JP3761475B2 - 試料カートリッジ及び試料分析装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料カートリッジ及び試料分析装置に係り、例えばタンパク質を分析するのに用いて好適な試料カートリッジ及び試料分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、試料に含まれるタンパク質を分析するための試料分析方法が提案されている。
【０００３】
図１９は、タンパク質の分析手順を説明する図である。ビーズは、タンパク質を識別するために用いられ、１種類以上の蛍光色素で染色されている。ここで、各蛍光色素の含有量が識別コードとなる。したがって、例えばｍ色の蛍光色素を用い、各蛍光色素の含有量がＮ段階であるとすると、識別コードはＮm通りになる。
【０００４】
つぎに、ビーズに抗体Ａを結合させる。抗体Ａは、特定のタンパク質のみと結合する性質を有する。なお、識別コードが異なるビーズに対しては、異なるタンパク質と結合する性質の抗体Ａを結合させる。これにより、ビーズの識別コードが分かれば、そのビーズに結合するタンパク質を特定することができる。
【０００５】
そして、タンパク質と、抗体Ａ及びビーズの結合体とを結合させる。
【０００６】
一方、蛍光体は、タンパク質が存在しているかを判定するために用いられ、抗体Ｂと結合する。この抗体Ｂは、蛍光体だけではなく、特定のタンパク質と結合する性質を有する。
【０００７】
蛍光体及び抗体Ｂが結合した後、この結合体と、ビーズ、抗体Ａ及びタンパク質の結合体とを結合させる。
【０００８】
以上のような試料に対してレーザ光を照射すると、ビーズの蛍光を検出することができる。そして、ビーズの蛍光光量に基づいて、ビーズに染色された蛍光色素の含有量を判別し、これによりビーズを判別することができる。一方、蛍光体の光も検出することができれば、試料の中にタンパク質が存在していることが分かる。
【０００９】
この結果、識別コードを判別することでビーズを特定することができ、これにより、このビーズと結合したタンパク質を特定することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば血液に含まれるタンパク質を分析する場合、人への感染を防ぐために、人が直接血液に触れないようにする必要があった。また、非常に多くの試料を検査する必要があるので、試料の分析を容易にする必要もあった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、試料に触れることなく容易に分析することができる試料カートリッジ及び試料分析装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光を透過する流動管と、前記流動管に供給するための試料であるビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体を貯蔵すると共に余分な蛍光体を吸着する吸着剤を有する貯蔵室と、前記流動管の一端側に設けられ、前記流動管内との気圧差によって前記試料を前記流動管の所定方向に流動させる気圧差発生室と、を備えている。
【００１３】
ここで、気圧差発生室は、低圧室でもよいし、高圧室でもよいし、その両方であってもよい。このような構成により、試料を所定方向に流動させながら分析ができるので、試料が手や被服に触れることなく、容易に分析を行うことができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記流動管と前記気圧差発生室の間を封止し、外部からの作用によって前記流動管と前記気圧差発生室とを導通させる封止部材を更に備えたことを特徴とする。
【００１５】
封止部材は、外部からの作用があったときに、流動管と気圧差発生室との封止を解除し、流動管と気圧差発生室とを導通させる。これにより、流動管内と気圧差発生室との間に気圧差が発生し、試料が流動管内を所定方向に流動するので、容易に分析可能な状態にすることができる。ここで、外部からの作用とは、例えば外部から力が加わったことや電圧・電流が与えられたことが該当する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記流動管内の試料からの光を所定の方向に導光する導光部材を更に備えたことを特徴とする。
【００１７】
このような構成により、流動管に光を照射すれば、流動管からの光を容易に検出して試料を分析することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明において、内面が光反射部材で構成された反射球面体を更に備え、前記反射球面体は、その中心が前記流動管の中心軸上に位置するように配置され、前記中心を通りかつ前記流動管の中心軸と直交する直交軸上に１つ以上のレーザ挿通孔を備えたことを特徴とする。
【００１９】
１つ以上のレーザ挿通孔としては、入射されるレーザ光をそのまま他方に出射させるためのものと、前記入射されたレーザ光によって流動管内の試料が発した光を外部に出射させるためのものと、がある。
【００２０】
このような構成により、流動管内の試料が発した光は、反射球面体によって内部反射されて集光された後、レーザ挿通光を介して出射される。したがって、レーザ挿通光を介して出射された光を用いて試料を分析することができるので、分析精度を向上させることができる。
【００３８】
請求項５記載の発明は、レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、所定方向に可動自在に構成され、前記レーザ光出射手段で出射されたレーザ光を反射する反射手段と、前記反射手段で反射されたレーザ光が、請求項１から３のいずれか１項記載の試料カートリッジの流動管に照射するように、前記反射手段の可動量を制御する制御手段と、前記試料カートリッジからの光に基づいて前記流動管を流動する試料を分析する分析手段と、を備えている。
【００３９】
このような構成により、試料カートリッジの流動管が非常に細くても、レーザ光を精度よく流動管に照射させることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るビーズカートリッジ１０の構成を示す図である。
【００４４】
ビーズカートリッジ１０は、試料を貯蔵する試料貯蔵室１１と、試料を所定方向に流動する光透過流路１２と、光透過流路１２の内部の気圧を低くして試料を流動させる低圧室１３と、これらを保持する筐体１４と、を備えている。
【００４５】
試料貯蔵室１１は、所定の試料を貯蔵しておくものである。所定の試料としては、本実施の形態では、例えばビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体であるものとする。試料貯蔵室１１の形状は、図１のような直方体に限らず、他の形状であってもよい。
【００４６】
試料貯蔵室１１は、さらに、余分な蛍光体を吸着する吸着剤１１ａを有している。これにより、タンパク質と結合していない蛍光体が光を発するのを防止して、分析精度を上げる。なお、吸着させる蛍光体の拡散速度を遅くしておき、吸着剤１１ａが蛍光体とタンパク質の結合の妨げにならないようにする。
【００４７】
また、試料貯蔵室１１に吸着剤１１ａを設ける代わりに、試料貯蔵室１１にウォッシュ液を流し込み、余分な蛍光体を外部に洗い流してもよい。
【００４８】
光透過流路１２は、光透過部材で構成された例えば直径３０［μｍ］の管である。光透過流路１２の一端には、光透過流路１２に試料を供給するための試料貯蔵室１１が接続されている。
【００４９】
低圧室１３は、大気圧に比べて低圧になっており、ヒューズ１５を介して光透過流路１２の他端に接続されている。したがって、低圧室１３は、ヒューズ１５によって栓が閉められた状態になっているが、ヒューズ１５が壊れた場合には、光透過流路１２との気圧差によって、試料を試料貯蔵室１１から光透過流路１２に流動させる。
【００５０】
筐体１４には、分析対象となる試料を外部から試料貯蔵室１１に注入するための試料注入口１６が形成されている。試料試料貯蔵室１１と試料注入口１６の間には、試料貯蔵室１１に貯蔵されている試料が外部へ逆流するのを防止するための逆止弁１７が設けられている。
【００５１】
図２は、ビーズカートリッジ１０の斜視図である。
【００５２】
筐体１４は、例えば、外形が縦４０［ｍｍ］、横１０［ｍｍ］、高さ５［ｍｍ］のスティック形状で構成されている。また、筐体１４には、外部からのレーザ光を光透過流路１２に照射させるためのレーザ貫通孔１８と、後述する導光部材を挿入するための一対の導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂとが形成されている。
【００５３】
レーザ貫通孔１８は、所定の大きさの孔が筐体１４の一方の面から向かい合う他方の面まで貫通して構成されている。なお、光透過流路１２は、レーザ貫通孔１８の中間点を通ると共に、レーザ貫通孔１８のレーザ方向に直交している。
【００５４】
導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂは、筐体１４の一方の面から向かい合う他方の面まで貫通して構成されている。導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂの断面は、導光部材の矩形断面よりやや大きい矩形状に形成されている。さらに、導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂは、レーザ貫通孔１８と平行にかつレーザ貫通孔１８を挟むように筐体１４に形成されている。導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂの中心部は、光透過流路１２からの光が入射されるように形成されている。
【００５５】
以上のような構成のビーズカートリッジ１０を用いることによって、実験者は、試料注入口１６に、分析対象となる試料を注入するだけでよい。これにより、実験者は、試料が実験者の手や被服に触れることなく、容易に分析を行うことができる。さらに、ビーズカートリッジ１０を使い捨てにすることで、実験者の安全性を向上させることができる。
【００５６】
図３は、ビーズカートリッジ１０内の試料を分析する試料分析装置３０の構成を示すブロック図である。
【００５７】
試料分析装置３０は、所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１と異なる波長のレーザ光を出射するレーザ光源３２と、レーザ光をビーズカートリッジ１０に照射させる光学系３３と、光学系３３の位置を調整する位置調整機構３４と、レーザ光が所定位置を照射したことを検出するための位置検出センサ３５と、ビーズカートリッジ１０からの光を検出する光検出部３６と、位置調整機構３４を制御したり光検出部３６の検出結果に基づいて試料を分析する制御部３７と、制御部３７の分析結果を出力する分析結果出力部３８と、を備えている。
【００５８】
レーザ光源３１は、ビーズの識別コードを検出するためのレーザ光を光学系３３に向けて出射する。レーザ光源３２は、タンパク質に結合した蛍光体の存在を検出するためのレーザ光を光学系３３に向けて出射する。
【００５９】
図４は、光学系３３の具体的な構成を示す斜視図である。図５は、光学系３３及びビーズカートリッジ１０の要部断面図である。
【００６０】
光学系３３は、レーザ光源３１，３２から出射されたレーザ光を集光する集光レンズ４１と、レーザ光の照射位置を変えるための可動ミラー４２と、ビーズカートリッジ１０からの光を光検出部３６に導光する一対の導光部材４３ａ，４３ｂと、で構成されている。
【００６１】
集光レンズ４１は、レーザ光源３１，３２からのレーザ光を集光して、集光したレーザ光を可動ミラー４２に照射する。これにより、レーザの高感度化及び省電力化を図ることができる。
【００６２】
可動ミラー４２は、集光レンズ４１からのレーザ光を反射して、ビーズカートリッジ１０の光透過流路１２に照射させる。可動ミラー４２は、図示されていない支軸によって回転可能に構成され、レーザ光を光透過流路１２の軸方向（長手方向）に直交する方向に振ることができるようになっている。また、位置調整機構３４は、可動ミラー４２の回転量を調整するものである。
【００６３】
位置検出センサ３５は、ビーズカートリッジ１０が試料分析装置３０に装着された場合に、ビーズカートリッジ１０のレーザ貫通孔１８の延長軸上になるように配置されている。そして、位置検出センサ３５は、レーザ光を検出し、検出結果を制御部３７に供給する。
【００６４】
制御部３７は、位置検出センサ３５で検出されるレーザ光の強度に基づいて、光透過流路１２に対するレーザ照射位置を判定する。そして、制御部３７は、レーザ照射位置が光透過流路１２の中心にくるように、位置調整機構３４を介して可動ミラー４２の回転量を調整する。
【００６５】
一方、導光部材４３ａ，４３ｂは、光透過流路１２からの反射光を光検出部３６に導光する。
【００６６】
図６は、ビーズカートリッジ１０を試料分析装置３０に装着した場合に、光透過流路１２の軸方向からみたときの導光部材４３ａ，４３ｂの断面図である。以下、導光部材４３ａについて説明するが、導光部材４３ｂも同様に構成されている。
【００６７】
導光部材４３ａは、例えばガラスやプラスチック等で構成された光透過部材４４ａと、光反射膜４５ａとで構成されている。光透過部材４４ａの光透過流路１２側にある第１の側面４６ａは、平面状に構成されている。第１の側面４６ａに対向する第２の側面４７ａの大部分も平面であるが、一部（ビーズカートリッジ１０内に挿入される部分）は曲面になっている。この曲面部分は、光透過流路１２の中心軸を焦点とする放物線に沿って形成されている。さらに、第２の側面４７ａの曲面部分には、内部方向に光を反射する反射膜４５ａが形成されている。これにより、光透過流路１２からの光は、反射膜４５ａで反射された後、平行光となって光検出部３６に導光される。
【００６８】
なお、ビーズカートリッジ１０は、このような構成の導光部材４３ａ，４３ｂを予め備えてもよい。すなわち、ビーズカートリッジ１０は、試料分析装置３０に装着された場合に、光透過流路１２からの光を光検出部３６に導光する導光部材を設けてもよい。
【００６９】
光検出部３６は、導光部材４３ａ，４３ｂを介して、光透過流路１２内のビーズや蛍光体の光をそれぞれ検出し、検出結果を制御部３７に供給する。
【００７０】
制御部３７は、光検出部３６で検出されたビーズの蛍光光量に基づいて、蛍光色素の含有量を求め、ビーズの識別コードを判別する。また、制御部３７は、蛍光体の光を検出したときは、試料にタンパク質が含まれていると判定する。
【００７１】
つぎに、試料分析装置３０を用いて試料を分析するときの手順について説明する。
【００７２】
最初に、実験者は、ビーズカートリッジ１０の試料貯蔵室１１にビーズ、蛍光体、検体を注入し、ビーズカートリッジ１０を試料分析装置３０に装着する。
【００７３】
試料分析装置３０の制御部３７は、ビーズカートリッジ１０が装着されると、試料の反応が終了するまで一定温度で保管した後、次の手順に従ってビーズカートリッジ１０内の試料を分析する。
【００７４】
第１工程では、制御部３７は、最初にヒューズ１５に電流を流してヒューズ１５を壊すと共に、レーザ光源３１，３２にレーザ光を出射させる。このとき、試料貯蔵室１１内の試料は、光透過流路１２に流れ出すと共に、レーザ光源３１，３２からのレーザ光を受けて蛍光を発する。
【００７５】
第２工程では、制御部３７は、光検出部３６で検出された光の中に蛍光体からの光があるかを判定する。蛍光体からの光がない場合、試料にはタンパク質が存在していないので、分析処理を終了する。一方、蛍光体からの光がある場合、試料にタンパク質が存在しているので、次の処理に移行する。
【００７６】
第３工程では、制御部３７は、光検出部３６で検出された光の中で、ビーズの蛍光強度に基づいてビーズの識別コードを判別する。識別コードを判別することでビーズを特定することができ、この結果、ビーズと結合したタンパク質を特定することができる。
【００７７】
以上のように、試料分析装置３０は、ビーズカートリッジ１０を用いることによって、手や被服を汚すことなく、試料に含まれるタンパク質を安全かつ容易に分析することができる。
【００７８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下のようにすることもできる。
【００７９】
図７は、ビーズカートリッジ１０Ａの構成を示す図である。
【００８０】
ビーズカートリッジ１０Ａは、図１に示す構成に加えて、更に高圧室２０を備えている。高圧室２０は、大気圧に比べて高圧にされており、ヒューズ２１を介して試料貯蔵室１１に接続されている。したがって、高圧室２０は、ヒューズ２１によって栓が閉められた状態になっている。そして、ヒューズ１５及び２１が壊れると、低圧室１３及び高圧室２０は、光透過流路１２との気圧差によって、試料を試料貯蔵室１１から光透過流路１２に流動させる。また、ビーズカートリッジは、図７に示す構成から低圧室１３を除いた構成であってもよい。
【００８１】
さらに、ビーズカートリッジ１０，１０Ａに気圧差を調整する調整弁を設けてもよい。これにより、光透過流路１２を流動する試料の速度を調整することができる。
【００８２】
図８は、ビーズカートリッジの他の構成を示す要部斜視図である。ビーズカートリッジは、上述したビーズカートリッジ１０，１０Ａとほぼ同様に構成されているが、光透過流路１２の長手方向及びレーザ貫通孔１８を通るレーザ方向の交点を中心とした内面ミラー球面体２２を更に備えている。
【００８３】
内面ミラー球面体２２の中心点は、前記光透過流路１２の中心軸上に位置している。また、内面ミラー球面体２２には、レーザ貫通孔１８と交差する部分に、レーザ孔２２ａ，２２ｂが設けられている。内面ミラー球面体２２には、さらに、レーザ貫通孔１８及び光透過流路１２にそれぞれ直交する軸（Ｘ軸）と交差する部分に、反射光孔２２ｃ，２２ｄが設けられている。
【００８４】
これにより、光透過流路１２内の試料からの光は、内面ミラー球面体２２で内面反射した後、反射光孔２２ｃ，２２ｄを介して出力される。したがって、ビーズカートリッジ１０からの光を集光することで、分析精度を向上させることができる。
【００８５】
［第２の実施の形態］
つぎに、第２の実施の形態について説明する。
【００８６】
図９は、第２の実施の形態に係るビーズプレート５０の斜視図である。
【００８７】
ビーズプレート５０は、矩形のプレート状に形成された筐体５１と、筐体５１の内部に吸収された試料例えば血液が外部に漏れないようにするため、ビーズプレート５０の一平面を覆うように封止された封止シール５２と、を備えている。
【００８８】
図１０は、ビーズプレート５０の断面図である。
【００８９】
筐体５１は、平面矩形基盤５１ａの周端部に形成された周壁５１ｂによって、凹部を有している。また、平面矩形基盤５１ａは、ガラスやプラスチック等の光を透過する透過部材で構成されている。
【００９０】
筐体５１の凹部には上から順にメッシュ５３、フィルタ５４、吸収体５５、フィルム５６が積層されており、その内部は液で満たされている。
【００９１】
メッシュ５３は、血液が直接人の手などに触れないようにするものである。フィルタ５４は、例えば血液が注入された場合に、血液を濾過して必要な成分のみを透過する。吸収体５５は、ビーズ等の試料を浸して保存するための液を吸収している。
【００９２】
フィルム５６は、ビーズ５７を２次元の所定パターンで固定するために用いられる。具体的には、ビーズ５７は、フィルム５６に付着された所定パターンの接着剤によって位置決めされている。また、フィルム５６は液を通すための複数の穴を有している。したがって、ビーズ５７は、フィルム５６によって固定されたままで、その液に浸される。なお、ビーズ５７の位置決めの他の態様については後述する。
【００９３】
また、上記液の中には、図示しないが、タンパク質と結合する蛍光体も含まれている。さらに、ビーズ５７とビーズ５７の間には、余分な蛍光体を吸着する吸着剤がある。
【００９４】
さらに、ビーズプレート５０は、後述の図１１に示すように、フィルム５６に固定された各ビーズの位置情報（例えば、ＸＹアドレス）及びその識別コードを記憶する半導体メモリ５８を備えている。なお、半導体メモリ５８を用いる代わりに、次のようにしてもよい。
【００９５】
例えば、ビーズプレート５０にその識別情報を示すバーコードを貼ってもよい。そして、各ビーズの位置情報及びその識別コードを光ディスク等の外部記憶媒体に記録しておき、バーコードに対応する情報を外部記憶媒体から読み出すようにしてもよい。
【００９６】
図１１は、ビーズプレート５０を用いて試料を分析する試料分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【００９７】
試料分析装置７０は、ビーズプレート５０からの光を読み取る読取ヘッド７１と、読取ヘッド７１の位置を調整する位置調整機構７２と、ビーズプレート５０内の半導体メモリ５８からデータを読み出す読出部７３と、位置調整機構７２の位置を調整したりタンパク質を分析する制御部７４と、を備えている。
【００９８】
図１２は、試料分析装置７０に備えられた読取ヘッド７１及び位置調整機構７２の斜視図である。
【００９９】
読取ヘッド７１は、基盤８１上に設置されたレーザ光源８２と、ビームスプリッタ８３と、ビーズプレート５０からの光を検出する光検出器８４と、レーザ光源８２、ビームスプリッタ８３及び光検出器８４を外部から保護するための透明カバー８５と、を備えている。
【０１００】
レーザ光源８２は、蛍光体を発光させるためのレーザ光を出射する。ビームスプリッタ８３は、レーザ光源８２からのレーザ光を透過させると共に、ビーズプレート５０からの光を光検出器８４に向けて反射する。光検出器８４は、ビーズプレート５０からの光を、ビームスプリッタ８３を介して検出し、検出結果を制御部７４に供給する。
【０１０１】
位置調整機構７２は、縦移動ガイド機構７２ａ及び横移動ガイド機構７２ｂで構成されている。横移動ガイド機構７２ｂは、読取ヘッド７１を支持しながら横方向に移動させる。縦移動ガイド機構７２ａは、横移動ガイド機構７２ｂを支持しながら縦方向に移動させる。これにより、読取ヘッド７１は、縦方向及び横方向に移動可能になっている。
【０１０２】
以上のように構成された試料分析装置７０は、次の手順に従ってビーズプレート５０内のタンパク質を分析する。
【０１０３】
実験者は、最初にビーズプレート５０の封止シール５２を少し剥がして、メッシュ５３の上から分析対象となる血液を注入する。これにより、血液は、メッシュ５３を介してフィルタ５４に浸透する。フィルタ５４は、血液から所定成分（例えば、タンパク質）のみを透過する。そして、タンパク質は、吸収体５５によって貯蔵された後、フィルム５６を通過して、ビーズ５７に固定された各ビーズと結合し、さらに蛍光体と結合する。なお、タンパク質と結合しなかった蛍光体は、吸着剤によって吸着される。
【０１０４】
実験者は、封止シール５２を筐体５１に再び貼り付け、血液が外部に漏れないようにし、ビーズプレート５０を試料分析装置７０に装着する。
【０１０５】
一方、試料分析装置７０の制御部７４は、ビーズプレート５０が装着されるとビーズプレート５０を一定温度に制御すると共に所定の反応時間が経過するまで待機し、そして以下の制御を行う。
【０１０６】
第１工程では、制御部７４は、読出部７３を制御して、ビーズプレート５０の半導体メモリ５８から各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出す。
【０１０７】
第２工程では、制御部７４は、読取ヘッド７１のレーザ光源８２にレーザ光を出射させると共に、位置調整機構７２を制御して、読取ヘッド７１を縦方向及び横方向にスキャンする。これによって、制御部７４は、すべてのビーズ５７にレーザ光を照射する共に、ビーズ５７の蛍光を検出する。
【０１０８】
第３工程では、制御部７４は、半導体メモリ５８から読み出された位置情報の中から、蛍光が検出されたビーズの位置情報と同じものを選択し、選択された位置情報に対応するビーズの識別コードを判別する。タンパク質は、この識別コードのビーズと結合している。したがって、ビーズの識別コードを判別することで、タンパク質を特定することができる。
【０１０９】
以上のように、試料分析装置７０は、ビーズプレート５０に存在する各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出し、各ビーズにレーザ光を照射して、レーザ光を反射したビーズの位置情報を検出し、この位置情報に対応する識別コードを判別することにより、タンパク質を分析することができる。つまり、試料分析装置７０は、ビーズプレート５０からの位置情報と半導体メモリ５８に予め記憶された情報とを照合することで、容易に試料を分析することができる。
【０１１０】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば次のようにすることもできる。
【０１１１】
蛍光体は、レーザ光が照射された場合、レーザ光をレーザ入射方向に反射するだけでなく様々な方向に反射する。したがって、光検出器８４で検出される光量は小さい。そこで、光検出器８４で検出される光量を大きくするために、ビーズプレートは次のように構成されてもよい。
【０１１２】
図１３は、ビーズプレートの他の構成を示す断面図である。
【０１１３】
ビーズプレートの平面矩形基盤５１ａの外側（読取ヘッド７１側）には、複数の凸部５１ｃが形成されている。凸部５１ｃは、ビーズの配置パターンに対応しており、各ビーズの鉛直方向にそれぞれ１つずつ形成されている。凸部５１ｃは、ビーズの中心を通る鉛直方向の軸と交差する点で最も厚みを有し、上記軸から離れるに従って薄くなっていくような半球体状又は半楕円体状に形成されている。
【０１１４】
以上のように構成されたビーズプレートによると、蛍光体が発した光は、凸部５１ｃによって読取ヘッド７１方向に集光される。これにより、蛍光体の光を精度よく検出することができ、分析精度を向上させることができる。
【０１１５】
また、ビーズプレート５０におけるビーズの位置決めは、上述した実施の形態に限定されるものではなく、以下のようにしてもよい。
【０１１６】
例えば、平面矩形基盤５１ａ上に複数の凹部を２次元の所定パターンで形成し、各凹部にビーズを配置してもよい。また、平面矩形基盤５１ａ上にビーズ位置を固定する部材、例えばメッシュを敷き、メッシュの各穴にビーズを配置してもよい。
【０１１７】
さらに、ビーズに磁性体を与えると共に、平面矩形基盤５１ａ上の各点を所定パターンで磁化することで、ビーズを位置決めしてもよい。また、平面矩形基盤５１ａを磁化する代わりに、フィルム５４に磁石を貼り付けてもよい。
【０１１８】
さらに、ビーズを持続性固体誘電体（エレクトレット：ｅｌｅｃｔｒｅｔ）にすると共に、平面矩形基盤５１ａ上に所定パターンで電極を配置することで、ビーズを位置決めしてもよい。また、平面矩形基盤５１ａに電極を配置する代わりに、フィルム５４に電極を貼り付けてもよい。
【０１１９】
［第３の実施の形態］
つぎに、第３の実施の形態について説明する。なお、上述した実施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２０】
図１４は、第３の実施の形態に係るビーズディスク９０の斜視図である。ビーズディスク９０は、ディスク状に形成された光透過部材からなる筐体９１で構成されている。筐体９１の上部表面には、複数の試料挿入孔９２が形成されている。
【０１２１】
図１５は、ビーズディスク９０の要部斜視図である。試料挿入孔９２は、筐体９１の厚み方向に、筐体９１の厚みより少し短い長さで形成されている。そして、試料挿入孔９２の底部から周方向に空隙９３が形成されている。空隙９３には、周方向に沿って所定間隔毎にビーズが配置されている。なお、ビーズの位置決め方法については特に限定されるものではなく、第２の実施の形態と同様にすることができる。
【０１２２】
空隙９３の一端は試料挿入孔９２に接続されているが、空隙９３の他端は液溜め９４に接続されている。液溜め９４は、空隙９３の他端から上方に向かって形成された空洞であり、筐体９１の表面までは貫通していない。
【０１２３】
したがって、試料挿入孔９２に検体が注入されると、空隙９３内は検体で満たされ、余分な検体は液溜め９４に溜まる。
【０１２４】
また、筐体９１は透明部材で構成されているので、外部からの光が空隙９３に入射したり、空隙９３に配置されたビーズ等の光が外部に出射されるようになっている。
【０１２５】
さらに、ビーズディスク９０は、後述の図１６に示すように、空隙９３に配置された各ビーズの位置情報（例えば、半径ｒ及び角度θからなる２次元アドレス）及びその識別コードを記憶する半導体メモリ９５を備えている。
【０１２６】
以上のように構成されたビーズディスク９０は、各試料挿入孔９２にそれぞれ異なる検体を注入しても、それぞれの検体を独立に保持して分析可能にすることができる。また、本実施の形態においても、図１３に示す構成と同様に、各ビーズの配置パターンに対応するように筐体９１の外側に凸部を形成してもよい。このとき、凸部は、ビーズの中心を通る鉛直方向の軸と交差する点で最も厚みを有し、上記軸から離れるに従って薄くなっていくような半球体状又は半楕円体状にするのが好ましい。
【０１２７】
図１６は、ビーズディスク９０を用いて試料を分析する試料分析装置１００の構成を示すブロック図である。なお、試料分析装置７０とほぼ同一の構成であるので、試料分析装置７０と同一の部位については同一の符号を付した。
【０１２８】
試料分析装置１００は、ビーズディスク９０からの光を読み取る読取ヘッド７１と、読取ヘッド７１の位置を調整する位置調整機構１０１と、ビーズディスク９０内の半導体メモリ９５からデータを読み出す読出部７３と、位置調整機構１０１の位置を調整したりタンパク質を分析する制御部７４と、を備えている。
【０１２９】
なお、試料分析装置１００は、本実施の形態では読取ヘッド７１をビーズディスク９０の下側になるように設けているが、ビーズディスク９０の上側になるように設けてもよい。
【０１３０】
位置調整機構１０２は、図１４に示すように、読取ヘッド７１を支持するアーム１０１ａと、ビーズディスク９０を回転させるスピンドルモータ１０１ｂと、で構成されている。
【０１３１】
アーム１０１ａは、読取ヘッド７１を支持すると共に、読取ヘッド７１をビーズディスク９０の径方向に移動させることができる。スピンドルモータ１０１ｂは、ビーズディスク９０を３６０度自在に回転させることができる。これにより、２次元アドレスの半径ｒは、ビーズディスク９０の径方向において、基準位置に対する読取ヘッド７１の移動量によって決定される。また、２次元アドレスの角度θは、ビーズディスク９０の周方向（回転方向）において、基準位置に対するビーズディスク９０の回転量によって決定される。
【０１３２】
以上のように構成された試料分析装置１００は、次の手順に従ってビーズディスク９０内のタンパク質を分析する。
【０１３３】
実験者は、最初にビーズディスク９０の試料挿入孔９２に分析対象となる検体を注入する。なお、異なる検体については、異なる試料挿入孔９２に注入する。これにより、検体に含まれるタンパク質は、空隙９３に配置された各ビーズと結合する。
【０１３４】
実験者は、次に試料挿入孔９２に蛍光体を注入して、蛍光体とタンパク質とを結合させる。蛍光体とタンパク質との結合が終了した後、試料挿入孔９２にウォッシュ液を注入して不要な蛍光体を除去する。そして、ビーズディスク９０を試料分析装置１００に装着する。
【０１３５】
一方、試料分析装置１００の制御部７４は、ビーズディスク９０が装着されると、ビーズディスク９０を一定温度に制御すると共に所定の反応時間が経過するまで待機し、そして以下の制御を行う。
【０１３６】
第１工程では、制御部７４は、読出部７３を制御して、ビーズディスク９０の半導体メモリ９５から各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出す。
【０１３７】
第２工程では、制御部７４は、読取ヘッド７１のレーザ光源８２にレーザ光を出射させると共に、位置調整機構１０１を制御して、ビーズディスク９０を回転させると共に、読取ヘッド７１を径方向に移動させる。これによって、制御部７４は、空隙９３に配置されたすべてのビーズにレーザ光を照射する共に、ビーズからの光を検出する。
【０１３８】
第３工程では、制御部７４は、半導体メモリ９５から読み出された位置情報の中から、反射光が検出されたビーズの位置情報と同じものを選択し、選択された位置情報に対応するビーズの識別コードを判別する。タンパク質は、この識別コードのビーズと結合している。したがって、ビーズの識別コードを判別することで、タンパク質を特定することができる。
【０１３９】
以上のように、試料分析装置１００は、ビーズディスク９０に存在する各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出し、各ビーズにレーザ光を照射して、レーザ光を反射したビーズの位置情報を検出し、この位置情報に対応する識別コードを判別することにより、タンパク質を分析することができる。
【０１４０】
また、試料分析装置１００は、各試料挿入孔９２に異なる検体を注入した場合でも、ビーズディスク９０に存在する各ビーズの位置情報及びその識別コードを用いることによって、すべての検体を同時に検査することができる。
【０１４１】
なお、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではなく、ビーズディスク９０については例えば次のようにしてもよい。なお、上述した部位と同一の部位については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１４２】
図１７は、ビーズディスクの他の構成を示す要部斜視図である。各ビーズの上部に、内面が反射鏡からなる半球体状の反射半球面体９６をかぶせてもよい。これにより、上記反射半球面体９６は、蛍光体が発した光を読取ヘッド７１方向に集光させることができる。
【０１４３】
図１８は、ビーズディスクの他の構成を示す要部断面図である。このビーズディスクは、当該ビーズディスクの上側に読取ヘッドがある場合に好適なものである。空隙９３の下側には、所定間隔毎に、半球状に形成された半球凹部９３ａが形成されている。この半球凹部９３ａによってビーズを容易に位置決めすることができると共に、ビーズのを上側に集光することができる。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明に係る試料カートリッジは、試料であるビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体を貯蔵すると共に余分な蛍光体を吸着する吸着剤を有する貯蔵室と、流動管の一端側に設けられ流動管内との気圧差によって試料を流動管の所定方向に流動させる気圧差発生室とを備えることで、試料が手や被服に触れることなく、容易に分析を行うことができる。
【０１４６】
本発明に係る試料分析装置は、反射手段で反射されたレーザ光が試料カートリッジの流動管に照射するように反射手段の可動量を制御した後に、試料カートリッジからの光に基づいて試料を分析することによって、レーザ照射位置を正確に位置決めすることができ、精度よく試料を分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るビーズカートリッジの構成を示す図である。
【図２】ビーズカートリッジの斜視図である。
【図３】ビーズカートリッジ内の試料を分析する試料分析装置３０の構成を示すブロック図である。
【図４】光学系の具体的な構成を示す斜視図である。
【図５】光学系及びビーズカートリッジの要部断面図である。
【図６】ビーズカートリッジを試料分析装置に装着した場合に、光透過流路の軸方向からみたときの導光部材の断面図である。
【図７】ビーズカートリッジの他の構成を示す図である。
【図８】ビーズカートリッジの他の構成を示す要部斜視図である。
【図９】第２の実施の形態に係るビーズプレートの斜視図である。
【図１０】ビーズプレートの断面図である。
【図１１】ビーズプレートを用いて試料を分析する試料分析装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】試料分析装置に備えられた読取ヘッド及び位置調整機構の斜視図である。
【図１３】ビーズプレートの他の構成を示す断面図である。
【図１４】第３の実施の形態に係るビーズディスクの斜視図である。
【図１５】ビーズディスクの要部斜視図である。
【図１６】ビーズディスクを用いて試料を分析する試料分析装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】ビーズディスクの他の構成を示す要部斜視図である。
【図１８】ビーズディスクの他の構成を示す要部断面図である。
【図１９】タンパク質の分析手順を説明する図である。
【符号の説明】
１０ ビーズカートリッジ
１１ 試料貯蔵室
１２ 光透過流路
１３ 低圧室
２２ 内面ミラー球面体
３０，７０，１００ 試料分析装置
３１，３２ レーザ光源
３３ 光学系
３４，７２，１０１ 位置調整機構
３６ 光検出部
５０ ビーズプレート
５１，９１ 筐体
５４ フィルタ
５５ 吸収体
５６ フィルム
５７ ビーズ
５８，９５ 半導体メモリ
７１ 読取ヘッド
７３ 読出部
９０ ビーズディスク
９３ 空隙
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料カートリッジ及び試料分析装置に係り、例えばタンパク質を分析するのに用いて好適な試料カートリッジ及び試料分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、試料に含まれるタンパク質を分析するための試料分析方法が提案されている。
【０００３】
図１９は、タンパク質の分析手順を説明する図である。ビーズは、タンパク質を識別するために用いられ、１種類以上の蛍光色素で染色されている。ここで、各蛍光色素の含有量が識別コードとなる。したがって、例えばｍ色の蛍光色素を用い、各蛍光色素の含有量がＮ段階であるとすると、識別コードはＮm通りになる。
【０００４】
つぎに、ビーズに抗体Ａを結合させる。抗体Ａは、特定のタンパク質のみと結合する性質を有する。なお、識別コードが異なるビーズに対しては、異なるタンパク質と結合する性質の抗体Ａを結合させる。これにより、ビーズの識別コードが分かれば、そのビーズに結合するタンパク質を特定することができる。
【０００５】
そして、タンパク質と、抗体Ａ及びビーズの結合体とを結合させる。
【０００６】
一方、蛍光体は、タンパク質が存在しているかを判定するために用いられ、抗体Ｂと結合する。この抗体Ｂは、蛍光体だけではなく、特定のタンパク質と結合する性質を有する。
【０００７】
蛍光体及び抗体Ｂが結合した後、この結合体と、ビーズ、抗体Ａ及びタンパク質の結合体とを結合させる。
【０００８】
以上のような試料に対してレーザ光を照射すると、ビーズの蛍光を検出することができる。そして、ビーズの蛍光光量に基づいて、ビーズに染色された蛍光色素の含有量を判別し、これによりビーズを判別することができる。一方、蛍光体の光も検出することができれば、試料の中にタンパク質が存在していることが分かる。
【０００９】
この結果、識別コードを判別することでビーズを特定することができ、これにより、このビーズと結合したタンパク質を特定することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば血液に含まれるタンパク質を分析する場合、人への感染を防ぐために、人が直接血液に触れないようにする必要があった。また、非常に多くの試料を検査する必要があるので、試料の分析を容易にする必要もあった。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するために提案されたものであり、試料に触れることなく容易に分析することができる試料カートリッジ及び試料分析装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、光を透過する流動管と、前記流動管に供給するための試料であるビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体を貯蔵すると共に余分な蛍光体を吸着する吸着剤を有する貯蔵室と、前記流動管の一端側に設けられ、前記流動管内との気圧差によって前記試料を前記流動管の所定方向に流動させる気圧差発生室と、を備えている。
【００１３】
ここで、気圧差発生室は、低圧室でもよいし、高圧室でもよいし、その両方であってもよい。このような構成により、試料を所定方向に流動させながら分析ができるので、試料が手や被服に触れることなく、容易に分析を行うことができる。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記流動管と前記気圧差発生室の間を封止し、外部からの作用によって前記流動管と前記気圧差発生室とを導通させる封止部材を更に備えたことを特徴とする。
【００１５】
封止部材は、外部からの作用があったときに、流動管と気圧差発生室との封止を解除し、流動管と気圧差発生室とを導通させる。これにより、流動管内と気圧差発生室との間に気圧差が発生し、試料が流動管内を所定方向に流動するので、容易に分析可能な状態にすることができる。ここで、外部からの作用とは、例えば外部から力が加わったことや電圧・電流が与えられたことが該当する。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記流動管内の試料からの光を所定の方向に導光する導光部材を更に備えたことを特徴とする。
【００１７】
このような構成により、流動管に光を照射すれば、流動管からの光を容易に検出して試料を分析することができる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明において、内面が光反射部材で構成された反射球面体を更に備え、前記反射球面体は、その中心が前記流動管の中心軸上に位置するように配置され、前記中心を通りかつ前記流動管の中心軸と直交する直交軸上に１つ以上のレーザ挿通孔を備えたことを特徴とする。
【００１９】
１つ以上のレーザ挿通孔としては、入射されるレーザ光をそのまま他方に出射させるためのものと、前記入射されたレーザ光によって流動管内の試料が発した光を外部に出射させるためのものと、がある。
【００２０】
このような構成により、流動管内の試料が発した光は、反射球面体によって内部反射されて集光された後、レーザ挿通光を介して出射される。したがって、レーザ挿通光を介して出射された光を用いて試料を分析することができるので、分析精度を向上させることができる。
【００３８】
請求項５記載の発明は、レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、所定方向に可動自在に構成され、前記レーザ光出射手段で出射されたレーザ光を反射する反射手段と、前記反射手段で反射されたレーザ光が、請求項１から３のいずれか１項記載の試料カートリッジの流動管に照射するように、前記反射手段の可動量を制御する制御手段と、前記試料カートリッジからの光に基づいて前記流動管を流動する試料を分析する分析手段と、を備えている。
【００３９】
このような構成により、試料カートリッジの流動管が非常に細くても、レーザ光を精度よく流動管に照射させることができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４３】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るビーズカートリッジ１０の構成を示す図である。
【００４４】
ビーズカートリッジ１０は、試料を貯蔵する試料貯蔵室１１と、試料を所定方向に流動する光透過流路１２と、光透過流路１２の内部の気圧を低くして試料を流動させる低圧室１３と、これらを保持する筐体１４と、を備えている。
【００４５】
試料貯蔵室１１は、所定の試料を貯蔵しておくものである。所定の試料としては、本実施の形態では、例えばビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体であるものとする。試料貯蔵室１１の形状は、図１のような直方体に限らず、他の形状であってもよい。
【００４６】
試料貯蔵室１１は、さらに、余分な蛍光体を吸着する吸着剤１１ａを有している。これにより、タンパク質と結合していない蛍光体が光を発するのを防止して、分析精度を上げる。なお、吸着させる蛍光体の拡散速度を遅くしておき、吸着剤１１ａが蛍光体とタンパク質の結合の妨げにならないようにする。
【００４７】
また、試料貯蔵室１１に吸着剤１１ａを設ける代わりに、試料貯蔵室１１にウォッシュ液を流し込み、余分な蛍光体を外部に洗い流してもよい。
【００４８】
光透過流路１２は、光透過部材で構成された例えば直径３０［μｍ］の管である。光透過流路１２の一端には、光透過流路１２に試料を供給するための試料貯蔵室１１が接続されている。
【００４９】
低圧室１３は、大気圧に比べて低圧になっており、ヒューズ１５を介して光透過流路１２の他端に接続されている。したがって、低圧室１３は、ヒューズ１５によって栓が閉められた状態になっているが、ヒューズ１５が壊れた場合には、光透過流路１２との気圧差によって、試料を試料貯蔵室１１から光透過流路１２に流動させる。
【００５０】
筐体１４には、分析対象となる試料を外部から試料貯蔵室１１に注入するための試料注入口１６が形成されている。試料試料貯蔵室１１と試料注入口１６の間には、試料貯蔵室１１に貯蔵されている試料が外部へ逆流するのを防止するための逆止弁１７が設けられている。
【００５１】
図２は、ビーズカートリッジ１０の斜視図である。
【００５２】
筐体１４は、例えば、外形が縦４０［ｍｍ］、横１０［ｍｍ］、高さ５［ｍｍ］のスティック形状で構成されている。また、筐体１４には、外部からのレーザ光を光透過流路１２に照射させるためのレーザ貫通孔１８と、後述する導光部材を挿入するための一対の導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂとが形成されている。
【００５３】
レーザ貫通孔１８は、所定の大きさの孔が筐体１４の一方の面から向かい合う他方の面まで貫通して構成されている。なお、光透過流路１２は、レーザ貫通孔１８の中間点を通ると共に、レーザ貫通孔１８のレーザ方向に直交している。
【００５４】
導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂは、筐体１４の一方の面から向かい合う他方の面まで貫通して構成されている。導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂの断面は、導光部材の矩形断面よりやや大きい矩形状に形成されている。さらに、導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂは、レーザ貫通孔１８と平行にかつレーザ貫通孔１８を挟むように筐体１４に形成されている。導光部材挿入孔１９ａ，１９ｂの中心部は、光透過流路１２からの光が入射されるように形成されている。
【００５５】
以上のような構成のビーズカートリッジ１０を用いることによって、実験者は、試料注入口１６に、分析対象となる試料を注入するだけでよい。これにより、実験者は、試料が実験者の手や被服に触れることなく、容易に分析を行うことができる。さらに、ビーズカートリッジ１０を使い捨てにすることで、実験者の安全性を向上させることができる。
【００５６】
図３は、ビーズカートリッジ１０内の試料を分析する試料分析装置３０の構成を示すブロック図である。
【００５７】
試料分析装置３０は、所定波長のレーザ光を出射するレーザ光源３１と、レーザ光源３１と異なる波長のレーザ光を出射するレーザ光源３２と、レーザ光をビーズカートリッジ１０に照射させる光学系３３と、光学系３３の位置を調整する位置調整機構３４と、レーザ光が所定位置を照射したことを検出するための位置検出センサ３５と、ビーズカートリッジ１０からの光を検出する光検出部３６と、位置調整機構３４を制御したり光検出部３６の検出結果に基づいて試料を分析する制御部３７と、制御部３７の分析結果を出力する分析結果出力部３８と、を備えている。
【００５８】
レーザ光源３１は、ビーズの識別コードを検出するためのレーザ光を光学系３３に向けて出射する。レーザ光源３２は、タンパク質に結合した蛍光体の存在を検出するためのレーザ光を光学系３３に向けて出射する。
【００５９】
図４は、光学系３３の具体的な構成を示す斜視図である。図５は、光学系３３及びビーズカートリッジ１０の要部断面図である。
【００６０】
光学系３３は、レーザ光源３１，３２から出射されたレーザ光を集光する集光レンズ４１と、レーザ光の照射位置を変えるための可動ミラー４２と、ビーズカートリッジ１０からの光を光検出部３６に導光する一対の導光部材４３ａ，４３ｂと、で構成されている。
【００６１】
集光レンズ４１は、レーザ光源３１，３２からのレーザ光を集光して、集光したレーザ光を可動ミラー４２に照射する。これにより、レーザの高感度化及び省電力化を図ることができる。
【００６２】
可動ミラー４２は、集光レンズ４１からのレーザ光を反射して、ビーズカートリッジ１０の光透過流路１２に照射させる。可動ミラー４２は、図示されていない支軸によって回転可能に構成され、レーザ光を光透過流路１２の軸方向（長手方向）に直交する方向に振ることができるようになっている。また、位置調整機構３４は、可動ミラー４２の回転量を調整するものである。
【００６３】
位置検出センサ３５は、ビーズカートリッジ１０が試料分析装置３０に装着された場合に、ビーズカートリッジ１０のレーザ貫通孔１８の延長軸上になるように配置されている。そして、位置検出センサ３５は、レーザ光を検出し、検出結果を制御部３７に供給する。
【００６４】
制御部３７は、位置検出センサ３５で検出されるレーザ光の強度に基づいて、光透過流路１２に対するレーザ照射位置を判定する。そして、制御部３７は、レーザ照射位置が光透過流路１２の中心にくるように、位置調整機構３４を介して可動ミラー４２の回転量を調整する。
【００６５】
一方、導光部材４３ａ，４３ｂは、光透過流路１２からの反射光を光検出部３６に導光する。
【００６６】
図６は、ビーズカートリッジ１０を試料分析装置３０に装着した場合に、光透過流路１２の軸方向からみたときの導光部材４３ａ，４３ｂの断面図である。以下、導光部材４３ａについて説明するが、導光部材４３ｂも同様に構成されている。
【００６７】
導光部材４３ａは、例えばガラスやプラスチック等で構成された光透過部材４４ａと、光反射膜４５ａとで構成されている。光透過部材４４ａの光透過流路１２側にある第１の側面４６ａは、平面状に構成されている。第１の側面４６ａに対向する第２の側面４７ａの大部分も平面であるが、一部（ビーズカートリッジ１０内に挿入される部分）は曲面になっている。この曲面部分は、光透過流路１２の中心軸を焦点とする放物線に沿って形成されている。さらに、第２の側面４７ａの曲面部分には、内部方向に光を反射する反射膜４５ａが形成されている。これにより、光透過流路１２からの光は、反射膜４５ａで反射された後、平行光となって光検出部３６に導光される。
【００６８】
なお、ビーズカートリッジ１０は、このような構成の導光部材４３ａ，４３ｂを予め備えてもよい。すなわち、ビーズカートリッジ１０は、試料分析装置３０に装着された場合に、光透過流路１２からの光を光検出部３６に導光する導光部材を設けてもよい。
【００６９】
光検出部３６は、導光部材４３ａ，４３ｂを介して、光透過流路１２内のビーズや蛍光体の光をそれぞれ検出し、検出結果を制御部３７に供給する。
【００７０】
制御部３７は、光検出部３６で検出されたビーズの蛍光光量に基づいて、蛍光色素の含有量を求め、ビーズの識別コードを判別する。また、制御部３７は、蛍光体の光を検出したときは、試料にタンパク質が含まれていると判定する。
【００７１】
つぎに、試料分析装置３０を用いて試料を分析するときの手順について説明する。
【００７２】
最初に、実験者は、ビーズカートリッジ１０の試料貯蔵室１１にビーズ、蛍光体、検体を注入し、ビーズカートリッジ１０を試料分析装置３０に装着する。
【００７３】
試料分析装置３０の制御部３７は、ビーズカートリッジ１０が装着されると、試料の反応が終了するまで一定温度で保管した後、次の手順に従ってビーズカートリッジ１０内の試料を分析する。
【００７４】
第１工程では、制御部３７は、最初にヒューズ１５に電流を流してヒューズ１５を壊すと共に、レーザ光源３１，３２にレーザ光を出射させる。このとき、試料貯蔵室１１内の試料は、光透過流路１２に流れ出すと共に、レーザ光源３１，３２からのレーザ光を受けて蛍光を発する。
【００７５】
第２工程では、制御部３７は、光検出部３６で検出された光の中に蛍光体からの光があるかを判定する。蛍光体からの光がない場合、試料にはタンパク質が存在していないので、分析処理を終了する。一方、蛍光体からの光がある場合、試料にタンパク質が存在しているので、次の処理に移行する。
【００７６】
第３工程では、制御部３７は、光検出部３６で検出された光の中で、ビーズの蛍光強度に基づいてビーズの識別コードを判別する。識別コードを判別することでビーズを特定することができ、この結果、ビーズと結合したタンパク質を特定することができる。
【００７７】
以上のように、試料分析装置３０は、ビーズカートリッジ１０を用いることによって、手や被服を汚すことなく、試料に含まれるタンパク質を安全かつ容易に分析することができる。
【００７８】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば以下のようにすることもできる。
【００７９】
図７は、ビーズカートリッジ１０Ａの構成を示す図である。
【００８０】
ビーズカートリッジ１０Ａは、図１に示す構成に加えて、更に高圧室２０を備えている。高圧室２０は、大気圧に比べて高圧にされており、ヒューズ２１を介して試料貯蔵室１１に接続されている。したがって、高圧室２０は、ヒューズ２１によって栓が閉められた状態になっている。そして、ヒューズ１５及び２１が壊れると、低圧室１３及び高圧室２０は、光透過流路１２との気圧差によって、試料を試料貯蔵室１１から光透過流路１２に流動させる。また、ビーズカートリッジは、図７に示す構成から低圧室１３を除いた構成であってもよい。
【００８１】
さらに、ビーズカートリッジ１０，１０Ａに気圧差を調整する調整弁を設けてもよい。これにより、光透過流路１２を流動する試料の速度を調整することができる。
【００８２】
図８は、ビーズカートリッジの他の構成を示す要部斜視図である。ビーズカートリッジは、上述したビーズカートリッジ１０，１０Ａとほぼ同様に構成されているが、光透過流路１２の長手方向及びレーザ貫通孔１８を通るレーザ方向の交点を中心とした内面ミラー球面体２２を更に備えている。
【００８３】
内面ミラー球面体２２の中心点は、前記光透過流路１２の中心軸上に位置している。また、内面ミラー球面体２２には、レーザ貫通孔１８と交差する部分に、レーザ孔２２ａ，２２ｂが設けられている。内面ミラー球面体２２には、さらに、レーザ貫通孔１８及び光透過流路１２にそれぞれ直交する軸（Ｘ軸）と交差する部分に、反射光孔２２ｃ，２２ｄが設けられている。
【００８４】
これにより、光透過流路１２内の試料からの光は、内面ミラー球面体２２で内面反射した後、反射光孔２２ｃ，２２ｄを介して出力される。したがって、ビーズカートリッジ１０からの光を集光することで、分析精度を向上させることができる。
【００８５】
［第２の実施の形態］
つぎに、第２の実施の形態について説明する。
【００８６】
図９は、第２の実施の形態に係るビーズプレート５０の斜視図である。
【００８７】
ビーズプレート５０は、矩形のプレート状に形成された筐体５１と、筐体５１の内部に吸収された試料例えば血液が外部に漏れないようにするため、ビーズプレート５０の一平面を覆うように封止された封止シール５２と、を備えている。
【００８８】
図１０は、ビーズプレート５０の断面図である。
【００８９】
筐体５１は、平面矩形基盤５１ａの周端部に形成された周壁５１ｂによって、凹部を有している。また、平面矩形基盤５１ａは、ガラスやプラスチック等の光を透過する透過部材で構成されている。
【００９０】
筐体５１の凹部には上から順にメッシュ５３、フィルタ５４、吸収体５５、フィルム５６が積層されており、その内部は液で満たされている。
【００９１】
メッシュ５３は、血液が直接人の手などに触れないようにするものである。フィルタ５４は、例えば血液が注入された場合に、血液を濾過して必要な成分のみを透過する。吸収体５５は、ビーズ等の試料を浸して保存するための液を吸収している。
【００９２】
フィルム５６は、ビーズ５７を２次元の所定パターンで固定するために用いられる。具体的には、ビーズ５７は、フィルム５６に付着された所定パターンの接着剤によって位置決めされている。また、フィルム５６は液を通すための複数の穴を有している。したがって、ビーズ５７は、フィルム５６によって固定されたままで、その液に浸される。なお、ビーズ５７の位置決めの他の態様については後述する。
【００９３】
また、上記液の中には、図示しないが、タンパク質と結合する蛍光体も含まれている。さらに、ビーズ５７とビーズ５７の間には、余分な蛍光体を吸着する吸着剤がある。
【００９４】
さらに、ビーズプレート５０は、後述の図１１に示すように、フィルム５６に固定された各ビーズの位置情報（例えば、ＸＹアドレス）及びその識別コードを記憶する半導体メモリ５８を備えている。なお、半導体メモリ５８を用いる代わりに、次のようにしてもよい。
【００９５】
例えば、ビーズプレート５０にその識別情報を示すバーコードを貼ってもよい。そして、各ビーズの位置情報及びその識別コードを光ディスク等の外部記憶媒体に記録しておき、バーコードに対応する情報を外部記憶媒体から読み出すようにしてもよい。
【００９６】
図１１は、ビーズプレート５０を用いて試料を分析する試料分析装置７０の構成を示すブロック図である。
【００９７】
試料分析装置７０は、ビーズプレート５０からの光を読み取る読取ヘッド７１と、読取ヘッド７１の位置を調整する位置調整機構７２と、ビーズプレート５０内の半導体メモリ５８からデータを読み出す読出部７３と、位置調整機構７２の位置を調整したりタンパク質を分析する制御部７４と、を備えている。
【００９８】
図１２は、試料分析装置７０に備えられた読取ヘッド７１及び位置調整機構７２の斜視図である。
【００９９】
読取ヘッド７１は、基盤８１上に設置されたレーザ光源８２と、ビームスプリッタ８３と、ビーズプレート５０からの光を検出する光検出器８４と、レーザ光源８２、ビームスプリッタ８３及び光検出器８４を外部から保護するための透明カバー８５と、を備えている。
【０１００】
レーザ光源８２は、蛍光体を発光させるためのレーザ光を出射する。ビームスプリッタ８３は、レーザ光源８２からのレーザ光を透過させると共に、ビーズプレート５０からの光を光検出器８４に向けて反射する。光検出器８４は、ビーズプレート５０からの光を、ビームスプリッタ８３を介して検出し、検出結果を制御部７４に供給する。
【０１０１】
位置調整機構７２は、縦移動ガイド機構７２ａ及び横移動ガイド機構７２ｂで構成されている。横移動ガイド機構７２ｂは、読取ヘッド７１を支持しながら横方向に移動させる。縦移動ガイド機構７２ａは、横移動ガイド機構７２ｂを支持しながら縦方向に移動させる。これにより、読取ヘッド７１は、縦方向及び横方向に移動可能になっている。
【０１０２】
以上のように構成された試料分析装置７０は、次の手順に従ってビーズプレート５０内のタンパク質を分析する。
【０１０３】
実験者は、最初にビーズプレート５０の封止シール５２を少し剥がして、メッシュ５３の上から分析対象となる血液を注入する。これにより、血液は、メッシュ５３を介してフィルタ５４に浸透する。フィルタ５４は、血液から所定成分（例えば、タンパク質）のみを透過する。そして、タンパク質は、吸収体５５によって貯蔵された後、フィルム５６を通過して、ビーズ５７に固定された各ビーズと結合し、さらに蛍光体と結合する。なお、タンパク質と結合しなかった蛍光体は、吸着剤によって吸着される。
【０１０４】
実験者は、封止シール５２を筐体５１に再び貼り付け、血液が外部に漏れないようにし、ビーズプレート５０を試料分析装置７０に装着する。
【０１０５】
一方、試料分析装置７０の制御部７４は、ビーズプレート５０が装着されるとビーズプレート５０を一定温度に制御すると共に所定の反応時間が経過するまで待機し、そして以下の制御を行う。
【０１０６】
第１工程では、制御部７４は、読出部７３を制御して、ビーズプレート５０の半導体メモリ５８から各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出す。
【０１０７】
第２工程では、制御部７４は、読取ヘッド７１のレーザ光源８２にレーザ光を出射させると共に、位置調整機構７２を制御して、読取ヘッド７１を縦方向及び横方向にスキャンする。これによって、制御部７４は、すべてのビーズ５７にレーザ光を照射する共に、ビーズ５７の蛍光を検出する。
【０１０８】
第３工程では、制御部７４は、半導体メモリ５８から読み出された位置情報の中から、蛍光が検出されたビーズの位置情報と同じものを選択し、選択された位置情報に対応するビーズの識別コードを判別する。タンパク質は、この識別コードのビーズと結合している。したがって、ビーズの識別コードを判別することで、タンパク質を特定することができる。
【０１０９】
以上のように、試料分析装置７０は、ビーズプレート５０に存在する各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出し、各ビーズにレーザ光を照射して、レーザ光を反射したビーズの位置情報を検出し、この位置情報に対応する識別コードを判別することにより、タンパク質を分析することができる。つまり、試料分析装置７０は、ビーズプレート５０からの位置情報と半導体メモリ５８に予め記憶された情報とを照合することで、容易に試料を分析することができる。
【０１１０】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、例えば次のようにすることもできる。
【０１１１】
蛍光体は、レーザ光が照射された場合、レーザ光をレーザ入射方向に反射するだけでなく様々な方向に反射する。したがって、光検出器８４で検出される光量は小さい。そこで、光検出器８４で検出される光量を大きくするために、ビーズプレートは次のように構成されてもよい。
【０１１２】
図１３は、ビーズプレートの他の構成を示す断面図である。
【０１１３】
ビーズプレートの平面矩形基盤５１ａの外側（読取ヘッド７１側）には、複数の凸部５１ｃが形成されている。凸部５１ｃは、ビーズの配置パターンに対応しており、各ビーズの鉛直方向にそれぞれ１つずつ形成されている。凸部５１ｃは、ビーズの中心を通る鉛直方向の軸と交差する点で最も厚みを有し、上記軸から離れるに従って薄くなっていくような半球体状又は半楕円体状に形成されている。
【０１１４】
以上のように構成されたビーズプレートによると、蛍光体が発した光は、凸部５１ｃによって読取ヘッド７１方向に集光される。これにより、蛍光体の光を精度よく検出することができ、分析精度を向上させることができる。
【０１１５】
また、ビーズプレート５０におけるビーズの位置決めは、上述した実施の形態に限定されるものではなく、以下のようにしてもよい。
【０１１６】
例えば、平面矩形基盤５１ａ上に複数の凹部を２次元の所定パターンで形成し、各凹部にビーズを配置してもよい。また、平面矩形基盤５１ａ上にビーズ位置を固定する部材、例えばメッシュを敷き、メッシュの各穴にビーズを配置してもよい。
【０１１７】
さらに、ビーズに磁性体を与えると共に、平面矩形基盤５１ａ上の各点を所定パターンで磁化することで、ビーズを位置決めしてもよい。また、平面矩形基盤５１ａを磁化する代わりに、フィルム５４に磁石を貼り付けてもよい。
【０１１８】
さらに、ビーズを持続性固体誘電体（エレクトレット：ｅｌｅｃｔｒｅｔ）にすると共に、平面矩形基盤５１ａ上に所定パターンで電極を配置することで、ビーズを位置決めしてもよい。また、平面矩形基盤５１ａに電極を配置する代わりに、フィルム５４に電極を貼り付けてもよい。
【０１１９】
［第３の実施の形態］
つぎに、第３の実施の形態について説明する。なお、上述した実施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【０１２０】
図１４は、第３の実施の形態に係るビーズディスク９０の斜視図である。ビーズディスク９０は、ディスク状に形成された光透過部材からなる筐体９１で構成されている。筐体９１の上部表面には、複数の試料挿入孔９２が形成されている。
【０１２１】
図１５は、ビーズディスク９０の要部斜視図である。試料挿入孔９２は、筐体９１の厚み方向に、筐体９１の厚みより少し短い長さで形成されている。そして、試料挿入孔９２の底部から周方向に空隙９３が形成されている。空隙９３には、周方向に沿って所定間隔毎にビーズが配置されている。なお、ビーズの位置決め方法については特に限定されるものではなく、第２の実施の形態と同様にすることができる。
【０１２２】
空隙９３の一端は試料挿入孔９２に接続されているが、空隙９３の他端は液溜め９４に接続されている。液溜め９４は、空隙９３の他端から上方に向かって形成された空洞であり、筐体９１の表面までは貫通していない。
【０１２３】
したがって、試料挿入孔９２に検体が注入されると、空隙９３内は検体で満たされ、余分な検体は液溜め９４に溜まる。
【０１２４】
また、筐体９１は透明部材で構成されているので、外部からの光が空隙９３に入射したり、空隙９３に配置されたビーズ等の光が外部に出射されるようになっている。
【０１２５】
さらに、ビーズディスク９０は、後述の図１６に示すように、空隙９３に配置された各ビーズの位置情報（例えば、半径ｒ及び角度θからなる２次元アドレス）及びその識別コードを記憶する半導体メモリ９５を備えている。
【０１２６】
以上のように構成されたビーズディスク９０は、各試料挿入孔９２にそれぞれ異なる検体を注入しても、それぞれの検体を独立に保持して分析可能にすることができる。また、本実施の形態においても、図１３に示す構成と同様に、各ビーズの配置パターンに対応するように筐体９１の外側に凸部を形成してもよい。このとき、凸部は、ビーズの中心を通る鉛直方向の軸と交差する点で最も厚みを有し、上記軸から離れるに従って薄くなっていくような半球体状又は半楕円体状にするのが好ましい。
【０１２７】
図１６は、ビーズディスク９０を用いて試料を分析する試料分析装置１００の構成を示すブロック図である。なお、試料分析装置７０とほぼ同一の構成であるので、試料分析装置７０と同一の部位については同一の符号を付した。
【０１２８】
試料分析装置１００は、ビーズディスク９０からの光を読み取る読取ヘッド７１と、読取ヘッド７１の位置を調整する位置調整機構１０１と、ビーズディスク９０内の半導体メモリ９５からデータを読み出す読出部７３と、位置調整機構１０１の位置を調整したりタンパク質を分析する制御部７４と、を備えている。
【０１２９】
なお、試料分析装置１００は、本実施の形態では読取ヘッド７１をビーズディスク９０の下側になるように設けているが、ビーズディスク９０の上側になるように設けてもよい。
【０１３０】
位置調整機構１０２は、図１４に示すように、読取ヘッド７１を支持するアーム１０１ａと、ビーズディスク９０を回転させるスピンドルモータ１０１ｂと、で構成されている。
【０１３１】
アーム１０１ａは、読取ヘッド７１を支持すると共に、読取ヘッド７１をビーズディスク９０の径方向に移動させることができる。スピンドルモータ１０１ｂは、ビーズディスク９０を３６０度自在に回転させることができる。これにより、２次元アドレスの半径ｒは、ビーズディスク９０の径方向において、基準位置に対する読取ヘッド７１の移動量によって決定される。また、２次元アドレスの角度θは、ビーズディスク９０の周方向（回転方向）において、基準位置に対するビーズディスク９０の回転量によって決定される。
【０１３２】
以上のように構成された試料分析装置１００は、次の手順に従ってビーズディスク９０内のタンパク質を分析する。
【０１３３】
実験者は、最初にビーズディスク９０の試料挿入孔９２に分析対象となる検体を注入する。なお、異なる検体については、異なる試料挿入孔９２に注入する。これにより、検体に含まれるタンパク質は、空隙９３に配置された各ビーズと結合する。
【０１３４】
実験者は、次に試料挿入孔９２に蛍光体を注入して、蛍光体とタンパク質とを結合させる。蛍光体とタンパク質との結合が終了した後、試料挿入孔９２にウォッシュ液を注入して不要な蛍光体を除去する。そして、ビーズディスク９０を試料分析装置１００に装着する。
【０１３５】
一方、試料分析装置１００の制御部７４は、ビーズディスク９０が装着されると、ビーズディスク９０を一定温度に制御すると共に所定の反応時間が経過するまで待機し、そして以下の制御を行う。
【０１３６】
第１工程では、制御部７４は、読出部７３を制御して、ビーズディスク９０の半導体メモリ９５から各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出す。
【０１３７】
第２工程では、制御部７４は、読取ヘッド７１のレーザ光源８２にレーザ光を出射させると共に、位置調整機構１０１を制御して、ビーズディスク９０を回転させると共に、読取ヘッド７１を径方向に移動させる。これによって、制御部７４は、空隙９３に配置されたすべてのビーズにレーザ光を照射する共に、ビーズからの光を検出する。
【０１３８】
第３工程では、制御部７４は、半導体メモリ９５から読み出された位置情報の中から、反射光が検出されたビーズの位置情報と同じものを選択し、選択された位置情報に対応するビーズの識別コードを判別する。タンパク質は、この識別コードのビーズと結合している。したがって、ビーズの識別コードを判別することで、タンパク質を特定することができる。
【０１３９】
以上のように、試料分析装置１００は、ビーズディスク９０に存在する各ビーズの位置情報及びその識別コードを読み出し、各ビーズにレーザ光を照射して、レーザ光を反射したビーズの位置情報を検出し、この位置情報に対応する識別コードを判別することにより、タンパク質を分析することができる。
【０１４０】
また、試料分析装置１００は、各試料挿入孔９２に異なる検体を注入した場合でも、ビーズディスク９０に存在する各ビーズの位置情報及びその識別コードを用いることによって、すべての検体を同時に検査することができる。
【０１４１】
なお、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではなく、ビーズディスク９０については例えば次のようにしてもよい。なお、上述した部位と同一の部位については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１４２】
図１７は、ビーズディスクの他の構成を示す要部斜視図である。各ビーズの上部に、内面が反射鏡からなる半球体状の反射半球面体９６をかぶせてもよい。これにより、上記反射半球面体９６は、蛍光体が発した光を読取ヘッド７１方向に集光させることができる。
【０１４３】
図１８は、ビーズディスクの他の構成を示す要部断面図である。このビーズディスクは、当該ビーズディスクの上側に読取ヘッドがある場合に好適なものである。空隙９３の下側には、所定間隔毎に、半球状に形成された半球凹部９３ａが形成されている。この半球凹部９３ａによってビーズを容易に位置決めすることができると共に、ビーズのを上側に集光することができる。
【０１４４】
【発明の効果】
本発明に係る試料カートリッジは、試料であるビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体を貯蔵すると共に余分な蛍光体を吸着する吸着剤を有する貯蔵室と、流動管の一端側に設けられ流動管内との気圧差によって試料を流動管の所定方向に流動させる気圧差発生室とを備えることで、試料が手や被服に触れることなく、容易に分析を行うことができる。
【０１４６】
本発明に係る試料分析装置は、反射手段で反射されたレーザ光が試料カートリッジの流動管に照射するように反射手段の可動量を制御した後に、試料カートリッジからの光に基づいて試料を分析することによって、レーザ照射位置を正確に位置決めすることができ、精度よく試料を分析することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るビーズカートリッジの構成を示す図である。
【図２】ビーズカートリッジの斜視図である。
【図３】ビーズカートリッジ内の試料を分析する試料分析装置３０の構成を示すブロック図である。
【図４】光学系の具体的な構成を示す斜視図である。
【図５】光学系及びビーズカートリッジの要部断面図である。
【図６】ビーズカートリッジを試料分析装置に装着した場合に、光透過流路の軸方向からみたときの導光部材の断面図である。
【図７】ビーズカートリッジの他の構成を示す図である。
【図８】ビーズカートリッジの他の構成を示す要部斜視図である。
【図９】第２の実施の形態に係るビーズプレートの斜視図である。
【図１０】ビーズプレートの断面図である。
【図１１】ビーズプレートを用いて試料を分析する試料分析装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】試料分析装置に備えられた読取ヘッド及び位置調整機構の斜視図である。
【図１３】ビーズプレートの他の構成を示す断面図である。
【図１４】第３の実施の形態に係るビーズディスクの斜視図である。
【図１５】ビーズディスクの要部斜視図である。
【図１６】ビーズディスクを用いて試料を分析する試料分析装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】ビーズディスクの他の構成を示す要部斜視図である。
【図１８】ビーズディスクの他の構成を示す要部断面図である。
【図１９】タンパク質の分析手順を説明する図である。
【符号の説明】
１０ ビーズカートリッジ
１１ 試料貯蔵室
１２ 光透過流路
１３ 低圧室
２２ 内面ミラー球面体
３０，７０，１００ 試料分析装置
３１，３２ レーザ光源
３３ 光学系
３４，７２，１０１ 位置調整機構
３６ 光検出部
５０ ビーズプレート
５１，９１ 筐体
５４ フィルタ
５５ 吸収体
５６ フィルム
５７ ビーズ
５８，９５ 半導体メモリ
７１ 読取ヘッド
７３ 読出部
９０ ビーズディスク
９３ 空隙
Claims (5)
- 光を透過する流動管と、
前記流動管に供給するための試料であるビーズ、タンパク質及び蛍光体の結合体を貯蔵すると共に余分な蛍光体を吸着する吸着剤を有する貯蔵室と、
前記流動管の一端側に設けられ、前記流動管内との気圧差によって前記試料を前記流動管の所定方向に流動させる気圧差発生室と、
を備えた試料カートリッジ。 - 前記流動管と前記気圧差発生室の間を封止し、外部からの作用によって前記流動管と前記気圧差発生室とを導通させる封止部材を更に備えたこと
を特徴とする請求項１記載の試料カートリッジ。 - 前記流動管内の試料からの光を所定の方向に導光する導光部材を更に備えたこと
を特徴とする請求項１または２記載の試料カートリッジ。 - 内面が光反射部材で構成された反射球面体を更に備え、
前記反射球面体は、その中心が前記流動管の中心軸上に位置するように配置され、前記中心を通りかつ前記流動管の中心軸と直交する直交軸上に１つ以上のレーザ挿通孔を備えたこと
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の試料カートリッジ。 - レーザ光を出射するレーザ光出射手段と、
所定方向に可動自在に構成され、前記レーザ光出射手段で出射されたレーザ光を反射する反射手段と、
前記反射手段で反射されたレーザ光が、請求項１から３のいずれか１項記載の試料カートリッジの流動管に照射するように、前記反射手段の可動量を制御する制御手段と、
前記試料カートリッジからの光に基づいて前記流動管を流動する試料を分析する分析手段と、
を備えた試料分析装置。
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