物質間相互作用検出部とセンサーチップ
【課題】ノイズによる検出精度低下の問題を根本的に解決できる物質間の相互作用検出技術を提供すること。
【解決手段】物質間の相互作用が進行する場を提供し得る反応領域２と、前記反応領域２に連通する領域であって、前記反応領域から移動してきた物質を標識する場を提供し得る標識領域３と、前記標識領域３に連通する領域であって、前記標識物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場を提供し得る検出領域４と、から構成され、検出精度の高い物質間相互作用検出部１ａを提供する。
【解決手段】物質間の相互作用が進行する場を提供し得る反応領域２と、前記反応領域２に連通する領域であって、前記反応領域から移動してきた物質を標識する場を提供し得る標識領域３と、前記標識領域３に連通する領域であって、前記標識物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場を提供し得る検出領域４と、から構成され、検出精度の高い物質間相互作用検出部１ａを提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質間の相互作用を検出する際に特に有用な技術に関する。より詳細には、反応領域から検出されるノイズ（ノイズ信号）による検出精度の低下を根本的に解決できる物質間の相互作用検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板などの表面（界面）において、物質間の相互作用や反応を進行させて、これらを物理的手段や光学的手段等によって検出する技術が進展している。当該技術は、疾病診断、薬物等の化合物スクリーニング、法医学、遺伝情報の網羅的解析、生体物質の機能解析、プロテオーム解析、生体内反応の解析などの分野では、既に重要な基幹技術となりつつある。
【０００３】
検出目的とされる相互作用（あるいは反応）は、例えば、核酸鎖（相補鎖）間のハイブリダイゼーション、タンパク質間の相互作用、抗原抗体反応、酵素反応、ホルモン応答反応、低分子化合物が関与する諸反応など様々である。検出技術において最も代表的な手法を例示すれば、蛍光検出技術である。
【０００４】
この蛍光検出技術は、所定の反応領域で目的の相互作用を進行させた後に、当該反応領域から発せられる蛍光を捕捉して、この蛍光強度を解析する手法である。例えば、ＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）は、一般に、基板上の反応領域に固定された核酸鎖と試料核酸中に存在する蛍光標識された核酸鎖とのハイブリダイゼーションを進行させ、該反応領域から不要な遊離物質を洗浄除去した後、二本鎖状態で反応領域に留まる前記ターゲット核酸鎖から発せられる蛍光強度を測定することにより、前記ハイブリダイゼーションを検出する。また、ハイブリダイゼーションに係わる核酸鎖の蛍光標識を行なうことなく、二本鎖に特異的に結合する性質を持つ蛍光インターカレーターを用いて、ハイブリダイゼーションを検出する方法も開発されている。
【０００５】
しかし、この種の検出技術においては、種々の原因により、ハイブリダイゼーションとは全く無関係の蛍光（以下、ノイズ蛍光）が反応領域内で発生して、検出精度を低下させてしまうという問題を抱えている。このため、いわゆるＳ／Ｎ比の向上が重要な技術的課題となっている。
【０００６】
この技術的課題を解決するために提案された主な従来技術として、第１には、チップ用の担体表面の材料に蛍光物質含有量の少ない材料であるポリオレフィンを用いる技術（特許文献１参照）、第２には、プローブＤＮＡの構造を工夫し、ハイブリダイゼーションしたプローブＤＮＡのみから蛍光が発せられるようにする技術（特許文献２参照）、第３には、消光剤を用いてノイズ蛍光を低減する技術（特許文献３）などを挙げることができる。
【特許文献１】特開２００３−２８８６７号公報。
【特許文献２】特開２００３−３２９６７６号公報。
【特許文献３】特開２００３−０８４００２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上掲したような従来技術のアプローチは、反応領域内でのノイズを極力発生させないように工夫したり（特許文献１、２）、発生したノイズを極力低減するように工夫したり（特許文献３）する技術であるため、Ｓ/Ｎ比向上をある程度達成できても、反応領域において発生するノイズ蛍光を完全に排除することはできない。即ち、従来技術ではＳ／Ｎ比向上に一定の限界があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ノイズによる検出精度低下の問題を根本的に解決できる物質間の相互作用検出技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、ノイズによる検出精度低下の問題を解決するための従来の発想から大きく転換し、ノイズの発生を完全に回避することが困難である反応領域において検出作業を行わないように工夫した。即ち、反応領域と検出領域を共通の領域とせず全く別の領域とし、反応領域内で相互作用が進行した物質のみを検出領域に移動させてから検出することによって、反応領域からのノイズ信号を一切検出しないようにするという新規着想の基に、以下の本発明を完成させた。
【００１０】
本発明は、物質間の相互作用が進行する場を提供し得る「反応領域」と、前記第１領域に連通する領域であって、前記第１領域から移動してきた物質を標識する場を提供し得る「標識領域」と、前記標識領域に連通する領域であって、前記標識後の物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場を提供し得る「検出領域」と、から構成された物質間相互作用検出部、並びに、該物質間相互作用検出部が設けられたセンサーチップ、特に、上方外観視、円盤状をなすセンサーチップを提供する。
【００１１】
本発明においては、物質間の相互作用が進行する反応領域と検出信号を取得する検出領域が物理的に区別された構成を採用している。そのため、未反応物質等のノイズ原因が、検出領域内へ侵入することを防止できる。従って、反応領域内において発生するノイズが、検出領域内での検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。
【００１２】
本発明においては、少なくとも反応領域及び標識領域と、検出領域とが物理的に区別された構成であれば、その構成は特に限定されない。例えば、反応領域内において、相互作用する物質を標識してもよい。即ち、反応領域が、同時に標識領域の役割も担うように構成することも自由である。
【００１３】
本発明における検出領域の形態や該検出領域への物質の移動原理等は、特に限定されない。検出領域の有力な形態例の一つは、キャピラリである。また、検出領域への物質の移動原理の有力例は、前記キャピラリにおける毛細管現象や遠心力による沈降平衡に基づいて物質の分子量に依存した濃度勾配の形成（沈降平衡原理）である。
【００１４】
沈降平衡原理を採用した場合、標識領域からキャピラリへ送られてくる溶媒中に存在する物質（溶質）を、遠心力の作用によってキャピラリの先端側に向かって沈降させて、この沈降力とこれに逆らう拡散力が平衡（沈降平衡）した時点での分子量に依存した濃度勾配を形成することができる。その結果、キャピラリ内の特定位置に、相互作用状態にある物質を他の物質と分離して集積することが可能となる。なお、円盤状の基板の半径方向にキャピラリを形成しておく構成により、該基板を所定速度で回転させることで該キャピラリに遠心力を形成することができる。
【００１５】
また、本発明では、反応領域と標識領域の間に、物質の通過を制御可能な領域を設けておくことによって、反応領域から標識領域への物質の移動を制御し、必要なタイミングで、物質間の相互作用を進行させる段階から後続の段階（標識段階と検出段階）へと移行できるようになる。
【００１６】
例えば、親媒性原理を利用すれば、親水性の物質の通過を疎水性領域によって通常状態で遮断しておき、必要に応じて当該疎水性領域を親水性へ変換したり、圧力や遠心力等によって強制的に疎水性領域を通過させたりすることができる。
【００１７】
ここで、本発明における「相互作用」は、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学的結合あるいは解離を広く意味し、例えば、核酸分子間のハイブリダイゼーション、タンパク質間の相互作用、抗原抗体反応などの物質間の化学的結合あるいは解離を広く含む。
【００１８】
また、本発明における「標識」とは、相互作用を検出するための検出信号を発する方法を全て包含する。例えば、蛍光物質、放射性物質、又はインターカレーターなどの標識物質を物質へ吸着又は結合させる方法、また、ＦＲＥＴの原理のように、物質間相互作用により、その物質の蛍光色等を変化させる方法などを広く含む概念である。
【００１９】
以下、本発明に係る関連技術用語について説明する。
【００２０】
「ノイズ」とは、その発生原因や信号の種類を問わず、物質間の相互作用を検出に真に役立つ信号以外の信号を広く意味し、バックグラウンドノイズという概念も包含する。「Ｓ／Ｎ比」は、検出に有用な正規検出信号（Ｓ）と検出に有用でないノイズ信号（Ｎ）との比を意味し、この比の値が大きいほど、検出精度が高い。
【００２１】
「核酸鎖」とは、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体（ヌクレオチド鎖）を意味し、プローブＤＮＡを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したＤＮＡ（全長あるいはその断片）、逆転写により得られるｃＤＮＡ（ｃプローブＤＮＡ）等を広く含む。天然由来のもの、人工的に合成したものも含む。
【００２２】
「ハイブリダイゼーション」は、核酸鎖間の相補結合形成反応であり、ＤＮＡ−ＤＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡ、ＲＮＡ−ＲＮＡ間の相補結合などを広く含む。なお、「ミスハイブリダイゼーション」は、ミスマッチな塩基間（不適合な塩基間）で相補結合した部位を有する状態で二本鎖を形成する反応を言う。
【００２３】
「センサーチップ」は、物質間の相互作用を進行させ、これを検出（センシング）し得る基板を広く包含し、当該基板を構成する基材の材料や層構造等は特に限定されないない。いわゆるＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）と一般に称されるヌクレオチドチップ、たんぱくチップを少なくとも含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、物質間の相互作用を検出する際のノイズを排除することができ、ひいては、検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態例ついて、添付図面を参照しながら説明する。
なお、添付図面に示された各実施形態は、本発明に係わる代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００２６】
まず、図１、及び図２を用いて、本発明に係る物質間相互作用検出部の構成を説明する。図１は、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａの一実施形態を示す上方外観視平面図であり、図２は、本発明に係る物質間相互作用検出部１の一実施形態を示す側方外観視平面図である。
【００２７】
本発明に係る物質間相互作用検出部１ａは大別して、反応領域２と、標識領域３と、検出領域４と、から構成する。なお、図１中符号Ｓは検出の対象となるサンプル溶液等を示し、矢印Ｗは、サンプル溶液等の移動方向を示している。
【００２８】
反応領域２は、サンプルＳを投入し、物質間の相互作用が進行する場である。反応領域２において進行する物質間相互作用は、特に限定されない。一例としては、核酸分子間のハイブリダイゼーション、タンパク質間の相互作用、抗原抗体反応などの物質間の化学的結合あるいは解離が挙げられ、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学的結合あるいは解離などを広く包含する。
【００２９】
標識領域３は、反応領域２に連通する領域であって、反応領域２から移動してきた物質を標識する場である。標識領域３における標識方法は、特に限定されない。一例としては、物質に蛍光物質又は放射性物質などの標識物質を吸着又は結合させる方法が挙げられる。また、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する場合等には、インターカレーターなどによる標識方法も採用することができる。
【００３０】
ここで、インターカレーターとは、二本鎖核酸の相補鎖部位に結合して蛍光等を発する物質であって、ハイブリダイゼーション検出に用いられる物質である。例えば、ＰＯＰＯ−１やＴＯＴＯ−３、ＳＹＢＲ（登録商標）ＧｒｅｅｎＩ、ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ、Ｈｏｅｃｈｓｔ３３２５８などを挙げることができる。なお、このインターカレーターは、正規な（フルマッチな）相補鎖部分以外に、場合により、ミスマッチ二本鎖核酸の相補鎖部位、自己ループ構造部位、遊離状態又は固定化された状態の一本鎖核酸、二本鎖核酸の余剰の一本鎖部位などにも非特異的に結合又は吸着してしまい、ノイズ蛍光を発する場合がある。
【００３１】
標識領域３では、物質間の相互作用を進行させると同時に、該物質を標識することもできる。即ち、標識領域３を、同時に反応領域２の役割も担う構成とすることも可能である。例えば、予め一方の物質を標識物質で標識しておけば、相互作用と同時に相互作用後の物質を標識することができる。また、ＦＲＥＴなどの原理を利用して、蛍光物質間の蛍光エネルギーが移動することにより、物質自体の蛍光を変化させることによって標識することも可能である。
【００３２】
検出領域４は、標識領域３に連通する領域であって、前記標識後の物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場である。本発明においては、物質間の相互作用が進行する反応領域２、及び物質を標識する標識領域３と、検出信号を取得する検出領域４とを、物理的に区別した構成を採用している。そのため、未反応物質等のノイズ原因となるものが、反応領域２及び標識領域３から、検出領域４内へ移動することを防止できる。従って、反応領域２及び標識領域３内において発生するノイズが、検出領域４内での検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。その結果、Ｓ／Ｎ比の向上を図り、検出精度の高い物質間相互作用検出部１ａを提供することができる。
【００３３】
検出領域４で行う検出方法は、特に限定されない。一例としては、図２に示すように、検出領域４へ向けて、所定波長の蛍光励起光Ｑを光源５から出射して、検出領域４内で励起された蛍光Ｆを、光ディテクタ６で検出し、蛍光強度等を測定する方法が挙げられる。
【００３４】
検出領域４は、物質間相互作用情報を取得しうる領域であれば、その形態は特に限定されない。好適な一例としては、キャピラリが挙げられる。キャピラリを用いることにより、毛細管現象の原理に基づいて、物質を検出領域４へ移動させることができる。
【００３５】
検出領域４への物質の移動方法は、上記毛細管現象等に以外にもあらゆる方法を用いることができる。好適な一例としては、遠心力による沈降平衡に基づいた方法である。この方法を用いれば、物質の分子量に依存した濃度勾配を形成することができる（沈降平衡原理）。沈降平衡原理に基づく方法を、図３を用いて詳しく説明する。
【００３６】
図３は、沈降平衡原理を用いて、物質を検出領域４へ移動させる様子を示す図である。図３中矢印Ｃの方向へ遠心力を加えると、溶媒中に存在する物質（溶質）にも沈降力が加わる。物質（溶質）は、この沈降力と逆らう拡散力が平衡した箇所に留まる。そして、分子量に依存した濃度勾配を形成する。
【００３７】
この沈降平衡原理を用いれば、例えば、図３に示すように、予め相互作用後の物質の分子量から特定位置４ａを求めておき、該特定位置４ａから得られる光情報や放射線情報を捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出することができる。
【００３８】
図４は、図１、２とは異なる実施形態である物質間相互作用検出部１ｂを示す上方外観視平面図である。
【００３９】
本実施形態では、反応領域２と標識領域３の間に、物質の通過を制御可能な通過制御領域７を設けている。通過制御領域７を設けることにより、反応領域２から標識領域３への物質の移動を制御し、必要なタイミングで、物質間の相互作用を進行させる相互作用段階から標識段階へと移行することができる。
【００４０】
また、図示しないが、標識領域３と検出領域４の間に、通過制御領域７を設けることも自由である。同様に、標識領域３から検出領域４への物質の移動を制御し、必要なタイミングで、標識段階から、相互作用情報を取得する検出段階へと移行することができる。
【００４１】
通過制御領域７で行う制御方法は、特に限定されない。一例を挙げると、親媒性原理を利用することができる。具体的には、通過制御領域７を疎水性領域とし、親水性の物質の通過を遮断する。そして、必要に応じて当該疎水性領域を親水性へ変換して親水性の物質を通過させたり、圧力や遠心力等によって親水性の物質を強制的に通過させたりすることができる。
【００４２】
疎水性領域の形成方法は特に限定されない。好適な一例としては、疎水性領域を酸化チタンで形成する方法が挙げられる。酸化チタンは、通常は疎水性であるが、紫外線を照射することにより親水性へと変化する物質である。そのため、通過制御領域７を酸化チタンで形成すれば、通常は親水性の物質の通過を遮断することができ、必要に応じて紫外線を照射し、その性質を親水性へと変換させることにより、親水性の物質を通過させることができる。
【００４３】
次に、図５から図８を用いて、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて検出し得る物質間相互作用の例を説明する。
【００４４】
図５は、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す模式図である。
【００４５】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、予めプローブ核酸Ｎが待ち受けている。プローブ核酸Ｎは、サンプル液Ｓ中の相補的なターゲット核酸Ｘとハイブリダイゼーションする（図５中（Ｉ）参照）。
【００４６】
そして、プローブ核酸Ｎとターゲット核酸Ｘは二本鎖を形成したまま、標識領域３へ移動する。移動方法は、特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。
【００４７】
標識領域３において、二本鎖を形成するプローブ核酸Ｎとターゲット核酸Ｘに対して、標識が行われる（図５中（II）参照）。図５では、インターカレーター８が、二本鎖核酸の相補鎖部位に結合することにより蛍光等を発する標識方法を例示しているが、標識方法は特に限定されない。物質間の相互作用情報を検出し得る方法であれば、あらゆる標識方法を用いることができる。
【００４８】
次に、標識された二本鎖は、検出領域４へと移動する。移動方法は特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。
【００４９】
本発明では、反応領域２及び標識領域３と、検出領域４とを物理的に区別した構成を採用しているので、反応領域２、及び標識領域４内において発生するノイズが検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。例えば、サンプルＳ中の核酸鎖であって、プローブ核酸Ｎと相補結合を形成しない核酸は、標識領域３や検出領域４へ移動しないため、該核酸鎖から生じるノイズを根本的に排除することができる。また、二本鎖核酸の相補鎖部位に結合せず、ミスマッチ二本鎖核酸の相補鎖部位、自己ループ構造部位、遊離状態又は固定化された状態の一本鎖核酸、又は二本鎖核酸の余剰の一本鎖部位などに非特異的に結合又は吸着したインターカレーター８も、検出領域４へは移動しないため、正規結合していないインターカレーター８から生じるノイズも根本的に排除することができる。
【００５０】
検出領域４中の所定の箇所で、図示しないが、標識物質等から得られる光情報や放射線情報などを捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００５１】
図６は、図５とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す図である。
【００５２】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、プローブ核酸Ｎが待ち受けている。該プローブ核酸Ｎには、予め標識物質９が結合している。プローブ核酸Ｎは、サンプルＳ中の相補的なターゲット核酸Ｘとハイブリダイゼーションする（図６中（Ｉ）参照）。
【００５３】
この時、プローブ核酸Ｎには、予め標識物質９が結合しているため、ハイブリダイゼーションと同時に、形成された二本鎖への標識が行われる。即ち、本実施形態に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）では、反応領域２が同時に標識領域３の役割も担う構成となっている。図６では、プローブ核酸Ｎに対して、予め標識物質９を結合させているが、この方法に限定されず、逆にターゲット核酸Ｘ側へ予め標識物質９を結合させておくことも自由である。
【００５４】
相互作用、及び標識が行われた二本鎖は、検出領域へと移動する（図６中（II）参照）。そして、標識物質等から得られる光情報や放射線情報などを捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００５５】
図７は、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いてタンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【００５６】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、予めタンパク質Ａ１が待ち受けている。タンパク質Ａ１は、サンプルＳ中のタンパク質Ｂ１と相互作用する（図７中（Ｉ）参照）。図７では、相互作用の一例として、タンパク質Ａ１とタンパク質Ｂ１とが複合体を形成する様子を挙げているが、相互作用の形態は特に限定されない。例えば、タンパク質Ｂ１がタンパク質Ａ１に何らかの作用をすることにより、タンパク質Ａ１の性質を変化させるような相互作用であってもよい。
【００５７】
タンパク質Ａ１とタンパク質Ｂ１の複合体は相互作用後、標識領域３へ移動する。移動方法は、特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。
【００５８】
標識領域３において、タンパク質Ａ１とタンパク質Ｂ１の複合体に対して、標識が行われる（図７中（II）参照）。図７では、標識物質９が、前記タンパク質複合体に結合することにより蛍光等を発する標識方法を例示しているが、標識方法は特に限定されない。物質間の相互作用情報を検出し得る方法であれば、あらゆる標識方法を用いることができる。
【００５９】
次に、標識された前記タンパク質複合体は、検出領域４へと移動する（図７中（III）参照）。移動方法は特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。そして、標識物質等から得られる光情報や放射線情報などを捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００６０】
図８は、図７とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、タンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【００６１】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、予め蛍光タンパク質Ａ２が待ち受けている。そして、サンプル液Ｓ中の蛍光タンパク質Ｂ２と相互作用する（図８中（Ｉ）参照）。
【００６２】
蛍光タンパク質Ａ２及びＢ２が相互作用することにより、蛍光タンパク質Ｂ２から蛍光タンパク質Ａ２へ、蛍光エネルギーが移動し、蛍光タンパク質Ａ２が別の波長の蛍光を示すようになる（ＦＲＥＴ法）。この場合、蛍光タンパク質Ａ２と蛍光タンパク質Ｂ２との相互作用と同時に、標識が行われる。即ち、本実施形態に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）は、反応領域２が同時に、標識領域３の役割も担う構成である。
【００６３】
次に、蛍光タンパク質Ａ２と蛍光タンパク質Ｂ２との複合体は、検出領域４へと移動する（図７中（III）参照）。移動方法は特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。図８では、蛍光タンパク質Ａ２と蛍光タンパク質Ｂ２とが複合体を形成したまま、検出領域４へと移動しているが、これに限定されない。例えば、蛍光色が変化した蛍光タンパク質Ａ２のみを、検出領域４へと移動させる方法を採用することも自由である。
【００６４】
そして、蛍光タンパク質Ａ２の蛍光色から得られる光情報を捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００６５】
図９は、本発明に係るセンサーチップ１０の一実施形態を示す上方外観視平面図である。
【００６６】
図９に示すセンサーチップ１０は、上方外観視、円盤状をなした形状を例示しているが、その形状は特に限定されず、自由に設計することができる。センサーチップ１０には、物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を、反応領域２部分を中心部近傍に、検出領域４を外周方向に向かって複数設置している。
【００６７】
センサーチップ１０には、その中心部に中心孔１０１を設けている。この中心孔１０１は、例えば、センサーチップ１０に遠心力を加える際などに、図示しない中心軸を設けるためなどに用いることができる。このとき、中心軸を中心に本発明に係るセンサーチップ１０を、図９中矢印Ｒ方向へ回転させることで、物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）に遠心力を加えることができる。遠心力により、前述のように、物質を反応領域２及び標識領域３から検出領域４へと移動させることができる。
【００６８】
本発明に係るセンサーチップ１０では、一度に複数の物質間相互作用検出が可能である。例えば、種々の疾病発現原因遺伝子に係わる塩基配列を有するプローブ核酸Ｎを、それぞれ物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２へ予め投入しておき、被験者の細胞、血液などから抽出されたｍＲＮＡを含むサンプルＳを投入すれば、このｍＲＮＡに対してプローブ核酸Ｎがハイブリダイズするか否かを判定することで、複数の疾病発症検査などを一度に行うことができる。
【００６９】
本発明に係るセンサーチップ１０には、回収路１０２を設けることもできる。回収路１０２は、相互作用検出を終えた物質、及びサンプルＳ等を、回収する役割を担う。回収路１０２を設けておけば、相互作用検出を終えた物質を回収し、さらに質量分析、構造解析などを行うことが可能である。
【００７０】
なお、図９では、回収路１０２を全ての物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）と連通しているが、この構成に限定されない。例えば、それぞれの物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）に、各々回収路１０２を設けることも自由である。回収路１０２を連通しておけば、全ての物質、及びサンプルＳ等を一度に回収することができる。あるいは物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）に各々回収路１０２を設ければ、それぞれの物質を分離して回収することができ、さらなる各種解析を好適に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る物質間相互作用検出部では、反応領域及び標識領域と、検出領域とを物理的に区別した構成を採用しているので、反応領域及び標識領域内において発生するノイズが、検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。そのため、物質間相互作用検出の際のＳ／Ｎ比の向上を図り、検出精度を向上させることができる。
【００７２】
また、本発明に係る物質間相互作用検出部を複数備えたセンサーチップは、検出精度向上に加え、検出時間の短縮、検出効率の改善などを図り、あらゆる分野におけるターゲット物質の検出、若しくは含有量、構成成分、又は機能等の解析などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａの一実施形態を示す上方視平面図である。
【図２】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａの一実施形態を示す側方視平面図である。
【図３】沈降平衡原理を用いて、物質を検出領域４へ移動させる様子を示す図である。
【図４】図１、２とは異なる実施形態である物質間相互作用検出部１ｂを示す上方視平面図である。
【図５】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す図である。
【図６】図５とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す図である。
【図７】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いてタンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【図８】図７とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いてタンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【図９】本発明に係るセンサーチップ１０の一実施形態を示す上方視平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ａ、１ｂ 物質間相互作用検出部
２ 反応領域
３ 標識領域
４ 検出領域
５ 光源
６ 光ディテクタ
７ 通過制御領域
８ インターカレーター
９ 標識物質
１０ センサーチップ
１０１ 中心孔
１０２ 回収路
Ｎ プローブ核酸
Ｘ ターゲット核酸
Ａ１、Ｂ１ タンパク質
Ａ２、Ｂ２ 蛍光タンパク質
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物質間の相互作用を検出する際に特に有用な技術に関する。より詳細には、反応領域から検出されるノイズ（ノイズ信号）による検出精度の低下を根本的に解決できる物質間の相互作用検出技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板などの表面（界面）において、物質間の相互作用や反応を進行させて、これらを物理的手段や光学的手段等によって検出する技術が進展している。当該技術は、疾病診断、薬物等の化合物スクリーニング、法医学、遺伝情報の網羅的解析、生体物質の機能解析、プロテオーム解析、生体内反応の解析などの分野では、既に重要な基幹技術となりつつある。
【０００３】
検出目的とされる相互作用（あるいは反応）は、例えば、核酸鎖（相補鎖）間のハイブリダイゼーション、タンパク質間の相互作用、抗原抗体反応、酵素反応、ホルモン応答反応、低分子化合物が関与する諸反応など様々である。検出技術において最も代表的な手法を例示すれば、蛍光検出技術である。
【０００４】
この蛍光検出技術は、所定の反応領域で目的の相互作用を進行させた後に、当該反応領域から発せられる蛍光を捕捉して、この蛍光強度を解析する手法である。例えば、ＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）は、一般に、基板上の反応領域に固定された核酸鎖と試料核酸中に存在する蛍光標識された核酸鎖とのハイブリダイゼーションを進行させ、該反応領域から不要な遊離物質を洗浄除去した後、二本鎖状態で反応領域に留まる前記ターゲット核酸鎖から発せられる蛍光強度を測定することにより、前記ハイブリダイゼーションを検出する。また、ハイブリダイゼーションに係わる核酸鎖の蛍光標識を行なうことなく、二本鎖に特異的に結合する性質を持つ蛍光インターカレーターを用いて、ハイブリダイゼーションを検出する方法も開発されている。
【０００５】
しかし、この種の検出技術においては、種々の原因により、ハイブリダイゼーションとは全く無関係の蛍光（以下、ノイズ蛍光）が反応領域内で発生して、検出精度を低下させてしまうという問題を抱えている。このため、いわゆるＳ／Ｎ比の向上が重要な技術的課題となっている。
【０００６】
この技術的課題を解決するために提案された主な従来技術として、第１には、チップ用の担体表面の材料に蛍光物質含有量の少ない材料であるポリオレフィンを用いる技術（特許文献１参照）、第２には、プローブＤＮＡの構造を工夫し、ハイブリダイゼーションしたプローブＤＮＡのみから蛍光が発せられるようにする技術（特許文献２参照）、第３には、消光剤を用いてノイズ蛍光を低減する技術（特許文献３）などを挙げることができる。
【特許文献１】特開２００３−２８８６７号公報。
【特許文献２】特開２００３−３２９６７６号公報。
【特許文献３】特開２００３−０８４００２号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上掲したような従来技術のアプローチは、反応領域内でのノイズを極力発生させないように工夫したり（特許文献１、２）、発生したノイズを極力低減するように工夫したり（特許文献３）する技術であるため、Ｓ/Ｎ比向上をある程度達成できても、反応領域において発生するノイズ蛍光を完全に排除することはできない。即ち、従来技術ではＳ／Ｎ比向上に一定の限界があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ノイズによる検出精度低下の問題を根本的に解決できる物質間の相互作用検出技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は、ノイズによる検出精度低下の問題を解決するための従来の発想から大きく転換し、ノイズの発生を完全に回避することが困難である反応領域において検出作業を行わないように工夫した。即ち、反応領域と検出領域を共通の領域とせず全く別の領域とし、反応領域内で相互作用が進行した物質のみを検出領域に移動させてから検出することによって、反応領域からのノイズ信号を一切検出しないようにするという新規着想の基に、以下の本発明を完成させた。
【００１０】
本発明は、物質間の相互作用が進行する場を提供し得る「反応領域」と、前記第１領域に連通する領域であって、前記第１領域から移動してきた物質を標識する場を提供し得る「標識領域」と、前記標識領域に連通する領域であって、前記標識後の物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場を提供し得る「検出領域」と、から構成された物質間相互作用検出部、並びに、該物質間相互作用検出部が設けられたセンサーチップ、特に、上方外観視、円盤状をなすセンサーチップを提供する。
【００１１】
本発明においては、物質間の相互作用が進行する反応領域と検出信号を取得する検出領域が物理的に区別された構成を採用している。そのため、未反応物質等のノイズ原因が、検出領域内へ侵入することを防止できる。従って、反応領域内において発生するノイズが、検出領域内での検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。
【００１２】
本発明においては、少なくとも反応領域及び標識領域と、検出領域とが物理的に区別された構成であれば、その構成は特に限定されない。例えば、反応領域内において、相互作用する物質を標識してもよい。即ち、反応領域が、同時に標識領域の役割も担うように構成することも自由である。
【００１３】
本発明における検出領域の形態や該検出領域への物質の移動原理等は、特に限定されない。検出領域の有力な形態例の一つは、キャピラリである。また、検出領域への物質の移動原理の有力例は、前記キャピラリにおける毛細管現象や遠心力による沈降平衡に基づいて物質の分子量に依存した濃度勾配の形成（沈降平衡原理）である。
【００１４】
沈降平衡原理を採用した場合、標識領域からキャピラリへ送られてくる溶媒中に存在する物質（溶質）を、遠心力の作用によってキャピラリの先端側に向かって沈降させて、この沈降力とこれに逆らう拡散力が平衡（沈降平衡）した時点での分子量に依存した濃度勾配を形成することができる。その結果、キャピラリ内の特定位置に、相互作用状態にある物質を他の物質と分離して集積することが可能となる。なお、円盤状の基板の半径方向にキャピラリを形成しておく構成により、該基板を所定速度で回転させることで該キャピラリに遠心力を形成することができる。
【００１５】
また、本発明では、反応領域と標識領域の間に、物質の通過を制御可能な領域を設けておくことによって、反応領域から標識領域への物質の移動を制御し、必要なタイミングで、物質間の相互作用を進行させる段階から後続の段階（標識段階と検出段階）へと移行できるようになる。
【００１６】
例えば、親媒性原理を利用すれば、親水性の物質の通過を疎水性領域によって通常状態で遮断しておき、必要に応じて当該疎水性領域を親水性へ変換したり、圧力や遠心力等によって強制的に疎水性領域を通過させたりすることができる。
【００１７】
ここで、本発明における「相互作用」は、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学的結合あるいは解離を広く意味し、例えば、核酸分子間のハイブリダイゼーション、タンパク質間の相互作用、抗原抗体反応などの物質間の化学的結合あるいは解離を広く含む。
【００１８】
また、本発明における「標識」とは、相互作用を検出するための検出信号を発する方法を全て包含する。例えば、蛍光物質、放射性物質、又はインターカレーターなどの標識物質を物質へ吸着又は結合させる方法、また、ＦＲＥＴの原理のように、物質間相互作用により、その物質の蛍光色等を変化させる方法などを広く含む概念である。
【００１９】
以下、本発明に係る関連技術用語について説明する。
【００２０】
「ノイズ」とは、その発生原因や信号の種類を問わず、物質間の相互作用を検出に真に役立つ信号以外の信号を広く意味し、バックグラウンドノイズという概念も包含する。「Ｓ／Ｎ比」は、検出に有用な正規検出信号（Ｓ）と検出に有用でないノイズ信号（Ｎ）との比を意味し、この比の値が大きいほど、検出精度が高い。
【００２１】
「核酸鎖」とは、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体（ヌクレオチド鎖）を意味し、プローブＤＮＡを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したＤＮＡ（全長あるいはその断片）、逆転写により得られるｃＤＮＡ（ｃプローブＤＮＡ）等を広く含む。天然由来のもの、人工的に合成したものも含む。
【００２２】
「ハイブリダイゼーション」は、核酸鎖間の相補結合形成反応であり、ＤＮＡ−ＤＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡ、ＲＮＡ−ＲＮＡ間の相補結合などを広く含む。なお、「ミスハイブリダイゼーション」は、ミスマッチな塩基間（不適合な塩基間）で相補結合した部位を有する状態で二本鎖を形成する反応を言う。
【００２３】
「センサーチップ」は、物質間の相互作用を進行させ、これを検出（センシング）し得る基板を広く包含し、当該基板を構成する基材の材料や層構造等は特に限定されないない。いわゆるＤＮＡチップ（ＤＮＡマイクロアレイ）と一般に称されるヌクレオチドチップ、たんぱくチップを少なくとも含む。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、物質間の相互作用を検出する際のノイズを排除することができ、ひいては、検出精度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態例ついて、添付図面を参照しながら説明する。
なお、添付図面に示された各実施形態は、本発明に係わる代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
【００２６】
まず、図１、及び図２を用いて、本発明に係る物質間相互作用検出部の構成を説明する。図１は、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａの一実施形態を示す上方外観視平面図であり、図２は、本発明に係る物質間相互作用検出部１の一実施形態を示す側方外観視平面図である。
【００２７】
本発明に係る物質間相互作用検出部１ａは大別して、反応領域２と、標識領域３と、検出領域４と、から構成する。なお、図１中符号Ｓは検出の対象となるサンプル溶液等を示し、矢印Ｗは、サンプル溶液等の移動方向を示している。
【００２８】
反応領域２は、サンプルＳを投入し、物質間の相互作用が進行する場である。反応領域２において進行する物質間相互作用は、特に限定されない。一例としては、核酸分子間のハイブリダイゼーション、タンパク質間の相互作用、抗原抗体反応などの物質間の化学的結合あるいは解離が挙げられ、物質間の非共有結合、共有結合、水素結合を含む化学的結合あるいは解離などを広く包含する。
【００２９】
標識領域３は、反応領域２に連通する領域であって、反応領域２から移動してきた物質を標識する場である。標識領域３における標識方法は、特に限定されない。一例としては、物質に蛍光物質又は放射性物質などの標識物質を吸着又は結合させる方法が挙げられる。また、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する場合等には、インターカレーターなどによる標識方法も採用することができる。
【００３０】
ここで、インターカレーターとは、二本鎖核酸の相補鎖部位に結合して蛍光等を発する物質であって、ハイブリダイゼーション検出に用いられる物質である。例えば、ＰＯＰＯ−１やＴＯＴＯ−３、ＳＹＢＲ（登録商標）ＧｒｅｅｎＩ、ＰｉｃｏＧｒｅｅｎ、Ｈｏｅｃｈｓｔ３３２５８などを挙げることができる。なお、このインターカレーターは、正規な（フルマッチな）相補鎖部分以外に、場合により、ミスマッチ二本鎖核酸の相補鎖部位、自己ループ構造部位、遊離状態又は固定化された状態の一本鎖核酸、二本鎖核酸の余剰の一本鎖部位などにも非特異的に結合又は吸着してしまい、ノイズ蛍光を発する場合がある。
【００３１】
標識領域３では、物質間の相互作用を進行させると同時に、該物質を標識することもできる。即ち、標識領域３を、同時に反応領域２の役割も担う構成とすることも可能である。例えば、予め一方の物質を標識物質で標識しておけば、相互作用と同時に相互作用後の物質を標識することができる。また、ＦＲＥＴなどの原理を利用して、蛍光物質間の蛍光エネルギーが移動することにより、物質自体の蛍光を変化させることによって標識することも可能である。
【００３２】
検出領域４は、標識領域３に連通する領域であって、前記標識後の物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場である。本発明においては、物質間の相互作用が進行する反応領域２、及び物質を標識する標識領域３と、検出信号を取得する検出領域４とを、物理的に区別した構成を採用している。そのため、未反応物質等のノイズ原因となるものが、反応領域２及び標識領域３から、検出領域４内へ移動することを防止できる。従って、反応領域２及び標識領域３内において発生するノイズが、検出領域４内での検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。その結果、Ｓ／Ｎ比の向上を図り、検出精度の高い物質間相互作用検出部１ａを提供することができる。
【００３３】
検出領域４で行う検出方法は、特に限定されない。一例としては、図２に示すように、検出領域４へ向けて、所定波長の蛍光励起光Ｑを光源５から出射して、検出領域４内で励起された蛍光Ｆを、光ディテクタ６で検出し、蛍光強度等を測定する方法が挙げられる。
【００３４】
検出領域４は、物質間相互作用情報を取得しうる領域であれば、その形態は特に限定されない。好適な一例としては、キャピラリが挙げられる。キャピラリを用いることにより、毛細管現象の原理に基づいて、物質を検出領域４へ移動させることができる。
【００３５】
検出領域４への物質の移動方法は、上記毛細管現象等に以外にもあらゆる方法を用いることができる。好適な一例としては、遠心力による沈降平衡に基づいた方法である。この方法を用いれば、物質の分子量に依存した濃度勾配を形成することができる（沈降平衡原理）。沈降平衡原理に基づく方法を、図３を用いて詳しく説明する。
【００３６】
図３は、沈降平衡原理を用いて、物質を検出領域４へ移動させる様子を示す図である。図３中矢印Ｃの方向へ遠心力を加えると、溶媒中に存在する物質（溶質）にも沈降力が加わる。物質（溶質）は、この沈降力と逆らう拡散力が平衡した箇所に留まる。そして、分子量に依存した濃度勾配を形成する。
【００３７】
この沈降平衡原理を用いれば、例えば、図３に示すように、予め相互作用後の物質の分子量から特定位置４ａを求めておき、該特定位置４ａから得られる光情報や放射線情報を捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出することができる。
【００３８】
図４は、図１、２とは異なる実施形態である物質間相互作用検出部１ｂを示す上方外観視平面図である。
【００３９】
本実施形態では、反応領域２と標識領域３の間に、物質の通過を制御可能な通過制御領域７を設けている。通過制御領域７を設けることにより、反応領域２から標識領域３への物質の移動を制御し、必要なタイミングで、物質間の相互作用を進行させる相互作用段階から標識段階へと移行することができる。
【００４０】
また、図示しないが、標識領域３と検出領域４の間に、通過制御領域７を設けることも自由である。同様に、標識領域３から検出領域４への物質の移動を制御し、必要なタイミングで、標識段階から、相互作用情報を取得する検出段階へと移行することができる。
【００４１】
通過制御領域７で行う制御方法は、特に限定されない。一例を挙げると、親媒性原理を利用することができる。具体的には、通過制御領域７を疎水性領域とし、親水性の物質の通過を遮断する。そして、必要に応じて当該疎水性領域を親水性へ変換して親水性の物質を通過させたり、圧力や遠心力等によって親水性の物質を強制的に通過させたりすることができる。
【００４２】
疎水性領域の形成方法は特に限定されない。好適な一例としては、疎水性領域を酸化チタンで形成する方法が挙げられる。酸化チタンは、通常は疎水性であるが、紫外線を照射することにより親水性へと変化する物質である。そのため、通過制御領域７を酸化チタンで形成すれば、通常は親水性の物質の通過を遮断することができ、必要に応じて紫外線を照射し、その性質を親水性へと変換させることにより、親水性の物質を通過させることができる。
【００４３】
次に、図５から図８を用いて、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて検出し得る物質間相互作用の例を説明する。
【００４４】
図５は、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す模式図である。
【００４５】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、予めプローブ核酸Ｎが待ち受けている。プローブ核酸Ｎは、サンプル液Ｓ中の相補的なターゲット核酸Ｘとハイブリダイゼーションする（図５中（Ｉ）参照）。
【００４６】
そして、プローブ核酸Ｎとターゲット核酸Ｘは二本鎖を形成したまま、標識領域３へ移動する。移動方法は、特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。
【００４７】
標識領域３において、二本鎖を形成するプローブ核酸Ｎとターゲット核酸Ｘに対して、標識が行われる（図５中（II）参照）。図５では、インターカレーター８が、二本鎖核酸の相補鎖部位に結合することにより蛍光等を発する標識方法を例示しているが、標識方法は特に限定されない。物質間の相互作用情報を検出し得る方法であれば、あらゆる標識方法を用いることができる。
【００４８】
次に、標識された二本鎖は、検出領域４へと移動する。移動方法は特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。
【００４９】
本発明では、反応領域２及び標識領域３と、検出領域４とを物理的に区別した構成を採用しているので、反応領域２、及び標識領域４内において発生するノイズが検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。例えば、サンプルＳ中の核酸鎖であって、プローブ核酸Ｎと相補結合を形成しない核酸は、標識領域３や検出領域４へ移動しないため、該核酸鎖から生じるノイズを根本的に排除することができる。また、二本鎖核酸の相補鎖部位に結合せず、ミスマッチ二本鎖核酸の相補鎖部位、自己ループ構造部位、遊離状態又は固定化された状態の一本鎖核酸、又は二本鎖核酸の余剰の一本鎖部位などに非特異的に結合又は吸着したインターカレーター８も、検出領域４へは移動しないため、正規結合していないインターカレーター８から生じるノイズも根本的に排除することができる。
【００５０】
検出領域４中の所定の箇所で、図示しないが、標識物質等から得られる光情報や放射線情報などを捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００５１】
図６は、図５とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す図である。
【００５２】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、プローブ核酸Ｎが待ち受けている。該プローブ核酸Ｎには、予め標識物質９が結合している。プローブ核酸Ｎは、サンプルＳ中の相補的なターゲット核酸Ｘとハイブリダイゼーションする（図６中（Ｉ）参照）。
【００５３】
この時、プローブ核酸Ｎには、予め標識物質９が結合しているため、ハイブリダイゼーションと同時に、形成された二本鎖への標識が行われる。即ち、本実施形態に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）では、反応領域２が同時に標識領域３の役割も担う構成となっている。図６では、プローブ核酸Ｎに対して、予め標識物質９を結合させているが、この方法に限定されず、逆にターゲット核酸Ｘ側へ予め標識物質９を結合させておくことも自由である。
【００５４】
相互作用、及び標識が行われた二本鎖は、検出領域へと移動する（図６中（II）参照）。そして、標識物質等から得られる光情報や放射線情報などを捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００５５】
図７は、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いてタンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【００５６】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、予めタンパク質Ａ１が待ち受けている。タンパク質Ａ１は、サンプルＳ中のタンパク質Ｂ１と相互作用する（図７中（Ｉ）参照）。図７では、相互作用の一例として、タンパク質Ａ１とタンパク質Ｂ１とが複合体を形成する様子を挙げているが、相互作用の形態は特に限定されない。例えば、タンパク質Ｂ１がタンパク質Ａ１に何らかの作用をすることにより、タンパク質Ａ１の性質を変化させるような相互作用であってもよい。
【００５７】
タンパク質Ａ１とタンパク質Ｂ１の複合体は相互作用後、標識領域３へ移動する。移動方法は、特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。
【００５８】
標識領域３において、タンパク質Ａ１とタンパク質Ｂ１の複合体に対して、標識が行われる（図７中（II）参照）。図７では、標識物質９が、前記タンパク質複合体に結合することにより蛍光等を発する標識方法を例示しているが、標識方法は特に限定されない。物質間の相互作用情報を検出し得る方法であれば、あらゆる標識方法を用いることができる。
【００５９】
次に、標識された前記タンパク質複合体は、検出領域４へと移動する（図７中（III）参照）。移動方法は特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。そして、標識物質等から得られる光情報や放射線情報などを捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００６０】
図８は、図７とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、タンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【００６１】
物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２において、予め蛍光タンパク質Ａ２が待ち受けている。そして、サンプル液Ｓ中の蛍光タンパク質Ｂ２と相互作用する（図８中（Ｉ）参照）。
【００６２】
蛍光タンパク質Ａ２及びＢ２が相互作用することにより、蛍光タンパク質Ｂ２から蛍光タンパク質Ａ２へ、蛍光エネルギーが移動し、蛍光タンパク質Ａ２が別の波長の蛍光を示すようになる（ＦＲＥＴ法）。この場合、蛍光タンパク質Ａ２と蛍光タンパク質Ｂ２との相互作用と同時に、標識が行われる。即ち、本実施形態に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）は、反応領域２が同時に、標識領域３の役割も担う構成である。
【００６３】
次に、蛍光タンパク質Ａ２と蛍光タンパク質Ｂ２との複合体は、検出領域４へと移動する（図７中（III）参照）。移動方法は特に限定されず、毛細管現象、遠心力による沈降平衡原理、負圧吸引、正圧押出、又は通過制御領域を設けるなど、あらゆる方法を採用することができる。図８では、蛍光タンパク質Ａ２と蛍光タンパク質Ｂ２とが複合体を形成したまま、検出領域４へと移動しているが、これに限定されない。例えば、蛍光色が変化した蛍光タンパク質Ａ２のみを、検出領域４へと移動させる方法を採用することも自由である。
【００６４】
そして、蛍光タンパク質Ａ２の蛍光色から得られる光情報を捕捉することによって、物質間相互作用の有無を検出する。
【００６５】
図９は、本発明に係るセンサーチップ１０の一実施形態を示す上方外観視平面図である。
【００６６】
図９に示すセンサーチップ１０は、上方外観視、円盤状をなした形状を例示しているが、その形状は特に限定されず、自由に設計することができる。センサーチップ１０には、物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を、反応領域２部分を中心部近傍に、検出領域４を外周方向に向かって複数設置している。
【００６７】
センサーチップ１０には、その中心部に中心孔１０１を設けている。この中心孔１０１は、例えば、センサーチップ１０に遠心力を加える際などに、図示しない中心軸を設けるためなどに用いることができる。このとき、中心軸を中心に本発明に係るセンサーチップ１０を、図９中矢印Ｒ方向へ回転させることで、物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）に遠心力を加えることができる。遠心力により、前述のように、物質を反応領域２及び標識領域３から検出領域４へと移動させることができる。
【００６８】
本発明に係るセンサーチップ１０では、一度に複数の物質間相互作用検出が可能である。例えば、種々の疾病発現原因遺伝子に係わる塩基配列を有するプローブ核酸Ｎを、それぞれ物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）の反応領域２へ予め投入しておき、被験者の細胞、血液などから抽出されたｍＲＮＡを含むサンプルＳを投入すれば、このｍＲＮＡに対してプローブ核酸Ｎがハイブリダイズするか否かを判定することで、複数の疾病発症検査などを一度に行うことができる。
【００６９】
本発明に係るセンサーチップ１０には、回収路１０２を設けることもできる。回収路１０２は、相互作用検出を終えた物質、及びサンプルＳ等を、回収する役割を担う。回収路１０２を設けておけば、相互作用検出を終えた物質を回収し、さらに質量分析、構造解析などを行うことが可能である。
【００７０】
なお、図９では、回収路１０２を全ての物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）と連通しているが、この構成に限定されない。例えば、それぞれの物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）に、各々回収路１０２を設けることも自由である。回収路１０２を連通しておけば、全ての物質、及びサンプルＳ等を一度に回収することができる。あるいは物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）に各々回収路１０２を設ければ、それぞれの物質を分離して回収することができ、さらなる各種解析を好適に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明に係る物質間相互作用検出部では、反応領域及び標識領域と、検出領域とを物理的に区別した構成を採用しているので、反応領域及び標識領域内において発生するノイズが、検出信号中に混在してしまうという問題を根本的に解決することができる。そのため、物質間相互作用検出の際のＳ／Ｎ比の向上を図り、検出精度を向上させることができる。
【００７２】
また、本発明に係る物質間相互作用検出部を複数備えたセンサーチップは、検出精度向上に加え、検出時間の短縮、検出効率の改善などを図り、あらゆる分野におけるターゲット物質の検出、若しくは含有量、構成成分、又は機能等の解析などに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａの一実施形態を示す上方視平面図である。
【図２】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａの一実施形態を示す側方視平面図である。
【図３】沈降平衡原理を用いて、物質を検出領域４へ移動させる様子を示す図である。
【図４】図１、２とは異なる実施形態である物質間相互作用検出部１ｂを示す上方視平面図である。
【図５】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す図である。
【図６】図５とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いて、核酸鎖間のハイブリダイゼーションを検出する方法を示す図である。
【図７】本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いてタンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【図８】図７とは異なる実施形態であって、本発明に係る物質間相互作用検出部１ａ（１ｂ）を用いてタンパク質間の相互作用を検出する方法を示す図である。
【図９】本発明に係るセンサーチップ１０の一実施形態を示す上方視平面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ａ、１ｂ 物質間相互作用検出部
２ 反応領域
３ 標識領域
４ 検出領域
５ 光源
６ 光ディテクタ
７ 通過制御領域
８ インターカレーター
９ 標識物質
１０ センサーチップ
１０１ 中心孔
１０２ 回収路
Ｎ プローブ核酸
Ｘ ターゲット核酸
Ａ１、Ｂ１ タンパク質
Ａ２、Ｂ２ 蛍光タンパク質
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質間の相互作用が進行する場を提供し得る反応領域と、
前記反応領域に連通する領域であって、前記反応領域から移動してきた物質を標識する場を提供し得る標識領域と、
前記標識領域に連通する領域であって、前記標識後の物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場を提供し得る検出領域と、
から構成された物質間相互作用検出部。
【請求項２】
前記反応領域が、同時に前記標識領域であることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項３】
前記検出領域は、キャピラリであることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項４】
前記キャピラリは、遠心力による沈降平衡に基づいて物質の濃度勾配を形成できることを特徴とする請求項３記載の物質間相互作用検出部。
【請求項５】
前記反応領域と前記標識領域の間に、物質の通過を制御可能な領域を設けたことを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項６】
物質の通過を制御可能な領域は、疎水性領域であることを特徴とする請求項５記載の物質間相互作用検出部。
【請求項７】
前記相互作用は、核酸鎖間のハイブリダイゼーションであることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項８】
前記相互作用は、タンパク質間の相互作用であることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項９】
請求項１記載の物質間相互作用検出部が形成されたことを特徴とするセンサーチップ。
【請求項１０】
上方外観視、円盤状をなすことを特徴とする請求項９記載のセンサーチップ。
【請求項１】
物質間の相互作用が進行する場を提供し得る反応領域と、
前記反応領域に連通する領域であって、前記反応領域から移動してきた物質を標識する場を提供し得る標識領域と、
前記標識領域に連通する領域であって、前記標識後の物質から発せられる検出信号によって物質間の相互作用情報を取得する場を提供し得る検出領域と、
から構成された物質間相互作用検出部。
【請求項２】
前記反応領域が、同時に前記標識領域であることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項３】
前記検出領域は、キャピラリであることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項４】
前記キャピラリは、遠心力による沈降平衡に基づいて物質の濃度勾配を形成できることを特徴とする請求項３記載の物質間相互作用検出部。
【請求項５】
前記反応領域と前記標識領域の間に、物質の通過を制御可能な領域を設けたことを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項６】
物質の通過を制御可能な領域は、疎水性領域であることを特徴とする請求項５記載の物質間相互作用検出部。
【請求項７】
前記相互作用は、核酸鎖間のハイブリダイゼーションであることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項８】
前記相互作用は、タンパク質間の相互作用であることを特徴とする請求項１記載の物質間相互作用検出部。
【請求項９】
請求項１記載の物質間相互作用検出部が形成されたことを特徴とするセンサーチップ。
【請求項１０】
上方外観視、円盤状をなすことを特徴とする請求項９記載のセンサーチップ。
【図１】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１０７２２７（Ｐ２００８−１０７２２７Ａ）
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２９１０３６（Ｐ２００６−２９１０３６）
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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