ＤＮＡチップ装置、遺伝子チェック方法及び装置
【課題】電流検出後の情報処理を多角的に実行できるＤＮＡチップ装置等を提供する。
【解決手段】検出用ＤＮＡを保持するための電極１２と、電極上で検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションを生じるとき、ハイブリダイゼーションに対応する電流を電極から検出するためのハイブリッドＤＮＡ検出部１４と、検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路１６ｂ，１６ｃと、出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換して出力するウインドコンパレータ１６ｄとを備えたＤＮＡチップ装置１０である。このＤＮＡチップ装置１０は、デジタル電圧信号を出力するので、例えば遺伝子チェック方法及び装置等の応用システムに容易に使用可能である。
【解決手段】検出用ＤＮＡを保持するための電極１２と、電極上で検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションを生じるとき、ハイブリダイゼーションに対応する電流を電極から検出するためのハイブリッドＤＮＡ検出部１４と、検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分回路１６ｂ，１６ｃと、出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換して出力するウインドコンパレータ１６ｄとを備えたＤＮＡチップ装置１０である。このＤＮＡチップ装置１０は、デジタル電圧信号を出力するので、例えば遺伝子チェック方法及び装置等の応用システムに容易に使用可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を検出してハイブリダイゼーションを判定するＤＮＡチップ装置、遺伝子チェック方法及び装置に係り、特に、検出した電流をデジタルデータ化するＤＮＡチップ装置、遺伝子チェック方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物学、医学分野での遺伝子解析等において、特定の配列を有するＤＮＡを検出するためのＤＮＡチップが開発されている。この種のＤＮＡチップにおいては、従来から電気化学的にチップ上でＤＮＡを合成させるものがある。基板上でのＤＮＡの合成方法は、例えば、特許文献１に詳しい。
【０００３】
従来のＤＮＡ配列のハイブリダイゼーション検出にはスキャナーと呼ばれる装置が用いられる。スキャナーでは、ＤＮＡに蛍光物質を付けたプローブの写真を撮影し、その色の状態からハイブリダイゼーションを検出している。
【０００４】
しかしながら、蛍光物質を写真撮影する方法では、大規模な装置が必要であり、簡単に検出結果を知ることができない。また、蛍光の内部消光のために一定量以上の蛍光物質をプローブとして導入することは困難である、などの欠点も有している。
【０００５】
そこで、最近ではＤＮＡのハイブリダイゼーションの状態を、酵素反応等を利用して電流を計測し、電流値から判断する電流計測型のＤＮＡチップが考えられている。ところが、この種のＤＮＡチップで計測される電流は数ｎＡ程度の微小電流である。そのため、電流計測型のＤＮＡチップでは、積分回路等を用い、ある時間積算した電流値を電圧値に変換して計測し、判断時に再度電圧値を逆変換して得られる電流値からハイブリダイゼーションの状態を判断している。
【特許文献１】特表２０００−５１４８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電流計測型のＤＮＡチップは、本発明者の検討によれば、電流値からハイブリダイゼーションの状態を判定した段階で処理が終了するので、この電流値を更に処理したり、各種システムに用いるというように、電流検出後の情報処理を多角的に実行しにくい状況にある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、電流検出後の情報処理を多角的に実行し得るＤＮＡチップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、電流検出後の情報処理を多角的に実行可能なＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に対応する発明は、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記電極上で前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるとき、このハイブリダイゼーションに対応する電流を前記電極から検出するための電流検出回路と、前記電流検出回路により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段とを備えたＤＮＡチップ装置である。
【００１０】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応するＤＮＡチップ装置において、前記デジタル信号変換手段は、前記アナログ電圧信号と前記しきい値電圧とを比較し、この比較結果に対応して前記デジタル電圧信号を得るための比較器を備えたＤＮＡチップ装置である。
【００１１】
請求項３に対応する発明は、基板と、前記基板上に配置された電極と、前記基板上に形成され、入力された合成用電流により、前記電極上に検出用ＤＮＡを合成する検出用ＤＮＡ合成手段と、前記基板上に形成され、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応により生じた電流を前記電極から検出することにより、ハイブリッドＤＮＡを検出するハイブリッドＤＮＡ検出手段と、前記電極、前記検出用ＤＮＡ合成手段及び前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段からなり、前記基板上の複数の領域に区画された複数のユニットセルと、前記基板上に形成され、前記各ユニットセルのうち、選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成手段に前記合成用電流を入力する入力制御手段と、前記基板上に形成され、前記選択したユニットセルのハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を出力制御する出力制御手段とを備えたＤＮＡチップ装置であって、前記出力制御手段は、前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段とを備えたＤＮＡチップ装置である。
【００１２】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応するＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法であって、チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択ステップと、前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備ステップと、提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出ステップと、前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応ステップと、前記反応ステップの後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定ステップと、この判定結果を出力する判定結果出力ステップとを備えた遺伝子チェック方法である。
【００１３】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応するＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置であって、チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択手段と、前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備手段と、提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出手段と、前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応手段と、前記反応の後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定手段と、この判定結果を出力する判定結果出力手段とを備えた遺伝子チェック装置である。
【００１４】
＜作用＞
従って、請求項１，３に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、ＤＮＡチップにより検出される電流を積分する積分回路と、積分により得られた電圧をデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段とを備えているので、電流検出後の情報処理を多角的に実行することができるＤＮＡチップ装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、デジタル信号変換手段として比較器を用いているので、ＤＮＡチップにより検出される電流を容易にしきい値電圧に応じてデジタルデータ化することができ、簡易診断機の作成等、その後の情報処理を多角的に実施することを可能とするＤＮＡチップ装置を提供することができる。
【００１６】
請求項４，５に対応する発明は、チェック対象の遺伝子情報に対応した検出用ＤＮＡとユーザ等から提供された試料から取出した被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせて遺伝子チェックをしているので、請求項１〜３に対応する作用に加え、簡易に遺伝子情報をチェックできる遺伝子チェック方法及び装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、電流検出後の情報処理を多角的に実行できるＤＮＡチップ装置を提供できる。また、電流検出後の情報処理を多角的に実行可能なＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るＤＮＡチップ装置の構成を示す模式図であり、図２は同装置におけるユニットセルの構成を示す模式図である。
【００２０】
ＤＮＡチップ装置１０は、複数のユニットセル１１、入力制御部１５及び出力制御部１６が基板１７上に形成されている。
【００２１】
ここで、ユニットセル１１は、図２に示すように、電極１２、検出用ＤＮＡ合成部１３、ハイブリッドＤＮＡ検出部１４とそれらを接続する配線層１８を備えている。
【００２２】
電極１２は表面上にあらかじめ核酸を配置しており、検出用ＤＮＡ合成部１３から電流が入力されると、核酸から検出用ＤＮＡを合成する。また、合成された検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応による２次電流をハイブリッドＤＮＡ検出部１４へ出力する。
【００２３】
検出用ＤＮＡ合成部１３は、入力制御部１５から電流が入力されると、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から検出用ＤＮＡを合成する。
【００２４】
ハイブリッドＤＮＡ検出部１４は、電極１２からリガンドと酵素との反応による２次電流を検出し、出力制御部１６へ出力する。
【００２５】
入力制御部１５は、複数のユニットセル１１のうち選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成部１３に電流を入力する。
【００２６】
出力制御部１６は、ユニットセル１１のハイブリッドＤＮＡ検出部１４において検出された２次電流を出力制御するものであり、２次電流の値を、デジタル電圧信号に変換（以下、デジタルデータ化ともいう）して出力する。デジタルデータ化は、デジタル化するための電圧の閾値Ｖ０とＶ１（Ｖ０＜Ｖ１）が設定されたウインドコンパレータ等の比較器を用いることで実行する。具体的には出力制御部１６は、図３に示すように、電圧変換部１６ａ、オペアンプ１６ｂ、コンデンサ１６ｃ及びウインドコンパレータ１６ｄを備えている。
【００２７】
ここで、電圧変換部１６ａは、電極１２及びハイブリッドＤＮＡ検出部１４からの検出電流を電圧値に変換し、この電圧値を積分回路に送出するものである。
【００２８】
積分回路は、オペアンプ１６ｂとコンデンサ１６ｃからなり、電圧変換部１６ａから受けた電圧値を積分した電圧値Ｖoutをウインドコンパレータ１６ｄに入力する。
【００２９】
ウインドコンパレータ１６ｄは、２つの基準電圧（Ｖ０，Ｖ１）が図示しない設定部により設定されており、オペアンプ１６ｂにより出力される電圧Ｖｏｕｔが２つの基準電圧Ｖ０からＶ１の範囲内にあるときをオン状態（Ｈ；ハイレベル）、範囲内に無いときをオフ状態（Ｌ；ロウレベル）としてデジタル化したデータＶdigitalを出力する。なお、各基準電圧Ｖ０，Ｖ１は、ハイブリダイゼーションの陽性、陰性を判定するためのしきい値電圧に相当する。
【００３０】
基板１７は、ＤＮＡチップ装置１０を構成する電気回路の基板であり、各電気回路を配線層１８で接続している。
【００３１】
配線層１８は、基板１７上の電気・電子部品間を相互に接続する。
【００３２】
次に、以上のように構成されたＤＮＡチップの動作を図４を用いて説明する。
【００３３】
図示しない制御部は、基板１７の上の複数のユニットセルのうち検出用ＤＮＡを合成させるユニットセル１１を選択し、その結果を入力制御部１５に入力する（S１）。入力制御部１５は、選択したユニットセル１１の検出用ＤＮＡ合成部１３に電流を入力する（S２）。入力された電流により検出用ＤＮＡ合成部１３は、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から検出用ＤＮＡを合成する（S３）。このＤＮＡ合成の方法については、特許文献１の第４５〜４７頁に記載の「合成工程」に詳しい。
【００３４】
次に、この電極１２の上の検出用ＤＮＡと、あらかじめ特定の酵素と反応するリガンドに浸しておいた被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせる。これを洗浄すると、リガンドによりハイブリットＤＮＡだけが電極１２の上に残る。これに酵素を反応させると数ｎＡ程度の微小な２次電流が生じる。この２次電流をハイブリッドＤＮＡ検出部１４で検出し（S４）、出力制御部１６に出力する（S５）。これにより２次電流の電流値から、ハイブリッドＤＮＡの生成量を図示しない測定部で測定する（S６）。
このように、ＤＮＡチップ装置１０は、特定の配列を有するＤＮＡを検出する。ここで、ＤＮＡチップ装置１０では、出力制御部１６において、電極１２からの検出電流を電圧変換部１６ａで電圧値に変換させた後、オペアンプ１６ｂ及びコンデンサ１６ｃからなる積分回路により積分した電圧値をウインドコンパレータ１６ｄに入力する。このウインドコンパレータ１６ｄは、積分された電圧値を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換し、デジタル化したデータＶdigitalを出力している。
【００３５】
すなわち、上述したような構成のＤＮＡチップ装置１０であれば、出力制御部１６に比較器を用いることで出力データをデジタル化しているので、ハイブリッドＤＮＡを電流検知する際に、デジタル信号処理をすることが可能となる。そのため、ＤＮＡチップを組み込んだシステムを容易に製作することが可能となる。
【００３６】
換言すると、ＤＮＡチップ装置１０では、検出される電流を積分する積分回路と、積分により得られた電圧をデジタル電圧信号としてのデジタルデータＶdigitalに変換するウインドコンパレータ１６ｄとを備え、デジタルデータＶdigitalを出力することにより、電流検出後の情報処理を多角的に実行することができる。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
図５は本発明の第２の実施形態に係るＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置の構成を示す模式図である。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３８】
この遺伝子チェック装置は、前述したＤＮＡチップ装置１０を用いるものであり、選択部２０、取出部３０、設定部４０、判定部５０、出力部６０および制御部７０を備えている。なお、「遺伝子チェック」とは、ユーザの被検出用ＤＮＡと特定の性質を有する検出用ＤＮＡとのハイブリダイゼーションから、ユーザを診断することを意味する。
【００３９】
選択部２０は、ユーザがチェックしたいチェック対象の遺伝子情報を選択するものである。ユーザがチェックしたい遺伝子情報を選択すると、それに対応した検出用ＤＮＡが電極１２上に合成される。遺伝子情報の選択は、例えば、肥満になりやすい遺伝子情報を有しているか等の項目を選択する。
【００４０】
取出部３０は、ユーザから提供される試料から被検出用ＤＮＡを取り出すものである。例えば、髪の毛、注射からの血液といった試料が提供されると、この試料から遠心分離器等を用いてＤＮＡを取り出す。
【００４１】
設定部４０は、出力制御部１６に閾値を設定する。ここでは、ウインドコンパレータ１６ｄに２つの基準電圧（Ｖ０，Ｖ１）を設定している。
【００４２】
判定部５０は、デジタルデータ化された出力データＶdigitalに基き、取出部３０により取出された被検出用ＤＮＡが選択部２０により選択された遺伝子情報に対応する検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションを生じたか否かを判定するものである。すなわち、出力される電圧Ｖｏｕｔを電流に変換した場合に、図６に示すように、電流値が陽陰性のスレッシュホールド電流値Ｉｔｈより低ければ、ハイブリダイゼーションは生じておらず、スレッシュホールド電流値Ｉｔｈより高ければハイブリダイゼーションが生じたと判定する。判定の際には、図７に示すように、データ溜込回路５１と最終判定回路５２を用いる。
【００４３】
データ溜込回路５１は、ある一定時間での電圧値のデジタル出力を定常状態として判定できるまでデータを溜め込むものであり、例えばＤＮＡチップ装置１０からデジタルデータＶdigitalを受けている間、制御部７０から受けるクロック信号ＣＬＫをカウントするカウンタとして実現可能となっている。なお、データを溜め込む理由は、ハイブリダイゼーションの反応が定常状態に達するまでに時間がかかるためと、複数のデータから判定することで定常状態ではあるが個々のデータのばらつきの影響を抑えるためである。このデータ溜込回路５１で溜め込んだデータ（例、カウンタ値）に基づき、最終判定回路５２で基準値と比較することにより、取出部３０により取出された被検出用ＤＮＡが選択部２０により選択された遺伝子情報に対応する検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションを生じたか否かを判定する。なお、データの溜め込みは、制御部７０よりクロック信号ＣＬＫを入力して、同期化させて実行している。
【００４４】
出力部６０は、判定部５０により判定された結果を出力するものである。液晶ディスプレイ等を用いることができる。
【００４５】
制御部７０は、遺伝子チェック装置全体を制御するものであり、他の処理装置とデータの授受等を実行する。
【００４６】
次に、以上のように構成されたＤＮＡチップを用いた遺伝子チェック装置の動作を図８を用いて説明する。
【００４７】
始めに、ユーザはチェックしたい遺伝子情報を選択する。遺伝子情報が選択されると、選択された遺伝子情報に対応する検出用ＤＮＡが電極１２上に合成される（T１）。次に、ユーザから提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出部３０により取出す（T２）。取出部３０により取出された被検出用ＤＮＡは、選択部２０により選択された検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションが生じるか否かが電流検知により判定される。ハイブリダイゼーションが生じれば選択された遺伝子情報を有していると判定され、生じなければ有していないと判定される（T３）。判定処理が完了したら、出力部６０において、遺伝子チェック項目に該当するか否かを出力する（T４）。
【００４８】
次に、以上にように構成されたＤＮＡチップを用いた遺伝子チェック装置の利用例として遺伝子チェックゲーム装置を説明する。これは、遺伝子情報の中の肥満遺伝子やある一定の病気になりやすい遺伝子等を、ゲームセンターやコンビニエンスストア等でゲーム感覚でチェックできるゲーム装置（簡易診断機）である。
【００４９】
図９は遺伝子チェックゲーム装置の外観を示す図である。なお、構造や動作については、上述した説明と同様であるので重複した説明を省略し、ここでは利用時における動作とディスプレイとの対応関係を主に説明する。
【００５０】
遺伝子チェックゲーム装置８０は、例えばディスプレイ８１、選択ボタン８２、挿入口８３を備えている。
【００５１】
ここで、ディスプレイ８１は、ユーザに動作指示を与えるとともに、処理の判定結果を表示するものである。ここでは、液晶ディスプレイ等を用いている。
【００５２】
選択ボタン８２は、ユーザがチェックしたい遺伝子情報を選択するものである。遺伝子チェックゲーム装置８０では、例えば、「１．肥満になりやすか？」「２．風邪をひきやすいか？」「３．肝臓は丈夫か？」等の項目をディスプレイ８１に表示してユーザに質問し、それぞれの項目に1対１に対応するボタンを押下させることで、肥満になりやすい遺伝子情報、風邪を引きやすい遺伝子情報、丈夫な肝臓である遺伝子情報等を選択させる。
【００５３】
挿入口８３は、ユーザからＤＮＡを取り出すものである。例えば、ユーザは髪の毛を一本挿入口に入れる。
【００５４】
次に、上記のように構成された遺伝子チェックゲーム装置の動作を、図１０に示すディスプレイ８１の画面表示とともに説明する。
【００５５】
まず、ディスプレイの初期画面には「１．肥満になりやすいか？」「２．風邪を引きやすいか？」「３．肝臓は丈夫か？」等のチェック項目が表示される（図１０（ａ））。ユーザがチェックしたい項目の番号の選択ボタン８２を押下して、チェックしたい項目を選択する。
【００５６】
項目が選択されると、遺伝子チェックゲーム８０は、内蔵された検出用ＤＮＡ合成部１３に、選択された項目に対応する検出用ＤＮＡを合成する。
【００５７】
次に、ディスプレイ８１には、「髪の毛を一本挿入口に入れてください。」等の指示が表示される（図１０（ｂ））。ユーザが髪の毛を挿入口８３に挿入すると、内蔵された遠心分離機等により、被検出用ＤＮＡが抽出される。続いて、検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションを生じるか否かの処理が開始される。
【００５８】
ディスプレイ８１には、「処理中です・・・」等の表示がされ（図１０（ｃ））、ユーザに処理中であることを教える。処理が終わると、処理結果がディスプレイ８１上に表示される。例えば、チェック項目として「３．肝臓は丈夫か？」等を選択していた際に、肝臓が丈夫だと判定された場合には、「あなたの肝臓は丈夫です。」等の表示がされる（図１０（ｄ））。
【００５９】
上述したように本実施形態によれば、デジタルデータＶdigitalを出力するＤＮＡチップ装置１０を用い、ユーザが遺伝子チェックしたい項目に対応した検出用ＤＮＡとユーザから取出した被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせて遺伝子チェックをしているので、第１の実施形態の効果に加え、簡易に遺伝子情報をチェックして診断することができる遺伝子チェック方法及び装置を提供することができる。
【００６０】
なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＤＮＡチップ装置の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係るユニットセルの構成を示す模式図である。
【図３】同実施形態に係る出力制御部の構成を示す模式図である。
【図４】同実施形態にかかるＤＮＡチップ装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置の構成を示す模式図である。
【図６】同実施形態に係るハイブリダイゼーションの判定方法を説明するための図である。
【図７】同実施形態に係る判定部の構成を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る遺伝子チェック装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】同実施形態を応用した遺伝子チェックゲーム装置の外観を示す図である。
【図１０】同実施形態を応用した遺伝子チェックゲーム装置の画面遷移を示した図である。
【符号の説明】
【００６２】
１６ｂ・・・オペアンプ、１８・・・配線層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流を検出してハイブリダイゼーションを判定するＤＮＡチップ装置、遺伝子チェック方法及び装置に係り、特に、検出した電流をデジタルデータ化するＤＮＡチップ装置、遺伝子チェック方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生物学、医学分野での遺伝子解析等において、特定の配列を有するＤＮＡを検出するためのＤＮＡチップが開発されている。この種のＤＮＡチップにおいては、従来から電気化学的にチップ上でＤＮＡを合成させるものがある。基板上でのＤＮＡの合成方法は、例えば、特許文献１に詳しい。
【０００３】
従来のＤＮＡ配列のハイブリダイゼーション検出にはスキャナーと呼ばれる装置が用いられる。スキャナーでは、ＤＮＡに蛍光物質を付けたプローブの写真を撮影し、その色の状態からハイブリダイゼーションを検出している。
【０００４】
しかしながら、蛍光物質を写真撮影する方法では、大規模な装置が必要であり、簡単に検出結果を知ることができない。また、蛍光の内部消光のために一定量以上の蛍光物質をプローブとして導入することは困難である、などの欠点も有している。
【０００５】
そこで、最近ではＤＮＡのハイブリダイゼーションの状態を、酵素反応等を利用して電流を計測し、電流値から判断する電流計測型のＤＮＡチップが考えられている。ところが、この種のＤＮＡチップで計測される電流は数ｎＡ程度の微小電流である。そのため、電流計測型のＤＮＡチップでは、積分回路等を用い、ある時間積算した電流値を電圧値に変換して計測し、判断時に再度電圧値を逆変換して得られる電流値からハイブリダイゼーションの状態を判断している。
【特許文献１】特表２０００−５１４８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電流計測型のＤＮＡチップは、本発明者の検討によれば、電流値からハイブリダイゼーションの状態を判定した段階で処理が終了するので、この電流値を更に処理したり、各種システムに用いるというように、電流検出後の情報処理を多角的に実行しにくい状況にある。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、電流検出後の情報処理を多角的に実行し得るＤＮＡチップ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、電流検出後の情報処理を多角的に実行可能なＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に対応する発明は、検出用ＤＮＡを保持するための電極と、前記電極上で前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるとき、このハイブリダイゼーションに対応する電流を前記電極から検出するための電流検出回路と、前記電流検出回路により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段とを備えたＤＮＡチップ装置である。
【００１０】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応するＤＮＡチップ装置において、前記デジタル信号変換手段は、前記アナログ電圧信号と前記しきい値電圧とを比較し、この比較結果に対応して前記デジタル電圧信号を得るための比較器を備えたＤＮＡチップ装置である。
【００１１】
請求項３に対応する発明は、基板と、前記基板上に配置された電極と、前記基板上に形成され、入力された合成用電流により、前記電極上に検出用ＤＮＡを合成する検出用ＤＮＡ合成手段と、前記基板上に形成され、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応により生じた電流を前記電極から検出することにより、ハイブリッドＤＮＡを検出するハイブリッドＤＮＡ検出手段と、前記電極、前記検出用ＤＮＡ合成手段及び前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段からなり、前記基板上の複数の領域に区画された複数のユニットセルと、前記基板上に形成され、前記各ユニットセルのうち、選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成手段に前記合成用電流を入力する入力制御手段と、前記基板上に形成され、前記選択したユニットセルのハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を出力制御する出力制御手段とを備えたＤＮＡチップ装置であって、前記出力制御手段は、前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段とを備えたＤＮＡチップ装置である。
【００１２】
請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応するＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法であって、チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択ステップと、前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備ステップと、提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出ステップと、前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応ステップと、前記反応ステップの後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定ステップと、この判定結果を出力する判定結果出力ステップとを備えた遺伝子チェック方法である。
【００１３】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応するＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置であって、チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択手段と、前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備手段と、提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出手段と、前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応手段と、前記反応の後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定手段と、この判定結果を出力する判定結果出力手段とを備えた遺伝子チェック装置である。
【００１４】
＜作用＞
従って、請求項１，３に対応する発明は以上のような手段を講じたことにより、ＤＮＡチップにより検出される電流を積分する積分回路と、積分により得られた電圧をデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段とを備えているので、電流検出後の情報処理を多角的に実行することができるＤＮＡチップ装置を提供することができる。
【００１５】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する作用に加え、デジタル信号変換手段として比較器を用いているので、ＤＮＡチップにより検出される電流を容易にしきい値電圧に応じてデジタルデータ化することができ、簡易診断機の作成等、その後の情報処理を多角的に実施することを可能とするＤＮＡチップ装置を提供することができる。
【００１６】
請求項４，５に対応する発明は、チェック対象の遺伝子情報に対応した検出用ＤＮＡとユーザ等から提供された試料から取出した被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせて遺伝子チェックをしているので、請求項１〜３に対応する作用に加え、簡易に遺伝子情報をチェックできる遺伝子チェック方法及び装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように本発明によれば、電流検出後の情報処理を多角的に実行できるＤＮＡチップ装置を提供できる。また、電流検出後の情報処理を多角的に実行可能なＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
＜第１の実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係るＤＮＡチップ装置の構成を示す模式図であり、図２は同装置におけるユニットセルの構成を示す模式図である。
【００２０】
ＤＮＡチップ装置１０は、複数のユニットセル１１、入力制御部１５及び出力制御部１６が基板１７上に形成されている。
【００２１】
ここで、ユニットセル１１は、図２に示すように、電極１２、検出用ＤＮＡ合成部１３、ハイブリッドＤＮＡ検出部１４とそれらを接続する配線層１８を備えている。
【００２２】
電極１２は表面上にあらかじめ核酸を配置しており、検出用ＤＮＡ合成部１３から電流が入力されると、核酸から検出用ＤＮＡを合成する。また、合成された検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応による２次電流をハイブリッドＤＮＡ検出部１４へ出力する。
【００２３】
検出用ＤＮＡ合成部１３は、入力制御部１５から電流が入力されると、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から検出用ＤＮＡを合成する。
【００２４】
ハイブリッドＤＮＡ検出部１４は、電極１２からリガンドと酵素との反応による２次電流を検出し、出力制御部１６へ出力する。
【００２５】
入力制御部１５は、複数のユニットセル１１のうち選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成部１３に電流を入力する。
【００２６】
出力制御部１６は、ユニットセル１１のハイブリッドＤＮＡ検出部１４において検出された２次電流を出力制御するものであり、２次電流の値を、デジタル電圧信号に変換（以下、デジタルデータ化ともいう）して出力する。デジタルデータ化は、デジタル化するための電圧の閾値Ｖ０とＶ１（Ｖ０＜Ｖ１）が設定されたウインドコンパレータ等の比較器を用いることで実行する。具体的には出力制御部１６は、図３に示すように、電圧変換部１６ａ、オペアンプ１６ｂ、コンデンサ１６ｃ及びウインドコンパレータ１６ｄを備えている。
【００２７】
ここで、電圧変換部１６ａは、電極１２及びハイブリッドＤＮＡ検出部１４からの検出電流を電圧値に変換し、この電圧値を積分回路に送出するものである。
【００２８】
積分回路は、オペアンプ１６ｂとコンデンサ１６ｃからなり、電圧変換部１６ａから受けた電圧値を積分した電圧値Ｖoutをウインドコンパレータ１６ｄに入力する。
【００２９】
ウインドコンパレータ１６ｄは、２つの基準電圧（Ｖ０，Ｖ１）が図示しない設定部により設定されており、オペアンプ１６ｂにより出力される電圧Ｖｏｕｔが２つの基準電圧Ｖ０からＶ１の範囲内にあるときをオン状態（Ｈ；ハイレベル）、範囲内に無いときをオフ状態（Ｌ；ロウレベル）としてデジタル化したデータＶdigitalを出力する。なお、各基準電圧Ｖ０，Ｖ１は、ハイブリダイゼーションの陽性、陰性を判定するためのしきい値電圧に相当する。
【００３０】
基板１７は、ＤＮＡチップ装置１０を構成する電気回路の基板であり、各電気回路を配線層１８で接続している。
【００３１】
配線層１８は、基板１７上の電気・電子部品間を相互に接続する。
【００３２】
次に、以上のように構成されたＤＮＡチップの動作を図４を用いて説明する。
【００３３】
図示しない制御部は、基板１７の上の複数のユニットセルのうち検出用ＤＮＡを合成させるユニットセル１１を選択し、その結果を入力制御部１５に入力する（S１）。入力制御部１５は、選択したユニットセル１１の検出用ＤＮＡ合成部１３に電流を入力する（S２）。入力された電流により検出用ＤＮＡ合成部１３は、電極１２の上にあらかじめ配置された核酸から検出用ＤＮＡを合成する（S３）。このＤＮＡ合成の方法については、特許文献１の第４５〜４７頁に記載の「合成工程」に詳しい。
【００３４】
次に、この電極１２の上の検出用ＤＮＡと、あらかじめ特定の酵素と反応するリガンドに浸しておいた被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせる。これを洗浄すると、リガンドによりハイブリットＤＮＡだけが電極１２の上に残る。これに酵素を反応させると数ｎＡ程度の微小な２次電流が生じる。この２次電流をハイブリッドＤＮＡ検出部１４で検出し（S４）、出力制御部１６に出力する（S５）。これにより２次電流の電流値から、ハイブリッドＤＮＡの生成量を図示しない測定部で測定する（S６）。
このように、ＤＮＡチップ装置１０は、特定の配列を有するＤＮＡを検出する。ここで、ＤＮＡチップ装置１０では、出力制御部１６において、電極１２からの検出電流を電圧変換部１６ａで電圧値に変換させた後、オペアンプ１６ｂ及びコンデンサ１６ｃからなる積分回路により積分した電圧値をウインドコンパレータ１６ｄに入力する。このウインドコンパレータ１６ｄは、積分された電圧値を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換し、デジタル化したデータＶdigitalを出力している。
【００３５】
すなわち、上述したような構成のＤＮＡチップ装置１０であれば、出力制御部１６に比較器を用いることで出力データをデジタル化しているので、ハイブリッドＤＮＡを電流検知する際に、デジタル信号処理をすることが可能となる。そのため、ＤＮＡチップを組み込んだシステムを容易に製作することが可能となる。
【００３６】
換言すると、ＤＮＡチップ装置１０では、検出される電流を積分する積分回路と、積分により得られた電圧をデジタル電圧信号としてのデジタルデータＶdigitalに変換するウインドコンパレータ１６ｄとを備え、デジタルデータＶdigitalを出力することにより、電流検出後の情報処理を多角的に実行することができる。
【００３７】
＜第２の実施形態＞
図５は本発明の第２の実施形態に係るＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置の構成を示す模式図である。なお、既に説明した部分と同一部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する。
【００３８】
この遺伝子チェック装置は、前述したＤＮＡチップ装置１０を用いるものであり、選択部２０、取出部３０、設定部４０、判定部５０、出力部６０および制御部７０を備えている。なお、「遺伝子チェック」とは、ユーザの被検出用ＤＮＡと特定の性質を有する検出用ＤＮＡとのハイブリダイゼーションから、ユーザを診断することを意味する。
【００３９】
選択部２０は、ユーザがチェックしたいチェック対象の遺伝子情報を選択するものである。ユーザがチェックしたい遺伝子情報を選択すると、それに対応した検出用ＤＮＡが電極１２上に合成される。遺伝子情報の選択は、例えば、肥満になりやすい遺伝子情報を有しているか等の項目を選択する。
【００４０】
取出部３０は、ユーザから提供される試料から被検出用ＤＮＡを取り出すものである。例えば、髪の毛、注射からの血液といった試料が提供されると、この試料から遠心分離器等を用いてＤＮＡを取り出す。
【００４１】
設定部４０は、出力制御部１６に閾値を設定する。ここでは、ウインドコンパレータ１６ｄに２つの基準電圧（Ｖ０，Ｖ１）を設定している。
【００４２】
判定部５０は、デジタルデータ化された出力データＶdigitalに基き、取出部３０により取出された被検出用ＤＮＡが選択部２０により選択された遺伝子情報に対応する検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションを生じたか否かを判定するものである。すなわち、出力される電圧Ｖｏｕｔを電流に変換した場合に、図６に示すように、電流値が陽陰性のスレッシュホールド電流値Ｉｔｈより低ければ、ハイブリダイゼーションは生じておらず、スレッシュホールド電流値Ｉｔｈより高ければハイブリダイゼーションが生じたと判定する。判定の際には、図７に示すように、データ溜込回路５１と最終判定回路５２を用いる。
【００４３】
データ溜込回路５１は、ある一定時間での電圧値のデジタル出力を定常状態として判定できるまでデータを溜め込むものであり、例えばＤＮＡチップ装置１０からデジタルデータＶdigitalを受けている間、制御部７０から受けるクロック信号ＣＬＫをカウントするカウンタとして実現可能となっている。なお、データを溜め込む理由は、ハイブリダイゼーションの反応が定常状態に達するまでに時間がかかるためと、複数のデータから判定することで定常状態ではあるが個々のデータのばらつきの影響を抑えるためである。このデータ溜込回路５１で溜め込んだデータ（例、カウンタ値）に基づき、最終判定回路５２で基準値と比較することにより、取出部３０により取出された被検出用ＤＮＡが選択部２０により選択された遺伝子情報に対応する検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションを生じたか否かを判定する。なお、データの溜め込みは、制御部７０よりクロック信号ＣＬＫを入力して、同期化させて実行している。
【００４４】
出力部６０は、判定部５０により判定された結果を出力するものである。液晶ディスプレイ等を用いることができる。
【００４５】
制御部７０は、遺伝子チェック装置全体を制御するものであり、他の処理装置とデータの授受等を実行する。
【００４６】
次に、以上のように構成されたＤＮＡチップを用いた遺伝子チェック装置の動作を図８を用いて説明する。
【００４７】
始めに、ユーザはチェックしたい遺伝子情報を選択する。遺伝子情報が選択されると、選択された遺伝子情報に対応する検出用ＤＮＡが電極１２上に合成される（T１）。次に、ユーザから提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出部３０により取出す（T２）。取出部３０により取出された被検出用ＤＮＡは、選択部２０により選択された検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションが生じるか否かが電流検知により判定される。ハイブリダイゼーションが生じれば選択された遺伝子情報を有していると判定され、生じなければ有していないと判定される（T３）。判定処理が完了したら、出力部６０において、遺伝子チェック項目に該当するか否かを出力する（T４）。
【００４８】
次に、以上にように構成されたＤＮＡチップを用いた遺伝子チェック装置の利用例として遺伝子チェックゲーム装置を説明する。これは、遺伝子情報の中の肥満遺伝子やある一定の病気になりやすい遺伝子等を、ゲームセンターやコンビニエンスストア等でゲーム感覚でチェックできるゲーム装置（簡易診断機）である。
【００４９】
図９は遺伝子チェックゲーム装置の外観を示す図である。なお、構造や動作については、上述した説明と同様であるので重複した説明を省略し、ここでは利用時における動作とディスプレイとの対応関係を主に説明する。
【００５０】
遺伝子チェックゲーム装置８０は、例えばディスプレイ８１、選択ボタン８２、挿入口８３を備えている。
【００５１】
ここで、ディスプレイ８１は、ユーザに動作指示を与えるとともに、処理の判定結果を表示するものである。ここでは、液晶ディスプレイ等を用いている。
【００５２】
選択ボタン８２は、ユーザがチェックしたい遺伝子情報を選択するものである。遺伝子チェックゲーム装置８０では、例えば、「１．肥満になりやすか？」「２．風邪をひきやすいか？」「３．肝臓は丈夫か？」等の項目をディスプレイ８１に表示してユーザに質問し、それぞれの項目に1対１に対応するボタンを押下させることで、肥満になりやすい遺伝子情報、風邪を引きやすい遺伝子情報、丈夫な肝臓である遺伝子情報等を選択させる。
【００５３】
挿入口８３は、ユーザからＤＮＡを取り出すものである。例えば、ユーザは髪の毛を一本挿入口に入れる。
【００５４】
次に、上記のように構成された遺伝子チェックゲーム装置の動作を、図１０に示すディスプレイ８１の画面表示とともに説明する。
【００５５】
まず、ディスプレイの初期画面には「１．肥満になりやすいか？」「２．風邪を引きやすいか？」「３．肝臓は丈夫か？」等のチェック項目が表示される（図１０（ａ））。ユーザがチェックしたい項目の番号の選択ボタン８２を押下して、チェックしたい項目を選択する。
【００５６】
項目が選択されると、遺伝子チェックゲーム８０は、内蔵された検出用ＤＮＡ合成部１３に、選択された項目に対応する検出用ＤＮＡを合成する。
【００５７】
次に、ディスプレイ８１には、「髪の毛を一本挿入口に入れてください。」等の指示が表示される（図１０（ｂ））。ユーザが髪の毛を挿入口８３に挿入すると、内蔵された遠心分離機等により、被検出用ＤＮＡが抽出される。続いて、検出用ＤＮＡとハイブリダイゼーションを生じるか否かの処理が開始される。
【００５８】
ディスプレイ８１には、「処理中です・・・」等の表示がされ（図１０（ｃ））、ユーザに処理中であることを教える。処理が終わると、処理結果がディスプレイ８１上に表示される。例えば、チェック項目として「３．肝臓は丈夫か？」等を選択していた際に、肝臓が丈夫だと判定された場合には、「あなたの肝臓は丈夫です。」等の表示がされる（図１０（ｄ））。
【００５９】
上述したように本実施形態によれば、デジタルデータＶdigitalを出力するＤＮＡチップ装置１０を用い、ユーザが遺伝子チェックしたい項目に対応した検出用ＤＮＡとユーザから取出した被検出用ＤＮＡをハイブリダイゼーションさせて遺伝子チェックをしているので、第１の実施形態の効果に加え、簡易に遺伝子情報をチェックして診断することができる遺伝子チェック方法及び装置を提供することができる。
【００６０】
なお、本願発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＤＮＡチップ装置の構成を示す模式図である。
【図２】同実施形態に係るユニットセルの構成を示す模式図である。
【図３】同実施形態に係る出力制御部の構成を示す模式図である。
【図４】同実施形態にかかるＤＮＡチップ装置の動作を説明するための図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置の構成を示す模式図である。
【図６】同実施形態に係るハイブリダイゼーションの判定方法を説明するための図である。
【図７】同実施形態に係る判定部の構成を示す模式図である。
【図８】同実施形態に係る遺伝子チェック装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】同実施形態を応用した遺伝子チェックゲーム装置の外観を示す図である。
【図１０】同実施形態を応用した遺伝子チェックゲーム装置の画面遷移を示した図である。
【符号の説明】
【００６２】
１６ｂ・・・オペアンプ、１８・・・配線層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、
前記電極上で前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるとき、このハイブリダイゼーションに対応する電流を前記電極から検出するための電流検出回路と、
前記電流検出回路により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、
このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段と
を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＮＡチップ装置において、
前記デジタル信号変換手段は、前記アナログ電圧信号と前記しきい値電圧とを比較し、この比較結果に対応して前記デジタル電圧信号を得るための比較器を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に配置された電極と、
前記基板上に形成され、入力された合成用電流により、前記電極上に検出用ＤＮＡを合成する検出用ＤＮＡ合成手段と、
前記基板上に形成され、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応により生じた電流を前記電極から検出することにより、ハイブリッドＤＮＡを検出するハイブリッドＤＮＡ検出手段と、
前記電極、前記検出用ＤＮＡ合成手段及び前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段からなり、前記基板上の複数の領域に区画された複数のユニットセルと、
前記基板上に形成され、前記各ユニットセルのうち、選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成手段に前記合成用電流を入力する入力制御手段と、
前記基板上に形成され、前記選択したユニットセルのハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を出力制御する出力制御手段と
を備えたＤＮＡチップ装置であって、
前記出力制御手段は、
前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、
このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段と
を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法であって、
チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択ステップと、
前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備ステップと、
提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出ステップと、
前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応ステップと、
前記反応ステップの後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定ステップと、
この判定結果を出力する判定結果出力ステップと
を備えたことを特徴とする遺伝子チェック方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置であって、
チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択手段と、
前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備手段と、
提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出手段と、
前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応手段と、
前記反応の後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定手段と、
この判定結果を出力する判定結果出力手段と
を備えたことを特徴とする遺伝子チェック装置。
【請求項１】
検出用ＤＮＡを保持するための電極と、
前記電極上で前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡとによるハイブリダイゼーションが生じるとき、このハイブリダイゼーションに対応する電流を前記電極から検出するための電流検出回路と、
前記電流検出回路により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、
このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段と
を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＤＮＡチップ装置において、
前記デジタル信号変換手段は、前記アナログ電圧信号と前記しきい値電圧とを比較し、この比較結果に対応して前記デジタル電圧信号を得るための比較器を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に配置された電極と、
前記基板上に形成され、入力された合成用電流により、前記電極上に検出用ＤＮＡを合成する検出用ＤＮＡ合成手段と、
前記基板上に形成され、前記検出用ＤＮＡと被検出用ＤＮＡのハイブリダイゼーションによるハイブリッドＤＮＡを検出可能とするリガンドと酵素との反応により生じた電流を前記電極から検出することにより、ハイブリッドＤＮＡを検出するハイブリッドＤＮＡ検出手段と、
前記電極、前記検出用ＤＮＡ合成手段及び前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段からなり、前記基板上の複数の領域に区画された複数のユニットセルと、
前記基板上に形成され、前記各ユニットセルのうち、選択したユニットセルの検出用ＤＮＡ合成手段に前記合成用電流を入力する入力制御手段と、
前記基板上に形成され、前記選択したユニットセルのハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を出力制御する出力制御手段と
を備えたＤＮＡチップ装置であって、
前記出力制御手段は、
前記ハイブリッドＤＮＡ検出手段により検出された電流を積分して電圧に変換し、得られたアナログ電圧信号を出力する積分手段と、
前記積分手段から出力されたアナログ電圧信号を、予め設定された陽陰性のしきい値電圧に基づいてデジタル電圧信号に変換するデジタル信号変換手段と、
このデジタル電圧信号を出力するデジタル信号出力手段と
を備えたことを特徴とするＤＮＡチップ装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック方法であって、
チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択ステップと、
前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備ステップと、
提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出ステップと、
前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応ステップと、
前記反応ステップの後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定ステップと、
この判定結果を出力する判定結果出力ステップと
を備えたことを特徴とする遺伝子チェック方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＤＮＡチップ装置を用いた遺伝子チェック装置であって、
チェック対象の遺伝子情報を選択する遺伝子情報選択手段と、
前記選択された遺伝子情報に関連する検出用ＤＮＡを前記電極上に保持するＤＮＡチップ装置を準備するチップ準備手段と、
提供された試料から被検出用ＤＮＡを取出す取出手段と、
前記被検出用ＤＮＡを前記準備したＤＮＡチップ装置上の検出用ＤＮＡと反応させるための反応手段と、
前記反応の後、検出される電流に基づいて得られる前記デジタル電圧信号に基づいて、前記反応が陽性か陰性かを判定する判定手段と、
この判定結果を出力する判定結果出力手段と
を備えたことを特徴とする遺伝子チェック装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−７８２６５（Ｐ２００６−７８２６５Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６１１６９（Ｐ２００４−２６１１６９）
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月８日（２００４．９．８）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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