JP2008191085A - バイオセンサを用いた測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
信頼性が高くかつ測定精度の高い、バイオセンサを用いた測定方法を提供する。
【解決手段】
添加した液体試料が反応部１４で呈色反応を起こした後、呈色した反応部１４に照射ビーム１６を走査させて吸光度信号を検出する。その後、バイオセンサ８の供給部１２に照射ビーム１６を走査させて、吸光度信号を検出し、検出した吸光度信号から供給部１２に残留している液体試料の量を求める。そして、残留液体試料の量に基づいて上記反応部１４における吸光度信号を補正し、該補正した吸光度信号から添加液体試料中の分析対象物の濃度を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、生物学的なサンプルの分析を行うバイオセンサを用いた測定方法に関し、特に、光学的な信号検出を行って分析対象物の濃度測定を行う測定方法に関する。

従来のバイオセンサを用いた測定方法について説明する。図５（ａ）は、従来の定量測定装置の概略構成図であり、図５（ｂ）はバイオセンサの構成図である。

図５（ａ）に示す定量測定装置５００は、半導体レーザ１、コリメートレンズ２、開口部３、ビームスプリッタ４、参照光５、第１のフォトダイオード６、集光レンズ７、第２のフォトダイオード１０、および計測部３０を備えている。

コリメートレンズ２は、半導体レーザ１の出射光を平行ビームに変換する。開口部３は、ビームを絞る。ビームスプリッタ４は、ビームを偏光する。第１のフォトダイオード６は、ビームスプリッタ４で反射されたビームを参照光５として受光する。集光レンズ７は、ビームスプリッタ４で透過されたビームを集光し、バイオセンサ８の所定位置に導く。第２のフォトダイオード１０は、バイオセンサ８からの散乱光９を受光する。計測部３０は、フォトダイオード６，１０の出力をそれぞれＬｏｇ変換するＬｏｇ変換部３１，３２と、該Ｌｏｇ変換部３１，３２で求めたＬｏｇ変換値を減算することにより、吸光度信号３４を求める減算部３３とを備えている。

図５（ｂ）に示すバイオセンサ８は、一定量の液体試料１１が添加される供給部１２、液体試料を展開する展開部１３、および液体試料中の分析対象物の濃度に応じて呈色する反応部１４からなる。呈色している反応部１４の吸光度信号３４を読みとることで、分析対象物の濃度を求めることができる。

次に、動作について説明する。
半導体レーザ１から出射された光は、コリメートレンズ２を通過することによって平行ビームに変換される。この平行ビームは、開口部３を通過してビームスプリッタ４に入射される。ビームスプリッタ４で反射された一部の光ビームは、参照光５として第１のフォトダイオード６で受光される。一方、ビームスプリッタ４を透過した残りの光ビームは、集光レンズ７によってバイオセンサ８上の呈色している反応部１３に照射され、バイオセンサ８上からの散乱光９を第２のフォトダイオード１０で受光する。そして、参照光５を受光した第１のフォトダイオード６の出力、および散乱光９を受光した第２のフォトダイオード１０の出力をそれぞれＬｏｇ変換し、第１のフォトダイオード６のＬｏｇ変換値から第２のフォトダイオード１０のＬｏｇ変換値を減算することにより、吸光度信号３４を得る。この吸光度信号３４から液体試料中の分析対象物の濃度を求める。

ところで、添加した液体試料が不十分な量である場合や、目詰まりなどの発生により展開不良である場合、液体試料中の分析対象物の濃度を正確に測定することができない。

ここで、図６（ａ）に、バイオセンサ８の供給部１２に十分に液体試料１１を添加した場合の展開の様子を示している。添加した液体試料１１は、展開部１３、反応部１４を経て下流側端部の測定部１５に到達する。一方、図６（ｂ）に、バイオセンサ８の供給部１２に添加した液体試料１１が不足している場合で、下流側端部の測定部１５に到達していない。測定部１５に液体試料１１が到達しているかどうかは、バイオセンサ８の測定部１５に光ビームを照射し、得られる吸光度信号から判断することができる。これにより、液体試料の添加量不足や展開不良を検知することができる。
特開２００３−４７４３号公報

しかしながら、前記従来の測定方法では、バイオセンサの浸透具合にばらつきがある場合や液体試料が血液である場合、ヘマトクリット値の違いや含有タンパク量の違いによる粘度のばらつきのため、液体試料のバイオセンサ上の下流側端部への到達位置にばらつきが発生する。そのため、到達位置に応じて液体試料の添加量不足を正確に検出ことができない。例えば、幅が２ｍｍ、長さが２０ｍｍ、必要添加量が５μＬであるバイオセンサに血液を添加した場合、添加量が２μＬ以上少ないときは添加量不足を検出することができるが、添加不足量が２μＬ以下であるときは検出することができない。

また、従来の測定方法では、液体試料の添加量不足を検知するだけで、分析対象物の測定値を補正することができなかった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、信頼性が高くかつ測定精度の高い、バイオセンサを用いた測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１にかかる測定方法は、一定量の液体試料が添加される供給部と、前記液体試料を輸送する展開部と、前記液体試料が反応する反応部とを備えたバイオセンサを用いて、液体試料中に含まれる分析対象物の濃度を測定する測定方法において、前記添加した液体試料が前記バイオセンサの反応部で反応を起こした後、前記バイオセンサの供給部に残留している前記液体試料の量を特定することを特徴とする。

これにより、液体試料の展開が十分に行われているかどうかを知ることができ、信頼性が高く、かつ測定精度の高い、バイオセンサを用いた測定方法を実現可能である。

また、本発明の請求項２にかかる測定方法は、請求項１に記載の測定方法において、前記バイオセンサの供給部における残留液体試料の量を特定した後、該残留液体試料の量に応じて、前記分析対象物の濃度の値を補正することを特徴とする。

これにより、添加試料中に含まれる分析対象物の濃度をより正確に求めることができ、信頼性が高く、かつ測定精度の高いバイオセンサを用いた測定方法を実現可能である。

また、本発明の請求項３にかかる測定方法は、請求項１に記載の測定方法において、前記液体試料を前記バイオセンサの供給部に添加直後に、該供給部に添加された前記液体試料の量を測定し、前記供給部への液体試料の添加量が一定量であるかどうかを判断することを特徴とする。

これにより、液体試料の添加量不足を精度良く検出することができ、信頼性が高く、かつ測定精度の高い、バイオセンサを用いた測定方法を実現可能である。

また、本発明の請求項４にかかる測定方法は、請求項１に記載の測定方法において、上記バイオセンサの供給部における残留液体試料の量は、前記供給部に光を照射して得られる該供給部からの透過光もしくは反射光から検出した吸光度に基づいて特定することを特徴とする。

これにより、添加試料中に含まれる分析対象物の濃度をより正確に求めることができ、信頼性が高く、かつ測定精度の高いバイオセンサを用いた測定方法を実現可能である。

また、本発明の請求項５にかかる測定方法は、請求項４に記載の測定方法において、前記バイオセンサの供給部に照射する光の波長帯域は、３００ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲であることを特徴とする。

これにより、供給部の液体試料残留量をより正確に測定することができ、測定精度をより高めることができる。

また、本発明の請求項６にかかる測定方法は、請求項４に記載の測定方法において、前記バイオセンサの供給部に照射する光の波長は、前記バイオセンサの反応部に照射する光の波長と異なることを特徴とする。

これにより、測定する位置に応じて波長の異なる光を照射し、読み取り不良を防ぐことができ、測定精度をより高めることができる。

本発明のバイオセンサを用いた測定方法によれば、一定量の液体試料が添加される供給部と、前記液体試料を輸送する展開部と、前記液体試料が反応する反応部とを備えたバイオセンサを用いて、液体試料中に含まれる分析対象物の濃度を測定する測定方法において、前記添加した液体試料が前記バイオセンサの反応部で反応を起こした後、バイオセンサの供給部に残留している液体試料の量を測定し、該残留量に応じて分析対象物の濃度の値を補正するようにしたので、信頼性が高くかつ測定精度の高い測定方法を提供することができる。

以下に、本発明のバイオセンサを用いた測定方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１による、バイオセンサを用いた測定方法について説明する。

図１（ａ）は、本実施の形態１による定量測定装置１００の概略構成図であり、図１（ｂ）はバイオセンサの構成図である。図１において、図５と同一構成要素については同一符号を付す。

図１（ａ）に示す定量測定装置１００は、半導体レーザ１、コリメートレンズ２、開口部３、ビームスプリッタ４、参照光５、第１のフォトダイオード６、集光レンズ７、第２のフォトダイオード１０、および計測部３０を備えている。

コリメートレンズ２は、半導体レーザ１の出射光を平行ビームに変換する。開口部３は、ビームを絞る。ビームスプリッタ４は、ビームを偏光する。第１のフォトダイオード６は、ビームスプリッタ４で反射されたビームを参照光５として受光する。集光レンズ７は、ビームスプリッタ４を透過したビームを集光して、バイオセンサ８の所定位置に導く。第２のフォトダイオード１０は、バイオセンサ８からの散乱光９を受光する。

計測部３０は、第１のフォトダイオード６および第２のフォトダイオード１０の出力をそれぞれＬｏｇ変換するＬｏｇ変換部３１，３２と、該Ｌｏｇ変換部３１，３２で求めたＬｏｇ変換値を減算することにより、吸光度信号３４を求める減算部３３とを備えている。

図１（ｂ）に示すバイオセンサ８は、一定量の液体試料が供給される供給部１２、液体試料を展開する展開部１３、および液体試料中の分析対象物の濃度に応じて呈色する反応部１４を備えている。

次に、本実施の形態１による測定方法について詳細に説明する。
半導体レーザ１から出射された光は、コリメートレンズ２を通過することによって平行ビームに変換される。なお、半導体レーザ１の波長は６３５ｎｍを使用する。この波長の条件は、標識試薬の金コロイドと試料の血液（赤血球）との吸光度差が十分得られ、かつ、金コロイドの吸光度感度が十分得られるものであり、かつ、光ディスク等で使用されているなどの理由から波長を決定した。この平行ビームは、開口部３で絞られた後、ビームスプリッタ４に入射される。

ビームスプリッタ４で反射された一部の光ビームは、参照光５として第１のフォトダイオード６で受光される。一方、ビームスプリッタ４を透過した残りの光ビームは、集光レンズ７によってバイオセンサ８上の呈色した反応部１４に照射され、その反応部１４からの散乱光９が第２のフォトダイオード１０で受光される。

参照光５を受光した第１のフォトダイオード６の出力と、散乱光９を受光した第２のフォトダイオード１０の出力はそれぞれＬｏｇ変換され、第１のフォトダイオード６のＬｏｇ変換値から第２のフォトダイオード１０のＬｏｇ変換値を減算することにより、反応部１４における吸光度信号３４が得られる。

呈色している反応部１４の吸光度信号を読み取った後に、バイオセンサ８の供給部１２に半導体レーザ１の出射光を照射して、その吸光度信号を読み取る。具体的には、図２（ａ）に示すように、照射ビーム１６を位置Ａから位置Ｅまでの領域に照射し、該領域における吸光度信号を読み取る。図２（ｂ）に、供給部１２における吸光度信号を示す。残留液体試料１７により上昇した吸光度信号の幅、たとえば、図２（ｂ）の矢印で示した幅の距離を測定することにより、バイオセンサ８の供給部１２に残留している液体試料の量を特定する。そのため、液体試料が全血で、供給部１２への必要添加量が５μＬである場合、供給部１２に残留している液体試料１７の量を０．１μＬ単位で検出することができる。

ところで、添加液体試料中の分析対象物の濃度を正確に測定するためには、バイオセンサ８の供給部１２に液体試料が常に一定量添加される必要がある。供給部１２に対する液体試料の必要量添加量５μＬである場合、添加量を、必要添加量の１００％、７５％、５０％と減らして添加したときの反応部１４における吸光度を、図３に示す。図３より、必要添加量の低下とともに、反応部１４における吸光度が比例的に低下していることがわかる。したがって、残留液体試料１７から添加不足量を計算し、該添加不足量に応じて、前記反応部１４において得られた吸光度信号３４を補正することで、液体試料中の分析対象物の濃度をより正確に測定することができる。

なお、供給部１２への照射ビーム１６の走査を、液体試料の添加直後に行うようにすれば、供給部１２に添加される液体試料が常に一定量添加されているかどうかを判断することができる。

このような実施の形態１によれば、添加した液体試料がバイオセンサ８の反応部１４で呈色反応を起こした後、バイオセンサ８の供給部１２に残留している液体試料の量を特定し、該残留液体試料の量に基づいて、呈色した反応部１４において得られた吸光度信号３４を補正することで、添加した液体試料中の分析対象物の濃度を求めるようにしたので、信頼性が高く、かつ測定精度の高い測定方法を提供することができる。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２による、バイオセンサを用いた測定方法について説明する。

図４は、本実施の形態２による定量測定装置２００の概略構成図である。図４において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。

図４に示す定量測定装置２００は、図１に示す上記実施の形態１の定量測定装置１００の構成に加え、さらに、半導体レーザ１８、コリメートレンズ１９、および開口部２０を備えている。

以下、本実施の形態２による測定方法について説明する。
半導体レーザ１から出射された光は、コリメートレンズ２を通過することによって平行ビームに変換される。なお、半導体レーザ１の波長は６３５ｎｍを使用する。この波長の条件は、標識試薬の金コロイドと試料の血液（赤血球）との吸光度差が十分得られ、かつ、金コロイドの吸光度感度が十分得られるものであり、かつ、光ディスク等で使用されているなどの理由から波長を決定した。この平行ビームは、開口部３で絞られた後、ビームスプリッタ４に入射される。

ビームスプリッタ４で反射された一部の光ビームは、参照光５として第１のフォトダイオード６で受光される。一方、ビームスプリッタ４を透過した残りの光ビームは、集光レンズ７によってバイオセンサ８上の呈色した反応部１４に照射され、その反応部１４からの散乱光９が第２のフォトダイオード１０で受光される。

参照光５を受光した第１のフォトダイオード６の出力と、散乱光９を受光した第２のフォトダイオード１０の出力はそれぞれＬｏｇ変換され、第１のフォトダイオード６のＬｏｇ変換値から第２のフォトダイオード１０のＬｏｇ変換値を減算することにより、反応部１４における吸光度信号３４が得られる。

呈色している反応部１４の吸光度信号を読み取った後、バイオセンサ８の供給部１２に、半導体レーザ１８の出射光を照射して、その吸光度信号を読み取る。

ここで、半導体レーザ１と半導体レーザ１８の相違点について詳細に説明する。
液体試料が血液の場合の反応部１４に照射する光の波長の条件は、標識試薬の金コロイドと試料の血液（赤血球）との吸光度差が十分得られ、かつ、血液の吸光度が少ない波長であることが必要とされるため、半導体レーザ１の波長は６３５ｎｍを使用している。これにより、血液の流れ残りによる影響を受けずに、反応部１４の呈色部位の吸光度信号を読み取ることができる。

しかしながら、半導体レーザ１を用いて供給部１２に残留している血液の吸光度信号を測定しようとすると、６３５ｎｍの波長では十分な吸光度信号が得られないので、読みとり不良が発生してしまう。

そこで、本実施の形態２では、血液成分に対する吸収強度の高い波長を有する光を用いて供給部１２に残留している血液量を測定するようにした。具体的には、３００ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲の波長帯域のレーザ光を発生する半導体レーザ１８を用いて、供給部１２における吸光度測定を行うようにした。これにより、波長が６３５ｎｍの半導体レーザ１で測定するよりも１０倍以上の吸光度信号を得ることができ、読み取り不良の発生を防ぐことができる。

この半導体レーザ１８から出射された光は、コリメートレンズ１９、開口部２０を通過することにより平行ビームとなり、ビームスプリッタ４に入射される。そして、ビームスプリッタ４を透過した光は参照光５として、また、ビームスプリッタ４で反射された光は検出光として使用し、供給部１２の吸光度を測定する。該測定結果から、供給部１２に残留している血液量を求める。

そして、求めた液体試料残留量に基づいて、反応部１４で得られた吸光度信号を補正し、分析対象物の濃度を算出する。

このような実施の形態２では、呈色している反応部１４の吸光度の測定には、波長が６３５ｎｍである半導体レーザ１を使用し、供給部１２の吸光度の測定には、波長が５８０ｎｍの半導体レーザ１８を使用することで、読み取り不良の発生を防ぎ、供給部１２の液体試料残留量をより正確に検出することができ、分析対象物の濃度の測定精度をより高めることができる。

本発明にかかる測定方法は、信頼性が高く、かつ測定精度の高い、生物学的なサンプルの分析を行うバイオセンサを用いた測定方法として利用可能である。

本発明の実施の形態１におけるバイオセンサ及びそれを用いた測定方法の概略構成図である。 本発明の実施の形態１における供給部の残留液体試料から得られる吸光度信号を示す図である。 本発明の実施の形態１における供給部への必要添加量による液体試料濃度に対する吸光度信号を示す図である。 本発明の実施の形態２におけるバイオセンサ及びそれを用いた測定方法の概略構成図である。 従来のバイオセンサ及びそれを用いた測定方法の概略構成図である。 従来のバイオセンサにおける、添加液体試料の展開の様子を示す図である。

符号の説明

１ 半導体レーザ（６３５ｎｍ）
２ コリメートレンズ
３ 開口部
４ ビームスプリッタ
５ 参照光
６ 第１のフォトダイオード
７ 集光レンズ
８ バイオセンサ
９ 散乱光
１０ 第２のフォトダイオード
１１ 液体試料
１２ 供給部
１３ 展開部
１４ 反応部
１５ 測定部
１６ 照射ビーム
１７ 残留液体試料
１８ 半導体レーザ（５８０ｎｍ以下）
１９ コリメートレンズ
２０ 開口部
３０ 計測部
３１，３２ Ｌｏｇ変換部
３３ 減算部
３４ 吸光度信号

Claims (6)

1. 一定量の液体試料が添加される供給部と、前記液体試料を輸送する展開部と、前記液体試料が反応する反応部とを備えたバイオセンサを用いて、液体試料中に含まれる分析対象物の濃度を測定する測定方法において、
   前記添加した液体試料が前記バイオセンサの反応部で反応を起こした後、前記バイオセンサの供給部に残留している前記液体試料の量を特定する、
   ことを特徴とする測定方法。
2. 請求項１に記載の測定方法において、
   前記バイオセンサの供給部における残留液体試料の量を特定した後、該残留液体試料の量に応じて、前記分析対象物の濃度の値を補正する、
   ことを特徴とする測定方法。
3. 請求項１に記載の測定方法において、
   前記液体試料を前記バイオセンサの供給部に添加直後に、該供給部に添加された前記液体試料の量を測定し、前記供給部への液体試料の添加量が一定量であるかどうかを判断する、
   ことを特徴とする測定方法。
4. 請求項１に記載の測定方法において、
   上記バイオセンサの供給部における残留液体試料の量は、前記供給部に光を照射して得られる該供給部からの透過光もしくは反射光から検出した吸光度に基づいて特定する、
   ことを特徴とする測定方法。
5. 請求項４に記載の測定方法において、
   前記バイオセンサの供給部に照射する光の波長帯域は、３００ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲である、
   ことを特徴とする測定方法。
6. 請求項４に記載の測定方法において、
   前記バイオセンサの供給部に照射する光の波長は、前記バイオセンサの反応部に照射する光の波長と異なる、
   ことを特徴とする測定方法。

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