專利名稱：用于生物測定的基板、生物測定設備和生物測定方法
技術領域：
本發明涉及一種用于生物測定的基板(例如，DNA芯片等)，以及使用該生物測定基板進行生物測定的生物測定設備。具體而言，本發明涉及一種其中形成有用作探針材料和樣品材料之間相互反應的區域的反應區的生物測定基板，以及用于檢測從反應區中的熒光標記劑中產生的熒光的生物測定設備和生物測定方法。
本申請要求于2003年6月10日提交的日本專利申請No.2003-165516的優先權，這里將其全部內容引作參考。
背景技術：
目前，生物測定基板是所謂的DNA芯片或DNA微陣列(下文中統稱為DNA芯片)，其中預定的DNA物質由微陣列技術精細地布置，該生物測定基板用于基因突變，SNPs(一價多型)分析，和/或基因表現頻率分析等，并開始廣泛應用于制藥、臨床診斷、藥理染色體、法醫學和/或其它領域。
在這種DNA芯片中，由于大量不同的DNA低聚核苷酸鏈或cDNA(互補DNA)物質等布置在玻璃基板或硅基板上，因此可以對材料之間的相互反應(例如，雜交等)進行廣泛的分析。
在使用DNA芯片的DNA分析技術中，采用了這樣一種方法，其相對于例如已在DNA芯片上變成固相狀態(固定)的探針DNA，通過逆轉寫PCR反應等方法，一邊組裝熒光探針dNTP，一邊對從細胞和/或組織中提取的mRNA(信使核糖核酸)進行PCR(聚合酶鏈反應)擴增，來產生樣品DNA，并將該樣品DNA滴到DNA芯片上，以進行探針DNA和樣品DNA的雜交，并用預定的檢測器進行熒光測量。
這里，例如，在日本專利申請早期公開No.2001-238674公報和PCT專利申請早期公開No.2002-501174公報中，提出DNA芯片具有圓盤形狀，以將光盤領域中的基板技術應用于DNA分析。
在進行已應用光盤技術的DNA分析的情況下，可以應用這種伺服技術用光檢測器在圓盤形狀的DNA芯片旋轉時來檢測從熒光標記中產生的熒光，從而通過尋址技術來確定熒光的光發射位置。因此，可以增加待處理樣品材料的數量，并可以提高檢測準確度和檢測速度。
然而，在傳統的DNA芯片技術中，由于DNA芯片本身的集成數和集成密度較小，因此不能說由單一化驗得到的分析量是充分的。因此，使用者較難自由設定待檢測材料的種類和數量，以及所用基板上的布置分類(分組)。
此外，在使用DNA芯片的傳統分析技術中，DNA芯片的待檢測材料的種類或分組的信息、DNA芯片的分析結果以及用于DNA芯片的分析程序等在相對于不同信息記錄介質被分開記錄的狀態下使用。出于該原因，DNA芯片和記錄分析結果的信息記錄介質之間的聯系較弱。因此，對DNA芯片和信息進行整體管理就較困難。
發明內容
本發明的目的是提供一種用于生物測定的基板，其能夠以更多的方式處理信息，并提供一種利用這種用于生物測定的基板來進行生物測定的生物測定設備和生物測定方法。
根據本發明的基板是這樣一種用于生物測定的基板，其中根據探針材料和樣品材料之間的相互反應進行生物測定，該生物測定基板構造成具有平板形狀，該生物測定基板包括反應區，其中允許樣品材料和熒光標記劑從上側滴落，允許探針材料被固定，反應區用作探針材料和樣品材料之間相互反應的區域，并形成多個孔(well)，對應于熒光標記劑的熒光從下側照射該多個孔；以及信息區，其中光從下側照射，以能夠記錄和/或再現信息。
生物測定基板包括材料之間進行相互反應的反應區以及記錄信號的信息區。
根據本發明的生物測定設備是一種適于根據探針材料和樣品材料之間的相互反應進行生物測定的生物測定設備，其包括適于夾持并旋轉地驅動用于生物測定的基板的基板夾持裝置，該生物測定基板包括反應區，其中允許樣品材料和熒光標記劑從上側滴落，允許探針材料被固定，反應區用作探針材料和樣品材料之間相互反應的區域，并形成多個孔，相對于熒光標記劑的熒光從下側照射該多個孔；以及信息區，其中光從下側照射，以能夠記錄和/或再現信息；熒光檢測光學系統，用于對應于生物測定基板的反應區照射具有預定波長的熒光，以檢測對應于熒光從熒光標記劑產生的具有預定波長的熒光的存在或不存在；以及信息記錄/再現光學系統，用于向生物測定基板的信息區照射具有預定波長的光，以根據其反射光進行信息的記錄和/或再現操作。
在該生物測定設備中，根據材料之間的相互反應對生物測定基板進行生物測定，并對其進行信息的記錄和/或再現操作，生物測定基板包括材料之間進行相互反應的反應區以及記錄信號的信息區。
根據本發明的生物測定方法是一種根據探針材料和樣品材料之間的相互反應進行生物測定的生物測定方法，其包括夾持并旋轉地驅動用于生物測定的基板，該生物測定基板包括反應區，其中允許樣品材料和熒光標記劑從上側滴落，允許探針材料被固定，反應區用作探針材料和樣品材料之間相互反應的區域，并形成多個孔，相對于熒光標記劑的熒光從下側照射該多個孔；以及信息區，其中光從下側照射，以能夠記錄和/或再現信息；向生物測定基板的信息區照射具有預定波長的光，以根據其反射光進行信息的記錄和/或再現操作，以及向生物測定基板的反應區照射具有預定波長的熒光，以檢測對應于熒光從熒光標記劑產生的具有預定波長的熒光的存在或不存在。
在該生物測定方法中，根據材料之間的相互反應對生物測定基板進行生物測定，并對其進行信息的記錄和/或再現操作，生物測定基板包括材料之間進行相互反應的反應區以及記錄信號的信息區。
圖1是本發明實施例的生物測定基板的俯視圖和橫截面圖。
圖2是示出生物測定基板的DNA層的層疊結構的橫截面圖。
圖3是示出孔的底面上的OH基改性的硅烷分子的示圖。
圖4是示出結合到孔的底面上的探針DNA的示圖。
圖5是本發明實施例的DNA分析器的框圖。
圖6是示出向孔滴落溶液時的操作的示圖。
圖7是示出熒光標記劑嵌入在探針DNA和樣品DNA的雙螺旋內的狀態的示圖。
具體實施例方式
就應用了本發明的用于DNA分析的生物測定基板，以及使用這種生物測定基板進行DNA分析的生物測定設備，現在將給出解釋作為本發明應用的實際實施例。應當指出，在本申請中，“生物測定”是指基于材料之間的雜交或其它相互反應的生物化學分析。
(生物測定基板)圖1是以模型形式示出本發明實施例的生物測定基板1的頂視圖(圖1(A))和橫截面圖(圖1(B))的示圖。
生物測定基板1是平板形狀，其主表面類似光盤(例如，CD(壓縮盤)、DVD(數字多功能盤))等的表面，是圓形的。此外，在生物測定基板1的圓心，形成中心孔2。當將生物測定基板1裝載(附接)到DNA分析器中時，用于夾持生物測定基板1并使其旋轉的卡盤機構插入到中心孔2中。
如圖1(A)所示，生物測定基板1的圓形主表面分為兩個區域，記錄區3和反應區4，它們在徑向同心地形成。在該示例中，記錄區3位于內圓周側，反應區4位于外圓周側。記錄區3可以位于外圓周側，反應區4可以位于內圓周側。記錄區3是這樣的區域與光盤信息記錄介質相似，照射激光束，光學地進行信息的記錄/再現。反應區4是用作探針DNA(用于檢測的核苷酸鏈)和樣品DNA(做標記或標志的核苷酸鏈)之間相互反應的區域，具體地說，是探針DNA和樣品DNA之間雜交反應的區域。
生物測定基板1的層疊結構由信息層5和DNA層6形成，如圖1(B)所示。這里，假設信息層5位于下層，DNA層6位于上層。此外，假設生物測定基板1的DNA層6側的表面稱為頂面1a，信息記錄層5側的表面稱為底面1b。
在信息層5處，信號記錄膜7(例如，凹坑或相變材料等)形成在對應于記錄區3的平面區域中，激光束照射到信號記錄膜7上，以進行數據的再現或記錄/再現。這種信號記錄膜7可以用類似光盤(例如，CD(壓縮盤)、DVD(數字多功能盤))等的盤的制備方法來形成。
激光束從生物測定基板1的底面1b側照射到信號記錄膜7，以進行信號的再現或記錄/再現。此外，信息層5由允許在DNA分析時照射的具有熒光波長的光線和控制光以及在DNA分析時從熒光標記劑發出的熒光透過的材料形成。例如，信息層5由諸如石英玻璃、硅、聚碳酸脂或聚苯乙烯等的材料形成。應當指出，照射的熒光和控制光的具體細節以及發出的熒光將在以后描述。
如圖2所示，DNA層6是由從底層側(即，從信息層5側)開始的基層10、透明電極層11、固相層12以及層13形成的層疊結構，孔將形成在層13中(下面根據情況需要簡單稱為孔形成層)。
基層10是允許照射的具有熒光波長的光線和控制光、以及發出的熒光透過的材料，具體細節將在后面描述。例如，基層10由諸如石英玻璃、硅、聚碳酸脂或聚苯乙烯等的材料形成。
透明電極層11是形成在基層10上的層。透明電極層11由具有光透射特性并具有傳導性的材料(例如，ITO(氧化銦錫))制成。透明電極層11通過例如濺鍍或電子束蒸鍍等形成為基層10上的薄膜，其厚度為約250nm。
固相層12是形成在透明電極層11上的層。固相層12由允許探針DNA的一端處于固相狀態的材料形成。在該示例中，固相層12是表面通過例如濺鍍或電子束蒸鍍由硅烷改性形成有SiO2膜的層，其厚度為約50nm。
孔形成層13是形成在固相層12上的層。孔形成層13是形成有用于使探針DNA和樣品DNA之間發生雜交反應的多個孔8的層。孔具有凹入的形狀，使得生物測定基板1的頂面1a開放，并具有深度和尺寸，從而當包括樣品DNA的溶液等滴落時可以保留或保持該溶液。例如，孔8形成為開口部尺寸在長度和寬度方向為100μm×100μm，深度為約5μm的尺寸。固相層12在孔8處露出于底面14。這種孔形成層13是這樣形成的例如通過在固相層12上用旋涂方法(spin-coat)等涂覆感光的聚酰亞胺，以使其具有約5μm的厚度，從而通過使用預定構圖的光掩膜來使涂覆的感光聚酰亞胺曝光并顯影。
此外，在孔8處，為了使一端被功能團改性的探針DNA結合到底面14(固相層12露出的部分)，底面14被功能團表面改性。例如，在孔8處，如圖3所示，底面14(由SiO2形成的固相層12)被具有OH基16的硅烷分子17表面改性。出于這個原因，一端被例如NCO基改性的探針DNA可以結合到孔8的底面14。如上所述，在生物測定基板1中，由于探針DNA的一端可以結合到孔8的底面14，因此探針DNA(P)物質可以結合成，使鏈從底面14在垂直方向延伸，如圖4所示。
此外，在生物測定基板1中，如圖1所示，多個孔8設置為從主表面的中心以例如約400μm的間隔等距布置在外圓周方向的徑向多個柱上。應當指出，在該示例中，形成孔8的平面區域是反應區4的范圍。
此外，在生物測定基板1處，激光束從生物測定基板1的底面1b側照射，以形成可讀的地址凹坑9。地址凹坑9是用于確定各孔8在生物測定基板1的平面上的位置的信息。通過從地址凹坑9光學地讀取信息，可以確定多個存在的孔8中處于正被激光束照射位置的孔8。設置這種地址凹坑9的結果是，通過滴液單元(將在以后描述)可以控制溶液滴落位置，通過物鏡可以控制熒光檢測位置。
由于如上所述的生物測定基板1形成為具有圓盤形狀，因此可以利用與光盤系統的再現系統相似的再現系統來進行用于控制激光束聚焦位置的聚焦伺服控制、用于控制激光束相對于徑向的照射位置和滴液單元的滴落位置的定位伺服控制、以及地址凹坑9的信息檢測處理。即，記錄在地址凹坑9的信息內容和地址凹坑9附近的孔8相互聯系，以讀出地址凹坑9的信息，從而僅對確定的一個孔8照射激光束，確定發出熒光的孔8的位置，或者控制確定的一個孔8和滴液單元的位置之間的相對位置，從而可以向確定的一個孔8滴落溶液。
此外，在生物測定基板1中，形成用于生物測定的材料之間發生相互反應的區域(孔8)，以及進行與光盤相似的各種信息的記錄/再現的信號記錄膜7。這樣，形成為圓盤形狀的基板可以更加有用并且是多用途的。
例如，“有關生物測定基板1的操作控制的信息”、“有關在孔8內變為固相狀態的探針DNA的信息”以及“有關化驗結果的信息”等可以記錄到生物測定基板1上。
作為有關生物測定基板1的操作控制的信息的實例，記錄有例如，使用生物測定基板1進行DNA分析的化驗程序、相應化驗所需的各種數據、化驗程序的更新信息、生物測定基板1的操作說明書和/或分析器，和/或化驗處理的程序等。
將有關生物測定基板1的操作控制的這種信息記錄到帶有材料之間進行相互反應的區域的同一基板上，可以消除將有關操作控制的信息記錄到其它記錄介質上的需要。
此外，作為有關在孔8內變為固相狀態的探針DNA的信息的實例，記錄有布置在各孔8處的探針DNA物質的種類及其布置位置、各孔8內的探針DNA的說明、探針DNA和疾病之間的關系、以及生物測定基板1的制造商和/或制造日期等。
將有關在孔8內變為固相狀態的探針DNA的信息記錄到探針DNA變為固相狀態的同一基板上，可以可靠且容易地管理生物測定基板1。
此外，作為有關化驗結果的信息的實例，記錄有有關被化驗的人的信息(姓名、年齡、性別等)；化驗日期、化驗地點、被化驗的人和化驗結果數據(已從反應區讀出的原始數據)、基于化驗結果(視覺化驗結果數據，和/或指示出與疾病的相關聯性的數據等)的DNA分析結果、相應被化驗人的過去的化驗結果(以前的化驗記錄或歷史)、以及相應被化驗人的其它化驗結果等。
將這種有關化驗結果的信息記錄到其中用作化驗結果源的樣品DNA已進行雜交的同一基板上，可以使化驗結果的處理變得可靠且容易。
當然，其它數據也可以記錄到生物測定基板1上，而不局限于上述的信息。
應當指出，雖然主表面在生物測定基板1上分為記錄區3和反應區4兩個區域，但是記錄區3和反應區4可以在平面區域上相互交疊。在該情況下，信號記錄膜7的位置形成在從反應區4的厚度方向、從所照射的用于激發熒光(將在后面描述)和控制激光束(其控制光將在后面描述)的激光束的焦點深度遠離或隔開的位置即可。即，這是因為，如果類似于光盤2的兩層(雙層)記錄，將信號記錄膜7定位在焦點的前方，則激光束充分地到達反應區4。
(DNA分析器)下面，將參照圖5解釋用于通過使用上述生物測定基板1進行DNA分析的DNA分析器21。
如圖5所示，DNA分析器21包括用于夾持生物測定基板1并使其旋轉的盤裝載單元22、用于貯存雜交反應的各種溶液并用于將溶液滴到生物測定基板1的孔8中的滴液單元23、用于檢測來自生物測定基板1的孔8的熒光的熒光檢測單元24、用于對上述各單元進行管理和控制的控制/伺服單元25、以及用于對生物測定基板1的信號記錄膜7進行信號記錄/再現的記錄/再現單元26。
盤裝載單元22包括適于嵌入到生物測定基板1的中心孔2中以夾持生物測定基板1的卡盤機構31，以及用于驅動卡盤機構31以使生物測定基板1旋轉的主軸電機32。盤裝載單元22在生物測定基板1保持水平的狀態下旋轉地驅動生物測定基板1，使得頂面1a側為向上方向。
滴液單元23包括用于貯存樣品溶液S的貯存單元33、以及將貯存單元33內的樣品溶液滴到生物測定基板1上的滴頭34。滴頭34設置在水平裝載的生物測定基板1的頂面1a上方。此外，滴頭34構造為，根據從生物測定基板1的地址凹坑9讀出的位置信息和旋轉同步信息控制在徑向相對于生物測定基板1的相對位置，以將包括探針DNA、樣品DNA或熒光標記劑的樣品溶液S以精確的方式滴到預定的孔8中。
熒光檢測單元24包括光學頭40。光學頭40設置在底側，即，水平裝載的生物測定基板1的底面1b側。光學頭40適于通過例如滑板機構(sledmechanism)(未示出)等在生物測定基板1的徑向運動。
光學頭40包括物鏡41、用于可運動地支承物鏡41的雙軸致動器42、以及光導鏡43。物鏡41由雙軸致動器42支承，使得其中心軸基本垂直于生物測定基板1的表面。因此，物鏡41可以將從生物測定基板1的底側入射的光束會聚到生物測定基板1(上)。雙軸致動器42在垂直于生物測定基板1的表面的方向和生物測定基板1的徑向兩個方向上可運動地支承物鏡41。通過驅動雙軸致動器42，可以使已由物鏡41會聚的光的焦點在垂直于生物測定基板1的表面的方向及其徑向上移動。因此，在光學頭40中，可以進行與光盤系統中的焦點控制和定位控制相似的控制操作。
光導鏡43設置為相對于光路徑X成45°角。光路徑X是熒光P、熒光F、控制光V和反射光R入射到光學頭40上以及從光學頭40發出的光路徑。熒光P和控制光V從光路徑X入射到光導鏡43上。光導鏡43作用為反射熒光P和控制光V，以使它們偏折90°，從而使這些光線入射在物鏡41上。已入射在物鏡41上的熒光P和控制光V由物鏡41會聚。這樣會聚的光線照射到生物測定基板1上。此外，熒光F和控制光V的反射光R的光線通過物鏡41從生物測定基板1入射到光導鏡43上。光導鏡43作用為使熒光F和反射光R發生反射，以使它們偏折90°，從而將這些光線發射到光路徑X上。在該示例中，用于使光學頭40做滑板運動的驅動信號以及用于驅動雙軸致動器42的驅動信號由控制/伺服單元25給出(從控制/伺服單元25送出)。
此外，熒光檢測單元24包括用于發射熒光P的熒光光源44、用于將從熒光光源44發出的熒光P變為平行光束的準直透鏡45、以及第一分色鏡46，第一分色鏡46用于在光路徑X上使由準直透鏡45變為平行光束的熒光P發生偏折，以將這樣得到的偏折光束照射到光導鏡43上。
熒光光源44是包括激光源的光發射裝置，激光源具有使熒光標記劑激發的波長。在該示例中，從熒光光源44發出的熒光P是具有405nm的波長的激光束。應當指出，對于熒光P的波長，可以采用足以激發熒光標記劑的任何波長。準直透鏡45將從熒光光源44發出的熒光P變為平行光束。第一分色鏡46是具有波長選擇性的反射鏡，用于僅允許具有熒光P的波長的光發生反射，并允許具有熒光F和控制光V(其反射光R)的波長的光透過。第一分色鏡46以具有45°角的方式嵌入到光路徑X上，用于使從準直透鏡45發出的熒光P發生反射，以使其偏折90°，并將熒光P照射到光導鏡43上。
此外，熒光檢測單元24包括用于檢測熒光F的雪崩光電二極管47、用于會聚熒光F的會聚透鏡48、以及第二分色鏡49，該第二分色鏡49用于使從光學頭40發射到光路徑X上的熒光F偏折，以將這樣得到的偏折光照射到雪崩光電二極管47上。
雪崩光電二極管47是具有極高敏感度的光檢測器，能夠檢測具有極少光量的熒光F。在該示例中，由雪崩光電二極管47檢測到的熒光F的波長約為470nm。此外，熒光F的波長根據熒光標記劑的種類而不同。會聚透鏡48是用于將熒光F會聚到雪崩光電二極管47上的透鏡。第二分色鏡49以具有45°角的方式嵌入到光路徑X上，并且設置成從光導鏡43側觀察時位于第一分色鏡46之后。因此，熒光F、控制光V和反射光R入射到第二分色鏡49上，而熒光P不入射到第二分色鏡49上。第二分色鏡49是具有波長選擇性的反射鏡，用于僅允許具有熒光F的波長的光發生反射，并允許具有控制光(其反射光R)的波長的光透過。第二分色鏡49使從光學頭40的光導鏡43發出的熒光F發生反射，以使其偏折90°，從而通過會聚透鏡48將熒光F照射到雪崩光電二極管47上。
雪崩光電二極管47產生對應于以此方式檢測到的熒光F的光量的電信號，以將這樣產生的電信號送到控制/伺服單元25。
此外，熒光檢測單元24包括用于發射控制光V的控制光源50、用于將從控制光源50發出的控制光V變為平行光束的準直透鏡51、用于檢測控制光V的反射光R的光電檢測電路52、用于產生散光以將反射光R會聚到光電檢測電路52的柱面透鏡53、以及用于分離控制光V和反射光R的光分離器54。
控制光源50是包括用于發射例如780nm的激光束的激光源的光發射裝置。在該示例中，控制光V的波長設定為可以檢測到地址凹坑9并且可以對信號記錄膜7進行信息記錄/再現的波長。此外，控制光V的波長設定為不同于熒光P和熒光F的波長。對于控制光F的波長，可以采用如上所述設定的任何波長，而不局限于780nm。準直透鏡51將從控制光源50發出的控制光V變為平行光束。變為平行光束的控制光V入射到光分離器54上。
光電檢測電路52包括用于檢測反射光R的檢測器、以及用于由檢測到的反射光R產生聚焦誤差信號、定位誤差信號、地址凹坑9的再現信號以及信號記錄膜7的再現信號的信號產生電路。由于反射光R是由控制光V在生物測定基板1上反射而產生的光，因此其波長與控制光的波長相同，為780nm。
在該示例中，在激光束由光學頭40照射到生物測定基板1的反應區4(外圓周側的區域)上的情況下，聚焦誤差信號是表示由物鏡32會聚的光的聚焦位置以及相對于生物測定基板1的DNA層6的位置偏移量的誤差信號，定位誤差信號是表示預定孔8的位置和焦點位置之間相對于盤徑向的位置偏移量的信號。在激光束由光學頭40照射到生物測定基板1的記錄區3(內圓周側的區域)上的情況下，聚焦誤差信號是表示由物鏡32會聚的光的聚焦位置與信號記錄膜7之間的位置偏移量的誤差信號，定位誤差信號是表示信號記錄膜7的軌道位置和焦點位置之間相對于盤徑向的位置偏移量的信號。
僅在激光束照射到反應區4(外圓周側的區域)上的情況下，檢測到地址凹坑9的再現信號，該信號是表示記錄在生物測定基板1處的地址凹坑9中描述的信息內容的信號。通過讀出該信息內容，可以確定控制光V現在照射的孔8。
僅在激光束照射到記錄區3(內圓周側的區域)上的情況下，檢測到信號記錄膜7的再現信號，該信號是表示記錄在信號記錄膜7的軌道處的信息內容的信號。
光電檢測電路52向控制/伺服單元25傳送聚焦誤差信號、定位誤差信號以及地址凹坑9的再現信號，這些信號都是根據反射光R產生的。
柱面透鏡53是用于將反射光R會聚到光電檢測電路52上并用于產生散光的透鏡。通過以該方式產生散光，光電檢測電路52可以產生聚焦誤差信號。
光分離器54由光分離表面54a和1/4(四分之一)波片54b構成，光分離表面54a包括偏轉分束器。光分離器54具有的功能是，光分離表面54a允許從1/4波片54b的相反側入射的光透過，從而在透射光的反射光從1/4波片54b側入射的情況下，光分離表面54a使其發生反射。在光分離器54處，光分離表面54a以具有45°角的方式嵌入到光路徑X上，并設置成從光導鏡43側觀察時位于第二分色鏡49之后。因此，光分離器54用于使從準直透鏡51發出的控制光V透過，以使控制光V入射到光學頭40內的光導鏡43上，并使從光學頭40的光導鏡43發出的反射光R發生反射，以使這樣獲得的反射光偏折90°，從而使反射光R通過柱面透鏡53照射到光電檢測電路52。
控制/伺服單元25根據由熒光檢測單元24檢測到的聚焦誤差信號、定位誤差信號以及地址凹坑9的再現信號來執行各種伺服控制操作。
在激光束照射到反應區(外圓周側的區域)上的情況下，控制/伺服單元25根據聚焦誤差信號驅動光學頭40內的雙軸致動器42，以控制物鏡41和孔8之間的間距，根據定位誤差信號驅動光學頭40內的雙軸致動器42，以控制物鏡41和孔8之間在徑向的位置關系，并根據地址凹坑9的再現信號執行光學頭40的滑板運動控制，以使光學頭40運動到預定的徑向位置。
在激光束照射到記錄區3(內圓周側的區域)上的情況下，控制/伺服單元25根據聚焦誤差信號驅動光學頭40內的雙軸致動器42，以控制物鏡41和信號記錄膜7之間的間距，根據定位誤差信號驅動光學頭40內的雙軸致動器42，以控制物鏡41與信號記錄膜7的記錄軌道之間在徑向的位置關系。
記錄/再現單元26對記錄在信息記錄層7處的再現信號進行解調&解碼處理，以輸出這樣處理過的數據，并對要記錄到信息記錄層7中的記錄數據進行編碼操作和調制。在再現時，為記錄/再現單元26提供從熒光檢測單元24輸出的再現信號，以將解調且解碼后的數據輸出到外部。此外，在記錄時，為記錄/再現單元26提供來自外部的記錄數據，以將編碼且調制的數據送到熒光檢測單元24，從而驅動發出控制光V的控制光源50。
上述構造的DNA分析器21，在進行生物測定的情況下，將執行下述操作。
DNA分析器21將含有(包括)樣品DNA(S)的溶液滴到孔8上，如圖6所示，同時旋轉生物測定基板1，以在探針DNA(P)和樣品DNA(P)之間進行相互反應(雜交)。此外，將包括熒光標記劑M的緩沖溶液滴到已完成雜交處理的生物測定基板1上，以使熒光標記劑M嵌入到探針DNA(P)和樣品DNA(P)之間的雙螺旋中，如圖7所示。
此外，DNA分析器21用于使已滴有熒光標記劑的生物測定基板1旋轉，以使熒光P從生物測定基板1的底面1b側入射，使熒光P照射到孔8內的熒光標記劑上，從而從生物測定基板1的下側方向檢測根據這樣照射的熒光P從熒光標記劑產生的熒光F。
這里，在DNA分析器21處，熒光P和控制光V通過同一物鏡41照射到生物測定基板1上。出于這個原因，DNA分析器21利用控制光V進行聚焦控制、定位控制以及地址控制，從而可以確定熒光P的照射位置，即，熒光F的發射位置。因此，從這樣獲得的熒光的光發射位置可以確定結合到樣品DNA的探針DNA。
此外，上述構造的DNA分析器21，在進行數據的記錄和再現時，將執行下述操作。
DNA分析器21用于使熒光P的發射操作停止，僅發射控制光V。此外，在旋轉生物測定基板1時，DNA分析器21進行伺服控制，以對信號記錄膜7上的軌道進行數據的記錄或再現。
(DNA分析方法)下面，將解釋DNA分析方法。
首先，將生物測定基板1水平裝載(附接)到DNA分析器21的盤裝載單元22。
隨后，DNA分析器21使生物測定基板1旋轉，同時根據地址凹坑9進行位置控制，從滴頭34將含有(包括)一端已由NCO基改性的探針DNA的溶液滴到預定的孔8。此時，將多種探針DNA物質滴到單一生物測定基板1。在該情況下，一種探針DNA適于嵌入到一個孔8中。應當指出，從信息記錄膜7預先讀出表示滴到各個孔8中的探針DNA種類的信息，例如表示孔與探針DNA之間的對應關系的排列圖等，從而根據該排列圖進行滴落控制。
隨后，將電極從生物測定基板1的頂面1a側插入到孔8內的溶液中，以向各個孔8施加約1MV/m、1MHz的交流電場。當以該方式施加交流電場時，探針DNA在垂直于生物測定基板1的方向上擴展，探針DNA在垂直于生物測定基板1的方向上運動，以使探針DNA的改性端結合到已預先完成表面改性的底面14，從而能夠使探針DNA在孔8內處于固相狀態(使探針DNA固定)(參見Masao Washizu，Osamu Kurosawa.Electrostatic Manipulationof DNA in Macrofabricated Strutures.IEEE Transaction on Industrial Application，Vol.26，No.261165-1172(1900))。
隨后，DNA分析器21將含有(包括)樣品DNA的溶液連同緩沖鹽一起從滴頭34滴到生物測定基板1上的各個孔8中。
隨后，在滴落樣品DNA之后將生物測定基板1轉移到恒溫室等，以加熱孔8的內部，使其等于幾十度，并在保持受熱狀態的同時施加約1MV/m、1MHz的交流電場。當進行這種處理時，樣品DNA和探針DNA在垂直方向擴展，這使得位阻較小，并且樣品DNA在垂直于生物測定基板1的方向運動。從而，在同一孔8內存在相互的基本排列彼此對應的樣品DNA和探針DNA的情況下，這些DNA物質發生雜交。
隨后，在進行雜交之后，DNA分析器21將諸如內插劑(intercalator)等的熒光標記劑滴到生物測定基板1的孔8中。這種熒光標記劑嵌入到已通過雜交結合起來的探針DNA和樣品DNA之間的雙螺旋之間的部分中。
隨后，用純凈水等沖洗生物測定基板1的表面1a，去除孔8內的未進行雜交的樣品DNA和熒光標記劑。因而，熒光標記劑僅留在其中已進行雜交的孔8中。
隨后，DNA分析器21使生物測定基板1旋轉，同時利用控制光F進行聚焦伺服控制、定位伺服控制以及地址控制，以使熒光P照射到預定的孔8上。隨著熒光P的照射，在檢測地址信息的同時，檢測是否產生熒光F。
隨后，DNA分析器21用于制作表示生物測定基板1上的各個孔8的位置以及存在/不存在熒光F的發射的圖譜。此外，DNA分析器21根據所制作的圖譜以及表示滴到各個孔8內的探針DNA的基本排列的排列圖，對樣品DNA的基本排列進行分析。通過該分析的結果，可以根據探針DNA物質與記錄在信號記錄膜7中的疾病之間的關系的信息，分析例如與疾病等的關系。
此外，DNA分析器21將這些分析結果和/或檢測到的排列圖等記錄到生物測定基板1的信號記錄膜7中，以保存它們。
應當指出，雖然已經根據附圖所示的本發明優選實施例描述了本發明，但是本領域的普通技術人員將理解，本發明不局限于這些實施例，在不偏離由所附權利要求限定的本發明的范圍和精神的條件下可以實現各種修改、可選擇的構造或等同物。
工業實用性根據本發明的生物測定基板包括材料之間進行相互反應的反應區，以及記錄信號的信息區。此外，根據本發明的生物測定設備和生物測定方法適于根據材料之間的相互反應對包括材料之間進行相互反應的反應區和記錄信號的信息區的生物測定基板進行生物測定，并對其進行信息的記錄和/或再現。
因此，在根據本發明的生物測定基板中，使用者可以進行更加廣泛的使用。此外，在根據本發明的生物測定設備和生物測定方法中，可以用各種方式使用圓盤形的生物測定基板。
權利要求
1.一種根據探針材料和樣品材料之間的相互反應進行生物測定的生物測定基板，所述生物測定基板構造成具有平板形狀，并且所述生物測定基板包括反應區，其中允許所述樣品材料和熒光標記劑從上側滴落，允許所述探針材料被固定，所述反應區用作所述探針材料和所述樣品材料之間相互反應的區域，并形成多個孔，對應于所述熒光標記劑的熒光從下側照射所述多個孔，和信息區，其中光從下側照射，以能夠記錄和/或再現信息。
2.根據權利要求1所述的生物測定基板，其中所述生物測定基板由包括上層部和形成在其下側的下層部的基板組成，所述上層部包括所述反應區，所述下層部包括所述信息區。
3.根據權利要求2所述的生物測定基板，其中所述信息區形成在從所述反應區在所述基板的厚度方向上隔開光的焦點深度的位置。
4.一種適于根據探針材料和樣品材料之間的相互反應進行生物測定的生物測定設備，所述生物測定設備包括適于夾持并旋轉驅動用于生物測定的基板的基板夾持裝置，所述生物測定基板包括反應區，其中允許所述樣品材料和熒光標記劑從上側滴落，允許所述探針材料被固定，所述反應區用作所述探針材料和所述樣品材料之間相互反應的區域，并形成多個孔，對應于所述熒光標記劑的熒光從下側照射所述多個孔；以及信息區，其中光從下側照射，以能夠記錄和/或再現信息；熒光檢測光學系統，用于對應于所述生物測定基板的反應區照射具有預定波長的熒光，以檢測對應于所述熒光從所述熒光標記劑產生的具有預定波長的熒光的存在或不存在；以及信息記錄/再現光學系統，用于向所述生物測定基板的信息區照射具有預定波長的光，以根據其反射光進行信息的記錄和/或再現操作。
5.根據權利要求4所述的生物測定設備，其中所述生物測定基板形成為使其整體上為圓盤形狀，并且所述基板夾持裝置以所述圓盤中心為中心進行旋轉驅動。
6.根據權利要求4所述的生物測定設備，其中所述生物測定基板由包括上層部和形成在其下側的下層部的基板組成，并包括位于所述上層部的所述反應區，以及位于所述下層部的所述信息區。
7.根據權利要求6所述的生物測定設備，其中所述信息區形成在從所述反應區在所述基板的厚度方向上隔開熒光和用于信息記錄的光的焦點深度的位置。
8.一種根據探針材料和樣品材料之間的相互反應進行生物測定的生物測定方法，所述生物測定方法包括夾持并旋轉驅動用于生物測定的基板，所述生物測定基板包括反應區，其中允許所述樣品材料和熒光標記劑從上側滴落，允許所述探針材料被固定，所述反應區用作所述探針材料和所述樣品材料之間相互反應的區域，并形成多個孔，對應于所述熒光標記劑的熒光從下側照射所述多個孔；以及信息區，其中光從下側照射，以能夠記錄和/或再現信息；向所述生物測定基板的信息區照射具有預定波長的光，以根據其反射光進行信息的記錄和/或再現操作，以及向所述生物測定基板的反應區照射具有預定波長的熒光，以檢測對應于所述熒光從所述熒光標記劑產生的具有預定波長的熒光的存在或不存在。
全文摘要
生物測定基板(1)具有類似諸如CD的光盤的平的形狀以及圓形的主表面。在圓形基板(1)的中心，形成有供用于旋轉和夾持的卡盤機構插入的中心孔(2)。基板(1)圍繞中心孔(2)旋轉。基板(1)具有兩個區域，即，同心形成的記錄區(3)和反應區(4)。類似于光盤信息記錄介質，利用激光束向/從記錄區(3)光學地記錄/再現信息。反應區(4)是探針DNA(用于檢測的核苷酸鏈)和樣品DNA(目標核苷酸鏈)之間發生相互作用、特別是發生雜交反應的區域。
文檔編號G01N33/536GK1826519SQ20048002089
公開日2006年8月30日 申請日期2004年6月10日 優先權日2003年6月10日
發明者真峰隆義, 坂本安廣, 古木基裕, 中尾勇 申請人:索尼株式會社
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