JP2006258646A - サンプルループカートリッジ及び送液装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サンプルループ内でのコンタミネーションを防止することができる送液装置を提供する。
【解決手段】 送液ヘッド５１は、サンプルループ１１０を収容したカートリッジ１００と、このカートリッジ１００を着脱自在に保持するヘッド本体１０４とから構成されている。サンプルループ１１０の一端は、ノズル基部１１１に接続され、他端は、コネクタ１１３に接続されている。コネクタ１１３は、カートリッジ１００がヘッド本体１０４に取り付けられた際に、ヘッド本体１０４に設けられたコネクタ１２０と嵌合する。コネクタ１２０には、シリンジポンプへと通じる送液チューブ７０が接続されている。サンプルループ１１０を容易に交換できる構成としたので、測定毎にカートリッジ１００を交換すれば、コンタミネーションが確実に防止される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、長尺なチューブを巻きまわして形成されるサンプルループを収容するサンプルループカートリッジと、このサンプルループカートリッジを用いた送液装置に関する。

タンパク質やＤＮＡなどの生化学物質間における相互作用の測定や、薬品のスクリーニングなどを行う際に、全反射減衰を利用して試料の反応を測定する測定装置が知られている。

このような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測定装置と称す）が、例えば、特許文献１や２などで知られている。なお、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。

例えば、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置を採用したＳＰＲ測定装置では、透明な誘電体（以下、プリズムと称す）上に形成された金属膜の表面をセンサ面として、このセンサ面上で試料を反応させた後、プリズムを介してセンサ面の裏面側から全反射条件を満たすように金属膜を照射し、その反射光を測定している。

全反射条件を満たすように金属膜に照射された光のうち、エバネッセント波と呼ばれるわずかな光は、反射せずに金属膜内を透過してセンサ面側に染み出す。この際、エバネッセント波の振動数と表面プラズモンの振動数とが一致するとＳＰＲが発生し、反射光の強度を大きく減衰させる。ＳＰＲ測定装置は、この反射光の減衰を捉えることにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。

タンパク質やＤＮＡなどの生体試料は、乾燥による変性や失活を防ぐため、生理的食塩水や純水、または各種のバッファ液などの溶媒に溶かされた試料溶液として扱われることが多い。特許文献１記載のＳＰＲ測定装置は、こうした生体試料の相互作用などを調べるものであり、センサ面の上には試料溶液を送液するための流路が設けられる。また、センサ面にはリガンドとなる試料を固定させるためのリンカー膜が設けられており、流路にリガンド溶液を注入してリンカー膜にリガンドを固定（固定工程）させた後、アナライト溶液を注入してリガンドとアナライトとを接触（測定工程）させることにより、その相互作用を調べている。

また、特許文献２記載のＳＰＲ測定装置は、可撓性のある長尺な送液チューブを巻きまわして形成される、いわゆるサンプルループを有している。ポンプによって容器から吸引される液体は、このサンプルループに一時的に貯留される。これにより、例えば、試料溶液とバッファ液などといった異なる液体を吸引した際に、これらの液体を混合することなく貯留して、連続的にセンサ面に送液することを可能にしている。
特許第３２９４６０５号公報 特開２００３−１１４２３８号公報

しかしながら、試料溶液中に溶解した試料は、サンプルループに貯留された際に、その内壁面に吸着して、試料溶液を流路に送液した後にもサンプルループ内に残留してしまうことがある。こうした残留試料が、次の試料溶液を貯留した際に内壁面から剥がれ落ち、その試料溶液に混入すると、測定精度を低下させる要因となる（いわゆる、コンタミネーション）。

そのため、異なる試料溶液を貯留する毎（測定毎）に、例えば、洗浄液をサンプルループに注入するなどして内部を洗浄してもよいが、洗浄液を流してサンプルループの洗浄を行ったとしても、吸着した残留試料がどの程度洗浄されているかを、定量的に検査する術がないという問題がある。この問題の解決策として、測定毎にサンプルループを新品に交換することも考えられるが、特許文献２記載のＳＰＲ測定装置は、サンプルループが装置内に組み込まれているため、取り外しが難しく測定時間の大幅な延長が懸念される。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、測定時間を延長させることなく、サンプルループでのコンタミネーションを防止することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のサンプルループカートリッジは、長尺なチューブを巻きまわして形成され、ポンプの駆動に応じてノズルから吸引される生化学反応を調べるための試料溶液を一時的に貯留するサンプルループと、このサンプルループを収容するとともに、前記サンプルループの一端と前記ノズルとを着脱自在に接続する第１接続部と、前記サンプルループの他端と前記ポンプとを着脱自在に接続する第２接続部とが形成されたケースとからなることを特徴とする。

また、本発明の送液装置は、ポンプと、このポンプの駆動に応じて前記試料が溶解した試料溶液を吸排液するノズルとを備え、このノズルから前記ポンプへと至る送液経路上に、請求項１記載のサンプルループカートリッジを着脱自在に設けたことを特徴とする。

なお、前記サンプルループカートリッジは、前記試料溶液を保管する容器と前記試料の反応を検出するためのセンサ面が形成されたセンサユニットとの間で前記ノズルを移動させるヘッド部に着脱自在に保持されることが好ましい。

また、前記サンプルループが貯留した前記試料溶液を、一定の温度に保つ温度調節手段を設けるようにしてもよい。この際、温度調節手段は、前記ケースの内部に熱媒体を循環させる循環手段と、前記熱媒体を加熱又は冷却する加熱又は冷却手段とからなることが好ましい。

また、洗浄液を保管する洗浄液用タンクと、この洗浄液用タンクを前記送液経路に接続する洗浄液用配管と、前記洗浄液用タンクから前記ポンプに至る洗浄液供給経路と前記送液経路とで選択的に経路の切り替えを行う経路切替手段と、前記洗浄液供給経路を選択して前記ポンプに前記洗浄液を吸引させた後、前記送液経路に切り替えて吸引した前記洗浄液を前記ノズルから排出することにより、前記送液経路の洗浄を行う送液制御手段とを設けるようにしてもよい。

さらに、前記サンプルループの長さ、内径、材質のいずれかが異なる複数種類の前記サンプルループカートリッジを予め用意しておき、送液する前記試料溶液の種類に応じて適切な前記サンプルループカートリッジを取り付けるようにすることが好ましい。

本発明によれば、サンプルループをケースに収容し、第１接続部、及び第２接続部を介して着脱自在なサンプルループカートリッジとしたので、このサンプルループカートリッジを用いた送液装置では、サンプルループの交換を容易に行うことができる。交換による測定時間の延長を気にする必要がないので、例えば、コンタミネーションの発生が懸念される試料を送液する毎にサンプルループカートリッジの交換を行うことで、サンプルループにおけるコンタミネーションを確実に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とからなる。

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、金や銀が使用され、その膜厚は、例えば、５０ｎｍ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、ノズル２６が設けられており、このノズル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から排出された廃液（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、一度流路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を注入したときの参照信号の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。

ここで、参照信号（ｒｅｆ信号）とは、センサ面上に設けられリガンドが固定されない参照領域に対応するＳＰＲ信号であり、リガンドが固定されアナライトとの反応を生じる測定領域の測定信号（ａｃｔ信号）と比較参照される信号である。測定に際しては、前記測定信号と参照信号の２つの信号が検出され、データ解析に際しては、例えば、それら２つのＳＰＲ信号の差分を取り、これを測定データとして解析がなされる。こうすることで、例えば、複数のセンサセル間の個体差や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比の良好な信号が得られるようにしている。

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、ｒｅｆ信号のレベルとａｃｔ信号の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が発生する共鳴角が変化する。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、リガンドとアナライトの相互作用を分析する。

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、実際には、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の口が大きく開いて、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。

図３は、測定機１１の構成を概略的に示す説明図である。測定機１１は、センサユニット１２に全反射条件を満足する光を照射して、センサ面１３ａでの試料の反応状況を測定する測定部３１と、センサユニット１２の流路１６に種々の液体を送り込む送液機構（送液装置）５０とから構成されている。また、測定機１１内には、送液機構５０が送る各液体のぞれぞれを個別に保管するタンク（容器）８０〜８４、送液機構５０の送液経路を洗浄する洗浄液を保管する洗浄液用タンク８５、及びこれらの液体を排出する廃液タンク８６、８７が載置されている。

各タンク８０〜８４に保管される液体としては、例えば、ＤＭＳＯ濃度補正に用いられる補正用バッファ液、基準レベルの検出に用いられる基準バッファ液、リンカー膜２２に固定したリガンドと反応させるアナライトが溶解したアナライト溶液、リガンドと反応したアナライトを解離させる解離バッファ液などがある。

測定部３１は、前述したように、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と、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検出器３３とからなる。

送液機構５０には、ノズル２６と吸引管３０とを有する送液ヘッド（ヘッド部）５１と、この送液ヘッド５１を前後左右上下の３軸方向に移動させるヘッド移動機構５２と、ノズル２６に液体を吸引・吐出させるシリンジポンプ（ポンプ）５３と、排出口１６ｂから排出される液体を吸引管３０に吸引させる排出ポンプ５４と、送液経路の切り替えを行う三方弁（経路切替手段）５５と、これらの各部を統括的に制御するコントローラ（送液制御手段）５６とが設けられている。

送液機構５０は、コントローラ５６の制御の下、ヘッド移動機構５２を駆動して送液ヘッド５１を各タンク８０〜８４に移動させ、ノズル２６から各タンク８０〜８４が保管する液体を吸引する。吸引した液体を保持した状態で送液ヘッド５１をセンサユニット１２に移動させ、保持した液体を流路１６に吐出する。また、これと同時に排出ポンプ５４を駆動して排出口１６ｂから排出される液体を吸引管３０で吸引し、廃液タンク８７に排出する。

三方弁５５には、シリンジポンプ５３と、送液ヘッド５１に通じる送液チューブ７０と、洗浄液用タンク８５に通じる送液チューブ（洗浄液用配管）７１とが接続されている。図４に示すように、三方弁５５の内部には、９０°屈曲した管路５５ａが設けられている。管路５５ａは、軸５５ｂを中心にして、送液チューブ７０とシリンジポンプ５３とを流通させる第１位置（図４（ａ）参照）と、送液チューブ７１とシリンジポンプ５３とを流通させる第２位置（図４（ｂ）参照）との間で回動し、送液経路を選択的に切り替える。また、三方弁５５は、バルブドライバ５７を介してコントローラ５６に接続されており、このコントローラ５６からの指示に基づいて送液経路の切り替えを行う。

シリンジポンプ５３は、中空円筒状のシリンダ６０と、このシリンダ６０に嵌入するピストン６１と、このピストン６１をスライド移動させるスライド機構６２とからなる。スライド機構６２は、ポンプドライバ５８を介してコントローラ５６に接続されており、このコントローラ５６からの指示に基づいて、ピストン６１を矢線Ａで示す吸引方向と矢線Ｂで示す吐出方向とにスライド移動させる。ピストン６１がスライド移動すると、シリンダ６０内部の容積が変動する。なお、スライド機構６２には、例えば、ソレノイドなどのアクチュエータや、ラックアンドピニオンなどの周知の機構を用いればよい。

送液チューブ７０は、送液ヘッド５１を介してノズル２６に通じている。三方弁５５の管路５５ａが第１位置にある際に、ピストン６１をスライド移動させると、シリンダ６０の容積変動がノズル２６に伝わり、ノズル２６による液体の吸引・吐出が行われる。一方、三方弁５５の管路５５ａが第２位置にある際に、ピストン６１を吸引方向にスライド移動させると、シリンダ６０内に洗浄液が吸引される。洗浄液を吸引した状態で三方弁５５の管路５５ａを第１位置に切り替え、ピストン６１を吐出方向にスライド移動させることで、洗浄液がノズル２６から排出され、送液チューブ７０からノズル２６に至る送液経路が洗浄される。

排出ポンプ５４には、吸気管３０に通じる送液チューブ７２と、廃液タンク８７に通じる送液チューブ７３とが接続されており、流路１６の排出口１６ｂから排出される液体を吸引して廃液タンク８７に排出する。また、排出ポンプ５４は、ポンプドライバ５８を介してコントローラ５６に接続されており、このコントローラ５６によって駆動及び停止が制御される。この排出ポンプ５４には、例えば、プランジャーポンプや遠心ポンプなどといった一般的な送液用のポンプを用いればよい。なお、送液ヘッド５１に接続される送液チューブ７０、及び７２は、ヘッド移動機構５２による送液ヘッド５１の移動を許容するため、可撓性を有している。

図５に示すように、送液ヘッド５１は、中空状のケース１０２の内部にサンプルループ１１０を収容したカートリッジ（サンプルループカートリッジ）１００と、このカートリッジ１００を着脱自在に保持するヘッド本体１０４とから構成されている。ヘッド本体１０４には、図示せぬ保持機構が設けられており、底面側から取り付けられるカートリッジ１００が簡単に脱落することを防止する。なお、保持機構には、例えば、開放された底面を覆う蓋状のものや、側面や上面からカートリッジ１００を係止するものなどといった周知の機構を用いればよい。

ノズル２６は、着脱自在なチップ状に形成されており、ケース１０２の底面に形成されたノズル基部（第１接続部）１１１に取り付けられる。ノズル２６は、各タンク８０〜８４に保管された各液体を吸引する際に、これらの液体と直接接触する。そのため、吸引する液体毎にノズル２６を交換して、各液体が混ざり合うことを防止する。また、ノズル２６は、ノズル基部１１１との機械的な嵌め合いでカートリッジ１００に取り付けられる。カートリッジ１００には、取り付けられたノズル２６を押し下げて外すリリース機構（図示は省略）が設けられている。

サンプルループ１１０は、可撓性を有する長尺なチューブを巻きまわして形成され、ノズル２６が吸引した各液体を一時的に貯留する。サンプルループ１１０の一端は、ノズル基部１１１に接続され、他端は、ケース１０２の上面に設けられたコネクタ（第２接続部）１１３に接続される。コネクタ１１３は、カートリッジ１００がヘッド本体１０４に取り付けられた際に、ヘッド本体１０４に設けられたコネクタ１２０に嵌合する。コネクタ１２０には、送液チューブ７０が接続されており、各コネクタ１１３、１２０を介して、サンプルループ１１０と送液チューブ７０とが接続される。これにより、ノズル２６からシリンジポンプ５３に至る送液経路が形成される。

サンプルループ１１０は、例えば、内径０．５ｍｍで２ｍ程度の長さを有し、その長さに応じて各タンク８０〜８４に保管された異なる複数の液体を同時に貯留する。なお、サンプルループ１１０の長さや内径は、貯留する液体の量に応じて適宜決めればよい。また、長さや内径、及び材質などの異なるサンプルループ１１０を収容した複数種類のカートリッジ１００を予め用意しておき、送液する液体の種類や量などに応じて適切なものをヘッド本体１０４に取り付けるようにしてもよい。

また、サンプルループ１１０に異なる種類の液体を同時に貯留する際には、図５に示すように、各液体の間に空気１４０が注入され、各液体がサンプルループ１１０内で混ざり合うことが防止（いわゆる、エアセパレート）される。

ヘッド本体１０４の外面には、板部１０６が形成されており、この板部１０６に吸引管３０とこれに接続する送液チューブ７２とが取り付けられる。また、吸引管３０は、ノズル２６がセンサユニット１２の受け入れ口４２ｂに進入した際に、液溜部４２ｄに達するように位置が合わせられている。

また、送液ヘッド５１には、温度調節された水をケース１０２の内部で循環させることにより、サンプルループ１１０が貯留した液体の温度を、一定に保つように調節する温度調節器（温度調節手段）９０が接続される。温度調節器９０は、熱媒体としての水を加熱又は冷却するペルチエ素子（加熱又は冷却手段）９１と、この水を循環させる循環ポンプ（循環手段）９２とからなる、いわゆる熱交換器である。送液ヘッド５１と温度調節器９０とは、２本の送液チューブ９４、９５を介して接続されており、各送液チューブ９４、９５の端部には、コネクタ１２１が設けられている。コネクタ１２１は、カートリッジ１００が取り付けられた際に、ケース１０２の上面に形成されたコネクタ１１４と嵌合する。コネクタ１１４には、コネクタ１２１と嵌合した際に、各送液チューブ９４、９５のそれぞれと接続する供給口１１５と排出口１１６とが設けられている。

温度調節器９０は、循環ポンプ９２を駆動してペルチエ素子９１が温度調節した水を供給口１１５からケース１０２の内部に注入し、排出口１１６から吸引して循環させることにより、サンプルループ１１０が貯留した液体の温度を一定に保つ。

次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態の作用について説明する。測定工程を開始する際には、まず送液ヘッド５１にカートリッジ１００が取り付けられているか否かを確認し、取り付けられていない場合には、カートリッジ１００の取り付けを行う。

オペレータからの測定開始指示が入力されると、温度調節器９０が起動し、ペルチエ素子９１により温度調節された水が送液ヘッド５１内のカートリッジ１００と温度調節器９０との間で循環を始める。また、これと同時に、コントローラ５６は、三方弁５５を第２位置に切り替え、スライド機構６２を駆動してピストン６１を吸引方向にスライド移動させ、シリンダ６０内に洗浄液を吸引する。この後、三方弁５５を第１位置に切り替えてピストン６１を吐出方向にスライド移動させ、シリンダ６０内の洗浄液を、送液チューブ７０からノズル２６までの送液経路に充填する。

洗浄液を送液経路内に充填した後、コントローラ５６は、ヘッド移動機構５２を駆動して送液ヘッド５１を各タンク８０〜８４に移動させ、それぞれの液体の吸引を行う。このように、予め送液経路内に洗浄液を充填した状態で各液体の吸引を行うことで、吸引した各液体を吐出した際に、再び洗浄液がノズル２６に達するので、各液体の吐出と、送液経路の洗浄とを同時に行うことができる。

各液体は、例えば、解離バッファ液、アナライト溶液、基準バッファ液、第１補正バッファ液、第２補正バッファ液の順に吸引される。吸引された各液体は、サンプルループ１１０に貯留され、温度調節器９０によりケース１０２内を循環する水によって、一定の温度に保たれる。また、コントローラ５６は、送液ヘッド５１が各タンク８０〜８４を移動する間に、空気１４０（図５参照）を吸引させ、各液体がサンプルループ１１０内で混ざり合うことを防止する。

各液体の吸引を行った後、コントローラ５６は、送液ヘッド５１をセンサユニット１２に移動させ、測定対象となるセンサセル１７の流路１６にノズル２６と吸引管３０とを挿入する。送液ヘッド５１を移動させたコントローラ５６は、ポンプドライバ５８を介して排出ポンプ５４を駆動させ、吸引管３０による液体の排出を準備させるとともに、測定部３１によるデータの読み取りを開始させる。なお、排出ポンプ５４の駆動は、このタイミングに限らず、オペレータからの測定開始指示が入力された時点などで駆動させるようにしてもよい。

排出ポンプ５４の駆動と測定部３１のデータ読み取りとを開始させたコントローラ５６は、サンプルループ１１０に貯留させた各液体を、流路１６に吐出する。流路１６の注入口１６ａから注入される各液体は、送液ヘッド５１が吸引した順番とは逆に、第２補正バッファ液、第１補正バッファ液、基準バッファ液、アナライト溶液、解離バッファ液の順にリンカー膜２２を通過する。これにより、測定部３１は、ＤＭＳＯ濃度補正用の信号と、基準レベルの信号と、リガンドとアナライトとの反応状況の信号と、アナライトの解離反応の信号とを取得する。また、排出口１６ｂから溢れて液溜部４２ｄに滞留する各液体は、吸引管３０によって吸引され、廃液タンク８７に排出される。

コントローラ５６は、サンプルループ１１０が貯留した各液体を全て吐出し、流路１６内の液体を吸引管３０が吸引したことを確認した後、排出ポンプ５４の駆動と測定部３１のデータ読み取りとを停止させる。この後、コントローラ５６は、送液ヘッド５１を廃液タンク８６に移動させ、送液経路に予め充填されていた洗浄液を排出する。以上により、一つのセンサセル１７に対する測定工程が終了する。

アナライト溶液中に溶解したアナライトは、サンプルループ１１０に貯留された際に、サンプルループ１１０の内壁面に付着し、コンタミネーションの要因となることがある。このコンタミネーションを防止するため、必要に応じてカートリッジ１００の交換が行われる。内壁面への付着の起こりやすさは、アナライトの種類によって異なるため、カートリッジ１００を交換するタイミングは、送液するアナライトの種類に応じて適宜判断すればよい。例えば、付着の可能性が低いアナライトであれば１日に１回程度交換を行えばよいし、付着の可能性が高いアナライトであれば測定毎に交換を行えばよい。

また、カートリッジ１００の交換を行わずに複数回の測定を連続して行う際には、測定工程の最後に洗浄液の排出を行うことなく、洗浄液を複数回使い回してから排出するようにしてもよい。

このように本実施形態によれば、サンプルループ１１０をカートリッジ１００のケース１０２に収容して、ヘッド本体１０４に着脱自在に保持させるようにしたので、サンプルループ１１０の交換を容易に行うことができる。これにより、例え測定毎にサンプルループ１１０の交換を行ったとしても、交換によって測定時間が大幅に延長されることはない。

なお、上記実施形態では、カートリッジ１００にノズル２６を設ける構成としたが、これに限ることなく、図７に示すような構成としてもよい。図７のカートリッジ１５０では、サンプルループ１１０の両端を、ぞれぞれコネクタ１１３、１５２に接続している。コネクタ１１３は、カートリッジ１５０がヘッド本体１５４に取り付けられた際に、ヘッド本体１５４に設けられたコネクタ１２０と嵌合し、サンプルループ１１０と送液チューブ７０とを接続させる。一方、コネクタ１５２は、カートリッジ１５０がヘッド本体１５４に取り付けられた際に、ヘッド本体１５４に設けられたコネクタ１５６と嵌合する。コネクタ１５６には、ヘッド本体１５４に設けられたノズル基部１１１に通じる配管１５８が接続されている。これにより、カートリッジ１５０をヘッド本体１５４に取り付けることで、ノズル２６からシリンジポンプ５３に至る送液経路が形成される。

このように構成されたカートリッジ１５０では、送液ヘッド５１に限ることなく、シリンジポンプ５３に至る送液経路上の任意の位置に取り付けを行うことができる。但し、図５に示すように、カートリッジ１００を送液ヘッド５１に取り付け、さらにノズル２６をカートリッジ１００に設けることで、サンプルループ１１０からノズル２６に至る送液経路でのコンタミネーションをも防止することができる。

なお、上記実施形態では、全反射減衰を利用した測定装置の一例として、ＳＰＲ測定装置を示したが、全反射減衰を利用した測定装置としては、この他に、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透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、導波モードが励起されると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。導波モードが励起される入射角は、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。この反射角の減衰を検出することにより、前記センサ面上の化学反応が測定される。

ＳＰＲ測定方法の説明図である。 センサユニットの構成を示す分解斜視図である。 測定機の構成を概略的に示す説明図である。 三方弁の内部構造を示す説明図である。 送液ヘッドの構成を示す説明図である。 測定工程の手順を示すフローチャートである。 送液ヘッドの他の構成例を示す説明図である。

符号の説明

１１ 測定機
１２ センサユニット
１３ 金属膜
１３ａ センサ面
１６ 流路
１７ センサセル
２６ ノズル
５０ 送液機構（送液装置）
５１ 送液ヘッド（ヘッド部）
５３ シリンジポンプ（ポンプ）
５６ コントローラ（送液制御手段）
７０ 送液チューブ
７１ 送液チューブ（洗浄液用配管）
８５ 洗浄液用タンク
９０ 温度調節器（温度調節手段）
９１ ペルチエ素子（加熱又は冷却手段）
９２ 循環ポンプ（循環手段）
１００ カートリッジ（サンプルループカートリッジ）
１０２ ケース
１１０ サンプルループ
１１１ ノズル基部（第１接続部）
１１３ コネクタ（第２接続部）

Claims (7)

1. 長尺なチューブを巻きまわして形成され、ポンプの駆動に応じてノズルから吸引される生化学反応を調べるための試料溶液を一時的に貯留するサンプルループと、
   このサンプルループを収容するとともに、前記サンプルループの一端と前記ノズルとを着脱自在に接続する第１接続部と、前記サンプルループの他端と前記ポンプとを着脱自在に接続する第２接続部とが形成されたケースとからなることを特徴とするサンプルループカートリッジ。
2. 試料の反応を検出するためのセンサ面が形成されたセンサユニットがセットされ、ポンプと、このポンプの駆動に応じて前記試料が溶解した試料溶液を吸排液するノズルとによって前記センサ面に前記試料溶液を送り込む送液装置において、
   前記ノズルから前記ポンプへと至る送液経路上に、請求項１記載のサンプルループカートリッジを着脱自在に設けたことを特徴とする送液装置。
3. 前記サンプルループカートリッジは、前記試料溶液を保管する容器と前記センサユニットとの間で前記ノズルを移動させるヘッド部に着脱自在に保持されることを特徴とする請求項２記載の送液装置。
4. 前記サンプルループが貯留した前記試料溶液を、一定の温度に保つ温度調節手段を設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の送液装置。
5. 前記温度調節手段は、前記ケースの内部に熱媒体を循環させる循環手段と、前記熱媒体を加熱又は冷却する加熱又は冷却手段とからなることを特徴とする請求項４記載の送液装置。
6. 洗浄液を保管する洗浄液用タンクと、
   この洗浄液用タンクを前記送液経路に接続する洗浄液用配管と、
   前記洗浄液用タンクから前記ポンプに至る洗浄液供給経路と前記送液経路とで選択的に経路の切り替えを行う経路切替手段と、
   前記洗浄液供給経路を選択して前記ポンプに前記洗浄液を吸引させた後、前記送液経路に切り替えて吸引した前記洗浄液を前記ノズルから排出することにより、前記送液経路の洗浄を行う送液制御手段とを設けたことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の送液装置。
7. 前記サンプルループの長さ、内径、材質のいずれかが異なる複数種類の前記サンプルループカートリッジを予め用意しておき、送液する前記試料溶液の種類に応じて適切な前記サンプルループカートリッジを取り付けることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の送液装置。
   

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