JP2006098346A - 全反射減衰を利用した測定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 廃液の流路内への逆流と、流路内からの試料溶液の吸い込みを防止する。
【解決手段】 測定を行う際には、流路１６に測定用バッファが注入される。信号測定を開始した後、ピペット２６によって流路１６へアナライト溶液２７が注入される。この注入により測定用バッファが排出口１６ｂから排出される。排出口１６ｂには、蓋４３によって覆われた液溜部４２ｄが設けられており、そこに、排出された測定用バッファが滞留する。吸引ポンプ７４に接続された吸引管３０は、液溜部４２ｄに配置されており、滞留した測定用バッファを吸引して逆流を防止する。液溜部４２ｄには、通気管８１が配置されており、この吸引時に、外気が採り入れられて内部が負圧になることが防止される。これにより流路１６内のアナライト溶液２７が吸い込まれることがない。
【選択図】 図４

Description

本発明は、全反射減衰を利用した測定装置及び方法に関するものであり、更に詳しくは、リガンドが固定されるセンサ面へアナライト溶液を送液して測定を行う装置及び方法に関するものである。

例えば、タンパク質やＤＮＡなどの生化学物質の相互作用を調べたり、薬品のスクリーニングを行う場合において、試料の反応を測定する測定装置として、全反射減衰を利用した測定装置が知られている。

全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体上に形成された薄膜の一方の面であるセンサ面上において試料の反応を生じさせ、前記センサ面の裏面の光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させ、その反射光の減衰状況を検出することにより前記反応を測定する。こうした全反射減衰を利用した測定装置の１つに、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）現象を利用した測定装置（以下、ＳＰＲ測定装置という）がある。表面プラズモンとは、金属中の自由電子が集団的に振動することによって生じ、その金属の表面に沿って進む自由電子の粗密波である。

ＳＰＲ測定装置は、透明な誘電体上に形成された薄膜として金属膜を使用し、この金属膜の一方の面をセンサ面として、このセンサ面にＳＰＲを発生させ、そこで生じる物質の反応状況をＳＰＲを検出することにより測定する。

金属膜のセンサ面の裏面から、全反射条件を満足するように（臨界角以上の入射角で）光を照射すると、その光入射面において全反射が起こるが、入射光のうちわずかな光は反射せずに金属膜内を通過して、センサ面に染み出す。この染み出した光波がエバネッセント波と呼ばれる。このエバネッセント波と表面プラズモンの振動数が一致して共鳴すると（ＳＰＲが発生すると）、反射光の強度が大きく減衰する。ＳＰＲ測定装置は、前記光入射面で反射する反射光の減衰を捉えることにより、その裏側のセンサ面で発生するＳＰＲを検出する。

ＳＰＲを発生させるための光の入射角（共鳴角）は、エバネッセント波および表面プラズモンが伝播する媒質の屈折率に依存する。言い換えると、媒質の屈折率が変化すれば、ＳＰＲを発生させる共鳴角が変化する。センサ面と接する物質は、エバネッセント波および表面プラズモンを伝播させる媒質となるので、例えば、センサ面において、２種類の分子間の結合や解離などの化学反応が生じると、それが媒質の屈折率の変化として顕れて、共鳴角が変化する。ＳＰＲ測定装置は、この共鳴角の変化を捉えることにより分子間の相互作用を測定する。

生化学分野の実験や研究においては、タンパク質、ＤＮＡ、薬品などが、リガンドやアナライトとして使用される。例えば、薬品のスクリーニングを行う場合には、リガンドとして、タンパク質などの生体物質を使用し、このセンサ面にアナライトとなる複数種類の薬品を接触させて、それらの相互作用を調べる。

下記特許文献１に記載のＳＰＲ測定装置は、金属膜に光を入射させるための光学系として、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置を採用している。Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置では、例えば、透明な誘電体であるガラス基板上に金属膜が形成されたセンサを用い、前記金属膜の光入射面と対向するように前記ガラス基板とプリズムとが接合される。プリズムは、前記光入射面に向けて全反射条件を満足するように照射された光を集光する。センサ面には、リガンドが固定されるとともに、センサ面と対向する位置には、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液を流す流路が配置される。この流路にアナライト溶液を送液して、アナライトとリガンドとを接触させ、そのときの反射光の減衰を検出することによりそれらの相互作用が測定される。

測定を行う際には、まず、流路へバッファが注入されてセンサ面へ送液される。この状態で信号測定が開始される。この後、アナライト溶液が注入される。流路内にあるバッファは、注入されたアナライト溶液によって押し出されて排出口から排出される。そして、所定時間アナライト溶液を流路内に滞留させた後、再度バッファを注入し、信号測定を終了させる。これにより信号のベースラインの検出から、アナライトとリガンドの結合反応から脱離に至るまでの信号検出を行うことができる。

このアナライト溶液の注入の際に、排出口から排出されたバッファをそのままにしておくと、いったん排出されたバッファが排出口から流路内に進入して逆流してしまうおそれがある。バッファの逆流は信号のノイズを引き起こすため、これを防止する対策として、排出口付近に吸引管を配置して、吸引管により排出されたバッファを吸引することが検討されている。
特開平６−１６７４４３号公報

ところが、流路内のアナライト溶液の蒸発を防止するために、排出口は、蓋によって覆われる場合がある。その場合には、蓋に例えばスリットを形成し、そのスリットに吸引管を挿通させることにより、吸引管の先端を、排出口の入り口付近に配置しなければならないが、排出口の入り口付近は蓋によって外部と遮蔽されるので、外気が進入しにくい閉鎖空間となる。このため、前記吸引管による吸引を行うと、この閉鎖空間に負圧が生じ、排出されたバッファばかりでなく、流路内に滞留させるべきアナライト溶液までも吸い込んでしまうという問題が生じる。

本発明は、排液の流路内への逆流と、流路内からの試料溶液の吸い込みを防止することができる全反射減衰を利用した測定装置を提供することを目的とする。

本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体上に形成され一方の面がセンサ面となり、前記センサ面の裏面が光入射面となる薄膜を備えたセンサを用い、このセンサ面と対向して配置された流路へ試料を含む試料溶液を注入して前記センサ面上へ送液し、前記光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させその反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の前記試料の化学反応を測定する全反射減衰を利用した測定装置において、前記流路の排出口から排出された排液が滞留し蓋によって覆われることによって閉鎖空間を構成する液溜部内に先端が配置され、前記排液を吸引する吸引管と、一端が前記液溜部の内部に配置され他端が前記液溜部の外部に配置され、前記吸引の際に液溜部内に外気を採り入れる通気管とを設けたことを特徴とする。

前記蓋にはスリットが形成されており、前記吸引管と前記通気管とは前記スリットを通じて前記液溜部内に挿入される。

本発明の全反射減衰を利用した測定方法は、透明な誘電体上に形成され一方の面がセンサ面となり、前記センサ面の裏面が光入射面となる薄膜を備えたセンサを用い、このセンサ面と対向して配置された流路へ試料を含む試料溶液を注入して前記センサ面上へ送液し、前記光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させその反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の前記試料の化学反応を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、前記流路の排出口から排出した排液を、蓋によって覆われた閉鎖空間である液溜部内に滞留させ、通気管を通じて前記液溜部内に外気を採り入れながら、前記排液を吸引管によって吸引して回収することを特徴とする。

本発明は、全反射減衰を利用した測定に際して、前記流路の排出口から排出した排液を、蓋によって覆われた閉鎖空間である液溜部内に滞留させ、通気管を通じて前記液溜部内に外気を採り入れながら、前記排液を吸引管によって吸引して回収するから、排液の流路内への逆流と、流路内からの試料溶液の吸い込みを防止することができる。

図１に示すように、ＳＰＲを利用した測定方法は、大きく分けて、固定工程と、測定処工程（データ読み取り工程）と、データ解析工程との３つの工程からなる。ＳＰＲ測定装置は、固定工程を行う固定機１０と、測定工程を行う測定機１１と、測定機１１によって得られたデータを解析するデータ解析機からなる。

測定は、ＳＰＲセンサであるセンサユニット１２を用いて行われる。センサユニット１２は、一方の面がＳＰＲが発生するセンサ面１３ａとなる金属膜１３と、このセンサ面１３ａの裏面の光入射面１３ｂと接合されるプリズム１４と、前記センサ面１３ａと対向して配置され、リガンドやアナライトが送液される流路１６が形成された流路部材４１とを備えている。

金属膜１３としては、例えば、金が使用され、その膜厚は、例えば、５００オングストロームである。この膜厚は、金属膜の素材、照射される光の発光波長などに応じて適宜選択される。プリズム１４は、その上面に前記金属膜１３が形成される透明な誘電体であり、光入射面１３ｂに向けて、全反射条件を満たすように照射された光を集光する。流路１６は、略Ｕ字形に屈曲された送液管であり、液体を注入する注入口１６ａと、それを排出する排出口１６ｂとを持っている。流路１６の管径は、例えば、約１ｍｍ程度であり、注入口１６ａと排出口１６ｂの間隔は、例えば、約１０ｍｍ程度である。

また、流路１６の底部は、開放されており、この開放部位はセンサ面１３ａによって覆われて密閉される。これら流路１６とセンサ面１３ａによってセンサセル１７が構成される。

固定工程は、センサ面１３ａにリガンドを固定する工程である。固定工程は、センサユニット１２を固定機１０にセットして行われる。固定機１０には、１対のピペット１９ａ，１９ｂからなるピペット対１９が設けられている。ピペット対１９は、各ピペット１９ａ，１９ｂが、注入口１６ａと排出口１６ｂのそれぞれに挿入される。各ピペット１９ａ，１９ｂは、それぞれが流路１６への液体の注入と、流路１６からの吸い出しを行う機能を備えており、一方が注入動作を行っているときには、他方が吸い出し動作を行うというように、互いに連動する。このピペット対１９を用いて、注入口１６ａから、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１が注入される。

センサ面１３ａのほぼ中央部には、リガンドと結合するリンカー膜２２が形成されている。このリンカー膜２２は、センサユニット１２の製造段階において予め形成される。リンカー膜２２は、リガンドを固定するための固定基となるので、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。

リガンド溶液２１を注入するリガンド固定化処理を行う前に、前処理として、まず、リンカー膜２２に対して、固定用バッファ液を送液してリンカー膜２２を湿らせた後、リンカー膜２２へリガンドが結合しやすくするためにリンカー膜２２の活性化処理が施される。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜２２としてカルボキシメチルデキストランが使用され、リガンド内のアミノ基をこのデキストランに直接共有結合させる。この場合の活性化液としては、Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）とＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）との混合液が使用される。この活性化処理の後、固定用バッファによって流路１６が洗浄される。

固定用バッファや、リガンド溶液２１の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐｈ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンドとして生体物質を使用する場合には、ｐｈを中性付近に調整した生理的食塩水が使用される場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜２２は、カルボキシメチルデキストランにより負（マイナス）に帯電するので、このリンカー膜２２と結合しやすいようにタンパク質を陽（プラス）に帯電させるため、生理的とはいえない高濃度のリン酸塩を含む緩衝作用の強いリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ：phosphatic−buffered，saline）などが使用される場合もある。

こうした活性化処理及び洗浄が行われた後、センサセル１７へリガンド溶液２１が注入されてリガンド固定化処理が行われる。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中で拡散しているリガンド２１ａが徐々にリンカー膜２２へ近づいて、結合する。こうしてセンサ面１３ａにリガンド２１ａが固定される。固定化には、通常、約１時間程度かかり、この間、センサユニット１２は、温度を含む環境条件が所定の条件に設定された状態で、保管される。なお、固定化が進行している間、流路１６内のリガンド溶液２１を静置しておいてもよいが、流路１６内のリガンド溶液２１を攪拌して流動させることが好ましい。こうすることで、リガンドとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。

センサ面１３ａへのリガンド２１ａの固定化が完了すると、前記流路１６からリガンド溶液２１が排出される。リガンド溶液２１は、ピペット１９ｂによって吸い出されて排出される。固定化が完了したセンサ面１３ａは、流路１６へ洗浄液が注入されて洗浄処理が行われる。この洗浄後、必要に応じて、ブロッキング液を流路１６へ注入して、リンカー膜２２のうち、リガンドが結合しなかった反応基を失活させるブロッキング処理が行われる。ブロッキング液としては、例えば、エタノールアミン−ヒドロクロライドが使用される。このブロッキング処理の後、再び流路１６が洗浄される。この後、後述するように、流路１６には、乾燥防止液が注入される。こうして、センサユニット１２は、センサ面１３ａが乾燥防止液に浸された状態で、測定までの間保管される。

測定工程は、センサユニット１２を測定機１１にセットして行われる。測定機１１には、ピペット２６が設けられており、このピペット２６を用いて、注入口１６ａから流路１６への各種の液が吐出されて流路１６への注入が行われる。

測定（データ読み取り）工程では、まず、流路１６へ測定用バッファが注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液２７が所定量注入される。流路１６内の測定用バッファは、アナライト溶液２７によって押し出されて排出される。アナライト溶液２７を流路１６内で所定時間滞留させ、この後、再び測定用バッファが注入される。排出口１６ｂから排出された排液（使用済みのアナライト溶液及び測定用バッファ）は、吸引管３０によって吸引されて回収される。なお、最初に測定用バッファを注入する前に、いったん流路１６の洗浄を行ってもよい。

データの読み取りは、基準となる信号レベルを検出するために、最初に測定用バッファを注入した直後から開始され、アナライト溶液２７の注入後、再び測定用バッファが注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベル（ベースライン）の検出、アナライトとリガンドの反応状況（結合状況）、測定用バッファ注入による結合したアナライトとリガンドの脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。

測定用バッファや、アナライト溶液２７の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐｈ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、アナライトを溶けやすくするために、生理的食塩水にＤＭＳＯ（ジメチル−スルホ−オキシド）を含ませてもよい。このＤＭＳＯは、信号レベルに大きく影響する。上述したとおり測定用バッファは基準レベルの検出に用いられるので、アナライトの溶媒中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を持つ測定用バッファを使用することが好ましい。

なお、アナライト溶液２７は、長期間（例えば、１年）保管されることも多く、そうした場合には、経時変化によって、初期のＤＭＳＯ濃度と測定時のＤＭＳＯ濃度との間に濃度差が生じてしまう場合がある。厳密な測定を行う必要がある場合には、こうした濃度差をアナライト溶液２７を注入したときのｒｅｆ信号レベルから推定し、測定データに対して補正（ＤＭＳＯ濃度補正）が行われる。このＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液２７を注入する前に、ＤＭＳＯ濃度が異なる複数種類の測定用バッファをセンサセル１７に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じた、後述するｒｅｆ信号レベルとａｃｔ信号レベルのそれぞれの変化量を調べることにより求められる。

測定部３１は、照明部３２と検出器３３からなる。上述したとおり、リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（光入射面に対して照射された光の入射角）の変化として顕れるので、照明部３２は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を光入射面１３ｂに対して照射する。照明部３２は、例えば、光源３４と、集光レンズ、拡散板、偏光板を含む光学系３６とからなり、配置位置および設置角度は、照明光の入射角が、上記全反射条件を満足するように調整される。

光源３４としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode），ＬＤ（Laser Diode），ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が使用される。こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から１つのセンサセルに向けて光が照射される。なお、複数のセンサセルを同時に測定するような場合には、単一光源からの光を分光して複数のセンサセルに照射してもよいし、各センサセルに対して発光素子が１つずつ割り当てられるように複数の発光素子を並べて使用してもよい。拡散板は、光源３４からの光を拡散して、発光面内の光量ムラを抑える。偏光板は、照射光のうち、ＳＰＲを生じさせるｐ偏光のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源が発する光線自体の偏光の向きが揃っている場合には、偏光板は不要である。また、偏光が揃っている光源を使用した場合でも、拡散板を通過することにより、偏光の向きが不揃いになってしまう場合には、偏光板を使用して偏光の向きが揃えられる。こうして拡散および偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム１４に照射される。これにより、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光線を光入射面１３ｂに入射させることができる。

検出器３３は、光入射面１３ｂで反射する光を受光して、その光強度に応じたレベルの電気信号を出力する。光入射面１３ｂには、様々な角度で光線が入射するので、光入射面１３ｂでは、それらの光線が、それぞれの入射角に応じて様々な反射角で反射する。検出器３３は、これらの様々な反射角の光線を受光する。センサ面１３ａ上の媒質（表面プラズモンの）に変化が生じると屈折率が変化して、光強度が減衰する反射角（ＳＰＲが発生する共鳴角）も変化する。センサ面１３ａ上にアナライトを送液すると、アナライトとリガンドの反応状況に応じて共鳴角が変化するため、光強度が減衰する反射角も変化する。

検出器３３は、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが使用され、光入射面１３ｂにおいて様々な反射角で反射する反射光を受光し、それらを光電変換してＳＰＲ信号として出力する。リガンドとアナライトの反応状況は、この受光面内における反射光の減衰位置の推移として顕れる。例えば、アナライトがリガンドと接触する前後では、センサ面１３ａ上の屈折率が異なり、ＳＰＲが発生する共鳴角（反射光の減衰位置）が異なる。そして、アナライトがリガンドと接触して反応を開始すると、それに応じて反射光の共鳴角が変化を開始して、前記受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。こうして得た反応状況を表すＳＰＲ信号が、データ解析機に出力される。データ解析工程では、測定機１１で得たＳＰＲ信号を解析して、アナライトの特性を分析する。

なお、測定部３１の構成が明確になるように、便宜的に、図１では、光入射面１３ｂへの入射光線およびそこで反射する反射光線の向きが、流路１６内の液体の流れ方向と平行になるように、照明部３２および検出器３３を配置した形態で示しているが、図２に示すように、本実施形態では、入射光線および反射光線の向きが、前記流れ方向と直交する方向に照射されるように、照明部３２および検出器３３が配置される。もちろん、測定部３１をこの図１に示しているように配置して測定してもよい。

図２は、センサユニット１２の分解斜視図である。センサユニット１２は、流路１６が形成される流路部材４１と、上面に金属膜１３が形成されたプリズム１４と、流路部材４１を、その底面をプリズム１４の上面と接合させた状態で、保持する保持部材４２と、保持部材４２の上方に配置される蓋部材４３とからなる。

流路部材４１には、例えば、３つの流路１６が形成されている。流路部材４１は、長尺状をしており、３つの流路１６は、その長手方向に沿って配列されている。この流路１６は、その底面に接合される金属膜１３とともにセンサセル１７（図１参照）を構成する。そのため、流路部材４１は、金属膜１３との密着性を高めるために、弾性部材、例えば、ゴムや、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）で形成されている。これにより、流路部材４１の底面をプリズム１４の上面に圧接すると、流路部材４１が弾性変形して金属膜１３との接合面の隙間が埋められて、各流路１６の開放された底部がプリズム１４の上面によって水密に覆われる。なお、本例では、流路１６の数が３つの例で説明したが、もちろん、流路１６の数は、３つに限らず、１つまたは２つであってもよいし、４つ以上でもよい。

プリズム１４には、その上面に、蒸着によって金属膜１３が形成される。この金属膜１３は、流路部材４１に形成された複数の流路１６と対向するように短冊状に形成される。さらに、この金属膜１３の上面（センサ面１３ａ）には、各流路１６に対応する部位に、リンカー膜２２が形成される。また、プリズム１４の長手方向の両側面には、保持部材４２の係合部４２ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、流路部材４１が保持部材４２とプリズム１４とによって挟み込まれ、その底面とプリズム１４の上面とが圧接した状態で保持される。こうして、流路部材４１、金属膜１３およびプリズム１４が一体化される。

また、プリズム１４の短辺方向の両端部には、突部１４ｂが設けられている。この突部１４ｂは、複数のセンサユニット１２をホルダに収容する際に、ホルダ内の所定の収納位置に位置決めするためのものである。

保持部材４２の上部には、各流路１６の注入口１６ａに対応する位置に、ピペットの先端が進入する受け入れ口４２ｂが形成されている。受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出される液体が各注入口１６ａへ導かれるように、漏斗形状をしている。また、各流路１６の排出口１６ｂに対応する位置には、流路１６を通過して排出口１６ｂから排出された排液を滞留させることが可能な液溜部４２ｄが形成されている。液溜部４２ｄは、排出口１６ｂから排液を一時的に滞留させることでそれがセンサユニット１２の周辺に飛散してしまうことを防止する。この液溜部４２ｄには、固定時には、ピペット１９ｂが挿入され、測定時には吸引管３０が挿入される。この液溜部４２ｄへ排出された液体は、これらによって吸引されて回収される。

なお、固定工程において、液溜部４２ｄにリガンド溶液を滞留させ、これを流路１６へ逆流させることにより再度センサ面１３ａに送液してもよい。こうすると、流路１６内のリガンド溶液の流動性が高まり固定効率を向上させることができる。

保持部材４２が流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合すると、受け入れ口４２ｂの下面は、注入口１６ａと接合して流路１６の注入口１６ａと接続され、他方、液溜部４２ｄは、排出口１６ｂと接合して排出口１６ｂと接続される。

また、各受け入れ口４２ｂと各液溜部４２ｄの両脇には、円筒形のボス４２ｃが設けられている。これらのボス４２ｃは、蓋部材４３に形成された穴４３ａと嵌合して、蓋部材４３を位置決めするためのものである。蓋部材４３は、受け入れ口４２ｂおよびボス４２ｃに対応する位置に穴が空けられた両面テープ４４によって、保持部材４２の上面に貼り付けられる。

蓋部材４３は、流路１６に通じる受け入れ口４２ｂ及び液溜部４２ｄを覆うことで、流路１６内の液体の蒸発を防止する。蓋部材４３は、弾性部材、例えば、ゴムやプラスチックで形成されており、受け入れ口４２ｂと液溜部４２ｄに対応する位置に、十字形のスリット４３ｂが形成されている。

蓋部材４３は、流路１６内の液体の蒸発を防止するためのものであるから、受け入れ口４２ｂ及び液溜部４２ｄを覆う必要があるが、完全に覆ってしまっては、ピペットや吸引管を挿入することができない。そこで、スリット４３ｂを形成することで、ピペットや吸引管の挿入を可能とするとともに、ピペットや吸引管を挿入していない状態では、受け入れ口４２ｂ及び液溜部４２ｄが塞がれるようにしている。スリット４３ｂは、ピペットや吸引管が押し込まれると、スリット４３ｂの周辺が弾性変形して、スリット４３ｂの口が開いて、ピペットや吸引管を受け入れる。そして、ピペットや吸引管を抜くと、弾性力によってスリット４３ｂが初期状態に復帰して、受け入れ口４２ｂ及び液溜部４２ｄを塞ぐ。ピペットや吸引管が挿入されても、スリット４３ｂは弾性力によって閉じようとするから、受け入れ口４２ｂや液溜部４２ｄは、外気が進入しにくい閉鎖空間となる。これにより、流路１６内の液の蒸発が防止される。

図３は、測定機１１の概略を示す構成図である。測定機１１の各部は、コントローラ６０によって統括的に制御される。ピペット２６は、その内部のピストンを駆動する駆動機構が組み込まれた本体部６１に取り付けられており、コントローラ６０に接続されたピペットドライバ６２によって駆動される。ピペット２６は、上下左右に移動自在に設けられており、この移動はピペット移動機構６３によって行われる。ピペット移動機構６３は、コントローラ６０によって制御される。これにより、複数のセンサセル１７へのアクセスを可能にしている。ピペット２６は、上下方向においては、ピペット２６の先端が注入口１６ａに配置されてセンサ面１３ａへの送液が行われる送液位置と、この送液位置から上方へ移動して退避する退避位置との間で移動する。また、ピペット２６には、取り付け板６４を介して吸引管３０が取り付けられており、吸引管３０がピペット２６の移動に合わせて一緒に移動する。ピペット２６と吸引管３０のこれにより、ピペット２６が送液位置に達すると、吸引管３０の先端も液溜部４２ｄに達する。

フォトセンサ６６は、ピペット２６の退避位置から送液位置への移動を検知するためのものである。フォトセンサ６６としては、例えば、発光面と受光面とが同じ向きに配置され、対象物で反射した反射光を受光面で検出する反射型フォトセンサが使用される。フォトセンサ６６は、例えば、ピペット２６が送液位置まで下降したときに、その本体部６１が光路内に進入する位置に配置されており、本体部６１の進入を検知すると検知信号をコントローラ６０へ送る。コントローラ６０は、この検知信号によりピペット２６が送液位置へ移動したことを検知する。なお、フォトセンサの代わりに発光面と受光面とが対向して配置されるフォトインタラプタを使用してもよい。この場合には、ピペット２６の移動に伴って発光面と受光面の間を通過する遮光板を、例えば本体部６１などに設ける必要がある。

吸引管３０は、ホース６７を介して、電磁弁６８と接続されている。ホース６７は可撓性を有しており、ピペット２６の変位に応じて撓む。電磁弁６８は、チューブ６９を介して排液回収部７１と接続されている。チューブ６９の一端６９ａは、排液回収部７１の入り口７１ａから排液回収部７１内に挿入されている。排液回収部７１には、吸引管３０、ホース６７、チューブ６９を通じて吸引された排液が回収される。排液回収部７１の入り口７１ａには、チューブ７３の一端７３ａが挿入されており、このチューブ７３の他端が吸引ポンプ７４と接続される。排液回収部７１の入り口７１ａは、前記チューブ６９及びチューブ７３以外から外気が進入することがないように封止されており、これにより排液回収部７１内が密閉される。

吸引ポンプ７４としては、例えば、真空エアポンプが使用される。吸引ポンプ７４は、測定機１１のメインスイッチをオンすると、電源７６から給電を受けて動作を開始し、メインスイッチをオフすると動作を停止する。吸引ポンプ７４が動作を開始すると、チューブ７３を通じて排液回収部７１内の空気が吸引される。これにより、排液回収部７１内が負圧になり、吸引管３０が液溜部４２ｄに滞留した液を吸引し、ホース６７、チューブ６９を通じて排液回収部７１に取り込まれる。

電磁弁６８は、ホース６７と接続されるコックＣ１と、チューブ７８と接続されるコックＣ２とが設けられている。電磁弁６８は、バルブドライバ７７によって駆動される。コントローラ６０は、バルブドライバ７７を介して電磁弁６８を制御する。吸引ポンプ７４は、メインスイッチをオンしている間作動しているので、吸引管３０の吸引動作の開始及び停止は、電磁弁６８によって行われる。コックＣ１が開栓されると、吸引管３０とチューブ６９との通路が開かれて吸引動作が開始され、コックＣ１が閉じられると吸引管３０とチューブ６９の通路が遮断されて吸引動作が停止する。しかし、コックＣ１が閉じている間も吸引ポンプ７４は作動しているので、そのままでは、排液回収部７１内の気圧が低下して、回収した液体がチューブ７３に流入してしまう。そこで、コックＣ２を開栓することで、チューブ７８を通じて、チューブ７３の吸気量に見合った外気が排液回収部７１に取り込まれ、排液回収部７１内の気圧が維持される。

このように電磁弁６８により吸引動作の開始を制御を行うようにすると、吸引動作を開始した直後の吸引力を強くすることができる。すなわち、吸引を開始する前に、コックＣ１とコックＣ２の両方を閉じることで排液回収部７１の気圧を低下させておき、その状態で、コックＣ１を開栓して吸引を開始させる。そうすると、吸引ポンプ７４の吸引力に加えて排液回収部７１の負圧による吸引力が作用するため、吸引ポンプ７４の吸引力よりも大きな吸引力が得られる。

吸引管３０による吸引動作の開始及び停止のタイミングは、ピペット２６の吐出動作の開始及び停止のタイミングに応じて決定される。測定時には、流路１６へアナライト溶液２７が注入されるが、この注入時には排出口１６ｂから測定用バッファが排出される。この測定用バッファを液溜部４２ｄに滞留させた状態で放置しておくと、その自重によって流路１６へ逆流してしまう。これはＳＰＲ信号のノイズとなるので、逆流を防止するために、液溜部４２ｄに溢れ出した測定用バッファは直ちに吸引しなければならない。このため、吸引管３０による吸引動作は、ピペット２６の吐出が開始される前に、開始される。

他方、ピペット２６によるアナライト溶液２７の吐出動作が停止した後も吸引が継続されると、流路１６内に滞留させておくべきアナライト溶液２７を吸い込んでしまうので、ピペット２６の吐出動作が停止すると同時に、吸引動作が停止される。

なお、ピペット２６による吐出動作の開始と停止のタイミングに合わせて、吸引動作をオンオフさせているが、吸引動作を継続したまま、吸引力の強さを制御してもよい。すなわち、ピペット２６の吐出が開始される前に、吸引力を強くし、吐出が停止されると同時に吸引力を弱くする。

また、吸引管３０の先端と、排出口１６ｂの間には、所定の間隔、例えば、１ｍｍ程度間隔が空けられている。吸引管３０と排出口１６ｂとを接触させて接続してしまうと、吸引力を弱くしても、流路１６からのアナライト溶液２７の吸い込みを防止することができない。前記間隔を空けることで吸引管３０の吸引力が制限され、流路１６内からのアナライト溶液２７の吸い込みが防止される。

図４に示すように、吸引管３０には通気管８１が取り付けられており、吸引管３０が液溜部４２ｄ内に挿入されるときに、通気管８１の一端も液溜部４２ｄ内に挿入される。この通気管８１の他端は、液溜部４２ｄの外側に配置される。通気管８１は、吸引管３０が吸引を行う際に、液溜部４２ｄ内に外気を採り入れて、液溜部４２ｄ内の気圧を維持して負圧になることを防ぐ。液溜部４２ｄが負圧になると、吸引管３０が排出口１６ｂに溢れ出た排液を吸引するばかりでなく、流路１６内からも液体を吸い上げてしまう。信号測定の際に、流路１６内のアナライト溶液２７の吸い上げが行われると、本来流路１６内に滞留させるべき量が減少するばかりでなく、流路１６内のアナライト溶液２７を流動させることになるので、ノイズの発生をも引き起こすおそれがある。通気管８１を設けたことにより、こうした不具合が解消されるので、測定精度も向上する。

以下、上記構成による作用を説明する。測定を開始する前には、測定用バッファが流路１６へ注入される。この測定用バッファを注入した後、信号測定が開始される。ピペット２６はタンクから未使用のアナライト溶液を吸引して、送液位置に移動する。ピペット２６が送液位置に達すると、吸引管３０及び通気管８１の先端も液溜部４２ｄに到達する。

アナライト溶液２７の送液が開始される前に、コックＣ１が開栓されて吸引管３０の吸引が開始される。そして、この後、ピペット２６がアナライト溶液２７を吐出して流路１６へ送液を開始する。このアナライト溶液２７の注入により、排出口１６ｂから測定用バッファが排出されるが、吸引管３０によって吸引されるので、測定用バッファが流路１６へ逆流することはない。このため、逆流に起因するノイズの発生が防止される。

流路１６へアナライト溶液２７が所定量注入されると、ピペット２６の吐出動作が停止される。同時に、コックＣ１が閉じられて、吸引動作も停止される。このため、流路１６内のアナライト溶液２７が吸引されてしまうことはない。また、吸引している間も、通気管８１から液溜部４２ｄ内に外気が採り入れられるので、液溜部４２ｄ内が維持されて負圧になることはない。このため、排液として回収すべき測定用バッファに加えて、流路１６内のアナライト溶液２７が吸い込まれてしまうことがなくなる。これにより、流路１６内のアナライト溶液２７の流動による信号ノイズの発生が防止されるとともに測定条件の変動（注入量の減少）が防止される。

所定時間が経過した後、流路１６には測定用バッファが注入されて、信号測定が終了する。別のセンサセル１７の測定を行う場合には、ピペット２６が移動して、上述の手順が繰り返される。

上記実施形態では、流路へアナライト溶液を注入する注入手段としてピペットを使用しているが、ピペットでなくてもよく、例えば、ポンプによって注入してもよい。

また、上記実施形態では、試料溶液としてアナライト溶液を使用し、これを流路へ注入して測定を行う例で説明しているが、試料溶液としてリガンド溶液を使用し、これを流路へ注入する際に固定反応を測定する場合もあり、その場合に本発明を適用してもよい。

また、本実施形態では、ＳＰＲセンサを用い、センサ面上にＳＰＲを発生させて、そのときの反射光の減衰を検出するＳＰＲ現象を利用した測定装置を例に説明したが、本発明は、ＳＰＲ現象を利用した測定装置に限らず、全反射減衰を利用した測定装置にも適用することができる。全反射減衰を利用するセンサとしては、ＳＰＲセンサの他に、例えば、漏洩モードセンサが知られている。漏洩モードセンサは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を通過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において弾性表面波（surface acoustic wave，SAW）が生じると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。弾性表面波が生じる入射角は、ＳＰＲの共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応が測定される。

ＳＰＲ測定方法の説明図である。 センサユニットの構成図である。 測定装置の構成図である。 測定手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 固定機
１１ 測定機
１２ センサユニット
１３ 金属膜
１３ａ センサ面
１６ 流路
１６ａ 注入口
１６ｂ 排出口
１７ センサセル
２６ ピペット
２７ アナライト溶液
３０ 吸引管
６８ 電磁弁
７１ 排液回収部
７４ 吸引ポンプ
８１ 通気管

Claims (3)

1. 透明な誘電体上に形成され一方の面がセンサ面となり、前記センサ面の裏面が光入射面となる薄膜を備えたセンサを用い、このセンサ面と対向して配置された流路へ試料を含む試料溶液を注入して前記センサ面上へ送液し、前記光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させその反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の前記試料の化学反応を測定する全反射減衰を利用した測定装置において、
   前記流路の排出口から排出された排液が滞留し蓋によって覆われることによって閉鎖空間を構成する液溜部内に先端が配置され、前記排液を吸引する吸引管と、
   一端が前記液溜部の内部に配置され他端が前記液溜部の外部に配置され、前記吸引の際に液溜部内に外気を採り入れる通気管とを設けたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
2. 前記蓋にはスリットが形成されており、前記吸引管と前記通気管とは前記スリットを通じて前記液溜部内に挿入されることを特徴とする請求項１記載の全反射減衰を利用した測定装置。
3. 透明な誘電体上に形成され一方の面がセンサ面となり、前記センサ面の裏面が光入射面となる薄膜を備えたセンサを用い、このセンサ面と対向して配置された流路へ試料を含む試料溶液を注入して前記センサ面上へ送液し、前記光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させその反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の前記試料の化学反応を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、
   前記流路の排出口から排出した排液を、蓋によって覆われた閉鎖空間である液溜部内に滞留させ、通気管を通じて前記液溜部内に外気を採り入れながら、前記排液を吸引管によって吸引して回収することを特徴とする全反射減衰を利用した測定方法。
   

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