JP2006322850A - 送液システム及びその送液方法並びに流路ユニット。 - Google Patents

Abstract

【課題】 ピペットを用いて流路に送液する際に、安定した測定動作と測定精度とを得る。
【解決手段】 ピペットヘッド６１には、一対のピペット２６ａ、２６ｂが設けられている。各ピペット２６ａ、２６ｂは、ピペットヘッド６１に形成されたノズル６５と、このノズル６５に挿し込まれるピペットチップ６０とから構成される。ピペットヘッド６１は、流路１６に液体を注入する際に、各ピペット２６ａ、２６ｂの先端を、流路１６の注入口１６ａ、及び排出口１６ｂに押し当てる。注入口１６ａ、排出口１６ｂには、各ピペット２６ａ、２６ｂの押し当てを受けるピペット受け部５５が設けられている。各ピペット受け部５５は、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材５３で成形されており、各ピペット２６ａ、２６ｂと流路１６との接続を水密に保つ。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ピペットを用いて流路内に試料溶液を送液する送液システムと、その送液方法、及びこの送液システムに用いられる流路ユニットに関するものである。

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）がある。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、特許文献１などで知られる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。また、この減衰が発生する光の入射角度（共鳴角）は、金属膜上の屈折率に応じて変化する。すなわち、ＳＰＲ測定装置は、金属膜からの反射光を捉えて共鳴角を検出することにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。

ところで、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ている。なお、この流路とプリズムは、装置本体に設けられた測定ステージに配置されており、ガラス基板上に金属膜を形成したチップ型のセンサユニットを測定ステージに装着することで、前述の測定が行われる。

特許文献１では、ポンプやバルブなどに接続された配管（チューブ）を介して、試料溶液を保管する容器から直接流路に試料溶液を送り込むようにしているが、この方法では、配管内に付着した試料が後に注入する試料溶液中に混入してしまう、いわゆるコンタミネーションが生じやすいという問題があった。

この問題を解決するため、本出願人は、先端に小孔が形成された略円錐筒状のピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部とからなるピペットを用いて、容器に保管された試料溶液などの液体を流路に送液するＳＰＲ測定装置を提案している（例えば、特願２００４−２８７６１５号明細書参照）。このＳＰＲ測定装置では、送液する液体毎にピペットチップを交換することで、流路に液体を送り込む際に生じるコンタミネーションを防止することができる。

また、このＳＰＲ測定装置では、流路が形成された流路部材と、上面に金属膜が形成されたプリズムと、流路部材の底面とプリズムの上面とを接合させた状態（流路と金属膜とを対面させた状態）で保持する保持部材とからなるセンサユニットを用いている。流路は、流路部材を略Ｕ字状に刳り貫いて形成される送液管であり、その両端を流路部材の上面に露呈させている。ピペットで流路内に液体を送り込む際には、露呈した流路の端部にピペットの先端を挿し込み、ピペット内に保持した液体を吐出することによって行われる。また、流路部材には、軟質な弾性材料が用いられている。これにより、保持部材によってプリズムに押し付けた際に、弾性変形してプリズムとの隙間を埋めるので、高い水密性を得ることができる。
特許第３２９４６０５号公報

しかしながら、弾性材料で成形された流路にピペットを挿し込むと、流路の形状が変形したり、ピペットの挿し込み深さが変わるなどして、流路の容量が変化してしまうという問題があった。流路の容量が変化すると、送液毎の液量が変わってしまうため、流路から液体が溢れ出たり、流路内で異種の液体が混液したりしてしまう。また、測定の前にピペットを挿抜すると、流路内に注入した液体が揺動して、測定誤差の要因になるという問題もある。さらには、ピペットが流路に嵌り込んで、引き抜く際にヘッド部からピペットチップが抜けてしまったり、挿抜の繰り返しによって流路部材が劣化し、流路が目詰まりを起こしてしまうなどの問題もある。

このように、ピペットを流路に挿し込む方式では、種々の不具合を起こしてしまう。ピペットチップの抜けや流路の目詰まりなどは、測定を一時停止させるなどして対処しなければならない。また、容量の変化などに起因した測定誤差も内包しており、測定動作の面においても測定精度の面においても、必ずしも安定しているものではなかった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、ピペットを用いて流路に送液する際にも、安定した測定動作と測定精度とを得ることを目的とする。

上記課題を達成するため、本発明の送液システムは、試料を含む試料溶液の注入と排出とが行われる複数の出入口と、この出入口を通じて注入された前記試料溶液を前記試料の反応を検出するためのセンサ面に送液する流路とが形成された流路ユニットと、この流路ユニットが着脱自在にセットされるステージと、前記試料溶液の吸引と吐出とを行うピペットを有し、前記ステージにセットされた前記流路ユニットにアクセスして前記流路に前記試料溶液を注入する送液ヘッドとを備えた送液装置とからなり、前記送液ヘッドが前記流路ユニットにアクセスした際に、前記ピペットの先端が押し当てられるピペット受け部を、前記各出入口のそれぞれに設けるとともに、前記ピペット受け部と前記先端とのいずれか一方を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形したことを特徴とする。

なお、前記ピペット受け部を前記軟質部材で成形して、前記ピペット受け部に押し当てられた際に、前記ピペット受け部と当接する突起を前記先端に設けるようにしてもよい。この際、前記ピペット受け部には、前記突起と嵌合する窪みが設けられていることが好ましい。

また、前記ピペット受け部を前記軟質部材で成形して、前記先端が押し当てられた際に、前記先端によって押しつぶされる突起を前記ピペット受け部に設けるようにしてもよい。

また、前記流路部材又は前記ピペットの前記軟質部材以外の部分を、前記軟質部材よりも硬い硬質部材で成形し、前記軟質部材と前記硬質部材とのそれぞれに異なる樹脂材料を用いて、両者を二色成形法によって一体成形することが好ましい。

さらに、前記先端を前記ピペット受け部に押し当てる際の、前記ピペット受け部への押圧力を調整する押圧力調整手段を設けることが好ましい。

なお、本発明の送液方法は、試料を含む試料溶液の注入と排出とが行われる複数の出入口と、この出入口を通じて注入された前記試料溶液を前記試料の反応を検出するためのセンサ面に送液する流路とが形成された流路ユニットをステージにセットし、前記試料溶液の吸引と吐出とを行うピペットを、前記ステージにセットされた前記流路ユニットにアクセスさせ、前記各出入口のそれぞれに設けられたピペット受け部に前記ピペットの先端を押し当て、前記ピペット受け部と前記先端とのいずれか一方を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形しておき、前記一方を弾性変形させた状態で、前記流路に前記試料溶液を注入することを特徴とする。

また、本発明の流路ユニットは、吸引と吐出とを行うピペットによって試料を含む試料溶液の注入と排出とが行われる複数の出入口と、この出入口を通じて注入された前記試料溶液を前記試料の反応を検出するためのセンサ面に送液する流路とが形成され、前記ピペットの先端が押し当てられるピペット受け部を、前記各出入口のそれぞれに設けるとともに、このピペット受け部を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形したことを特徴とする。

さらに、前記ピペット受け部には、前記先端が押し当てられた際に、前記先端に設けられた突起と嵌合する窪みや、前記先端が押し当てられた際に、前記先端によって押しつぶされる突起などを形成するようにしてもよい。

本発明では、各出入口のそれぞれに、ピペットの先端が押し当てられるピペット受け部を設け、このピペット受け部にピペットの先端を押し当てた状態で、流路に試料溶液を注入するようにした。ピペットの先端を押し当てるだけにしたので、挿し込み深さによって流路の容量が変化することはないし、挿抜によって流路内の液体を揺動させることもない。また、挿し込まないので、ピペットが流路に嵌り込んでヘッド部からピペットチップが抜ける心配もない。さらには、挿抜の繰り返しによる流路部材の劣化も抑えられるので、流路が目詰まりを起こす危険性も低い。このように、流路へのピペットの挿し込みによって生じていた種々の不具合が解消されるので、ピペットを用いて流路に送液する際にも、安定した測定動作と測定精度とを得ることができる。

また、単に押し当てただけでは、ピペットの先端とピペット受け部との間からの液漏れが懸念される。このため本発明では、ピペット受け部と先端とのいずれか一方を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形した。これにより、先端とピペット受け部との間に生じる隙間が埋められるので、液漏れが起きる心配もない。

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（流路ユニット）４１とを備えている。

金属膜１３としては、例えば、金や銀などが使用され、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。この膜厚は、金属膜１３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字型に屈曲された送液管であり、液体を注入する注入口（出入口）１６ａと、それを排出する排出口（出入口）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。後述するように、センサユニット１２は、こうしたセンサセル１７を複数個備えている（図３参照）。

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。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。固定工程では、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は、まず、リンカー膜２２に固定用バッファ液が送液され、リンカー膜２２を湿らせてリガンドを結合しやすくするリンカー膜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、固定用バッファ液によって流路１６が洗浄される。

固定用バッファ液や、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などは、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正（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。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、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にも、固定機１０のピペット対１９と同様のピペット対２６が設けられている。このピペット対２６によって、注入口１６ａから、流路１６へ各種の液が注入される。測定工程では、まず、流路１６へ測定用バッファ液が注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液２７を注入し、その後、再び測定用バッファ液が注入される。なお、最初に測定用バッファ液を注入する前に、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液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）、測定用バッファ液の注入による結合したアナライトとリガンドとの脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。

測定用バッファ液や、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液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液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（ｒｅｆ信号）のレベルから推定し、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、後述するように、センサ面１３ａ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液をセンサセル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からなり、測定ステージ（ステージ）３０に固定される。測定ステージ３０には、図示を省略した台座が設けられており、照明部３２と検出器３３とを所定の角度（全反射条件を満足する角度）で固定するとともに、照明部３２の光路上にセンサユニット１２を位置決めする。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）の変化として表れるので、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１７に向けて光が照射される。なお、複数のセンサセル１７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１７に照射してもよいし、各センサセル１７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、反射光の光強度が減衰する光の入射角（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センサ面１３ａ上の屈折率が変化するため、それに応じて共鳴角も変化する。

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表れる。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、それに応じて共鳴角が変化を開始し、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、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に示すように、リンカー膜２２上には、リガンドが固定されアナライトとリガンドとの反応が生じる測定領域（ａｃｔ領域）２２ａと、リガンドが固定されず、前記測定領域の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（ｒｅｆ領域）２２ｂとが形成される。このｒｅｆ領域２２ｂは、上述したリンカー膜２２を製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー膜２２に対して表面処理を施して、リンカー膜２２の半分程度の領域について、リガンドと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー膜２２の半分がａｃｔ領域２２ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２２ｂとなる。

検出器３３は、ａｃｔ領域２２ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。これらａｃｔ信号とｒｅｆ信号は、基準レベルの検出から結合反応を経て脱離に至るまで、ほぼ同時に計測される。データ解析は、こうして得られたａｃｔ信号とｒｅｆ信号の差や比を求めて行われる。データ解析機は、例えば、ａｃｔ信号とｒｅｆ信号との差分データを求め、この差分データを測定データとし、これに基づいて解析を行う。こうすることで、上述したとおり、センサユニットや各センサセルの個体差や、装置の機械的な変動や、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できるので、精度の高い測定が可能になる。

照明部３２及び検出器３３は、これら各ａｃｔ信号及びｒｅｆ信号の２チャンネルの計測を行うことができるように構成されている。例えば、照明部３２を、１個の発光素子を反射ミラーなどを用いて、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂのそれぞれに向けて入射する複数の光線に分光する。そして、各チャンネル用の複数のフォトダイオードアレイで構成した検出器３３により、各光線をそれぞれ受光する。

また、検出器３３として、ＣＣＤエリアセンサを用いた場合には、同時に受光した各チャンネルの反射光を画像処理によってａｃｔ信号とｒｅｆ信号として認識することもできる。しかし、こうした画像処理による方法が難しい場合には、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂに対して入射させるタイミングを微小時間ずらして、各チャンネルの信号を受光するようにしてもよい。入射タイミングをずらす方法としては、例えば、光路上に、配置角度が１８０度ずれた位置に２つの孔が形成された円板を配置し、この円板を回転させることにより、各チャンネルの入射タイミングがずらされる。各孔は、中心からの距離が各領域２２ａ、２２ｂの間隔だけ異なる位置に配置されており、これにより、一方の孔が光路内に進入したときには、ａｃｔ領域２２ａに光線が入射し、他方の孔が光路内に進入したときには、ｒｅｆ領域２２ｂに光線が入射する。

図３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、上面に金属膜１３が形成されたプリズム１４と、６つの流路１６が形成され、各流路１６と金属膜１３とを対面させた状態でプリズム１４に組み付く流路部材４１とからなる。

プリズム１４の上面には、蒸着によって金属膜１３が形成されている。この金属膜１３は、流路部材４１に形成された各流路１６と対面するように短冊状に形成される。また、金属膜１３の表面（センサ面１３ａ）には、各流路１６の数に応じた６つのリンカー膜２２が形成されている。プリズム１４の長手方向の両側面には、流路部材４１の係合部４１ａ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の底面とプリズム１４の上面とが圧接した状態で、流路部材４１がプリズム１４に保持される。

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。センサユニット１２は、図示を省略したホルダに収納された状態で、固定機１０や測定機１１にセットされる。突部１４ｂは、このホルダに形成されたスリットと嵌合することにより、センサユニット１２を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。

なお、プリズム１４には、例えば、ホウケイクラウン（ＢＫ７）やバリウムクラウン（Ｂａｋ４）などに代表される光学ガラスや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）などに代表される光学プラスチックなどを用いることができる。

流路部材４１は、長尺状に形成されており、６つの流路１６は、その長手方向に沿って配列されている。流路部材４１の上面には、各流路１６の注入口１６ａおよび排出口１６ｂが露呈している。各注入口１６ａおよび排出口１６ｂは、流路部材４１の上面よりも一段凹まされており、その周囲には、ピペットから漏れ出た液体などを流路１６内に導くように漏斗状に成形された開口部４１ｂが設けられている。なお、本例では、流路１６、及びそれに対応するリンカー膜２２の数（センサセル１７の数）を６つにしているが、これらの数は、６つに限らず、５つ以下でもよいし、７つ以上でもよい。

図４は、流路１６の断面形状を示す流路部材４１の部分断面図である。各流路１６は、流路部材４１の底面に条状に形成され、プリズム１４の上面と当接した際に閉塞される溝部５０と、この溝部５０の一端から略垂直に形成された貫通孔状の注入部５１と、溝部５０の他端から略垂直に形成された貫通孔状の排出部５２とからなる。

流路部材４１は、各流路１６の内壁面全体を構成する弾性のある軟質部材５３と、この軟質部材５３以外の部分（係合部４１ａなどを含む）を構成する軟質部材５３よりも硬い硬質部材５４とから構成されている。この軟質部材５３と硬質部材５４とは、同一金型内で異材料どうしを組み合わせて成形する、いわゆる二色成形法（ダブルモールド）によって一体成形されている。また、軟質部材５３は、硬質部材５４によって形成された流路部材４１の底面よりもわずかに突出している。これにより、流路部材４１がプリズム１４の上面に圧接された際に、軟質部材５３が弾性変形して金属膜１３との隙間を埋め、各流路１６の開放された底部をプリズム１４とともに水密に覆う。なお、軟質部材５３の厚みは、０．１ｍｍよりも薄いと軟質部材５３の弾性変形による水密の効果が得にくくなり、１．０ｍｍよりも厚いと軟質部材５３の弾性変形によってリンカー膜２２との位置ズレが懸念されるため、０．１〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。また、軟質部材５３の底面の突出量は、弾性を考慮すると、０．１ｍｍ程度が好適である。

また、流路１６の内壁面を構成し、流路１６を流れる液体と接する軟質部材５３は、液体に溶解したリガンドやアナライトなどの試料の吸着を防止するため、非特異吸着の少ない材料であることが好ましい。すなわち、軟質部材５３の材料としては、非特異吸着が少ない柔らかな弾性材料を用いることが好適であって、このような材料としては、例えば、非晶質ポリオレフィンエラストマーなどが知られている。なお、軟質部材５３と一体成形される硬質部材５４としては、例えば、ポリプロピレンなどの晶質ポリオレフィンを用いることができる。

注入部５１と排出部５２との上面側の端部には、それぞれ注入口１６ａ、排出口１６ｂとともに、ピペット受け部５５が形成されている。固定機１０や測定機１１は、ピペット対１９、２６の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂのそれぞれに押し当てて、流路１６内への液体の注入と排出とを行う。各ピペット受け部５５には、ピペットの押し当てを受ける受け面５６と、この受け面５６から略円柱状に凹まされた窪み５７とが形成されている。各ピペット受け部５５は、注入部５１、及び排出部５２のそれぞれを構成する軟質部材５３によって一続きに成形されている。これにより、各ピペット受け部５５は、ピペットが押し当てられた際に弾性変形して、流路１６内への液体の注入、及び排出時の水密性を高める。また、軟質部材５３と二色成形された硬質部材５４は、ピペットが押し当てられた際に、その押圧力を受けて流路１６の変形を防止する。また、これにより、ピペットからの押圧力が確実に各ピペット受け部５５に伝わるので、小さい押圧力で効果的に水密性を確保することができる。

なお、センサユニット１２に、例えば、非接触式のＩＣメモリであるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグなどを取り付けるようにしてもよい。例えば、読み込み専用のＲＦＩＤタグにセンサユニット１２毎の固有のＩＤ番号を書き込んでおき、各工程を行う前にこのＩＤ番号を読み込むことで、センサユニット１２の識別を行うことができる。これにより、複数のセンサユニット１２に対して同時に固定や測定を行う場合にも、間違ったアナライトの注入や、測定結果の取り違えなどといった問題の発生を防止することができる。さらには、読み書き可能なＲＦＩＤタグを用いて、例えば、固定したリガンドの種類やリガンドを固定させた日時、及び反応させたアナライトの種類などを、各工程毎に書き込んでいくようにしてもよい。

図５は、測定機１１の構成を概略的に示す構成図である。測定機１１は、照明部３２と検出器３３とからなる測定部３１と、この測定部３１を固定するとともに、センサユニット１２を着脱自在に保持する測定ステージ３０と、略円錐筒状に形成されたピペットチップ６０を着脱自在に保持するピペットヘッド（送液ヘッド）６１と、ピペットチップ６０内を加圧又は減圧してピペットチップ６０に液体の吸引と吐出とを行わせるポンプ６２と、ピペットヘッド６１を前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構６３と、測定機１１の各部を統括的に制御するコントローラ６４とを有している。

ピペットヘッド６１には、略円筒状に突出した２つのノズル６５が形成されている。各ノズル６５の外径は、ピペットチップ６０の内径とほぼ一致している。ピペットチップ６０は、各ノズル６５に挿し込まれた際に、ノズル６５との機械的な嵌め合いによってピペットヘッド６１に保持される。すなわち、各ピペット２６ａ、２６ｂは、各ノズル６５にピペットチップ６０を挿し込むことによって構成される。また、ピペットヘッド６１には、図示を省略したリリース機構が設けられており、各ノズル６５に挿し込まれたピペットチップ６０を押し下げて、ピペットチップ６０をピペットヘッド６１から取り外す。ピペットチップ６０は、送液する液体と直接接触するので、このピペットチップ６０を介して異種の液体の混液が生じないように、送液毎に交換される。

また、ピペットチップ６０の先端は、ピペット受け部５５の形状に対応して成形されており、受け面５６に当接する当接面６０ａと、窪み５７に入り込む略円筒状の突起６０ｂとが設けられている。このように、窪み５７と突起６０ｂとを嵌合させることによって、流路１６内に液体を注入、及び排出する際の水密性を更に高めることができる。

各ピペット２６ａ、２６ｂ毎に設けられた２つのポンプ６２には、例えば、シリンダとピストンとからなる、いわゆるシリンジポンプを用いることができる。各ポンプ６２は、配管６６と、ピペットヘッド６１とを介して、それぞれ各ノズル６５に接続されている。各ポンプ６２は、各ノズル６５へと至る配管経路内を減圧することによって各ピペット２６ａ、２６ｂに液体を吸引させるとともに、配管経路内を加圧することによって各ピペット２６ａ、２６ｂに吸引した液体を吐出させる。

コントローラ６４は、図示を省略したポンプドライバなどを介して各ポンプ６２に駆動信号を送信し、吸い込みや吐き出しのタイミング、及び吸い込み量や吐き出し量などを制御する。また、コントローラ６４は、流路１６に液体を送液する際に、各ピペット２６ａ、２６ｂの一方が吐出、他方が吸引を行うように各ポンプ６２に駆動信号を送信し、前述のように各ピペット２６ａ、２６ｂを互いに連動させる。

ヘッド移動機構６３は、例えば、搬送ベルト、プーリ、キャリッジ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、コントローラ６４の制御の下、ピペットヘッド６１を前後左右上下の３方向に移動させる。測定機１１には、流路１６へ注入する種々の液体（アナライト溶液、測定用バッファ液、洗浄液など）を保管する複数の液保管部や、複数のピペットチップ６０を保管するピペットチップ保管部など（いずれも図示は省略）が設置されている。ヘッド移動機構６３は、これらの各部や測定機１１にセットされたセンサユニット１２などにピペットヘッド６１をアクセスさせる。

次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、本発明の作用について説明する。センサユニット１２に測定工程を施す際には、まず、リガンド固定済みのセンサユニット１２を測定ステージ３０にセットし、照明部３２の光路上に位置する測定位置にセンサセル１７を合わせる。センサユニット１２をセットした後、オペレータが測定開始指示を入力すると、測定機１１が測定工程を開始する。なお、センサユニット１２のセットは、オペレータのハンドリングによって行うようにしてもよいし、周知の移動機構を用いて自動で行うようにしてもよい。

コントローラ６４は、測定開始指示が入力されたことに応答して、測定部３１にデータ読み取りを開始させる。また、これと同時に、ヘッド移動機構６３を駆動してピペットヘッド６１を測定用バッファ液を保管する液保管部に移動させる。液保管部にピペットヘッド６１を移動させたコントローラ６４は、ピペット２６ａ側のポンプ６２に駆動信号を送り、ピペット２６ａに測定用バッファ液を吸引させる。

ピペット２６ａに測定用バッファ液を吸引させたコントローラ６４は、ピペットヘッド６１をセンサユニット１２に向かわせる。ピペットヘッド６１をセンサユニット１２の上に移動させたコントローラ６４は、ヘッド移動機構６３を駆動してピペットヘッド６１を下降させ、各ピペット２６ａ、２６ｂの先端を、測定対象となるセンサセル１７の各ピペット受け部５５に所定の押圧力で押し当てる。すなわち、ヘッド移動機構６３とコントローラ６４とによって、請求項記載の押圧力調整手段が構成される。軟質部材５３で成形された各ピペット受け部５５は、各ピペット２６ａ、２６ｂの先端が押し当てられた際に、その押圧力に応じて弾性変形し、各ピペット２６ａ、２６ｂと流路１６との接続を水密に保つ。また、ピペットチップ６０の先端の形状は、ピペット受け部５５の形状に対応しており、押し当てられた際に突起６０ｂを窪み５７に嵌合させて水密性を更に高める。

各ピペット２６ａ、２６ｂを各ピペット受け部５５に押し当てたコントローラ６４は、各ポンプ６２に駆動信号を送り、ピペット２６ａに吐出させて、吸引した測定用バッファ液を流路１６内に注入するとともに、ピペット２６ｂに吸引させて、流路１６内の空気、又は予め注入されていた乾燥防止液などの液体を流路１６から排出させる。ピペット対２６は、このように流路１６内の流体を入れ換えるようにして送液を行い、各種の液体をリンカー膜２２に送り込む。

本例では、各ピペット２６ａ、２６ｂの先端を各ピペット受け部５５に押し当てるようにしたので、当然挿し込み深さが変わるようなことはない。また、流路部材４１を二色成形したので、押し当てによって流路１６が変形することもない。従って、流路１６の容量が変化することなく、常に同じ量の液体が流路１６に注入されるので、流路１６からの液溢れや流路１６内での混液などが防止される。

測定用バッファ液を流路１６に注入させたコントローラ６４は、ピペットヘッド６１をピペットチップ保管部に移動させる。この際、ピペットヘッド６１を上昇させて、各ピペット受け部５５への押し付けを解除するだけでよいので、流路１６内の測定用バッファ液を揺動させて測定部３１のデータ読み取りに影響を与えたり、ピペットチップ６０がノズル６５から抜けたりすることはない。ピペットチップ保管部に移動したピペットヘッド６１は、測定用バッファ液に浸された各ピペットチップ６０をリリースし、未使用のピペットチップ６０を各ノズル６５に挿し込む。このように、ピペットチップ６０を交換することで、次に送液するアナライト溶液と測定用バッファ液とのピペットチップ６０を介した混液が防止される。なお、流路１６から排出された液体がピペット２６ｂ内に保持されている際には、ピペットチップ６０の交換を行う前に、図示を省略した廃液タンクなどにピペットヘッド６１を移動させ、ピペット２６ｂ内の液体を廃液タンクに吐出させる。

ピペットチップ６０の交換を行わせたコントローラ６４は、ピペットヘッド６１をアナライト溶液を保管した液保管部に移動させ、以下同様にして、アナライト溶液と脱離反応用の測定用バッファ液とを順次流路１６に注入させる。脱離反応用の測定用バッファ液を流路１６に注入させたコントローラ６４は、測定部３１のデータ読み取りを停止させる。
これにより、測定部３１は、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）、結合したアナライトとリガンドとの脱離までのＳＰＲ信号を測定する。

以上により、１つのセンサセル１７に対する測定が終了する。本例のように、１つのセンサユニット１２に複数のセンサセル１７が含まれる際には、上記と同様の手順でそれぞれのセンサセル１７の測定を行う。このように、全てのセンサセル１７に対して測定を行うことで、１つのセンサユニット１２の測定工程が終了する。

なお、上記実施形態では、押し当てに応じて弾性変形する軟質部材５３でピペット受け部５５を成形するとともに、ピペット受け部５５に設けられた窪み５７と、ピペットチップ６０の先端に設けられた突起６０ｂとを嵌合させることによって、流路１６とピペット対２６との水密性を保つようにしているが、これに限ることなく、例えば、図７（ａ）に示すように、ピペット受け部５５に突起１００を設け、ピペットチップ６０の先端を当接面６０ａのみとして、軟質部材５３で成形された突起１００を当接面６０ａで押しつぶすことにより、水密性を保つようにしてもよい。

また、図７（ｂ）に示すように、ピペット受け部５５を受け面５６のみとし、ピペットチップ６０に形成された突起６０ｂで受け面５６を押圧して水密性を保つようにしてもよいし、図７（ｃ）に示すように、ピペット受け部５５とピペットチップ６０とを、それぞれ受け面５６、当接面６０ａのみとし、面同士の接合によって水密性を保つようにしてもよい。さらには、図７（ｄ）に示すように、ピペットチップ６０側に軟質部材の押し当て部１０２を二色成形し、この押し当て部１０２を硬質部材５４のみで構成されたピペット受け部５５に押し当てることによって水密性を保つようにしてもよい。

図７（ｂ）などのように、突起６０ｂを設けると、圧力が突起６０ｂに集中するので、弱い押圧力で効果的に水密性を確保することができる。一方、図７（ａ）や図７（ｃ）などのように、当接面６０ａのみのピペットチップ６０では、成形が容易、センサユニット１２などを傷付けにくい、耐久性が向上するなどといった効果を得ることができる。

なお、上記実施形態では、測定機１１を例にして本発明を説明したが、もちろん固定機１０に本発明を適用してもよい。さらには、ピペッター（分注装置）などといったピペットを用いる他の送液システムに本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、流路部材４１を請求項記載の流路ユニットとしているが、プリズム１４と流路部材４１とが一体化したセンサユニット１２を流路ユニットとしてもよい。また、流路部材４１のみを流路ユニットとする際には、流路部材４１とプリズム１４とをそれぞれ個別に固定機１０や測定機１１にセットするようにしてもよいし、構成部品として固定機１０や測定機１１に組み込むようにしてもよい。

さらに、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。 １つのセンサセルを抜き出して説明する説明図である。 センサユニットの概略構成を示す分解斜視図である。 流路の断面形状を示す流路部材の部分断面図である。 測定機の構成を概略的に示す構成図である。 測定工程の手順を示すフローチャートである。 ピペット受け部とピペットチップとの他の構成例を示す説明図である。

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
１４ プリズム
１６ 流路
１６ａ 注入口（出入口）
１６ｂ 排出口（出入口）
２６ ピペット対
２６ａ ピペット
２６ｂ ピペット
３０ 測定ステージ（ステージ）
４１ 流路部材（流路ユニット）
５３ 軟質部材
５４ 硬質部材
５５ ピペット受け部
５７ 窪み
６０ ピペットチップ
６０ｂ 突起
６１ ピペットヘッド（送液ヘッド）
６３ ヘッド移動機構
６４ コントローラ
１００ 突起

Claims (10)

1. 試料を含む試料溶液の注入と排出とが行われる複数の出入口と、この出入口を通じて注入された前記試料溶液を前記試料の反応を検出するためのセンサ面に送液する流路とが形成された流路ユニットと、
   この流路ユニットが着脱自在にセットされるステージと、前記試料溶液の吸引と吐出とを行うピペットを有し、前記ステージにセットされた前記流路ユニットにアクセスして前記流路に前記試料溶液を注入する送液ヘッドとを備えた送液装置とからなる送液システムにおいて、
   前記送液ヘッドが前記流路ユニットにアクセスした際に、前記ピペットの先端が押し当てられるピペット受け部を、前記各出入口のそれぞれに設けるとともに、
   前記ピペット受け部と前記先端とのいずれか一方を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形したことを特徴とする送液システム。
2. 前記ピペット受け部を前記軟質部材で成形し、
   前記ピペット受け部に押し当てられた際に、前記ピペット受け部と当接する突起を前記先端に設けたことを特徴とする請求項１記載の送液システム。
3. 前記ピペット受け部に、前記突起と嵌合する窪みを設けたことを特徴とする請求項２記載の送液システム。
4. 前記ピペット受け部を前記軟質部材で成形し、
   前記先端が押し当てられた際に、前記先端によって押しつぶされる突起を前記ピペット受け部に設けたことを特徴とする請求項１記載の送液システム。
5. 前記流路部材又は前記ピペットの前記軟質部材以外の部分を、前記軟質部材よりも硬い硬質部材で成形し、前記軟質部材と前記硬質部材とのそれぞれに異なる樹脂材料を用いて、両者を二色成形法によって一体成形したことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送液システム。
6. 前記先端を前記ピペット受け部に押し当てる際の、前記ピペット受け部への押圧力を調整する押圧力調整手段を設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の送液システム。
7. 試料を含む試料溶液の注入と排出とが行われる複数の出入口と、この出入口を通じて注入された前記試料溶液を前記試料の反応を検出するためのセンサ面に送液する流路とが形成された流路ユニットをステージにセットし、
   前記試料溶液の吸引と吐出とを行うピペットを、前記ステージにセットされた前記流路ユニットにアクセスさせて前記流路に前記試料溶液を注入する送液方法において、
   前記ピペットを前記流路ユニットにアクセスさせた際に、前記各出入口のそれぞれに設けられたピペット受け部に前記ピペットの先端を押し当て、
   前記ピペット受け部と前記先端とのいずれか一方を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形しておき、
   前記一方を弾性変形させた状態で、前記流路に前記試料溶液を注入することを特徴とする送液方法。
8. 吸引と吐出とを行うピペットによって試料を含む試料溶液の注入と排出とが行われる複数の出入口と、この出入口を通じて注入された前記試料溶液を前記試料の反応を検出するためのセンサ面に送液する流路とが形成された流路ユニットにおいて、
   前記ピペットの先端が押し当てられるピペット受け部を、前記各出入口のそれぞれに設けるとともに、
   このピペット受け部を、押し当てられた際に弾性変形する軟質部材で成形したことを特徴とする流路ユニット。
9. 前記ピペット受け部には、前記先端が押し当てられた際に、前記先端に設けられた突起と嵌合する窪みが形成されていることを特徴とする請求項８記載の流路ユニット。
10. 前記ピペット受け部には、前記先端が押し当てられた際に、前記先端によって押しつぶされる突起が形成されていることを特徴とする請求項８記載の流路ユニット。
    

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