JP2013195404A - 測定方法、センサチップ、および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の測定対象物質を精度よく測定することができる測定方法、センサチップ、および測定装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る測定方法は、光導波路部が第１の測定対象物質と反応する第１の物質が固定された第１の領域、第２の測定対象物質と反応する第２の物質が固定された第２の領域を有し、粒子の基部の表面に第１の測定対象物質と反応する第３の物質および第２の測定対象物質と反応する第４の物質の少なくともいずれかが固定されているセンサチップを用いた測定方法である。
この測定方法は、保持空間に検体溶液を導入する工程、検体溶液を導入した後の吸光度を求める工程、保持空間に導入された検体溶液に少なくとも１つの粒子を投入する工程、粒子を投入した後の吸光度を求める工程、吸光度変化量を求める工程、吸光度変化量に基づいて測定対象物質の量を求める工程を備える。
【選択図】図１

Description

後述する実施形態は、概ね、測定方法、センサチップ、および測定装置に関する。

検体溶液に含まれる物質の量を測定する測定装置に用いられるセンサチップには、光導波路型のセンサチップがある。この光導波路型のセンサチップを用いた測定方法においては、検出部の表面にある測定対象物質に起因する吸光度変化量に基づいて測定対象物質の量を測定している。
そして、試薬の量を削減しても高精度の測定が行えるように、検体溶液を保持する保持部を検出部毎に複数設けたセンサチップが提案されている。
しかしながら、複数種類の測定対象物質を精度よく測定することに関しては改善の余地があった。

特開２００３−２４０７０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数種類の測定対象物質を精度よく測定することができる測定方法、センサチップ、および測定装置を提供することである。

実施形態に係る測定方法は、透光性を有する基板と、前記基板の上に設けられた光学要素部と、前記基板および前記光学要素部の上に設けられた光導波路部と、前記光導波路部の上に設けられ、検体溶液を保持する保持空間を有する保持部と、前記保持空間に投入される少なくとも１つの粒子と、を備え、前記光導波路部は、第１の測定対象物質と特異的に反応する第１の物質が固定された第１の領域と、第２の測定対象物質と特異的に反応する第２の物質が固定された第２の領域と、を有し、前記保持部は、前記第１の領域および前記第２の領域を囲み、前記粒子は、基部を有し、前記基部の表面には、前記第１の測定対象物質と特異的に反応する第３の物質、および、前記第２の測定対象物質と特異的に反応する第４の物質の少なくともいずれかが固定されているセンサチップを用いた測定方法である。
そして、この測定方法は、前記保持部の保持空間に検体溶液を導入する工程と、前記検体溶液を導入した後における吸光度を求める工程と、前記保持部の保持空間に導入された前記検体溶液に少なくとも１つの粒子を投入する工程と、前記少なくとも１つの粒子を投入した後における吸光度を求める工程と、前記検体溶液を導入した後における吸光度と、前記少なくとも１つの粒子を投入した後における吸光度と、の差から吸光度変化量を求める工程と、求められた前記吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める工程と、を備えている。

（ａ）は第１の実施形態に係るセンサチップの模式断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。 （ａ）は第３の物質および第４の物質が固定された粒子９を例示するための模式図、図２（ｂ）は第３の物質が固定された粒子９ａを例示するための模式図、図２（ｃ）は第４の物質が固定された粒子９ｂを例示するための模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、磁性体材料を含む基部を例示するための模式断面図である。 （ａ）は第２の実施形態に係る測定装置を例示するための模式図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、制御部３５の作用について例示をするための模式工程図である。 第３の実施形態に係る測定方法について例示するためのフローチャートである。 （ａ）は第４の実施形態に係るセンサチップの模式断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視断面図である。 センサチップ１ａを用いる場合の測定方法について例示するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
[第１の実施形態]
図１（ａ）は第１の実施形態に係るセンサチップの模式断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ矢視断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、センサチップ１には、基板２、光導波路部３、光学要素部４、検出部５、保持部６、保護部７が設けられている。

基板２は、平板状を呈し、透光性の材料から形成されている。基板２は、例えば、ガラス（例えば、無アルカリガラス）または石英などから形成することができる。
光導波路部３は、基板２よりも高い屈折率を有し、基板２および光学要素部４の上に設けられている。光導波路部３は、高分子樹脂などから形成され、３μｍ〜３００μｍ程度のほぼ均一な厚みの膜状体とすることができる。
なお、基板２や光導波路部３の材料や寸法などは例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

光学要素部４は、基板２の光導波路部３が設けられた側の主面上に設けられている。すなわち、光学要素部４は、基板２上に設けられている。図１（ａ）に例示をした光学要素部４は、光導波路部３に光を導入、および出射させる際に回折格子として機能する。そのため、光学要素部４は、基板２よりも高い屈折率を有し所定のピッチ寸法で格子状に設けられている。例えば、光学要素部４は、ピッチ寸法を１μｍとし、格子状に設けられたものとすることができる。ただし、ピッチ寸法はこれに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

光学要素部４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛、ニオブ酸リチウム、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、ポリイミドなどから形成することができる。なお、回折格子として機能する光学要素部４を例示したが、光を光導波路部３内に導入させることができる光学要素を適宜選択することができる。例えば、光学要素部４は、光導波路部３に光を導入、出射させる際にプリズムとして機能するものであってもよい。

検出部５は、第１の領域３ａに設けられる検出部５ａ、第２の領域３ｂに設けられる検出部５ｂを有する。
検出部５ａ、５ｂは、検体溶液中の測定対象物質と特異的に反応する物質から構成される。
この場合、第１の領域３ａに固定される第１の物質５ａと、第２の領域３ｂに固定される第２の物質５ｂとは異なるものとすることもできるし、同じものとすることもできる。 第１の物質５ａおよび第２の物質５ｂは、例えば、検体溶液中の測定対象物質が抗原の場合には、抗体（一次抗体）とすることができる。
なお、以下においては、一例として、第１の物質５ａと第２の物質５ｂとが異なる場合を例示する。

第１の領域３ａは、保護部７を貫通する孔部７ａにより露出した光導波路部３の主面３ｃの一部分である。第２の領域３ｂは、保護部７を貫通する孔部７ｂにより露出した光導波路部３の主面３ｃの一部分である。
第１の物質５ａは、第１の領域３ａに固定される。第２の物質５ｂは、第２の領域３ｂに固定される。

すなわち、第１の領域３ａには、後述する測定対象物質１４ａ（第１の測定対象物質の一例に相当する）と特異的に反応する第１の物質５ａが固定される。第２の領域３ｂには、後述する測定対象物質１４ｂ（第２の測定対象物質の一例に相当する）と特異的に反応する第２の物質５ｂが固定される。
第１の物質５ａおよび第２の物質５ｂの固定は、例えば、第１の物質５ａおよび第２の物質５ｂと、光導波路部３の主面３ｃとの疎水性相互作用や化学結合により行うことができる。

例えば、第１の物質５ａおよび第２の物質５ｂは、シランカップリング剤による疎水化処理を行うことで光導波路部３の主面３ｃに固定することができる。また、第１の光導波路部３の主面３ｃに官能基を形成し、既知のリンカー分子を作用させて化学結合により第１の物質５ａおよび第２の物質５ｂを固定してもよい。

なお、図１（ａ）〜（ｃ）においては、２つの領域が設けられ、２つの領域ごとに異なる物質を固定する場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、３つ以上の領域が設けられ、３つ以上の領域ごとに異なる物質を固定することもできるし、３つ以上の領域を複数のグループに分け各グループごとに異なる物質を固定することもできる。

保持部６は、光導波路部３の上側（基板２が設けられた側とは反対側）に設けられ、検体溶液を保持する保持空間（反応空間）６ａを有する。
保持部６は、枠状を呈し、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂを囲むようにして設けられている。保持部６の一方の端部は保護部７の主面に液密に設けられ、他方の端部は保護部７の主面から離れた位置に設けられている。そのため、保持部６の内側の保持空間６ａに検体溶液を保持することができる。

保持部６は、保持空間６ａに保持される検体溶液に対する耐性の高い材料から形成されている。保持部６は、例えば、フッ素樹脂などから形成することができる。
保持部６は、保護部７に接合されるものであってもよいし、保護部７と一体に形成されるものであってもよい。

ここで、保持空間６ａは、第１の領域３ａに設けられた第１の物質５ａと、第２の領域３ｂに設けられた第２の物質５ｂに対して共通の空間となる。そのため、第１の物質５ａに対しては、各物質ごとに検体溶液を保持する場合と比べて２倍の容積を確保することができる。また、第２の物質５ｂに対しても、各物質ごとに検体溶液を保持する場合と比べて２倍の容積を確保することができる。

そのため、各物質ごとに検体溶液を保持する場合と比べて、第１の物質５ａに反応させる測定対象物質１４ａの量と、第２の物質５ｂに反応させる測定対象物質１４ｂの量を増加させることができる。その結果、複数種類の測定対象物質を精度よく測定することができる。
また、各物質ごとに検体溶液を保持する場合と比べて、センサチップ１の大きさが大きくなることもない。

保護部７は、光導波路部３の主面３ｃ上に設けられている。
保護部７の保持部６の内側に位置する部分には、保護部７を貫通する第１の孔部７ａおよび第２の孔部７ｂが設けられている。
第１の孔部７ａおよび第２の孔部７ｂは、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂをそれぞれ画する。

第１の孔部７ａおよび第２の孔部７ｂの形状や大きさには、特に限定はないが、光導波路部３の内部を伝播する光の進行方向における長さが長くなるようにすることが好ましい。光導波路部３の内部を伝播する光の進行方向における長さを長くすれば、後述するエバネッセント波（evanescent wave）などの近接場光が生じる箇所を増加させることができる。そのため、測定の感度を向上させることができる。

また、第１の孔部７ａと第２の孔部７ｂの間には、離隔部７ｃを設けることができる。この場合、離隔部７ｃは、必ずしも設ける必要はない。例えば、第１の孔部７ａおよび第２の孔部７ｂを１つの孔部とし、１つの孔部の内部に第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂを設けるようにしてもよい。ただし、離隔部７ｃを設けるようにすれば、第１の物質５ａおよび第２の物質５ｂを順次固定する際の作業性を向上させることができる。

保護部７は、光導波路部３を形成する材料よりも低い屈折率の材料から形成されている。また、保護部７は、保持空間６ａに保持される検体溶液に対する耐性の高い材料から形成されている。保護部７は、例えば、フッ素樹脂などから形成することができる。

また、センサチップ１を用いて測定を行う際には、粒子９、９ａ、９ｂを用いる。
後述するように、粒子９、９ａ、９ｂは、保持空間６ａに複数投入される。
図２（ａ）は第３の物質および第４の物質が固定された粒子９を例示するための模式図、図２（ｂ）は第３の物質が固定された粒子９ａを例示するための模式図、図２（ｃ）は第４の物質が固定された粒子９ｂを例示するための模式図である。

図２（ａ）に示すように、粒子９は、粒状の基部１２と、基部１２の表面に固定された第３の物質１３ａおよび第４の物質１３ｂを有する。
第３の物質１３ａと第４の物質１３ｂとは異なるものとなっている。
第３の物質１３ａおよび第４の物質１３ｂは、例えば、検体溶液中の測定対象物質が抗原の場合、抗体（二次抗体）とすることができる。
第３の物質１３ａおよび第４の物質１３ｂの固定は、例えば、物理吸着、あるいはカルボキシル基やアミノ基等を介した化学結合により行うことができる。

また、図２（ｂ）に示すように、第３の物質１３ａのみが基部１２の表面に固定された粒子９ａとすることもできる。
また、図２（ｃ）に示すように、第４の物質１３ｂのみが基部１２の表面に固定された粒子９ｂとすることもできる。

すなわち、粒子は、基部１２を有し、基部１２の表面には、後述する測定対象物質１４ａと特異的に反応する第３の物質１３ａ、および、後述する測定対象物質１４ｂと特異的に反応する第４の物質１３ｂの少なくともいずれかが固定されている。
この場合、第１の物質５ａと第３の物質１３ａは測定対象物質１４ａと特異的に反応し、第２の物質５ｂと第４の物質１３ｂは測定対象物質１４ｂと特異的に反応する。

第３の物質１３ａのみが基部１２の表面に固定された粒子９ａ、あるいは、第４の物質１３ｂのみが基部１２の表面に固定された粒子９ｂとすれば、測定対象となる測定対象物質のみと反応させることができるので高精度の測定を行うことが可能となる。

一方、第３の物質および第４の物質が基部１２の表面に固定された粒子９とすれば、検体溶液に導入する粒子９の数を減らすことが可能となる。例えば、２種類の測定対象物質を測定する場合には、検体溶液に粒子９ａおよび粒子９ｂを導入する必要がある。この場合、２種類の測定対象物質の割合を予め知ることができないため、粒子９ａおよび粒子９ｂの少なくともいずれかの導入量が過剰となるおそれがある。これに対し、第３の物質および第４の物質が基部１２の表面に固定された粒子９とすれば、２種類の測定対象物質の割合に応じて自動的に割り振られることになる。そのため、検体溶液に導入する粒子９の数を減らすことが可能となる。

この場合、第１の領域３ａに固定された第１の物質５ａ（例えば、一次抗体）、または第２の領域３ｂに固定された第２の物質５ｂ（例えば、一次抗体）と、基部１２の表面に固定された第３の物質１３ａ（例えば、二次抗体）または第４の物質１３ｂ（例えば、二次抗体）とは、それぞれに適合する測定対象物質（例えば、抗原）を介して抗原抗体反応により結合する。これにより、粒子９、９ａ、９ｂが第１の領域３ａまたは第２の領域３ｂに抗原抗体反応により結合されることになる。
なお、第３の物質１３ａと第４の物質１３ｂとが異なる場合を例示したが、第３の物質１３ａと第４の物質１３ｂとが同じものとすることができる。

基部１２の直径寸法は、０．０５μｍ以上、２００μｍ以下とすることができる。この場合、基部１２の直径寸法を０．２μｍ以上、２０μｍ以下とすれば、光の散乱効率を高めることができる。そのため、高精度の測定を行うことが可能となる。
基部１２は、例えば、高分子材料から形成することができる。
また、基部１２は、磁性体材料を含むものとすることもできる。

図３（ａ）、（ｂ）は、磁性体材料を含む基部を例示するための模式断面図である。
図３（ａ）に示すように基部１２ｂは、磁性ナノ微粒子１２ａを高分子材料でくるんだ構成を有するものとすることができる。
また、図３（ｂ）に示すように基部１２ｄは、コア１２ｃと、コア１２ｃを覆うように設けられたシェル１２ｅを有するものとすることができる。
コア１２ｃは、高分子材料から形成することができる。シェル１２ｅは、高分子材料から形成され、磁性ナノ微粒子１２ａを含むものとすることができる。

あるいは、基部は、磁性体からなる粒子そのものでもよい。
磁性体材料としては、例えば、γ-Fe2O3等の各種フェライト類などを例示することができる。この場合、磁場の印加を停止すると速やかに磁性を失う超常磁性を有する材料とすることが好ましい。

一般に、超常磁性は、数１０ｎｍ以下のナノ微粒子で起こる現象である。一方、光の散乱が起きるためには粒子の大きさは数１００ｎｍ以上である必要がある。そのため、粒子９、９ａ、９ｂとしては、例えば、図３（ａ）、（ｂ）に例示をしたような磁性ナノ微粒子１２ａを高分子材料などで覆ったものとすることが好ましい。

また、高分子材料の屈折率は１．５〜１．６程度のものが多く、フェライト類の屈折率は３．０程度である。この場合、粒子９、９ａ、９ｂが光導波路部３の表面近くにあるときには、屈折率が高いものほど光を散乱させやすくなる。
そのため、図３（ｂ）に例示をしたように、基部１２ｄの表面近くに磁性ナノ微粒子１２ａが設けられたものとすれば、測定の感度を向上させることができる。

この場合、図３（ａ）に例示をしたように、単に磁性ナノ微粒子１２ａを高分子材料でくるんだ基部１２ｂとすれば、磁性ナノ微粒子１２ａが基部１２ｂ全体に分散してしまう場合がある。そのため、測定の感度を向上させるためには、図３（ｂ）に例示をしたように、コア−シェル型の基部１２ｄとし、シェル１２ｅに磁性ナノ粒子１２ａを高密度に含ませた構造とすることが好ましい。

なお、測定対象物質と、第１の物質５ａ、第２の物質５ｂ、第３の物質１３ａ、第４の物質１３ｂの組み合わせは、抗原と抗体の組み合わせに限られるものではない。
例えば、測定対象物質が糖である場合には、第１の物質５ａ〜第４の物質１３ｂはレクチンとすることができる。測定対象物質がヌクレオチド鎖である場合には、第１の物質５ａ〜第４の物質１３ｂはそれに相補的なヌクレオチド鎖とすることができる。測定対象物質がリガンドである場合には、第１の物質５ａ〜第４の物質１３ｂはそれに対する受容体などとすることができる。

[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態に係る測定装置について例示をする。
図４（ａ）は第２の実施形態に係る測定装置を例示するための模式図、図４（ｂ）は図４（ａ）におけるＣ−Ｃ矢視断面図である。
なお、本実施の形態においては図２（ａ）に例示をした粒子９を用いることとしている。また、粒子９の基部１２は、磁性体材料を含むものとしている。

図４に示すように、測定装置３０には、センサチップ１、投光部３１、受光部３２、磁場印加部３３、磁場印加部３４、制御部３５、演算部３６が設けられている。
投光部３１は、センサチップ１に向けて光を出射する。投光部３１は、例えば、中心波長が６３５ｎｍ程度の光を出射する発光ダイオードとすることができる。
受光部３２は、センサチップ１からの光を受光して、光の強度に応じた電気信号に変換する。受光部３２は、例えば、フォトダイオードとすることができる。
また、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに対して、それぞれ１組の投光部３１と受光部３２が設けられている。そのため、各領域毎に光の強度、ひいては測定対象物質の量や濃度（例えば、抗原濃度など）を求めることができるようになっている。

磁場印加部３３、３４は、磁場を生成し、生成した磁場をセンサチップ１に印加することで、磁場に応じて粒子９の位置を変化させる。
なお、磁場印加部３３、３４は必ずしも必要ではないが、磁場印加部３３、および磁場印加部３４の少なくともいずれかを設けるようにすれば、測定の精度を向上させることができる。磁場印加部３３、３４の作用や磁場印加部３３、３４を設ける効果に関する詳細は後述する。

磁場印加部３３は、粒子９から見て光導波路部３がある側とは反対の側に設けられている。
例えば、測定装置３０の場合には、磁場印加部３３は、センサチップ１の上方向に設けられている。
磁場印加部３４は、粒子９から見て光導波路部３がある側に設けられている。
例えば、測定装置３０の場合には、磁場印加部３４は、センサチップ１の下方向に設けられている。
なお、「上方向」とは重力方向における上方向であり、「下方向」とは重力方向における下方向である。
この場合、磁場印加部３３は粒子９を光導波路部３から離れる方向へ移動させ、磁場印加部３４は粒子９を光導波路部３に近づく方向へ移動させるものとすることができる。

磁場印加部３３、３４は、例えば、永久磁石あるいは電磁石を有するものとすることができる。
磁場印加部３３、３４がフェライト磁石などの永久磁石を有するものの場合には、永久磁石の磁力やセンサチップ１からの距離を変化させて磁場強度を調整するものとすることができる。

この場合、永久磁石とセンサチップ１との間の距離は、永久磁石とセンサチップ１との間に設けられるスペーサの厚み寸法を変化させたり、リニアモータなどのアクチュエータを用いて永久磁石とセンサチップ１との相対的な位置を変化させたりすることで変化させることができる。

また、磁場印加部３３、３４が電磁石を有するものの場合には、コイルに流す電流値を変化させて磁場強度を調整するものとすることができる。
この場合、磁場強度を動的に調整するためには、電磁石を用いて電流値により磁場強度を調整することが好ましい。
また、磁場印加部３３、３４が電磁石を有するものとすれば、パルス状に磁場を印加することができる。
なお、図４（ａ）に例示をしたものは、磁場印加部３３、３４が電磁石を有するものの場合である。

制御部３５は、磁場印加部３３及び磁場印加部３４の両方、あるいはいずれか片方により印加する磁場の磁場強度を制御する。この場合、例えば、図４（ａ）に示すように、磁場印加部３３及び磁場印加部３４に対して共通の制御部３５と、切り替えスイッチ３５ａとを設けることができる。また、磁場印加部３３及び磁場印加部３４に対してそれぞれ独立の制御部を設けることもできる。また、磁場印加部３３及び磁場印加部３４に対して同時に磁場強度の制御を行う制御部を設けることもできる。また、磁場強度を随時制御することで、動的に適切な磁場強度となるように制御する制御部３５としてもよい。

また、制御部３５は、磁場印加部３３と磁場印加部３４のそれぞれにおいて磁場を印加するタイミングを制御しても良い。例えば、磁場印加部３３と磁場印加部３４が所定の条件（例えば、所定の時刻あるいは所定の磁場を印加し続ける時間など）に従って、交互に磁場を印加するようにしてもよい。
なお、磁場印加部３３と磁場印加部３４が設けられる場合を例示したが、いずれか一方が設けられるようにしてもよい。

演算部３６は、受光部３２からの出力に基づいて、測定対象物質の量などを演算する。 例えば、演算部３６は、実験などを行うことで予め求められた受光部３２からの出力と吸光度との関係と、受光部３２からの出力と、から吸光度を演算する。
そして、演算部３６において吸光度変化量を演算する場合には、まず、検体溶液を導入した直後の吸光度を演算する。次に、磁場印加部３３により磁場を印加して、測定対象物質を介さずに第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに吸着している粒子９を上方に移動させる。そして、粒子９を上方に移動させた後の吸光度を演算する。次に、検体溶液を導入した直後の吸光度と、粒子９を上方に移動させた後の吸光度との差から吸光度変化量を演算する。
そして、演算部３６は、実験などを行うことで予め求められた測定対象物質の量と吸光度変化量との関係と、演算された吸光度変化量と、から測定対象物質の量を演算する。この際、演算部３６は、検体溶液中の測定対象物質の濃度（例えば、抗原濃度など）などを演算することもできる。
また、第１の物質５ａと第２の物質５ｂとが異なり、第３の物質１３ａと第４の物質１３ｂとが異なる場合は、異なる種類の測定対象物質の量などを一度に測定することができる。
また、第１の物質５ａと第２の物質５ｂとが同じであり、第３の物質１３ａと第４の物質１３ｂとが同じである場合は、１種類の測定対象物質の量などを一度に複数回測定することができる。そのため、測定対象物質の量などの平均値などを一度に測定することができる。

次に、第２の実施形態に係る測定装置３０の作用について例示する。
投光部３１から出射し、基板２を介して入射側の光学要素部４に入射した光は、光学要素部４により回折され、光導波路部３の内部を反射しながら伝播する。光導波路部３の内部を反射しながら伝播する光により、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂにおいてエバネッセント波などの近接場光が生じる。近接場光は、光が光導波路部３と保持空間６ａとの界面において全反射する際、その界面において発生する。近接場光が到達する距離（染み出し距離）は、光導波路部３の表面（第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂの表面）から波長の数分の１程度の長さである。

近接場光は、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂの表面の近傍にある粒子９により吸収されたり散乱されたりする。この際、粒子９の量に応じて近接場光が吸収、および散乱されることになる。

その後、光は出射側の光学要素部４により回折され、外部に向けて出射される。外部に向けて出射された光は、受光部３２により受光され、光の強度に応じた電気信号に変換される。
なお、これらの工程は、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂのそれぞれについて行われる。

受光部３２からの出力は演算部３６に入力され、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂのそれぞれについて測定対象物質の量などが演算される。

次に、制御部３５の作用についてさらに例示をする。
図５（ａ）〜（ｃ）は、制御部３５の作用について例示をするための模式工程図である。 なお、図５（ａ）〜（ｃ）においては、煩雑となるのを避けるために保持空間６ａにおける状態を表すものとする。
まず、図５（ａ）に示すように、保持空間６ａに検体溶液を導入し、検体溶液に粒子９を投入する。なお、検体溶液には測定対象物質１４ａ（例えば、Ａ型インフルエンザウィルスに由来する物質）、測定対象物質１４ｂ（例えば、Ｂ型インフルエンザウィルスに由来する物質）が含まれているものとする。

検体溶液に粒子９を投入し、これを保持空間６ａに導入することもできる。ただし、測定の精度をさらに向上させるためには、検体溶液を先に導入し、その後に粒子９を投入することが好ましい。検体溶液に粒子９を投入すれば、１つの粒子９に複数の測定対象物質１４ａ、１４ｂが抗原抗体反応により結合してしまうおそれがある。そのため、検体溶液を先に導入し、第１の領域３ａに固定された第１の物質５ａに測定対象物質１４ａを抗原抗体反応により結合させ、第２の領域３ｂに固定された第２の物質５ｂに測定対象物質１４ｂを抗原抗体反応により結合させるようにする。その後に、検体溶液に粒子９を投入すれば、第１の物質５ａに抗原抗体反応により結合している１つの測定対象物質１４ａに対して１つの粒子９を抗原抗体反応により結合させることができる。また、同様に、第２の物質５ｂに抗原抗体反応により結合している１つの測定対象物質１４ｂに対して１つの粒子９を抗原抗体反応により結合させることができる。
そのため、測定の精度をさらに向上させることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、粒子９が重力によって第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに向けて沈降（自然沈降）していく。この際、例えば、第１の領域３ａに固定された第１の物質５ａと、基部１２の表面に固定された第３の物質１３ａとが測定対象物質１４ａを介して抗原抗体反応により結合する。また、例えば、第２の領域３ｂに固定された第２の物質５ｂと、基部１２の表面に固定された第４の物質１３ｂとが測定対象物質１４ｂを介して抗原抗体反応により結合する。これにより、粒子９の一部が第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに抗原抗体反応により結合される。

なお、制御部３５により磁場印加部３４を制御して、粒子９を下方向に吸引することもできる。この場合、粒子９は、重力による自然沈降と、磁場印加部３４による吸引とにより、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに引き寄せられる。そのため、測定時間の短縮を図ることができる。

次に、図５（ｃ）に示すように、制御部３５により磁場印加部３３を制御して、粒子９を上方向に吸引する。そして、測定対象物質１４ａ、１４ｂを介さずに第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに吸着している粒子９を上方向に移動させる。すなわち、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに単に吸着している粒子９（測定の際のノイズとなりうる粒子９）を除去する。

このとき、磁場印加部３３により印加される磁場強度を適切な値とすることで、抗原抗体反応により測定対象物質１４ａ、１４ｂを介して第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに結合している粒子９は引き剥がさず、単に吸着している粒子９のみを除去するようにする。

また、制御部３５により磁場印加部３３、３４を制御して、粒子９を上方向に吸引する磁場と、粒子９を下方向に吸引する磁場とを交互に繰り返して印加することもできる。
粒子９を上方向に吸引する磁場と、粒子９を下方向に吸引する磁場とを交互に繰り返して印加すれば、粒子９の移動量を増加させることができるので、抗原抗体反応による結合の機会を増加させることができる。そのため、測定の感度を向上させることができる。

本実施の形態においては、磁場を用いて粒子９を移動させるので、人手による攪拌操作やポンプなどを有する攪拌機構が不要となり、操作が簡便で且つ小型の測定装置を実現することができる。例えば、制御部３５による磁場印加を自動化すれば、測定者が検体溶液をセンサチップ１に導入するという１つの操作のみで測定を行うことができる。

さらに、磁場の印加を停止すると速やかに磁化を失う超常磁性の材料を含む基部を有した粒子９を用いるようにすれば、磁場を印加した際に粒子９同士が磁化により凝集しても、磁場の印加を停止することで再分散させることができる。

仮に、磁場の印加時に粒子９同士が凝集しても、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂの近傍に粒子９同士の凝集物が到達する前に磁場の印加を停止することにより、粒子９同士の凝集物を再分散させることができる。そのため、粒子９は分散状態で第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂに到達することができる。従って、粒子９同士の凝集による測定ノイズの増大を防ぐことが可能となる。

また、磁場の印加を停止した際の再分散性を更に向上させるため、粒子９の基部１２の表面に正または負の電荷を持たせてもよい。あるいは、検体溶液に界面活性剤などの分散剤を添加することもできる。

[第３の実施形態]
次に、第３の実施形態に係る測定方法について例示する。
第３の実施形態に係る測定方法は、前述した測定装置３０を用いて行うことができる。 図６は、第３の実施形態に係る測定方法について例示するためのフローチャートである。

まず、保持部６の保持空間６ａに検体溶液を導入する（ステップＳ１）。
次に、検体溶液を導入した後における吸光度を求める（ステップＳ２）。
検体溶液を導入した後における吸光度は、前述したように、受光部３２からの出力に基づいて演算することができる。
なお、ステップＳ２において求める吸光度は、初期状態（粒子９が第１の領域３ａまたは第２の領域３ｂに結合する前の状態）における吸光度である。
そのため、ステップＳ２における「検体溶液を導入した後における吸光度」とは、少なくとも１つの粒子９が投入される前の吸光度のみならず、ステップＳ３において少なくとも１つの粒子９が投入された直後の吸光度などをも含むものである。
なお、図６においては、一例として、少なくとも１つの粒子９が投入される前の吸光度を求める場合を例示している。
次に、保持部６の保持空間６ａに導入された検体溶液に少なくとも１つの粒子９を投入する（ステップＳ３）。
次に、少なくとも１つの粒子９を投入した後における吸光度を求める（ステップＳ４）。
少なくとも１つの粒子９を投入した後における吸光度は、前述したように、受光部３２からの出力に基づいて演算することができる。
次に、検体溶液を導入した後における吸光度と、少なくとも１つの粒子９を投入した後における吸光度との差から吸光度変化量を求める（ステップＳ５）。
次に、求められた吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める（ステップＳ６）。
例えば、予め求められた測定対象物質の量と吸光度変化量との関係と、求められた吸光度変化量と、から測定対象物質の量を求める。
以上のようにして、検体溶液中における測定対象物質の量を測定することができる。

なお、ステップＳ１において、検体溶液と少なくとも１つの粒子９とを混合し、これを保持空間６ａに導入することもできる。この際、検体溶液に少なくとも１つの粒子９を投入して混合することもできるし、少なくとも１つの粒子９に検体溶液を投入して混合することもできる。
この場合は、ステップＳ２において、少なくとも１つの粒子９が混合された検体溶液を保持空間６ａに導入した直後における吸光度を求める。
そして、ステップＳ３は省略し、所定の時間経過後にステップＳ４を行う。
ただし、前述したように、測定の精度をさらに向上させるためには、検体溶液を先に導入し、その後に少なくとも１つの粒子９を投入することが好ましい。
なお、以上に例示をした工程の内容は前述したものと同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。

[第４の実施形態]
図７（ａ）は第４の実施形態に係るセンサチップの模式断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）におけるＤ−Ｄ矢視断面図、図７（ｃ）は図７（ａ）におけるＥ−Ｅ矢視断面図である。
図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、センサチップ１ａには、基板２、光導波路部３、光学要素部４、検出部１５、保持部６、保護部７が設けられている。
検出部１５は、第１の領域３ａに設けられる検出部１５ａ、第２の領域３ｂに設けられる検出部１５ｂを有する。
検出部１５ａ、１５ｂは、膜状を呈し、検体溶液中の測定対象物質と特異的に反応する物質から構成される。
この場合、第１の領域３ａに固定される第１の物質１５ａと、第２の領域３ｂに固定される第２の物質１５ｂとは異なるものとすることもできるし、同じものとすることもできる。

検出部１５ａ、１５ｂは、例えば、発色剤、発色剤を保持する膜形成体、測定対象物質である酵素に対する基質、素反応をさせる際に用いられる試薬、発色反応促進剤などを有するものとすることができる。
膜形成体は、例えば、多孔質組織を有し、多孔質組織内の空孔に発色剤などを保持するものとすることができる。膜形成体の材料としては、例えば、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）やポリエチレングリコール（ＰＥＧ）などを例示することができる。
検出部１５ａ、１５ｂは、例えば、水と水溶性有機溶媒（例えば、アルコールなど）との混合溶媒に、発色剤、造膜用高分子などを均質に混合した前駆溶液を生成し、これを膜状に乾燥させることで形成することができる。

反応生成物として過酸化水素などの過酸化物が生成される場合には、発色剤は、例えば、ベンジジン系発色剤とすることができる。ベンジジン系発色剤としては、例えば、４−クロロ−１−ナフトール、３，３’−ジアミノベンジジン、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン（以下、適宜、ＴＭＢＺと称する）、ＴＭＢＺの塩酸塩（３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン・２ＨＣｌ・２Ｈ２Ｏ）などを例示することができる。この場合、発色剤としては、水への溶解度が低く、生体への有害性が極めて低いＴＭＢＺを用いるようにすることができる。

反応生成物としてＮＡＤＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）などが生成される場合には、発色剤は、例えば、テトラゾリウム塩などとすることができる。
また、測定対象物質である酵素がＡＬＴ（ＧＰＴ）である場合には、基質は、例えば、Ｌ−アラニン、α-ケトグルタル酸などとすることができる。
測定対象物質である酵素がＡＬＴ（ＧＰＴ）である場合には、試薬は、例えば、ピルビン酸オキシダーゼなどとすることができる。
反応生成物として過酸化水素などの過酸化物が生成される場合には、発色反応促進剤は、例えば、ペルオキシダーゼ（ＰＯＤ）などとすることができる。
反応生成物としてＮＡＤＨ（還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）などが生成される場合には、発色反応促進剤は、例えば、ジアホラーゼなどとすることができる。 ただし、例示をした発色剤、膜形成体、基質、試薬、発色反応促進剤などに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

前述したセンサチップ１の場合は、第１の領域３ａおよび第２の領域３ｂの表面の近傍にある粒子９により近接場光が吸収されたり散乱されたりする。この際、粒子９の量に応じて近接場光が吸収、および散乱されることになるので、これを利用して測定対象物質の量などを求めることができる。
これに対して、本実施の形態に係るセンサチップ１ａの場合は、検体溶液中の測定対象物質と反応することで検出部１５ａ、１５ｂの発色剤が発色し、発色剤の発色に応じて近接場光が吸収されることになる。そのため、これを利用して測定対象物質の量などを求めることができる。

この場合、センサチップ１ａを用いる測定装置においては、前述した測定装置３０に設けられる磁場印加部３３、磁場印加部３４、制御部３５を設ける必要はない。すなわち、センサチップ１ａを用いる測定装置においては、少なくともセンサチップ１ａ、投光部３１、受光部３２、演算部３６を設けるようにすればよい。
また、粒子９による近接場光の吸収および散乱と、発色剤の発色による近接場光の吸収とが異なる以外は前述した測定装置３０の作用と同様とすることができる。
そのため、センサチップ１ａを用いる測定装置に関する詳細は省略する。

また、センサチップ１ａを用いる測定方法においては、前述した測定方法のように粒子９を投入する必要はない。
そのため、以下の手順で測定を行うことができる。
図８は、センサチップ１ａを用いる場合の測定方法について例示するためのフローチャートである。
まず、保持部６の保持空間６ａに検体溶液を導入する（ステップＳ１１）。
次に、検体溶液を導入した後における吸光度を求める（ステップＳ１２）。
次に、検体溶液を導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求める（ステップＳ１３）。
次に、検体溶液を導入した後における吸光度と、所定の時間経過後の吸光度と、の差から吸光度変化量を求める（ステップＳ１４）。
次に、求められた吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める（ステップＳ１５）。
ここで、前述した素反応をさせる際に用いられる試薬は、複数種類必要となる場合がある。この場合、すべての試薬を検出部１５ａ、１５ｂに固定することもできるが、試薬同士で反応してしまう、物性的に検出部１５ａ、１５ｂに固定できない、試薬によっては測定対象物質と先に反応させる必要があるなどの場合もある。
そのため、試薬と検体溶液を予め混合するか、あるいは、導入した検体溶液に試薬を導入する必要が生じる場合がある。
試薬と検体溶液を予め混合させる場合には、検体溶液と少なくとも１つの試薬とを混合する工程をさらに備えるようにすればよい。
そして、保持部６の保持空間６ａに検体溶液を導入する工程（ステップＳ１１）において、少なくとも１つの試薬が混合された検体溶液を保持部６の保持空間６ａに導入すればよい。
なお、検体溶液と少なくとも１つの試薬とを混合する場合には、検体溶液に少なくとも１つの試薬を投入して混合することもできるし、少なくとも１つの試薬に検体溶液を投入して混合することもできる。
また、導入した検体溶液に試薬を導入する場合には、保持部６の保持空間６ａに検体溶液を導入した後に、保持部６の保持空間６ａに試薬を導入する工程をさらに備えるようにすればよい。
そして、検体溶液を導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求める工程（ステップＳ１３）において、試薬を導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求めるようにすればよい。
なお、ステップＳ１２において求める吸光度は、初期状態（第１の領域３ａまたは第２の領域３ｂにおける反応が生じる前の状態）における吸光度である。
そのため、ステップＳ１２における「検体溶液を導入した後における吸光度」とは、少なくとも１つの試薬が投入される前の吸光度のみならず、少なくとも１つの試薬が投入された直後の吸光度などをも含むものである。
複数種類の試薬を反応させて測定を行う場合、反応させる順番が測定精度などに影響を及ぼす場合がある。そのため、測定の目的や用いる試薬などに応じて前述した測定方法を適宜選択することが好ましい。
なお、受光部３２からの出力に基づいて吸光度を演算すること、予め求められた測定対象物質の量と吸光度変化量との関係と、求められた吸光度変化量と、から測定対象物質の量を求めること、などは、前述した測定方法と同様とすることができるので詳細な説明は省略する。

以上に例示をした実施形態によれば、複数種類の測定対象物質を精度よく測定することができるセンサチップ、測定装置、および測定方法を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ センサチップ、２ 基板、３ 光導波路部、３ａ 第１の領域、３ｂ 第２の領域、４ 光学要素部、５ 検出部、５ａ 第１の物質、５ｂ 第２の物質、６ 保持部、６ａ 保持空間、７ 保護部、７ａ 第１の孔部、７ｂ 第２の孔部、９ 粒子、９ａ 粒子、９ｂ 粒子、１２ 基部、１３ａ 第３の物質、１３ｂ 第４の物質、１４ａ 測定対象物質、１４ｂ 測定対象物質、３０ 測定装置、３１ 投光部、３２ 受光部、３３ 磁場印加部、３４ 磁場印加部、３５ 制御部、３６ 演算部

Claims (15)

1. 透光性を有する基板と、
   前記基板の上に設けられた光学要素部と、
   前記基板および前記光学要素部の上に設けられた光導波路部と、
   前記光導波路部の上に設けられ、検体溶液を保持する保持空間を有する保持部と、
   前記保持空間に投入される少なくとも１つの粒子と、
   を備え、
   前記光導波路部は、
   第１の測定対象物質と特異的に反応する第１の物質が固定された第１の領域と、
   第２の測定対象物質と特異的に反応する第２の物質が固定された第２の領域と、
   を有し、
   前記保持部は、前記第１の領域および前記第２の領域を囲み、
   前記粒子は、基部を有し、前記基部の表面には、前記第１の測定対象物質と特異的に反応する第３の物質、および、前記第２の測定対象物質と特異的に反応する第４の物質の少なくともいずれかが固定されているセンサチップを用いた測定方法であって、
   前記保持部の保持空間に検体溶液を導入する工程と、
   前記検体溶液を導入した後における吸光度を求める工程と、
   前記保持部の保持空間に導入された前記検体溶液に少なくとも１つの粒子を投入する工程と、
   前記少なくとも１つの粒子を投入した後における吸光度を求める工程と、
   前記検体溶液を導入した後における吸光度と、前記少なくとも１つの粒子を投入した後における吸光度と、の差から吸光度変化量を求める工程と、
   求められた前記吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める工程と、
   を備えた測定方法。
2. 透光性を有する基板と、
   前記基板の上に設けられた光学要素部と、
   前記基板および前記光学要素部の上に設けられた光導波路部と、
   前記光導波路部の上に設けられ、検体溶液を保持する保持空間を有する保持部と、
   を備え、
   前記光導波路部は、
   第１の測定対象物質と特異的に反応する第１の物質が固定された第１の領域と、
   第２の測定対象物質と特異的に反応する第２の物質が固定された第２の領域と、
   を有し、
   前記保持部は、前記第１の領域および前記第２の領域を囲むセンサチップ。
3. 前記保持空間に投入される少なくとも１つの粒子をさらに備え、
   前記粒子は、基部を有し、前記基部の表面には、前記第１の測定対象物質と特異的に反応する第３の物質、および、前記第２の測定対象物質と特異的に反応する第４の物質の少なくともいずれかが固定されている請求項２記載のセンサチップ。
4. 前記基部は、磁性体材料を含む請求項３記載のセンサチップ。
5. 前記基部は、コアと、前記コアを覆うように設けられたシェルと、を有し、
   前記シェルは、超常磁性を有する材料を含む請求項３または４に記載のセンサチップ。
6. 前記第１の測定対象物質と、前記第２の測定対象物質とが異なり、
   前記第１の物質と、前記第２の物質とが異なる請求項２〜５のいずれか１つに記載のセンサチップ。
7. 前記第１の測定対象物質と、前記第２の測定対象物質とが同じであり、
   前記第１の物質と、前記第２の物質とが同じである請求項２〜５のいずれか１つに記載のセンサチップ。
8. 前記第３の物質と、前記第４の物質とが異なる請求項６記載のセンサチップ。
9. 前記第３の物質と、前記第４の物質とが同じである請求項７記載のセンサチップ。
10. 請求項２〜９のいずれか１つに記載のセンサチップと、
    前記センサチップに光を入射させる投光部と、
    前記センサチップからの光を受光して光の強度に応じた電気信号に変換する受光部と、
    を備えた測定装置。
11. 請求項４〜９のいずれか１つに記載のセンサチップを用いた測定方法であって、
    保持部の保持空間に検体溶液を導入する工程と、
    前記検体溶液を導入した後における吸光度を求める工程と、
    前記保持部の保持空間に導入された前記検体溶液に少なくとも１つの粒子を投入する工程と、
    前記少なくとも１つの粒子を投入した後における吸光度を求める工程と、
    前記検体溶液を導入した後における吸光度と、前記少なくとも１つの粒子を投入した後における吸光度と、の差から吸光度変化量を求める工程と、
    求められた前記吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める工程と、
    を備えた測定方法。
12. 請求項３〜９のいずれか１つに記載のセンサチップを用いた測定方法であって、
    検体溶液と、少なくとも１つの粒子と、を混合する工程と、
    前記少なくとも１つの粒子が混合された検体溶液を保持部の保持空間に導入する工程と、
    前記少なくとも１つの粒子が混合された検体溶液を前記保持部の保持空間に導入した後における吸光度を求める工程と、
    前記少なくとも１つの粒子が投入された検体溶液を前記保持部の保持空間に導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求める工程と、
    前記少なくとも１つの粒子が投入された検体溶液を前記保持部の保持空間に導入した後における吸光度と、前記所定の時間経過後の吸光度と、の差から吸光度変化量を求める工程と、
    求められた前記吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める工程と、
    を備えた測定方法。
13. 請求項２、６、７のいずれか１つに記載のセンサチップを用いた測定方法であって、
    保持部の保持空間に検体溶液を導入する工程と、
    前記検体溶液を導入した後における吸光度を求める工程と、
    前記検体溶液を導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求める工程と、
    前記検体溶液を導入した後における吸光度と、前記所定の時間経過後の吸光度と、の差から吸光度変化量を求める工程と、
    求められた前記吸光度変化量に基づいて、測定対象物質の量を求める工程と、
    を備えた測定方法。
14. 前記検体溶液と、少なくとも1つの試薬と、を混合する工程をさらに備え、
    前記保持部の保持空間に検体溶液を導入する工程において、前記少なくとも１つの試薬が混合された検体溶液を前記保持部の保持空間に導入する請求項１３記載の測定方法。
15. 前記保持部の保持空間に検体溶液を導入した後に、前記保持部の保持空間に試薬を導入する工程をさらに備え、
    前記検体溶液を導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求める工程において、前記試薬を導入した後、所定の時間経過後の吸光度を求める請求項１３記載の測定方法。

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