JP4417946B2 - 塩基配列自動解析装置 - Google Patents

Description

本発明は、塩基配列を検出する塩基配列検出装置と、この塩基配列検出装置を自動で制御し、測定信号を自動解析する塩基配列自動解析装置に関する。

従来は、例えば、ハイブリダイゼーションのみを行う装置、このハイブリダイゼーションの後に挿入剤を添加した後の電気化学測定のみを行う装置、もしくは、ハイブリダイゼーションからバッファによる洗浄までを自動で行う装置は、それぞれ存在していた。

前述したような装置を用いて測定を行った場合、各工程が終了すると、作業者は、サンプルを次の工程のための装置にマニュアルで移送する必要があるため、時間的に拘束される。また、工程間の移送に作業者が関与するため、各サンプル間のデータの再現性に乏しい、という問題があった。

一方、反応を行わせるためのセル内の反応条件いかんにより測定結果が変動する問題もあった。これは、例えば電気化学的反応を行わせるセル内における反応の面内不均一性に起因すると考えられる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、セル内における面内均一性を向上させる塩基配列検出装置を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、反応から送液、測定までの自動で行うことができる塩基配列自動解析装置を提供することにある。

この発明の一の観点によれば、流路内における試料と所定の塩基配列を有するプローブの電気化学的反応により試料中の塩基配列を検出する塩基配列検出装置であって、基板と、前記基板上に複数設けられ、前記プローブが固定化される複数の電極とを備えた塩基配列検出チップと、この基板上に前記複数の電極を取り囲むように設けられ、薬液又はエアを前記基板上に密閉するセルと、前記セル上面に開口し、前記セル内に薬液又はエアを送入する送入ポートと、前記セル上面に開口し、前記セル内から薬液又はエアを送出する送出ポートと、前記セル上面に開口するように設けられ、前記セル内に試料を注入する試料注入口とを具備してなり、前記セル内に形成される前記送入ポートから前記送出ポートへの前記薬液又はエアの流路とは垂直な方向の前記セルの幅が、前記送入ポートと前記送出ポートの距離よりも小さく形成されてなる塩基配列検出装置が提供される。

この発明の別の一の観点によれば、セル上面、セル側面及びセル底面により定められるセル内における試料と所定の塩基配列を有するプローブの電気化学的反応により試料中の塩基配列を検出する塩基配列検出装置であって、基板と、この基板上に形成され、前記プローブが固定化される複数の電極とを備え、前記基板表面により前記セル底面を定める塩基配列検出チップと、前記基板に当接されるシール材底面から所定の高さを有するシール材上面までをシール材内周により前記複数の電極を取り囲むように設けられ、前記セル側面を定めるシール材と、前記シール材上面に当接されて前記シール材上面を塞ぎ、前記セル上面を定めるチップカートリッジ上蓋と、前記チップカートリッジ上蓋の前記セル上面に開口し、前記セル内に薬液又はエアを送入する送入ポートと、前記チップカートリッジ上蓋の前記セル上面に開口し、前記セル内から薬液又はエアを送出する送出ポートと、前記チップカートリッジ上蓋に設けられ、前記セル内に試料を注入する試料注入口とを具備してなり、前記セル内に形成される前記送入ポートから前記送出ポートへの前記薬液又はエアの流路の方向とは垂直な方向の前記セルの幅が、前記送入ポートと前記送出ポートの距離よりも小さく形成されてなる塩基配列検出装置が提供される。

また、本発明のさらに別の観点によれば、上述したような塩基配列検出装置と、前記送入ポートに連通し、該送入ポートを介して前記セル内に薬液又はエアを供給する第１の配管と、前記第１の配管の薬液又はエアの流量を制御する第１の弁とを備えた供給系と、前記送出ポートに連通し、該送出ポートを介して前記セル内から薬液又はエアを排出する第２の配管と、前記第２の配管の薬液又はエアの流量を制御する第２の弁と、第２の配管に設けられ、前記セル内から薬液又はエアを吸い上げるポンプとを備えた排出系と、前記複数の電極と別の対極との間に電圧を印加する電圧印加部を備えた測定系と、前記塩基配列検出チップの温度を制御する温度制御機構と、前記送液系の前記第１の弁、第２の弁及びポンプと、前記測定系の前記電圧印加部と、前記温度制御機構とを制御し、前記複数の電極から電気化学反応信号を検出し、この電気化学反応信号を測定データとして格納する制御機構と、前記制御機構に制御条件パラメータを与えて前記制御機構を制御するとともに、前記測定データに基づいて塩基配列の解析処理を実行するコンピュータとを具備してなる塩基配列自動解析装置が提供される。

また、装置に係る本発明は、その装置により実現される方法の発明としても成立する。

また、装置または方法に係る本発明は、コンピュータに当該装置を制御する手順を実行させるためのプログラム、このプログラムを記録したコンピュータ読取り可能な記録媒体としても成立する。

本発明によれば、セル内における面内均一性を向上させることができる。

また、別の本発明によれば、塩基配列検出及び検出したデータの解析までを含め自動で実行することができるため、データや測定の再現性が向上する。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る塩基配列自動解析装置の全体構成を示す概念図である。図１に示すように、塩基配列自動解析装置１は、チップカートリッジ１１（塩基配列検出装置）と、このチップカートリッジ１１と電気的に接続される測定系１２、チップカートリッジ１１に設けられた流路とインタフェース部を介して物理的に接続される送液系１３及びチップカートリッジ１１の温度制御を行う温度制御機構１４から構成される。

これら測定系１２、送液系１３及び温度制御機構１４は制御機構１５により制御される。制御機構１５は、コンピュータ１６に電気的に接続されており、このコンピュータ１６に備えられたプログラムにより、制御機構１５が制御される。本実施形態では、チップカートリッジ１１、測定系１２、送液系１３及び温度制御機構１４を測定ユニット１０と称する。

チップカートリッジ１１には、ＤＮＡプローブが固定化される塩基配列検出チップ２１が実装されたプリント基板２２が取り付けられて用いられる。

以下の実施形態では、検出の目的とするＤＮＡの塩基配列を標的塩基配列と呼ぶ。そして、この標的塩基配列とは相補性があり、この標的塩基配列と選択的に反応する塩基配列を標的相補塩配列と呼ぶ。この標的相補塩基配列を含むＤＮＡプローブが塩基配列検出チップ２１の作用極に固定化される。塩基配列検出チップ２１のセル内に導入される試料（検体溶液）には、検査の対象となるＤＮＡが含まれている。この検査の対象となるＤＮＡの塩基配列を検体塩基配列と呼ぶ。

この実施形態の塩基配列検出装置は、この検体塩基配列と標的相補塩基配列をハイブリダイゼーションさせ、その反応の有無をバッファ、挿入剤導入後にモニタリングすることにより、試料中に標的塩基配列が含まれているか否かを判別する。

図２はチップカートリッジ１１の詳細な構成を示す図であり、（ａ）は上面から見た図、（ｂ）はＡ−Ａ方向から見た図、（ｃ）はＢ−Ｂ方向から見た部分透視断面図、（ｄ）はチップカートリッジ１１の一構成要素である支持体１１１を裏面から見た図を示している。

チップカートリッジ本体１１０は、プリント基板２２を下部側から支持する支持体１１１と、この支持体１１１とともにプリント基板２２を上部側から挟み込み固定支持するためのチップカートリッジ上蓋１１２からなる。

チップカートリッジ上蓋１１２の側部には２つの開口が設けられ、その開口のうちの１つにはインタフェース部１１３ａが、他の１つにはインタフェース部１１３ｂが接続されている。これらインタフェース部１１３ａ及び１１３ｂは、送液系１３とチップカートリッジ１１のインタフェースとして機能する。

これらインタフェース部１１３ａ及び１１３ｂの内部にはそれぞれ流路１１４ａ及び１１４ｂが設けられている。流路１１４ａを介して、送液系１３上流側からの薬液やエアをチップカートリッジ１１内部に送入する。流路１１４ｂを介して、チップカートリッジ１１内の試料、薬液及びエアを送液系１３下流側に送出する。

図２（ａ）乃至（ｃ）では、流路１１４ａ及び１１４ｂは破線で示されている。これら流路１１４ａ及び１１４ｂは、インタフェース部１１３ａ及び１１３ｂからチップカートリッジ上蓋１１２内まで連通しており、さらには図２（ａ）で円形の破線で示されたセル１１５に通じている。セル１１５は、塩基配列検出チップ２１とこの塩基配列検出チップ２１に導入される各種溶液との電気化学反応を生じさせるために設けられる領域である。このセル１１５は、塩基配列検出チップ２１が実装されたプリント基板２２の四隅がこのチップカートリッジ１１のチップカートリッジ上蓋１１２に基板固定ねじ２５により固定化されている場合に、塩基配列検出チップ２１とシール材２４、チップカートリッジ上蓋１１２に囲まれた閉空間領域で定められる。塩基配列検出チップ２１を実装したプリント基板２２がチップカートリッジ上蓋１１２に固定化された状態で、支持体１１１とチップカートリッジ上蓋１１２によりプリント基板２２がシール材２４を挟んで保持される。さらに、上蓋固定ねじ１１７によりチップカートリッジ上蓋１１２が固定される。これにより、流路１１４ａからセル１１５を介して流路１１４ｂまで連通した各種薬液やエアの注入・吐出経路が定められる。なお、塩基配列検出チップ２１は、プリント基板２２に封止樹脂２３により封止されている。

セル１１５の上面に位置するチップカートリッジ上蓋１１２には、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂが設けられている。送入ポート１１６ａは、チップカートリッジ上蓋１１２の側面から底面まで貫通し、セル孔部１１５ａでチップカートリッジ上蓋１１２の底面に開口している。送出ポート１１６ｂは、チップカートリッジ上蓋１１２の別の側面から底面まで貫通し、セル孔部１１５ｂでチップカートリッジ上蓋１１２の底面に開口している。送入ポート１１６ａが流路１１４ａに、送出ポート１１６ｂが流路１１４ｂに接続されることにより、流路１１４ａとセル１１５，流路１１４ｂとセル１１５が連通する。

プリント基板２２表面であってセル１１５から離間した位置に、電気コネクタ２２ａが設定されている。電気コネクタ２２ａは、プリント基板２２の基板本体のリードフレームと電気的に接続されている。また、この基板本体のリードフレームは、塩基配列検出チップ２１の各種電極とリードなどにより電気的に接続されている。この電気コネクタ２２ａに測定系１２の端子を接続することにより、塩基配列検出チップ２１で得られる電気信号を、プリント基板２２の所定の位置に設けられた所定の端子を介して、さらには電気コネクタ２２ａを介して測定系１２に出力することができる。

図２（ｄ）に示すように、支持体１１１はコの字型をしており、中央に切り込み部１１１ａが設けられている。この切り込み部１１１ａはプリント基板２２よりも小さく、塩基配列検出チップ２１よりも大きな形状となっている。これにより、支持体１１１によるプリント基板２２の支持機能を保ちつつ、塩基配列検出チップ２１に支持体１１１を介さずに温度制御機構１４を接して配置することができる。１１７ａはねじ孔であり、上蓋固定ネジ１１７が固定される。

塩基配列検出チップ２１の温度を調節する温度制御機構１４としては、例えばペルティエ素子が用いられる。これにより、±０．５℃の温度制御が可能である。ＤＮＡの反応は、室温に比較的近い温度範囲において行うのが一般的である。従って、ヒーターのみでの温度制御は安定性に乏しい。また、温度プロファイルにより、ＤＮＡの反応を制御する必要があるため、別に冷却機構が必要になってきてしまう。その点、ペルティエ素子は、電流の向きを変えることにより、加熱・冷却いずれも可能であるため、最適である。

図３は上蓋固定ねじ１１７で固定する前の支持体１１１とチップカートリッジ上蓋１１２を示す図である。図３に示すように、チップカートリッジ上蓋１１２に、塩基配列検出チップ２１が実装されたプリント基板２２の四隅が基板固定ねじ２５で固定されている。チップカートリッジ上蓋１１２には、シール材２４が一体化されている。従って、塩基配列検出チップ２１上に、シール材２４とチップカートリッジ上蓋１１２で囲まれたセル１１５が定められる。さらに、上蓋固定ねじ１１７で支持体１１１にチップカートリッジ上蓋１１２が固定されて用いられる。なお、基板固定ねじ２５は、プリント基板２２の裏面側から固定しても、表面側から固定してもよい。このように、チップカートリッジ上蓋１１２にプリント基板２２を固定化することにより、塩基配列検出チップ２１、シール材２４及びチップカートリッジ上蓋１１２の間の密着性を確実に保持することができる。

図４は塩基配列検出チップ２１を実装したプリント基板２２の詳細な構成を示す図である。図４に示すように、プリント基板２２上には、塩基配列検出チップ２１が封止樹脂２３により封止されている。塩基配列検出チップ２１上には、例えば作用極や対極として動作する電極２１ａや、参照極として動作する電極２１ｂが設けられている。電極２１ａは図４では電極２１ｂで分けられる４つの領域に１つずつ設けられる場合を模式的に示してあるが、各領域に作用極と対極のそれぞれを１つあるいは複数設けてもよいことはもちろんである。また、電極２１ｂの形状は図４に示したものに限定されない。また、参考のため、図４にはセル１１５が定められる領域を破線で示してある。図４に示すように、セル１１５は、電極２１ａや２１ｂなどがセル１１５の領域内に位置するように定められる。

プリント基板２２の端部には電気コネクタ２２ａが設置されている。塩基配列検出チップ２１の電極２１ａや電極２１ｂと電気コネクタ２２ａは、プリント基板２２表面に設けられたリードフレームなどにより電気的に接続されている。電気コネクタ２２ａには、測定系１２の信号インタフェースを接続することにより、塩基配列検出チップ２１の各電極と測定系１２とを電気的に接続することができる。

図５（ａ）は図２（ａ）に示すセル１１５及びセル１１５に通じる薬液供給系統をＣ−Ｃ方向から見た断面図、図５（ｂ）はセル１１５近傍の上面図である。

図５（ａ）に示すように、例えばパッキンリングなどのシール材２４は、チップカートリッジ上蓋１１２と塩基配列検出チップ２１により狭着固定されることにより形成される閉空間がセル１１５である。セル１１５の底面は塩基配列検出チップ２１の表面により定められる。セル１１５の側面はシール材２４により定められ、セル１１５の上面はチップカートリッジ上蓋１１２の下面により定められる。シール材２４の底面は、塩基配列検出チップ２１と間隙無く接し、シール材２４の上面は、チップカートリッジ上蓋１１２の下面と間隙無く接する。これにより、セル孔部１１５ａ及び１１５ｂ以外は完全に密閉された閉空間が定められ、塩基配列検出チップ２１と蓋１２０との液密が保持される。

セル１１５の断面形状は、上面から見ると図５（ｂ）に示すような円形をなしている。この円形のセル１１５の外縁に断面が円形の送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂがセル１１５の円の中心を挟んでほぼ対称の位置に設けられている。送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの外周は、セル１１５の外周にほぼ接している。また、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂ円形断面の中心軸は、セル１１５の円形底面の中心を通る直線１１５ｃ上に位置する。

送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂは各々セル１１５の上面から上方に、セル底面に対してほぼ垂直な方向に所定の高さまで延びている。送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂはさらにセル１１５の中心から互いに遠ざかる方向にその流路が折れており、流路１１４ａ及び１１４ｂにそれぞれ接続される。

図５（ｂ）に示すように、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂ、流路１１４ａ及び１１４ｂの各々の中心軸は、直線１１５ｃ上にほぼ位置する。送出ポート１１６ｂは、セル底面に対してほぼ垂直な方向に所定の高さまで延び、さらにセル１１５の中心から遠ざかる方向にほぼ直角に折れているが、その折れ曲がり位置で２つの経路に分岐する。その一つの経路は、チップカートリッジ上蓋１１２の表面まで貫通し、試料注入口１１９に通じている。これにより、試料注入口１１９から注入された試料は、送出ポート１１６ｂを通ってセル１１５に導入される。試料注入口１１９と送出ポート１１６ｂの中心軸はほぼ一致しており、試料注入口１１９の口径は、送出ポート１１６ｂの口径よりも大きく設定されている。また、試料注入口１１９近傍に設けられた蓋１２０により試料注入口１１９を塞ぐことができる。これにより、試料注入口１１９を利用せず、薬液を流路１１４ａからセル１１５を介して流路１１４ｂに循環させる場合に薬液が試料注入口１１９から流出するのを防止することができ、薬液の経路を確保することができる。また、蓋１２０にはシール材１２１が設けられており、試料注入口１１９を密閉することにより、薬液のわずかな漏出を防止できる。図５（ａ）の例では特に示していないが、送出ポート１１６ｂから流路１１４ｂに接続される経路のみを残して試料注入口１１９への経路を完全に塞ぐような深さのシール材１２１を用いれば、試料注入口１１９側への薬液やエアの滞留を低減することができる。

以上のような構成により、薬液やエアは図５（ａ）の矢印で示される方向に、流路１１４ａ、送入ポート１１６ａ、セル１１５，送出ポート１１６ｂ、流路１１４ｂの順に流れることができる。また、試料は、試料注入口１１９から注入され、矢印の方向に送出ポート１１６ｂを通ってセル１１５内に導入される。従って、試料は送出側から注入されることとなり、薬液の供給の流れと試料の注入経路が逆に設定されている。これにより、洗浄工程において、試料の洗浄効率を高めることができる。

図６（ａ）は図５（ａ）の破線で囲まれた部分の変形例であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の変形例におけるセル１１５を上面から見た図である。図６（ａ）に示すように、送入ポート１１６ａはザグリ孔１１５ｄを有する。すなわち、送入ポート１１６ａはザグリ孔１１５ｄに向けて口径が段階的に広がり、送入ポート１１６ａの開口から離れた位置の口径はザグリ孔１１５ｄの口径に比べて小さくなっている。これを上面から見ると、図６（ｂ）に示すような位置関係となる。ザグリ孔１１５ｄは送入ポート１１６ａの口径ｄ_１よりも大きな口径ｄ_１１を有する。送入ポート１１６ａの外周とシール材２４の内周はほぼ一致して配置されている。従って、ザグリ孔１１５ｄの外周の一部はセル１１５の周縁部と重なりを有するように位置している。なお、ザグリ孔１１５ｄの外周は円形である必要は無く、図６（ｂ）に示すように、直線１１５ｃと平行な方向の孔幅がそれに垂直な方向の孔幅よりも小さく設定される楕円形状でもよい。

なお、この図６ではザグリ孔１１５ｄを送入ポート１１６ａに設ける場合を示したが、送出ポート１１６ｂに同じようなザグリ孔を設けてもよい。

このように、セル１１５の開口部にザグリ孔１１５ｄを設けることにより、セル１１５への導入口がロート状の形状になり、薬液や気泡を吸い出しやすく、薬液や気泡がセル１１５内に残りにくいという効果を有する。

図７は、セル１１５近傍の各構成要素の位置関係のより詳細な構成を示す図であり、図７（ａ）は断面図、図７（ｂ）は上面図である。図７（ａ）において、ｄ_４はシール材２４の高さである。図７（ｂ）において、ｄ_０はセル１１５の中心軸Ｏから外周までの距離、ｄ_３はシール材２４の外径、ｄ_１，ｄ_２はそれぞれ送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂのポート断面の半径であり、ｄ_１＜ｄ_３，ｄ_２＜ｄ_３である。送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの中心軸をそれぞれＯ_１及びＯ_２とし、軸Ｏと軸Ｏ_１の距離をｄ_０１、軸Ｏと軸Ｏ_２の距離をｄ_０２とすると、ｄ_０１＋ｄ_１＝ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＝ｄ_０が成立する。セル１１５の半径ｄ_０は、３ｍｍ〜３０ｍｍ程度に設定され、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの半径ｄ_２，ｄ_３はそれぞれ０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度に設定される。シール材２４の高さｄ_４は０．５ｍｍ程度に設定される。

このように、底面が円形のセル１１５の上面の周縁部に送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂを開口することにより、薬液の送液の際にセル１１５内をエアで置換するときに薬液がセル１１５内から抜け、薬液残りを防止できる。また、エアが充填されたセル１１５内に薬液を導入する場合にも、セル１１５内にエア残り無く充填することができる。また、試料注入口１１９も送出ポート１１６ｂに連通するように設けられているため、試料注入の際のセル１１５内へのエア残りを防止し、セル１１５内を試料で充填することができる。

これにより、ＤＮＡプローブの電気化学反応によりセル１１５内で得られる電流特性のセル１１５内の面内均一性が向上し、ＳＮＰｓ検出の信頼性が向上する。

図７（ｃ）は、基板固定ねじ２５でシール材２４をチップカートリッジ上蓋１１２と塩基配列検出チップ２１の間に狭着固定させる様子を示している。同図の矢印に示す方向に基板固定ねじ２５の固定の際に押圧される。より具体的には、シール材２４を塩基配列検出チップ２１の上に載置した上でチップカートリッジ上蓋１１２を基板固定ねじ２５で固定することによりシール材２４上面とチップカートリッジ上蓋１１２との間が隙間無く接触し、シール材２４下面と塩基配列検出チップ２１表面との間が隙間無く接触し、セル１１５が定められる。

なお、チップカートリッジ上蓋１１２の送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの外周とシール材２４の内周の位置決めのため、チップカートリッジ上蓋１１２のセル孔部１１５ａ及び１１５ｂの外側に受け孔を設けてもよい。これにより、受け孔にシール材２４が嵌合してチップカートリッジ上蓋１１２に対してシール材２４が位置決めされる。

図８は図７に示すセル１１５近傍の各構成要素の変形例を示す図である。図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は上面図である。図７と共通する構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。図８が図７と異なるのは、チップカートリッジ上蓋１１２と一体型の高さｄ_４１のシール材２４ａを用いることと、チップカートリッジ上蓋１１２にシール材２４ａとほぼ同じ内径及び外径を有し、チップカートリッジ上蓋１１２の底面に設けられた高さｄ_４２のリング状凸部１１２ａを設けることである。リング状凸部１１２ａは、セル１１５の中心軸Ｏと同じ中心軸を有し、かつその内径はｄ_０、外径はｄ_３である。また、リング状凸部１１２ａには例えばスクリーン印刷などにより予めシール材２４ａが印刷され、シール材２４ａと一体的に形成されている。これにより、図７に示す構成のようにシール材とチップカートリッジ上蓋との位置決めを行うことなくセル１１５を定めることができ、セル１１５の組み立て工程が簡便になる。

図８（ｃ）に示すように、予め固定されたシール材２４ａを有するチップカートリッジ上蓋１１２を塩基配列検出チップ２１に対して上蓋固定ねじ１１７を用いて矢印の方向に押圧して固定することにより簡単にセル１１５を定めることができる。また、高さｄ_４１及びｄ_４２を図７のシール材の高さｄ_４に対してｄ_４＝ｄ_４１＋ｄ_４２となるように設計することにより、図７の場合と同じ高さのセル１１５を定めることができる。また、シール材２４ａとリング状凸部１１２ａとの一体化は、スクリーン印刷以外の手法を用いてもよい。例えば、シール材２４ａあるいはリング状凸部１１２ａの一方に突起を設け、他方にこの突起と嵌合する孔部を設けることにより一体化を実現してもよい。この場合、シール材２４ａをチップカートリッジ上蓋１１２から自由に取り外すことができるという利点を有する。

セル１１５の形状の変形例の断面図を図９〜図１１に示す。

図９（ａ）に示すように、セル１１５の断面（底面）は半径ｄ_０の円形をなし、このセル１１５を取り囲むように外径ｄ_３の円筒形状のシール材２４が配置される。この図９（ａ）に示す構成は前述した図５や図７に示す構成と共通する。

図９（ｂ）は、セル１１５の形状が多角形である。また、シール材２４は外径ｄ_３の外周を有する点は共通するが、その内周はセル１１５の多角形状にあわせて多角形をなす。図９（ｂ）では、送入ポート１１６ａから送出ポート１１６ｂへの流路の方向とは垂直な方向の幅が、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂの距離よりも小さく形成されている。これにより、流路の方向に若干細長のセル形状が定められる。これにより、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂを結んだ直線１１５ｃから大きく離れた位置における薬液残りやエア残りが少なくなるため、測定のための各種電気化学反応の面内均一性が向上する。図９（ｂ）では多角形の一形態として八角形の場合を示したが、これに限定されず、三角形、四角形、五角形…の多角形でもよいことはもちろんである。

図１０（ａ）は、セル１１５の形状が楕円形である。シール材２４の外周は外径ｄ_３の円形形状をなし、内周は楕円形状をなす。楕円の中心はＯである。楕円の長軸は直線１１５ｃ上に位置し、長軸の長さは２×ｄ_０で定められる。楕円の短軸は直線１１５ｃとは垂直でかつ中心軸Ｏを通る直線１１５ｅ上に位置し、短軸の長さは２×ｄ_５で定められ、ｄ_５＜ｄ_０が成立する。このように、楕円形状のセル１１５を用いると、図９（ａ）のような円形形状の場合に比較して送入ポート１１６ａから送出ポート１１６ｂへの薬液の経路の幅が小さくなり、流路に沿って細長の形状となる。従って、薬液の経路の広がり位置の薬液残りやエア残りが少なくなるため、測定のための各種電気化学反応の面内均一性が向上する。

図１０（ｂ）は、セル１１５断面の外周のポート近傍が、多次数方程式により表現される曲線により定められる。シール材２４の外周は外径ｄ３の円形形状をなし、内周は多次数方程式により表現される曲線により定められる。セル１１５の中心Ｏから、セル１１５の外周と直線１１５ｃの交点までの距離はｄ_０である。より具体的には、セル１１５の外周と直線１１５ｃの交点を原点とし、直線１１５ｃをｙ軸、直線１１５ｃと垂直に交わり、かつ前記原点を通る直線１１５ｆをｘ軸とすると、セル１１５の外周の形状は、所定の多次数方程式の曲線の形状に一致する。方程式は自由に設定可能であり、設定により例えば放物線の形状などに設定可能である。

なお、この曲線はセル１１５の送入ポート１１６ａ側の半分の外周のみを定めるもので、ｘ軸を直線１１５ｇと定めて得られる同様の方程式の曲線により残り半分の送出ポート１１６ｂ側のセル外周形状が定められる。これにより、送入ポート１１６ａが設けられた上流側と送出ポート１１６ｂが設けられた下流側のセル１１５の外周形状が直線１１５ｅを境界として線対称の形状をなす。

図１０（ｂ）の例では、送入ポート１１６ａの近傍のセル１１５の断面形状は、送出ポート１１６ｂに向かって広がる放物線の形状となっている。また、送出ポート１１６ｂの近傍のセル１１５の断面形状は、送入ポート１１６ａに向かって広がる放物線の形状となっている。これにより、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂ近傍でかつ送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂを結んだ経路から外れた領域、すなわちポート隅の領域が、図９（ａ）のような円形断面の場合に比較して狭くなる。その結果、ポート隅の領域にエアや薬液が残りにくくなり、測定の電流特性が向上する。また、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂの距離に比較して、セル１１５の幅、すなわち流路とは垂直な方向の幅が狭くなっている点は図９（ｂ）や図１０（ａ）と同じである。

図１１（ａ）は図１０（ｂ）の変形例である。図１０（ｂ）の場合、送入ポート１１６ａが設けられた上流側と送出ポート１１６ｂが設けられた下流側のセル１１５の外周形状が互いに線対称の場合を示したが、この図１１（ａ）の場合非対称の形状をなす。セル１１５の外周と直線１１５ｃの交点を原点とし、直線１１５ｃをｙ軸、直線１１５ｃと垂直に交わり、かつ前記原点を通る直線を１１５ｆをｘ軸とすると、セル１１５の外周の形状は、所定の多次数方程式の曲線の形状に一致する。

同図の場合、方程式は送入ポート１１６ａ側と送出ポート１１６ｂ側とで異なる値に設定される。これにより、同図に示すように、直線１１５ｅを境界として薬液の上流側と下流側で非対称な形状のセルが構成される。送出ポート１１６ｂ側が、セル１１５の外側に凸の形状となっており、送入ポート１１６ａ側はセル１１５の外側に若干凸の形状となっているが、その曲率は送出ポート１１６ｂ側よりも大きい。

もちろん、送入ポート１１６ａ側と送出ポート１１６ｂ側とでセル１１５の形状を図１１（ａ）に示す場合とは逆にしてもよい。さらに後述するように、送出ポート１１６ｂの形成位置とシール材２４の位置にわずかに間隙を設けてもよい。

上流側、あるいは下流側のいずれか一方のセル外周を多次数方程式で表現される曲線の形状にし、他方はそのような方程式で表現されない曲線の形状としてもよいし、双方とも多次数方程式で表現できない曲線の形状にしてもよい。

図１１（ｂ）は図９（ｂ）の変形例である。図９（ｂ）と同様に、セル１１５の外周形状が多角形であるが、図１１（ｂ）の場合正六角形である。この正六角形の中心に対して互いに点対称な位置にある２つの頂点が、直線１１５ｃ上に位置している。そして、この２つの頂点近傍の正六角形外周に接するようにセル孔部１１５ａ及び１１５ｂが配置されている。また、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂの距離に比較して、セル１１５の幅、すなわち流路とは垂直な方向の幅が狭くなっている点は図９（ｂ）などと同じである。

なお、上述の図９（ａ）、（ｂ）、図１０（ａ）、（ｂ）及び図１１（ａ）、（ｂ）では、参考のため送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの外周位置、すなわちセル孔部１１５ａ及び１１５ｂの外周位置がセル１１５の外周と接する場合を例に説明してあるが、送入ポート１１６ａ又は送出ポート１１６ｂとセル１１５の外周がセル１１５内に収まる場合や、セル１１５外にはみ出す場合（例えばザグリ孔１１５ｄが用いられる場合）にも適用可能である。

セル１１５と送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂとの位置関係の変形例の断面図を図１２〜図１６に示す。なお、これら図１２〜図１６における送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの位置は、これらポートのセル孔部１１５ａ及び１１５ｂにおける外周位置、すなわちセル１１５に対する開口位置を示すものであり、ザグリ孔１１５ｄが用いられる場合には、ザグリ孔１１５ｄの断面の外周位置を示す。

位置関係は、送入側／送出側の別と、セル１１５断面の外周と送入ポート１１６ａ又は送出ポート１１６ｂが重なる場合／接する場合／離れている場合の別、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂがセル１１５の中心軸Ｏに対して対称の位置にある場合／非対称の位置にある場合の別により、少なくとも１８種類の組合せが考えられる。

また、図１２〜図１６では、図５、図７や図９（ａ）に示した場合と同様に、セル１１５の断面形状が円形形状の場合を例に説明するが、図９（ｂ）や図１０（ａ）、（ｂ）、図１１（ａ）、（ｂ）に示す場合にもセル形状を変更するのみで同様に適用可能である。

図１２（ａ）は、送入側、送出側ともにセル１１５断面の外周にポート外周が重なる場合を示す。図７（ｂ）と同様に、ｄ_０を円形のセル１１５の中心Ｏからの外周までの距離、ｄ_３をシール材２４の外径、ｄ_１，ｄ_２をそれぞれ送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂのポート断面（セル孔部１１５ａ及び１１５ｂ断面）の半径、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂの中心軸をＯ_１及びＯ_２とし軸Ｏと軸Ｏ_１の距離をｄ_０１、軸Ｏと軸Ｏ_２の距離をｄ_０２とすると、ｄ_０１＋ｄ_１＞ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＞ｄ_０が成立する。

図１２（ｂ）は、送入側はセル１１５断面の外周にポート外周が重なり、送出側はセル１１５断面の外周にポート外周が接する場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＞ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＝ｄ_０が成立する。

図１３（ａ）は、送入側はセル１１５断面の外周にポート外周が接し、送出側はセル１１５断面の外周にポート外周が重なる場合を示し、図１２（ｂ）の場合とは送入側の構成と送出側の構成が逆になった場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＝ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＞ｄ_０が成立する。

図１３（ｂ）は、送入側はセル１１５断面の外周とポート外周が重なり、送出側はセル１１５断面の外周とポート外周が離れている場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＞ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＜ｄ_０が成立する。

図１４（ａ）は、送入側はセル１１５断面の外周とポート外周が離れており、送出側はセル１１５断面の外周とポート外周が重なる場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＜ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＞ｄ_０が成立する。

図１４（ｂ）は、送入側はセル１１５断面の外周とポート外周が接し、送出側はセル１１５断面の外周にポート外周が接する場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＝ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＝ｄ_０が成立する。この例は図７（ｂ）に示した場合と共通する。

図１５（ａ）は、送入側はセル１１５断面の外周とポート外周が接し、送出側はセル１１５断面の外周にポート外周が離れている場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＝ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＜ｄ_０が成立する。

図１５（ｂ）は、送入側はセル１１５断面の外周とポート外周が離れており、送出側はセル１１５断面の外周とポート外周が接する場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＜ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＝ｄ_０が成立する。

図１６（ａ）は、送入側はセル１１５断面の外周とポート外周が離れており、送出側はセル１１５断面の外周にポート外周が離れている場合を示す。この例の場合、ｄ_０１＋ｄ_１＜ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＜ｄ_０が成立する。

以上、図１２〜図１５、図１６（ａ）は、ポートとセルの重なりの有無による９つの変形例を示した。図１６（ｂ）は、これらポートとセルの重なりの有無による９つの変形例にさらに組み合わせて適用できる。これら９つの変形例は、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂがセル１１５の中心Ｏに対して対称の位置にある場合を示したが、図１６（ｂ）は、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂがセル１１５の中心Ｏに対して非対称の位置にある例を示す。従って、９つの変形例にさらにこの図１６（ｂ）を組み合わせることにより、少なくとも１８の組合せが実現できる。

図１６（ｂ）に示すように、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂを結んだ直線は、セル１１５の中心軸Ｏを通らない。すなわち、送入ポート１１６ａの中心Ｏ_１とセル１１５の中心Ｏを結んだ直線１１５ｈが、送出ポート１１６ｂの中心Ｏ_１とセル１１５の中心Ｏを結んだ直線１１５ｃと一致しない。従って、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂがセル１１５の中心Ｏに対して非対称の位置に設けられている。

図１６（ｂ）では、送液側はセル１１５断面の外周にポート外周が重なり、吐液側はセル１１５断面の外周にポート外周が接する場合、すなわちｄ_０１＋ｄ_１＞ｄ_０、ｄ_０２＋ｄ_２＝ｄ_０が成立する場合（図１２（ｂ）に相当）を示しているが、図１２（ｂ）を除く図１２〜図１５、図１６（ａ）に示す残り８つの変形例で示した位置関係を適用してもよいことはもちろんである。

以上図９〜図１６に示したセル１１５の形状の組合せのうち最適と考えられる形状を図３６（ａ）及び（ｂ）に示す。図３６（ａ）は、図１１（ａ）のセル形状と図１３（ａ）のポートの位置関係を組み合わせた例、図３６（ｂ）は、図１０（ａ）のセル形状と図１３（ａ）のポートの位置関係を組み合わせた例である。

図３６（ａ）及び（ｂ）に示すように、送入ポート１１６ａから送出ポート１１６ｂへの流路を考えた場合、いずれも各ポート間の距離よりも流路の幅が狭い細長のセル形状となっている。これにより、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂを結んだ直線から大きく離れた地点における薬液残りやエア残りが少なくなり、測定のための電気化学反応の面内均一性が向上する。

また、送入ポート１１６ａのポート隅の領域は狭く、そのポート隅近傍におけるセル周縁を定める曲線の曲率は、送出ポート１１６ｂのポート隅近傍におけるセル周縁を定める曲線の曲率よりも大きくなっている。さらに、送入ポート１１６ａの周縁部は、セル１１５上面の周縁部と接するか、あるいは重なるように形成されている。また、送出ポート１１６ｂの周縁部は、セル１１５上面の周縁部と離れて形成されている。これにより、薬液やエア送入の際に送入ポート１１６ａのポート隅近傍に生じやすい薬液残りやエア残りを低減することができるとともに、薬液や送出の際に送出ポート１１６ｂのポート隅で生じる送液速度のばらつきを低減することができ、エア残りなどを低減することができる。

次に、前述した塩基配列検出チップ２１及びプリント基板２２の製造方法について図１７の工程断面図に沿って説明する。

シリコン基板２１１を洗浄した後、シリコン基板２１１を加熱し、シリコン基板２１１表面に熱酸化膜２１２を形成する。シリコン基板２１１の代わりにガラス基板を用いてもよい。

次に、基板全面にＴｉ膜２１３を例えば５０ｎｍの膜厚で、次いでＡｕ膜２１４を例えば２００ｎｍの膜厚でスパッタリングにより形成する。ここで、Ａｕ膜２１４はその結晶面方位が＜１１１＞配向になっていることが好ましい。次に、後に電極や配線となる領域を保護するようにフォトレジスト膜２１０をパターニングし（図１７（ａ））、Ａｕ膜２１４及びＴｉ膜２１３膜をエッチングする（図１７（ｂ））。本実施形態ではＡｕ膜２１４のエッチングにはＫＩ／Ｉ_２混合溶液を、ＴｉのエッチングにはＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２混合溶液を用いた。Ａｕ膜２１４のエッチングには、希釈した王水を用いる方法や、イオンミリングで除去する方法もある。Ｔｉ膜２１３のエッチングも、同様に、弗酸や、バッファード弗酸を用いてウェットエッチング処理する方法や、例えば、ＣＦ_４／Ｏ_２混合ガスによるプラズマを用いたドライエッチングによる方法も適用可能である。

次に、フォトレジスト膜２１０を酸素アッシングにより除去する（図１７（ｃ））。フォトレジスト膜２１０の除去工程は、溶剤を用いたり、レジストストリッパを用いたり、また、これらと酸素アッシング工程を併用したりして行うことも可能である。

次に、全面にフォトレジスト膜２１５を塗布し、電極部及びボンディングパッドを開口するようにパターニングする（図１７（ｄ））。その後、クリーンオーブン内で、例えば、２００℃において、３０分間ハードベイクを行う。ハードベイクの方法は、熱板を用いたり、また、処理条件も適宜変更可能である。ここでは、フォトレジスト膜２１５を保護膜として選択したが、フォトレジスト以外に、ポリイミド、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）等の有機膜を用いることも可能である。また、ＳｉＯ、ＳｉＯ_２やＳｉＮのような無機膜を保護膜に用いても良い。その場合、電極部を保護するようにフォトレジスト膜２１５を開口してＳｉＯ等を堆積し、リフトオフ法により、電極部以外の領域を保護したり、もしくは、全面にＳｉＮ等を形成した後、電極部のみを開口するようにフォトレジスト膜２１５をパターン形成し、エッチングにより電極上のＳｉＮ膜等を除去し、最後にフォトレジスト膜２１５を剥離することにより形成してもよい。

次に、ダイシングを行うことによりチップ化する。最後に、電極部表面を清浄化するため、ＣＦ_４／Ｏ_２混合プラズマによる処理を行う。これにより、塩基配列検出チップ２１が得られる。そして、この塩基配列検出チップ２１を電気コネクタ２２ａが実装されたプリント基板２２上にマウントする。そして、塩基配列検出チップ２１のボンディングパッドとプリント基板２２上のリード配線とをワイヤボンディングにより接続する。その後、封止樹脂２３を用いてワイヤボンディング部分を保護する。

以上の工程により、塩基配列検出チップ２１を実装したプリント基板２２を作製することができる。

作製された塩基配列検出チップ２１の上面図を図１８に示す。図１８に示すように、チップ表面の中央近傍には、電極２１ａが複数設けられている。この図１８における四角形状の電極２１ａは作用極及び対極として用いられる電極であり、これら作用極及び対極の集合をほぼ４分割するように縦方向と横方向にほぼ垂直に交わる十字型の電極２１ｂが参照極として用いられる電極である。また、これら電極２１ａ，２１ｂが形成される領域は、破線で示されるセル１１５の底面に重なるようにして用いられる。また、チップ周辺部にはボンディングパッド２２１が配置される。そして、電極２１ａの各々と、電極２１ｂは、それぞれボンディングパッド２２１に配線２２２で接続される。なお、この図１８では示していないが、ボンディングパッド２２１の形成された周辺部分は前述の封止樹脂２３により封止される。

次に、送液系１３の具体的な構成の一例を図１９を用いて説明する。この送液系１３は、カセット１１の流路１１４ａ側に設けられた供給系統と、流路１１４ｂ側に設けられた排出系統に大別される。

配管４０４の最上流には、エア供給源４０１が接続されている。このエア供給源４０１の下流側には、エア以外の薬液などが配管４０４を介してエア供給源４０１に逆流するのを防止する逆止弁４０２が設けられ、さらに下流側には２方電磁弁４０３（Ｖ_ａ）が設けられている。これにより配管４０４からチップカートリッジ１１の方へ流れ込むエアの流量が制御される。

配管４１４には、薬液の一つとしてのミリＱ水を収容したミリＱ水供給源４１１が接続されている。このミリＱ水供給源４１１の下流側には、ミリＱ水以外の薬液やエアなどがミリＱ水供給源４１１に逆流するのを防止する逆止弁４１２が設けられ、さらに下流側には３方電磁弁４１３（Ｖ_ｗａ）が設けられている。この３方電磁弁４１３により、配管４０４と配管４１５の連通と、配管４１４と配管４１５の連通の切替が行われる。すなわち、３方電磁弁４１３の非通電時には配管４０４を配管４１５に連通させ、通電時には配管４１４を配管４１５に連通させる。これにより、配管４１５へのエアとミリＱ水の供給切替が行える。

配管４２４には、薬液の一つとしてのバッファ（緩衝液）を収容したバッファ供給源４２１が接続されている。このバッファ供給源４２１の下流側には、バッファ以外の薬液やエアなどがバッファ供給源４２１に逆流するのを防止する逆止弁４２２が設けられ、さらに下流側には３方電磁弁４２３（Ｖ_ｂａ）が設けられている。この３方電磁弁４２３により、配管４２４と配管４２５の連通と、配管４１５と配管４２５の連通の切替が行われる。すなわち、３方電磁弁４２３の非通電時には配管４１５を配管４２５に連通させ、通電時には配管４２４を配管４２５に連通させる。これにより、配管４２５へのバッファの供給と、エアあるいはミリＱ水の供給の切替が行える。

配管４３４には、薬液の一つとしての挿入剤を収容した挿入剤供給源４３１が接続されている。この挿入剤供給源４３１の下流側には、挿入剤以外の薬液やエアなどが挿入剤供給源４３１に逆流するのを防止する逆止弁４３２が設けられ、さらに下流側には３方電磁弁４３３（Ｖ_ｉｎ）が設けられている。この３方電磁弁４３３により、配管４３４と配管４３５の連通と、配管４２５と配管４３５の連通の切替が行われる。すなわち、３方電磁弁４３３の非通電時には配管４２５を配管４３５に連通させ、通電時には配管４３４を配管４３５に連通させる。これにより、配管４３５への挿入剤の供給と、エア、ミリＱ水あるいはバッファの供給の切替が行える。

以上、エアや薬液の供給系統において、２方電磁弁４０３及び３方電磁弁４１３，４２３及び４３３を制御することにより、配管４３５を介してチップカートリッジ１１に供給されるエアや、ミリＱ水、バッファ及び挿入剤などの薬液の供給の切替を行い、また供給されるエアやこれら薬液の流量を制御することができる。

配管４３５の上流側は前述した３方電磁弁４３３が連通し、その下流側は３方電磁弁４４１（Ｖ_ｃｂｉｎ）が連通している。３方電磁弁４４１により、配管４３５が配管４４０及びバイパス配管４４６に分岐させることができる。３方電磁弁４４１は、非通電時には配管４３５をバイパス配管４４６に連通させ、通電時には配管４３５を配管４４０に連通させる切替を行う。また、３方電磁弁４４５は、非通電時にはバイパス配管４４６を配管４５０に連通させ、通電時には配管４４０を配管４５０に連通させる切替を行う。これら３方電磁弁４４１及び４４５により、各種薬液やエアなどの供給をバイパス配管４４６及び配管４４０に切替えることができる。

配管４４０には、３方電磁弁４４１から見て下流側に向かって順に２方電磁弁４４２（Ｖ_１ｉｎ）、チップカートリッジ１１、液センサ４４３、２方電磁弁４４４（Ｖ_１ｏｕｔ）、３方電磁弁４４５（Ｖ_{ｃｂｏｕｔ}）が設けられている。２方電磁弁４４２側には、チップカートリッジ１１の送入系統に相当する流路１１４ａが連通し、２方電磁弁４４４側には、チップカートリッジ１１の送出系統に相当する流路１１４ｂが連通している。これにより、チップカートリッジ１１の送入系統に配管４４０を介して薬液やエアなどが供給され、チップカートリッジ１１の送出系統からこれら薬液やエアなどを排出することができる。また、２方電磁弁４４２及び４４４により、この送液及び吐液の経路における薬液やエアなどの流量を制御することができる。また、液センサ４４３により、チップカートリッジ１１に流れ込み、あるいはチップカートリッジ１１から排出される薬液の流量をモニタすることができる。

配管４５０には、３方電磁弁４４５から見て下流側に向かって順に２方電磁弁４５１（Ｖ_ｖｉｎ）、減圧領域４５２、２方電磁弁４５３（Ｖ_ｏｕｔ）、送液ポンプ４５４、３方電磁弁４５５（Ｖ_ｗｗ）が設けられている。２方電磁弁４５１及び４５３は、減圧領域４５２前後の経路における薬液やエアの逆流を防止する。また、送液ポンプ４５４はチューブポンプからなり、チップカートリッジ１１から見て送出側（下流側）の排出系統に設けられている点が特徴である。すなわち、チューブポンプを用いることにより、薬液がチューブ壁以外の機構に接しないため、汚染防止の観点から好ましい。また、チップカートリッジ１１への薬液やエアの供給及び排出を吸引動作により行うことにより、チップカートリッジ１１内部での薬液とエアの置換が潤滑に行うことができるのみならず、万一の場合として配管に緩みが生じたり、もしくはチップカートリッジ１１が配管４４０から外れたりした場合にも、液漏れが生じない。これにより、装置設置の安全性が向上する。

もちろん、ポンプをチップカートリッジ１１上流側の配管に設け、このポンプによりチップカートリッジ１１にエアや薬液を押し出す構成としてもよい。また、ポンプは、チューブポンプに限ることなく、シリンジポンプ、プランジャポンプ、ダイアフラムポンプ、マグネットポンプ等を用いることもできる。

３方電磁弁４５５は、非通電時には配管４５０を配管４６１に連通させ、通電時には配管４５０を配管４６３に連通させるように切替を行う。配管４６１には廃液タンク４６２が設けられ、配管４６３には挿入剤廃液タンク４６４が設けられている。これにより、挿入剤以外のミリＱ水、バッファなどの薬液を３方電磁弁４５５の切替により廃液タンク４６２に導き、挿入剤を挿入剤廃液タンク４６４に導くことができる。これにより、挿入剤を分別回収することが可能となる。

なお、各電磁弁の間は、テフロン（登録商標）チューブ等の配管で接続してもよいが本実施形態では、チップカートリッジ１１に対してその上流側と下流側でそれぞれ電磁弁と流路を一体型構造としたマニフォールド構造で構成している。これにより、配管内の容量が少なくなることから、必要な薬液量を大幅に削減できる。また、配管内における薬液流れが安定するため、検出結果の再現性や安定性が向上する。

この図１９に示す送液系１３を用いた塩基配列検出のための送液工程を図２０のフローチャートを用いて説明する。

まず、電極２１ａ上に固定化されたＤＮＡプローブと試料とのハイブリダイゼーション反応をセル１１５内で実行させる（ｓ２１）。このハイブリダイゼーション反応の実行では、例えばチップカートリッジ１１の底面、すなわちプリント基板２２の底面が４５℃程度となるように温度制御機構１４を制御し、例えば６０分間保持する。

このハイブリダイゼーション反応と並行して、薬液ラインの立ち上げを行う（ｓ２２）。具体的には、３方電磁弁４４１及び４４５を制御することによりバイパス配管４４６側を利用し、３方電磁弁４３３を通電させることで挿入剤供給源４３１から挿入剤を例えば１０秒程度供給する。３方電磁弁４５５は通電させ、配管４５０からの挿入剤は挿入剤廃液タンク４６４に収容される。次いで、挿入剤とエアを交互に例えば５秒ずつ程度繰り返し配管４３５からバイパス配管４４６に導入する。次いで、エアのみを配管４３５からバイパス配管４４６に導入する。この段階で廃液タンク４６２に廃液切替を行う。そして、バッファをバッファ供給源４２１からバイパス配管４４６に導入する。その後、ミリＱ水とエアを交互に例えば５秒ずつ程度繰り返し配管４３５からバイパス配管４４６に導入する。

この薬液ラインの立ち上げが終了し、ハイブリダイゼーション反応が終了すると、配管内洗浄が行われる（ｓ２３）。配管内洗浄は、例えば温度制御機構１４によりプリント基板２２の温度を２５℃程度とした上で、ミリＱ水でバイパス配管４４６をパージした後、エアとミリＱ水を交互に例えば５秒ずつ程度繰り返し導入する。次に、チップカートリッジ内洗浄が行われる（ｓ２４）。チップカートリッジ内洗浄は、薬液導入経路をバイパス配管４４６から配管４４０に切り替え、エアとミリＱ水を交互に例えば５秒ずつ程度繰り返し配管４４０に導入する。そして、液センサ４４３によりチップカートリッジ１１内に水が充填されたことを確認した上で、導入経路をバイパス配管４４６に切り替える。

次に、配管内バッファパージが行われる（ｓ２５）。配管内バッファパージでは、バッファとミリＱ水が混合しないようにまずエアをバイパス配管４４６に導入する。次に、エアとバッファを交互に例えば５秒ずつ程度繰り返しバイパス配管４４６に導入する。そして、バイパス配管４４６に設けられた液センサ４４７によりバイパス配管４４６がバッファで置換されたことを確認する。

次に、チップカートリッジ内バッファ注入が行われる（ｓ２６）。チップカートリッジ内バッファ注入では、まずバイパス配管４４６から配管４４０に切り替え、エアとバッファを交互に例えば５秒ずつ程度繰り返しチップカートリッジ１１内に導入する。

次に、チップカートリッジ１１へのバッファ充填が行われる（ｓ２７）。バッファ充填では、液センサ４４３でチップカートリッジ１１内の状態を監視しながらバッファをチップカートリッジ１１に導入し、例えば６０℃で３０分間放置することにより、不要な試料の洗浄を行う（ｓ２８）。不要な試料の洗浄工程後、配管４４０からバイパス配管４４６に切り替え、ミリＱ水を導入することにより配管内洗浄が行われる（ｓ２９）。この配管内洗浄では、さらにエアとミリＱ水が交互に例えば５秒程度ずつ繰り返し導入される。

次に、チップカートリッジ内洗浄が行われる（ｓ３０）。チップカートリッジ内洗浄では、バイパス配管４４６からチップカートリッジ１１に切り替えられ、エアと水が交互に例えば５秒程度ずつ繰り返し導入される。その後、液センサ４４３によりチップカートリッジ１１内にミリＱ水が充填されたことを確認した上でバイパス配管４４６に切り替えられる。

次に、測定が開始される。測定では、まず配管内挿入剤パージが行われる（ｓ３１）。この配管内挿入剤パージでは、バイパス配管４４６にエアを導入しながら廃液を挿入剤廃液タンク４６４に切り替える。次に、エアと挿入剤を交互に例えば５秒程度ずつ繰り返しバイパス配管４４６に供給した後、バイパス配管４４６が挿入剤で置換されたかを液センサ４４７を用いて検出する。

次に、チップカートリッジ１１内挿入剤注入が行われる（ｓ３２）。この工程では、先ずバイパス配管４４６からチップカートリッジ１１側に切り替えられた後、エアと挿入剤が交互に例えば５秒ずつ程度繰り返し導入される。

次に、液センサ４４３での監視の下、チップカートリッジ１１への挿入剤充填が行われる（ｓ３３）。その後測定が行われる（ｓ３４）。

測定が終了すると、バイパス配管４４６にミリＱ水を導入し、次いでエアとミリＱ水を交互に例えば５秒程度ずつ導入した後エアで置換して配管内洗浄が行われる（ｓ３５）。

最後に、バイパス配管４４６からチップカートリッジ１１に置換してエアとミリＱ水を交互に例えば５秒程度ずつ導入し、チップカートリッジ１１内をさらにエアで置換してチップカートリッジ内洗浄が行われ（ｓ３６）、一連の送液工程が終了する。

このように、図１９の送液系１３を用いた図２０に示した工程によれば、薬液の置換を効率的に行うため、薬液／エア／薬液／エアというように、配管内をエアと薬液が交互に流れるシーケンスを作って送液することができる。このような送液方法とすることにより、薬液交換において、古い薬液と新しい薬液の混合を最小限にすることが可能である。その結果、液交換の遷移状態が減り、最終的な電気化学特性の再現性を向上することができる。更に、薬液交換の効率化による、送液時間の短縮・薬液量の削減を実現することが出来る。また、このような薬液／エアシーケンス送液により、反応セル１１５内の薬液濃度を常に一定に保つことが出来るので、電流特性の面内均一性が向上、即ち検出の信頼性が向上する。

また、セル１１５内への薬液充填の方法として、気泡が混入してしまう場合の対処として、チップカートリッジ出口バルブとしての２方電磁弁４４４を閉じた状態で、チップカートリッジ下流側の配管４４０内を減圧状態にして（ポンプ４５４を動作させた状態で、２方電磁弁４５１を制御することにより、減圧領域４５２を減圧してから２方電磁弁４５３を制御して、減圧領域４５２の減圧状態を保つ）から、２方電磁弁４４４を開けることにより、チップカートリッジ反応セル１１５内に薬液を導入することができる。

なお、この図２０に示した送液のタイミングはほんの一例にすぎず、測定の目的、対象、条件などに応じて種々変更することができる。

図２１は、測定系１２の具体的な構成を示す図である。この図２１に示す測定系１２は、対極５０２の入力に対して参照極５０３の電圧を負帰還させることにより、セル１１５内の電極や溶液などの各種条件の変動によらずに溶液中に所望の電圧を印加する３電極方式のポテンシオ・スタット１２ａである。

より具体的には、ポテンシオ・スタット１２ａは、作用極５０１に対する参照極５０３の電圧をある所定の特性に設定されるように対極５０２の電圧を変化させ、挿入剤の酸化電流を電気化学的に測定する。

作用極５０１は、標的塩基配列とは相補的な標的相補塩基配列を有するＤＮＡプローブが固定化される電極であり、セル１１５内の反応電流を検出する電極である。対極５０２は、作用極５０１との間に所定の電圧を印加してセル１１５内に電流を供給する電極である。参照極５０３は、参照極５０３と作用極５０１との間の電圧を所定の電圧特性に制御すべく、その電極電圧を対極５０２に負帰還させる電極であり、これにより対極５０２による電圧が制御され、セル１１５内の各種検出条件に左右されない精度の高い酸化電流検出が行える。

電極間を流れる電流を検出するための電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路５１０が配線５１２ｂを介して参照極５０３の参照電圧制御用の反転増幅器５１２（ＯＰ_ｃ）の反転入力端子に接続されている。

電圧パターン発生回路５１０は、制御機構１５から入力されるデジタル信号をアナログ信号に変換して電圧パターンを発生させる回路であり、ＤＡ変換器を備える。

配線５１２ｂには抵抗Ｒ_ｓが接続されている。反転増幅器５１２の非反転入力端子は接地され、出力端子には配線５０２ａが接続されている。反転増幅器５１２の反転入力端子側の配線５１２ｂと出力端子側の配線５０２ａは配線５１２ａで接続されている。この配線５１２ａには、フィードバック抵抗Ｒ_ｆｆ及びスイッチＳＷ_ｆからなる保護回路５００が設けられている。

配線５０２ａは端子Ｃに接続されている。端子Ｃは、塩基配列検出チップ２１上の対極５０２に接続されている。対極５０２が複数設けられている場合には、各々に対して並列に端子Ｃが接続される。これにより、１つの電圧パターンにより複数の対極５０２に同時に電圧を印加することができる。

配線５０２ａには、端子Ｃへの電圧印加のオンオフ制御を行うスイッチＳＷ_０が設けられている。

反転増幅器５１２に設けられた保護回路５００により、対極５０２に過剰な電圧がかからないような構成となっている。従って、測定時に過剰な電圧が印加され、溶液が電気分解されてしまうことにより、所望の挿入剤の酸化電流検出に影響を及ぼすことが無く、安定した測定が可能となる。

端子Ｒは配線５０３ａにより電圧フォロア増幅器５１３（ＯＰ_ｒ）の非反転入力端子に接続されている。電圧フォロア増幅器の反転入力端子は、その出力端子に接続された配線５１３ｂと配線５１３ａにより短絡している。配線５１３ｂには抵抗Ｒ_ｆが設けられており、配線５１２ｂの抵抗と、配線５１２ａと配線５１２ｂの交点との間に接続されている。これにより、電圧パターン発生回路５１０により生成される電圧パターンに、参照極５０３の電圧をフィードバックさせた電圧を反転増幅器５１２に入力させ、そのような電圧を反転増幅した出力に基づき対極５０２の電圧を制御する。

端子Ｗは配線５０１ａによりトランス・インピーダンス増幅器５１１（ＯＰ_ｗ）の反転入力端子に接続されている。トランス・インピーダンス増幅器５１１の非反転入力端子は接地され、その出力端子に接続された配線５１１ｂと配線５０１ａとは配線５１１ａにより接続されている。配線５１１ａには抵抗Ｒ_ｗが設けられている。このトランス・インピーダンス増幅器５１１の出力側の端子Ｏの電圧をＶ_ｗ、電流をＩ_ｗとすると、Ｖ_ｗ＝Ｉ_ｗ・Ｒ_ｗとなる。この端子Ｏから得られる電気化学信号は制御機構１５に出力される。作用極５０１は複数あるため、端子Ｗ及び端子Ｏは作用極５０１のそれぞれに対応して複数設けられる。複数の端子Ｏからの出力は後述する信号切替部により切り替えられ、ＡＤ変換されることにより各作用極５０１からの電気化学信号をデジタル値としてほぼ同時に取得することができる。なお、端子Ｗ及び端子Ｏの間のトランス・インピーダンス増幅器５１１などの回路は、複数の作用極５０１で共有してもよい。この場合、配線５０１ａに複数の端子Ｗからの配線を切り替えるための信号切替部を備えればよい。

この図２１のポテンシオ・スタット１２ａを用いた測定系１２の効果を従来のポテンシオ・スタットを用いた場合と比較して説明する。従来のポテンシオ・スタットを図２２に示す。図２２に示すように、従来のポテンシオ・スタット１２ａ’の構成は、図２１の示すポテンシオ・スタット１２ａとほぼ共通する。異なるのは、反転増幅器５１２に保護回路５００が設けられていない点である。電圧パターン発生回路５１０の出力端子Ｉにおける電圧をＶ_{ｒｅｆｉｎ}、端子Ｃにおける電圧をＶ_ｃ、端子Ｒの電圧をＶ_{ｒｅｆｏｕｔ}とする。参照極５０３の負帰還により、Ｖ_{ｒｅｆｏｕｔ}＝Ｒ_ｆ／Ｒ_ｓ・Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}が成立する。

この場合、電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}、スイッチＳＷ_０やＳＷ_ｆのスイッチ切替状態、電圧Ｖｃ及び電圧Ｖ_{ｒｅｆｏｕｔ}の電圧特性やスイッチ切替状態の一例をポテンシオ・スタット１２ａについて示したのが図２３、ポテンシオ・スタット１２ａ’について示したのが図２４である。

図２３で、（ａ）は電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}の電圧波形、（ｂ）はスイッチＳＷ_０のスイッチ切替状態、（ｃ）はスイッチＳＷ_ｆのスイッチ切替状態、（ｄ）は電圧Ｖ_ｃの電圧波形、（ｅ）は電圧Ｖ_{ｒｅｆｏｕｔ}の電圧波形である。

図２４で、（ａ）は電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}の電圧波形、（ｂ）はスイッチＳＷ_０のスイッチ切替状態、（ｃ）は電圧Ｖ_ｃの電圧波形、（ｄ）は電圧Ｖ_{ｒｅｆｏｕｔ}の電圧波形である。

従来のポテンシオ・スタット１２ａ’における測定手法を図２４を用いて説明する。

例えば図２４（ａ）に示すように、時間ｔ_１からｔ_３まで一定の電圧を与え、その後時間ｔ_４に電圧０となるように線形的に電圧を減少させるような電圧パターンを電圧パターン発生回路５１０で発生させる。そして、例えば図２４（ｂ）に示すように、時間ｔ_１から所定の時間経過した時間ｔ_２において、スイッチＳＷ_０を閉じて対極５０２に電圧を付与する場合を想定する。この場合、測定の開始時、すなわちスイッチＳＷ_０を閉じるまではスイッチＳＷ_０が開いた状態となっている。

反転増幅器５１２の利得は非常に大きいため、スイッチＳＷ_０がＯＮされフィードバックループが構成される前に、反転増幅器５１２の反転入力端子に多少の電圧が印加されていれば、反転増幅器５１２の出力は飽和状態となる。一方、電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}が０Ｖでも、反転増幅器５１２の入力オフセット電圧のために飽和状態となる。この場合、入力オフセット電圧の反対の極性に飽和する。

このように、反転増幅器５１２の出力電圧は反転増幅器５１２の電源電圧の近傍まで飽和状態となっている。従って、スイッチＳＷ_０が閉状態になったとき、対極５０２に過剰な電圧が印加される。この過剰な電圧は、図２４（ｃ）の斜線で示した部分に相当する。この過剰電圧により、セル１１５内の溶液に電気分解などの意図しない電気化学反応が生じる。その結果、本来意図すべき電気化学反応の測定に悪影響を及ぼす。

この従来のポテンシオ・スタット１２ａ’の不都合を解消すべく、本実施形態のポテンシオ・スタット１２ａでは、保護回路５００を用いる。本実施形態のポテンシオ・スタット１２ａの場合、測定を開始する前、すなわち時間ｔ_ａよりも前の初期状態では、電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}を０Ｖ、スイッチＳＷ_ｆを閉状態、かつスイッチＳＷ_０を開状態とする。まず、時間ｔ_ａでスイッチＳＷ_０を閉状態にする。この状態では、スイッチＳＷ_ｆは閉状態であり、保護回路５００は機能している。反転増幅器５１２は常に負帰還をかけた状態で用いられるので、対極５０２には過剰な電圧が印加されない。

この時間ｔ_ａから所定の時間後の時間ｔ_ｂで、スイッチＳＷ_ｆを開状態とし、保護回路５００を解除させる。その後、時間ｔ_１から電圧パターン発生回路５１０で発生させた電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}を印加する。この電圧Ｖ_{ｒｅｆｉｎ}により、所望の電圧が参照極５０３に設定されるので、その応答は一次遅れの特性を持ち、対極５０２には過剰に電圧がかかることは無い。

図２５はポテンシオ・スタット１２ａと１２ａ’における対極５０２に印加される電流／電圧特性曲線を示す図である。図２５に示すように、従来のポテンシオ・スタット１２ａ’の場合、電流及び電圧ともに大きくマイナスになる特性を持つのに対して、本実施形態のポテンシオ・スタット１２ａの場合、電圧がマイナスになっても電流が一定値におさまる。電圧がマイナスの値になると、セル１１５の溶液中の意図しない電気分解が進行してしまう。これにより、例えば電極に気泡が発生したり、電極の組成が変わってしまうなどの弊害があった。これに対して本実施形態の例のように保護回路５００を設けることにより、意図しない電圧が対極５０２に印加されるのを防止することができるため、意図しない電気分解がセル１１５内の薬液中で生じるのを回避することができる。従って、所望の挿入剤の酸化電流検出に影響を及ぼすことがなく、安定した測定が可能である。

図２１に示す測定系１２としてのポテンシオ・スタット１２ａの変形例を図２６〜図２９に示す。図２６及び図２７は測定系１２として３電極方式のポテンシオ・スタットが用いられる例を、図２８及び図２９は測定系１２として４電極方式のポテンシオ・スタットが用いられる例を示す。

図２６に示すポテンシオ・スタット１２ｂは、図２１に示すポテンシオ・スタット１２ａと基本的な構成は共通する。同一構成には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。ポテンシオ・スタット１２ｂは、配線５１２ａを含めて保護回路５００が設けられていない点がポテンシオ・スタット１２ａと異なる。この保護回路５００の代わりに、配線５０２ａに抵抗Ｒ_ｃが設けられている。このように、対極５０２側の反転増幅器５１２の出力に直列に抵抗Ｒ_ｃを接続することにより、電気二重層容量により対極にかかる電圧は一次遅れとなる。これにより、セル１１５中の薬液に対する影響を少なくすることができる。

図２７に示すポテンシオ・スタット１２ｃは、ポテンシオ・スタット１２ａや１２ｂとは構成が若干異なる。このポテンシオ・スタット１２ｃでは、電流検出抵抗Ｒ_ｃを対極５０２側に設け、その検出電流を高入力インピーダンス差動アンプ５２０で電圧に変換する。以下、その構成をより詳細に説明する。

図２７に示すように、電極間を流れる電流を検出するための電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路５１０が配線５１２ｂを介して反転増幅器５１２（ＯＰ_ｃ）の反転入力端子に接続されている。この配線５１２ｂには抵抗Ｒ_ｓが接続されている。反転増幅器５１２の非反転入力端子は接地され、出力端子には配線５１２ｆが接続されている。反転増幅器５１２の出力端子と反転入力端子は保護回路５００で接続されている。

配線５１２ｆは端末Ｃへの電圧印加のオンオフ制御を行うスイッチＳＷ_０が設けられている。また、配線５１２ｆには、交点５１２ｃで２つの配線５２１ａ及び５２１ｂに分岐している。配線５２１ａは、高入力インピーダンス差動アンプ５２０のうちの増幅器５２２の非反転入力端子に接続されている。

配線５２１ｂには、電流検出抵抗Ｒ_ｃが設けられている。さらにこの配線５２１ｂは交点５２１ｄで配線５０２ａと配線５２１ｅに分岐している。配線５０２ａは端子Ｃに接続され、配線５２１ｅは高入力インピーダンス差動アンプ５２０における増幅器５２３の非反転入力端子に接続されている。

参照極５０３側の端子Ｒから反転増幅器５１２の反転入力端子に電圧をフィードバックさせるための電圧フォロア増幅器５１３、配線５１３ａ及び５１３ｂ、抵抗Ｒ_ｆの構成は図２１と共通する。

作用極５０１側の端子Ｗは、配線５０１ａにより接地される。

高入力インピーダンス差動アンプ５２０は、電流検出抵抗Ｒ_ｃを経ない配線５２１ａからの出力と、電流検出抵抗Ｒ_ｃを経た配線５２１ｅの出力の差動電圧を増幅して端子Ｏに出力する。増幅器５２２及び５２３の各々の反転入力端子は抵抗Ｒ_１を有する配線５２２ａで接続される。増幅器５２２の反転入力端子と出力端子は抵抗Ｒ_２を有する配線５２２ｂにより接続される。増幅器５２３の反転入力端子と出力端子は抵抗Ｒ_３を有する配線５２３ａにより接続される。増幅器５２２の出力は抵抗Ｒ_４を介して増幅器５２４の反転入力端子に接続される。増幅器５２３の出力は抵抗Ｒ_５を介して増幅器５２４の非反転入力端子に接続される。増幅器５２４の非反転入力端子は、抵抗Ｒ_６を介して接地される。増幅器５２４の反転入力端子と出力端子は抵抗Ｒ_７を有する配線５２２ｄにより接続される。増幅器５２４の出力端子は配線５２４ｂにより端子Ｏに接続される。

このポテンシオ・スタット１２ｃの場合、作用極５０１ではなく対極５０２側から酸化電流を検出する。

このように、図２７に示すようなポテンシオ・スタット１２ｃを用いても、ポテンシオ・スタット１２ａと同様の効果を得ることができる。

図２８に示す４電極方式のポテンシオ・スタット１２ｄの対極５０２側及び作用極５０１側の構成は図２１のポテンシオ・スタット１２ａの構成と共通する。ポテンシオ・スタット１２ｄの場合、２つの参照極５０３１及び５０３２からの電圧を高入力インピーダンス差動アンプ５２０を用いて差動増幅し、その出力電圧を対極５０２側の反転増幅器５１２にフィードバックさせる。このように、２つの参照極間の電位差を検出し、その値が所定の電圧特性となるように対極５０２からの供給電流を制御する。

図２８に示すように、参照極５０３１側の端子Ｒ_１は、増幅器５２３の非反転入力端子に接続されている。参照極５０３２側の端子Ｒ_２は増幅器５２２の非反転入力端子に接続されている。高入力インピーダンス差動アンプ５２０は、これら増幅器５２２及び５２３の各々の非反転入力端子の２つの電圧を差動増幅して出力する。その出力側には抵抗Ｒ_ｆを介して配線５１２ｂに接続されている。

このように、図２８に示すポテンシオ・スタット１２ｄを用いても、ポテンシオ・スタット１２ａと同様の効果を得ることができる。

図２９に示す４電極方式のポテンシオ・スタット１２ｅは、図２７に示すポテンシオ・スタット１２ｃと基本的な構成は共通する。ポテンシオ・スタット１２ｃと異なるのは、ポテンシオ・スタット１２ｅは参照極取り出し電圧を２つにした点、その２つの電圧を差動増幅し、対極５０２側にフィードバックさせる点である。対極５０２側及び作用極５０１側の構成はポテンシオ・スタット１２ｃと共通するので詳細な説明は省略する。なお、５２０’は前述した高入力インピーダンス差動アンプ５２０と同じ構成の高入力インピーダンス差動アンプである。

図２９に示すように、ポテンシオ・スタット１２ｅは、２つの参照極５０３１側の端子Ｒ_１と、参照極５０３２側の端子Ｒ_２の出力をそれぞれ増幅器５２３の非反転入力端子及び増幅器５２２の非反転入力端子に接続する。前述の通り、高入力インピーダンス差動アンプ５２０はこれら２つの入力を差動増幅して出力する。その出力側には抵抗Ｒ_ｆが接続され、この抵抗Ｒ_ｆを介して配線５１２ｂに接続される。これにより、高入力インピーダンス差動アンプ５２０の出力が反転増幅器５１２の反転入力側にフィードバックされる。

図３０は制御機構１５及びコンピュータ１６の他の構成要素との関連性を示す概念図である。図３０に示すように、コンピュータ１６は、メインプロセッサ１６ａとインタフェース１６ｂから構成される。このインタフェース１６ｂを介してローカルバス１７を通じて複数の制御機構１５との間でデータの送受信を行うことができる。制御機構は測定制御機構本体１５ａと、この測定制御機構本体１５ａにより取り扱われるデータを格納するデータメモリ１５ｂから構成される。制御機構１５は、測定ユニット１０の各々に対して１つずつ設けられている。このように、複数接続された測定ユニット１０を１つのメインプロセッサ１６ａに接続することにより、メインプロセッサ１６ａの負荷を軽減することができる。

図３１は制御機構１５の詳細な構成の一例を示す図である。図３１に示すように、測定制御機構本体１５ａは、ローカルバス１７に接続された初期値レジスタ１５１、刻み値レジスタ１５２、終了値レジスタ１５３、インターバルレジスタ１５４及び動作設定レジスタ１５５を有する。

初期値レジスタ１５１、刻み値レジスタ１５２、終了値レジスタ１５３、インターバルレジスタ１５４及び動作設定レジスタ１５５は、それぞれメインプロセッサ１６ａにより設定可能な初期値、刻み値、終了値、測定時間間隔、動作モードを格納する。これら初期値、刻み値、終了値、測定時間間隔、動作モードが設定されるとデータ測定動作が開始される。

初期値、刻み値及び終了値は、電圧パターン発生回路５１０で発生させる電圧パターンの電圧値に相当する値を示しており、初期値から終了値まで刻み値毎にデジタル値として電圧パターンが設定される。例えば、時間ｔ_１から時間ｔ_５まで所定の波形の電圧パターンを生成する場合、時間ｔ_１における電圧値は初期値に相当し、その時間ｔ_１から測定時間間隔Δｔ毎に刻み値だけ電圧値が変動していき、このような電圧値が終了値まで刻み続けられる。

セレクタ１５８は、初期値レジスタの出力値と加算機１５６の出力値のうち、測定開始時のみ初期値を選択して出力し、次データからは加算器１５６の加算結果を選択して出力する。このセレクタ１５８の出力値がタイミング発生器１６１からの出力信号に同期して測定系１２の電圧パターン発生回路５１０に出力される。電圧パターン発生回路５１０は、セレクタ１５８からの出力値に相当する電圧値の電圧を発生させる。これにより、前述した図２３（ａ）に示す電圧波形の電圧パターンを発生させることができる。

加算レジスタ１５７は、セレクタ１５８の出力値をタイミング発生器１６１の出力信号に同期して一時格納する。

加算器１５６は、初期値レジスタ１５１の初期値に刻み値レジスタ１５２の刻み値を加算してセレクタ１５８及び比較器１５９に出力する。加算レジスタ１５７に格納されている値は測定系１２に出力される電圧値に相当するため、加算器１５６はその測定系１２への出力電圧値に刻み値を加算した電圧値に相当する値を出力する。比較器１５９は、加算器１５６の加算結果と終了値レジスタ１５３からの終了値を比較し、加算結果が終了値を超えた場合にカウンタ１６０にカウントの終了を示す信号を出力する。

カウンタ１６０は、インターバルレジスタ１５４からの測定時間間隔で定められた時間期間だけ動作設定レジスタ１５５からの動作設定モードに基づき、比較器１５９からカウントの終了を信号が入力されるまでクロックをカウントし続ける。動作設定モードには、例えば作用極の同時測定個数に応じて単独測定モード、４極設定モード、８極設定モードなどが設定可能である。例えば単独測定モードが設定されている場合、カウンタ１６０は測定時間間隔で定められた時間期間だけカウントをし、カウント値をタイミング発生器１６１に出力する。４極設定モードが設定されている場合、測定時間間隔を４分割した時間期間ごとにカウントして、カウント値をタイミング発生器１６１に出力する。このように、複数極設定モードが設定されている場合には、測定時間間隔をその極数分だけ分割した時間期間ごとにカウントする。

タイミング発生器１６１は、クロックをカウントしながらカウンタ１６０からのカウント値の出力タイミングに同期してアドレス信号及び書込信号をデータメモリ１５ｂに出力する。また、タイミング発生器１６１は、動作設定レジスタ１５５からの動作設定モードに応じて信号検出部１６２の信号切替部１６３を切り替える。

信号切替部１６３には、測定系１２の複数の作用極５０１の端子Ｏの各々に接続されている。複数の作用極５０１で同時に端子Ｏから挿入剤による電気化学信号が検出できるが、この信号切替部１６３により、複数の作用極５０１からの電気化学信号を選択的に検出することができる。

信号検出部１６２は、タイミング発生器１６１により制御された信号切替部１６３で切り替えられた作用極５０１からの電気化学信号をＡＤ変換してデータバス１６４を介してデータメモリ１５ｂに出力する。これにより、データメモリ１５ｂには、タイミング発生器１６１からの書込信号が入力されるごとにその書込信号ごとに与えられたアドレス位置にデータバス１６４からのデータを順次書き込むことができる。

例えば単極設定モードの場合、測定時間間隔が１０ｍｓｅｃであれば、タイミング発生器１６１から書込信号及び１つのアドレスが１０ｍｓｅｃに１度データメモリ１５ｂに出力されるとともに、信号検出部１６２からデータバス１５ｂを介して電気化学信号のデジタル変換値が１つデータメモリ１５ｂに出力される。

４極設定モードの場合、測定時間間隔が１０ｍｓｅｃであれば、タイミング発生器１６１から書込信号および４つのアドレスが１０ｍｓｅｃに４度データメモリ１５ｂに出力されるとともに、信号検出部１６２からデータバス１５ｂを介して電気化学信号のデジタル変換値が４つシーケンシャルにデータメモリ１５ｂに出力される。これにより、測定時間間隔ごとにほぼ同時に検出された電気化学信号をデータとして格納できる。

なお、測定の精度を向上させるため、複数極設定モードの場合に、測定時間間隔を等間隔に分割したタイミングに同期させずに、複数の作用極５０１からの信号検出のタイミングを短縮することもできる。例えば、信号切替部１６３の切替信号を測定時間間隔の中のわずかな時間に複数生成することにより、測定時間間隔に左右されない測定精度を保持することができる。例えば測定時間間隔が１０ｍｓｅｃであれば、最初の９ｍｓｅｃまでは切替信号を生成せず、９ｍｓｅｃから１０ｍｓｅｃまでの１ｍｓｅｃに４つの切替信号を生成して信号切替部１６３に出力するようにタイミング発生器１６１をプログラムしておく。これにより、４つの作用極５０１からの電気化学信号を１ｍｓｅｃ内に検出することができる。従って、測定時間間隔を長く設定してもそれによる測定時間間隔のばらつきが生じず、高い精度を保持できる。

データメモリ１５ｂに格納された測定データはコンピュータ１６のメインプロセッサ１６ａにより読み出され、各種信号解析に用いられる。

このように、測定された複数の電気化学信号をタイミング発生器１６１により測定時間間隔よりも短時間で切り替えて選択的に検出することで、作用極５０１の各々の信号をほぼ同時に測定することができる。

次に、測定データに基づきコンピュータ１６により信号解析を行う測定データ解析手法の一例を説明する。ここでは、ターゲットＤＮＡのＳＮＰ位置の塩基がＧ型（ホモ型）か、Ｔ型（ホモ型）か、あるいはＧＴ型（ヘテロ型）かを判定する型判定の解析手法を図３２のフローチャートを用いて説明する。なお、図１や図３０などでは特に示していないが、コンピュータ１６のメインプロセッサ１６ａは、型判定フィルタリング、型判定処理、判定結果出力などを行うための複数の指令からなる解析プログラムを実行することにより、型判定フィルタリング、型判定処理、判定結果出力を実行する。また、前述した制御機構１５の制御は、別途制御プログラムが設けられている。これら解析プログラムや制御プログラムは、コンピュータ１６に設けられた記録媒体読取装置が記録媒体に格納された解析プログラムを読み取ることにより実行されてもよいし、コンピュータ１６に設けられた磁気ディスクなどの記憶装置から読み出されて実行されてもよい。

この測定データ解析を行う前提として、まず、検出の目的とされる標的塩基配列をＳＮＰ位置の塩基をＡ，Ｇ，Ｃ，Ｔとして４種類用意し、その標的塩基配列と相補的な塩基配列を有する標的相補ＤＮＡプローブを各種類について複数ずつ各作用極５０１に固定化させる。また、これら４種類の標的相補ＤＮＡプローブとは異なる塩基配列を有するＤＮＡプローブ（以下、ネガティブコントロールと称する）を別の作用極５０１に複数固定化させる（ｓ６１）。なお、作用極５０１に固定化されるＤＮＡプローブの種類は原則１つである。

次に、上述した標的相補ＤＮＡプローブが固定化された塩基配列検出チップに検体ＤＮＡプローブを含む試料を注入してハイブリダイゼーション反応などの電気化学反応を生じさせ（ｓ６２）、バッファによる洗浄、挿入剤の導入を経て測定系１２を用いて代表電流値を算出する（ｓ６３）。

代表電流値とは、各ＤＮＡプローブのハイブリダイゼーション反応の発生を定量的に把握するために有効な数値を指し、一例としては、検出される信号の電流値の最大値（ピーク電流値）などが該当する。ピーク電流値の算出は、各作用極５０１上に固定化されたＤＮＡプローブにハイブリダイゼーションした２本鎖ＤＮＡに結合した挿入剤からの酸化電流信号を測定し、その電流値のピークを得ることで導出される。ピーク電流値の検出には、挿入剤からの酸化電流信号以外のバックグラウンド電流を差し引くことにより行うのが望ましい。

もちろん、信号処理の精度や目的に応じていかなる値を代表電流値と定めてもよいが、例えば酸化電流信号の積分値などが該当する。もちろん、電流値に限らず、電圧値、これら電流や電圧に対して数値解析処理を行った値などを代表値と定めることもできる。

ＳＮＰ位置の塩基をＡ，Ｇ，Ｃ，Ｔ型とした標的ＤＮＡに関する測定データ、すなわち代表電流値をそれぞれＸ_ａ、Ｘ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔと定義し、ネガティブコントロールのＤＮＡプローブの代表電流値をＸ_ｎと定義する。また、代表電流値は、各種別に応じて複数得られるので、それぞれを互いに識別すべく、１番目のＸ_ａをＸ_ａ１、２番目のＸａをＸ_ａ２、…というように定義する。

また、ＳＮＰ位置の塩基をＡ，Ｇ，Ｃ，Ｔ型としたターゲットＤＮＡの得られる代表電流値の個数をｎ_ａ、ｎ_ｇ、ｎ_ｃ、ｎ_ｔ個、ネガティブコントロールについて得られる代表電流値の個数をｎ_ｎ個と定義する。

次に、得られた代表電流値Ｘ_ａ、Ｘ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔ、Ｘ_ｎのうち、明らかに異常なデータを除去すべく、型判定フィルタリング処理を実行する（ｓ６４）。

この型判定フィルタリング処理のフローチャートを図３３に示す。この図３３の型判定フィルタリング処理は、Ｘ_ａ、Ｘ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔ、Ｘ_ｎについてそれぞれ別個に行われる。例えばＸ_ａを例にとると、Ｘ_ａについて得られたｎ_ａ個の代表電流値のうち、明らかに異常なデータと思われる代表電流値をこの型判定フィルタリングで排除する。Ｘ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔ、Ｘ_ｎについても同様に行われる。

なお、この図３３の説明では、データ種別に応じて同様の処理が行われるため、Ｘ_ａのフィルタリングを例に説明する。

具体的には、図３３に示すように、まず測定グループまず測定グループの全測定データの設定、すなわちデータセットの設定を行う（ｓ８１）。例えばＸ_ａであれば、Ｘ_ａ１、Ｘ_ａ２、…、Ｘ_ａｎａをデータセットとして設定する。

次に、これら測定データＸ_ａ１、Ｘ_ａ２、…、Ｘ_ａｎａについてのＣＶ値（以下、ＣＶ_０）を算出する（ｓ８２）。このＣＶ_０は、測定データＸ_ａ１、Ｘ_ａ２、…、Ｘ_ａｎａの標準偏差を平均値で除算することにより得られる。そして、得られた値ＣＶ_０が１０％、すなわち０．１以上か否かを判定する（ｓ８３）。

１０％以上であれば、測定データのうち最小値を除いたｎａ−１個のデータセットのＣＶ値（以下、ＣＶ_１）を算出する（ｓ８４）。１０％未満であれば、明らかに異常なデータは無いと判定し、後述する型判定に進む。

ＣＶ_１を算出した後、ＣＶ_０≧２×ＣＶ_１か否かを判定する（ｓ８５）。この不等式が成立すれば、（ｓ８６）に進み、さらに測定データのうち最小値を除いたｎａ−２個のデータセットを新たにデータセットと定義し、（ｓ８２）に戻り、異常データのフィルタリングを繰り返し行う。

不等式が成立しなければ、最小値側ではなく最大値側に異常なデータがあると判定し、測定データのうち最大値を除いたｎａ−２個のデータセットのＣＶ値（以下、ＣＶ_２）を算出する（ｓ８７）。そして、ＣＶ_０≧２×ＣＶ_２が成立するか否かを判定する（ｓ８８）。成立すれば、さらに測定データのうち最大値を除いたｎａ−３個のデータセットを新たにデータセットと定義し、（ｓ８２）に戻り、異常データのフィルタリングを繰り返し行う。成立しなければ、明らかに異常なデータは無いと判定し、後述する型判定に進む。

以上に示した型判定フィルタリングをＸ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔ、Ｘ_ｎについても行う。

次に、得られた型判定フィルタリング結果を用いて型判定処理を実行する（ｓ６５）。この型判定処理の一例を図３４のフローチャートを用いて説明する。なお、図３４の例では、ターゲットＤＮＡのＳＮＰ位置の塩基がＧ型か、Ｔ型か、あるいはＧＴ型かを判定する型判定の場合を示している。また、この型判定処理は、大別して最大グループ判定アルゴリズム、２標本ｔ検定アルゴリズムからなる。

図３４に示すように、まず各グループ毎の代表電流値の平均値を抽出する（ｓ９１）。グループとは、Ｘ_ａ、Ｘ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔ、Ｘ_ｎなど、標的塩基配列が異なるものは別グループ、標的塩基配列が一致するものは同一グループとする。（ｓ６４）で型判定フィルタリングにより明らかに異常なデータが排除された測定データが抽出される。もちろん、（ｓ６４）の型判定フィルタリング以外のフィルタリングにより以上データを排除した測定データを抽出してもよいし、何らフィルタリングを行わない測定データを抽出してもよい。なお、代表電流値の平均値ではなく、これら統計値から統計処理して得られた別の統計処理値を求めてもよい。

標的ＤＮＡのＳＮＰ位置の塩基がＡ，Ｇ，Ｃ，Ｔの場合をそれぞれグループＡ〜Ｔ、ネガティブコントロールをグループＮとして説明する。また、得られた平均値をＸ_ａ、Ｘ_ｇ、Ｘ_ｃ、Ｘ_ｔ、Ｘ_ｎそれぞれのグループについて、Ｍ_ａ、Ｍ_ｇ、Ｍ_ｃ、Ｍ_ｔ、Ｍ_ｎとする。

次に、得られた平均値Ｍ_ａ、Ｍ_ｇ、Ｍ_ｃ、Ｍ_ｔ、Ｍ_ｎについて、最大はグループＧの平均値Ｍ_ｇか否かを判定する（ｓ９２）。最大であれば（ｓ９３）へ、最大でなければ（ｓ９７）に進む。

（ｓ９７）では、平均値Ｍ_ａ、Ｍ_ｇ、Ｍ_ｃ、Ｍ_ｔ、Ｍ_ｎについて、最大はグループＴの平均値Ｍ_ｔか否かを判定する。最大であれば（ｓ９８）へ、最大でなければグループＧ、Ｔともに最大でないこととなり、判定不能として再検査が行われる。

（ｓ９３）では、グループＧの測定データＸ_ｇ１、Ｘ_ｇ２、…と、グループＮの測定データＸ_ｎ１、Ｘ_ｎ２、…との間に差があるか否かを判定する。差があるか否かは、例えば２標本ｔ検定が用いられる。具体的には、２標本Ｔ検定で求めた確率Ｐと有意水準αとの代表関係を比較し、
Ｈ０：Ｐ≧αならば、有意差無し（帰無仮説）
Ｈ１：Ｐ＜αならば、有意差あり（対立仮説）
と判定する。有意水準αは、コンピュータ１６を用いてユーザが設定できる。この（ｓ９３）の例では、グループＧの測定データとグループＮの測定データの値に差があるかというＨ１の設問を提起し、この設問に対し、これら２つのグループの間に差が無いと仮定するＨ０という仮説を設定する。そして、グループＧの測定データの平均値Ｍ_ｇとグループＮの測定データの平均値Ｍ_ｎに２つのグループの差が要約されているとして、確率を求める。確率の算出は、グループＧの統計値Ｘ_ｇ１、Ｘ_ｇ２、…とグループＮの統計値Ｘ_ｎ１，Ｘ_ｎ２、…に基づき統計定数ｔ、自由度φを算出し、ｔ分布の確率密度変数の積分値から確率Ｐを求める。

得られた確率Ｐについて、Ｐ≧αなら、Ｈ０を棄却できず、判定を保留する。すなわち、差が無いと判定する。Ｐ＜αならＨ０を棄却し仮説Ｈ１を採用し、差があると判定する。

このようにして判定結果が「差がある」と判定された場合には（ｓ９４）に進み、「差が無い」と判定された場合には判定不能として再検査される。

（ｓ９４）では、グループＧとグループＡについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があれば（ｓ９５）に進み、差が無ければ判定不能として再検査される。

（ｓ９５）では、グループＧとグループＣについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があれば（ｓ９６）に進み、差が無ければ判定不能として再検査される。

（ｓ９６）では、グループＧとグループＴについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があればグループＧ型と決定する。グループＧ型が平均値最大、かつ他の測定グループと差があるためである。差が無ければグループＧＴ型と決定する。グループＧ型が平均値最大であるが、グループＧ型とグループＴ型に測定結果に差が無いからである。

（ｓ９８）では、グループＴとグループＮについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があれば（ｓ９９）に進み、差が無ければ判定不能として再検査される。

（ｓ９９）では、グループＴとグループＡについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があれば（ｓ１００）に進み、差が無ければ判定不能として再検査される。

（ｓ１００）では、グループＴとグループＣについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があれば（ｓ１０１）に進み、差が無ければ判定不能として再検査される。

（ｓ１０１）では、グループＴとグループＧについて（ｓ９３）と同様の２標本ｔ検定を用いて２つのグループに差があるか否かを判定する。差があればグループＴ型と決定する。グループＴ型が平均値最大、かつ他の測定グループと差があるためである。差が無ければグループＧＴ型と決定する。グループＴ型が平均値最大であるが、グループＴ型とグループＧ型に測定結果に差が無いからである。

以上の判定結果はコンピュータ１６に設けられた図示しない表示装置に表示される（ｓ６６）。このような型判定アルゴリズムを用いることにより、ヘテロ型の判定をすることが可能となる。

なお、図３２〜図３４では、Ｇ型、Ｔ型あるいはＧＴ型のいずれに該当するかを判定する手法を示したが、Ａ型，Ｇ型，Ｃ型，Ｔ型のうちのいずれか２つの型、あるいはそれらのヘテロの判定に適用できることはもちろんである。また、必ずしもＡ型，Ｇ型，Ｃ型，Ｔ型のグループの４種類について測定データを取得する必要は無く、ＳＮＰの考えられ得る２つの塩基に関する２グループのみについて取得するのみでもよいし、その２グループにネガティブコントロールの１グループを加えてもよい。

前述した塩基配列検出装置を用いた塩基配列の自動解析手法について図３５のシーケンス図を用いて説明する。

図３５に示すように、まずコンピュータ１６を用いて自動解析のための自動解析条件パラメータの設定を行い、設定された自動解析条件パラメータに基づく自動解析の実行をコンピュータ１６にユーザが指示する（ｓ３０１）。自動解析条件パラメータは、制御機構１５を制御するための制御パラメータである。制御機構１５で用いられる制御パラメータは、測定系１２を制御するための測定系制御パラメータ、送液系１３を制御するための送液系制御パラメータ、温度制御機構１４を制御するための温度制御機構制御パラメータからなる。

測定系制御パラメータは、前述した図３１に示す初期値レジスタ１５１、刻み値レジスタ１５２、終了値レジスタ１５３、インターバルレジスタ１５４及び動作設定レジスタ１５５に格納される入力設定パラメータであり、初期値、刻み値、終了値、測定時間間隔、動作モードからなる。

送液系制御パラメータは、図１９に示す電磁弁４０３，４１３，４２３，４３３，４４１，４４２，４４４，４４５，４５１，４５３，４６３を制御する電磁弁制御パラメータ、液センサ４４３，４４７を制御するセンサ制御パラメータ、ポンプ４５４を制御するポンプ制御パラメータを有する。これら電磁弁制御パラメータ、センサ制御パラメータ、ポンプ制御パラメータは、図２０の（ｓ２２）〜（ｓ３６）に示すような一連の工程をシーケンシャルに実行するための条件として、制御対象の制御量、制御対象の制御タイミング、制御対象を制御する制御条件などをパラメータの詳細として含む。

温度制御パラメータは、原則として送液系制御パラメータに付随して与えられるものである。すなわち、送液系制御パラメータを設定することにより、送液系１３の動作に対応して温度制御パラメータが設定される。これにより、送液系１３と連動した温度制御機構１４の温度制御が可能になる。

自動解析の実行により、自動解析条件パラメータは、制御機構１５に送信される（ｓ３０２）。制御機構１５は、受信した自動解析条件パラメータのうち、測定系制御パラメータに基づき測定系１２を制御し、送液系制御パラメータに基づき送液系１３を制御し、温度制御機構制御パラメータに基づき温度制御機構１４を制御する。また、制御機構１５はこれら測定系１２，送液系１３及び温度制御機構１４を制御するタイミングを各制御パラメータに含まれる制御タイミングや制御条件に基づき管理する。従って、制御のシーケンスはユーザにより設定された自動解析条件パラメータにより自由に定められるが、この図３５では代表的な一例について説明する。

なお、この自動解析とは別に、ユーザはチップカートリッジ１１を用意する。これはまず所望のＤＮＡプローブが作用極５０１に固定化された塩基配列検出チップ２１が封止されたプリント基板２２を基板固定ねじ２５によりチップカートリッジ１１の支持体１１１に固定化し、チップカートリッジ１１への取り付けを行っている（ｓ４０１）。そして、シール材２４を塩基配列検出チップ２１の所定の位置に載置した状態で、上蓋固定ねじ１１７によりチップカートリッジ上蓋１１２と支持体１１１を固定化し、セル１１５を形成された状態で準備されている（ｓ４０２）。チップカートリッジ１１に対して、試料注入口１１９から試料を注入する（ｓ４０３）。チップカートリッジ１１を装置本体に装着して、開始操作を行うことにより、ハイブリダイゼーション反応（ｓ２１）が開始される。なお、注入する試料の容量は、セル１１５の容積よりも若干多い量にするのが望ましい。これにより、セル１１５内をエア残り無く試料で完全に充填することができる。

制御機構１５は、コンピュータ１６から受信した測定系制御パラメータに基づき測定系のタイミングの制御を開始する（ｓ３０３）。

また、制御機構１５は、コンピュータ１６から受信した送液系制御パラメータに基づき送液系１３の各構成要素を順次制御する（ｓ３０４）。また、図３５では特に図示しないが、この送液系１３の制御と連動して、温度制御機構制御パラメータに基づき温度制御機構１４の温度制御を行う。この制御により、送液系１３は図２０の（ｓ２１）〜（ｓ３６）（ｓ３４を除く）に示したハイブリダイゼーション反応を含む送液工程を自動実行する（ｓ３０５）とともに、その送液工程で指定された温度に塩基配列検出チップ２１が設定されるように温度制御機構１４を自動制御する。

制御機構１５は、この送液工程の中途の（ｓ３４）の測定工程のタイミングに同期して測定系１２に測定指令を行う（ｓ３０５）。すなわち、送液工程の（ｓ３４）の測定工程のタイミングで、制御機構１５の初期値レジスタ１５１、刻み値レジスタ１５２、終了値レジスタ１５３、インターバルレジスタ１５４及び動作設定レジスタ１５５に初期値、刻み値、終了値、測定時間間隔、動作設定モードを格納する。なお、前述の（ｓ３０３）の測定系タイミング制御をこの（ｓ３０５）と同時に行わせてもよい。

測定系１２は、この測定指令に基づき例えば電圧パターンを発生させて測定を行い（ｓ３０６）、得られた測定信号は端子Ｏから制御機構１５に出力される（ｓ３０７）。制御機構１５は、受信した測定信号を信号処理し、測定データとしてデータメモリ１５ｂに格納する（ｓ３０８）。この測定データは、コンピュータ１６にローカルバス１７を介して出力される（ｓ３０９）。コンピュータ１６はこの測定データを受信する（ｓ３１０）。

このようにして必要な測定データが得られると、コンピュータ１６は測定データに基づき図３３で示される（ｓ６４）の型判定フィルタリングを実行する。型判定フィルタリングが終了すると、フィルタリングされたデータに基づき図３４に示される型判定処理を実行する（ｓ６５）。最後に、得られた判定処理結果をコンピュータ１６に備え付けの表示装置に表示する（ｓ６６）。

このように本実施形態によれば、セル１１５の形状が最適化されているため、セル１１５内における面内均一性を向上させることができる。

また、検体ＤＮＡ溶液をチップカートリッジ１１に注入した後は、ハイブリダイゼーションから、バッファ溶液による非特異吸着ＤＮＡの洗浄、挿入剤の注入、電気化学測定、測定データの格納、測定データに基づく標的塩基配列の判定までを、自動で行うことができる。これにより、検出信号の再現性・検出精度を向上させ、結果導出までの時間を短縮できる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

作用極５０１に固定化するプローブはＤＮＡプローブとする場合を示したが、ＤＮＡ以外の他の核酸からなるプローブでもよいし、核酸以外でも所定の塩基配列を有するプローブであればよい。

コンピュータ１６と制御機構１５の処理の分担は上述したものに限定されない。例えば、測定系１２、送液系１３、温度制御機構１４がコンピュータ１６からの指令を解釈し各構成要素を実行するプロセッサを有していれば、制御機構１５は省略されてもよい。この場合、図３１に示すような制御機構１５の機能はコンピュータ１６が実行する。

測定系１２、送液系１３、温度制御機構１４のタイミングの管理は、これら測定系１２、送液系１３、温度制御機構１４がタイミングを管理するプロセッサを有していれば、そのプロセッサの管理するタイミングに基づき各処理を実行する。この場合、コンピュータ１６はこれら測定系１２、送液系１３，温度制御機構１４に自動解析条件パラメータを送信すれば、タイミングを管理する必要が無い。

また、コンピュータ１６が測定系１２、送液系１３，温度制御機構１４、制御機構１５のタイミング制御を行ってもよい。

また、試料注入口１１９は送出ポート１１６ｂに連通させる例を示したが、送入ポート１１６ａに連通させるようにしてもよい。また、送入ポート１１６ａと送出ポート１１６ｂの数はそれぞれ１つずつ設ける場合を示したが、これに限定されない。例えば、送入ポート１１６ａをセル１１５の中心に１つ設け、送出ポート１１６ｂをセル１１５の周縁部に複数放射状の位置に設けるというように、ポートの数はいくつに増やしてもよい。更に、送入ポート１１６ａ及び送出ポート１１６ｂが、セル底面に対して垂直に伸びている例を示したが、これに限定されるものではなく、セル底面に対して平行に伸びる構成になっていてもよい。また、塩基配列検出チップ２１上の電極２１ａ、２１ｂやボンディングパッド２２１はＴｉやＡｕの積層構造で示したが、他の材料を用いた電極やパッドを用いてもよい。また、電極２１ａ、２１ｂの配置は図１８に示したものに限定されない。作用極５０１、対極５０２、参照極５０３の各々の電極数も図示したものに限定されない。

また、送液系１３は図１９に示したものに限定されない。例えば、反応の種類に応じてエア、ミリＱ水、バッファ、挿入剤以外の薬液や気体を供給する供給系を付加することにより、セル１１５内におけるより複雑な反応を実行させることができる。また、各配管同士の薬液やエアの供給経路、供給量の制御は、電磁弁以外で行ってもよい。図２０に示した送液系１３の動作はほんの一例にすぎず、反応の目的などに応じて種々変更することができる。

また、図３２〜図３４では、この塩基配列自動解析装置１を型判定に用いる場合を示したが、ほんの一例にすぎず、他の解析目的に用いられてもよい。また、図３５に示した自動化手法もほんの一例にすぎず、チップカートリッジ１１、測定系１２、送液系１３，温度制御機構及び制御機構１５の構成を種々変更することによりその自動化シーケンスも種々変更される。

作用極５０１、対極５０２及び参照極５０３のいずれも塩基配列検出チップ２１上に配置される場合を示したが、これに限定されない。例えば、作用極５０１のみを塩基配列検出チップ２１上に配置し、対極５０２及び参照極５０３はチップカートリッジ上蓋１１２側に形成してもよいし、対極５０２及び参照極５０３のいずれかは塩基配列検出チップ２１上に配置してもよい。このように、これら作用極５０１、対極５０２及び参照極５０３を異なる平面に三次元的に配置してもよい。

また、塩基配列検出チップ２１とチップカートリッジ上蓋１１２側の関係を上下逆転させて用いてもよい。

上述した実施形態の塩基配列検出装置を用い、ＳＮＰｓ検出を行った例を以下説明する。ここでは、ＭｘＡ−８８位遺伝子のＳＮＰｓ塩基配列が、Ｇ／Ｇ型であるかＴ／Ｔ型であるか、もしくはＧ／Ｔヘテロであるかを判別する場合に適用する。

塩基配列検出チップの作用極５０１には、ＭｘＡ遺伝子に相補的な配列を持つＤＮＡプローブをあらかじめ固定化しておく。ＳＮＰ位置の塩基をＡＴＧＣと置換した４種類のプローブＤＮＡ断片と、全く異なる配列を持つＤＮＡ断片（ネガティブ・コントロールと呼ぶ）をそれぞれ別の電極（作用極５０１）上に固定化しておく。ここでは、Ｎ末端にシステインを修飾したそれぞれのプローブを２００ｎＬずつスポットして1時間放置することにより、Ａｕからなる作用極５０１への固定化を行った。このようにして、準備した塩基配列検出チップ２１が封止されたプリント基板２２をチップカートリッジ１１に装着しておく。

次に、ＳＮＰ位置の塩基がＧ型であるターゲットとなるＤＮＡを２ｘＳＳＣ−１ｍｍｏｌ／Ｌ ＥＤＴＡ溶液に溶解した後、試料注入口１１９からピペット等を用いて、セル１１５内に注入する。ここで、試料溶液は、送出ポート１１６ｂ側の試料注入口１１９から、セル１１５内に溶液を満たしながら送入ポート１１６ａ側に流れていく。送入ポート１１６ａは、シール材２４に接する位置に形成されていることから、セル１１５内に気泡を残すことなく、完全に試料溶液をセル１１５内に充填することが出来る。

次に、このチップカートリッジ１１を装置本体（測定系１２，送液系１３，温度制御機構１４）に装着し、コンピュータ１６による装置プログラムを始動させることにより、以降の処理は、すべて自動的に行われる。

ここでは、自動処理の内容を説明する。まず、４５℃にて１５分間反応（ハイブリダイゼーション）させる。その後、送液系１３の電磁弁やポンプを制御することにより、０．２ｘＳＳＣ−１ｍｍｏｌ／Ｌ ＥＤＴＡ溶液をセル１１５内に送液する。そして、セル１１５内にこの溶液を充填した状態で、５５℃にて３０分間保持することにより、塩基配列検出チップ２１上の配列の異なる電極２１１，２１２に非特異吸着したＤＮＡを洗浄する。次に、１０μｍｏｌ／Ｌのヘキスト３３２５８溶液をセル１１５内に送液する。そして、セル１１５内に充填した状態で、測定系１２により、各作用極５０１におけるヘキスト３３２５８からの酸化電流を測定する。

続いて、コンピュータ１６は、解析プログラムにより、電流・電圧特性カーブから、ヘキストの酸化電流に相当する領域を抽出し、そのピーク電流値を各電極（作用極５０１）に対して導出する。更に、解析プログラムのアルゴリズムに従って型判定フィルタリングなどの統計処理を行い、ターゲットＤＮＡの型判定を行う。得られた判定結果はコンピュータ１６のディスプレイに表示される。その結果、プローブ配列がＣ型のプローブに相当する電極からの信号強度が最も大きく、ターゲットＤＮＡのＳＮＰ位置の塩基配列はＧ型との判定が出来た。

塩基配列検出チップ２１面内における同一種の電極に対する電流値の均一性は、ＣＶ値で３％以内となった。その結果、ＳＮＰｓ検出の信頼性が従来方法に比べて向上した。

本発明の一実施形態に係る塩基配列検出装置の全体構成を示す概念図。 同実施形態に係るチップカートリッジの構成の詳細を示す図 同実施形態に係る上蓋固定ねじで固定する前の支持体とチップカートリッジ上蓋を示す図。 同実施形態に係る塩基配列検出チップを実装したプリント基板の詳細な構成を示す図。 同実施形態に係るセル及びセルに通じる薬液供給系統を示す図。 同実施形態に係るセルの変形例を示す図。 同実施形態に係るセル近傍の各構成要素の位置関係のより詳細な構成を示す図。 同実施形態に係るセル近傍の各構成要素の変形例を示す図。 同実施形態に係るセルの形状の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルの形状の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルの形状の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルと送液ポート及び吐液ポートとの位置関係の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルと送液ポート及び吐液ポートとの位置関係の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルと送液ポート及び吐液ポートとの位置関係の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルと送液ポート及び吐液ポートとの位置関係の変形例の断面図。 同実施形態に係るセルと送液ポート及び吐液ポートとの位置関係の変形例の断面図。 同実施形態に係る塩基配列検出チップ及びプリント基板の製造方法の工程断面図。 同実施形態に係る塩基配列検出チップの上面図。 同実施形態に係る送液系の具体的な構成の一例を示す図。 同実施形態に係る送液系を用いた塩基配列検出のための送液工程のフローチャートを示す図。 同実施形態に係る測定系の具体的な構成を示す図。 従来のポテンシオ・スタットの構成を示す図。 同実施形態に係る電圧特性を示す図。 従来のポテンシオ・スタットの電圧特性を示す図。 同実施形態に係るポテンシオ・スタットと従来のポテンシオ・スタットにおける対極に印加される電流／電圧特性曲線を示す図。 同実施形態に係るポテンシオ・スタットの変形例を示す図。 同実施形態に係るポテンシオ・スタットの変形例を示す図。 同実施形態に係るポテンシオ・スタットの変形例を示す図。 同実施形態に係るポテンシオ・スタットの変形例を示す図。 同実施形態に係る制御機構及びコンピュータの他の構成要素との関連性を示す概念図。 同実施形態に係る制御機構の詳細な構成の一例を示す図。 同実施形態に係る測定データ解析手法の一例を示す図。 同実施形態に係る型判定フィルタリング処理のフローチャートを示す図。 同実施形態に係る型判定処理の一例を示す図。 同実施形態に係る塩基配列検出装置を用いた塩基配列の自動解析手法のシーケンス図。 同実施形態に係る最適なセル形状の一例を示す図。

符号の説明

１…塩基配列検出装置、１０…測定ユニット、１１…チップカートリッジ、１２…測定系、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ…ポテンシオ・スタット、１３…送液系、１４…温度制御機構、１５…制御機構、１６…コンピュータ、１７…ローカルバス、２１…塩基配列検出チップ、２１ａ…電極（作用極、対極）、２１ｂ…電極（参照極）、２２…プリント基板、２２ａ…電気コネクタ、２３…封止樹脂、２４，２４ａ…シール材、２５…基板固定ねじ、１１０…チップカートリッジ本体、１１１…支持体、１１２…チップカートリッジ上蓋、１１３ａ，１１３ｂ…インタフェース部、１１４ａ，１１４ｂ…流路、１１５…セル、１１５ａ，１１５ｂ…セル孔部、１１５ｃ，１１５ｅ，１１５ｆ，１１５ｇ，１１５ｈ…直線、１１５ｄ…ザグリ孔、１１６ａ…吐液ポート、１１６ｂ…送液ポート、１１７…上蓋固定ねじ、１１７ａ…ねじ孔、１１９…試料注入口、１２０…蓋、１２１…シール材、５００…保護回路、５０１…作用極、５０２…対極、５０３…参照極、５１０…電圧パターン発生回路

Claims (6)

1. 所定の塩基配列を有するプローブが固定されている作用極と、対極と、参照極とを有する塩基配列検出装置が装着された際に、前記対極に電圧を印加することによりサンプルの塩基配列の解析処理のための測定を行う塩基配列自動解析装置であって、
   前記対極に与える電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路と、
   前記参照極の電圧を前記対極にフィードバックするフィードバック回路と、
   前記電圧パターン発生回路と前記フィードバック回路のフィードバック電圧に基づき前記対極に与える電圧を増幅するオペアンプと、
   前記オペアンプの入力端子と出力端子の間に設けられた抵抗と、
   前記抵抗へ流れる電流のオンオフ制御を行う第１のスイッチと、を具備してなる塩基配列自動解析装置。
2. 所定の塩基配列を有するプローブが固定されている作用極と、対極と、参照極とを有する塩基配列検出装置が装着された際に、前記対極に電圧を印加することによりサンプルの塩基配列の解析処理のための測定を行う塩基配列自動解析装置であって、
   前記対極に与える電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路と、
   前記参照極の電圧を前記対極にフィードバックするフィードバック回路と、
   前記電圧パターン発生回路と前記フィードバック回路のフィードバック電圧に基づき前記対極に与える電圧を増幅するオペアンプと、
   前記オペアンプと前記対極との間に設けられた抵抗と、
   前記抵抗へ流れる電流のオンオフ制御を行うスイッチと、を具備してなる塩基配列自動解析装置。
3. 所定の塩基配列を有するプローブが固定されている作用極と、対極と、参照極とを有する塩基配列検出装置が装着された際に、前記対極に電圧を印加することによりサンプルの塩基配列の解析処理のための測定を行う塩基配列自動解析装置であって、
   前記対極に与える電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路と、
   前記参照極の電圧を前記対極にフィードバックするフィードバック回路と、
   前記電圧パターン発生回路と前記フィードバック回路のフィードバック電圧に基づき前記対極に与える電圧を増幅するオペアンプと、
   前記オペアンプと前記対極との間に設けられた抵抗と、
   前記抵抗へ流れる電流のオンオフ制御を行うスイッチと、
   前記オペアンプと前記抵抗の間に接続された配線からの出力と、前記抵抗と前記対極の間に接続された配線からの出力との差動電圧を増幅する高出力インピーダンス差動アンプと、を具備してなる塩基配列自動解析装置。
4. 前記オペアンプと前記対極の間に設けられる第２のスイッチと、
   初期状態においては、前記電圧パターン発生回路からの入力電圧を零とし、前記第１のスイッチを閉状態とし、且つ前記第２のスイッチを開状態とし、前記初期状態に続く次の瞬間には前記第２のスイッチを閉状態に切替え、該第２のスイッチの閉状態への切替えから所定時間後に前記第１のスイッチを開状態に切替え、前記第１のスイッチの開状態への切り替えから所定時間後に、前記電圧パターン回路が発生した電圧を前記対極に印加するように前記電圧パターン発生回路、前記第１のスイッチ、及び前記第２のスイッチを制御する制御手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の塩基配列自動解析装置。
5. 所定の塩基配列を有するプローブが固定されている作用極と、対極と、複数の参照極とを有する塩基配列検出装置が装着された際に、前記対極に電圧を印加することによりサンプルの塩基配列の解析処理のための測定を行う塩基配列自動解析装置であって、
   前記対極に与える電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路と、
   前記複数の参照極の電圧を高入力インピーダンス差動アンプを用いて差動増幅し、その出力電圧を前記対極にフィードバックするフィードバック回路と、
   前記電圧パターン発生回路と前記フィードバック回路のフィードバック電圧に基づき前記対極に与える電圧を増幅するオペアンプと、
   前記オペアンプの入力端子と出力端子の間に設けられた抵抗と、
   前記抵抗へ流れる電流のオンオフ制御を行うスイッチと、を具備してなる塩基配列自動解析装置。
6. 所定の塩基配列を有するプローブが固定されている作用極と、対極と、複数の参照極とを有する塩基配列検出装置が装着された際に、前記対極に電圧を印加することによりサンプルの塩基配列の解析処理のための測定を行う塩基配列自動解析装置であって、
   前記対極に与える電圧パターンを発生させる電圧パターン発生回路と、
   前記複数の参照極の電圧を高入力インピーダンス差動アンプを用いて差動増幅し、その出力電圧を前記対極にフィードバックするフィードバック回路と、
   前記電圧パターン発生回路と前記フィードバック回路のフィードバック電圧に基づき前記対極に与える電圧を増幅するオペアンプと、
   前記オペアンプと前記対極との間に設けられた抵抗と、
   前記抵抗へ流れる電流のオンオフ制御を行うスイッチと、
   前記オペアンプと前記抵抗の間に接続された配線からの出力と、前記抵抗と前記対極の間に接続された配線からの出力との差動電圧を増幅する高出力インピーダンス差動アンプと、を具備してなる塩基配列自動解析装置。

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