JP2011107069A - Surface plasmon resonance sensing system and surface plasmon resonance in-line measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、本発明は表面プラズモン共鳴(SPR)を利用した測定器(以下、「SPR測定器」ともいう)による、プロセスラインにおける特定の物質のセンシングシステム及び、インライン測定方法に関する。 The present invention relates to a sensing system for a specific substance in a process line and an in-line measurement method using a measuring instrument (hereinafter also referred to as “SPR measuring instrument”) using surface plasmon resonance (SPR).
人体における疾病と人体を構成するタンパク質の変異との間には、高い相関が認められる場合がある。例えば、癌、インフルエンザその他の病気では、病気の進行に伴って体内(血液中など)において特定のタンパク質が増加することが知られている。 There is a case where a high correlation is observed between diseases in the human body and mutations of proteins constituting the human body. For example, in cancer, influenza and other diseases, it is known that specific proteins increase in the body (such as in blood) as the disease progresses.
従って、特定のタンパク質の状態(特定のタンパク質の有無、量など)を検査することによって疾病の罹患や進行具合についての知見を得ることができる。例えば、腫瘍(癌)の進行に伴って増加する生体分子は腫瘍マーカーと呼ばれ、腫瘍の発生部位に応じてそれぞれ異なる腫瘍マーカーが特定されている。 Therefore, knowledge about the morbidity and progression of the disease can be obtained by examining the state of the specific protein (the presence or absence, amount, etc. of the specific protein). For example, biomolecules that increase with the progression of a tumor (cancer) are called tumor markers, and different tumor markers are specified depending on the tumor site.
上記のような腫瘍マーカーを含め、特定のタンパク質の有無や量を簡便かつ高精度に測定する方法として、表面プラズモン共鳴が利用されている。表面プラズモン共鳴(SPR: Surface Plasmon Resonance)とは、金属表面の自由電子と電磁波(光)との相互作用によって生じる共鳴現象である。 Surface plasmon resonance is used as a method for easily and accurately measuring the presence and amount of a specific protein including the tumor marker as described above. Surface plasmon resonance (SPR) is a resonance phenomenon caused by the interaction between free electrons on a metal surface and electromagnetic waves (light).
図23には、表面プラズモン共鳴を利用して特定の物質(例えばタンパク質の他、糖、脂質、環境ホルモンや生理活性物質等の低分子化合物、病原菌等の微生物などを含む)を検出するバイオセンサの概念図を示す。 FIG. 23 shows a biosensor for detecting a specific substance (for example, including a protein, a low-molecular compound such as a sugar, a lipid, an environmental hormone or a physiologically active substance, or a microorganism such as a pathogen) using surface plasmon resonance. The conceptual diagram of is shown.
ここで、ここに図23(a)における左下方向から入射光が金属層100に入射し右下方向に反射される場合について考える。図23(a)の金属層100には金属自由電子101が存在する。そうすると、入射光の波長及び入射角に依存する電界が金属自由電子101に作用し、金属自由電子101は振動する。そして、特定の波長及び入射角において金属自由電子101の運動と入射光の電界とが共鳴し、入射光のエネルギーが金属自由電子101の振動運動に遷移し、結果として、図23(b)に実線で示すようにこの波長における反射光強度が減少する。
Here, consider a case where incident light enters the
上記した金属自由電子101の運動と光との共鳴現象において、金属層100の外側には数百nm程度の範囲で電界102が発生する。表面プラズモン共鳴を利用したバイオセンサにおいては、この電界102と、検出ターゲットである特定の物質(以下、ターゲットともいう)103との相互作用により、表面プラズモン共鳴の共鳴周波数が変化することを利用している。
In the resonance phenomenon between the movement of the metal
検出のターゲット103を特異的に検出するためには、まず、特異的にターゲットと結合するプローブ104を測定領域に固定化する。その後に所定の速度でターゲットを含む試料の送液を行なってターゲット103を流す。そうすると、金属層100の表面に固定されたプローブ104にターゲット103が特異的に結合し、金属層100の近傍の屈折率が変化する。そして、金属層100の近傍の屈折率がターゲット103の結合により変化することに起因して、図23(b)に破線で示すように、表面プラズモン共鳴の共鳴周波数または共鳴入射角が変化する。すなわち、図23(b)に示すような反射率が低下する波長(若しくは、入射光の入射角でも同じ)の移動を検知することで、ターゲット10
3の検出を行うことが可能となる。
In order to specifically detect the
3 can be detected.
このような、表面プラズモン共鳴を利用したセンサには、伝搬型表面プラズモン共鳴センサと局在型表面プラズモン共鳴センサとがある。伝搬型表面プラズモン共鳴センサの原理を図24により簡単に説明する。伝搬型表面プラズモン共鳴センサ110は、図24(a)に示すように、ガラスプリズム111の表面に厚み50nm程度のAu、Ag等の金属膜112を形成したものである。この伝搬型表面プラズモン共鳴センサ110は、ガラスプリズム111側から光を照射し、ガラスプリズム111と金属膜112との界面において光を全反射させる。全反射した光を受光し、光の反射率を測定することによってターゲットである生体分子等がセンシングされる。
Such sensors using surface plasmon resonance include a propagation type surface plasmon resonance sensor and a localized type surface plasmon resonance sensor. The principle of the propagation surface plasmon resonance sensor will be briefly described with reference to FIG. The propagation type surface
すなわち、この光の入射角θを変化させながら、反射率の測定を行うと、図23(b)に示したように、ある入射角(共鳴入射角)で反射率が大きく減衰する。ガラスプリズム111と金属膜112の界面に入射した光が当該界面で全反射するとき、図24(b)及び図24(c)に示すように、当該界面で発生するエバネッセント光(近接場光)と金属膜112の表面プラズモン波が相互作用する。ある特定の波長や特定の入射角においては、入射光の波数と自由電子の振動とが共鳴することで、入射光のエネルギーが金属膜112中に吸収され、金属膜112中の自由電子の振動エネルギーに変化する。これにより、光の反射率が著しく低下するのである。
That is, when the reflectance is measured while changing the incident angle θ of the light, the reflectance is greatly attenuated at a certain incident angle (resonance incident angle) as shown in FIG. When light incident on the interface between the
つぎに、図25を用いて、ナノギャップ構造を用いた局在型表面プラズモン共鳴センサについて説明する。局在型表面プラズモン共鳴センサは、光(電磁波)の交流電界によって図25(a)に示すような複数の溝状の金属ナノ溝構造120中の自由電子が振動し、ある振動数で入射光と自由電子が共鳴して自由電子が光エネルギーを吸収し、共鳴波長で吸光度がピークとなるものである。そして、表面プラズモン共鳴によって発生する自由電子振動は、図25(b)に示すような複数の溝状の金属ナノ溝構造120の局所領域に集中的に定在する。従って、そのセンシング領域は数十nmというように、伝搬型表面プラズモン共鳴センサに比べて非常に小さくなる。
Next, a localized surface plasmon resonance sensor using a nanogap structure will be described with reference to FIG. In the localized surface plasmon resonance sensor, free electrons in a plurality of groove-like
局在型表面プラズモン共鳴センサにおいても、金属ナノ溝構造120の周囲の誘電率(屈折率)の影響を受けるので、金属ナノ溝構造120に予め分散させたプローブ121にターゲット122である何らかの誘電体物質(例えば、抗原)が付着すると、吸光度が変化する。例えば、金属ナノ溝構造120にターゲット122である誘電体物質が付着する前後における吸光度のピーク値における波長を読み取ることにより誘電体物質の付着の有無や付着量を検知できる。
Since the localized surface plasmon resonance sensor is also affected by the dielectric constant (refractive index) around the
SPR測定器は、上記の原理を応用して例えば抗原抗体反応の測定などに利用される。その測定方法の例を示すと、被検体がバッファ液に溶質として存在する抗原で、センサの検出表面に抗体が固定化されている場合、まず抗原を含まないバッファ液をセンサセル(バッファ液や被検液などの流体を検出表面に接触させて流すための部屋)に流し、そのときの表面プラズモン共鳴の共鳴角を測定する。次に、被検体の抗原を含むバッファ液をセンサセルに流し抗原抗体反応を起こさせた後、抗原を含まないバッファ液でセンサセルを洗浄して再度表面プラズモン共鳴の共鳴角を測定する。こうして得られた抗原抗体反応の前後での表面プラズモン共鳴角の差が、抗体と反応した抗原の数に相当するので、これを溶質として存在した抗原の濃度に換算する。 The SPR measuring instrument is used for measuring an antigen-antibody reaction, for example, by applying the above principle. As an example of the measurement method, when the analyte is an antigen present as a solute in the buffer solution and the antibody is immobilized on the detection surface of the sensor, the buffer solution not containing the antigen is first removed from the sensor cell (buffer solution or sample). A fluid such as a test solution is allowed to flow in contact with the detection surface, and the resonance angle of the surface plasmon resonance is measured. Next, after a buffer solution containing the antigen of the subject is flowed to the sensor cell to cause an antigen-antibody reaction, the sensor cell is washed with a buffer solution not containing the antigen, and the resonance angle of surface plasmon resonance is measured again. Since the difference in the surface plasmon resonance angle before and after the antigen-antibody reaction thus obtained corresponds to the number of antigens reacted with the antibody, this is converted to the concentration of the antigen present as a solute.
ところで、クロマトグラフィは、低〜高分子の物質の電気的性質あるいは分子サイズの違いを利用して所望の物質を精製する手法であり、現在では主に生理活性物質の精製等に広く用いられている。その際、生体物質の追跡には260nmあるいは280nmの紫外光(以下、UVという)吸光度計が最も広く用いられており、特定の物質を含む種々の物
質溶出位置はUV吸収のチャ一トで判別することができる。
By the way, chromatography is a technique for purifying a desired substance by utilizing a difference in electrical properties or molecular sizes of low to high molecular substances, and is currently widely used mainly for purification of physiologically active substances. . At that time, 260 nm or 280 nm ultraviolet light (hereinafter referred to as UV) absorptiometers are most widely used for tracking biological substances, and the elution positions of various substances including specific substances are identified by a chart of UV absorption. can do.
図26には、クロマトグラフィと上記のUV吸光度計とを組み合わせたセンシングシステムについて示す。図26(a)はセンシングシステムの全体図、図26(b)はUV吸光度計における測定原理を示す図、図26(c)は、UV吸光度計による計測結果の一例を示す図である。 FIG. 26 shows a sensing system that combines chromatography and the above UV absorbance meter. FIG. 26A is an overall view of the sensing system, FIG. 26B is a diagram showing a measurement principle in the UV absorptiometer, and FIG. 26C is a diagram showing an example of a measurement result by the UV absorptiometer.
図26(a)に示すように、このシステムにおいては、計測の標的物(以下、ターゲットとも言う。)とノイズ成分である夾雑物とが混在した試料をクロマトグラフィ用のカラム131に導入する。すると、ターゲットと夾雑物とはカラム内で分子量の相違やカラムとのアフィニティの相違に基づいて分離される。そして、UV吸光度計132にターゲットと夾雑物が時間差を伴って導入される。UV吸光度計132では、図26(b)に示すように試料にUVが照射され、試料に含まれるタンパク質の量に応じた割合の光が吸収される。そして、図26(c)に示すように、横軸を試料の通過時間、縦軸を吸光度とした場合に、ターゲットや夾雑物が通過する際にその量に応じたピークが観察される。このピークの有無によりターゲットの含有量を測定する。なお、図26に示す例では、UV吸光度計から排出された試料は電導度計133に導入され念のため電導度が計測される。
As shown in FIG. 26A, in this system, a sample in which a measurement target (hereinafter also referred to as a target) and a noise component are mixed is introduced into a
上記のシステムにおいては、カラム131によってターゲットと夾雑物とは分離されるが、UV吸光度計132、電導度計133からの情報だけでは検出感度が低いため、また、ターゲットだけを特異的に検出することが困難で図26(c)に示すような結果しか得られない。そのため、どのタイミングにおけるデータがターゲットに相当するのか判別が困難となる場合があった。従って、時間毎に試料を分画して、分画毎に内容分析をする必要があった。
In the above system, the target and the contaminant are separated by the
また、タンパク質の量に応じてUV吸光度は変化するが、タンパク質の種類に対する特異性が無い。さらに、一般的には感度が10μg/ml程度と低いため、極微量しか含まれないターゲットの検出が困難な場合があった。 Moreover, although the UV absorbance changes depending on the amount of protein, there is no specificity for the type of protein. Furthermore, since the sensitivity is generally as low as about 10 μg / ml, it may be difficult to detect a target containing a very small amount.
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、プロセスライン上に組み込んで、前のプロセスを通過した流体内の特定の物質を特異的、高感度にインラインで測定可能な表面プラズモン測定技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such technical problems, and the object of the present invention is to incorporate a specific substance in a fluid that has been incorporated into a process line and passed through a previous process, The object is to provide a surface plasmon measurement technique that can be measured in-line with high sensitivity.
本発明は、表面プラズモン測定器のセンサ表面に特定の物質と特異的に結合可能なプローブを固定しておき、この表面プラズモン測定器をプロセスライン内に設けることで、前のプロセスを通過した流体を表面プラズモン測定器のセンサ表面上に連続的に導入し、前記プロセスを通過した流体内の特定の物質をプローブと結合させることで、特定の物質の量をインラインで特異的に高精度に測定可能としたことを最大の特徴とする。 In the present invention, a probe that can specifically bind to a specific substance is fixed to the sensor surface of a surface plasmon measuring device, and the surface plasmon measuring device is provided in the process line, so that the fluid that has passed through the previous process Is continuously introduced on the sensor surface of the surface plasmon measuring instrument, and the specific substance in the fluid that has passed through the process is combined with the probe, so that the amount of the specific substance can be measured specifically and precisely in-line. The biggest feature is that it is possible.
より詳しくは、表面プラズモン励起光がセンサに照射されることで、表面プラズモン共鳴を前記センサの表面に発生させることが可能であり、前記励起光の波長または入射角度によって前記センサの表面の外側に存在する物質の量を測定可能であり、プロセスライン内に設けられた表面プラズモン測定器と、
前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスを通過した流体を前記表面プラズモン測定器のセンサ表面上に連続的に導入する流体導入手段と、
を備え、
前記センサの表面には、前記流体内の特定の物質と特異的に結合可能な物質であるプローブが固定され、
前記プロセスを通過した流体内の特定の物質を前記プローブと結合させることで、前記特定の物質の量をインラインで測定可能としたことを特徴とする。
More specifically, surface plasmon resonance can be generated on the surface of the sensor by irradiating the surface plasmon excitation light onto the sensor, and the surface plasmon resonance can be generated outside the surface of the sensor depending on the wavelength or incident angle of the excitation light. A surface plasmon measuring instrument provided in the process line, capable of measuring the amount of the substance present,
Fluid introduction means for continuously introducing fluid that has passed through a process prior to the surface plasmon measuring instrument in the process line onto the sensor surface of the surface plasmon measuring instrument;
With
A probe that is a substance that can specifically bind to a specific substance in the fluid is fixed to the surface of the sensor,
The amount of the specific substance can be measured in-line by combining the specific substance in the fluid that has passed through the process with the probe.
これによれば、プローブと特異的に結合する物質だけについて、プロセスライン内で濃度測定を行うことができる。その結果、夾雑物の濃度を一緒に測定してしまうこともなく、より精度よく、特定の物質の濃度を測定することが可能である。また、プロセスライン内で測定を行うため、より容易またはより迅速な測定が可能となる。 According to this, it is possible to measure the concentration within the process line for only the substance that specifically binds to the probe. As a result, it is possible to measure the concentration of a specific substance with higher accuracy without measuring the concentration of impurities together. In addition, since measurement is performed within the process line, measurement can be performed more easily or more quickly.
また、本発明においては、前記センサの表面におけるプローブと前記特定の物質との結合を解離させる解離動作を行う解離手段をさらに備え、
前記表面プラズモン測定器による前記プローブと結合した前記特定の物質の量の測定と、前記解離手段による前記プローブと結合した前記特定の物質の解離と、を交互に行うことにより、該プローブと結合した特定の物質の量について複数回の測定を連続的に行うようにしてもよい。
Further, in the present invention, further comprising dissociation means for performing a dissociation operation for dissociating a bond between the probe on the surface of the sensor and the specific substance,
Measurement of the amount of the specific substance bound to the probe by the surface plasmon measuring instrument and dissociation of the specific substance bound to the probe by the dissociation means were alternately performed to bind to the probe. You may make it perform the measurement of several times continuously about the quantity of a specific substance.
一般に、表面プラズモン測定器においては、センサ表面に固定されたプローブの全部とターゲットとが結合してしまうと、屈折率の変化が飽和してしまい、それ以上の測定が不可能となる。これに対し、本発明では、解離動作を行うことで、表面プラズモン測定器のセンサにおいてプローブとターゲット(特定の物質)とを解離させることとした。これにより、プロセスライン中で、特定の物質の濃度測定を、高精度に、且つ、連続的、特異的に行うことが可能となる。また、本発明においては、一回の測定が終了すると、解離動作を少なくとも2回行うこととしてもよい。そうすれば、より確実に、プローブとターゲットとを解離することができ、センサの表面を再生することが可能となる。なお、その場合においては、複数の測定のうちの各測定が終了する毎に全ての解離動作を2回以上行ってもよいし、一部の測定が終了した際にのみ、2回以上解離動作を行うようにしてもよい。 In general, in the surface plasmon measuring instrument, if all of the probes fixed on the sensor surface are combined with the target, the change in refractive index is saturated, and further measurement is impossible. On the other hand, in the present invention, by performing the dissociation operation, the probe and the target (specific substance) are dissociated in the sensor of the surface plasmon measuring device. This makes it possible to measure the concentration of a specific substance in a process line with high accuracy and continuously and specifically. In the present invention, when one measurement is completed, the dissociation operation may be performed at least twice. Then, the probe and the target can be dissociated more reliably, and the sensor surface can be regenerated. In that case, every dissociation operation of each of a plurality of measurements may be performed twice or more, or only when a part of the measurements are completed, dissociation operation is performed twice or more. May be performed.
また、本発明においては、前記解離動作は、前記センサの表面におけるプローブと前記特定の物質との結合を解離させる解離剤の前記流体内へのインジェクトであることとしてもよい。 In the present invention, the dissociation operation may be an injection into the fluid of a dissociator that dissociates the bond between the probe and the specific substance on the surface of the sensor.
これによれば、前のプロセスを通過した流体の流れを利用して、解離剤がセンサの表面に導入されプローブに到達するので、解離剤を流体内にインジェクトするだけで、より簡単に解離動作を完了させることが可能である。 This makes it easier to dissociate by simply injecting the dissociator into the fluid because the dissociator is introduced into the sensor surface and reaches the probe using the fluid flow that passed through the previous process. It is possible to complete the operation.
また、本発明においては、前記流体導入手段は、前記表面プラズモン測定器より前のプロセスを通過した流体を流通させる流路であり、
前記表面プラズモン測定器の前記センサの表面は、前記流路内に前記流体に臨むように配置され、
前記解離剤の前記流体内へのインジェクト用の注入口は、前記流路内において前記センサの表面と略同一の面内であって、前記流路における前記センサの表面の上流側に設けられているようにしてもよい。
In the present invention, the fluid introduction means is a flow path for circulating the fluid that has passed through the process prior to the surface plasmon measuring instrument,
The surface of the sensor of the surface plasmon measuring device is arranged to face the fluid in the flow path,
The injection port for injecting the dissociating agent into the fluid is provided in the flow path substantially in the same plane as the surface of the sensor and on the upstream side of the surface of the sensor in the flow path. You may be allowed to.
これによれば、注入口からインジェクトされた解離剤を、流体内に拡散する前の層流状態で、直接センサ表面に到達させることができる。よって、より高濃度のまま効率よくプローブとターゲットとの解離を行うことができる。また、これによれば、解離剤の使用量をより少量にすることができるので、プロセスライン内の流体の成分についての影響をより小さくすることができる。 According to this, the dissociator injected from the inlet can be directly reached the sensor surface in a laminar flow state before diffusing into the fluid. Therefore, the probe and the target can be efficiently dissociated with a higher concentration. Moreover, according to this, since the usage-amount of a dissociator can be made smaller, the influence about the component of the fluid in a process line can be made smaller.
また、本発明においては、前記センサの表面において、前記特定の物質と結合するプローブを固定した第1の測定領域と、前記特定の物質と結合するプローブを固定しない第2の測定領域とが設けられ、前記第1の測定領域において測定された測定値から、前記第2の測定領域で測定された測定値を差し引くことで、前記特定の物質の量を測定するようにしてもよい。 In the present invention, a first measurement region in which a probe that binds to the specific substance is fixed and a second measurement region in which a probe that binds to the specific substance is not fixed are provided on the surface of the sensor. The amount of the specific substance may be measured by subtracting the measurement value measured in the second measurement region from the measurement value measured in the first measurement region.
すなわち本発明においては、表面プラズモン測定器のセンサ表面に複数の測定領域を有する。その中の第1の測定領域においては、測定対象である特定の物質と結合するプローブを固定する。また、他の第2の測定領域においては、前記したプローブは固定しない。ここで、測定対象である特定の物質以外の夾雑物が流体内に混入していた場合について考える。この場合は、第1の測定領域で測定されたデータは、特定の物質と夾雑物の量を測定しており、第2の測定領域で測定されたデータは、夾雑物の量を測定していると考えられる。従って、第1の測定領域で測定された測定値から第2の測定領域で測定された測定値を差し引くことで、夾雑物の影響が排除された、特定の物質のみによる測定値を得る事が可能となる。 That is, in this invention, it has a some measurement area | region in the sensor surface of a surface plasmon measuring device. In the first measurement region, a probe that binds to a specific substance to be measured is fixed. In the other second measurement region, the above-described probe is not fixed. Here, consider a case where impurities other than the specific substance to be measured are mixed in the fluid. In this case, the data measured in the first measurement area measures the amount of specific substances and contaminants, and the data measured in the second measurement area measures the amount of contaminants. It is thought that there is. Therefore, by subtracting the measurement value measured in the second measurement region from the measurement value measured in the first measurement region, it is possible to obtain a measurement value only with a specific substance from which the influence of impurities is eliminated. It becomes possible.
従って、本発明によれば、前のプロセスを通過した流体内において、測定の対象である特定の物質以外の夾雑物が存在したとしても、より正確に、特定の物質の量の測定を行うことが可能となる。なお、この場合、第2の測定領域には、第1の測定領域に固定されたプローブと光学的性質が類似している物質を固定してもよい。そうすれば、第1の測定領域と第2の測定領域における、特定の物質以外の条件をより近似させることができるので、より精度よく、特定の物質の量を測定することが可能となる。 Therefore, according to the present invention, even if impurities other than the specific substance to be measured exist in the fluid that has passed through the previous process, the amount of the specific substance can be measured more accurately. Is possible. In this case, a substance having an optical property similar to that of the probe fixed to the first measurement region may be fixed to the second measurement region. By doing so, conditions other than the specific substance in the first measurement region and the second measurement region can be more approximated, so that the amount of the specific substance can be measured with higher accuracy.
また、本発明においては、前記表面プラズモン測定器の前記センサは、
前記センサの表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層と、前記センサの表面の前記金属層が形成されている部分に形成された複数の溝からなる溝構造と、を有するとともに、該溝構造における各溝の側壁面は、該側壁面を覆う前記金属層による対向面を形成し、該金属層による対向面で挟まれる領域において局在型の表面プラズモン共鳴を発生させる局在型表面プラズモン共鳴センサであるようにしてもよい。
In the present invention, the sensor of the surface plasmon measuring instrument is
A metal layer formed so as to cover at least a part of the surface of the sensor, and a groove structure including a plurality of grooves formed in a portion of the surface of the sensor where the metal layer is formed, A side wall surface of each groove in the groove structure forms a facing surface by the metal layer covering the side wall surface, and generates a localized surface plasmon resonance in a region sandwiched by the facing surface by the metal layer It may be a surface plasmon resonance sensor.
表面プラズモン測定器のセンサとして、局在型表面プラズモン共鳴センサを選択した場合には、伝搬型表面プラズモン共鳴センサを選択した場合と比較し、センサ表面から外部に発生する電界の及ぶ領域が限定されるという特徴がある。従って、本発明のように表面プラズモン測定器のセンサとして、局在型表面プラズモン共鳴センサを選択した場合には、発生電界の領域をプローブ及びターゲットの存在する領域に限定することができ、夾雑物の影響を低減することができる。その結果、リファレンス部で得られた測定値で、セン
シング部で得られた測定値を補正するなどの対策をとらずとも、より簡単な構成及び方法で、夾雑物の影響を低減することが可能となる。
When a localized surface plasmon resonance sensor is selected as a sensor for a surface plasmon measuring instrument, the area covered by the electric field generated from the sensor surface is limited compared to when a propagation type surface plasmon resonance sensor is selected. There is a feature that. Therefore, when a localized surface plasmon resonance sensor is selected as the sensor of the surface plasmon measuring device as in the present invention, the region of the generated electric field can be limited to the region where the probe and the target exist, Can be reduced. As a result, it is possible to reduce the influence of contaminants with a simpler configuration and method without taking measures such as correcting the measured value obtained at the sensing unit with the measured value obtained at the reference unit. It becomes.
表面プラズモン測定器のセンサとして、伝搬型表面プラズモン共鳴センサを選択した場合には、センサにおける金属膜と反対側の面には、プリズムが貼り合わされる場合が多い。そうすると、解離剤の注入口をセンサ自体に形成することが困難となる。それに対して本発明のように、表面プラズモン測定器のセンサとして、ナノ溝構造を有する局在型表面プラズモン共鳴センサを選択すれば、センサ自体にプリズムを貼り合わす必要がなくなる。そうすると、センサ自体に解離剤の注入口を加工し易く、より簡単に、高効率に解離動作を行うことができるセンサを実現することができる。また、センサにおいて実際に表面プラズモン共鳴が発生するナノ溝構造に対して、より近い場所に注入口を形成することができ、さらに効率的に、解離動作を行うことが可能になる。 When a propagation type surface plasmon resonance sensor is selected as the sensor of the surface plasmon measuring instrument, a prism is often bonded to the surface of the sensor opposite to the metal film. If it does so, it will become difficult to form the injection port of a dissociator in sensor itself. On the other hand, if a localized surface plasmon resonance sensor having a nano-groove structure is selected as the sensor of the surface plasmon measuring device as in the present invention, it is not necessary to attach a prism to the sensor itself. Then, it is easy to process the inlet of the dissociating agent in the sensor itself, and it is possible to realize a sensor that can perform the dissociation operation more easily and efficiently. In addition, the inlet can be formed at a location closer to the nano-groove structure where surface plasmon resonance actually occurs in the sensor, and the dissociation operation can be performed more efficiently.
また、本発明においては、センサとして局在型表面プラズモン共鳴センサを選択した上で、前記注入口は、前記流路において、前記センサの表面における前記溝構造に対して上流側2mm以内の場所に設けられるようにしてもよい。そうすれば、より確実に、高濃度の層流状態の解離剤をセンサ表面に到達させることが可能である。その結果、より効率よく解離動作を行うことが可能となる。また、前記注入口は円形断面を有するとともに、その直径は、前記センサの表面において前記プローブが固定された領域の前記流路の幅方向の長さ以上であり、前記流路幅以下であるようにしてもよい。そうすれば、より確実に、高濃度の層流状態の解離剤をセンサ表面の全域に到達させることができる。 In the present invention, a localized surface plasmon resonance sensor is selected as the sensor, and the inlet is located within 2 mm upstream of the groove structure on the sensor surface in the flow path. It may be provided. By doing so, it is possible to cause the dissociator in a high concentration laminar flow state to reach the sensor surface more reliably. As a result, the dissociation operation can be performed more efficiently. Further, the injection port has a circular cross section, and the diameter thereof is not less than the length in the width direction of the channel in the region where the probe is fixed on the surface of the sensor, and not more than the channel width. It may be. In this way, a highly concentrated laminar flow dissociator can reach the entire sensor surface more reliably.
また、本発明においては、前記解離手段による前記解離動作は、前記表面プラズモン測定器からの前記特定の物質の量に応じた信号に基づき、該信号の大きさが予め定められた閾値を越えてから一定時間後に行われるようにしてもよい。 In the present invention, the dissociation operation by the dissociation means is based on a signal corresponding to the amount of the specific substance from the surface plasmon measuring device, and the magnitude of the signal exceeds a predetermined threshold value. It may be performed after a certain period of time.
すなわち、表面プラズモン測定器からの信号が小さい場合には、前のプロセスからの流体内にターゲットが殆ど無い状態であると言える。このような状態では解離動作を行う必要もない。一方、表面プラズモン測定装置からの信号が所定の閾値を越えた場合には、ターゲットが流れ始めていることを示しており、近い将来にセンサ表面に固定されたプローブがターゲットで飽和するおそれがある。 That is, when the signal from the surface plasmon measuring instrument is small, it can be said that there is almost no target in the fluid from the previous process. In such a state, it is not necessary to perform a dissociation operation. On the other hand, when the signal from the surface plasmon measuring device exceeds a predetermined threshold value, it indicates that the target starts to flow, and there is a possibility that the probe fixed on the sensor surface will be saturated with the target in the near future.
これに対し、本発明においては、表面プラズモン測定器からの信号が所定の閾値を越えた場合には、それ以降一定時間が経過した後には解離動作を行うこととした。これによれば、解離動作が必要ない状況においては解離動作を行わず、本当に必要になった時点で解離動作を行うことができる。従って、解離剤の無駄を抑制することができるとともに、不要にプロセスライン中の流体に解離剤が混入することを抑制できる。なお、本発明において予め定められた閾値とは、表面プラズモン測定器の信号がこれを越えた場合には、ターゲットが流れはじめており、解離動作が必要になると考えられる閾値であって、予め実験などの結果に基づいて定められる。また、一定時間とは、表面プラズモン測定器の信号が前記閾値を越えた場合に、この時間だけ経過した際に解離動作を行えば、プローブがターゲットで飽和してそれ以上の測定が困難になる状態が生じづらいと考えられる時間であって、これも予め実験などによって定められる。 On the other hand, in the present invention, when the signal from the surface plasmon measuring instrument exceeds a predetermined threshold value, the dissociation operation is performed after a predetermined time has passed. According to this, in the situation where the dissociation operation is not necessary, the dissociation operation is not performed, and the dissociation operation can be performed when it is really necessary. Therefore, waste of the dissociating agent can be suppressed, and unnecessary dissociation of the dissociating agent in the fluid in the process line can be suppressed. In the present invention, the predetermined threshold is a threshold at which the target starts to flow when the signal of the surface plasmon measuring instrument exceeds this, and it is considered that a dissociation operation is necessary. It is determined based on the result. Moreover, if the signal of the surface plasmon measuring instrument exceeds the threshold value and the dissociation operation is performed after this time has elapsed, the probe is saturated with the target and further measurement becomes difficult. This is the time during which it is difficult for the state to occur, and this is also determined in advance by experiments or the like.
また、本発明においては、前記流路における前記センサの下流側に設けられ、前記流体を回収するか廃液として廃棄するかを制御するバルブを有し、
前記表面プラズモン測定器からの前記特定の物質の量に応じた信号に基づき、該信号が予め定められた閾値を越えてから、前記解離手段による前記解離動作が行われるまでの間は、前記バルブを作動させて前記生成物を含む溶液を回収するようにしてもよい。
Further, in the present invention, a valve is provided on the downstream side of the sensor in the flow path, and controls whether the fluid is recovered or discarded as waste liquid,
Based on a signal corresponding to the amount of the specific substance from the surface plasmon measuring instrument, the valve is operated after the signal exceeds a predetermined threshold until the dissociation operation by the dissociating means is performed. May be operated to recover a solution containing the product.
ここで、プロセスラインにおいては、測定対象である特定の物質(ターゲット)は、測定においてできる限り消費されるべきではない。すなわち、表面プラズモン共鳴センサによる測定が終わった後には、回収されて、後のプロセスに送られるべきである。しかしながら、表面プラズモン共鳴センサによる測定が終わった後の流体は、解離剤を含んでいる可能性がある。この解離剤についてはできる限り回収されるべきでなく、廃液として廃棄されることが望ましい。 Here, in the process line, the specific substance (target) to be measured should not be consumed as much as possible in the measurement. That is, after the measurement by the surface plasmon resonance sensor is finished, it should be collected and sent to a later process. However, the fluid after measurement by the surface plasmon resonance sensor may contain a dissociator. This dissociator should not be collected as much as possible, but is preferably discarded as a waste liquid.
そこで、本発明においては、測定後の流体が回収されるか廃棄されるかを制御するバルブを有しており、表面プラズモン共鳴センサからの信号に基づいて、バルブを作動させる。より具体的には、表面プラズモン共鳴センサからの信号が予め定められた閾値を越えてから、前記解離手段による前記解離動作が行われるまでの間は、前記バルブを作動させて前記流体を回収することとした。 Therefore, the present invention has a valve that controls whether the fluid after measurement is recovered or discarded, and the valve is operated based on a signal from the surface plasmon resonance sensor. More specifically, after the signal from the surface plasmon resonance sensor exceeds a predetermined threshold and before the dissociation operation by the dissociating means is performed, the valve is operated to collect the fluid. It was decided.
これは、表面プラズモン共鳴センサからの信号がある程度大きくなっている状態は、前回に解離動作が行われてからある程度の時間が経過しており、流体中に解離剤が混入している危険性も少なくなっているので、このような状態においては、表面プラズモン共鳴センサによる測定が終わった後の流体を回収することにした。また、それ以外の期間においては、表面プラズモン共鳴センサによる測定が終った後の流体に解離剤が混入している危険性が高いため、これを廃液として廃棄することとした。 This is because when the signal from the surface plasmon resonance sensor is large to some extent, a certain amount of time has passed since the last dissociation operation, and there is a risk that the dissociation agent is mixed in the fluid. Therefore, in such a state, the fluid after the measurement by the surface plasmon resonance sensor is finished is collected. In other periods, since there is a high risk that the dissociation agent is mixed in the fluid after the measurement by the surface plasmon resonance sensor, this was discarded as waste liquid.
これによれば、より簡単な制御で精度よく、解離剤が流体に混入していない状態と、解離剤が流体に混入している状態とを区別することができ、ターゲットである特定の物質の無駄を減らすことができるとともに解離剤の流体への混入をより確実に抑制することができる。なお、本発明において予め定められた閾値とは、表面プラズモン測定器からの信号がこれを越えた場合には、センサ表面のプローブにターゲットである特定の物質がある程度以上結合しており、前回の解離動作において注入された解離剤はもはや廃棄された状態であると判定される信号の値であり、予め実験などによって定められる。 According to this, it is possible to distinguish between a state in which the dissociating agent is not mixed in the fluid and a state in which the dissociating agent is mixed in the fluid with simpler control and with high accuracy. Waste can be reduced and mixing of the dissociator into the fluid can be more reliably suppressed. In the present invention, the predetermined threshold is that when a signal from the surface plasmon measuring instrument exceeds this, a specific substance as a target is bound to a probe on the sensor surface to some extent, The dissociator injected in the dissociation operation is a value of a signal that is determined to be no longer discarded, and is determined in advance by experiments or the like.
また、本発明においては、前記流路を流通する前記流体の流量を検出する流量センサをさらに有し、前記表面プラズモン測定器からの前記特定の物質の量に応じた信号と、前記流量センサにより検出された前記流体の流量とに基づいて、前記流体を回収する時期を制御するようにしてもよい。これによれば、前回の解離動作において注入された解離剤はもはや廃棄されたかどうかを流体の流量を考慮に入れた上で判定することができ、回収の開始すべき時期をより精度よく決定することができる。 In the present invention, the sensor further includes a flow sensor for detecting a flow rate of the fluid flowing through the flow path, and a signal corresponding to the amount of the specific substance from the surface plasmon measuring device and the flow sensor. The timing for collecting the fluid may be controlled based on the detected flow rate of the fluid. According to this, it is possible to determine whether or not the dissociator injected in the previous dissociation operation is no longer discarded in consideration of the flow rate of the fluid, and more accurately determine when to start recovery. be able to.
また、本発明においては、前記流体導入手段は、前記プロセスライン上における所定のプロセスを通過した流体を前記プロセスラインから分岐して流通させる流路であり、
前記流路の分岐点と前記表面プラズモン測定器との間に流量制御用の開閉バルブを有するようにしてもよい。
Further, in the present invention, the fluid introducing means is a flow path that circulates and circulates the fluid that has passed a predetermined process on the process line from the process line,
An opening / closing valve for flow rate control may be provided between the branch point of the flow path and the surface plasmon measuring instrument.
これによれば、特定の物質の量の測定は、プロセスラインの制御とは独立して行うことができ、プロセスラインの制御及び、表面プラズモン測定器による測定の双方の自由度を高めることができる。 According to this, the measurement of the amount of a specific substance can be performed independently of the control of the process line, and the degree of freedom of both the control of the process line and the measurement by the surface plasmon measuring instrument can be increased. .
この場合は、前記開閉バルブが一定間隔で開閉制御されることで、前記表面プラズモン測定器が、前記流体内の前記特定の物質の量を一定間隔でモニタリングするようにしてもよい。これによれば、一定間隔で一定量の流体をセンサ表面に導入すればよいので、測定のために用いられるターゲットの量を低減し、無駄を排除することができる。 In this case, the surface plasmon measuring device may monitor the amount of the specific substance in the fluid at regular intervals by controlling the open / close valve at regular intervals. According to this, since it is sufficient to introduce a certain amount of fluid to the sensor surface at regular intervals, the amount of target used for measurement can be reduced and waste can be eliminated.
また、本発明においては、前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より
前のプロセスは精製クロマトグラフィであり、該精製クロマトグラフィを通過した前記流体の精製抽出状態を前記表面プラズモン測定器によってリアルタイムにモニタリングするようにしてもよい。あるいは、前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスは細胞培養槽であり、前記流体内における、該細胞培養槽において生成した物質を前記表面プラズモン測定器によってリアルタイムにモニタリングするようにしてもよい。
In the present invention, the process before the surface plasmon measuring instrument in the process line is purification chromatography, and the purified extraction state of the fluid that has passed through the purification chromatography is monitored in real time by the surface plasmon measuring instrument. It may be. Alternatively, the process before the surface plasmon measuring instrument in the process line is a cell culture tank, and the substance generated in the cell culture tank in the fluid is monitored in real time by the surface plasmon measuring instrument. Good.
また、本発明は、表面プラズモン励起光がセンサに照射されることで、表面プラズモン共鳴を前記センサの表面に発生させることが可能であり、前記励起光の波長または入射角度によって前記センサの表面の外側に存在する物質の量を測定可能な表面プラズモン測定器による、表面プラズモン共鳴インライン測定方法であって、
前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスを通過した流体を前記表面プラズモン測定器のセンサ表面上に導入する流体導入工程と、
前記プロセスを通過した流体内の特定の物質を、前記センサの表面に固定された前記特定の物質と特異的に結合可能な物質であるプローブと結合させることで、前記特定の物質の量をインラインで測定する測定工程と、
を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴インライン測定方法であってもよい。
Further, according to the present invention, surface plasmon resonance can be generated on the surface of the sensor by irradiating the surface plasmon excitation light to the sensor, and the surface of the sensor can be changed depending on the wavelength or incident angle of the excitation light. A surface plasmon resonance in-line measurement method using a surface plasmon measuring device capable of measuring the amount of a substance existing outside,
Introducing a fluid that has passed through a process prior to the surface plasmon meter in the process line onto a sensor surface of the surface plasmon meter;
By binding a specific substance in the fluid that has passed through the process to a probe that is a substance that can specifically bind to the specific substance immobilized on the surface of the sensor, the amount of the specific substance is in-line. Measuring process to measure in,
It may be a surface plasmon resonance in-line measurement method characterized by comprising:
その際、本発明においては、前記センサの表面におけるプローブと前記特定の物質との結合を解離させる解離動作を行う解離工程をさらに有するようにしてもよい。 In that case, in this invention, you may make it further have a dissociation process which performs dissociation operation | movement which dissociates the coupling | bonding of the probe and the said specific substance in the surface of the said sensor.
また、本発明においては、前記解離動作は、前記センサの表面におけるプローブと前記特定の物質との結合を解離させる解離剤の前記流体内へのインジェクトであるようにしてもよい。 In the present invention, the dissociation operation may be an injection of a dissociating agent that dissociates a bond between the probe and the specific substance on the surface of the sensor into the fluid.
また、本発明においては、前記解離剤の前記流体内へのインジェクトは、前記流路内において前記センサの表面と略同一の面内であって、前記流路における前記センサの表面の上流側に設けられた注入口から行われるようにしてもよい。 In the present invention, the dissociation agent is injected into the fluid in substantially the same plane as the sensor surface in the flow path, and upstream of the sensor surface in the flow path. You may make it carry out from the inlet provided in.
また、本発明においては、前記センサの表面において、前記特定の物質と結合するプローブを固定した場合の測定値から、前記特定の物質と結合するプローブを固定しない場合の測定値を差し引くことで、前記特定の物質の量を測定するようにしてもよい。 In the present invention, on the surface of the sensor, by subtracting the measured value when the probe that binds to the specific substance is not fixed, from the measured value when the probe that binds to the specific substance is fixed, You may make it measure the quantity of the said specific substance.
また、本発明においては、前記表面プラズモン測定器の前記センサは、
前記センサの表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層と、前記センサの表面の前記金属層が形成されている部分に形成された複数の溝からなる溝構造と、を有するとともに、該溝構造における各溝の側壁面は、該側壁面を覆う前記金属層による対向面を形成し、該金属層による対向面で挟まれる領域において局在型の表面プラズモン共鳴を発生させる局在型表面プラズモン共鳴センサであることとしてもよい。
In the present invention, the sensor of the surface plasmon measuring instrument is
A metal layer formed so as to cover at least a part of the surface of the sensor, and a groove structure including a plurality of grooves formed in a portion of the surface of the sensor where the metal layer is formed, A side wall surface of each groove in the groove structure forms a facing surface by the metal layer covering the side wall surface, and generates a localized surface plasmon resonance in a region sandwiched by the facing surface by the metal layer It may be a surface plasmon resonance sensor.
また、本発明においては、前記解離工程における前記解離動作は、前記表面プラズモン測定器により測定された前記特定の物質の量に基づき、該特定物質の量が予め定められた閾値を越えてから一定時間後に行われるようにしてもよい。 In the present invention, the dissociation operation in the dissociation step is constant after the amount of the specific substance exceeds a predetermined threshold based on the amount of the specific substance measured by the surface plasmon measuring instrument. It may be performed after time.
また、本発明においては、前記表面プラズモン測定器により測定された前記特定の物質の量に基づき、該特定の物質の量が予め定められた閾値を越えてから、前記解離工程による前記解離動作が行われるまでの間は、前記流体を回収するようにしてもよい。 Further, in the present invention, based on the amount of the specific substance measured by the surface plasmon measuring device, the dissociation operation by the dissociation step is performed after the amount of the specific substance exceeds a predetermined threshold. You may make it collect | recover the said fluid until it is performed.
また、本発明においては、前記表面プラズモン測定器により測定された前記特定の物質の量と、前記流体の流量とに基づいて、前記流体を回収する時期を決定するようにしても
よい。
In the present invention, the timing for collecting the fluid may be determined based on the amount of the specific substance measured by the surface plasmon measuring instrument and the flow rate of the fluid.
また、本発明においては、前記流体導入工程においては、前記プロセスライン上における所定のプロセスを通過した流体を前記プロセスラインから分岐して前記表面プラズモン測定器のセンサ表面上に導入し、
前記表面プラズモン測定器が、前記流体内の前記特定の物質の量を一定間隔でモニタリングするようにしてもよい。
Further, in the present invention, in the fluid introduction step, the fluid that has passed a predetermined process on the process line is branched from the process line and introduced onto the sensor surface of the surface plasmon measuring instrument,
The surface plasmon measuring device may monitor the amount of the specific substance in the fluid at regular intervals.
また、本発明においては、前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスは精製クロマトグラフィであり、
該精製クロマトグラフィを通過した前記流体の精製抽出状態を前記表面プラズモン測定器によってリアルタイムにモニタリングするようにしてもよい。
In the present invention, the process before the surface plasmon measuring instrument in the process line is purification chromatography,
The purified extraction state of the fluid that has passed through the purification chromatography may be monitored in real time by the surface plasmon meter.
また、本発明においては、前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスは細胞培養プロセスであり、前記流体内における、該細胞培養プロセスにおいて生成した物質を前記表面プラズモン測定器によってリアルタイムにモニタリングするようにしてもよい。 In the present invention, the process before the surface plasmon measuring instrument in the process line is a cell culture process, and the substance generated in the cell culturing process in the fluid is monitored in real time by the surface plasmon measuring instrument. You may make it do.
なお、上記した課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することが可能である。 Note that means for solving the above-described problems can be used in combination as much as possible.
本発明によれば、プロセスラインにおいて、プロセス間を流通する流体内の特定の物質の量を特異的、高感度にインラインで測定することが可能となる。 According to the present invention, in a process line, the amount of a specific substance in a fluid flowing between processes can be specifically and highly sensitively measured in-line.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。 DETAILED DESCRIPTION Exemplary embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
<実施例1>
図1には、本実施例で使用したセンシングシステム1の概略構成を示す。試料は精製クロマトグラフィ(以下、単にクロマトグラフィともいう)のカラム2から導入する。カラム2はUV吸光度計3に接続されており、カラム2を通過した後の試料がUV吸光度計3に導入され吸光度の測定が行われる。UV吸光度計3を通過した試料はSPR測定器4に導入される。なお、UV吸光度計3とSPR測定器4とを連結させて試料を流通させる管は、本実施例において流体導入手段に相当する。また、カラム2を通過した後の試料がUV吸光度計3に導入される工程は本実施例において流体導入工程に相当する。SPR測定器4においては図示しないSPRセンサによって試料の測定が行われ、測定結果は制御コンピュータ7に送られ記録される。この工程は、本実施例において測定工程に相当する。
<Example 1>
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
また、測定にあっては、SPRセンサにおいてプローブと結合したターゲットを、プローブから解離させる解離剤を導入し、新たなターゲットの捕捉を可能とする解離動作が制御コンピュータ7からの指令により間欠的に行われる。本実施例においてこの工程は解離工程に相当する。また、解離手段は図示されていないが制御コンピュータ7を含んで構成される。また、SPRセンサによるターゲットの測定結果と連動して、制御コンピュータ7によりバルブ8が制御されることで、試料の回収と廃棄とが制御される。これにより、SPR測定器4から排出されたターゲットは選択的に試料回収管5を通過して回収されるとともに、解離剤などは廃棄管6を通過して廃棄される。
For measurement, a dissociation agent that dissociates the target bound to the probe in the SPR sensor from the probe is introduced, and the dissociation operation that enables the capture of a new target is intermittently performed according to a command from the
本実施例においては、クロマトグラフィや製薬プロセスを想定し、夾雑物も含む、濃度勾配を持った試料を準備した。そして、UV吸光度計3とSPR測定器4による検出結果の比較を行った。ターゲットとしてAFP(α-fetoprotein)、夾雑物としてBSA(Bovine Serum Albumin)のタンパク質が含まれる分画試料を用いた。この分画試料は、図2に
示すように、BSAに関しては分画No.10、12に100μg/ml、No.11に
500μg/ml含ませた。AFPはNo.3、7に0.1μg/ml、No.4、6に0.5μg/ml、No.5に3μg/mlと、BSAに比べると100分の1以下の低濃度となるように分画試料に含ませた。このようなAFPとBSAが混在したサンプルを実際にまずUV吸光度計3で測定した。
In this example, a sample having a concentration gradient including impurities was prepared assuming a chromatography or pharmaceutical process. And the detection result by the
図3には、本実施例におけるUV吸光度計3による吸光度の測定結果を示す。高濃度のBSAが含まれる分画No.10、11、12で大きな信号変化が得られているが、AF
Pが含まれている分画No.3−7ではノイズに埋もれて、信号変化が観察されなかった。これは、UV吸光度計3の検出限界が約10μg/mlと低感度であるため、濃度が0.1μg/mlのAFPの検出が困難であることによる。さらに、UV吸光度計3の場合はAFP、BSAなどタンパク質の種類による特異性が無いため、例えターゲットが高濃度だとしても、このデータだけではどのピークがターゲットに対応しているか判別できないという問題がある。
In FIG. 3, the measurement result of the light absorbency by the
Fraction No. containing P In 3-7, it was buried in noise and no signal change was observed. This is because the detection limit of the
次に、SPR測定器4を使用して、上述したものと同じ分画試料を用いた連続的な測定の模擬実験を行った。図示しないSPRセンサのチップ表面は、あらかじめポリエチレングリコールの膜でコートしておき、その表層に対して、プローブとして抗AFP抗体を固定化した(非特異吸着を防止するためのブロッキング剤を添加する方法もある)。
Next, using the
連続的な測定を実現するために、ターゲットであるAFPが一度結合した表面に対して解離剤を一定時間間隔でインジェクトすることで表面の再生を連続的に行った。非特異吸着を完全に除去するため、一回の再生に対して2回の解離剤のインジェクトを行った(3回以上行ってもよい)。得られた測定結果を図4(a)に、当該結果を横軸を分画No.とし、縦軸をSPR測定器4の信号の値として纏めた結果を図4(b)に示す。上述のUV吸光度計3による検出ではAFPが含まれるNo.3−7で信号変化が検出できなかったが、SPR測定器4を用いた結果では、No.3−7において濃度に応じた大きな信号変化が観察されており、ターゲットであるAFPの存在が確認できる。
In order to realize continuous measurement, the surface was continuously regenerated by injecting a dissociator at regular time intervals onto the surface once bound with the target AFP. In order to completely remove non-specific adsorption, the dissociation agent was injected twice for one regeneration (may be performed three times or more). The obtained measurement results are shown in FIG. FIG. 4 (b) shows the result of summarizing the vertical axis as the signal value of the
このようにSPR測定器4を用いることで、従来のUV吸光度計3では測定できなかった低濃度のターゲットを測定することができる。また従来のUV吸光度計3だとタンパク質の検出時に選択性は無かったが、SPR測定器4を用いることである程度の選択性が得られた。
By using the
但し、この場合でも、図4(b)から分かるように、高濃度の夾雑物(BSA)が混在している場合には、No.10−12で信号変化が発生しておりノイズ成分となっている。これは、SPRセンサチップの近傍を浮遊しているBSA分子が、表面プラズモン共鳴の感度領域(数百nm)に入ってくることで、屈折率の変化を発生させることによるバックグラウンドノイズ(バルク効果)である。 However, even in this case, as can be seen from FIG. 4B, when high-concentration impurities (BSA) are mixed, No. A signal change occurs at 10-12, which is a noise component. This is because the BSA molecules floating in the vicinity of the SPR sensor chip enter the surface plasmon resonance sensitivity region (several hundreds of nanometers), thereby causing a background noise (bulk effect) due to a change in refractive index. ).
次に、今回のBSAのような夾雑物によるバックグラウンドノイズの対策について説明する。このような夾雑物が存在する場合には、ターゲットであるAFP抗体を結合しないセンサチップをもう一つ用意しておき、そのセンサチップでのバックグラウンド量をリファレンスとして補正することで、測定全体のS/Nを改善することが可能である。 Next, countermeasures against background noise due to impurities such as BSA will be described. If such impurities exist, prepare another sensor chip that does not bind the target AFP antibody, and correct the background amount at that sensor chip as a reference, so that It is possible to improve S / N.
図5には、この場合の概念図を示す。バックグラウンドノイズを低減するために、あらかじめSPRセンサチップ10に測定領域を2つ以上用意しておく。一方のセンシング部10a(第1の測定領域に相当する)にはターゲットであるAFP11を捕捉するためのプローブ(今回の場合、抗AFP抗体)12を固定化する。他方のリファレンス部10b(第2の測定領域に相当する)には基本的にサンプル中に含まれる分子とは反応しないプ
ローブ(今回、抗FLAG抗体)13を固定化する。この際、できるだけ物理化学的性質または光学的性質の近いプローブを各同じ量だけ固定化することが、正確な補正を行うために望ましい。AFP11は抗AFP抗体12にのみ結合し、抗FLAG抗体13には結合しないため、センシング部10aにおいては、AFP11の濃度に応じて信号変化が得られる。一方、BSAのような夾雑物14に対しては、センシング部10a及びリファレンス部10bのいずれの測定部分にもバックグラウンドノイズとして共通に信号変化が起こる。そのため、センシング部10aで得られた信号からリファレンス部10bで得られた信号を差し引きすることで、バックグラウンドノイズを除去したSPR信号を得ることができる。
FIG. 5 shows a conceptual diagram in this case. In order to reduce background noise, two or more measurement regions are prepared in the
図6には、リファレンス補正を行った場合の、センシング部10aで得られた信号と、リファレンス部10bで得られた信号と、前者の信号から後者の信号を差し引いて得られる信号とを示す。図6(a)に示すように、センシング部10aで得られた信号には、AFP11の濃度に応じたピークと、BSAによるピークが見られる。図6(b)に示すように、リファレンス部10bで得られた信号には、BSAによるピークのみが見られる。図6(c)に示すように、両者の差分をとることで、夾雑物であるBSAの影響を排除し、ターゲットであるAFP11の濃度に応じた信号のみを得ることができる。
FIG. 6 shows a signal obtained by the
<実施例2>
次に、本発明における実施例2について説明する。前述の実施例のように、SPRをクロマトグラフィ等のプロセスにインライン的に接続することにより、従来のUV吸光度計を用いる場合と比べて高感度、高選択的な検出が可能であることが確認された。但し、夾雑物が大量に存在する場合にはバックグラウンドノイズが発生してS/Nが低下してしまうという課題があった。これに対しリファレンス補正を行う場合は、リファレンス部を作製するための高度な固定化技術が必要であり、また、装置のコスト、サイズが大きくなるといった課題がある。
<Example 2>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. As in the previous example, it was confirmed that by connecting the SPR in-line to a process such as chromatography, detection can be performed with higher sensitivity and selectivity than when using a conventional UV absorptiometer. It was. However, when there is a large amount of impurities, there is a problem that background noise occurs and S / N decreases. On the other hand, when performing reference correction, an advanced immobilization technique for producing the reference portion is required, and there is a problem that the cost and size of the apparatus increase.
そこで、本実施例においては、SPR測定器4においてバックグラウンドノイズを低減するために局在型表面プラズモン共鳴を利用した場合の検証を行った。本方式を用いれば、図5で説明したようなリファレンス補正が不要となり、システムの簡素化、ローコスト化を図ることができる。
Therefore, in this example, verification was performed in the case of using localized surface plasmon resonance in the
本実施例においては、図7(a)に示すように、センサチップに金属のナノ溝構造を形成した。具体的には、スライドガラス製のベース20の表面に透明の樹脂を滴下してモールドでナノ溝構造21がナノインプリンティングにより形成されている。ここで樹脂はUV硬化型のアクリル系樹脂を使用した。また、樹脂上のナノ溝構造21は平行な溝形状であり、ピッチは300nm、深さは50〜60nmである。また、溝幅は100〜140nmである。本実施例では図7(b)に示すように、ナノ溝構造21の溝の上には金スパッタにより膜厚100nmの金属膜22が形成されている。なお、ナノ溝構造は、熱ナノインプリンティングや射出成形で作製しても良い。また、本実施例において、一般的な金コロイド等の局在型表面プラズモン共鳴センサを使用しても良い。
In this example, as shown in FIG. 7A, a metal nanogroove structure was formed in the sensor chip. Specifically, a transparent resin is dropped on the surface of the base 20 made of slide glass, and the
実施例1と同じ分画試料について、局在型表面プラズモン共鳴を利用したSPR測定器を用いて同様の測定を行った。得られた測定結果を図8に示す。また、横軸を分画No.とし、縦軸をSPR測定器の信号の値として当該測定結果を纏めた結果を図9に示す。AFPについては同様に大きな信号変化が得られたが、BSAによるバックグラウンドノイズは実施例1におけるSPR測定器に比べると小さく、ほとんど測定に影響しないレベルであることが確認できた。これは、局在型表面プラズモン共鳴を利用したことによるセンシングエリアの局在化によって、バックグラウンドの影響を低減できていることに起因している。 About the same fraction sample as Example 1, the same measurement was performed using the SPR measuring device using localized surface plasmon resonance. The obtained measurement results are shown in FIG. In addition, the horizontal axis represents the fraction No. FIG. 9 shows the result of summarizing the measurement results with the vertical axis as the signal value of the SPR measuring device. A large signal change was similarly obtained for AFP, but the background noise due to BSA was smaller than that of the SPR measuring device in Example 1, and it was confirmed that the level was hardly affected by the measurement. This is because the influence of the background can be reduced by the localization of the sensing area by using the localized surface plasmon resonance.
このように、局在型表面プラズモン共鳴を利用したSPR測定器を用いることで、バックグラウンドの影響をほとんど受けずにインライン測定が可能であることが確認できた。さらに、パターンの最適化を行うことにより、さらにバックグラウンドノイズの低減が可能である。また、逆に特異的な信号変化のみを増大させることも可能である。本方式を用いれば、小型、簡便、ローコストな特異的、連続的高感度なインラインセンシングシステムの実現が可能である。 As described above, it was confirmed that in-line measurement was possible with almost no influence of the background by using the SPR measuring device using localized surface plasmon resonance. Furthermore, the background noise can be further reduced by optimizing the pattern. Conversely, only specific signal changes can be increased. By using this method, it is possible to realize a compact, simple, low-cost, specific, continuous and highly sensitive in-line sensing system.
<実施例3>
次に、本発明における実施例3について説明する。実施例1及び実施例2では、連続的なセンシングを実現するために、解離剤を使用して間欠的にセンサチップ表面のターゲットをプローブから解離した。このように解離剤はセンサチップ表面の再生を行うのに有効な手段であるが、タンパク質自体の変性を起こさせるおそれがあるため、クロマトグラフィや製薬プロセスに扱うような貴重な試料内への混入はできる限り少ないことが望ましい。
<Example 3>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In Example 1 and Example 2, in order to realize continuous sensing, the target on the sensor chip surface was dissociated intermittently from the probe using a dissociator. In this way, the dissociator is an effective means for regenerating the sensor chip surface, but it may cause denaturation of the protein itself. It is desirable to have as few as possible.
従来は試料が流れる流路内全体に充填する形で解離剤をインジェクトしていたが、本実施例では試料の流路におけるセンサチップの表面と同一面にインジェクト用の注入口を設けることで、センサチップの表面に沿った薄い解離剤の層(層流)を形成し、微量の解離剤で効果的な解離を行うこととした。特に、局在型表面プラズモン共鳴を用いたセンサチップでは従来の伝搬型表面プラズモン共鳴を用いたセンサチップの場合と異なり、センサチップ裏面側のプリズムを必要としないので、センシング部に極めて近い場所に解離剤の注入口を設けることが可能である。従って、極めて少量の解離剤を用いた効率的な表面再生が可能となる。 Conventionally, the dissociation agent is injected so as to fill the entire flow path of the sample, but in this embodiment, an injection inlet is provided on the same surface as the surface of the sensor chip in the flow path of the sample. Thus, a thin dissociator layer (laminar flow) was formed along the surface of the sensor chip, and effective dissociation was performed with a small amount of dissociator. In particular, a sensor chip using localized surface plasmon resonance does not require a prism on the back side of the sensor chip, unlike a sensor chip using conventional propagation surface plasmon resonance. It is possible to provide an inlet for the dissociator. Therefore, efficient surface regeneration using a very small amount of dissociator is possible.
図10には、本実施例におけるSPR測定器30の概略構成を示す。図10(a)はSPR測定器30の断面図である。図10(a)においてターゲットを含む試料は試料用流路35内を白抜き矢印の方向に流れる。また、試料用流路35におけるセンサチップ31の直上流には、解離剤を試料内にインジェクトする解離剤注入口32が設けられている。解離剤はインジェクタ33により解離剤注入口32から試料内にインジェクトされる。
In FIG. 10, schematic structure of the
図10(b)にはインジェクタ33の断面図を示す。本実施例におけるインジェクタ33は、エポキシ樹脂系の複合材料からなるブラケット43とインジェクト部36とを有する。また、インジェクト部36の表面には解離剤が付着しづらいように撥水膜40が施されている。また、ブラケット43とインジェクト部36には、解離剤用流路37が設けられており、矢印方向に解離剤が供給されることで、解離剤用流路37は解離剤で満たされている。解離剤用流路37は先端で絞られてノズル41が形成されている。また、解離剤用流路37のノズル41の上流側は比較的流路断面積が広い圧力室42になっている。インジェクト部36における圧力室42の上側の厚みは薄くなっており振動膜38を形成している。この振動膜38をPZT素子39で周期的に押圧することで、振動膜38を振動させる。このことにより、圧力室42の容積が周期的に変化することとなり、ノズル41から連続的に解離剤が吐出されるようになっている。
FIG. 10B shows a cross-sectional view of the
解離剤注入口32から試料用流路35に注入された解離剤は、注入後すぐに試料中に拡散するのではなく、液の流れが層として振舞い、徐々に広がっていく(層流、Sheath-flow)。一方で、解離剤の試料中への混入率はできる限り少なくすることが求められること
から、解離剤注入口32はセンサチップ31にできる限り近い部分にあることが望ましい。また、センサチップ31と同一面の直上流に解離剤注入口32を設けることで、拡散前の層流状態の解離剤がセンサチップ31のセンシング部に高濃度で到達し、少量の解離剤でも効率的な解離動作が可能となる(単位溶液量あたりの反応効率を上げることが可能で
あり、抗原抗体反応の反応効率上昇にも、この仕組みは応用できる)。
The dissociator injected into the
ここで、従来の伝搬型表面プラズモン共鳴センサでは図11(a)に示すようにセンサチップ45の金属膜45aとは反対側にプリズム46をマッチングオイル46aなどを介して貼り付ける必要があった。従って、センサチップ45自体に貫通穴を設けてセンシング部の近傍に解離剤のインジェクトを行うことは困難であった。これに対し、ナノ溝構造を形成し、ナノ溝構造において発生する局在型SPRを利用したセンサチップ47を用いることでプリズムが不要になるため、ナノ溝構造部分であるセンシング部48の近傍に貫通穴49を設けることが可能となる。よって、この貫通穴49から解離剤をインジェクトし、センシング部48のプローブに結合されているターゲットを効率的に解離することが可能である。なお、本実施例におけるセンサチップ47を射出成形で作製する場合には、射出成形の時点でセンシング部48近傍に貫通穴49を形成しておいても良い。
Here, in the conventional propagation type surface plasmon resonance sensor, as shown in FIG. 11A, it is necessary to attach the
次に、センサチップのセンシング部近傍から解離剤をインジェクトした場合の層流の効果についての評価を行った。図12には、通常の場合の解離剤インジェクト方法と、本実施例における解離剤インジェクト方法の概念図を対比して示す。図12(a)に示すように、通常のインジェクト方法においては、試料用流路51におけるセンサチップ50の上流側の離れた部分において、解離剤用流路52から解離剤をインジェクトする。従って、解離剤はセンサチップ50に到達するまでに、試料用流路51中である程度拡散してしまい、センサチップ50上のターゲットを効率よく解離することが困難である。一方、本実施例においては、解離剤用流路53は、センサチップ50のセンシング部50aの直上流に配置され、この解離剤用流路53から解離剤が直接インジェクトされる。
Next, the effect of laminar flow when a dissociator was injected from the vicinity of the sensing portion of the sensor chip was evaluated. In FIG. 12, the conceptual diagram of the dissociator injection method in a normal case and the dissociator injection method in a present Example is contrasted and shown. As shown in FIG. 12A, in the normal injection method, the dissociating agent is injected from the dissociating
評価に用いた装置の具体的な内容は以下のとおりである。まず、ナノインプリントで作製したナノ溝構造を有するセンシング部50aの約2mm上流側においてセンサチップ50に貫通穴54を設け、その貫通穴54に裏面側から解離剤をインジェクトした。また、試料用流路には常時、水(n=1.33)を流し、模擬的な解離剤としてエタノール(n=
1.36)をインジェクトした。そして、模擬解離剤としてのエタノールのインジェクト
量を減らした場合に、通常のインジェクト方法と本実施例における貫通穴54からのインジェクト方法とにおける信号変化を観察した。
The specific contents of the apparatus used for the evaluation are as follows. First, a through
1.36) was injected. And when the amount of ethanol injection as a simulated dissociator was reduced, the signal change in the normal injection method and the injection method from the through
図13に結果のグラフを示す。横軸はエタノールのインジェクト量、縦軸はエタノールのインジェクト前後における信号変化の大きさである。信号変化の大きさ(実際には、ターゲットの検出によるSPR発生波長のシフト量)信号は50μlのエタノールを流したときの信号の大きさを1として規格化している。通常のインジェクト方法における解離剤用流路のサイズは、幅2.0mm、高さ25μmとし、解離剤の流速は40μl/min
とした。また、通常インジェクトは市販のインジェクタ(レオダイン社製、型式9735)をセンサチップ50の手前に接続して使用した。図13より、通常のインジェクト方法
においては、エタノールの量が微量(20μl以下)になると液の混合、拡散が発生して
濃度が低下しており、本来の信号変化量が得られないことが分かる。
FIG. 13 shows a graph of the results. The horizontal axis represents the amount of ethanol injected, and the vertical axis represents the magnitude of signal change before and after ethanol injection. The magnitude of signal change (actually, the shift amount of the SPR generation wavelength due to target detection) is normalized with the magnitude of the signal when 50 μl of ethanol is passed as 1. In the normal injection method, the size of the dissociator flow path is 2.0 mm wide and 25 μm high, and the flow rate of the dissociator is 40 μl / min.
It was. In general, a commercially available injector (type 9735, manufactured by Leodyne) was connected to the front of the
一方、本実施例における、貫通穴54からのインジェクト方法においては、貫通穴54の直径は約1.5mmとし、センサチップ50の裏面側からシリンジポンプを使用(流速は40μl/minで合わせた)してエタノールをインジェクトした。この場合においては、インジェクト量が5μlと微量であっても、50μlの場合とほぼ同等の信号変化が得られている。つまり、層流でセンサチップ50におけるセンシング部50aの表面にエタノールの溶液層が存在していることと、センシング部50aと貫通穴54との距離が短いことにより、液の拡散、混合が起こらないことが分かる。つまり、本構成を利用して解離剤のインジェクトを行えば、解離剤の混入比率を低減することが可能である。
On the other hand, in the injection method from the through
なお、本実施例において、解離手段は、インジェクタ、解離剤注入口と、インジェクタを制御する図示しない制御コンピュータを含んで構成される。また、本実施例における流体導入手段は流体用流路を含んで構成される。なお、本実施例の結果から、解離剤の注入口(貫通穴54)は、ナノ溝構造を有するセンシング部50aに対して少なくとも上流側2mm以内の場所に配置されれば好適な解離動作が可能となることが分かる。なお、注入口(貫通穴54)の径はセンサの表面においてプローブが固定された領域のサイズと同等以上であることが望ましい。注入口からインジェクトされた解離剤が若干拡散しながら下流に移動することを考えると、プローブが固定された領域のサイズと同等程度がさらに望ましい。例えば、実際にスポッティング装置を用いてプローブ固定を行った場合、その径は20〜500μm程度となるため、解離剤注入口の径は20〜500μm程度とするとよい。もちろん、本実施例のように1.5mmであっても、センサの表面においてプローブが固定された領域をカバーできれば問題ない。
In the present embodiment, the dissociating means includes an injector, a dissociating agent inlet, and a control computer (not shown) that controls the injector. Further, the fluid introducing means in the present embodiment is configured to include a fluid flow path. From the results of this example, it is possible to perform a suitable dissociation operation if the dissociating agent injection port (through hole 54) is disposed at least 2 mm upstream from the
<実施例4>
次に、本発明の実施例4について説明する。本実施例においては、前述のようにセンシング部表面の再生のための解離剤はできるだけ混入量を減らす必要がある。また、クロマトグラフィ等と合わせて測定をする場合、SPR測定器で得られた信号を利用してターゲットの含まれた試料を取り出し回収することが望ましい。このため、測定結果に基づいて解離装置及び回収装置へフィードバックするシステムが要求される。
<Example 4>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, as described above, it is necessary to reduce the amount of the dissociating agent for regenerating the sensing unit surface as much as possible. Moreover, when measuring together with chromatography etc., it is desirable to take out and collect | recover the sample in which the target was contained using the signal obtained with the SPR measuring device. Therefore, a system that feeds back to the dissociation device and the recovery device based on the measurement result is required.
図14には、本実施例におけるSPR測定器を含むセンシングシステム60の概略構成を示す。SPR測定器61には、前段プロセスより試料が供給される。SPR測定器61で測定したターゲットの濃度に関連するデータは、制御コンピュータ63に送られて解析、記録される。制御コンピュータ63は、受け取ったデータをもとに、解離剤の注入タイミングを決定し、解離剤注入ポンプ62を駆動させることで、解離動作を行う。また、制御コンピュータ63は、受け取ったデータをもとに、ターゲットの回収のためのバルブ駆動タイミングを決定し、バルブ64を駆動させることでSPR測定器61から排出された試料のうちターゲットを多く含む部分を回収し、解離剤を多く含む部分を廃液として廃棄する。なお、本実施例において回収手段は、制御コンピュータ63、解離剤注入ポンプ62を含んで構成される。
In FIG. 14, schematic structure of the
図15には、本実施例のセンシングシステム60におけるSPM測定器61よって得られたSPR信号の値のグラフを示す。横軸は時間、縦軸はSPR信号の値である。このSPR信号は、実際には、センシング部におけるターゲットとプローブとの結合による表面プラズモン共鳴の発生波長のシフトに相当する信号であり、試料中のターゲットの量(濃度)に相当する信号である。図15において、ターゲットが流れていない状態では解離剤をインジェクトする必要が無い。従って、ターゲットが流れ出した後に、SPR信号の大きさが予め定められた閾値A以上になった時点を起点として、やはり予め定められたΔTの経過後に初めて解離剤をインジェクトする。例えば、この閾値Aはベースライン+9σ(σはΔT間の信号標準偏差)などとして良い。ΔTの値はターゲットの濃度、送液速度等によって決定されるが例えば1分間などと固定しても良い。ここで、信号変化量ΔSを、解離剤をインジェクトする直前のSPR信号値から、ΔT´前のSPR信号値を差し引いたものとして定義する。ここで、ΔT´の値は、0<ΔT´<ΔTを満たすという条件で予め定められた時間である。
In FIG. 15, the graph of the value of the SPR signal obtained by the
図15に示すように、解離剤のインジェクトを開始した後はΔSが一定値以下になるまではΔT間隔で解離剤をインジェクトし続ける。その際、ΔT間隔で解離剤を2回ずつインジェクトしてもよい。そして、ΔSが一定値以下になった際には、ターゲットが無くなったと判断して、解離剤のインジェクトを停止する。この場合のΔSの閾値は例えば9σなどで定義する。2回以上連続してΔSが閾値(9σ)以下になることを停止の条件とし
ても良い。このサイクルは何度繰り返しても良い。
As shown in FIG. 15, after the injection of the dissociating agent is started, the dissociating agent is continuously injected at ΔT intervals until ΔS becomes a certain value or less. At that time, the dissociator may be injected twice at intervals of ΔT. When ΔS becomes equal to or smaller than a certain value, it is determined that there are no targets, and the injection of the dissociator is stopped. The threshold value of ΔS in this case is defined by 9σ, for example. The stop condition may be that ΔS is equal to or less than the threshold value (9σ) twice or more. This cycle may be repeated any number of times.
図16には、センシングシステム60の制御コンピュータ63においてSPR測定の際に実行されるSPR測定ルーチンについてのフローチャートを示す。本ルーチンが実行されると、まず、S101において、SPR信号がAより大きいか否かが判定される。ここで、SPR信号がA以下であると判定された場合には、S101の処理の前に進む。すなわち、S101においてSPR信号がAより大きいと判定されるまでS101の処理を繰り返し実行する。一方、S101においてSPR信号がAより大きいと判定された場合には、S102に進む。
FIG. 16 shows a flowchart of an SPR measurement routine executed at the time of SPR measurement in the
S102においては、試料回収が開始される。具体的には、制御コンピュータ63からの指令によりバルブ64が回収側に駆動される。S102の処理が終了するとS103に進む。S103においては、ΔTの待機処理が行われ、ΔTの経過時間が確保される。S103の処理が終了するとS104に進む。S104では解離剤のインジェクトが実施される。S104の処理が終了するとS105に進む。S105においては、ΔSの値が9σ未満か否かが判定される。ここで、ΔSの値が9σ以上である場合には、S103の処理の前に戻り、S103及びS104の処理が実行される。すなわち、S105においてΔSの値が9σ未満となるまで、ΔT間隔で解離剤のインジェクトが繰り返し行われる。S105においてΔSの値が9σ未満となった場合には、S106に進む。S106においては、試料回収が終了される。具体的にはバルブ64が廃液側に駆動される。S106の処理が終了するとS101の前に戻り、次にターゲットが流れてくるのを待機する。
In S102, sample collection is started. Specifically, the
なお、上記のSPR測定ルーチンにおいて、ルーチンがスタートするとともに、流体導入工程と測定工程は実行される。そして、S104において解離工程が実行される。 In the above SPR measurement routine, the fluid introduction process and the measurement process are executed as the routine starts. And a dissociation process is performed in S104.
図17には、センシングシステム60においてSPR測定ルーチンが実行された結果行われる制御について示す。図17に示すように、ターゲットの流入とともにSPR信号が増大し、Aを超えた時点で、試料(ターゲット)の回収と、ΔT間隔での解離剤のインジェクトが実行される。その後、ターゲットの流量の増加とともにSPR信号は増加し、ターゲットの流量の減少とともにSPR信号が減少する。そして、ΔSが9σ未満となった時点で、ターゲットの回収が終了し試料が廃液として廃棄されるとともに、解離剤のインジェクトが終了する。
FIG. 17 shows the control performed as a result of the execution of the SPR measurement routine in the
なお、試料の回収については、SPR信号の大きさがAを超えた時点から、解離剤のインジェクトを停止するまでの間はバルブ64を回収側へと切り替えることで、ターゲットの回収を効率的に実施できる。また、回収したターゲットを含む試料への解離剤の混入を低減するには、SPR測定器61のSPR信号から解離剤が混入している試料がバルブ64を通過する時間帯を特定して、解離剤が混入していない時間帯でのみバルブ64を回収側に切り替えても良い。解離剤の混入を特定する判断としては、例えばSPR信号がA以下である時間帯については解離剤が混入していると判断しても良い。この場合のターゲットの回収タイミングについて図18に示す。
For sample recovery, the target is efficiently recovered by switching the
<実施例5>
次に、本発明の実施例5について説明する。本実施例では、製薬プロセス、培養などの液状態の濃度管理、異物検査などに、本発明に係るセンシングシステムを適用した場合の、プロセスラインの構築例について説明する。製薬プロセス等においては、解離剤の試料への混入がプロセス上問題となる場合がある。このような場合は、解離動作に合わせて下流側のバルブを切り替えて、解離剤が含まれる溶液部分のみ廃液として分離する。図19には、このような場合のプロセスラインの例を示す。
<Example 5>
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an example of construction of a process line when the sensing system according to the present invention is applied to pharmaceutical process, concentration control in a liquid state such as culture, foreign matter inspection, and the like will be described. In a pharmaceutical process or the like, mixing of a dissociator into a sample may cause a process problem. In such a case, the valve on the downstream side is switched in accordance with the dissociation operation, and only the solution portion containing the dissociator is separated as waste liquid. FIG. 19 shows an example of a process line in such a case.
本ラインにおいては前段プロセスP1と後段プロセスP2との間が試料用パイプ75で連結されている。前段プロセスP1は例えば、細胞培養槽(細胞培養プロセス)であってもよい。これは以下の態様についても同じである。そして、試料用パイプ75には、SPR測定器70が備えられている。SPR測定器70には、試料用流路70aが設けられており、上流側と下流側の試料用パイプ75を連結させている。試料用流路70aにはセンサチップ71と、その直上流側には解離剤インジェクト用の貫通穴72が設けられている。また、SPRセンサ70にはインジェクタ73が併設されており、貫通穴72に対して解離剤を吐出する。
In this line, the
なお、試料用パイプ75におけるSPR測定器70の下流側にはバルブ74が設けられている。このバルブ74が駆動されることで、SPR測定器70から流出する試料を後段プロセスP2に導入するか廃液として廃棄するかを選択可能となっている。また、試料用パイプ75におけるSPR測定器70の上流側には試料の流量を計測する流量センサとしてのフローセンサ76が備えられている。本実施例では、精度良く解離剤を試料から分離するために、フローセンサ76の情報をもとにバルブ切替のタイミングを算出する。具体的には、試料の流量が多い場合には、インジェクトした解離剤が下流側に流れ去る時間が早くなるので、図18においてはAとした、回収開始のためのSPR信号の閾値を小さくするようにしてもよい。すなわち、試料の流量が多いほど、回収開始のためのSPR信号の閾値を小さくする。流量の増加量とSPR信号の閾値の低下量との関係は直線的であってもよいし、上側に凸あるいは下側に凸といった曲線的な関係でもよい。なお、上記において試料用パイプ75及び試料用流路70aは、流体導入手段を構成する。また、インジェクタ73及び貫通穴72は解離手段を構成する。
A
図20には、プロセスラインの別の態様について示す。この態様では、前段プロセスP1と後段プロセスP2は同一とし、試料を循環させる構成となっている。また、試料を循環させるためのポンプ77が備えられている。ポンプ77はベリスタポンプ、プランジャーポンプ、電気浸透流ポンプなどのいずれの方式であっても良い。この態様は培養槽などの管理に使用可能である。
FIG. 20 shows another aspect of the process line. In this embodiment, the pre-stage process P1 and the post-stage process P2 are the same, and the sample is circulated. A
図21は本実施例における第3の態様を示す図である。本態様は、試料中への解離剤の混入を完全に無くすために、メインのプロセスラインP3から分岐パイプ78が分岐され、モニタリング用パイプ79にSPR測定器80、ポンプ81、バルブ82が設けられている。SPR測定器80の場合、100μl以下の微量の試料でも検出が可能である。また、本実施例では、常にモニタリング用パイプ79への試料の分岐を行っていると試料のロスが大きくなるため、一定時間毎(例えば1時間毎)にバルブ82を切替えて、図22に示すように、試料または解離剤をSPR測定器80に流し、それ以外の時間はバッファ液を送液しておくことで、試料の採集効率を上げることが可能である。
FIG. 21 is a diagram showing a third mode in the present embodiment. In this embodiment, in order to completely eliminate the mixing of the dissociating agent into the sample, the
本態様においては、モニタリング用パイプ79の流通内容を試料からバッファ液に切り替えた後にターゲットの濃度判断を行うことで、バックグラウンドノイズの影響を完全に排除することが可能である。この場合の流体導入手段は、分岐パイプ78、モニタリング用パイプ79、ポンプ81、バルブ82を含んで構成される。また、図22において試料が供給される期間は流体導入工程に相当する。試料が供給されてから解離動作までの期間は測定工程に相当する。解離動作が行われる期間は解離工程に相当する。
In this embodiment, the influence of background noise can be completely eliminated by determining the concentration of the target after switching the flow of the
なお、図21に示した態様のプロセスラインは、抗体医薬等の製造ラインにおいては、培養により作製された抗体の濃度管理や、抗体のリークチェック等に応用可能である。そのような場合において抗体を検出するために、センサチップの表面上にはプロテインAを含むプローブ層やプロテインG、LおよびAnti-IgGなどの抗Fc抗体などを含むプローブ層を形成することが望ましい。また、目的対象が発現タンパク質であるプロセスラインに
おいても、同様のシステムが構築可能である。この場合、センサチップの表面上には、抗GST抗体、抗His-tag抗体、抗FLAG抗体、抗ビオチン抗体、ストレプトアビジン、
ニュートラアビジン、アビジン、Ni-NTA(nickel-nitrilotriacetic acid) など、発現タンパク質を結合可能なプローブ層の形成が望ましい。
The process line of the embodiment shown in FIG. 21 can be applied to concentration control of antibodies produced by culture, antibody leak check, etc. in a production line for antibody drugs and the like. In such a case, in order to detect antibodies, it is desirable to form a probe layer containing protein A or a probe layer containing anti-Fc antibodies such as protein G, L and Anti-IgG on the surface of the sensor chip. . A similar system can also be constructed in a process line where the target object is an expressed protein. In this case, on the surface of the sensor chip, anti-GST antibody, anti-His-tag antibody, anti-FLAG antibody, anti-biotin antibody, streptavidin,
It is desirable to form a probe layer capable of binding the expressed protein such as neutravidin, avidin, Ni-NTA (nickel-nitrilotriacetic acid).
なお、上記の実施例においては、試料は前段プロセスを通過したターゲットを含む液体である例について説明したが、本発明は、プロセスラインにおける上記以外のあらゆる流体(気体も含む)である試料に対して適用可能である。 In the above-described embodiment, an example in which the sample is a liquid including a target that has passed through the previous process has been described. However, the present invention applies to a sample that is any fluid (including gas) other than the above in the process line. It is applicable.
1・・・センシングシステム
2・・・カラム
3・・・UV吸光度計
4・・・SPR測定器
5・・・試料回収管
6・・・廃棄管
10・・・SPRセンサチップ
11・・・ターゲット(AFP)
12・・・プローブ(抗AFP抗体)
13・・・プローブ(抗FLAG抗体)
14・・・夾雑物(BSA)
20・・・ベース
21・・・ナノ溝構造
22・・・金属膜
30・・・SPR測定器
31・・・センサチップ
32・・・解離剤注入口
33・・・インジェクタ
60・・・センシングシステム
DESCRIPTION OF
12 ... Probe (anti-AFP antibody)
13 ... Probe (anti-FLAG antibody)
14 ... Foreign matter (BSA)
DESCRIPTION OF
Claims (27)
前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスを通過した流体を前記表面プラズモン測定器のセンサ表面上に連続的に導入する流体導入手段と、
を備え、
前記センサの表面には、前記流体内の特定の物質と特異的に結合可能な物質であるプローブが固定され、
前記プロセスを通過した流体内の特定の物質を前記プローブと結合させることで、前記特定の物質の量をインラインで測定可能としたことを特徴とする表面プラズモン共鳴センシングシステム。 By irradiating the surface plasmon excitation light to the sensor, surface plasmon resonance can be generated on the surface of the sensor, and a substance existing outside the surface of the sensor according to the wavelength or incident angle of the excitation light. A surface plasmon measuring device provided in the process line,
Fluid introduction means for continuously introducing fluid that has passed through a process prior to the surface plasmon measuring instrument in the process line onto the sensor surface of the surface plasmon measuring instrument;
With
A probe that is a substance that can specifically bind to a specific substance in the fluid is fixed to the surface of the sensor,
A surface plasmon resonance sensing system characterized in that the amount of the specific substance can be measured in-line by combining the specific substance in the fluid that has passed through the process with the probe.
前記表面プラズモン測定器による前記プローブと結合した前記特定の物質の量の測定と、前記解離手段による前記プローブと結合した前記特定の物質の解離と、を交互に行うことにより、該プローブと結合した特定の物質の量について複数回の測定を連続的に行うことを特徴とする請求項1に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 Further comprising dissociation means for performing a dissociation operation for dissociating a bond between the probe and the specific substance on the surface of the sensor;
Measurement of the amount of the specific substance bound to the probe by the surface plasmon measuring instrument and dissociation of the specific substance bound to the probe by the dissociation means were alternately performed to bind to the probe. The surface plasmon resonance sensing system according to claim 1, wherein a plurality of measurements are continuously performed for the amount of the specific substance.
前記表面プラズモン測定器の前記センサの表面は、前記流路内に前記流体に臨むように配置され、
前記解離剤の前記流体内へのインジェクト用の注入口は、前記流路内において前記センサの表面と略同一の面内であって、前記流路における前記センサの表面の上流側に設けられていることを特徴とする請求項3に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 The fluid introducing means is a flow path for circulating the fluid that has passed through the process before the surface plasmon measuring instrument,
The surface of the sensor of the surface plasmon measuring device is arranged to face the fluid in the flow path,
The injection port for injecting the dissociating agent into the fluid is provided in the flow path substantially in the same plane as the surface of the sensor and on the upstream side of the surface of the sensor in the flow path. The surface plasmon resonance sensing system according to claim 3.
前記センサの表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層と、前記センサの表面の前記金属層が形成されている部分に形成された複数の溝からなる溝構造と、を有するとともに、該溝構造における各溝の側壁面は、該側壁面を覆う前記金属層による対向面を形成し、該金属層による対向面で挟まれる領域において局在型の表面プラズモン共鳴を発生させる局在型表面プラズモン共鳴センサであることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 The sensor of the surface plasmon measuring instrument is:
A metal layer formed so as to cover at least a part of the surface of the sensor, and a groove structure including a plurality of grooves formed in a portion of the surface of the sensor where the metal layer is formed, A side wall surface of each groove in the groove structure forms a facing surface by the metal layer covering the side wall surface, and generates a localized surface plasmon resonance in a region sandwiched by the facing surface by the metal layer The surface plasmon resonance sensing system according to any one of claims 1 to 5, wherein the surface plasmon resonance sensing system is a surface plasmon resonance sensor.
前記センサの表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層と、前記センサの表
面の前記金属層が形成されている部分に形成された複数の溝からなる溝構造と、を有するとともに、該溝構造における各溝の側壁面は、該側壁面を覆う前記金属層による対向面を形成し、該金属層による対向面で挟まれる領域において局在型の表面プラズモン共鳴を発生させる局在型表面プラズモン共鳴センサであり、
前記注入口は、前記流路において、前記センサの表面における前記溝構造に対して上流側2mm以内の場所に設けられたことを特徴とする請求項4に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 The sensor of the surface plasmon measuring instrument is:
A metal layer formed so as to cover at least a part of the surface of the sensor, and a groove structure including a plurality of grooves formed in a portion of the surface of the sensor where the metal layer is formed, A side wall surface of each groove in the groove structure forms a facing surface by the metal layer covering the side wall surface, and generates a localized surface plasmon resonance in a region sandwiched by the facing surface by the metal layer A surface plasmon resonance sensor,
5. The surface plasmon resonance sensing system according to claim 4, wherein the inlet is provided in the flow path at a location within 2 mm upstream of the groove structure on the surface of the sensor.
前記表面プラズモン測定器からの前記特定の物質の量に応じた信号に基づき、該信号が予め定められた閾値を越えてから、前記解離手段による前記解離動作が行われるまでの間は、前記バルブを作動させて前記流体を回収することを特徴とする請求項2から9のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 A valve provided on the downstream side of the sensor in the flow path for controlling whether the fluid is recovered or discarded as a waste liquid;
Based on a signal corresponding to the amount of the specific substance from the surface plasmon measuring instrument, the valve is operated after the signal exceeds a predetermined threshold until the dissociation operation by the dissociating means is performed. The surface plasmon resonance sensing system according to any one of claims 2 to 9, wherein the fluid is recovered by actuating the sensor.
前記流路の分岐点と前記表面プラズモン測定器との間に流量制御用の開閉バルブを有することを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 The fluid introduction means is a flow path for branching and circulating a fluid that has passed a predetermined process on the process line from the process line,
The surface plasmon resonance sensing system according to any one of claims 1 to 11, further comprising an on-off valve for flow rate control between a branch point of the flow path and the surface plasmon measuring instrument.
該精製クロマトグラフィを通過した前記流体の精製抽出状態を前記表面プラズモン測定器によってリアルタイムにモニタリングすることを特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴センシングシステム。 The process before the surface plasmon measuring instrument in the process line is purification chromatography,
The surface plasmon resonance sensing system according to any one of claims 1 to 13, wherein a purified extraction state of the fluid that has passed through the purification chromatography is monitored in real time by the surface plasmon measuring device.
前記プロセスラインにおける前記表面プラズモン測定器より前のプロセスを通過した流体を前記表面プラズモン測定器のセンサ表面上に導入する流体導入工程と、
前記プロセスを通過した流体内の特定の物質を、前記センサの表面に固定された前記特定の物質と特異的に結合可能な物質であるプローブと結合させることで、前記特定の物質の量をインラインで測定する測定工程と、
を有することを特徴とする表面プラズモン共鳴インライン測定方法。 By irradiating the surface plasmon excitation light to the sensor, surface plasmon resonance can be generated on the surface of the sensor, and a substance existing outside the surface of the sensor according to the wavelength or incident angle of the excitation light. A surface plasmon resonance in-line measurement method using a surface plasmon measuring instrument capable of measuring a quantity,
Introducing a fluid that has passed through a process prior to the surface plasmon meter in the process line onto a sensor surface of the surface plasmon meter;
By binding a specific substance in the fluid that has passed through the process to a probe that is a substance that can specifically bind to the specific substance immobilized on the surface of the sensor, the amount of the specific substance is in-line. Measuring process to measure in,
A surface plasmon resonance in-line measurement method characterized by comprising:
前記センサの表面の少なくとも一部を覆うように形成された金属層と、前記センサの表面の前記金属層が形成されている部分に形成された複数の溝からなる溝構造と、を有するとともに、該溝構造における各溝の側壁面は、該側壁面を覆う前記金属層による対向面を形成し、該金属層による対向面で挟まれる領域において局在型の表面プラズモン共鳴を発生させる局在型表面プラズモン共鳴センサであることを特徴とする、請求項16から20のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴インライン測定方法。 The sensor of the surface plasmon measuring instrument is:
A metal layer formed so as to cover at least a part of the surface of the sensor, and a groove structure including a plurality of grooves formed in a portion of the surface of the sensor where the metal layer is formed, A side wall surface of each groove in the groove structure forms a facing surface by the metal layer covering the side wall surface, and generates a localized surface plasmon resonance in a region sandwiched by the facing surface by the metal layer The surface plasmon resonance in-line measuring method according to any one of claims 16 to 20, wherein the surface plasmon resonance sensor is a surface plasmon resonance sensor.
前記表面プラズモン測定器が、前記流体内の前記特定の物質の量を一定間隔でモニタリングすることを特徴とする請求項16から24のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴インライン測定方法。 In the fluid introduction step, the fluid that has passed a predetermined process on the process line is branched from the process line and introduced onto the sensor surface of the surface plasmon measuring instrument,
The surface plasmon resonance in-line measurement method according to any one of claims 16 to 24, wherein the surface plasmon measurement device monitors the amount of the specific substance in the fluid at regular intervals.
該精製クロマトグラフィを通過した前記流体の精製抽出状態を前記表面プラズモン測定器によってリアルタイムにモニタリングすることを特徴とする請求項16から25のいずれか一項に記載の表面プラズモン共鳴インライン測定方法。 The process before the surface plasmon measuring instrument in the process line is purification chromatography,
The surface plasmon resonance in-line measurement method according to any one of claims 16 to 25, wherein the purified extraction state of the fluid that has passed through the purification chromatography is monitored in real time by the surface plasmon measurement device.
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