検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法
【課題】
被検物質の検出感度が向上した、検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備えるものである。また、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出する検出装置であって、上記検査チップを、受入可能に構成された検査チップ受入部と、前記検査チップ受入部に挿入された前記検査チップ内の被検物質に修飾している修飾物質を光励起する光源と、前記光源での光励起により、修飾物質で修飾された被検物質から流れる電流を測定する電流測定部とを備えるものである。
被検物質の検出感度が向上した、検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備えるものである。また、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出する検出装置であって、上記検査チップを、受入可能に構成された検査チップ受入部と、前記検査チップ受入部に挿入された前記検査チップ内の被検物質に修飾している修飾物質を光励起する光源と、前記光源での光励起により、修飾物質で修飾された被検物質から流れる電流を測定する電流測定部とを備えるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物質を修飾している修飾物質の光励起により生じる電流を用いて、被検物質を検出する検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
疾病の臨床検査や診断では、生体試料中に含まれる疾病由来の遺伝子やタンパク質などを、遺伝子検出法や免疫学的検出法で検出している。具体的には、イムノクロマト法、ラテックス凝集法、酵素免疫法、化学発光免疫法および遺伝子増幅ＰＣＲ法などが挙げられる。しかしながら、これらの検出方法は簡易性、迅速性、およびコストのいずれかの観点から、改善の余地がある。
そこで、増感色素の光励起により生じる電流を、被検物質の検出に利用する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法はまず、電極上に半導体層を形成し、この半導体層上に被検物質と結合可能なプローブを固定する。次に、増感色素で修飾された被検物質をプローブ物質で捕捉した後、増感色素を励起させる光を、被検物質を修飾している増感色素に照射する。この結果、被検物質を修飾している増感色素から電子が発生し、発生した電子が半導体層に受容されることに起因して生じる電流を検出する。ここではシランカップリング剤などの架橋剤を用いて、プローブを半導体層上に固定させている。
しかしながら、シランカップリング剤は導電性が低く、電流の検出効率を低下させてしまうため、被検物質の検出感度が低いという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７/０３７３４１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検物質の検出感度が向上した、検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法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】
【０００５】
本発明の第１の局面による検査チップは、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備えている。
【０００６】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記金属層は電解液によって溶解される金属からなることが好ましい。なお、電解液はゲル状あるいは固体の電解質媒体であってもよい。
【０００７】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記電解液としてはヨウ素またはヨウ化物を含むものが好ましい。
【０００８】
本発明の第1の局面による検査チップにおいて、前記金属層は前記プローブと化学吸着するものが好ましい。
【０００９】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記チオール基が化学吸着する金属としては、金、白金、銀、パラジウム、ニッケル、水銀、ロジウム、ルテニウム、銅またはそれらの合金などが例示できる。これらのうち、電解質媒体中での安定性や、チオール基との反応性を勘案した場合、好ましいのは金である。
【００１０】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記プローブは前記金属層と化学吸着する結合基を有すればよく、チオール基、ヒドロキシル基、燐酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、スルホン酸基、アミノ基の中から選ばれた少なくとも1つの結合基を有すればよい。この中で金との反応性を勘案した場合、特に好ましいのはチオール基である。
【００１１】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記金属層は、蒸着、スパッタリング、インプリント、スクリーン印刷、めっき処理またはゾルゲル法などの処理により、前記半導体層上に形成される。特に半導体層上に薄膜を形成する際の簡便性、膜厚の制御性などを勘案した場合、特に好ましいのは蒸着またはスパッタリングである。
【００１２】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記プローブは核酸、タンパク質、またはペプチドが例示できる。
【００１３】
本発明の第２の局面による検出装置は、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、前記金属層上に固定された、被検物質を捕捉するプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップを、受入可能に構成された検査チップ受入部と、前記検査チップ受入部に挿入された前記検査チップ内の被検物質に修飾している修飾物質を光励起する光源と、前記光源での光励起により修飾物質で修飾された被検物質から流れる電流を測定する電流測定部と、を備えたものである。
【００１４】
本発明の第２の局面による検出装置において、前記光源は、被検物質に修飾している修飾物質を励起する波長の光を発生するものである。
【００１５】
本発明の第３の局面による被検物質の特異的検出方法は、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップに被検物質を含む試料を適用することにより、前記金属層上に固定された前記プローブで被検物質を捕捉する工程と、被検物質に修飾している修飾物質に修飾物質を励起する光を照射する工程と、励起された修飾物質から生じる電流を検出する工程と、を含む被検物質の特異的検出方法である。
【００１６】
本発明の第３の局面による被検物質の特異的検出方法において、前記半導体電極部と前記対極部との間に電流を流すための電解質媒体を添加する工程をさらに含むものである。
【００１７】
本発明の第３の局面による被検物質の特異的検出方法においては、前記電解質媒体は、前記金属層を溶解させる電解質と有機溶媒とを含むものである。
また前記電解質としては、ヨウ素またはヨウ化物が好ましい。ヨウ素またはヨウ化物は、電解質と金属層を溶解させる物質（エッチャント）とを兼用することができる。このため、エッチャントと電解質とが別々の物質で構成される場合と比較して、電極部との不要な反応が起こりにくくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の検査チップ、被検物質検出装置または被検物質の特異的検出方法を用いれば、被検物質の検出感度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態である検出装置１の斜視図である。
【図２】検出装置１のブロック図である。
【図３】検出装置１で使用する検査チップ４の斜視図である。
【図４】検査チップ４の半導体電極部１５を有する上部プレートを示す斜視図である。
【図５】検査チップ４の対極部１６を有する下部プレートを示す斜視図である。
【図６】上基板１３をはずしたときの検査チップ４の斜視図である。
【図７】検査チップ４の構成を示す断面図である。
【図８】検査チップ４の半導体電極部１５および対極部１８の構成を示す模式図である。
【図９】ユーザーによる検体を検査チップ４に注入する方法を示すフローチャートである。
【図１０】検出装置１の検出動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】ハイブリダイゼーション反応時と電解液添加時における半導体電極部１５の模式図である。
【図１２】実施例１および比較例１の測定により得られた光電流値を示すグラフである。
【図１３】実施例２および比較例２で検出された光電流値のグラフである。
【図１４】実施例２および比較例２において得られたデータのうち、修飾物質由来の電流値を示したグラフである。
【図１５】実施例３および比較例３、比較例４において検出された光電流値のグラフである。
【図１６】実施例４、比較例５および比較例６において検出された光電流値のグラフである。
【図１７】実施例５において検出された各膜厚におけるＳ／Ｎ比のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき、本発明の最良の実施形態について説明するが、本発明は後述する実施形態に限定して解釈されるものではない。
【００２１】
〔検出装置の構成〕
図１は本発明の一実施形態に係る検出装置を示す斜視図である。この検出装置は、生体細胞から採取され、または人工的に合成された、核酸やタンパク質、ペプチド等の特異的結合性を有する被検物質を検出するものである。この検出装置１は、例えば子宮頸癌の原因ウィルスであるヒトパピローマウィルス（以下、ＨＰＶという）のｍＲＮＡを検体試料中から検出することができる。
本実施形態の検出装置１は、検査チップ４が挿入されるチップ受入部３と、検出結果を表示するディスプレイ２とを備えている。また、検査チップ４は、試料注入口１１を備えている。
この検査チップ４は、使い捨てのＨＰＶ検出用のチップであり、検出装置１のチップ受入部３に挿入される。検査チップ４は、試料注入口１１から検体試料を注入することで、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾されたＨＰＶのｍＲＮＡを捕捉する機能を有している。
【００２２】
図２は検出装置１の構成を示すブロック図である。検出装置１は、光源５と、電流計６と、電源３２と、Ａ／Ｄ変換部７と、制御部８と、ディスプレイ２とを備えている。
光源５は、検査チップ４で捕捉されたＨＰＶのｍＲＮＡを修飾している修飾物質に光を照射し、修飾物質を励起させる。電流計６は、励起された修飾物質から生じる電子に起因して流れる電流を測定する。電源３２は、検査チップ４に設けられた電極に対して所定の電位を印加する。Ａ／Ｄ変換部７は、電流計６によって測定された電流値をデジタル変換する。制御部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等から構成され、光源５、電流計６およびディスプレイ２の動作を制御する。また制御部８は、Ａ／Ｄ変換部７でデジタル変換された電流値により、予め作成された電流値とＨＰＶ量の関係を示す検量線に基づき、検体試料中のＨＰＶ量を概算する。ディスプレイ２は、制御部８で概算された検体試料中のＨＰＶ量を表示する。
【００２３】
〔検査チップ４の構成〕
この検出装置１で用いられる検査チップ４の構成について、図３〜図８を用いて説明する。
図３は、検査チップ４の斜視図である。検査チップ４は、下基板１６と、下基板１６の上方に設けられた上基板１３と、下基板１６と上基板１３とに挟まれたシリコンゴム１２とを備えている。また上基板１３には、内部に連通する試料注入口１１が設けられている。
【００２４】
図４は、図３の検査チップ４を水平方向に９０度右回転し、垂直方向に１８０度回転させた状態での上基板１３の斜視図である。この上基板１３の表面上には、半導体電極部１５と、半導体電極部１５に接続されている電極リード１４とが形成されている。上基板１３は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、電極リード１４は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）とアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）の２層で形成されている。半導体電極部１５については図８を用いて後述する。
【００２５】
図５は、図３の検査チップ４を水平方向に９０度右回転させた状態での下基板１６の斜視図である。下基盤１６の表面上には、対極部１８と、対極部１８に接続された電極リード１７と、参照電極３１と、参照電極３１に接続された電極リード３０とがそれぞれ形成されている。
下基板１６は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主体とするガラスで形成され、対極部１８、電極リード１７、参照電極部３１および電極リード３０はそれぞれ白金で形成されている。
【００２６】
図６は、図３の検査チップ４の上基板１３を上方にはずしたときの検査チップ４の斜視図である。シリコンゴム１２は、図６に示すように、下基板１６上に対極部１８および参照電極部３１を囲むように配置されている。対極部１８に接続している電極リード１７および参照電極部３１に接続している電極リード３０は、シリコンゴム１２の枠内から枠外に伸びている。この枠外に伸びた電極リード１７および電極リード３０は、電源３２と接続している。
上基板１３に設けられている試料注入口１１は、上基板１３を貫通する穴である。検体試料および後述する電解液は、この試料注入口１１からシリコンゴム１２の枠内に注入される。
【００２７】
図７は、図３の検査チップ４のＡ−Ａ断面構成を示す断面図である。図７に示すように、検査チップ４に含まれる上基板１３と下基板１６は、シリコンゴム１２を介して配置されている。上基板１３と下基板１６との間には空間２５が形成されている。この空間２５を介して、上基板１３上に形成されている半導体電極部１５と、下基板１６上に形成されている対極部１８および参照電極部３１（図示しない）とが対向している。この空間２５には、試料注入口１１を介して検体試料および後述する電解液が注入される。
図７に示すように、半導体電極部１５に接続されている電極リード１４は、上基板１３に沿って空間２５の外まで伸びており、対極部１８に接続されている電極リード１７および参照電極部３１に接続されている電極リード３０（図示しない）は、下基板１６に沿って空間２５の外まで伸びている。この電極リード１４は電流計６に接続され、電極リード１７および電極リード３０は電源３２に接続される。
【００２８】
なお、本実施の形態では、上基板１３の表面に半導体電極部１５を形成し、下基板１６の表面に対極部１８と参照電極部３１とを形成しているが、半導体電極部１５、対極部１８、参照電極部３１の配置関係は、各電極が他の電極と接触せずにシリコンゴム１２の枠内に配置されている限り、特に制限されない。例えば、同一基板上に、半導体電極部１５と、対極部１８と、参照電極部３１とが配置されていても良い。
【００２９】
ここで、図４に示す半導体電極部１５について、さらに詳細な説明を行う。図８は半導体電極部１５および対極部１８の構成を示す模式図である。
半導体電極部１５は、上基板１３上に形成された導電層２１と、導電層２１上に形成された半導体層２０と、半導体層２０上に形成された金属層１９とを備えている。対極部１８は、下基板１６上に形成されている。
半導体電極部１５に含まれる金属層１９上には、光励起により電子を生じる修飾物質２２で修飾されたＨＰＶのｍＲＮＡ２４を捕捉するためのプローブ２３が固定されている。この修飾物質２２はルテニウム錯体であり、ｍＲＮＡとペプチド結合することによりｍＲＮＡを修飾している。
半導体電極部１５に接続された電極リード１４は電流計６に接続され、対極部１８に接続された電極リード１７および参照電極部３１に接続された電極リード３０は、電源３２に接続される。電流計６は電源３２と接続されており、この電流計６で半導体電極部１５と対極部１８との間を流れる電流を測定する。
半導体電極部１５に含まれる導電層２１は、スパッタリングで形成された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層と、このＩＴＯ層上にスパッタリングで形成されたアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）の層との２層からなる。半導体層２０は、スパッタリングで形成された酸化チタン（ＴｉＯ２）の層からなる。金属層１９は、蒸着で形成された金（Ａｕ）の層からなる。対極部１８は、スパッタリングで形成された白金の層からなる。
プローブ２３はチオール基を有しており、プローブ２３のチオール基と、金属層１９の金原子とが結合することによって、プローブ２３は金属層１９上に固定される。この固定は、プローブ２３を分散させた水溶液に、金属層１９を浸漬させることによって行われる。
【００３０】
〔検出装置を用いた検出方法〕
上述の構成を有する検出装置１を用いた検出方法を図９〜図１１を参照して説明する。図９はユーザーによる検体を検出チップ４に注入する方法を示すフローチャートである。図１０は検出装置１の検出動作手順を示すフローチャートである。図１１はハイブリダイゼーション時および電解液添加時における半導体電極部１５の模式図である。
【００３１】
図９のフローチャートより、ステップＳ１において、ユーザーは検体試料を検体チップ４の試料注入口１１から注入する。この検体試料は、子宮頸部細胞からホモジナイズおよび抽出処理して精製したｍＲＮＡである。このステップＳ１によって、図１１に示すように、金属層１９上のプローブ２３が、ハイブリダイゼーションによって、検体試料中のＨＰＶのｍＲＮＡ２４を捕捉する。
【００３２】
ステップＳ２で、ユーザーは、検査チップ４内の溶液を試料注入口１１より排出し、ハイブリダイゼーション洗浄液で検査チップ４内を洗浄する。
【００３３】
ステップＳ３において、ユーザーは、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４と結合できる塩基配列を含む修飾物質２２を試料注入口１１から注入する。注入された修飾物質２２はプローブ２３で捕捉されたｍＲＮＡ２４を修飾する。
【００３４】
ステップＳ４で、ユーザーは、検査チップ４内の溶液を試料注入口１１より排出し、洗浄用緩衝液で検査チップ４内を洗浄する。
【００３５】
ステップＳ５で、ユーザーは、試料注入口１１から電解液を注入する。この電解液は、電解質としてヨウ素、支持電解質としてテトラプロピルアンモニウムヨーダイド、および溶媒として、アセトニトリルと炭酸エチレンが体積比で６：４に混合した有機溶媒を含んでいる。電解液を添加すると、電解液中に含まれるヨウ素が金属層１９を溶解する。
この金属層１９の溶解について、図１１を用いて説明する。図１１はハイブリダイゼーション時と電解液添加時における半導体電極部１５の模式図である。
プローブ２３は、プローブ２３の有するチオール基（ＳＨ基）と金属層１９の金原子とが共有結合することによって、金属層１９上に固定されている。共有結合は強固な結合であるため、ステップＳ１のハイブリダイズさせる工程およびステップＳ２の洗浄を行う工程の際、プローブ２３が金属層１９から剥離するのを防ぐことができる。
電解液を添加すると、電解液中に含まれるヨウ素が金（Ａｕ）からなる金属層１９を溶解させ、プローブ２３は半導体層２０上に配置される。これにより、光源５の光照射によって励起された修飾物質２２から生じる電子は、効率よく半導体層２０に供給される。
【００３６】
図１０は検出装置１の検出動作手順を示すフローチャートである。図９のフローをユーザーが行った後、ユーザーは図１に示す検出装置１のチップ挿入口３に検査チップ４を挿入し、ディスプレイ２上で測定開始を指示する。
【００３７】
ステップＳ６で、検出装置１に挿入された検査チップ４の電極リード１４，１７、３１は電流計６や電源３２に接続される。そして、電源３２は参照電極部３１を基準として半導体電極部１５に０Ｖの電位を印加する。
【００３８】
ステップＳ７で、光源５は、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４を修飾している修飾物質２２にレーザー光を照射し、修飾物質２２を励起させる。励起された修飾物質２２は電子を発生し、発生した電子は半導体層２０に輸送される。その結果、半導体電極部１５と対極部１８との間に電流が流れる。
【００３９】
ステップＳ８では、ステップＳ５の電子移動に起因して、半導体電極部１５と対極部１８との間を流れる電流を電流計６で測定する。電流計６で測定された電流値は、修飾物質２２の個数と相関性を有しているので、測定された電流値に基づき、ＨＰＶの定量測定を行うことができる。
【００４０】
ステップＳ９では、まず、Ａ／Ｄ変換部７によってデジタル変換された電流値が制御部８に入力される。次に、制御部８は、予め作成された電流値とＨＰＶ量の関係を示す検量線に基づき、デジタル変換された電流値から検体試料中のＨＰＶ量を概算する。そして、制御部８は、概算されたＨＰＶ量をディスプレイ２に表示するための検出結果画面を作成する。
【００４１】
ステップＳ１０では、制御部８によって作成された検出結果画面がディスプレイ２上に送信され、ディスプレイ２に表示される。
【００４２】
なお、本実施形態では、被検物質はＨＰＶのｍＲＮＡ２４であるが、被検物質としては、生体細胞から採取されたまたは人工的に合成された、核酸、タンパク質またはペプチドなども用いることができる。このとき、プローブ２３としては、被検物質を捕捉する物質であればよく、例えば核酸、タンパク質またはペプチドなどを用いることができる。
【００４３】
そして、本実施形態では、修飾物質２２としてルテニウム錯体を用いたが、光源５により励起され、電子を発生する物質であれば特に限定されない。例えば、金属錯体、有機色素および量子ドットなどが挙げられる。具体的には、金属フタロシアニン、ルテニウム錯体、オスミウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体、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、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ローダミン系色素、キサンテン系色素、クロロフィル系色素、エオシン系色素、マーキュロクロム系色素、インジゴ系色素またはセレン化カドミウムなどが挙げられる。
【００４４】
また、本実施形態では、光源５は、被検物質を修飾している物質を励起させる波長の光を発生するものであれば特に限定されない。例えば、レーザー、発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、白色光源、光学フィルターを備えた白色光源などが挙げられる。
【００４５】
本実施形態では、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４をプローブ２３で捕捉した後、修飾物質２２でＨＰＶのｍＲＮＡ２４を修飾する例を示したが、本発明はこれに限らず、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４を修飾物質２２で修飾し、プローブ２３で捕捉することによって、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４の検出をおこなってもよい。また、被検物質およびプローブが核酸であるとき、被検物質を捕捉したプローブと被検物質とで形成される二本鎖の核酸の間に修飾物質を結合させる、インターカレーションによる方法も挙げられる。
【００４６】
なお、本実施形態では、金属層１９として金を用いたが、金属層１９はプローブ２３と結合できる金属であればよい。好ましくはプローブ２３と共有結合できる金属である。さらに好ましくはプローブ２３のチオール基と結合できる金属である。例えば、金、白金、銀、パラジウム、ニッケル、水銀、ロジウム、ルテニウム、銅またはそれらの合金などが例示される。また本実施形態では、半導体層２０上に金属層１９を形成させる方法として、蒸着を用いたが、スパッタリング、インプリント、スクリーン印刷、めっき処理またはゾルゲル法などを用いて形成することもできる。
【００４７】
本実施形態では、半導体層２０として酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いているが、修飾物質２２の励起によって生じる電子を受容できるエネルギー準位を取り得る物質であればよい。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、カドミウムセレナイド（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、等の化合物半導体または有機物半導体などが挙げられる。
【００４８】
そして本実施形態では、導電層２１は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）およびアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）で形成されたものを用いたが、導電性材料であれば特に限定されない。例えば、白金、金、銀、銅などの金属、導電性セラミックスまたは金属酸化物などが列挙できる。また半導体層２０自体が導電性材料としても機能する場合には、導電層２１は省略することができる。
【００４９】
また本実施形態では、対極部１８は白金で形成されたものを用いているが、導電性材料であれば特に限定されない。例えば、金、銀、銅などの金属、導電性セラミックスまたは金属酸化物などが挙げられる。
【００５０】
上述の本実施形態では、金属層１９を溶解させる物質および電解質としてヨウ素を用いたが、金属層１９を溶解させる物質と電解質とが異なる物質であってもよい。
【００５１】
なお本実施形態では、プローブ２３は金属層１９に直接結合させているが、プローブ２３と金属層１９との間に、エタンジチオールなどの架橋剤を存在させてもよい。
【００５２】
また本実施形態における検出装置１および検査チップ４は、金属層１９上に互いに分離された複数の領域毎に区分してプローブ２３を固定し、光源５による光照射を各領域に対して個別に行ってもよい。これにより、複数の試料を1枚の半導体電極部１５で測定することが可能となる。複数種類のプローブを領域毎に固定することによって、多検体評価、多項目測定を１つの検査チップ４で行うことができる。
【００５３】
そして本実施形態では、電源３２は参照電極部３１を基準として半導体電極部１５に０Ｖの電位を印加したが、この参照電極部３１は省略することが可能である。この場合、電源３２は対極部１８を基準として半導体電極部１５に０Ｖの電位を印加することになる。
【実施例】
【００５４】
実施例１（半導体電極への金属層形成有無の検討）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成したものである。作製方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）およびアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に１０ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。ここで、半導体層としてチタンやクロムを含む物質を用いることにより、半導体層と金属層との密着力が高まる。このようにして作製された電極を半導体電極部とした。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００５５】
〔対極部の作製〕
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、スパッタリングにより白金薄膜を２００ｎｍの厚さで導電層を形成したものを、対極部とした。この対極部には電流計と接続するための対極リードが接続されている。
【００５６】
〔プローブの固定〕
半導体電極部の金属層上に、チオール基を有するＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）からなるプローブを固定させた。方法としては、まず、核酸を分散させた水溶液（核酸濃度１０μＭ）に半導体電極部を１８時間浸漬した。その後、超純水で洗浄し、３０分間乾燥させた。これにより、核酸が有するチオール基と金属層の金原子との結合により、核酸が金属層上に固定される。
【００５７】
〔被検物質の調製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させたものを作製した。修飾物質は、増感色素であるＰｕｌｓａｒ６５０（バイオサーチテクノロジーズジャパン社）を用いた。この増感色素はルテニウム錯体であり、このルテニウム錯体はＤＮＡとペプチド結合によって結合している。
【００５８】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
修飾物質で修飾された被検物質を半導体電極部上のプローブで捕捉した。方法としては、まず、半導体電極部の周囲に、隔壁となるようにシリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）を配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、ハイブリダイゼーション用溶液を１０μＬ注入した。ここで、ハイブリダイゼーション用溶液は、修飾物質で修飾されたＤＮＡ（濃度１０μＭ）とハイブリダイゼーションバッファー（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）とを混合したものを用いた。
そして、シリコンゴム上にカバーグラスを被せ、溶液が乾燥しない状態にしてハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションは４５℃、１時間静置して反応させた。ハイブリダイゼーション反応後、洗浄用バッファー（Ｗａｓｈ ｂｕｆｆｅｒＡ、Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）と超純水で洗浄後、ブロアで乾燥させた。
【００５９】
〔電解液の調製〕
溶媒としてアセトニトリル（ＡＮ）と炭酸エチレン（ＥＣ）とを体積比で６：４に混合したものを作製した。ここに、支持電解質塩として、テトラプロピルアンモニウムヨーダイド（ＮＰｒ４Ｉ）を０．６Ｍ溶解させた。さらに電解質として、ヨウ素を０．０６Ｍ溶解させた。これを電解液とした。
【００６０】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で側壁となるように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより、半導体電極部と対極部とが電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極リードと対極リードとを電流計に接続した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。光源は波長４７３ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源を用いた。これにより、修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流の電流値を測定した。
【００６１】
比較例１
半導体層上に金属層を形成する工程を除いた以外は実施例１と同様の操作で測定したものを比較例１とする。
【００６２】
〔結果〕
図１２は実施例１および比較例１の測定により得られた電流値を示すグラフである。実施例１の方法では、２２９ｎＡの電流値が得られた。それに対して比較例１の方法では８０ｎＡの電流値が得られた。
このことから、半導体層上に金属層を形成することで、約３倍の電流値が取り出せ、電流の検出感度が向上したことがわかる。
実施例２（修飾物質で修飾された被検物質の電流測定による検出）
【００６３】
〔半導体電極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【００６４】
〔対極部の作製〕
実施例1と同様の方法で作製した。
【００６５】
〔プローブの固定〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００６６】
〔被検物質の調製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させたもの（被検物質Ａ）と、プローブと相補的な塩基配列を含まないＤＮＡに修飾物質を結合させたもの（被検物質Ｂ）を準備した。
ここで修飾物質は、増感色素であるＰｕｌｓａｒ６５０（バイオサーチテクノロジーズジャパン社）を用いた。この増感色素はＤＮＡとペプチド結合によって結合している。
【００６７】
〔プローブによる被検物質の捕捉〕
被検物質Ａまたは被検物質Ｂと金属層上のプローブとで、ハイブリダイゼーション反応を行った。まず半導体電極部の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で隔壁となるように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、ハイブリダイゼーション用溶液を１０μＬ注入した。このハイブリダイゼーション用溶液は、修飾物質で修飾されたＤＮＡ（濃度１０μＭ）とハイブリダイゼーションバッファー（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）とを混合したものを用いた。
次にシリコンゴム上にカバーグラスを被せ、溶液が乾燥しない状態にしてハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションは４５℃、１時間静置して反応させた。ハイブリダイゼーション後、洗浄用バッファー（Ｗａｓｈ ｂｕｆｆｅｒＡ、Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）と超純水で洗浄後、ブロアで乾燥させた。
【００６８】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００６９】
〔電流測定〕
被検物質Ａまたは被検物質Ｂとプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で側壁となるように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に電解液を１０μＬ注入し、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から対極部を有する基板で密封した。これにより、半導体電極部と対極部とが電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極リードと対極リードとを電流計に接続し、半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。光源は波長４７３ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源を用いた。これにより、被検物質を修飾している修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流の電流値を測定した。
なお、被検物質と金属層上のプローブとをハイブリダイズさせる工程を行わず、電流を測定したものを、電極由来の電流値として測定を行った。電極由来の電流とは、電極自体が光照射により励起され、発生する電流のことである。
【００７０】
比較例２
半導体層上に金属層を形成する工程を除いた以外は、実施例２と同様にして被検物質の検出を行った。
【００７１】
〔結果〕
図１３は、実施例２および比較例２で検出された電流値のグラフである。
実施例２において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡ（被検物質Ａ）を用いてハイブリダイゼーションを行った場合、検出された電流値は３６．３ｎＡであった。
またプローブと相補的な塩基配列を持たないＤＮＡ（被検物質Ｂ）を用いてハイブリダイゼーションを行った場合、電流値は２４．７ｎＡとなった。この電流値は、電極由来の電流値２４．９ｎＡと同等であった。このことから被検物質Ａでハイブリダイゼーションさせた場合に検出された電流値は、被検物質の半導体電極部への非特異的な吸着によるものではなく、配列を認識した特異的な検出によるものであることが確認できる。
図１４は、実施例２および比較例２において得られたデータのうち、修飾物質由来の電流値を示したグラフである。修飾物質由来の電流値とは、被検物質の測定で得られた電流値から電極由来の電流値を差し引いた値のことである。
修飾物質由来の電流値は、金属層を含まない半導体電極部（比較例２）を用いた場合に比べ、金属層を含む半導体電極部を用いた場合（実施例２）のほうが約４．５倍大きいことがわかる。
【００７２】
実施例３（長波長励起における金属層を形成した半導体電極の効果）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成したものである。作製方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に、１０ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。そして金属層を形成した後に、酸素雰囲気中で焼結（１５０℃）し、金薄膜と半導体層との密着度を向上させた。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００７３】
〔対極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【００７４】
〔プローブ物質の固定〕
半導体電極部の金属層上に、チオール基を有するＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）からなるプローブを固定させた。まず、核酸を分散させた水溶液（核酸濃度１０μＭ）に半導体電極部を１８時間浸漬した。その後、超純水で洗浄し、１０分間乾燥させた。これにより、核酸が有するチオール基と金属層の金原子との結合により、核酸が金属層上に固定される。
【００７５】
〔被検物質の調製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させたものを作製した。修飾物質はＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ７５０（インビトロジェン社）を用いた。この修飾物質は有機色素であり、有機色素はＤＮＡとペプチド結合によって結合している。
【００７６】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００７７】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で調製した。
【００７８】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で囲むように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより半導体電極部、対極部および参照電極部を電解液に接触させた。
次に、半導体電極に参照電極の電位を基準として０Ｖの電位を印加した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。この光源には波長７８５ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源（Ｃｕｂｅ７８５、コヒレント社）を用いた。これにより修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が生じる。この電流値を測定した。
なお、被検物質と金属層上のプローブとをハイブリダイズさせる工程を行わず電流を測定したものを、電極由来の電流値として測定を行った。電極由来の電流とは、電極自体が光照射によって励起され発生する電流のことである。
【００７９】
比較例３
半導体層上に金属層を形成する工程を除いた以外は実施例３と同様の操作で測定したものを比較例３とする。
【００８０】
比較例４
シランカップリング剤（アミノプロピルトリエトキシシラン：ＡＰＴＥＳ）を用いて、プローブＤＮＡを固定したものを比較例４とする。
【００８１】
〔半導体電極部の作製〕
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この基板と導電層と半導体層からなる電極を、シランカップリング剤（アミノプロピルトリエトキシシラン：ＡＰＴＥＳ）がトルエン中に１％の濃度で溶解している溶液に浸漬させ、半導体層上にシランカップリング剤の薄膜を形成した。そして１１０℃で電極を加熱した後、トルエン中で超音波洗浄（５分）を３回繰り返し、脱水エタノールで洗浄することで、半導体電極表面に結合していないシランカップリング剤を取り除いた。このようにして作製された電極を半導体電極部とした。この半導体電極部には電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００８２】
〔対極部の作製〕
実施例３と同様の方法で作製した。
【００８３】
〔プローブ物質の固定〕
半導体層上に、ＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）からなるプローブを固定させた。方法としては、まず、核酸を分散させた水溶液（核酸濃度１００μＭ）とＵＶクロスリンク用の試薬（Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｒｅａｇｅｔ Ｄ， Ａｍｅｒｓｈａｍ）を１：９の混合比で混合した溶液を半導体電極上に６μL滴下した。その後、ＵＶクロスリンカー（ＦＳ-１５００、フナコシ）でＵＶ光（１６０ｍJ）を照射し、超純水で洗浄し１０分間乾燥させた。これにより、ＵＶクロスリンク用試薬がＤＮＡとシランカップリング剤との架橋剤となり、核酸が半導体層上に固定される。
【００８４】
〔被検物質の調製〕
実施例３と同様の方法で調製した。
【００８５】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例３と同様の方法で行った。
【００８６】
〔電解液の調製〕
実施例３と同様の方法で調製した。
【００８７】
〔光電流測定〕
実施例３と同様の方法で行った。
【００８８】
〔結果〕
図１５は、実施例３、比較例３および比較例４において、検出された光電流値のグラフである。
実施例３において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は１５８ｎＡであった。またプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０８２ｎＡとなった。このことから、シグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）＝１５８／０．０８２＝１９３０となる。
比較例３において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は０．２４ｎＡであった。またプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０２８ｎＡとなった。このことから、Ｓ／Ｎ比＝０．２４／０．０２８＝８．６となる。前述の実施例３と比較すると、金属層を用いることで修飾物質由来の光電流値が６６０倍、Ｓ／Ｎ比が２２０倍向上していることがわかる。
なお比較例４において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は１９ｎＡであった。またプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０２１ｎＡとなった。このことから、Ｓ／Ｎ比＝１９／０．０２１＝９００となる。上述の実施例３と比較すると、金属層を用いることで修飾物質由来の光電流値が８倍、Ｓ／Ｎ比が２倍向上している。比較例４でも同様に、修飾物質由来の光電流値の向上とＳ／Ｎ比の向上が見られる。
以上より、半導体電極部に金属層を形成させると、電流の検出感度が向上する。電流値の検出感度向上の要因としては、金属層を形成させることで（１）ＤＮＡ固定量の増加（２）導電性の向上（３）金属層でのプラズモン励起による光電変換効率の向上などが考えられる。
【００８９】
実施例４（一塩基多型（ＳＮＰ）を用いた非特異吸着の検証）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成して作製された。方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に、２ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００９０】
〔対極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【００９１】
〔プローブ物質の固定〕
まず、プローブを分散させた水溶液（プローブ濃度１０μＭ）に半導体電極部を１６時間浸漬した。このプローブは、チオール基を有するDNA（２４ｂａｓｅ）である。浸漬した後、半導体電極部を超純水で洗浄し、１０分間乾燥させた。これにより、プローブが有するチオール基と金属層の金原子との結合により、プローブが金属層上に固定される。
【００９２】
〔被検物質の作製〕
被検物質として、プローブと非相補的な塩基配列（１塩基のみ非相補的）を含むＤＮＡに修飾物質を結合させた被検物質を作製した。修飾物質は有機色素であるＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ７５０（インビトロジェン社）を用いた。この有機色素はＤＮＡとペプチド結合している。
【００９３】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００９４】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で調製した。
【００９５】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で囲むように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより、半導体電極部、対極部および参照電極部が電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極に参照電極の電位を基準として０Ｖの電位を印加した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。ここで、光源は波長７８５ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源（Ｃｕｂｅ７８５、コヒレント社）を用いた。これにより、修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流値を測定した。
【００９６】
比較例５
比較例５は、披検物質として、プローブと相補的な塩基配列を用いた以外は実施例４と同様の操作で測定した。
【００９７】
比較例６
比較例６は、披検物質をハイブリダイゼーションさせなかった以外は実施例４と同様の操作で測定した。
【００９８】
〔結果〕
図１６は、実施例４、比較例５および比較例６において、検出された光電流値のグラフである。
実施例４において、プローブと非相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は１．７ｎＡであった。比較例５において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行った場合、検出された光電流値は１９５ｎＡであった。比較例６においてプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０６７ｎＡとなった。このことから、金薄膜に非特異的に吸着するＤＮＡは少なく、配列特異的に被検物質を検出できることが確認できる。
【００９９】
実施例５（金薄膜の膜厚依存性）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成して作製された。作製方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に、０．２ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【０１００】
〔対極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【０１０１】
〔プローブ物質の固定〕
まず、プローブを分散させた水溶液（プローブ濃度１０μＭ）に半導体電極部を１６時間浸漬した。ここで、プローブは、チオール基を有するＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）を用いた。半導体電極部を浸漬した後、半導体電極部を超純水で洗浄し、１０分間乾燥させた。これにより、プローブが有するチオール基と金属層の金原子との結合により、プローブが金属層上に固定される。
【０１０２】
〔被検物質の作製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させた被検物質を作製した。修飾物質は有機色素であるＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ７５０（インビトロジェン社）を用いた。この有機色素にＤＮＡをペプチド結合させた。
【０１０３】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例１と同様の方法で行った。
【０１０４】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で調製した。
【０１０５】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で囲むように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより半導体電極部、対極部および参照電極部が電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極に参照電極の電位を基準として０Ｖの電位を印加した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射する。ここで、光源は波長７８５ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源（Ｃｕｂｅ７８５、コヒレント社）を用いた。これにより修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流値を測定した。
さらに、半導体電極部の金属層において、金薄膜の厚さが１ｎｍ、２ｎｍ及び５ｎｍに変えた場合の半導体電極部を用いて測定をしたときの電流値についても上記と同様に行った。
【０１０６】
なお、電極由来の電流値を測定するために、被検物質と金属層上のプローブとをハイブリダイズさせる工程を行わずに、電流を測定した。電極由来の電流とは、電極自体が光照射によって励起され発生する電流のことである。
【０１０７】
〔結果〕
図１７は、実施例５において検出された各膜厚におけるシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）のグラフである。ここで、Ｓ／Ｎ比は、「被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を用いて測定された電流値／電極由来の電流値」である。
図１７より、金薄膜が１ｎｍのとき、最も良いＳ／Ｎ比が得られることがわかる。よって、金属層が１ｎｍのとき、被検物質の検出感度が最も高まるといえる。
なお、金薄膜の厚さが５ｎｍのとき、ハイブリダイゼーション後の洗浄工程により金薄膜が半導体層から剥離してしまった。このため、５ｎｍ以上の厚さの金薄膜を形成した半導体電極部を用いるとき、チタンやクロムを含む半導体層を用いたり（実施例１及び２）、焼結処理を行った半導体電極部を用いたり（実施例３）することによって、金薄膜と半導体層との密着力を向上させる必要がある。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物質を修飾している修飾物質の光励起により生じる電流を用いて、被検物質を検出する検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
疾病の臨床検査や診断では、生体試料中に含まれる疾病由来の遺伝子やタンパク質などを、遺伝子検出法や免疫学的検出法で検出している。具体的には、イムノクロマト法、ラテックス凝集法、酵素免疫法、化学発光免疫法および遺伝子増幅ＰＣＲ法などが挙げられる。しかしながら、これらの検出方法は簡易性、迅速性、およびコストのいずれかの観点から、改善の余地がある。
そこで、増感色素の光励起により生じる電流を、被検物質の検出に利用する方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。この方法はまず、電極上に半導体層を形成し、この半導体層上に被検物質と結合可能なプローブを固定する。次に、増感色素で修飾された被検物質をプローブ物質で捕捉した後、増感色素を励起させる光を、被検物質を修飾している増感色素に照射する。この結果、被検物質を修飾している増感色素から電子が発生し、発生した電子が半導体層に受容されることに起因して生じる電流を検出する。ここではシランカップリング剤などの架橋剤を用いて、プローブを半導体層上に固定させている。
しかしながら、シランカップリング剤は導電性が低く、電流の検出効率を低下させてしまうため、被検物質の検出感度が低いという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００７/０３７３４１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検物質の検出感度が向上した、検査チップ、被検物質検出装置および被検物質の特異的検出方法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】
【０００５】
本発明の第１の局面による検査チップは、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備えている。
【０００６】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記金属層は電解液によって溶解される金属からなることが好ましい。なお、電解液はゲル状あるいは固体の電解質媒体であってもよい。
【０００７】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記電解液としてはヨウ素またはヨウ化物を含むものが好ましい。
【０００８】
本発明の第1の局面による検査チップにおいて、前記金属層は前記プローブと化学吸着するものが好ましい。
【０００９】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記チオール基が化学吸着する金属としては、金、白金、銀、パラジウム、ニッケル、水銀、ロジウム、ルテニウム、銅またはそれらの合金などが例示できる。これらのうち、電解質媒体中での安定性や、チオール基との反応性を勘案した場合、好ましいのは金である。
【００１０】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記プローブは前記金属層と化学吸着する結合基を有すればよく、チオール基、ヒドロキシル基、燐酸基、カルボキシル基、カルボニル基、アルデヒド基、スルホン酸基、アミノ基の中から選ばれた少なくとも1つの結合基を有すればよい。この中で金との反応性を勘案した場合、特に好ましいのはチオール基である。
【００１１】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記金属層は、蒸着、スパッタリング、インプリント、スクリーン印刷、めっき処理またはゾルゲル法などの処理により、前記半導体層上に形成される。特に半導体層上に薄膜を形成する際の簡便性、膜厚の制御性などを勘案した場合、特に好ましいのは蒸着またはスパッタリングである。
【００１２】
本発明の第１の局面による検査チップにおいて、前記プローブは核酸、タンパク質、またはペプチドが例示できる。
【００１３】
本発明の第２の局面による検出装置は、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、前記金属層上に固定された、被検物質を捕捉するプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップを、受入可能に構成された検査チップ受入部と、前記検査チップ受入部に挿入された前記検査チップ内の被検物質に修飾している修飾物質を光励起する光源と、前記光源での光励起により修飾物質で修飾された被検物質から流れる電流を測定する電流測定部と、を備えたものである。
【００１４】
本発明の第２の局面による検出装置において、前記光源は、被検物質に修飾している修飾物質を励起する波長の光を発生するものである。
【００１５】
本発明の第３の局面による被検物質の特異的検出方法は、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップに被検物質を含む試料を適用することにより、前記金属層上に固定された前記プローブで被検物質を捕捉する工程と、被検物質に修飾している修飾物質に修飾物質を励起する光を照射する工程と、励起された修飾物質から生じる電流を検出する工程と、を含む被検物質の特異的検出方法である。
【００１６】
本発明の第３の局面による被検物質の特異的検出方法において、前記半導体電極部と前記対極部との間に電流を流すための電解質媒体を添加する工程をさらに含むものである。
【００１７】
本発明の第３の局面による被検物質の特異的検出方法においては、前記電解質媒体は、前記金属層を溶解させる電解質と有機溶媒とを含むものである。
また前記電解質としては、ヨウ素またはヨウ化物が好ましい。ヨウ素またはヨウ化物は、電解質と金属層を溶解させる物質（エッチャント）とを兼用することができる。このため、エッチャントと電解質とが別々の物質で構成される場合と比較して、電極部との不要な反応が起こりにくくなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の検査チップ、被検物質検出装置または被検物質の特異的検出方法を用いれば、被検物質の検出感度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の一実施形態である検出装置１の斜視図である。
【図２】検出装置１のブロック図である。
【図３】検出装置１で使用する検査チップ４の斜視図である。
【図４】検査チップ４の半導体電極部１５を有する上部プレートを示す斜視図である。
【図５】検査チップ４の対極部１６を有する下部プレートを示す斜視図である。
【図６】上基板１３をはずしたときの検査チップ４の斜視図である。
【図７】検査チップ４の構成を示す断面図である。
【図８】検査チップ４の半導体電極部１５および対極部１８の構成を示す模式図である。
【図９】ユーザーによる検体を検査チップ４に注入する方法を示すフローチャートである。
【図１０】検出装置１の検出動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】ハイブリダイゼーション反応時と電解液添加時における半導体電極部１５の模式図である。
【図１２】実施例１および比較例１の測定により得られた光電流値を示すグラフである。
【図１３】実施例２および比較例２で検出された光電流値のグラフである。
【図１４】実施例２および比較例２において得られたデータのうち、修飾物質由来の電流値を示したグラフである。
【図１５】実施例３および比較例３、比較例４において検出された光電流値のグラフである。
【図１６】実施例４、比較例５および比較例６において検出された光電流値のグラフである。
【図１７】実施例５において検出された各膜厚におけるＳ／Ｎ比のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づき、本発明の最良の実施形態について説明するが、本発明は後述する実施形態に限定して解釈されるものではない。
【００２１】
〔検出装置の構成〕
図１は本発明の一実施形態に係る検出装置を示す斜視図である。この検出装置は、生体細胞から採取され、または人工的に合成された、核酸やタンパク質、ペプチド等の特異的結合性を有する被検物質を検出するものである。この検出装置１は、例えば子宮頸癌の原因ウィルスであるヒトパピローマウィルス（以下、ＨＰＶという）のｍＲＮＡを検体試料中から検出することができる。
本実施形態の検出装置１は、検査チップ４が挿入されるチップ受入部３と、検出結果を表示するディスプレイ２とを備えている。また、検査チップ４は、試料注入口１１を備えている。
この検査チップ４は、使い捨てのＨＰＶ検出用のチップであり、検出装置１のチップ受入部３に挿入される。検査チップ４は、試料注入口１１から検体試料を注入することで、光励起により電子を生じる修飾物質で修飾されたＨＰＶのｍＲＮＡを捕捉する機能を有している。
【００２２】
図２は検出装置１の構成を示すブロック図である。検出装置１は、光源５と、電流計６と、電源３２と、Ａ／Ｄ変換部７と、制御部８と、ディスプレイ２とを備えている。
光源５は、検査チップ４で捕捉されたＨＰＶのｍＲＮＡを修飾している修飾物質に光を照射し、修飾物質を励起させる。電流計６は、励起された修飾物質から生じる電子に起因して流れる電流を測定する。電源３２は、検査チップ４に設けられた電極に対して所定の電位を印加する。Ａ／Ｄ変換部７は、電流計６によって測定された電流値をデジタル変換する。制御部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等から構成され、光源５、電流計６およびディスプレイ２の動作を制御する。また制御部８は、Ａ／Ｄ変換部７でデジタル変換された電流値により、予め作成された電流値とＨＰＶ量の関係を示す検量線に基づき、検体試料中のＨＰＶ量を概算する。ディスプレイ２は、制御部８で概算された検体試料中のＨＰＶ量を表示する。
【００２３】
〔検査チップ４の構成〕
この検出装置１で用いられる検査チップ４の構成について、図３〜図８を用いて説明する。
図３は、検査チップ４の斜視図である。検査チップ４は、下基板１６と、下基板１６の上方に設けられた上基板１３と、下基板１６と上基板１３とに挟まれたシリコンゴム１２とを備えている。また上基板１３には、内部に連通する試料注入口１１が設けられている。
【００２４】
図４は、図３の検査チップ４を水平方向に９０度右回転し、垂直方向に１８０度回転させた状態での上基板１３の斜視図である。この上基板１３の表面上には、半導体電極部１５と、半導体電極部１５に接続されている電極リード１４とが形成されている。上基板１３は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）で形成され、電極リード１４は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）とアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）の２層で形成されている。半導体電極部１５については図８を用いて後述する。
【００２５】
図５は、図３の検査チップ４を水平方向に９０度右回転させた状態での下基板１６の斜視図である。下基盤１６の表面上には、対極部１８と、対極部１８に接続された電極リード１７と、参照電極３１と、参照電極３１に接続された電極リード３０とがそれぞれ形成されている。
下基板１６は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主体とするガラスで形成され、対極部１８、電極リード１７、参照電極部３１および電極リード３０はそれぞれ白金で形成されている。
【００２６】
図６は、図３の検査チップ４の上基板１３を上方にはずしたときの検査チップ４の斜視図である。シリコンゴム１２は、図６に示すように、下基板１６上に対極部１８および参照電極部３１を囲むように配置されている。対極部１８に接続している電極リード１７および参照電極部３１に接続している電極リード３０は、シリコンゴム１２の枠内から枠外に伸びている。この枠外に伸びた電極リード１７および電極リード３０は、電源３２と接続している。
上基板１３に設けられている試料注入口１１は、上基板１３を貫通する穴である。検体試料および後述する電解液は、この試料注入口１１からシリコンゴム１２の枠内に注入される。
【００２７】
図７は、図３の検査チップ４のＡ−Ａ断面構成を示す断面図である。図７に示すように、検査チップ４に含まれる上基板１３と下基板１６は、シリコンゴム１２を介して配置されている。上基板１３と下基板１６との間には空間２５が形成されている。この空間２５を介して、上基板１３上に形成されている半導体電極部１５と、下基板１６上に形成されている対極部１８および参照電極部３１（図示しない）とが対向している。この空間２５には、試料注入口１１を介して検体試料および後述する電解液が注入される。
図７に示すように、半導体電極部１５に接続されている電極リード１４は、上基板１３に沿って空間２５の外まで伸びており、対極部１８に接続されている電極リード１７および参照電極部３１に接続されている電極リード３０（図示しない）は、下基板１６に沿って空間２５の外まで伸びている。この電極リード１４は電流計６に接続され、電極リード１７および電極リード３０は電源３２に接続される。
【００２８】
なお、本実施の形態では、上基板１３の表面に半導体電極部１５を形成し、下基板１６の表面に対極部１８と参照電極部３１とを形成しているが、半導体電極部１５、対極部１８、参照電極部３１の配置関係は、各電極が他の電極と接触せずにシリコンゴム１２の枠内に配置されている限り、特に制限されない。例えば、同一基板上に、半導体電極部１５と、対極部１８と、参照電極部３１とが配置されていても良い。
【００２９】
ここで、図４に示す半導体電極部１５について、さらに詳細な説明を行う。図８は半導体電極部１５および対極部１８の構成を示す模式図である。
半導体電極部１５は、上基板１３上に形成された導電層２１と、導電層２１上に形成された半導体層２０と、半導体層２０上に形成された金属層１９とを備えている。対極部１８は、下基板１６上に形成されている。
半導体電極部１５に含まれる金属層１９上には、光励起により電子を生じる修飾物質２２で修飾されたＨＰＶのｍＲＮＡ２４を捕捉するためのプローブ２３が固定されている。この修飾物質２２はルテニウム錯体であり、ｍＲＮＡとペプチド結合することによりｍＲＮＡを修飾している。
半導体電極部１５に接続された電極リード１４は電流計６に接続され、対極部１８に接続された電極リード１７および参照電極部３１に接続された電極リード３０は、電源３２に接続される。電流計６は電源３２と接続されており、この電流計６で半導体電極部１５と対極部１８との間を流れる電流を測定する。
半導体電極部１５に含まれる導電層２１は、スパッタリングで形成された酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の層と、このＩＴＯ層上にスパッタリングで形成されたアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）の層との２層からなる。半導体層２０は、スパッタリングで形成された酸化チタン（ＴｉＯ２）の層からなる。金属層１９は、蒸着で形成された金（Ａｕ）の層からなる。対極部１８は、スパッタリングで形成された白金の層からなる。
プローブ２３はチオール基を有しており、プローブ２３のチオール基と、金属層１９の金原子とが結合することによって、プローブ２３は金属層１９上に固定される。この固定は、プローブ２３を分散させた水溶液に、金属層１９を浸漬させることによって行われる。
【００３０】
〔検出装置を用いた検出方法〕
上述の構成を有する検出装置１を用いた検出方法を図９〜図１１を参照して説明する。図９はユーザーによる検体を検出チップ４に注入する方法を示すフローチャートである。図１０は検出装置１の検出動作手順を示すフローチャートである。図１１はハイブリダイゼーション時および電解液添加時における半導体電極部１５の模式図である。
【００３１】
図９のフローチャートより、ステップＳ１において、ユーザーは検体試料を検体チップ４の試料注入口１１から注入する。この検体試料は、子宮頸部細胞からホモジナイズおよび抽出処理して精製したｍＲＮＡである。このステップＳ１によって、図１１に示すように、金属層１９上のプローブ２３が、ハイブリダイゼーションによって、検体試料中のＨＰＶのｍＲＮＡ２４を捕捉する。
【００３２】
ステップＳ２で、ユーザーは、検査チップ４内の溶液を試料注入口１１より排出し、ハイブリダイゼーション洗浄液で検査チップ４内を洗浄する。
【００３３】
ステップＳ３において、ユーザーは、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４と結合できる塩基配列を含む修飾物質２２を試料注入口１１から注入する。注入された修飾物質２２はプローブ２３で捕捉されたｍＲＮＡ２４を修飾する。
【００３４】
ステップＳ４で、ユーザーは、検査チップ４内の溶液を試料注入口１１より排出し、洗浄用緩衝液で検査チップ４内を洗浄する。
【００３５】
ステップＳ５で、ユーザーは、試料注入口１１から電解液を注入する。この電解液は、電解質としてヨウ素、支持電解質としてテトラプロピルアンモニウムヨーダイド、および溶媒として、アセトニトリルと炭酸エチレンが体積比で６：４に混合した有機溶媒を含んでいる。電解液を添加すると、電解液中に含まれるヨウ素が金属層１９を溶解する。
この金属層１９の溶解について、図１１を用いて説明する。図１１はハイブリダイゼーション時と電解液添加時における半導体電極部１５の模式図である。
プローブ２３は、プローブ２３の有するチオール基（ＳＨ基）と金属層１９の金原子とが共有結合することによって、金属層１９上に固定されている。共有結合は強固な結合であるため、ステップＳ１のハイブリダイズさせる工程およびステップＳ２の洗浄を行う工程の際、プローブ２３が金属層１９から剥離するのを防ぐことができる。
電解液を添加すると、電解液中に含まれるヨウ素が金（Ａｕ）からなる金属層１９を溶解させ、プローブ２３は半導体層２０上に配置される。これにより、光源５の光照射によって励起された修飾物質２２から生じる電子は、効率よく半導体層２０に供給される。
【００３６】
図１０は検出装置１の検出動作手順を示すフローチャートである。図９のフローをユーザーが行った後、ユーザーは図１に示す検出装置１のチップ挿入口３に検査チップ４を挿入し、ディスプレイ２上で測定開始を指示する。
【００３７】
ステップＳ６で、検出装置１に挿入された検査チップ４の電極リード１４，１７、３１は電流計６や電源３２に接続される。そして、電源３２は参照電極部３１を基準として半導体電極部１５に０Ｖの電位を印加する。
【００３８】
ステップＳ７で、光源５は、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４を修飾している修飾物質２２にレーザー光を照射し、修飾物質２２を励起させる。励起された修飾物質２２は電子を発生し、発生した電子は半導体層２０に輸送される。その結果、半導体電極部１５と対極部１８との間に電流が流れる。
【００３９】
ステップＳ８では、ステップＳ５の電子移動に起因して、半導体電極部１５と対極部１８との間を流れる電流を電流計６で測定する。電流計６で測定された電流値は、修飾物質２２の個数と相関性を有しているので、測定された電流値に基づき、ＨＰＶの定量測定を行うことができる。
【００４０】
ステップＳ９では、まず、Ａ／Ｄ変換部７によってデジタル変換された電流値が制御部８に入力される。次に、制御部８は、予め作成された電流値とＨＰＶ量の関係を示す検量線に基づき、デジタル変換された電流値から検体試料中のＨＰＶ量を概算する。そして、制御部８は、概算されたＨＰＶ量をディスプレイ２に表示するための検出結果画面を作成する。
【００４１】
ステップＳ１０では、制御部８によって作成された検出結果画面がディスプレイ２上に送信され、ディスプレイ２に表示される。
【００４２】
なお、本実施形態では、被検物質はＨＰＶのｍＲＮＡ２４であるが、被検物質としては、生体細胞から採取されたまたは人工的に合成された、核酸、タンパク質またはペプチドなども用いることができる。このとき、プローブ２３としては、被検物質を捕捉する物質であればよく、例えば核酸、タンパク質またはペプチドなどを用いることができる。
【００４３】
そして、本実施形態では、修飾物質２２としてルテニウム錯体を用いたが、光源５により励起され、電子を発生する物質であれば特に限定されない。例えば、金属錯体、有機色素および量子ドットなどが挙げられる。具体的には、金属フタロシアニン、ルテニウム錯体、オスミウム錯体、鉄錯体、亜鉛錯体、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、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ローダミン系色素、キサンテン系色素、クロロフィル系色素、エオシン系色素、マーキュロクロム系色素、インジゴ系色素またはセレン化カドミウムなどが挙げられる。
【００４４】
また、本実施形態では、光源５は、被検物質を修飾している物質を励起させる波長の光を発生するものであれば特に限定されない。例えば、レーザー、発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、白色光源、光学フィルターを備えた白色光源などが挙げられる。
【００４５】
本実施形態では、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４をプローブ２３で捕捉した後、修飾物質２２でＨＰＶのｍＲＮＡ２４を修飾する例を示したが、本発明はこれに限らず、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４を修飾物質２２で修飾し、プローブ２３で捕捉することによって、ＨＰＶのｍＲＮＡ２４の検出をおこなってもよい。また、被検物質およびプローブが核酸であるとき、被検物質を捕捉したプローブと被検物質とで形成される二本鎖の核酸の間に修飾物質を結合させる、インターカレーションによる方法も挙げられる。
【００４６】
なお、本実施形態では、金属層１９として金を用いたが、金属層１９はプローブ２３と結合できる金属であればよい。好ましくはプローブ２３と共有結合できる金属である。さらに好ましくはプローブ２３のチオール基と結合できる金属である。例えば、金、白金、銀、パラジウム、ニッケル、水銀、ロジウム、ルテニウム、銅またはそれらの合金などが例示される。また本実施形態では、半導体層２０上に金属層１９を形成させる方法として、蒸着を用いたが、スパッタリング、インプリント、スクリーン印刷、めっき処理またはゾルゲル法などを用いて形成することもできる。
【００４７】
本実施形態では、半導体層２０として酸化チタン（ＴｉＯ２）を用いているが、修飾物質２２の励起によって生じる電子を受容できるエネルギー準位を取り得る物質であればよい。例えば、シリコン、ゲルマニウム等の半導体、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、カドミウムセレナイド（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、等の化合物半導体または有機物半導体などが挙げられる。
【００４８】
そして本実施形態では、導電層２１は酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）およびアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）で形成されたものを用いたが、導電性材料であれば特に限定されない。例えば、白金、金、銀、銅などの金属、導電性セラミックスまたは金属酸化物などが列挙できる。また半導体層２０自体が導電性材料としても機能する場合には、導電層２１は省略することができる。
【００４９】
また本実施形態では、対極部１８は白金で形成されたものを用いているが、導電性材料であれば特に限定されない。例えば、金、銀、銅などの金属、導電性セラミックスまたは金属酸化物などが挙げられる。
【００５０】
上述の本実施形態では、金属層１９を溶解させる物質および電解質としてヨウ素を用いたが、金属層１９を溶解させる物質と電解質とが異なる物質であってもよい。
【００５１】
なお本実施形態では、プローブ２３は金属層１９に直接結合させているが、プローブ２３と金属層１９との間に、エタンジチオールなどの架橋剤を存在させてもよい。
【００５２】
また本実施形態における検出装置１および検査チップ４は、金属層１９上に互いに分離された複数の領域毎に区分してプローブ２３を固定し、光源５による光照射を各領域に対して個別に行ってもよい。これにより、複数の試料を1枚の半導体電極部１５で測定することが可能となる。複数種類のプローブを領域毎に固定することによって、多検体評価、多項目測定を１つの検査チップ４で行うことができる。
【００５３】
そして本実施形態では、電源３２は参照電極部３１を基準として半導体電極部１５に０Ｖの電位を印加したが、この参照電極部３１は省略することが可能である。この場合、電源３２は対極部１８を基準として半導体電極部１５に０Ｖの電位を印加することになる。
【実施例】
【００５４】
実施例１（半導体電極への金属層形成有無の検討）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成したものである。作製方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）およびアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化チタン（ＴｉＯ２）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に１０ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。ここで、半導体層としてチタンやクロムを含む物質を用いることにより、半導体層と金属層との密着力が高まる。このようにして作製された電極を半導体電極部とした。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００５５】
〔対極部の作製〕
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、スパッタリングにより白金薄膜を２００ｎｍの厚さで導電層を形成したものを、対極部とした。この対極部には電流計と接続するための対極リードが接続されている。
【００５６】
〔プローブの固定〕
半導体電極部の金属層上に、チオール基を有するＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）からなるプローブを固定させた。方法としては、まず、核酸を分散させた水溶液（核酸濃度１０μＭ）に半導体電極部を１８時間浸漬した。その後、超純水で洗浄し、３０分間乾燥させた。これにより、核酸が有するチオール基と金属層の金原子との結合により、核酸が金属層上に固定される。
【００５７】
〔被検物質の調製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させたものを作製した。修飾物質は、増感色素であるＰｕｌｓａｒ６５０（バイオサーチテクノロジーズジャパン社）を用いた。この増感色素はルテニウム錯体であり、このルテニウム錯体はＤＮＡとペプチド結合によって結合している。
【００５８】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
修飾物質で修飾された被検物質を半導体電極部上のプローブで捕捉した。方法としては、まず、半導体電極部の周囲に、隔壁となるようにシリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）を配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、ハイブリダイゼーション用溶液を１０μＬ注入した。ここで、ハイブリダイゼーション用溶液は、修飾物質で修飾されたＤＮＡ（濃度１０μＭ）とハイブリダイゼーションバッファー（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）とを混合したものを用いた。
そして、シリコンゴム上にカバーグラスを被せ、溶液が乾燥しない状態にしてハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションは４５℃、１時間静置して反応させた。ハイブリダイゼーション反応後、洗浄用バッファー（Ｗａｓｈ ｂｕｆｆｅｒＡ、Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）と超純水で洗浄後、ブロアで乾燥させた。
【００５９】
〔電解液の調製〕
溶媒としてアセトニトリル（ＡＮ）と炭酸エチレン（ＥＣ）とを体積比で６：４に混合したものを作製した。ここに、支持電解質塩として、テトラプロピルアンモニウムヨーダイド（ＮＰｒ４Ｉ）を０．６Ｍ溶解させた。さらに電解質として、ヨウ素を０．０６Ｍ溶解させた。これを電解液とした。
【００６０】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で側壁となるように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより、半導体電極部と対極部とが電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極リードと対極リードとを電流計に接続した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。光源は波長４７３ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源を用いた。これにより、修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流の電流値を測定した。
【００６１】
比較例１
半導体層上に金属層を形成する工程を除いた以外は実施例１と同様の操作で測定したものを比較例１とする。
【００６２】
〔結果〕
図１２は実施例１および比較例１の測定により得られた電流値を示すグラフである。実施例１の方法では、２２９ｎＡの電流値が得られた。それに対して比較例１の方法では８０ｎＡの電流値が得られた。
このことから、半導体層上に金属層を形成することで、約３倍の電流値が取り出せ、電流の検出感度が向上したことがわかる。
実施例２（修飾物質で修飾された被検物質の電流測定による検出）
【００６３】
〔半導体電極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【００６４】
〔対極部の作製〕
実施例1と同様の方法で作製した。
【００６５】
〔プローブの固定〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００６６】
〔被検物質の調製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させたもの（被検物質Ａ）と、プローブと相補的な塩基配列を含まないＤＮＡに修飾物質を結合させたもの（被検物質Ｂ）を準備した。
ここで修飾物質は、増感色素であるＰｕｌｓａｒ６５０（バイオサーチテクノロジーズジャパン社）を用いた。この増感色素はＤＮＡとペプチド結合によって結合している。
【００６７】
〔プローブによる被検物質の捕捉〕
被検物質Ａまたは被検物質Ｂと金属層上のプローブとで、ハイブリダイゼーション反応を行った。まず半導体電極部の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で隔壁となるように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、ハイブリダイゼーション用溶液を１０μＬ注入した。このハイブリダイゼーション用溶液は、修飾物質で修飾されたＤＮＡ（濃度１０μＭ）とハイブリダイゼーションバッファー（Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）とを混合したものを用いた。
次にシリコンゴム上にカバーグラスを被せ、溶液が乾燥しない状態にしてハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイゼーションは４５℃、１時間静置して反応させた。ハイブリダイゼーション後、洗浄用バッファー（Ｗａｓｈ ｂｕｆｆｅｒＡ、Ａｆｆｙｍｅｔｒｉｘ社）と超純水で洗浄後、ブロアで乾燥させた。
【００６８】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００６９】
〔電流測定〕
被検物質Ａまたは被検物質Ｂとプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で側壁となるように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に電解液を１０μＬ注入し、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から対極部を有する基板で密封した。これにより、半導体電極部と対極部とが電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極リードと対極リードとを電流計に接続し、半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。光源は波長４７３ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源を用いた。これにより、被検物質を修飾している修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流の電流値を測定した。
なお、被検物質と金属層上のプローブとをハイブリダイズさせる工程を行わず、電流を測定したものを、電極由来の電流値として測定を行った。電極由来の電流とは、電極自体が光照射により励起され、発生する電流のことである。
【００７０】
比較例２
半導体層上に金属層を形成する工程を除いた以外は、実施例２と同様にして被検物質の検出を行った。
【００７１】
〔結果〕
図１３は、実施例２および比較例２で検出された電流値のグラフである。
実施例２において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡ（被検物質Ａ）を用いてハイブリダイゼーションを行った場合、検出された電流値は３６．３ｎＡであった。
またプローブと相補的な塩基配列を持たないＤＮＡ（被検物質Ｂ）を用いてハイブリダイゼーションを行った場合、電流値は２４．７ｎＡとなった。この電流値は、電極由来の電流値２４．９ｎＡと同等であった。このことから被検物質Ａでハイブリダイゼーションさせた場合に検出された電流値は、被検物質の半導体電極部への非特異的な吸着によるものではなく、配列を認識した特異的な検出によるものであることが確認できる。
図１４は、実施例２および比較例２において得られたデータのうち、修飾物質由来の電流値を示したグラフである。修飾物質由来の電流値とは、被検物質の測定で得られた電流値から電極由来の電流値を差し引いた値のことである。
修飾物質由来の電流値は、金属層を含まない半導体電極部（比較例２）を用いた場合に比べ、金属層を含む半導体電極部を用いた場合（実施例２）のほうが約４．５倍大きいことがわかる。
【００７２】
実施例３（長波長励起における金属層を形成した半導体電極の効果）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成したものである。作製方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に、１０ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。そして金属層を形成した後に、酸素雰囲気中で焼結（１５０℃）し、金薄膜と半導体層との密着度を向上させた。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００７３】
〔対極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【００７４】
〔プローブ物質の固定〕
半導体電極部の金属層上に、チオール基を有するＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）からなるプローブを固定させた。まず、核酸を分散させた水溶液（核酸濃度１０μＭ）に半導体電極部を１８時間浸漬した。その後、超純水で洗浄し、１０分間乾燥させた。これにより、核酸が有するチオール基と金属層の金原子との結合により、核酸が金属層上に固定される。
【００７５】
〔被検物質の調製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させたものを作製した。修飾物質はＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ７５０（インビトロジェン社）を用いた。この修飾物質は有機色素であり、有機色素はＤＮＡとペプチド結合によって結合している。
【００７６】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００７７】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で調製した。
【００７８】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で囲むように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより半導体電極部、対極部および参照電極部を電解液に接触させた。
次に、半導体電極に参照電極の電位を基準として０Ｖの電位を印加した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。この光源には波長７８５ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源（Ｃｕｂｅ７８５、コヒレント社）を用いた。これにより修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が生じる。この電流値を測定した。
なお、被検物質と金属層上のプローブとをハイブリダイズさせる工程を行わず電流を測定したものを、電極由来の電流値として測定を行った。電極由来の電流とは、電極自体が光照射によって励起され発生する電流のことである。
【００７９】
比較例３
半導体層上に金属層を形成する工程を除いた以外は実施例３と同様の操作で測定したものを比較例３とする。
【００８０】
比較例４
シランカップリング剤（アミノプロピルトリエトキシシラン：ＡＰＴＥＳ）を用いて、プローブＤＮＡを固定したものを比較例４とする。
【００８１】
〔半導体電極部の作製〕
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この基板と導電層と半導体層からなる電極を、シランカップリング剤（アミノプロピルトリエトキシシラン：ＡＰＴＥＳ）がトルエン中に１％の濃度で溶解している溶液に浸漬させ、半導体層上にシランカップリング剤の薄膜を形成した。そして１１０℃で電極を加熱した後、トルエン中で超音波洗浄（５分）を３回繰り返し、脱水エタノールで洗浄することで、半導体電極表面に結合していないシランカップリング剤を取り除いた。このようにして作製された電極を半導体電極部とした。この半導体電極部には電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００８２】
〔対極部の作製〕
実施例３と同様の方法で作製した。
【００８３】
〔プローブ物質の固定〕
半導体層上に、ＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）からなるプローブを固定させた。方法としては、まず、核酸を分散させた水溶液（核酸濃度１００μＭ）とＵＶクロスリンク用の試薬（Ｍｉｃｒｏａｒｒａｙｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｒｅａｇｅｔ Ｄ， Ａｍｅｒｓｈａｍ）を１：９の混合比で混合した溶液を半導体電極上に６μL滴下した。その後、ＵＶクロスリンカー（ＦＳ-１５００、フナコシ）でＵＶ光（１６０ｍJ）を照射し、超純水で洗浄し１０分間乾燥させた。これにより、ＵＶクロスリンク用試薬がＤＮＡとシランカップリング剤との架橋剤となり、核酸が半導体層上に固定される。
【００８４】
〔被検物質の調製〕
実施例３と同様の方法で調製した。
【００８５】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例３と同様の方法で行った。
【００８６】
〔電解液の調製〕
実施例３と同様の方法で調製した。
【００８７】
〔光電流測定〕
実施例３と同様の方法で行った。
【００８８】
〔結果〕
図１５は、実施例３、比較例３および比較例４において、検出された光電流値のグラフである。
実施例３において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は１５８ｎＡであった。またプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０８２ｎＡとなった。このことから、シグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）＝１５８／０．０８２＝１９３０となる。
比較例３において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は０．２４ｎＡであった。またプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０２８ｎＡとなった。このことから、Ｓ／Ｎ比＝０．２４／０．０２８＝８．６となる。前述の実施例３と比較すると、金属層を用いることで修飾物質由来の光電流値が６６０倍、Ｓ／Ｎ比が２２０倍向上していることがわかる。
なお比較例４において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は１９ｎＡであった。またプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０２１ｎＡとなった。このことから、Ｓ／Ｎ比＝１９／０．０２１＝９００となる。上述の実施例３と比較すると、金属層を用いることで修飾物質由来の光電流値が８倍、Ｓ／Ｎ比が２倍向上している。比較例４でも同様に、修飾物質由来の光電流値の向上とＳ／Ｎ比の向上が見られる。
以上より、半導体電極部に金属層を形成させると、電流の検出感度が向上する。電流値の検出感度向上の要因としては、金属層を形成させることで（１）ＤＮＡ固定量の増加（２）導電性の向上（３）金属層でのプラズモン励起による光電変換効率の向上などが考えられる。
【００８９】
実施例４（一塩基多型（ＳＮＰ）を用いた非特異吸着の検証）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成して作製された。方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に、２ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【００９０】
〔対極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【００９１】
〔プローブ物質の固定〕
まず、プローブを分散させた水溶液（プローブ濃度１０μＭ）に半導体電極部を１６時間浸漬した。このプローブは、チオール基を有するDNA（２４ｂａｓｅ）である。浸漬した後、半導体電極部を超純水で洗浄し、１０分間乾燥させた。これにより、プローブが有するチオール基と金属層の金原子との結合により、プローブが金属層上に固定される。
【００９２】
〔被検物質の作製〕
被検物質として、プローブと非相補的な塩基配列（１塩基のみ非相補的）を含むＤＮＡに修飾物質を結合させた被検物質を作製した。修飾物質は有機色素であるＡｌｅｘａＦｌｕｏｒ７５０（インビトロジェン社）を用いた。この有機色素はＤＮＡとペプチド結合している。
【００９３】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例１と同様の方法で行った。
【００９４】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で調製した。
【００９５】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で囲むように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより、半導体電極部、対極部および参照電極部が電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極に参照電極の電位を基準として０Ｖの電位を印加した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射した。ここで、光源は波長７８５ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源（Ｃｕｂｅ７８５、コヒレント社）を用いた。これにより、修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流値を測定した。
【００９６】
比較例５
比較例５は、披検物質として、プローブと相補的な塩基配列を用いた以外は実施例４と同様の操作で測定した。
【００９７】
比較例６
比較例６は、披検物質をハイブリダイゼーションさせなかった以外は実施例４と同様の操作で測定した。
【００９８】
〔結果〕
図１６は、実施例４、比較例５および比較例６において、検出された光電流値のグラフである。
実施例４において、プローブと非相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行なった場合、検出された光電流値は１．７ｎＡであった。比較例５において、プローブと相補的な塩基配列を持つＤＮＡを用いてハイブリダイゼーション反応を行った場合、検出された光電流値は１９５ｎＡであった。比較例６においてプローブＤＮＡのみを固定した場合、検出された光電流値は０．０６７ｎＡとなった。このことから、金薄膜に非特異的に吸着するＤＮＡは少なく、配列特異的に被検物質を検出できることが確認できる。
【００９９】
実施例５（金薄膜の膜厚依存性）
〔半導体電極部の作製〕
半導体電極部は、基板に導電層と半導体層と金属層とを形成して作製された。作製方法としては、まず、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）からなる基板上に、１００ｎｍの厚さの酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる導電層をスパッタリングにより形成した。この導電層上に、１０ｎｍの厚さの酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）からなる半導体層をスパッタリングにより形成した。この半導体層上に、０．２ｎｍの厚さの金薄膜からなる金属層を蒸着によって形成した。この半導体電極部には、電流計と接続するための半導体電極リードが接続されている。
【０１００】
〔対極部の作製〕
実施例１と同様の方法で作製した。
【０１０１】
〔プローブ物質の固定〕
まず、プローブを分散させた水溶液（プローブ濃度１０μＭ）に半導体電極部を１６時間浸漬した。ここで、プローブは、チオール基を有するＤＮＡ（２４ｂａｓｅ）を用いた。半導体電極部を浸漬した後、半導体電極部を超純水で洗浄し、１０分間乾燥させた。これにより、プローブが有するチオール基と金属層の金原子との結合により、プローブが金属層上に固定される。
【０１０２】
〔被検物質の作製〕
被検物質として、プローブと相補的な塩基配列を含むＤＮＡに修飾物質を結合させた被検物質を作製した。修飾物質は有機色素であるＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ７５０（インビトロジェン社）を用いた。この有機色素にＤＮＡをペプチド結合させた。
【０１０３】
〔被検物質とプローブとのハイブリダイゼーション〕
実施例１と同様の方法で行った。
【０１０４】
〔電解液の調製〕
実施例１と同様の方法で調製した。
【０１０５】
〔光電流測定〕
被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を有する基板の周囲を、シリコンゴム（厚さ０．２ｍｍ）で囲むように配置した。このシリコンゴムで形成された空間に、電解液を１０μＬ注入した。そして、電解液が充填された半導体電極部を有する基板の上方から、対極部を有する基板で密封した。これにより半導体電極部、対極部および参照電極部が電解液に接触している状態となる。
次に、半導体電極に参照電極の電位を基準として０Ｖの電位を印加した。そして半導体電極部方向から対極部に向けて光源から光を照射する。ここで、光源は波長７８５ｎｍ、強度１３ｍＷのレーザー光源（Ｃｕｂｅ７８５、コヒレント社）を用いた。これにより修飾物質が励起され、励起された修飾物質から発生した電子が半導体層に輸送され、半導体電極部と対極部との間に電流が流れる。この電流値を測定した。
さらに、半導体電極部の金属層において、金薄膜の厚さが１ｎｍ、２ｎｍ及び５ｎｍに変えた場合の半導体電極部を用いて測定をしたときの電流値についても上記と同様に行った。
【０１０６】
なお、電極由来の電流値を測定するために、被検物質と金属層上のプローブとをハイブリダイズさせる工程を行わずに、電流を測定した。電極由来の電流とは、電極自体が光照射によって励起され発生する電流のことである。
【０１０７】
〔結果〕
図１７は、実施例５において検出された各膜厚におけるシグナルノイズ比（Ｓ／Ｎ比）のグラフである。ここで、Ｓ／Ｎ比は、「被検物質とプローブとをハイブリダイズさせた半導体電極部を用いて測定された電流値／電極由来の電流値」である。
図１７より、金薄膜が１ｎｍのとき、最も良いＳ／Ｎ比が得られることがわかる。よって、金属層が１ｎｍのとき、被検物質の検出感度が最も高まるといえる。
なお、金薄膜の厚さが５ｎｍのとき、ハイブリダイゼーション後の洗浄工程により金薄膜が半導体層から剥離してしまった。このため、５ｎｍ以上の厚さの金薄膜を形成した半導体電極部を用いるとき、チタンやクロムを含む半導体層を用いたり（実施例１及び２）、焼結処理を行った半導体電極部を用いたり（実施例３）することによって、金薄膜と半導体層との密着力を向上させる必要がある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、
半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、
被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、
導電層を備える対極部と
を備える検査チップ。
【請求項２】
前記金属層は電解液によって溶解される金属からなる、請求項１に記載の検査チップ。
【請求項３】
前記電解液はヨウ素またはヨウ化物を含む、請求項２に記載の検査チップ。
【請求項４】
前記金属層は前記プローブと化学吸着する金属からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項５】
前記プローブと化学吸着する金属が金である、請求項４に記載の検査チップ。
【請求項６】
前記プローブは前記金属層と化学吸着する結合基としてチオール基を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項７】
前記金属層は、蒸着またはスパッタリングにより前記半導体層上に形成される、請求項１〜６のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項８】
前記プローブは核酸である、請求項１〜７のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項９】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出する検出装置であって、
半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップを、受入可能に構成された検査チップ受入部と、
前記検査チップ受入部に挿入された前記検査チップ内の被検物質に修飾している修飾物質を光励起する光源と、
前記光源での光励起により、修飾物質で修飾された被検物質から流れる電流を測定する電流測定部と
を備えた検出装置。
【請求項１０】
前記光源は、被検物質に修飾している修飾物質を励起する波長の光を発生する、請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出する方法であって、
半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップに被検物質を含む試料を適用することにより、前記金属層上に固定された前記プローブで被検物質を捕捉する工程と、
被検物質に修飾物質を導入する工程と、
修飾物質を励起する光を照射する工程と、
励起された修飾物質から生じる電流を検出する工程と
を含む被検物質の特異的検出方法。
【請求項１２】
前記半導体電極部と前記対極部との間に電流を流すための電解質媒体を添加する工程をさらに含む、請求項１１に記載の被検物質の特異的検出方法。
【請求項１３】
前記電解質媒体は、前記金属層を溶解させる電解質と有機溶媒とを含む、請求項１２に記載の被検物質の特異的検出方法。
【請求項１４】
前記電解質は、ヨウ素またはヨウ化物である、請求項１３に記載の被検物質の特異的検出方法。
【請求項１】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出するための検査チップであって、
半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、
被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、
導電層を備える対極部と
を備える検査チップ。
【請求項２】
前記金属層は電解液によって溶解される金属からなる、請求項１に記載の検査チップ。
【請求項３】
前記電解液はヨウ素またはヨウ化物を含む、請求項２に記載の検査チップ。
【請求項４】
前記金属層は前記プローブと化学吸着する金属からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項５】
前記プローブと化学吸着する金属が金である、請求項４に記載の検査チップ。
【請求項６】
前記プローブは前記金属層と化学吸着する結合基としてチオール基を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項７】
前記金属層は、蒸着またはスパッタリングにより前記半導体層上に形成される、請求項１〜６のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項８】
前記プローブは核酸である、請求項１〜７のいずれかに記載の検査チップ。
【請求項９】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出する検出装置であって、
半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップを、受入可能に構成された検査チップ受入部と、
前記検査チップ受入部に挿入された前記検査チップ内の被検物質に修飾している修飾物質を光励起する光源と、
前記光源での光励起により、修飾物質で修飾された被検物質から流れる電流を測定する電流測定部と
を備えた検出装置。
【請求項１０】
前記光源は、被検物質に修飾している修飾物質を励起する波長の光を発生する、請求項９に記載の検出装置。
【請求項１１】
光励起により電子を生じる修飾物質で修飾された被検物質を検出する方法であって、
半導体層上に形成された金属層を備える半導体電極部と、被検物質を捕捉する前記金属層上に固定されたプローブと、導電層を備える対極部とを備える検査チップに被検物質を含む試料を適用することにより、前記金属層上に固定された前記プローブで被検物質を捕捉する工程と、
被検物質に修飾物質を導入する工程と、
修飾物質を励起する光を照射する工程と、
励起された修飾物質から生じる電流を検出する工程と
を含む被検物質の特異的検出方法。
【請求項１２】
前記半導体電極部と前記対極部との間に電流を流すための電解質媒体を添加する工程をさらに含む、請求項１１に記載の被検物質の特異的検出方法。
【請求項１３】
前記電解質媒体は、前記金属層を溶解させる電解質と有機溶媒とを含む、請求項１２に記載の被検物質の特異的検出方法。
【請求項１４】
前記電解質は、ヨウ素またはヨウ化物である、請求項１３に記載の被検物質の特異的検出方法。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１３３９３３（Ｐ２０１０−１３３９３３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２６３２１（Ｐ２００９−２２６３２１）
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（３９００１４９６０）シスメックス株式会社 (810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月３０日（２００９．９．３０）
【出願人】（３９００１４９６０）シスメックス株式会社 (810)
【Ｆターム（参考）】
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