JP2010071851A - バイオセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 少なくとも２種類の溶液を切換弁により切り換えてポンプにより吸入するフロースルーセル式のバイオセンサ装置において、切換時に気相が流路内に入り込むことがなく、迅速且つ正確な測定が可能なバイオセンサ装置を提供する。
【解決手段】 少なくとも２種類の溶液を切り換えてセルに供給するための切換弁を、ポンプの吸入側に備えたフロースルーセル型のバイオセンサ装置であって、前記切換弁は、前記ポンプが一の溶液を吸入している際に、前記ポンプに吸入されていない他の溶液を前記切換弁内に気密状態で保持できるように構成したことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶液中の物質の検知又は質量等の測定に用いるためのフロースルーセル式のバイオセンサ装置に関する。

従来、フロースルーセル式のバイオセンサ装置は、測定対象である試料溶液を測定環境溶液（以下、移動相溶液とする。）を満たした流路に注入乃至流動させることにより測定を行うようにしている。この際、移動相溶液を主ポンプにより流動させ、その下流にサンプルインジェクタを配置するようにしている（例えば、非特許文献１参照）。
上記構成とすることにより、ポンプ内を試料により汚染することなく計測が可能となる。
しかしながら、長時間の測定を要する吸着反応等の測定の場合には、流速を極端に遅くするか、或いは、大量の試料溶液を流通させるために巨大なサンプルループを装着する必要がある。前者の場合、結合反応に対して試料供給量が追いつかなくなる可能性があり、後者の場合には、試料溶液が多量に必要となるだけでなく、サンプルループ自体の寸法が大きくなり、試料溶液の温度調整のためにも装置の小型化ができないという問題があった。
このような問題を解決するために、フロースルーセル式の廃液を、試料溶液を収容するための溶液に戻すことが提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１において提案されている発明によっても、セルに溶液を送るポンプにおいて、ポンプが複数の溶液を切り換えて吸入を行う場合には、切換直後の吸入時に配管内に空気を吸引するために、正確な測定ができないという問題があった。
この問題に対して、測定前に、ポンプにより、移動相溶液や試料溶液をある程度吸入し、その後、測定を開始するという方法を採用することもできるが、移動相溶液を予め吸入する場合には、移動相溶液が安定して流路内を移動するまで待つ必要があり、試料溶液を予め吸入する場合には、セル内に試料溶液が達してしまうことがあるため、測定の正確さが得られないという問題があった。特に、検知器が、ＱＣＭを利用する場合には、結合や解離反応が進行してしまうために、測定自体が有効でなくなるという問題があった。

「JIS K-0124 2002,高速液体クロマトグラフィー通則 日本工業規格」 特開平１１−１８３４７９号公報（第８頁及び第１図）

そこで、本発明は、少なくとも２種類の溶液を切換弁により切り換えてポンプにより吸入するフロースルーセル式のバイオセンサ装置において、切換時に気相が流路内に入り込むことがなく、迅速且つ正確な測定が可能なバイオセンサ装置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、本発明者等は鋭意検討の結果下記の通り解決手段を見出した。
即ち、本発明のバイオセンサ装置は、請求項１に記載の通り、少なくとも２種類の溶液を切り換えてセルに供給するための切換弁を、ポンプの吸入側に備えたフロースルーセル型のバイオセンサ装置であって、前記切換弁は、前記ポンプが一の溶液を吸入している際に、前記ポンプに吸入されていない他の溶液を前記切換弁内に気密状態で保持できるように構成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のバイオセンサ装置において、前記切換弁は、前記ポンプに吸入されていない溶液を前記切換弁内に気密状態で保持するために、該溶液側と気密に接続された吸入手段を備えたことを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のバイオセンサ装置において、前記ポンプに吸入されていない溶液を試料溶液とし、前記ポンプに吸入されている溶液を移動相溶液としたことを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のバイオセンサ装置において、前記セルの排出側に、前記試料溶液側とタンク側とを切り換えて接続するための他の切換弁を接続し、前記ポンプと前記試料溶液とを接続する流路の内径を０．５ｍｍ〜１．５８ｍｍとし、他の流路の内径を１．０ｍｍ〜１．５８ｍｍとしたことを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のバイオセンサ装置において、前記セル内の検出器を、水晶振動子としたことを特徴とする。

本発明によれば、切換弁を切り換える際に気相が流路内に生じることがないため正確な測定が可能となる。また、試料溶液をタンクに戻す構成とした場合であっても、流路内で気泡を生じることがない。更に、ＱＣＭにより測定を行う場合には、計測値を安定させることが可能となる。

次に、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のバイオセンサ装置の一実施の形態を示すものであり、切換弁として４方切換弁を使用したものである。図中、試料溶液及び移動相溶液はそれぞれ容器１，２内に収容され、容器１は切換弁３のポート３ａに接続され、容器２は同ポート３ｄに接続されている。また、ポート３ｃは、図示しないが、ポンプ及びその下流に続くセルへと接続され、ポート３ｄは、吸入手段４に接続される。切換弁３は、同図（ａ）で示す状態では、ポート３ａと３ｂとを接続し、且つ、ポート３ｃと３ｄとを接続する。また、同図（ｂ）で示す状態では、ポート３ａと３ｃとを接続し、且つ、ポート３ｂと３ｄとを接続する。
そして、ポンプにより移動相溶液が吸入されている状態（同図（ａ））において、吸入手段４により試料溶液が切換弁３内（少なくともポート３ａと３ｂの間）に吸入され気密状態にて保持し、ポンプにより試料溶液が吸入されている状態（同図（ｂ））において、ポンプに保持された試料溶液が送出されることになる。
上記構成によれば、測定前に同図（ａ）のように移動相溶液をセル内に供給しておき、その間に、切換弁内には、試料溶液が気密状態にて保持されることになるので、切換弁を同図（ｂ）の状態に切り換えても、気相が流路内に入ることがなく、セル内の検出器の測定に影響を与えることがない。

図２は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、図１の４方切換弁３の代わりに、６方切換弁５を採用したものである。図中、試料溶液及び移動相溶液はそれぞれ容器１，２内に収容され、容器１は切換弁５のポート５ａに接続され、容器２は同ポート５ｄに接続されている。また、ポート５ｃは、図示しないが、ポンプ及びその下流に続くセルへと接続される。ポート５ｄは、吸入手段４に接続される。切換弁５は、同図（ａ）で示す状態では、ポート５ａと５ｂとを接続し、且つ、ポート５ｃと５ｄとを接続する。また、同図（ｂ）で示す状態では、ポート５ａと５ｃとを接続し、且つ、ポート５ｂと５ｄとを接続する。尚、本実施の形態では、ポート５ａとポート５ｂとの間には、ポート５ｅ及び５ｂで示されるループ接続がされており、このループ内において、他の試料溶液を入れることができるようになっている。
そして、ポンプにより移動相溶液が吸入されている状態（同図（ａ））において、吸入手段４により試料溶液が切換弁５内（少なくともポート５ａと５ｂの間）に吸入され気密状態にて保持される。ポンプにより試料溶液が吸入されている状態（同図（ｂ））において、ポンプに保持された試料溶液が送出されることになる。
上記構成によれば、測定前に同図（ａ）のように移動相溶液をセル内に供給しておき、その間に、切換弁５内には、試料溶液が気密状態にて保持されることになるので、切換弁を同図（ｂ）の状態に切り換えても、気相が流路内に入ることがななく、セル内の検出器の測定に影響を与えることがない。

次に、図１の装置において、セル内に検出器として２７ＭＨｚの水晶振動子を配置し、切換弁３を移動相溶液から試料用溶液へと切り換えた際の発振周波数の測定を行い、その結果を図３のグラフの実線として示す。上記した通り、試料溶液を切換弁３内に気密状態にて保持していたため、切り換えの前後において水晶振動子の発振周波数の変化はなかった。
比較のために、移動相溶液の次に試料溶液をセルに連続して供給する、即ち、移動相溶液をセルに供給している際に、試料溶液を切換弁３内に保持させなかった例を、同図の破線として示す。この破線で示されたものでは、切り替えの際に水晶振動子の発振周波数の変化があり、これは、切換弁３内の気泡によるものと考えられる。
従って、本実施の形態のバイオセンサ装置による測定の場合には、切換弁３の切換時に発振周波数の変化が見られることなく安定した測定が可能となることがわかった。

図４は、本発明の第３の実施の形態を示すもので、第１の実施の形態の装置の構成に対して、切換弁３の下流側に、ポンプ６とセル７を順に接続し、セル７の下流側に、他の切換弁８を配置し、この切換弁８のポート８ａ及び８ｂ間で切り換えることにより、試料溶液の容器１とタンク９にそれぞれ切り換えできるように構成されている。
そして、試料溶液が収容された容器１とポンプ６とを接続する流路の内径を０．５ｍｍとし、他の流路の内径を１ｍｍとする。
上記構成において、測定開始前に、まず、切換弁３を移動相溶液の入った容器２に接続し、ポンプ６により移動相溶液をセル７、切換弁８を介して、タンク９へと送る。その際に、切換弁３内に吸入手段４により試料溶液が入った容器１から気密状態で試料溶液を保持するようにしておく。次に、切換弁３を試料溶液の入った容器１に切り替えて、試料溶液が収容された容器１から試料溶液をポンプ６により吸入して、セル７により計測を行い、試料溶液を切換弁８を切り換えて、容器１に戻すようにする。
上記操作の中で、試料溶液は、切換弁８から容器１までの間に大気と接触して、試料溶液には、気体が溶存することになる。
本実施の形態では、この試料溶液が、再度、ポンプ６により吸入されても、ポンプ６の吸入側の流路の内径が０．５ｍｍ以上としているので、ポンプ６の吸入側の流路内に気泡が生じることがない。

次に、図４の装置のセル内に検出器として２７ＭＨｚの水晶振動子を配置し、測定を行った結果を、図５のグラフの実線として示す。尚、ポンプ６の吸入速度（流量）は、２００μｌ／ｍｉｎとした。このグラフから、本実施の形態の装置では、気泡が生じることがなく、水晶振動子の発振周波数の変化がなく、安定した測定ができることがわかった。
比較のために、容器１からポンプ６までの流路内径を０．２５ｍｍとし、他の流路内径を１ｍｍとして、同様の測定を行った結果を図５のグラフの破線として示す。このグラフから、ポンプ６から試料溶液を吸入する際に気泡が生じ、正確な測定ができないことがわかった。

更に、図４の装置を使用して、ポンプ６からの吐出流量を１００μｌ／ｍｉｎ〜１５０８μｌ／ｍｉｎに変化させて、水晶振動子の発振周波数の変化を測定した結果を図６（ａ）〜（ｅ）に示す。尚、同装置において、試料溶液が収容された容器１とポンプ６とを接続する流路の内径は０．５ｍｍとし、他の流路の内径を１ｍｍとしている。同図から、ポンプ６からの吐出流量を変化させても周波数の急激な変動がなく測定できることがわかった。

本発明のバイオセンサ装置の構成については以上の通りであるが、次に、同装置を構成する部材等について説明する。
本発明において、切換弁に供給される少なくとも２種類の溶液は、試料溶液と、それ以外の溶液をいうものとする。後者の溶液の具体例としては、例えば、緩衝液等の移動相溶液が挙げられる。
また、切換弁内に保持される溶液は気密状態にて保持されるものであり、この気密状態とは具体的には、切換弁に保持されることになる溶液を、切換弁の外部まで導出し、導出された管路内において気泡等が目視で入っていない程度のものをいうものとする。
尚、切換弁内に溶液を保持させる手段としては、切換弁内に溶液を搬送できるものであれば特に制限するものではなく、例えば、図１や図２で示したような切換弁の上流側に設けられたシリンジやポンプ等の吸入手段、或いは、切換弁の上流側に設けられたポンプ等を使用することができる。

また、切換弁やポンプ等の部材を接続して流路を形成する部材としては、テフロン（登録商標）管やＰＥＥＫ管等を使用することができる。また、図４で説明した容器１からポンプ６までの流路内径は、０．５ｍｍ以上とし、好ましくは、０．５ｍｍ〜１．５８ｍｍとする。この場合に、装置を構成する他の流路の内径を１．０ｍｍ以上、好ましくは、１．０ｍｍ〜１．５８ｍｍとする。尚、この０．５ｍｍ〜１．５８ｍｍは、他の流路の内径を１．０ｍｍ〜１．５８ｍｍとした場合において、実測上、気泡が生じないことを確認した範囲である。
また、セル内に配置される検出器としては、水晶振動子や表面弾性波素子等が挙げられるが、その中でも、水晶振動子を検出器とすれば、気相が接触して測定結果を乱すことがなく、安定した測定が可能となる。
また、試料溶液が収容された容器から溶液を吸引するポンプについても特に制限はないが、例えば、ペリスタポンプや圧電式ダイヤフラムポンプ等を使用することができる。

本発明は、分子間相互作用が弱く、長時間を要する反応の測定をより少量のサンプルによって実施できることで、計測可能な物質が広がり、創薬、食品衛生、環境ホルモン評価等の分野において、より有効且つ安全な製品開発の促進に対して評価手段として寄与できるため、広く産業上の利用可能性を有する。

本発明の第１の実施の形態のバイオセンサ装置の説明図 本発明の第２の実施の形態のバイオセンサ装置の説明図 本発明の第１の実施の形態のバイオセンサ装置の切換弁を切り換えた際の周波数変動を示すグラフ 本発明の第３の実施の形態のバイオセンサ装置の説明図 本発明の第３の実施の形態のバイオセンサ装置の周波数変動を示すグラフ 本発明の第３の実施の形態のバイオセンサ装置においてポンプからの吐出流量を変化させた場合の周波数変動を示すグラフ

符号の説明

１ 試料溶液を収容した容器
２ 移動相溶液を収容した容器
３ 切換弁
４ 吸入手段
５ 切換弁
６ ポンプ
７ セル
８ 切換弁
９ タンク

Claims (5)

1. ポンプの吸入側に、少なくとも２種類の溶液を切り換えてセルに供給するための切換弁を備えたフロースルーセル型のバイオセンサ装置であって、前記切換弁は、前記ポンプが一の溶液を吸入している際に、前記ポンプに吸入されていない他の溶液を前記切換弁内に気密状態で保持できるように構成したことを特徴とするバイオセンサ装置。
2. 前記切換弁は、前記ポンプに吸入されていない溶液を前記切換弁内に気密状態で保持するために、該溶液側と気密に接続された吸入手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサ装置。
3. 前記ポンプに吸入されていない溶液を試料溶液とし、前記ポンプに吸入されている溶液を移動相溶液としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオセンサ装置。
4. 前記セルの排出側に、前記試料溶液側とタンク側とを切り換えて接続するための他の切換弁を接続し、前記ポンプと前記試料溶液とを接続する流路の内径を０．５ｍｍ〜１．５８ｍｍとし、他の流路の内径を１．０ｍｍ〜１．５８ｍｍとしたことを特徴とする請求項３に記載のバイオセンサ装置。
5. 前記セル内の検出器を、水晶振動子としたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のバイオセンサ装置。