JP2006226972A - 分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 検出した光にバックグラウンド光が含まれていても、分析対象物が発する発光を高精度で検出する。
【解決手段】 分析用基板１には、分析対象物およびバッファを展開している第１セルと、バッファのみを展開している第２セルとが形成されている。光学ピックアップ６２は、第１セルが光ビームｉを照射されたときに発する検出光と、第２セルが光ビームｉを照射されたときに発するバックグラウンド光とを検出する。光量検出回路６５は、検出光の強度を表す検出光信号を生成し、かつ、バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を生成する。光量検出回路６５は、検出光信号からバックグラウンド光信号を減算することによって、検出光の強度から、バックグラウンド光の強度成分を除去する。これにより、検出した光にバックグラウンド光が含まれていても、分析対象物が発する発光を高精度で検出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分析対象物が発する発光を検出することによって、分析対象物を分析する分析装置に関する。

近年、生体試料を分析する技術が著しく発展している。たとえば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質などを分析する装置が、次々と開発されている。その一方で、ＤＮＡ等のアッセイ（分析）を迅速に、効率良く、正確に、かつ、低価格で実施できる装置が求められている。

特許文献１には、光ディスク基板上に試料展開部とトラック溝とを設け、光ディスク装置の技術によって、光ビームを試料に照射しながら、試料を分析する分析装置が開示されている。図１１は、この分析装置に装填される光ディスクの断面を示す図である。

図１１に示すように、光ディスク９０のディスク基板９７には、ＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同様に、トラック溝９９が成型されている。また、反射膜９８も成膜されている。

この光ディスク９０には、トラック溝９９および反射膜９８に加え、試料展開用空間部（試料展開部）９１が、トラックディスクカバー９２によって形成されている。試料展開用空間部９１には、試薬９３が塗布されている。この試薬９３は、試料９６と反応させるためのものである。試料９６として、生体試料（血液や尿）などの液状試料を用いている。

特許文献１の分析装置では、光ディスク９０を回転させることによって、試料９６を分析する。光ディスク９０の回転により遠心力が加わり、試料９６は、光ディスク９０の回転に伴って矢印１０３の方向へ輸送される。この輸送により、試料９６は、試薬９３が塗布されている試料展開用空間部９１に展開される。試料展開用空間部９１において、試薬９３と、試料９６に含まれる検査対象物（試料）とが、反応する。ここでいう「反応」は、酵素反応および免疫反応などの、各種の化学反応を含む意味である。

試料９６は、試薬９３と反応することによって、反応状態に応じて、化学発光や蛍光などの何らかの反応光を発する。これにより、試料９６に、反射光量が変化するなどの、何らかの光学的変化が生じる。

特許文献１の分析装置では、この試料９６が発する反応光を、対物レンズ１０２によって集光させて検出する。具体的には、レーザビーム１００を対物レンズ１０２によってトラック溝９９へ集光させ、そのとき生じる反射光を、対物レンズ１０２によって集光させて検出する。さらに、試料展開用空間部９１における所望の位置（たとえば試薬９６の位置）へ対物レンズ１０２をアクセスさせ、試料９６と試薬９３とが反応する位置において、反応光を適切に検出する。
特開２００３−２４８００６（２００３年（平成１５年）９月５日公開）

しかし、特許文献１の分析装置では、試料９６が発する反応光を高感度で検出できない。

この問題について、一例として、試薬９６が蛍光分子を含む場合を説明する。レーザビーム１００が試料９６および試薬９３に照射されると、照射された部分において、試料９６に含まれる蛍光分子が蛍光を発する。特許文献１の分析装置は、この蛍光を、光ピックアップ内の対物レンズ１０２を通じて検出する。ここで、照射されたレーザビーム１００の一部は、試料９６に到達する前に、反射膜９８によって反射される。特許文献１の分析装置は、この反射光も、対物レンズ１０２を通じて検出する。反射光を蛍光と同時に検出するため、検出される蛍光に、励起光の一部（レーザビームの反射光）が混入する。この反射光は、検出光におけるバックグラウンド光（背景光）となり、検出光をサンプリングした反応光量信号におけるノイズ成分となる。このノイズ成分は、反応光量信号のＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比率）を低下させる。

このように、特許文献１の分析装置では、試料９６が発する反応光を、高感度で検出できない。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、照射した光ビームの反射光などのバックグラウンド光が混入した場合であっても、分析対象物が発する発光を高感度で検出できる分析装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る分析装置は、分析用基板に形成されているセルに光ビームを照射するとともに、前記セルが前記光ビームを照射されることによって発する発光を検出する光ピックアップと、前記光ピックアップが検出した前記発光に基づき、この発光の強度を表す信号を生成する信号生成手段とを備えている分析装置において、前記分析用基板には、分析対象物および参照用試料を展開している第１セルと、前記参照用試料のみを展開している第２セルとが形成されており、前記光ピックアップは、前記第１セルが前記光ビームを照射されたときに発する検出光と、前記第２セルが前記光ビームを照射されたときに発するバックグラウンド光とを検出するものであり、前記信号生成手段は、前記検出光に基づき、前記検出光の強度を表す検出光信号を生成し、かつ、前記バックグラウンド光に基づき、前記バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を生成するものであり、前記検出光信号から前記バックグラウンド光信号を減算する減算手段を備えていることを特徴としている。

上記の構成によると、本装置では、光ピックアップによって照射される光ビームによって、第１セルが検出光を発し、第２セルがバックグラウンド光を発する。ここで、検出光は、分析対象物および参照用試料を展開している第１セルが、光ビームを照射されることによって発する光である。一方、バックグラウンド光は、参照用試料を展開している第１セルが、光ビームを照射されることによって発する光である。すなわち、検出光は、分析対象物由来の反応光と、バックグラウンド光とからなる光である。

本装置では、光ピックアップによって検出された検出光およびバックグラウンド光に基づき、信号生成手段が、検出光信号およびバックグラウンド光信号を生成する。ここで、検出光信号は、検出光の強度を表す信号であり、バックグラウンド光信号は、バックグラウンド光の強度を表す信号である。

上述したように、検出光は、分析対象物由来の反応光と、バックグラウンド光とからなる光である。したがって、検出光信号は、分析対象物由来の反応光の強度と、バックグラウンド光の強度を合算した値を表す信号となる。

ここで、本装置では、減算手段が、検出光の強度を表す検出光信号から、バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を減算する。すなわち、減算手段は、検出光信号から、バックグラウンド光の成分を除去する処理を行う。これにより、求められる信号は、分析対象物が発する反応光の強度を表すことになる。このように、本装置は、検出した光にバックグラウンド光が含まれていても、分析対象物が発する反応光を高感度で検出できる効果を奏する。

また、本発明に係る分析装置では、前記分析用基板には、前記光ビームを前記セルに案内する案内溝が形成されており、前記光学ピックアップに対して、前記分析用基板を前記案内溝方向に相対的に移動させる移動手段と、前記案内溝からの前記光ビームの反射光を検出した信号に基づき、前記案内溝に前記光ビームを追従させるトラッキング手段とをさらに備えていることが好ましい。

上記の構成によると、本装置では、分析用基板が、光学ピックアップに対して案内溝方向に移動し、かつ、光ビームが、案内溝に追従する。これにより、照射された光ビームは、案内溝を通じて所望のセルに誘導される。したがって、特に多数のセルを備えている分析用基板を使用する場合に、所望のセルに正確に光ビームを照射できる効果を奏する。

また、本発明に係る分析装置では、前記光学ピックアップにおいて、前記光ビームの光源は半導体レーザであることが好ましい。

上記の構成によると、本装置では、ＣＤやＤＶＤなどで実現されている、光ビームをパルス化する技術を用いることができる。したがって、光ビームを照射する際の周波数を、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚできる。ここで、従来の装置では、光ビームを照射する際の周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。すなわち、分析装置では、従来の装置に比べて、光ビームをより高速に照射できる。

ここで、光ビームを照射する際の周波数を高くするほど、発光を高速に検出できる。このため、本装置では、発光の寿命が短く従来の装置では分析の対象とすることができない物質も、問題なく分析できる。すなわち、本装置は、従来装置に比べてより広い範囲の物質を分析対象とする効果を奏する。

また、本発明に係る分析装置では、前記分析用基板は円板形状であり、前記移動手段はスピンドルモータであることが好ましい。

上記の構成によると、本装置では、円板形状の分析用基板が、スピンドルモータによって回転される。したがって、この回転により、分析用基板における所望のセルにアクセスして、光ビームを照射できる効果を奏する。

また、本発明に係る分析装置では、前記分析用基板において、前記第１セルと、前記第２セルとは、互い違いに並んで形成されていることが好ましい。

上記の構成によると、隣接している第１セルおよび第２セルに、続けて、光ビームが照射される。これにより、第１セルにおける検出光と、第２セルにおけるバックグラウンド光とを、続けて検出できる。すなわち、検出光とバックグラウンド光とを高速かつ短時間に続けて検出するため、分析対象物の発光をより精度良く検出できる効果を奏する。

また、本発明に係る分析装置では、前記分析用基板において、前記第１セルと、前記第２セルとは、同一セルであることが好ましい。

上記の構成によると、第１セルは、第２セルの機能を兼ねている。これにより、分析装置は、同じセル内において、バックグラウンド光および検出光の両方を検出する。そのため、蛍光の検出精度をさらに向上できる効果を奏する。

以上のように、本発明に係る分析装置は、検出光の強度を表す検出光信号から、バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を減算する減算手段を備えているため、検出した光にバックグラウンド光が含まれていても、分析対象物が発する反応光を高感度で検出できる効果を奏する。

本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。なお、以下では、電気泳動によって試料を分析する分析装置６０を説明する。この分析装置６０では、電気泳動用の泳動路５７が、試料を展開させるセルに相当する。

図２は、本発明の一実施形態に係る分析装置６０において使用する分析用基板１の要部、および、この分析用基板１に光ビームｉ（レーザビーム）を入射させた状態を示す縦断面図である。図２に示す断面は、流路８において試料などを含んでいる溶液を流す方向に垂直な面に相当し、かつ、案内溝５に沿った方向に分析用基板１を切断する面に相当する。

図２に示すように、分析用基板１は、基板１３と、この基板１３の上に順次形成されている反射層３および絶縁層４と、カバー層７と、基板１３とカバー層７とを接着している接着層６とを備えている。

基板１３は、透明材料（プラスチック、ガラス等）によって、形成されており、厚みは０．６ｍｍである。この基板１３は、ディスク形状に形成されていることが好ましい。これにより、光ディスクにおいて確立されている技術を活用できるため、高速に使用でき、かつ安価に構成できる分析用基板１を実現できる。

カバー層７は、基板１３と同じく、プラスチックやガラス等の透明材料を用いて、ディスク形状に形成されている。このカバー層７は、少なくとも下記に示す流路８を密閉する形状であればよい。カバー層７は、０．１ｍｍの厚みに形成されていることが好ましい。分析用基板１においてカバー層７が形成されている側は、図２に示すように、光ビームｉが入射する面に相当する。

基板１３において反射層３等が形成されている側の面には、溝形状の流路溝１４が成型されている。この流路溝１４の両側には、隔離部１２および案内溝１１が成型されている。これにより、流路溝１４は、分析対象物（試料や試薬）、参照用試料（バッファ）などを流す流路８を形成する。流路溝１４の幅および深さは、数μｍ〜数百μｍとすることが好ましい。

基板１３において流路溝１４が形成されている側の面には、光ビームｉを案内する案内溝１１が設けられている。この案内溝１１は、基板１３の表面において、反射層３および絶縁層４の積層後に、その形状が維持されて案内溝５を形成する。案内溝１１は、流路溝１４と重ならない位置に成型されている。換言すると、流路溝１４の形成位置に、案内溝１１は形成されていない。そのため、反射層３および絶縁層４も形成されていない。なお、案内溝１１の深さは数十ｎｍ、幅は１００ｎｍ〜数百ｎｍ、ピッチは数μｍ〜数十μｍとすることが好ましい。

隔離部１２は、基板１３において流路溝１４を形成する側の面において、流路溝１４の側縁部に沿って凸状に形成されている。この隔離部１２は、流路溝１４と案内溝５とを隔離している。この隔離状態は、流路８（流路溝１４）を満たしている溶液が、案内溝５へ漏れることを防止する。

図１１に示す従来例の問題を説明する。図１１に示す従来例では、レーザビームを照射することによって、試料９６および試薬９３は、励起され、化学的または物理的変化を起こす。しかし、このとき生じる発光（化学発光、蛍光等）は、反射膜９８によって遮られる。したがって、発光を、対物レンズ１０２を通じて検出できない。

仮に、発光が、反射膜９８をわずかに透過したとしても、このとき、照射したレーザビーム１００の一部が、手前の反射膜９８によって反射されている。この反射光は、発光に付加される、バックグラウンド光となる。すなわち、図１１に示す従来例では、検出した光に、バックグラウンド光が混入している。これにより、発光を、高感度で検出できない。

一方、図２に示す分析用基板１では、図１１に示す従来例において発生する問題は発生しない。すなわち、以下に説明するように、光ビームｉの反射光を低減できる。

図２に示すように、分析用基板１では、照射した光ビームｉ（パルス化されたレーザビーム）は、光路ａ１，ａ２を通り、対物レンズ１０を介して、分析用基板１に入射する。すなわち、光ビームｉは、案内溝１１や反射層３によって遮られること無く、流路８へ入射する。ここでいう「遮られる」とは、「光ビームｉが、案内溝１１において回折せずに散乱しないこと」を意味する。また、「光ビームｉが、反射層３によって反射されて、試料や試薬に到達し難くなること」も意味する。

照射した光ビームｉが遮られることがないため、分析用基板１では、流路８内の試料および試薬を、十分な光量の光ビームｉによって照射できる。したがって、試料または試薬が光ビームｉによって励起されることによって生ずる発光を、高感度で検出できる。

分析用基板１を成型する手順を以下に説明する。

分析用基板１を成型するためには、まず、反射層３を、流路溝１４を除いて案内溝１１の領域に成膜する。反射層３を、隔離部１２の領域の一部に成膜してもよい。しかし、流路溝１４の領域には成膜しないようにする。反射層３を、少なくとも光ビームｉの波長（たとえば４００ｎｍ）の光を反射する膜として成膜する。この条件を満たすため、反射層３を、アルミニウムや銀などの金属薄膜を用いて成膜すればよい。また、反射層３を、１０〜５０ｎｍの厚みに成膜することが好ましい。なお、反射層３の成膜には、たとえばスパッタ蒸着法を用いればよい。

分析装置６０では、トラッキングサーボにより、光ビームｉを案内溝５へ追従させる。このとき、案内溝５において、光ビームｉは、反射される必要がある。反射層３は、この反射を行わせるためのものである。そこで、反射層３を、既知の反射層として使われている金属薄膜とすればよい。

反射層３の上に、さらに、絶縁層４を、反射層３を覆うように成膜する。これにより、金属製の反射層３に、流路８内の溶液が直接的に触れることを防止できる。なお、絶縁層４の成膜には、ＳｉＮ（窒化ケイ素）やＳｉＯ２（二酸化ケイ素）などの誘電体を使用すればよい。

もし、絶縁層４を反射層３に上に設けないと、流路８を流れる溶液が、反射層３に接触する。この接触により、流路８内に偽電極が形成されたり、流路８内の電場が乱されたりする。このことは、流路８内における良好な電気泳動を阻害する等の問題を引き起こす。

反射層３の上に設けた絶縁層４を、カバー層７に、接着層６を介して接着させる。接着層６は、たとえばＵＶ硬化樹脂を使用して、数μｍ〜数十μｍの厚みに形成する。絶縁層４の表面には、最終的に、案内溝５および隔離部９を形成する。

隔離部９は、接着層６に直接的に接着される。この隔離部９は、流路溝１４を密閉し、かつ、流路溝１４と案内溝５とを隔離する。これにより、隔離部９は、流路８（流路溝１４）を満たしている溶液が案内溝５に漏れること、を防止する。

以下に、本実施形態に係る分析装置６０について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る分析装置６０の構成を詳細に示すブロック図である。この図に示すように、分析装置６０は、光学ピックアップ６２を備えている。この光学ピックアップ６２は、対物レンズ１０、この対物レンズ１０を駆動するアクチュエータ６１、および、光学系部６２ａを含んでいる。この光学系部６２ａは、対物レンズ１０およびアクチュエータ６１以外の、たとえば光源（半導体レーザ）、フォトディテクタ、ビームスプリッタ、およびその他の、光学ピックアップ６２を構成するために必要な手段を備えている。

分析装置６０は、光学ピックアップ６２に加えて、さらに、番地再生回路６４、光量検出回路（信号生成手段、減算手段）６５、サーボ回路（トラッキング手段）６３、メモリ６６、コントローラ６７、およびパルス回路（パルス化手段）、を備えている。

光量検出回路６５は、光学ピックアップ６２によって検出された光学情報に基づき、試料や試薬において生ずる光学的変化（化学発光や蛍光など）の振幅を検出する。この光量検出回路６５には、ローパスフィルタ、積分器、およびＡ／Ｄ変換器の少なくともいずれかが含まれる。これにより、光ビームｉの反射光および迷光が混入している検出光から、分析対象物の反応光を高感度で検出できる。

番地再生回路６４は、光ビームｉが分析ディスク５０を走査することによって、光学ピックアップ６２を通じて検出される信号から、分析ディスク５０に設けられている番地情報記録部５２の位置を読み取る。これにより、光ビームｉが、いずれの分析チップ５５（電気泳動チップ）を横切って、分析ディスク５０を走査したかを読み取る。さらに、泳動路５７に沿ったいずれの位置を光ビームｉが走査したのかを示す、トラックの番地情報を取得する。

分析装置６０は、泳動路８へ、後述するように、パルス化された光ビームｉを照射する。分析装置６０において、光学ピックアップ６２から出射した光ビームｉは、対物レンズ１０によって集光され、分析ディスク５０の案内溝５、または番地情報記録部５２に集光される。案内溝５または番地情報記録部５２からの反射光は、再び、光学ピックアップ６２に戻ってくる。光学ピックアップ６２は、検出信号から、フォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｊ、および光量検出信号ｃを求める。

光学ピックアップ６２から出力されたフォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｊは、サーボ回路６３を介して、アクチュエータ６１にフィードバックされる。これにより、アクチュエータ６１は、フォーカスサーボおよびトラックサーボ処理を行う。

光学ピックアップ６２から出力された光量検出信号ｃは、番地再生回路６４および光量検出回路６５に入力される。番地再生回路６４は、入力された光量検出信号ｃから番地情報ｇを検出し、検出した番地情報ｇを、コントローラ６７および光量検出回路６５に出力する。

コントローラ６７は、番地情報ｇに基づき算出した制御信号ｆを、サーボ回路６３に出力する。入力された制御信号ｆに基づき、サーボ回路６３は、コントロール信号ｅをアクチュエータに出力する。コントロール信号ｅを入力されたアクチュエータ６１は、光学ピックアップ６２を所望の位置に移動させることによって、分析ディスク５０における所望の位置に光ビームｉを照射されるようにする。なお、コントローラ６７は、サーボ回路６３をオンまたはホールド（保持）にする処理も行う。

光量検出回路６５は、番地情報ｇのトラック位置における泳動路５７からの光量検出データｈを出力する。すなわち、光量検出回路６５は、いずれの分析チップ５５の流路８であるかを示す流路識別情報（流路記号など）、トラック識別情報（流路上の位置を示すトラック番号）などの番地情報とともに、光量検出データｈを出力する。なお、光量検出信号ｃのレベルは、分析に用いる試料（試薬）の光学特性に応じて決定される。このため、光量検出回路６５は、たとえば、８ビットの分解能を有するＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）を備え、検出光量をデジタルにサンプリングすることが好ましい。光量検出回路６５が出力した光量検出データｈは、メモリ６６に格納される。メモリ６６に格納された光量検出データｈは、必要に応じて取り出される。

パルス回路６８は、コントローラ６７からの指令に基づき、光学ピックアップ６２が泳動路８に照射する光ビームｉを、パルス化する。パルス化されて照射された光ビームｉは、対物レンズ１０を介して、泳動路８内の分析対象物を励起する。これにより、反応光が発生する。

分析装置６０では、上述した分析用基板１を用いて、泳動路５７に流す溶液に含まれる分析対象物（試料、試薬等）を分析する。そこで、以下に、分析装置６０において、分析用基板１を用いて溶液中の分析対象物を分析する際の、基本原理について説明する。なお、分析装置６０では、ディスク形状の分析用基板１に限らず、他の形状の分析用基板を用いてもよい。

分析装置６０では、光学ピックアップ６２が、分析用基板１に対して、光ビームｉを入射させる。このとき、光学ピックアップ６２は、光ビームｉを、図２においてａ１およびａ２によって示される光路を通り、対物レンズ１０によって集光され、案内溝５と同一平面上において焦点を結ぶように、制御する。

図１に示す分析装置６０では、光ビームｉの波長は４００ｎｍであり、対物レンズ１０の開口数は０．８５である。流路８に照射された光ビームｉは、流路８における接着層６の近傍位置に焦点を結ぶ。焦点を結んだあと、光ビームｉは、発散し、流路８を流れる溶液に照射される。

焦点近傍において、光ビームｉは、１μｍ程度に集光される。したがって、仮に、流路８内の中央において光ビームｉの焦点を結ぶと、溶液内の分析対象物を励起する励起光のエネルギー密度が、高くなりすぎるおそれがある。特に、溶液に蛍光分子が含まれる場合、蛍光分子の濃度が高いと、励起光が蛍光分子に次々と吸収される。そのため、光路上において、励起光が次第に減衰する。このことは、光ビームｉの量子収率（蛍光分子の発光効率）を低下させる原因となる。

また、溶液内の蛍光分子の濃度が高いと、蛍光分子が発する蛍光が、励起光と同様に、周囲の蛍光分子によって吸収される。これにより、蛍光が流路８外に出る前に、蛍光の強度が減衰する。このことも、光ビームｉの量子収率を低下させる原因となる。そこで、これを防止するため、光ビームｉを、ある程度発散させて広げ、流路内８に広く一様に照射することが好ましい。これによって、蛍光分子を効率よく発光させることができる。

しかし、上述したように、案内溝５と同一の平面状に、光ビームｉを集光させると、焦点近傍（流路８におけるカバー層７の近傍）において、光ビームｉは、１μｍに集光される。すなわち、焦点近傍では、光ビームｉのエネルギー密度が高くなっており、分析対象物を加熱する原因となる。上述したように、分析対象物が加熱されると、量子収率の低下するこれにより、反応光の強度が低下し、さらに、反応光の寿命も短くなる。これを防止するため、後述するように、光ビームｉを移動させながら照射し、光ビームｉを一箇所に集光させないようにすることが好ましい。これによって、分析対象物の加熱を最小限に抑えることができる。

以下に、分析装置６０において流路８を電気泳動に使用する例を説明する。流路８を電気泳動に使用する場合、流路８に、試料や試薬を溶かした溶液を流す。この溶液に溶かす試料には、事前に何らかの蛍光分子を化学結合させておく。蛍光分子として、ＡＮＳ（１−アニリノナフタレンー８−スルホン酸）、ピレン、またはＤＮＳ-ＣＩ（ダンシルクロリド）を用いることが好ましい。ＡＮＳを用いると、光ビームｉを照射されることによって蛍光分子が発する蛍光の波長は、５１５ｎｍとなる。ピレンを用いると、蛍光の波長は４８０ｎｍとなる。また、ＤＮＳ-ＣＩ（ダンシルクロリド）を用いると、蛍光の波長は５１０ｎｍとなる。

以下では、波長５１５ｎｍの蛍光を発するＡＮＳを蛍光分子として使用する例を説明する。

まず、試料や試薬などの分析対象物を溶かした分析溶液を、流路８に満たす。溶液が流路８に完全に満たされてから、流路８に、波長４００ｎｍの光ビームｉを照射する。これにより、流路８を満たしている溶液に含まれる、試料に化学結合されているＡＮＳが、光ビームｉによって励起される。その結果、図２に示すように、波長５１５ｎｍの蛍光ａ５が発生する。この蛍光ａ５の一部は、光路ａ６，ａ７を通り、対物レンズ１０へ直接的に向かう。蛍光ａ５の他の一部は、光路ａ８，ａ９を通り、流路溝１４における基板１の面によって一部が反射され、対物レンズ１０へ向かう。蛍光ａ５のその他の一部は、基板１の面によって反射されずに、基板１を透過する。

このように、ＡＮＳが発する蛍光ａ５は、光路ａ６〜ａ９を通って、対物レンズ１０へ向かう。これにより、蛍光ａ５は、対物レンズ１０を通じて光学ピックアップ６２に導かれる。

流路８に照射した光ビームｉのうち、一部（波長４００ｎｍ）は、カバー層７の表面において反射され、対物レンズ１０へ進む。ＡＮＳを励起しなかった光ビームｉ（波長４００ｎｍのうち変化が生じなかった光）の一部は、基板１３の表面において反射される。光ビームｉの残りは、基板１を透過し、光路ａ３およびａ４を通って、流路８から出て行く。

光ビームｉの残りが流路８から出て行くのは、上述したように、流路８内に、金属薄膜による反射層３が設けられていないからである。すなわち、不要な光ビームｉの大部分は、流路溝１４を透過し、光学ピックアップ６２側へほとんど戻らない。これにより、反射した光ビームｉ（励起光）が、蛍光ａ５へ混入することを大幅に防ぐことができる。

ただし、実際には、光ビームｉの反射を無くすことは困難である。すなわち、流路８から対物レンズ１０へは、波長変化を伴った蛍光（波長５１５ｎｍ）と、蛍光を引き起こさなかったわずかな光ビームｉの反射光（４００ｎｍ）とが混ざった光が進入する。すなわち、光学ピックアップ６２が検出する光には、蛍光、および光ビームｉの反射光の両方が含まれている。以後、これら２つの光を合わせた光を、検出光と呼ぶ。

分析用基板１を使用すれば、蛍光へ混入する光ビームｉの反射光の割合を減少できる。しかし、場合によっては、蛍光に混入する光ビームｉの反射光の強度が、蛍光の強度と同程度になることがある。このとき、蛍光に混入する反射光は、検出光におけるバックグラウンド光となる。このバックグランド光は、蛍光検出時における感度低下の原因となる。

ここで、一般に、照射した光ビームｉの一部は、対物レンズから出射されずに、光ピックアップ内において反射および散乱を繰り返し、光ピックアップ内に閉じ込められる。これにより、集積化された光ディスクの光ピックアップにおいて、いわゆる迷光が発生する。迷光は、上述した光ビームｉの反射光と同様に、蛍光に混入する。したがって、光ピックアップ内のフォトディテクタによって、蛍光と同時に検出されてしまう。

すなわち、仮に、光ビームｉの反射光の混入を完全に防いだとしても、迷光が、蛍光に混入する。蛍光に混入した、バックグラウンド光としての迷光は、光ビームｉの反射光と同様に、蛍光検出時における感度低下の原因となる。光ディスクの光学ピックアップを使用する場合、このような、蛍光検出時において迷光が原因となって感度が低下するという、特有の問題が発生する。

分析装置６０では、光ビームｉは、案内溝１１によって所望の泳動路５７へ誘導される。そのため、泳動路５７内において、光ビームｉが照射される。これにより、所望の泳動路５７にアクセスして、蛍光を高感度で検出できる。

分析装置６０では、光ビームｉの光源が半導体レーザであることが好ましい。これにより、ＣＤやＤＶＤなどで実現されている、光ビームｉをパルス化する技術を用いることができる。したがって、光ビームｉを照射する際の周波数Ｔを、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚに高速化できる。従来の装置では、光ビームｉを照射する際の周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。すなわち、分析装置６０では、光ビームｉの照射周波数Ｔを、従来の装置に比べて、大幅に向上できる。

ここで、光ビームｉの照射周波数Ｔを高くするほど、蛍光を高速で検出できる。また、寿命が比較的短く、従来の装置では使用に適さない蛍光分子であっても、分析装置６０では、光ビームｉの周波数を高くしているため、問題なく使用できる。

このように、分析装置６０では、分析対象とする試料に合わせて使用する蛍光材料の自由度を大きく向上させることができる。そのため、分析対象そのものの範囲も、大幅に広げることができる。

図５は、分析用基板１において、光ビームｉの走査により、光ビームｉが流路８を通過して、案内溝５のトラッキング領域に移った状態を示す分析用基板１の縦断面図である。

この図に示すように、光ビームｉは、光路ｂ１およびｂ２を通って、案内溝５に集光される。このとき、光ビームｉは、反射層３によって反射され、同じく光路ｂ１およびｂ２を通って光学ピックアップ６２へ戻る。これにより、光ビームｉは、案内溝５に追従できる。したがって、案内溝５を、流路８の所望の位置を横切るが、流路８には存在しないように、成型しておけばよい。これにより、流路８の所望の位置における試料を分析できる。

後述するように、分析装置６０では、流路８を通過する期間に、トラッキング制御が保持されている。そのため、流路８自体に案内溝５が存在しなくても、流路８を通過する前の案内溝５’から、その延長上にある案内溝５へと連続して、安定したトラッキングが行われる。

図４は、分析用基板１に設けられている流路８および液溜・注入口４１の構造を、断面において示す斜視図である。同図は、図２および図３の断面と同一の断面を含んでいる。また、説明の便宜上、成膜された各層を省略し、一例として電気泳動を行う分析用基板１を示している。

基板１３には、上述した流路溝１４および案内溝５に加えて、液溜・注入口４１が成型されている。この液溜・注入口４１には、電極５１が接続されている。電極５１は、白金やアルミニウムの薄膜などの金属を使用し、スパッタ法などの任意の成膜手法により成膜する。

図４には、基板１３に設けられている、一対の液溜・注入口４１および電極５１を示す。しかし、後述するように、実際には、基板１３に、複数対の液溜・注入口４１および電極５１が設けられている。

液溜・注入口４１に、試料および試薬を含んでいる溶液を注入する。上述したように、流路８内には、金属薄膜による反射層３が設けられていない。そのため、流路８内に偽電極が形成されたり、または、流路８内の電場が弱くなったりすることがない。

金属薄膜である反射膜３を、流路８および液溜・注入口４１には成膜せず、案内溝５の領域に成膜する。これは、電気泳動などにおいて発生する電界を乱さないようにするためである。これにより、流路８への光ビームｉの入射側面には、案内溝５および反射膜３が設けられない。そのため、光ビームｉは、流路８において遮られたり散乱されたりすることが無い。換言すれば、光ビームｉは、流路８内の溶液に、最大限に照射される。この結果、光ビームｉによって励起された試料が発する発光（化学発光や蛍光）も、流路８において遮られること無く、光学ピックアップ６２へ導かれる。

なお、照射する光ビームｉの波長や、対物レンズ１０の開口数に応じて、案内溝５の幅を適切な値に設定すればよい。たとえば、分析用基板１を使用する分析装置６０では、上述したように、光源から照射される光ビームｉの波長は、４００ｎｍである。また、光学ピックアップ６２内の対物レンズ１０の開口数は、０．８５である。この場合、集光された光スポットの径は、約５００ｎｍとなる。そのため、案内溝５の幅を、１００〜４００ｎｍに設計することが好ましい。

一般に、通常の光ディスクにおける案内溝のピッチは、３００ｎｍ〜１μｍである。これは、ピッチを出来るだけ短くして、高密度記録を行うためである。しかし、分析ディスク５０では、電気泳動などの分析を行うため、このような精細なピッチは必要ない。すなわち、分析ディスク５０における案内溝５のピッチは、数μｍ〜数十μｍとすることが好ましい。これは、分析対象物の分解能に依存するため、案内溝５のピッチを、通常の光ディスクに設けられる案内溝５のピッチに比べて、より大きくすることが好ましいからである。この値は、通常の光ディスクにおける案内溝のピッチの値の、約１０倍〜１００倍となる。

案内溝５は、通常のＣＤおよびＤＶＤと同様に、基板１３上において、スパイラル状態に形成されている。そのため、分析ディスク５０は、１回転すると、案内溝５のピッチに相当する量だけ離れた、流路８に沿った位置に戻ってくる。これによって、１回転毎に、光ビームｉが、流路８に沿って順次、移動する。そのため、光ビームｉは、流路８の全体を走査できる。

分析対象物の検出分解能は、分析対象物を走査する案内溝５のピッチに等しくなる。そのため、案内溝５のピッチを大きくするほど、分解能が低下する。しかし、電気泳動などの分離されたバンド幅（１０μｍ〜１００μｍ）と同等のピッチであれば、実用上、分解能は低下しない。それどころか、分析ディスク５０の１回転当たりの光ビームｉの移動量が大きくなるため、分析対象物をより高速で走査できる。そのため、案内溝５のピッチを、５μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。このとき、光ビームｉの走査速度は、１０倍〜１００倍に向上する。

図５は、分析用基板１を用いてディスク形状に形成されている分析ディスク５０の構成を示す平面図である。この分析ディスク５０を用いれば、電気泳動による試料分析を行うことができる。

分析ディスク５０には、図５に示すように、中心穴５３および切欠き部５４が設けられている。中心穴５３を通じて、分析ディスク５０を、分析装置６０のターンテーブルの中心に固定する。切欠き部５４によって、分析ディスク５０の回転角度を固定する。

分析ディスク５０には、電気泳動を行うために必要な分析チップ５５ａおよび５５ｃが搭載されている。分析チップ５５ａには流路５５ｂが隣接され、分析チップ５５ｃには流路５５ｄが隣接されている。分析チップ５５ａおよび５５ｃは、検出光およびバックグラウンド光を検出するために用いる第１セルである。流路５５ｂおよび５５ｄは、バックグラウンド光を検出するために用いる第２セルである。

以下に、分析チップ５５ａおよび流路５５ｂを例に挙げて説明する。分析チップ５５ａは、泳動路５７、４個の液溜・注入口４１ａ〜４１ｄ、および４個の電極（電源接続配線）５１ａ〜５１ｄを備えている。泳動路５７は、十文字に形成されており、流路８に相当する。液溜・注入口４１ａ〜４１ｄは、泳動路５７の端部に設けられ、液溜・注入口４１に相当する。電極（電源接続配線）５１ａ〜５１ｄは、液溜・注入口４１ａ〜４１ｄに接続され、電極５１に相当する。

分析チップ５５ａの構造は、電極５１ａ〜５１ｄを除けば、一般に使われている分析チップの構造と同等である。この構造は、たとえば、特開２００３−６６００３公報（平成１５年３月５日公開）において、試料の分析例と共に開示されている。

泳動路５７は、第１泳動路５７ａおよび第２泳動路５７ｂからなる。第１泳動路５７ａは、分析ディスク５０の径方向に延長する。第２泳動路５７ｂは、第１泳動路５７ａに直交する方向に延長する。このように、第１泳動路５７ａおよび第２泳動路５７ｂは、分析ディスク５０において、十字形をなすように配置されている。

各液溜・注入口４１ａ〜４１ｄは、２個の泳動路５７の各端部において、連続して接続されるように、各１個が配置されている。照射時間が、具体的には、第１泳動路５７ａの一端部には液溜４１ｂが、他端部には４１ｄが配置されている。また、第２泳動路５７ｂの一端部には液溜４１ａが、他端部には４１ｃが配置されている。

泳動路５７の幅および深さは、数μｍ〜数百μｍである。液溜・注入口４１ａ〜４１ｄの直径は、数百μｍ〜数ｍｍである。このような、幅が非常に細い泳動路５７は、一般に、マイクロキャピラリと呼ばれている。泳動路５７は、上述したように、カバー層７によって密閉されている。液溜・注入口４１ａ〜４１ｄには、試料や試薬などを含む溶液が注入される。そのため、液溜・注入口４１ａ〜４１ｄは、分析ディスク５０の表面に露出している。

本実施形態では、電極５１ａ〜５１ｄは、分析ディスク５０の最内周部に引き出されて形成されている。これらの電極端部には、分析装置６０から、コネクタを介して、電気泳動用の電源が供給される。

具体的には、液溜・注入口４１ａには電極５１ａが、液溜・注入口４１ｂには電極５１ｂが、液溜・注入口４１ｃには電極５１ｃが、液溜・注入口４１ｄには電極５１ｄが、それぞれ、接続されている。電極５１ａ〜５１ｄは、白金やアルミニウムなどの金属薄膜を、スパッタによって成膜して形成する。なお、本実施形態では、分析チップ５５ａを、電気泳動用のものとして説明している。これに加えて、分析チップ５５ａでは、インキュベーションやカラムクロマトグラフィーなどを行ってもよい。

分析ディスク５０を用いた分析プロセス（電気泳動プロセス）では、液溜・注入口４１ａ〜４１ｄに、バッファ溶液を注入する。次に、サンプル溶液（たとえばＤＮＡ断片溶液）を、液溜・注入口４１ａに注入する。その後、電極５１ｃを、プラス電圧電源（数十〜数百ボルト）に接続する。また、電極５１ａを、グラウンド（アース）に接続する。

このとき、電極５１ｂおよび電極５１ｄを開放しておく。これにより、液溜・注入口４１ｃに、プラス電圧（数十〜数百ボルト）が印加される。一方、液溜・注入口４１ａには、電圧は印加されない。ここで、注入したサンプル（ＤＮＡ断片）は、マイナスに帯電されている。したがって、注入したサンプルは、泳動路５７（マイクロキャピラリ）の中を、液溜・注入口４１ａ（マイナス電極）から液溜・注入口４１ｃ（プラス電極）へ向かって、泳動する。

サンプル溶液に含まれるサンプルが、泳動路５７における十文字の交点に到達したときに、液溜・注入口４１ａ，４１ｃを、電気的に開放する。その一方で、電極５１ｄをプラス電圧電源（数十〜数キロボルト）に接続する。また、電極５１ｂを、グラウンドに接続する。これにより、電気泳動用の電極は、電極５１ａ，５１ｃから、電極５１ｂ，５１ｄへと切り替わる。

この結果、液溜・注入口４１ｄに、プラス電圧（数十〜数キロボルト）が印加される。また、液溜・注入口４１ｂには、電圧は印加されない。これにより、注入したサンプルは、泳動路５７の中を、液溜・注入口４１ｂから、液溜・注入口４１ｄへ向かって泳動する。

なお、このような、マイクロキャピラリを用いた電気泳動分析の原理は、一般に良く知られている。そのため、これ以上の詳細な説明を省略する。

図３に示すように、電極５１ａ〜５１ｄは、分析ディスク５０において、光ビームｉの入射面に反対する面に形成されている。この構成により、照射した光ビームｉは、電極５１ａ〜５１ｄによって遮られることがない。したがって、蛍光検出時における感度を、高く保つことができる。また、案内溝５におけるトラッキングを乱すことも無い。さらに、電極５１ａ〜５１ｄの配線の自由度が増すため、分析ディスク５０をより容易に製造できる。また、電極５１ａ〜５１ｄを配線するために必要な面積を、十分に広く取ることができる。これにより、配線の抵抗値を低く押さえ、電源電圧を効率的に供給できる。

分析ディスク５０には、他に、案内溝５と、番地情報を記録した番地情報記録部５２とが設けられている。案内溝５および番地情報記録部５２があるため、複数の泳動路５７のうちの所望の泳動路５７に、光ビームｉを選択的に照射できる。すなわち、泳動路５７における第１泳動路５７ａに沿った所望の位置を、光ビームｉによってアクセスし、かつトラッキングしながら、検出対象を検出（分析）できる。

具体的に説明すると、分析ディスク５０には、分析チップ５５ａおよび５５ｃが、それぞれ、互いに１８０度の角度をおいて設けられている。また、分析チップ５５ａおよび５５ｃには、それぞれ、流路５５ｂおよび５５ｄが、隣接して設けられている。さらに、これらの間には、分析ディスク５０の径方向に並ぶ、多数の案内溝５が形成されている。これらの案内溝５における中途位置には、番地情報記録部５２が設けられている。したがって、照射された光ビームｉは、１つのトラック（案内溝５）内を、案内溝５のトラッキング領域、番地情報記録部５２、流路５５ｂ（第２セル）、案内溝５のトラッキング領域、分析チップ５５ａの第１泳動路５７ａ（第１セル）、案内溝５のトラッキング領域の順に、繰り返し走査する。

また、分析ディスク５０は、上述したように、ディスク形状である。この分析ディスク５０は、後述するスピンドルモータ７４によって回転する。分析ディスク５０の回転によって、光ビームｉを案内溝５に沿って走査し、目標の泳動路５７へ高速にアクセスする。また、泳動路５７内を移動させながら、光ビームｉを照射する。さらに、光ビームｉを、泳動路５７に沿った異なる位置に移動させながら、照射できる。

分析用基板１は、ＣＤまたはＤＶＤと同様のディスク形状であることが好ましい。このようにすれば、分析装置６０を構成する部品（光学ピックアップ６２、スピンドルモータ７４等）の大半を、広く流通している既成品を使用し、低価格で構成することができる。したがって、分析装置６０を、一般家庭に普及できる。

図６は、分析ディスク５０を設置して回転させるターンテーブル８１の回転機構（移動手段）７２、およびディスク押さえ７１を示す斜視図である。同図では、ディスク押さえ７１の上下を逆転させて記載している。これにより、ディスク押さえ７１に形成されている接点（中継接続配線）７７ａ〜７７ｄを、明示している。

回転機構７２は、ターンテーブル８１、回転軸７３、スピンドルモータ７４（移動手段）、ディスク中心出し部７８、および回転角度固定具７９を備えている。ターンテーブル８１には、分析ディスク５０を設置する。このとき、分析ディスク５０の中心穴５３を、ターンテーブル８１のディスク中心出し部７８に嵌め込ませる。

すなわち、分析ディスク５０の中心穴５３に、ディスク中心出し部７８が入る。また、切欠き部５４に、回転角度固定具７９が入る。これによって、分析ディスク５０において、回転中心とターンテーブル８１に対する回転方向の角度が、固定される。このため、分析ディスク５０の電極５１ａ〜５１ｄと、ディスク押さえ７１の接点７７ａ〜７７ｄとが、互いにずれることなく接続される。したがって、ターンテーブル８１に対する分析ディスク５０の回転が、回転角度固定具７９によって阻止される。

ディスク中心出し部７８は、ターンテーブル８１において、凸状に設けられている。このディスク中心出し部７８の周囲には、接点８０ａ〜８０ｄが設けられている。接点８０ａ〜８０ｄは、ディスク押さえ７１の接点７７ａ〜７７ｄに接続される。

分析ディスク５０をターンテーブル８１に設置すると、分析ディスク５０に、固定用のディスク押さえ（スピンドルキャップ）７１が配される。このディスク押さえ７１は、分析ディスク５０をターンテーブル８１に固定する。このとき、ディスク押さえ７１は、一般に良く知られているように、分析ディスク５０に対して上部から加える圧力、または磁気力を利用する。

ディスク押さえ７１には、接点７７ａ〜７７ｄが設けられている。これらの各接点７７ａ〜７７ｄは、ディスク押さえ７１の下面から、中心穴７５の内面に向かって延びている。また、分析ディスク５０の各電極５１ａ〜５１ｄ、およびターンテーブル８１の各接点８０ａ〜８０ｄに、対応する。

接点７７ａ〜７７ｄにおけるディスク押さえ７１の下面部分は、分析ディスク５０の電極５１ａ〜５１ｄに接触する、第１接触部７７ａ１〜７７ｄ１である。中心穴７５の内面に延長する部分は、ターンテーブル８１のディスク中心出し部７８における接点８０ａ〜８０ｄに接触する第２接触部７７ａ２〜７７ｄ２である。

ディスク押さえ７１の接点７７ａ〜７７ｄは、第１接触部７７ａ１〜７７ｄ１、および第２接触部７７ａ２〜７７ｄ２を備えている。分析ディスク５０にディスク押さえ７１が配されると、分析ディスク５０の電極５１ａ〜５１ｄは、第１接触部７７ａ１〜７７ｄ１接続される。また、ターンテーブル８１の接点８０ａ〜８０ｄは、第２接触部７７ａ２〜７７ｄ２に接続される。

この接続により、分析ディスク５０の各分析チップ５５へ、ターンテーブル８１および回転軸７３を介して、電力が供給される。これにより、分析ディスク５０を回転させながら、分析チップ５５ａにおいて電気泳動を行うことができる。すなわち、電気泳動を行いながら、分析ディスク５０を高速に回転させる。これにより、光ビームｉを照射することによって、分析対象物が発する発光を、高速に検出（分析）できる。

以下に、分析装置６０において、分析ディスク５０を用いて分析対象物を分析する例を説明する。

分析装置６０では、分析チップ５５ａの第１泳動路５７ａに、バッファおよび分析対象物（試薬、試料）を挿入する。分析チップ５５ｃにおいても、同様にする。このとき、分析対象物に、予め蛍光分子を結合させておく。蛍光分子として、たとえば上述したＡＮＳを使用する。一方、流路５５ｂおよび５５ｄには、バッファのみを挿入し、分析対象物を挿入しない。

このようにして、光学ピックアップ６２を通じて、分析ディスク５０を、光ビームｉによって走査する。すなわち、流路５５ｂ、分析チップ５５ａ（第１泳動路５７ａ）、流路５５ｄ、および分析チップ５５ｃ（第１泳動路５７ａ）の順に、光ビームｉを照射する。このとき、１ｎｓ〜１０μｓのパルス幅の光ビームｉを照射する。なお、光ディスクのピックアップを使用すると、このパルスの幅は容易に得られる。

同時に、分析装置６０において、上述した電気泳動を行う。これにより、分析対象物の分子量に応じたバンド構造が、第１泳動路５７ａに現れる。このバンド構造には、ＡＮＳ等の蛍光分子が含まれる。したがって、第１泳動路５７ａに光ビームｉを照射すると、光ビームｉを照射されたバンド構造が蛍光を発する。すなわち、励起された蛍光分子から、蛍光強度Ｓ１の蛍光が発せられる。

図７は、照射する光ビームｉの強度（励起光強度）と、光ビームｉが照射されることによって発生する発光の強度の関係を、時系列に説明する図である。図７に示す例では、同一強度、同一照射時間にパルス化した光ビームｉを、時刻ｔ１〜４において照射する。これにより、時刻ｔ１〜ｔ４において、発光が生ずる。これらの発光を、図７に示す検出タイミングにおいてサンプリングする。

具体的には、まず、時刻ｔ１において、流路５５ｂに光ビームｉを照射する。上述したように、流路５５ｂには、バッファのみが展開されている。そのため、流路５５ｂは、光ビームｉを照射されることによって、上述したバックグラウンド光を発する。このバックグラウンド光には、上述した光学系（光学ピックアップ６２）の迷光や、光ビームｉが分析用基板１の表面で反射したり散乱したりした光の一部を含んでいる。

分析装置６０では、このバックグラウンド光を、光学ピックアップ６２が検出する。光学ピックアップ６２が検出したバックグラウンド光に基づき、光検出回路６５が、バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を生成する。すなわち、流路５５ｂ（第２セル）に光ビームｉを照射することによって検出される光の強度は、バックグラウンド光強度Ｓ２と等しい。

次に、時刻ｔ２において、分析チップ５５ａに光ビームｉを照射する。上述したように、分析チップ５５ａには、バッファおよび分析対象物が展開されている。この分析チップ５５ａは、分析対象物が展開されていることを除き、基本的に、その光学的特性が、上述した流路５５ｂと同一である。そのため、光ビームｉを照射されることによって、流路５５ｂと同一強度のバックグラウンド光を発する。加えて、分析チップ５５ａに照射した光ビームｉは、分析対象物に結合している蛍光分子を励起する。これにより、蛍光分子は蛍光を発する。すなわち、分析チップ５５ａでは、蛍光分子が発する蛍光、および、バックグラウンド光が発生する。

分析装置６０では、この蛍光およびバックグラウンド光を検出光として、光学ピックアップ６２が検出する。光学ピックアップ６２が検出した検出光に基づき、光検出回路６５が、検出光の強度を表す検出光信号を生成する。すなわち、分析チップ５５ａ（第１泳動路５７ａ、第１セル）に光ビームｉを照射することによって検出される光の強度は、蛍光強度Ｓ１およびバックグラウンド光強度Ｓ２の和（Ｓ１＋Ｓ２）と等しい。

光量検出回路６５は、時刻ｔ２において検出した光の強度（Ｓ１＋Ｓ２）を表す信号から、時刻ｔ１において検出した光の強度（Ｓ２）を表す信号を減算する。これにより、検出データｈを生成し、メモリ６６に記憶する。すなわち、光量検出回路６５は、第１泳動路５７ａ（第１セル）が発する光の強度を表す検出光信号から、流路５５ｂ（第２セル）が発する光の強度を表すバックグラウンド光信号を減算する。これにより、検出光の強度の差ΔＳは、蛍光の強度Ｓ１と同一となる（ΔＳ＝（Ｓ１＋Ｓ２）−Ｓ２）＝Ｓ１）。

このように、光量検出回路６５は、蛍光の強度を表す信号から、バックグラウンド光成分を除去する。これにより、光量検出回路６５が算出した信号は、蛍光の強度のみを表す信号となる。したがって、分析装置６０では、蛍光成分のみを、精度良く検出できる。

分析装置６０では、時刻ｔ１およびｔ２において行う光の検出を、同様に、時刻ｔ３およびｔ４においても行う。そして、光量検出回路６５が、時刻ｔ４において検出した光の強度を表す信号から、時刻ｔ３において検出した光の強度を表す信号を減算する。このようして、蛍光の強度のみを表す信号を、別途、算出する。分析装置６０では、このような、異なる時間において算出した、蛍光強度Ｓ１を表す複数の信号を、平均化してもよい。これにより、ノイズ成分を低減し、蛍光の強度をより精度よく検出できる。

なお、図７では、説明の便宜上、時刻ｔ１〜ｔ４における検出のみを示した。しかし、分析装置６０では、光ビームｉの照射回数と、これに対応した検出光のサンプリング回数とを、さらに増やしてもよい。すなわち、光ビームｉの照射時間と間隔とを短くし、短時間に多くの発光を検出する。これにより、より一層、蛍光検出の精度を向上できる。

図８（ａ）は、案内溝５に沿った延長領域において光ビームｉが走査する領域の種類を時系列で示す図である。図８（ｂ）は、照射される光ビームｉの光量を概略的に示す波形図である。図８（ｃ）は、分析装置６０において処理される制御信号ｆの波形を概略的に示す波形図である。図８（ｄ）は、同じく光量検出信号ｃの波形を概略的に示す波形図である。図８（ｅ）は、同じく光量検出データｈの波形を概略的に示す波形図である。

分析ディスク５０が、図５に示す矢印Ｙ方向に回転している状態において、図２に示す光ビームｉは、案内溝５のいずれかを走査する際、図８（ａ）に示すように、まず、案内溝５のトラッキング領域を通過する。その後、光ビームｉは、順次、番地情報領域、流路領域、トラッキング領域、泳動路領域、トラッキング領域へと移動していく。

光ビームｉは、最初のトラッキング領域においては、案内溝５をトラッキングするのみである。そのため、図８（ｂ）に示すように、光ビームｉの強度を、弱い一定レベルとする。具体的には、照射パワーを０．２〜１ｍＷとする。また、図８（ｃ）に示すように、制御信号ｆをハイレベルとし、サーボをオンにする。このとき、光量検出信号ｃは、図８（ｄ）に示すように、一定レベルとなる。すなわち、光量検出信号ｃは、反射膜３からの反射強度レベルを示す。この反射強度レベルは、反射率に基づき予知できる。

続いて、光ビームｉが番地情報領域に移動したとき、上記のトラッキング領域と同じように、光ビームｉの強度を、弱い一定レベルに保つ（図８（ｂ））。同時に、制御信号ｆもハイレベルのままとし、サーボもオンにしておく（図８（ｃ））。この場合、番地情報記録部（凹凸のピットの断続）５２によって光ビームｉが回折するため、光量検出信号ｃには、番地情報が現れる（図８（ｄ））。ピットにおける回折の有無によって、信号の振幅が低下したり、元に回復したりする。このような回折による信号振幅の低下量も、容易に予知できる。

次に、光ビームｉがトラッキング領域に再び移動したとき、光ビームｉの強度を、弱い一定レベルに保つ（図８（ｂ））。同時に、制御信号ｆもハイレベルに維持し、サーボもオンにしておく（図８（ｃ））。この場合、光量検出信号ｃは一定レベル、すなわち、反射膜３からの反射強度レベルとなる（図８（ｄ））。

次に、光ビームｉが流路領域（流路５５ｂ、流路５５ｄ）に移動すると、光ビームｉの強度を、パルス状に上昇させる（図８（ｂ））。具体的には、光ビームｉのピーク値を上げ、たとえば、光ビームｉの照射強度を１〜３ｍＷとする。制御信号ｆをローレベルとし、サーボをホールド（保持）する（図８（ｃ））。この場合、流路８にパルス化された光ビームｉが集光される。そのため、光量検出信号ｃには、バックグラウンド光の強度に対応した電圧波形が生じる（図８（ｄ））。このとき、上述した光量検出回路６５が有するＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）が、この電圧をサンプリングし、バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を生成する。

次に、光ビームｉがトラッキング領域に再び移動したとき、光ビームｉの強度を、弱い一定レベルに保つ（図８（ｂ））。同時に、制御信号ｆもハイレベルに維持し、サーボもオンにしておく（図８（ｃ））。

次に、光ビームｉが泳動路領域（分析チップ５５ａ、分析チップ５５ｃ）に移動すると、光ビームｉの強度を、パルス状に上昇させる（図８（ｂ））。具体的には、光ビームｉのピーク値を上げ、強い蛍光が生じるようにする。このとき、光ビームｉの照射強度を１〜３ｍＷとする。制御信号ｆをローレベルとし、サーボをホールド（保持）する（図８（ｃ））。この場合、流路８にパルス化された光ビームｉが集光される。そのため、光量検出信号ｃには、図７において示した、蛍光強度およびバックグランド光強度の和に対応した電圧波形が生じる（図８（ｄ））。このとき、上述した光量検出回路６５が有するＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）が、この電圧をサンプリングし、検出光の強度を表す検出光信号を生成する。そして、光量検出回路６５は、検出光信号からバックグラウンド光信号を減算することによって、検出データｈを生成する。したがって、図８（ｅ）に示すように、蛍光強度を表す検出データｈが生成される。

以下に、泳動路５７において照射する光ビームｉの数について説明する。上述したように、泳動路５７の幅ｗは数μｍ〜数百μｍであるが、以下では、１００μｍの例を説明する。ディスク形状の分析用基板１のサイズを、ＣＤまたはＤＶＤと同一のサイズ（半径６０ｍｍ）とする。また、放射状に伸びる泳動路５７における光ビームｉの照射領域ｒを、３０〜５０ｍｍとする。さらに、ディスクの回転周波数ｆを３０Ｈｚ（１８００ｒｐｍ）とする。

ここで、泳動路５７を光ビームｉが通過する時間ｔは、ｔ＝ｗ／（２πｒｆ）となるから、上述した条件では、ｔ＝１１μｓ〜１８μｓである。したがって、パルスの周波数が１ＭＨｚであれば、通過時間内に、約１０〜１８発の光ビームｉを移動しながら照射できる。また、周波数が１００ＭＨｚであれば、約１０００〜１８００発の光ビームｉを照射できる。光ビームｉの照射回数を多くするほど、蛍光の検出回数を多くできる。したがって、蛍光をより高感度で検出できる。

続いて、光ビームｉが再びトラッキング領域に移動したとき、光ビームｉの強度を、再び弱い一定レベルとする（図８（ｂ））。同時に、制御信号ｆをハイレベルとし、サーボをオンにする（図８（ｃ））。この場合、光量検出信号ｃ（図８（ｄ））は、元の上記一定レベルとなる。

なお、光ビームｉが泳動路５７を横切る時間が、サーボ制御を乱さないほど十分に短ければ、光ビームｉは、サーボ帯域よりも高い周波数で横切る。したがって、安定してトラッキングサーボを行うことができる。この場合、上記のようにサーボのオンまたはホールドの切り替えは必要ない。しかし、光量検出データｈのサンプリングのみは必要となる。

このように、分析装置６０では、案内溝５が泳動路５７（流路８）によって途切れると、光ビームｉの追従を保持するトラッキング制御が行われる。これにより、泳動路５７（流路８）を通過する前におけるトラッキング状態を、泳動路５７（流路８）の通過後に維持できる。このため、泳動路５７（流路８）によってトラッキングサーボが乱されることがない。そのため、光ビームｉを、泳動路５７（流路８）における所望の位置に、安定してアクセスできる。

分析装置６０では、光量検出回路６５に備えられるＡ／Ｄ変換回路が、各光ビームｉを照射した直後に発生する各蛍光をサンプリングする。これにより、図８（ｅ）において実線で示す、光量検出データｈを取得できる。ここで、光ビームｉの照射期間が蛍光の寿命に比べて十分短いとき、光ビームｉの照射ごとに蛍光をサンプリングする必要はない。すなわち、信号をローパスフィルタや積分器によって平滑化するのみで、蛍光検出の際のＳ／Ｎ比を向上できる。なお、上述したＡ／Ｄ変換器の代わりに、サンプルホールド回路を使用してもよい。

上述したように、分析装置６０では、蛍光分子が発する蛍光の寿命よりも短い、パルス化された光ビームｉを照射する。これによって、光ビームｉの照射期間を、光ビームｉの照射後に生じる蛍光の持続時間に比べて、短くできる。したがって、検出される検出光に含まれる光ビームｉの反射光の割合を低減させ、蛍光の割合を増加させることができる。しかも、光ビームｉは、案内溝５によって所望の泳動路５７へ誘導されるため、所望の泳動路５７にアクセスして、蛍光を高感度で検出できる。

また、分析装置６０では、光量検出回路６５が、光ビームｉの照射を停止している期間において、検出光をサンプリングする。すなわち、検出光を、光ビームｉの照射期間には検出せず、光ビームｉの休止期間において検出する。これにより、検出光の大部分を蛍光が占めるため、同様に、蛍光を高感度で検出できる。

この場合、蛍光の寿命に比べて、光ビームｉの照射期間を十分に短くする必要はない。すなわち、光ビームｉの休止期間において、検出光をサンプリングするのみでよい。しかし、光ビームｉの照射期間を短くして、光ビームｉの照射周期、および発光のサンプリング周期を、出来るだけ短くすることが好ましい。これにより、サンプリング回数を増やして、Ｓ／Ｎ比を向上できる。

また、泳動路５７（セル内）を移動させながら光ビームｉを照射するため、１パルスごとに、泳動路５７内の異なる位置に光ビームｉを照射する。これにより、光ビームｉを分散して照射するため、光ビームｉの照射位置における熱の発生を、最小限に抑えることができる。もし、温度が上昇すると、量子収率の低下によって蛍光強度が低下し、また、蛍光の寿命が短くなる。しかし、このようにして、発熱を抑えれば、蛍光の強度を上げ、かつ、その寿命を長くできる。したがって、蛍光検出時における感度の向上を維持できる。

図５の分析用基板１は、バックグラウンド光のみを検出するための流路５５ｂおよび５５ｄを備えている。これに限らず、これらの流路５５ｂおよび５５ｄを備えていない、分析用基板１’においても、バックグラウンド光のみを検出できる。この例を、図９を参照して説明する。

図９は、本発明の分析装置６０において使用可能な他の形態の分析用基板１’の構造を示す図である。この図に示す分析用基板１’には、分析チップ５５ａおよび５５ｃが形成されているが、流路５５ｂおよび５５ｄは形成されていない。すなわち、分析用基板１’では、第１セル（分析チップ５５ａおよび５５ｃ）と、第２セル（分析チップ５５ｂおよび５５ｄ）とが兼用され（同一であり）、第１セル（分析チップ５５ａおよび５５ｃ）に第２セル（分析チップ５５ｂおよび５５ｄ）の機能が含まれている。この分析用基板１’を分析装置６０において用いると、電気泳動によって、バンドＢが生じる。このバンドＢに光ビームｉを照射することによって、バンドＢに含まれる蛍光分子が発する蛍光を検出する。

まず、光ビームｉを、バンドＢが存在しないバッファのみを含む領域に照射する。これにより、光ビームｉを照射した領域において、上述したバックグラウンド光が発生する。光学ピックアップ６２を通じて、このバックグラウンド光を検出する。光量検出回路６５は、検出されたバックグラウンド光に基づき、このバックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を生成する。

次に、電気泳動を続けることによって、バンドＢを、光ビームｉの照射位置に到達させる。これにより、バンドＢが蛍光を発する。このとき、同時に、バックグラウンド光も生じている。光学ピックアップ６２を通じて、蛍光およびバックグラウンド光の両方をあわせて、検出光として検出する。光量検出回路６５は、検出された検出光に基づき、この光の強度を表す検出光信号を生成する。

光量検出回路６５は、検出光信号からバックグラウンド光信号を減算する。これにより、光量検出回路６５は、検出光の強度から、バックグラウンド光成分を取り除く。この減算処理によって、蛍光の強度を表す信号が生成される。したがって、蛍光の強度のみを正確に算出することができ、バンドを正確に分析できる。

なお、電気泳動を続けずにバンドＢの位置を固定し、その代わりに、光ビームｉを移動させてもよい。すなわち、光ビームｉを照射して、バンドＢが存在しない位置においてバックグラウンド光を検出してから、光ビームｉをバンドＢの位置まで移動させ、バンドＢに照射してもよい。

分析用基板１’を用いれば、同じ分析ディスク５５ａ内において、バックグラウンド光および検出光の両方を検出する。そのため、蛍光の検出精度をさらに向上できる。しかし、バンドＢを光ビームｉの照射位置まで到達させたり、あるいは、光ビームｉをバンドＢの出現位置まで移動させたりするために、ある程度の時間を要する。したがって、蛍光を高速に検出することが難しい。

これに対して、図５に示す分析用基板１は、スピンドルモータを用いて高速に回転させる。また、分析用基板１においては、第１泳動路５７ａ（第１セル）と、泳動路５５ｂ（第２セル）とは、互い違いに並んで形成されている。したがって、光ビームｉが、第１泳動路５７ａおよび流路５５ｂをほぼ同時に横切り、両者を照射する。これにより、第１泳動路５７ａにおける検出光と、流路５５ｂにおけるバックグラウンド光とを、続けて検出できる。すなわち、検出光とバックグラウンド光とを高速かつ短時間に続けて検出するため、分析対象物の発光をより高速かつ精度良く検出できる
なお、第１泳動路５７ａと流路５５ｂとの間隔を、出来る限り短くすることが好ましい。これにより、蛍光の検出速度および検出精度を、より向上できる。具体的には第１泳動路５７ａと流路５５ｂとの間隔を、数μｍ〜数百μｍに設定することが好ましいこの範囲内の間隔であれば、分析用基板における光学定数の分布による影響を受けにくい。

また、本実施形態では、光ビームｉを、セルとしての泳動路５７（第１泳動路５７ａ）に照射している。しかし、光ビームｉを、泳動路５７ではなく、他の形状のセルに照射してもよい。この例を、図１０を参照して説明する。

図１０は、アッセイ用の微小なセル８１が形成されている分析用基板１ａの構造を示す図である。図１０に示す分析用基板１ａは、分析用基板１と同様に、ディスク形状である。この分析用基板１ａには、上述した泳動路５７の代わりに、アッセイ用のセル８１が、多数、形成されている。各セル８１のサイズは、いずれも、１０μｍ〜１ｍｍである。セル８１間には、案内溝８２が設けられている。ここで、分析用基板１ａには、図示しない番地情報も設けられている。

このように、分析用基板１ａには、セル８１に加え、案内溝８２および番地情報が設けられている。したがって、分析用基板１ａにおいても、所望の番地のセル８１にアクセスして、光ビームｉを照射できる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる新たな実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、本発明は、電気泳動に限らず、ハイブリダイゼーション、インキュベーション、およびカラムクロマトグラフィーなどの、他のアッセイにおいても使用可能である。

また、本発明に係る分析用基板を、検出試料を入れる一つまたは複数の第１セルと、参照用試料を入れる一つまたは複数の第２セルと、前記第１セルおよび第２セルに光ビームを案内する案内溝と、を備えることを特徴とする分析基板としてもよい。

また、本発明に係る他の分析用基板を、検出試料を入れる少なくとも１つの第１セルと、参照用試料を入れる複数の第２セルと、前記第１セルおよび第２セルに光ビームを案内する案内溝と、を備えた分析基板であって、前記少なくとも１つの第１セルを前記複数の第２セルの間に備えたことを特徴とする分析基板としてもよい。

本発明は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはタンパク質などの生体試料を含む、広範囲の分析対象物を分析する分析装置として利用できる。また、本発明は、高精度の診断を容易に安価で行うために、光ディスクの技術と生体分析チップの技術を融合させたものである。したがって、患者の住居の近所にある治療拠点、あるいは患者の居住する家庭内において、身近なデジタル医療分析機器を普及させることに大きく貢献できる。

本発明に係る分析装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る分析装置において使用する分析用基板の要部、およびこの分析用基板に光ビームが入射している状態を示す縦断面図である。 図２に示す分析用基板において、光ビームの走査により、光ビームが流路を通過して、案内溝のトラッキング領域に移った状態を示す分析用基板の縦断面図である。 図２に示す分析用基板に設けられている流路および液溜・注入口の構造を、断面において示す斜視図である。 分析用基板を用いてディスク形状に形成されている分析ディスクの構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る分析装置における、ターンテーブルの回転機構およびディスク押さえを示す斜視図である。 照射する光ビームの強度（励起光強度）と、光ビームが照射されることによって発生する発光の強度の関係を、時系列に説明する図である。 （ａ）は、案内溝に沿った延長領域において光ビームが走査する領域の種類を時系列で示す図であり、（ｂ）は、照射される光ビームの光量を概略的に示す波形図であり、（ｃ）は、分析装置において処理される制御信号の波形を概略的に示す波形図であり、（ｄ）は、同じく光量検出信号の波形を概略的に示す波形図であり、（ｅ）は、同じく光量検出データの波形を概略的に示す波形図である。 本発明の一実施形態に係る分析装置に用いられる他の分析ディスクの構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る分析装置に用いられるさらに他の分析ディスクの構造を示す図である。 従来の分析用基板を示す概略の縦断面図である。

符号の説明

１ 分析用基板
３ 反射層
４ 絶縁層
５ 案内溝
６ 接着層
７ カバー層
８ 流路
９ 隔離部
１０ 対物レンズ
１１ 案内溝
１３ 基板
１４ 流路溝
５０ 分析ディスク（分析用基板）
５１ 電極（電源接続配線）
５２ 番地情報記録部
５５ａ，５５ｃ 分析チップ（第１セル）
５５ｂ，５５ｄ 流路（第２セル）
５７ 泳動路
６０ 分析装置
６１ アクチュエータ
６２ 光ピックアップ
６２ａ 光学系部
６３ サーボ回路（トラッキング手段）
６４ 番地再生回路
６５ 光量検出回路（信号生成手段、減算手段）
６６ メモリ
６７ コントローラ（トラッキング手段）
６８ パルス回路（パルス化手段）
７１ ディスク押さえ
７２ 回転機構
７３ 回転軸
７４ スピンドルモータ（移動手段）
７７ａ〜７７ｄ 接点
７８ ディスク中心出し部
７９ 回転角度固定具
８１ ターンテーブル
ａ１，ａ２ 光ビームｉ
ａ３，ａ４ 透過した光ビームｉ
ａ５ 蛍光
ａ６〜ａ８ 対物レンズへ向かう蛍光

Claims (6)

1. 分析用基板に形成されているセルに光ビームを照射するとともに、前記セルが前記光ビームを照射されることによって発する発光を検出する光ピックアップと、
   前記光ピックアップが検出した前記発光に基づき、この発光の強度を表す信号を生成する信号生成手段とを備えている分析装置において、
   前記分析用基板には、分析対象物および参照用試料を展開している第１セルと、前記参照用試料のみを展開している第２セルとが形成されており、
   前記光ピックアップは、前記第１セルが前記光ビームを照射されたときに発する検出光と、前記第２セルが前記光ビームを照射されたときに発するバックグラウンド光とを検出するものであり、
   前記信号生成手段は、前記検出光に基づき、前記検出光の強度を表す検出光信号を生成し、かつ、前記バックグラウンド光に基づき、前記バックグラウンド光の強度を表すバックグラウンド光信号を生成するものであり、
   前記検出光信号から前記バックグラウンド光信号を減算する減算手段をさらに備えていることを特徴とする分析装置。
2. 前記分析用基板には、前記光ビームを前記セルに案内する案内溝が形成されており、
   前記光学ピックアップに対して、前記分析用基板を前記案内溝方向に相対的に移動させる移動手段と、
   前記案内溝からの前記光ビームの反射光を検出した信号に基づき、前記案内溝に前記光ビームを追従させるトラッキング手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
3. 前記光学ピックアップにおいて、前記光ビームの光源は半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
4. 前記分析用基板は円板形状であり、
   前記移動手段はスピンドルモータであることを特徴とする請求項２に記載の分析装置。
5. 前記分析用基板において、前記第１セルと、前記第２セルとは、互い違いに並んで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
6. 前記分析用基板において、前記第１セルと、前記第２セルとは、同一セルであることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
   

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