JP2007071838A

JP2007071838A - 分注装置

Info

Publication number: JP2007071838A
Application number: JP2005262364A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Fujikura; 立雄藤倉
Original assignee: Fujifilm Holdings Corp
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】ピペットチップを送液管に挿し込んだ場合にセンサユニットの傾きを防止する。
【解決手段】ピペットヘッド５１を構成するノズル６０に位置調整部７３を設け、リジットに設けられたガイド部８０の中空部分８１に配設する。測定位置にセットされたセンサセルに向けてピペットヘッド５１を図中Ｄ方向に下降させたときに、ピペットチップ５０の先端が誘い込み口４２ｂのテーパ面４２ｃに当接した場合、ピペットチップ５０の先端はテーパ面４２ｃに摺接されることになる。このとき、ガイド部８０の中空部分８１は、位置調整部７３に比べて大きいので、ピペットヘッド５１が図中Ｅ方向にスライドする。これにより、ピペットチップ５０の中心が注入口１６ａの中心と一致した状態で、ピペット２５の先端が注入口１６ａに挿し込まれる。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体の吸引と吐出とを行うノズルが設けられた分注ヘッドを備えた分注装置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２００４−２８８５３４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。ピペットを用いて流路内に液体を送り込む際には、流路の両端部のそれぞれにピペットを挿し込み、一方のピペットで吸引して流路内の液体（もしくは空気）を排出させながら、他方のピペットで液体を吐出し、流路内の流体を入れ換えるようにして行われる。

各ピペットには、シリンダとピストンとからなるシリンジポンプが設けられている。流路に挿し込まれる２本のピペットの各ピストンは、カム機構などによって一方が吸引動作をするときには他方が吐出動作をするように互いに連動しており、吸引・吐出のタイミングが一致するようにされている。
特許第３２９４６０５号公報

例えば、上述したセンサユニットを構成する送液管の両端部には、挿し込まれるピペットの先端を誘い込むための誘い込み部が設けられているが、送液管の両端部の中心軸と、ピペットの中心軸とがずれている場合、挿し込まれるピペットが傾いた状態で送液管に挿し込まれることで、ピペットから液体を吐出した場合に液漏れが生じ、適正なシール性能を実現できないと言う問題がある。また、送液管の両端部の中心軸と、ピペットの中心軸とがずれたままピペットが挿し込まれると、センサユニットを傾斜させてしまうことになる。上述したように、ＳＰＲ測定装置では、金属膜に対して測定光を照射し、その反射光を測定しているから、センサユニットが傾いてしまうことで正確な測定を行うことができなくなるという問題もある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ピペットチップを送液管に挿し込んだ場合に適正なシール性能を保持するとともに、挿し込まれるピペットチップによってセンサユニットの傾きを防止することによって正確な測定を行うことができるようにした分注装置を提供するものである。

上記課題を達成するため、本発明の分注装置は、ノズルの先端にピペットチップが組み付けられた分注ノズルを備え、前記ピペットチップを試料溶液を送液する流路の開口に挿し込んだ後に、前記流路に収容された試料溶液を吸引する、或いは流路に試料溶液を送液する分注装置において、前記開口は、前記挿し込まれるピペットチップの先端を誘い込む誘い込み部を備えており、前記ピペットチップの先端が前記誘い込み部に摺接した場合に、前記開口の中心と前記ピペットチップの中心とが一致するように、前記分注ノズルを、該分注ノズルの挿し込み方向と直交する方向にスライドさせるスライド機構を備えたことを特徴とする。

また、前記開口の誘い込み部は、前記テーパ面を備えており、前記スライド機構は、前記分注ノズルに設けられた位置調整部材と、前記位置調整部材を被覆するように設けられ、前記ピペットチップの先端がテーパ面に摺接したときに、前記位置調整部材のスライド方向をガイドするガイド部材とから構成されていることを特徴とする。

また、前記ガイド部と位置調整部との間には、前記ノズルを基準位置に保持する位置出し部材が設けられていることを特徴とする。

本発明の分注装置によれば、ノズルの先端にピペットチップが組み付けられた分注ノズルを備え、前記ピペットチップを試料溶液を送液する流路の開口に挿し込んだ後に、前記流路に収容された試料溶液を吸引する、或いは流路に試料溶液を送液する分注装置において、前記開口は、前記挿し込まれるピペットチップの先端を誘い込む誘い込み部を備えており、前記ピペットチップの先端が前記誘い込み部に摺接した場合に、前記開口の中心と前記ピペットチップの中心とが一致するように、前記分注ノズルを、該分注ノズルの挿し込み方向と直交する方向にスライドさせるスライド機構を備えたので、ピペットチップの先端を開口に挿し込んだときには、確実にピペットチップの中心と開口の中心とが一致させることができるので、開口に挿し込まれるピペットチップによって、シール性能を保持することができる。また、ピペットチップの中心と開口の中心とを一致させることで、センサユニットを傾斜させることがないので、正確な測定を行わせることができる。

また、前記開口の誘い込み部は、前記テーパ面を備えており、前記スライド機構は、前記分注ノズルに設けられた位置調整部材と、前記位置調整部材を被覆するように設けられ、前記ピペットチップの先端がテーパ面に摺接したときに、前記位置調整部材のスライド方向をガイドするガイド部材とから構成されているから、容易な構成でピペットチップの中心と開口の中心とを一致させることができる。

また、前記ガイド部と位置調整部との間には、前記ノズルを基準位置に保持する位置出し部材が設けられているから、開口の中心と、ピペットチップの中心とがずれている場合にのみ、ピペットチップをスライドさせることが可能となる。

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（図示せず）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（薄膜層）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（誘電体ブロック）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。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、ピペット１９、２０が設けられている。これらピペット１９，２０のうち、例えばピペット１９が注入口１６ａに、ピペット２０が排出口１６ｂにそれぞれ挿し込まれる。ピペット１９，２０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。これらピペット１９，２０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。リガンド溶液２１は、ピペット２０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、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１９，２０と同様のピペット２５，２６を備えている。これらピペット２５，２６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、流路１６が形成された流路部材４１と、蒸着によって上面に金属膜１３が形成されたプリズム１４と、流路部材４１の底面とプリズム１４の上面とを接合させた状態で保持する保持部材４２とからなる。金属膜１３の表面には、リガンドを固定化するリンカー膜２２が複数（本例では６つ）設けられている。各リンカー膜２２は、長尺状のプリズム１４と金属膜１３との長手方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられている。流路部材４１は、このリンカー膜２２毎に用意され、各流路１６と各リンカー膜２２とが対面するように金属膜１３上に並べて配置される。なお、本例では、リンカー膜２２及び流路部材４１の数が６つの例を示しているが、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。また、本例では、１つの流路１６が形成された流路部材４１を６つ用いるようにしているが、６つの流路１６が並べて形成された長尺状の流路部材を用いるようにしてもよい。

流路部材４１は、略直方体状に成形されており、流路１６は、その長手方向に沿って略Ｕ字型に形成されている。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、例えば、ゴムやＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などといった弾性材料で成形されている。流路部材４１の底面をプリズム１４の上面に圧接させると、流路部材４１が弾性変形して金属膜１３との接合面の隙間を埋める。これにより、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。

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、各流路部材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の上面とが圧接された状態で保持される。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、ホルダの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。

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。

保持部材４２の上面には、各流路１６の注入口１６ａおよび排出口１６ｂに対応する位置に、ピペット（１９、２０、２５、２６）の先端が進入する誘い込み口４２ｂが形成されている。各誘い込み口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、漏斗形状から構成されている。以下では、この誘い込み口４２ｂの内壁面を、テーパ面４２ｃとして説明する。保持部材４２が各流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合すると、各誘い込み口４２ｂの下面は、注入口１６ａ又は排出口１６ｂのいずれかと接合して、各誘い込み口４２ｂと流路１６とが連通される。

なお、センサユニット１２のプリズム１４や保持部材４２などに、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４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、略円錐筒状に形成されたピペットチップ５０を着脱自在に保持するピペットヘッド５１，５２と、ピペットチップ５０の内部を加圧又は減圧してピペットチップ５０に液体の吸引と吐出とを行わせるポンプ５３，５４と、これらポンプ５３，５４を駆動するポンプドライバ５５と、ピペットヘッド５１，５２を前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構５６と、固定機１０の各部を統括的に制御するコントローラ５７とを有している。なお、本例では、ピペットヘッド５１，５２と、ポンプ５３，５４とをリジット５８に組み付け、リジット５８をヘッド移動機構５６によって移動させる形態を説明するが、ピペットヘッド５１，５２のみをヘッド移動機構５６によって移動させる場合であってもよい。また、ピペッドヘッド５１，５２の構成が同一であるため、以下ではピペットヘッド５１についてのみ説明する。

図４又は図５に示すように、ピペットヘッド５１は、略円筒状のノズル６０を備えている。このノズル６０には、その軸方向と同軸となる挿通孔６１が形成されている。この挿通孔には、ポンプ５３と接続されるゴムチューブ６２の一端部が挿入される。このノズル６０の外径は、ピペットチップ５０の内径とほぼ一致している。このノズル６０の先端には、ノズル６０の全周に亘って溝６３、６４が所定間隔を空けて２カ所に設けられており、これら溝のそれぞれにＯリング６５，６６が組み付けられている。Ｏリング６５，６６は、ノズル６０の先端にピペットチップ５０を挿し込んだときに、ピペットチップ５０に設けられた溝部５０ａ，５０ｂにそれぞれ嵌り込むことで、ピペットチップ５０がノズル６０の先端に保持される。すなわち、各ピペット２５，２６は、各ノズルにピペットチップ５０を嵌め込むことによって構成されている。

なお、詳細は記載しないが、このノズル６０には、ノズル６０の先端に組み付けられるピペットチップ５０を取り外す際に駆動するリリース機構（図示せず）が、図５に示す符号６７の位置に設けられており、各ノズル６０に挿し込まれたピペットチップ５０を押し下げて、ピペットチップ５０をピペットヘッド５１から取り外す。ピペットチップ５０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５０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。

このノズル６０の、ピペットチップ５０が組み付けられる一端部とは反対側となる他端部には、コイルバネ７０が組み付けられている。このコイルバネ７０は、ピペットヘッド５１を図５中Ａ方向に付勢することで、例えば、注入口１６ａにピペットヘッド５１の先端を挿し込んだ際に、そのシール性を安定させるために設けられている。なお、コイルバネ７０の一端はリリース機構が保持される部位（図５中符号６７）に当接され、その他端側は、後述するガイド部８０の下面に当接されている。

ノズル６０の他端部には、コイルバネ７０によって図５中Ａ方向に付勢されたノズル６０がガイド部８０から抜けないように保持する抜け防止片７１が組み付けられている。また、ノズル６０における、抜け防止片７１とリリース機構が保持される部位（符号６７）との間には、位置調整部７３が組み付けられる。この位置調整部７３は、円筒形状から構成されている。この位置調整部７３は、ガイド部８０の内部に収納される。

ガイド部８０は、中空の円柱形状からなっており、リジット５８に組み付けられている。この中空となる部分８１に、上述した位置調整部７３が収納される。なお、このガイド部８０の上面８２と下面８３とには、それぞれ、ノズル６０の外径よりも大きく、位置調整部７３の外径よりも小さい径からなる開口８２ａ，８３ａがそれぞれ設けられている。これら開口８２ａ，８３ａは、その中心が同軸となるように設けられている。これにより、例えばピペットチップ５０の先端が誘い込み口（誘い込み部）４２ｂのテーパ面４２ｃに当接した場合に、ノズル６０が図７中Ｄ方向に直交する方向にスライド可能となる。なお、このガイド部８０と、位置調整部７３とによってスライド機構が構成されている。

位置調整部７３とガイド部８０との間には、位置だし部材としてのスポンジ８５が配置されている。このスポンジ８５は、ノズル６０を基準位置に保持するために設けられている。なお、基準位置とは、ガイド部８０の上面８２に設けられた開口８２ａ、下面８３に設けられた開口８３ａの中心軸Ｌ１と、ノズル６０の中心軸Ｌ２とが一致したときのノズル６０の位置である。例えば、ピペットヘッド５１を図８中Ｆ方向に移動させたときに、ピペットチップ５０の先端が誘い込み口４２ｂのテーパ面４２ｃに当接した場合、ピペットチップ５０は、ピペットチップ５０の挿し込み方向に直交する方向に（図８の場合には、Ｇ方向に）に移動することになる。このとき、ノズル自体が図８中Ｇ方向に移動するので、ノズルに設けられた位置調整部７３が図９中Ｈ方向に移動する。この移動の際に、ノズル６０がスポンジ８５の付勢を受けることによって、ノズル６０の振動を防止することができる。なお、ノズル６０を基準位置に保持する方法としては、位置調整部７３とガイド部８０との間にスポンジ８５を設ける他に、バネやゴムを配置することが考えられる。また、本例では、位置調整部７３とガイド部８０との間にスポンジ８５を設けた形態とするが、位置調整部７３とガイド部８０との間にスポンジを設ける必要はない。

ポンプ５３，５４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。ポンプ５３，５４は、ノズル６０に挿入されたゴムチューブ６２の内部を減圧することによってピペット２５、２６において液体を吸引させるとともに、ゴムチューブ６２の内部を加圧することによってピペット２５、２６に吸引した液体を吐出させる。例えば、ポンプ５３にはゴムチューブ９０の一端が接続される。このゴムチューブ９０とゴムチューブ６２との間には三又の継ぎ手９１が設けられている。この継ぎ手９１は、ポンプ５３による圧力変動を２方向に分け、一方をゴムチューブ６２を介してピペットヘッド５１に伝達するとともに、他方をゴムチューブ９２を介して圧力センサ９３に伝達する。なお、ポンプ５３と継ぎ手９１とを接続する、及び継ぎ手９１と圧力センサ９３とを接続する方法として、ゴムチューブを用いたが、これに限定する必要はなく、アルミ管等の配管によって接続することも可能である。なお、ポンプ５４、ピペットヘッド５２、圧力センサ９４の接続は、上述した、ポンプ５３、ピペットヘッド５１、圧力センサ９３の接続と同様の構成からなるので、ここでは、その説明を省略する。

ヘッド移動機構５６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５７の制御の下、ピペットヘッド５１、５２をそれぞれ前後左右上下の３方向に移動させる。固定機１０には、流路１６へ注入する種々の液体（リガンド溶液、洗浄液、固定用バッファ液、乾燥防止液、活性化液、ブロッキング液など）を保管する複数の液保管部や、複数のピペットチップ５０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５６は、これらの各部や固定機１０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５１をアクセスさせる。

各圧力センサ９３，９４は、ポンプ５３，５４によってゴムチューブの内部に加えられる圧力を電気信号に変換し、この電気信号（以下、「圧力測定信号」と称す）をコントローラ５７に出力する。なお、圧力センサ９３，９４には、例えば、半導体ダイアグラム式圧力センサや静電容量式圧力センサなどの周知の圧力センサを用いればよい。

コントローラ５７は、上述したポンプ５３，５４をポンプドライバ５５などを介して駆動させるとともに、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５７は、上述した移動機構を駆動して、複数の液保管部やピペットチップ保管部、或いは測定機１１にセットされたセンサユニット１２等に、ピペットヘッド５１，５２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、上記構成による測定機１１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５７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５６を駆動してピペットヘッド５１，５２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５１，５２を異動させたコントローラ５７は、ポンプドライバ５５に駆動信号を送り、ポンプ５３を駆動させることによってピペット２５に測定用バッファ液を吸引させる。

ピペット２５に測定用バッファ液を吸引させた後、コントローラ５７はピペットヘッド５１、５２をセンサユニット１２に向かわせる。ピペットヘッド５１，５２をセンサユニット１２の上に移動させた後、コントローラ５７はヘッド移動機構５６を駆動して、各ピペット２５，２６の先端を測定対象となるセンサセル１７の誘い込み口４２ｂに向けて、ピペットヘッド５１，５２を下降させる。

図７〜図９に示すように、例えばピペットヘッド５１が下降したときに、ピペット２５の先端が誘い込み口４２ｂのテーパ面４２ｃに当接する場合がある。この場合、ピペット２５の先端が誘い込み口４２ｂのテーパ面４２ｃに当接した後も、ピペットヘッド５１は下降し続け、ピペットチップ５０の先端が誘い込み口４２ｂのテーパ面４２ｃに摺接することになる。このピペットチップ５０の先端がテーパ面４２ｃに摺接することによって、ピペットチップ５０が図８中Ｇ方向に押圧される。なお、ピペットチップ５０はノズル６０の一端に嵌め込まれており、ピペットチップが図８中Ｇ方向に押圧されると、ノズル６０に対しても、同一方向の力が加わることになる。

上述したように、ノズル６０には位置調整部７３が設けられており、ノズル６０に図８中Ｇ方向の力が加わると、位置調整部７３にも同一方向の力が加わることになる。なお、位置調整部７３は、ガイド部８０の内部に設けられた中空部分８１に配設されており、また、ガイド部８０の上面８２及び下面８３に設けられた開口８２ａ，８３ａの内径が、ノズル６０の外径よりも大きく形成されているので、ノズルに図８中Ｇ方向の力が加わると、位置調整部７３もスポンジ８５の付勢に抗して図９中Ｈ方向へ移動する。これにより、ピペットヘッド５１が、挿し込み方向（図７中Ｄ方向）に直交する方向（図７中Ｅ方向）にスライド移動することになることになる。このとき、位置調整部７３とガイド部８０との間には、スポンジ８５が設けられているので、ピペットヘッド５１のスライド時にノズル６０が振動することがない。その後、ピペットヘッド５１の先端が注入口１６ａに挿し込まれることで、ピペット２５と流路１６との接続を水密に保つとともに、センサユニットの傾きを防止することができる。なお、ピペットヘッド５２についても同様であるので、その説明を省略する。

このようにして、ピペット２５の先端が注入口１６ａに、ピペット２６の先端が排出口１６ｂにそれぞれ挿し込まれると、コントローラ５７はポンプ５３，５４に駆動信号をおくり、ピペット２５に吐出させて吸引した測定用バッファ液を流路１６の内部に注入するとともに、ピペット２６に吸引させて、流路１６の内部の空気、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２５，２６を用いて、流路１６の内部の液体を入れ替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。

測定用バッファ液を流路に注入させた後、コントローラ５７は、ピペットヘッド５１，５２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５１，５２を上昇させるだけなので、流路１６の内部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５０がノズル６０から抜けたりすることがない。また、ガイド部８０と、位置調整部７３との間にはスポンジ８５が設けられているので、ピペット２５の先端を注入口１６ａから抜くと、スポンジ８５の付勢によってノズル６０が基準位置に向けて移動し、基準位置でノズル６０が保持される、つまりピペットヘッドが基準位置に保持される。

ピペットチップ保管部に移動したピペットヘッド５１，５２は、測定用バッファ液に浸された各ピペットチップ５０をリリースし、未使用のピペットチップ５０を各ノズル６０に挿し込む。このように、ピペットチップ５０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がピペットチップ５０を介して混液されることが防止される。なお、流路１６から排出された液体がピペット２６の内部に保持されている場合には、ピペットチップ５０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５１，５２を移動させ、ピペット２６の内部の液体を廃液タンクに吐出させる。

ピペットチップ５０の交換を行った後、コントローラ５７は、ピペットヘッド５１，５２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、アナライト溶液を離脱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。離脱反応用の測定用バッファ液を流路に注入させたコントローラ５７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、孔ライトとリガンドの反応状況（結合状況）、結合した孔ライトとリガンドとの離脱までのＳＰＲ信号を測定する。

以上により、１つのセンサセル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を備えている場合には、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。

上記実施形態では、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに各ピペット２５、２６を挿し込み、各ピペット２５、２６の吐出と吸引とを互いに連動させることによって、流路１６に液体を注入する測定機１１を示したが、これに限ることなく、例えば、注入口１６ａのみにピペットを挿し込む測定機に、本発明を適用してもよい。この場合、例えば排出口１６ｂにポンプ等の吸引装置に接続された吸引管を接続し、流路内の液体を該吸引管を用いて吸引するようにする。

また、本実施形態では、測定機に使用されるピペットヘッドについて本発明を用いた場合の説明を行ったが、これに限定する必要はなく、固定機に用いられるピペットヘッドや、複数のウェルが設けられたウェルプレートの各ウェルから液体を吸引するピペットヘッド等に本発明を用いることが可能である。

本実施形態では、ピペットヘッドを２つ備えた測定機の例を取り上げたが、これに限定する必要はなく、ピペットヘッドを３個以上備えた固定機の例であってもよい。また、本実施形態では、１つのリジットに２つのピペットヘッドを固定した例を取り上げたが、ピペットヘッドを複数備えた場合には、各ピペットヘッドを個別に移動させることも可能である。

なお、上記実施形態では、各ピペット２５、２６の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂに挿し込むことによって、流路１６に液体を注入するようにしているが、これに限らず、各ピペット２５、２６の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂに押し当てた状態で流路１６への注入を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、誘電体ブロックとしてプリズム１４を示しているが、誘電体ブロックには、この他に、光学ガラスや光学プラスチックなどを板状にしたものや、これらの板状のものとプリズムとを光学面平滑剤（例えば、光学マッチングオイル）で一体化させたものなどを含めるものとする。

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。測定機の構成を概略的に示す構成図である。ピペットヘッドの構成を概略的に示す断面図である。測定工程の手順を示すフローチャートである。ピペットチップの先端が誘い込み口のテーパ面に当接したときをしめす説明図である。図７に示すＢを拡大して示す断面図である。図７に示すＣを拡大して示す断面図である。

符号の説明

１０固定機
１１測定機
１９，２０，２５，２６ピペット
１２センサユニット
１６流路
１６ａ注入口
１６ｂ排出口
１７センサセル
４２ｂ誘い込み口
４２ｃテーパ面
５０ピペットチップ
５１、５２ピペットヘッド
５８リジット
６０ノズル
６２ゴムチューブ
６５，６６Ｏリング
７１抜け防止片
７３位置調整部
８０ガイド部
８５スポンジ

Claims

ノズルの先端にピペットチップが組み付けられた分注ノズルを備え、前記ピペットチップを試料溶液を送液する流路の開口に挿し込んだ後に、前記流路に収容された試料溶液を吸引する、或いは流路に試料溶液を送液する分注装置において、
前記開口は、前記挿し込まれるピペットチップの先端を誘い込む誘い込み部を備えており、
前記ピペットチップの先端が前記誘い込み部に摺接した場合に、前記開口の中心と前記ピペットチップの中心とが一致するように、前記分注ノズルを、該分注ノズルの挿し込み方向と直交する方向にスライドさせるスライド機構を備えたことを特徴とする分注装置。
前記開口の誘い込み部は、前記テーパ面を備えており、
前記スライド機構は、前記分注ノズルに設けられた位置調整部材と、前記位置調整部材を被覆するように設けられ、前記ピペットチップの先端がテーパ面に摺接したときに、前記位置調整部材のスライド方向をガイドするガイド部材とから構成されていることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
前記ガイド部材と位置調整部材との間には、前記ノズルを基準位置に保持する位置出し部材が設けられていることを特徴とする請求項２記載の分注装置。