ａ）は被検物質が予め増感色素で標識されてなる場合を、（ｂ）は二本鎖の核酸にインターカレーション可能な増感色素を添加した場合をそれぞれ示す。
【図２０】被検物質がリガンドであり、媒介物質が受容体蛋白質分子であり、プローブ物質が二本鎖の核酸である場合における、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。
【図２１】互いに競合する特異的結合性を有する被検物質および第二の被検物質が抗原であり、プローブ物質が抗体である場合の、被検物質のプローブ物質への固定化工程を示す図である。
【図２２】例１において得られた、各スポット由来電流とベース電流の差分を、各プローブＤＮＡについて整理した図であり、平均および標準偏差（エラーバーは±１ＳＤ）を示している。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットであって、
作用電極と、
前記作用電極が所定の位置に着脱可能に固定されるための位置決め部材を備えてなるベースプレートと、
対電極と、
前記作用電極と対向する位置に前記対電極を備えた蓋部とを備えてなり、
被検物質の特異的検出が、電解質含有シートを前記作用電極と対電極との間に挟持させて行われるセンサユニット。
【請求項２】
前記ベースプレートが、作用電極に光励起のための光を通すための開口部または透光部を備える請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記作用電極が複数の検出スポットを有しており、前記ベースプレートの、前記複数の検出スポットに対応する各位置に前記開口部または透光部が形成されてなる、請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記蓋部が、前記作用電極との電気的接点を備え、
前記ベースプレートが、前記対電極との電気的接点を備え、
蓋部をベースプレート方向に押しつけることによって、前記電気的接点がそれぞれ前記作用電極および前記対電極と接触することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記位置決め部材が、支持部材と、前記支持部材の方向に前記作用電極を付勢する付勢部材とからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項６】
前記作用電極が、センサチップケースに取り付けられており、前記センサチップケースには、前記作用電極が所定の位置に保持されるための、窪み部および突起部の少なくともいずれか一方と、前記位置決め部材を通すための開口部とを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項７】
前記光電流を用いた被検物質の特異的検出が、
被検物質が直接または間接的に特異的に結合したプローブ物質を表面に備え、かつ該結合により増感色素が固定されてなる作用電極と、対電極とを前記電解質含有シートに接触させ、
前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出することを含んでなるステップにより行われる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項８】
前記被検物質が一本鎖の核酸であり、前記プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項９】
前記被検物質が抗原であり、前記プローブ物質が前記抗原に対して特異的な結合を有する抗体である、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項１０】
前記プローブ物質に前記被検物質を結合させる手段が、増感色素の共存下、被検物質を含む試料液を作用電極に接触させることであり、更に前記試料液が、予め前記増感色素で標識されてなる、前記被検物質と特異的に結合可能な媒介物質をさらに含んでなり、該媒介物質と前記被検物質との結合物が前記プローブ物質に特異的に結合する、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項１１】
前記被検物質がリガンドであり、前記媒介物質が受容体蛋白質分子であり、前記プローブ物質が二本鎖の核酸である、請求項１０に記載のセンサユニット。
【請求項１２】
前記被検物質が外因性内分泌攪乱物質である、請求項９または１０に記載のセンサユニット。
【請求項１３】
増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載されるセンサユニットと、
前記作用電極に前記ベースプレートの開口部または透光部を通過して光を照射する光源と、
前記光源をXY方向に移動させるXY移動機構と、
前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と、
前記光源、前記XY移動機構、および電流計を制御し、前記電流計からの電流信号を受信し、該電気信号に基づいて被検物質の存在、型、および濃度の少なくとも一種を決定する制御演算手段とを備えた装置。
【請求項１４】
前記測定装置が、前記制御演算手段で得られた結果を表示する表示装置をさらに備えてなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記測定装置が、測定のための条件の入力が行われる入力装置をさらに備えてなる、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１】
増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられるセンサユニットであって、
作用電極と、
前記作用電極が所定の位置に着脱可能に固定されるための位置決め部材を備えてなるベースプレートと、
対電極と、
前記作用電極と対向する位置に前記対電極を備えた蓋部とを備えてなり、
被検物質の特異的検出が、電解質含有シートを前記作用電極と対電極との間に挟持させて行われるセンサユニット。
【請求項２】
前記ベースプレートが、作用電極に光励起のための光を通すための開口部または透光部を備える請求項１に記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記作用電極が複数の検出スポットを有しており、前記ベースプレートの、前記複数の検出スポットに対応する各位置に前記開口部または透光部が形成されてなる、請求項２に記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記蓋部が、前記作用電極との電気的接点を備え、
前記ベースプレートが、前記対電極との電気的接点を備え、
蓋部をベースプレート方向に押しつけることによって、前記電気的接点がそれぞれ前記作用電極および前記対電極と接触することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項５】
前記位置決め部材が、支持部材と、前記支持部材の方向に前記作用電極を付勢する付勢部材とからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項６】
前記作用電極が、センサチップケースに取り付けられており、前記センサチップケースには、前記作用電極が所定の位置に保持されるための、窪み部および突起部の少なくともいずれか一方と、前記位置決め部材を通すための開口部とを有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項７】
前記光電流を用いた被検物質の特異的検出が、
被検物質が直接または間接的に特異的に結合したプローブ物質を表面に備え、かつ該結合により増感色素が固定されてなる作用電極と、対電極とを前記電解質含有シートに接触させ、
前記作用電極に光を照射して前記増感色素を光励起させ、該光励起された増感色素から前記作用電極への電子移動に起因して前記作用電極と前記対電極との間に流れる光電流を検出することを含んでなるステップにより行われる、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセンサユニット。
【請求項８】
前記被検物質が一本鎖の核酸であり、前記プローブ物質が前記核酸に対して相補性を有する一本鎖の核酸である、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項９】
前記被検物質が抗原であり、前記プローブ物質が前記抗原に対して特異的な結合を有する抗体である、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項１０】
前記プローブ物質に前記被検物質を結合させる手段が、増感色素の共存下、被検物質を含む試料液を作用電極に接触させることであり、更に前記試料液が、予め前記増感色素で標識されてなる、前記被検物質と特異的に結合可能な媒介物質をさらに含んでなり、該媒介物質と前記被検物質との結合物が前記プローブ物質に特異的に結合する、請求項７に記載のセンサユニット。
【請求項１１】
前記被検物質がリガンドであり、前記媒介物質が受容体蛋白質分子であり、前記プローブ物質が二本鎖の核酸である、請求項１０に記載のセンサユニット。
【請求項１２】
前記被検物質が外因性内分泌攪乱物質である、請求項９または１０に記載のセンサユニット。
【請求項１３】
増感色素の光励起により生じる光電流を用いた被検物質の特異的検出に用いられる測定装置であって、
請求項１〜６のいずれか一項に記載されるセンサユニットと、
前記作用電極に前記ベースプレートの開口部または透光部を通過して光を照射する光源と、
前記光源をXY方向に移動させるXY移動機構と、
前記作用電極と前記対電極との間を流れる電流を測定する電流計と、
前記光源、前記XY移動機構、および電流計を制御し、前記電流計からの電流信号を受信し、該電気信号に基づいて被検物質の存在、型、および濃度の少なくとも一種を決定する制御演算手段とを備えた装置。
【請求項１４】
前記測定装置が、前記制御演算手段で得られた結果を表示する表示装置をさらに備えてなる、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記測定装置が、測定のための条件の入力が行われる入力装置をさらに備えてなる、請求項１３または１４に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００９−１８６４５３（Ｐ２００９−１８６４５３Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７２２０１（Ｐ２００８−１７２２０１）
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１日（２００８．７．１）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]