JP4423189B2 - 表面プラズモン共鳴に基づく検出装置 - Google Patents

表面プラズモン共鳴に基づく検出装置 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
（技術分野）
本発明は、検出ユニットと、回転可能なマイクロ流体ディスクと、このディスク内にある検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ：Detection Microcavity）に存在する１つまたはそれ以上の物質を検出するために、ディスクの表面をスキャンする手段とを備えた検出装置に関する。「物質を検出する」という文言は、１つまたはそれ以上のＤＭＣにおいて行われる検出を含む。
ＤＭＣは、マイクロ流体ディスク内にあるマイクロチャンネル構造体の一部分である。液体アリクォートが搬送され、マイクロチャンネル構造体で処理される。回転可能／スピン回転可能なマイクロ流体ディスクにある物質を検出するために用いられてきた検出原理は、通常、分光分析手法に基づいていた。こうした原理は、ディスク中の液体を処理した結果をモニタし、アナライトの１つまたはそれ以上の特徴に対する結果に関連付けるために採用された。一般的な特徴は、濃度、アフィニティ（親和性）や構造体などの定性的態様であった。
本発明の文脈において、ＳＰＲとは表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）を意味し、本発明は「ＳＰＲ検出ユニット」と題して定義される。以下参照されたい。ＳＰＲの定義されない変形例または他の変形例が米国特許第６，３３８，８２０号および第５，９９４，１５０号を参照した。
米国特許第５，９９４，１５０号（Imation Corp）によれば、複数の検出領域を有する回転可能なディスクを用いた光学的分析システムが開示されている。このディスクは、液体フローがさまざまな反応物を搬送する検出マイクロキャビティ構造体または検出マイクロチャンネル構造体を有さない。
米国特許第６，３３８，８２０号（Alexion）は、同心円上に配置された複数の反応部を含む回転可能な円形ディスクにおいて複数の分析を行う装置を開示している。ディスクのある変形例は、チャンネルを介して反応部に接続された、液体のための分散ポイントを有していてもよい。実施される分析は、化学的分析、生化学的反応、細胞分析、物理的分析、生物物理的分析などであって、何を意味するか特定することなく、例えば、表面プラズモン共鳴を用いてさらに分析することが開示されている。本明細書に引用されるすべての特許出願および発行特許は、参照して統合される。
（本発明の目的）
最近の数年において、我々は、ａ）個々のマイクロチャンバ内で起こる反応、およびｂ）例えば、構造体の所望する部品または機能ユニットを充填し、空にして、マイクロ流体ディスクのマイクロ流体チャンネル構造体内の液体の有無の両方をモニタすることは有用であるとの結論に達した。同じ検出器を用いて、タイプ（ａ）およびタイプ（ｂ）の現象をモニタすることができるので、両方の選択肢のために用いられる検出原理は、最も便利であると判断した。すなわち、主な目的の内の１つは、アナライトのμＭ濃度およびマイクロチャンネル構造体内の液体の有無を測定するための同一の検出原理を有する検出装置を設計することにある。問題となる濃度は、通常、１０−６Ｍ〜１０−９Ｍを含む１０−３Ｍ〜１０−１２Ｍである。さらなる目的は、１０−１２Ｍ以下、１０−１５Ｍ以下、または１０−１８Ｍ以下の、よりいっそう低い濃度を測定することである。
同様に、この要請に合致する検出原理／検出装置が検出マイクロキャビティと位置合わせされるときに信号を出力するならば有用である。このように、ディスク上のホームマーク、ディスクの外側の別のホームマーク検出器、および特定の瞬間に検出マイクロキャビティが検出器に対して位置合わせされていることを追跡するための手段の必要性を最小限に抑えることができる。
（本発明）
ここで定義される表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance:ＳＰＲ）を検出原理として用いると、上述の目的が実現されることを我々は確認した。
１つの態様において、本発明は、マイクロ流体ディスクの個々のマイクロチャンネル構造体の検出マイクロキャビティ内に存在する物質を検出するために、表面プラズモン共鳴検出ユニットを用いることである。これは、検出マイクロキャビティ内で生じる現象をモニタすることも含む。
別の態様において、本発明は、回転可能なマイクロ流体ディスクおよびＳＰＲ検出ユニットを有する検出装置であって、ＳＰＲ検出ユニットから得られる信号が、ａ）特定の物質の存在、および／またはｂ）マイクロ流体ディスクの個々のマイクロチャンネル構造体の検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）内で生じる現象を反映するように構成される。
別の態様において、本発明は検出装置であって（図１）、この検出装置は、
Ａ．ＳＰＲ検出ユニット（101）
ＳＰＲ照射システム（ＩＳ）（102）と、ＳＰＲ光検出サブユニット（ＬＤＳ）と、ＳＰＲ照射システム（ＩＳ）からＳＰＲ光検出サブユニット（ＬＤＳ）に至るビーム光路（104a,104b）とを有するＳＰＲ検出ユニット（101）を備える。このビーム光路は、入射ビーム光路（ｉｂｐ）と、出射ビーム光路（ｒｂｐ）とを含む。入射ビーム光路（ｉｂｐ）はＳＰＲ表面（105）で終わり、出射ビーム光路（ｒｂｐ）はＳＰＲ表面（105）から始まる。ＳＰＲ表面と、その近傍にある入射ビーム光路および出射ビーム光路の部分は、常に、下記（Ｂ）項の回転部材（106）の一部である。
Ｂ．この検出装置は、１つ以上のマイクロ流体ディスク（107）およびディスクホルダ（108）を含む回転部材（106）を有する。
本発明の文脈において、入射角θは、入射ビームの光軸と反射表面の法線の間の角度である（表面プラズモン共鳴表面がＳＰＲ表面である場合）。
（Ａ．ＳＰＲ検出ユニット）
表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）測定法は、基本的には、差動屈折率検出法である。光物理的な現象は、よく知られており、ある表面から全反射したＰ偏光波が入射角および波長に依存して減衰することを意味する。ここでいう表面とは、通常、金、銀、アルミニウムなどの金属の表面であって、以下、ＳＰＲ表面またはＳＰＲ層という。ＳＰＲ層の好適な厚み（Ｘ）は、とりわけ層内の材料に依存するが、通常、１０００ｎｍ未満、５００ｎｍ未満、１０〜１０００ｎｍの範囲にある。好適な範囲は、１０〜５００ｎｍ、２０〜４００ｎｍ、および１０〜５００ｎｍなどの１０〜１０００ｎｍである。金の場合の最適な範囲は、通常、１００ｎｍ±５０ｎｍ、１００ｎｍ±２５ｎｍに含まれる約１００ｎｍである。反射波が減衰する角度は、入射光の角度（入射角）、入射光の波長、入射側媒体、すなわちＳＰＲ層に対して光が反射されるのと同じ側に近接する媒体の屈折率、温度、ＳＰＲ表面／層（例えば、金属の種類および厚み）、入射媒体とは反対側にあってＳＰＲ層に近接する媒体の屈折率などに依存する。さらなる詳細については、この分野における教科書を参照されたい。
ＳＰＲを用いた測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は当業者に広く知られている。液体を含むマイクロチャンネルの表面における分子の挙動をモニタするために、これらは用いられてきた。図２ａ〜図２ｃに図示するように、ＳＰＲ測定セルは、通常、マイクロチャンネル構造体（210）の一部分である検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）（209）と、検出マイクロキャビティの内側壁にあるＳＰＲ表面／層（205）と、ＳＰＲ表面／層から検出マイクロキャビティから離れる方向に延びる検出ウィンドウ（ＤＷ）（211）とを備える。検出ウィンドウは、入射光ビームのための１つの入射面（212a）と、ＳＰＲ表面（205）で反射した反射光ビーム（213）のための出射面（212b）とを有する。分析すべき媒体は、通常、液体であり、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）の中に存在する。
検出マイクロキャビティ内の媒体以外のすべての変数を一定にして、所定の入射角を有するＰ偏光波を用い、こうしたセルを使用して、検出マイクロキャビティのＳＰＲ表面で生じる屈折率変化をモニタする。一般に、分析すべき媒体に直接的に接触する側のＳＰＲ表面は、固定されたアフィニティ反応物を担持し、媒体は、このアフィニティ反応物に対する拡散性アフィニティ対応物を含む。ＳＰＲ表面上にアフィニティ合成物が形成されると、ＳＰＲ表面付近の媒体の屈折率が変化し、これにより反射光が減衰する角度が変化する。この変化と、おそらくは検量線または検量物質／検量値との組み合わせにより、拡散性アフィニティ対応物の特徴を特定することができる。ＳＰＲ測定セルを用いて、液体の有無を測定するならば、固定されたアフィニティ反応物を必要としない。
図３に示す照射システム（ＩＳ）は、適当な光源（ＬＳ）（302）、および検出ウィンドウ（311）を介してＳＰＲ表面（305）上に集光するための適当な光路装置（すなわち、レンズシステム（314a）、および／またはフィルタ（316）、および／または鏡（315a）など）を備える。明瞭な減衰を得るためには、照射システムは、単色性Ｐ偏光波を照射することが必要で、その波長幅は、５００〜９００ｎｍまたは３５０〜９００ｎｍなど、１〜１０００ｎｍの範囲にあって、好適には６００〜８００ｎｍの範囲にある。平均入射角θは、通常、（ＳＰＲ表面の法線方向に対して）４５°〜８５°、とりわけ６２°〜７２°を含む５５°〜８０°である。用いられる光の入射角の範囲は、５°以下または４°以下の１０°以下であって、かつ１°以上または２°以上である。ＳＰＲ表面に達する光ビームは、くさび形状または円錐形状を有し、上述の範囲内にある入射角を有する。択一的な変形例によれば、例えば、ＳＰＲ表面に対して照射システムを移動させて、測定中の入射角を変えることにより、入射角の範囲を決定する。
単色光とは、本発明の文脈において、０〜５ｎｍまたは０〜３ｎｍなどの０〜３０ｎｍの範囲のバンド幅を有する光を意味する。
同様に図３に示す光検出サブユニット（ＬＤＳ）（303）は、反射ビームが減衰する角度を特定することができる。すなわち、このサブユニットは、光検出アレイまたは反射光を検出するための他の適当な手段（317）と、光検出手段（317）上に反射光を集光させるために必要な構成部品を含み、上記の入射角範囲で特定された反射角とは異なる光を収集し、弁別することができる位置に配置された適当な装置とを備える。通常、必要な構成部品とは、レンズシステム（314b）と、おそらくは鏡（315b）である。択一的には、光検出サブユニットの光検出手段は、１つの反射角からの光しか検出しないものの、反射角範囲に呼応して光を収集するように、測定中にＳＰＲ表面に対して移動させてもよい。
表面プラズモン共鳴の原理については、照明システム、ＳＰＲ測定セル、光検出サブユニット、光学部品、入射角、波長などに関する詳細を含め、数多くの論文および総論に概説されている。ナガタらの"Real-Time Analysis of Biomolecular Interactions" "Part 2 General principles", Springer-Verlag, Tokyo, Japan (2000) 13-30頁などを参照されたい。また、Patents Abstract of Japan, Volume 2000, No. 2, November 5, 2000、特開平１１−３０４６９３号（松下）および国際特許公開第００４６５８９号(Vir A/S)を参照されたい。
図２ａ〜図２ｃに図示するように、入射ビーム光路（ｉｂｐ）（204a）は、照射システム（202）から始まり、検出ウィンドウ（211）の入射表面（212a）を介して検出ウィンドウに入り、ＳＰＲ表面（205）で終わっている。反射ビーム光路（ｒｂｐ）（204b）は、ＳＰＲ表面（205）から始まり、検出ウィンドウ（211）の出射表面（212b）を介して検出ウィンドウから出射し、光検出サブユニット（ＬＤＳ）（203）で終わっている。入射ビーム光路および反射ビーム光路は、分析される媒体を通過することはない。
ＳＰＲ検出ユニットは、通常、回転部材の回転軸の周りを回転することはできない。好適な変形例では、検出ウィンドウが露出する入射ビーム光路と出射ビーム光路の交点が回転部材の表面と交わることができるように、ユニットは、水平方向に移動することができる。
入射ビーム光路および出射ビーム光路により規定される平面は、通常、ディスク／回転部材の平面と直交する。ディスク／回転部材の半径方向に対する同一平面が延びる方向は、原理的には、平行または直交などの任意の方向である。この平面方向と半径方向の間の角度が大きくなるほど、ＳＰＲ検出ユニットのための空間を大きくとることができるので、より好ましい。したがって、例えば±１５°を含む±４５°の実質的に直交する構成は、何倍も好ましい。図１〜図２および図４ａ〜４ｅは、ビーム光路がディスク／回転部材の半径方向に対して平行で、図４ｆ〜４ｇは直交となる変形例である。
（Ｂ．回転部材）
図１〜図２を参照しながら、この部材を説明する。回転部材（106,206）は、回転軸（117）を有し、ディスクホルダ（108,208）と１つ以上のマイクロ流体ディスク（107,207）とを備える。ディスクホルダは、回転モータのシャフトに接続された、符号（118）で概略的に示すスピンドルに取り付けられている。回転部材は、通常、回転部材の平面に対して垂直である回転軸（117）と一致する対称軸（Ｃｎ）を有する。対称軸（Ｃｎ）のｎは、整数２，３，４，５またはそれ以上で、６，７，８以上および無限大である（Ｃｎ＝円形）。ディスクホルダ（208）は、プレートホルダ（220）とマイクロ流体ディスク（207）の間に個別のプレート（219）を有していてもよい（図２ａ参照）。
「半径距離」または「半径位置」とは、ここでは対象物と回転軸の間の最短距離を意味する。
回転部材（106,206）は、通常、３つの面、すなわちスピンドル面（221a）、スピンドル面に対向する面（221b）、および端面（221c）を含むディスク形状を有する。ディスクを支持するための中心孔が設けられている場合は、孔を形成する第４の面が存在する。ディスクがディスクホルダに保持されると、この面は占有されるので、第４の面についてはカウントしない。端面は、ディスク状回転部材の外周部にある。同様に、マイクロ流体ディスクは、ディスクホルダ面（222a）、ディスクホルダ面に対向する面（222b）、および端面（222c）の３つの面を有する。回転部材のスピンドル面およびディスクのディスクホルダ面は、下面または下側面である。対向する面は、上面または上側面である。この用語は、地面に対する方向とは無関係である。
回転部材は、上述した数多くのＳＰＲ測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）を有する。検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）およびＳＰＲ測定セルのＳＰＲ表面は、通常、常にマイクロ流体ディスクの一部である。検出ウィンドウは、マイクロ流体ディスクに完全に組み込まれた第１の部分（Ｐ１）（211a）と、任意であるが、ディスクホルダ（208）の一部である第２の部分（Ｐ２）（211b）とからなる。Ｐ１は、ＳＰＲ表面から検出マイクロキャビティ（209,409）を超えてマイクロ流体ディスクの外側表面に延びる。Ｐ２は、存在するならば、光学的インターフェイス（223）を介してＰ１と光学的に連結している。図２ａおよび図６を参照されたい。
回転部材は、同一半径距離にあって、回転部材の同一面上に入射表面および／または出射表面を有する一連の（第１の複数の）ＳＰＲ測定セルを常に含む。これは、ほとんどの場合、これらのＳＰＲ測定セルの検出ウィンドウの第１の部分（Ｐ１）が、マイクロ流体ディスクの上面または下面の同じ面にあると言うことを意味する。
同様に、第１の複数のＳＰＲ測定セルと同じ面に配置され、第１の複数のＳＰＲ測定セルとは異なる半径距離に配置された入射表面および／または出射表面を有する別の一連の（第２の複数の）ＳＰＲ測定セルを設けてもよい。
同様に、第１および第２の複数のＳＰＲ測定セルと異なる面に配置された入射表面および／または出射表面を有する第３の一連の（第３の複数の）ＳＰＲ測定セルを設けてもよい。第３の複数のＳＰＲ測定セルは、同じ半径距離に配置された一連の複数のＳＰＲ測定セルと、これとは異なる半径距離に配置された別の一連の複数のＳＰＲ測定セルとを有していてもよい。第３の複数のＳＰＲ測定セルは、第１の複数のＳＰＲ測定セルの入射表面および／または出射表面が形成された面に依存して、ディスクの上面または下面に配置された入射表面および／または出射表面を有していてもよい。
ＳＰＲ測定セルに関する半径距離とは、検出ウィンドウの入射表面および／または出射表面の半径距離を意味する。
ＳＰＲ表面と、検出ウィンドウと、検出マイクロキャビティと、入射表面および／または出射表面とを有するＳＰＲ測定セルは、回転軸の周りの１つまたは２つ以上の円または回転軸を中心としたスポークのように配置される。ディスクの下面上の検出ウィンドウ（111）の２つの同心円（125a,125b）を示す図１ｂを参照されたい。対応する検出マイクロキャビティおよびマイクロチャンネル構造体は、完全にディスクの内部にあるので、見えない。
検出マイクロキャビティは、弧状であってもよいし、直線状でディスクの外周部に対して実質的に平行であってもよい。同様に、マイクロ流体ディスクの外周部（すなわち半径方向）に対して垂直な方向、および／またはマイクロ流体ディスクの個々のマイクロチャンネル構造体により規定される任意の他の中間的な方向などの他の方向も可能である。
入射ビーム光路および反射ビーム光路の光学軸は、通常、それぞれ検出ウィンドウの入射表面および出射表面に対して実質的に直交する。これは、入射表面および出射表面をＳＰＲ表面に対して入射角と実質的に同じ角度に、すなわちそれぞれ＋θおよび−θに傾斜するように配置する必要があることを意味する。図面を参照されたい。
ＳＰＲ表面は、多くの変形例において、マイクロ流体ディスクの平面に対して実質的に平行であり、すなわち回転軸に対して垂直である。
ある革新的な構成によれば、ディスクの平面に対して０°より大きく９０°より小さい角度で配向させた１つまたは２つ以上のＳＰＲ表面が設けられる。この場合、ＳＰＲ表面とディスクの平面の間の角度は、入射角θと等しいか、ほとんど等しくして、入射ビーム光路または出射ビーム光路のいずれか一方が回転軸と実質的に平行となるようにしてもよい。これを図４ｃ〜４ｇに図示し、ＳＰＲ表面（405）は検出マイクロキャビティ（409）の傾斜した側壁として形成されている。これにより、
ａ）この装置における照射システムおよび光検出サブユニットの構成を簡略化すること（図４ｃ〜４ｇ）、および／または
ｂ）平坦性に対する要請と、この装置において回転部材をスピン回転させている間に生じるぐらつきによる悪影響を低減することが期待される。
回転部材を回転軸の周りに回転させることにより、特定のＳＰＲ測定セル内にある入射ビーム光路および反射ビーム光路の構成部品を、同一の半径距離にある残りの任意の他のＳＰＲ測定セルの構成部品に置き換えることができる。ＳＰＲ検出ユニットおよび／または回転部材を水平方向に移動させることにより、異なる半径距離にあって、同一の角度位置に配置されたＳＰＲ測定セル内にある入射ビーム光路および反射ビーム光路の構成部品を互いに置き換えることができる。回転動作および並進移動を組み合わせることにより、異なる半径位置および角度位置における個々のＳＰＲ測定セルを互いに置換することができる。すべての検出ウィンドウがマイクロ流体ディスクの平面に対して同様の向きに配置されている場合、こうした規則性は一般にあてはまる。
（Ｂ１．マイクロ流体ディスク）
一般には、回転部材内の１つのディスクホルダに対してただ１つのディスクが設けられるが、以下説明するように、２つまたは３つ以上であってもよい。
回転部材内に単独で用いられるマイクロ流体ディスクは、ディスクの平面に対して垂直な対称軸（Ｃｎ）を有する。ディスクがディスクホルダに載置されたとき、対称軸は、回転部材の対称軸と一致する。対称軸（Ｃｎ）のｎは、整数２，３，４，５またはそれ以上で、好適には、６，７，８以上および無限大である（Ｃ無限大）。円形ディスク形状（Ｃ無限大）が好ましい。
同じディスクホルダ内に同時に２つ以上のディスクが用いられる変形例においては、通常、ディスクは重ね合わせることなく載置される。同時に用いられるディスクは、同じ幾何学的形状を有し、回転軸の周りに対称的に載置されることが必要である。幾何学的形状としては、例えば、扇型形状、矩形形状、楕円形状などである。
マイクロ流体ディスクは、その内部に包囲された実質的に等しい複数のマイクロチャンネル構造体を備える。各マイクロチャンネル構造体において、１つ以上の反応物が流体フローにより２つまたは３つ以上の機能ユニットの間で搬送される。そして本発明によれば、通常、慣性力および／または毛管力により流体フローを移動させる。択一的に、他の力を用いてもよいし、これらの種類の力と組み合わせてもよい。「反応物」なる用語は、アナライトを含む。反応物および／またはこうした液体アリクォートは、通常、マイクロチャンネル構造体内で処理され、処理結果は、通常、マイクロチャンネル構造体の下流部、すなわちインレットポートの下流側に配置された検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）内で特定される。検出マイクロキャビティに追加される一般的な機能ユニットは、計量ユニット、搬送チャンネル、粒子物質を分離するユニット、固相に固着されたリガンドに対するアフィニティに基づいて分離するユニット、混合ユニット、酵素反応、アフィニティ反応などの化学反応を起こすためのユニット、およびバルブなどである。各マイクロチャンネル構造体は、液体のためのインレットポートから始まり、上述のタイプの１つ以上の機能ユニットを通り、液体および／または空気のためのアウトレットポート（アウトレットベント）で終わる。追加的なインレットポートおよびアウトレットポートがあってもよい。こうしたポートは、液体および／または空気のためのものであってもよい（インレットベントおよびアウトレットベント）。インレットポートおよびアウトレットポートは、２つまたは３つ以上のマイクロチャンネル構造体に対して共通のものであってもよい。複数のマイクロチャンネル構造体を設けることにより、インレットポートに供給された液体アリクォートおよび反応物を同時並行して搬送し、処理することができる。
各マイクロチャンネル構造体は、上述したような種類の１つまたは２つ以上の検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）を有する。
ポートは、マイクロ流体ディスクの同じ面または異なる面に配置してもよい。一般には、液体のためのインレットポートをディスクの上面に配置する。ポートをマイクロ流体ディスクの下面に配置する場合、ディスクホルダは、これらの開口部が適正に機能するように、これらの開口部の周辺において、例えば大気が自由にアクセスできるようにすることが重要である。
遠心力を用いて、マイクロ流体ディスクにおいて流体フローを駆動するためには、ディスクは、
ａ）回転軸の周りでスピン回転することができ、
ｂ）ディスクがこの革新的な装置のディスクホルダに載置されたとき、各マイクロチャンネル構造体は、回転軸からの半径距離が下流部品より短い上流部品を有することが必要である。これは、数多くの場合、各マイクロチャンネル構造体が、アウトレットポートや検出マイクロキャビティなどの機能ユニットより短い半径距離に位置するインレットポートを有することを意味する。
マイクロチャンネル構造体およびＳＰＲ以外の検出原理で用いられる測定セルを有する、遠心力を用いたマイクロ流体ディスクは、数多くの科学的な論文および特許文献に開示されてきた。そこで概説されたマイクロ流体の原理は、測定セルを表面プラズモン共鳴に適応させる必要がある点を除いて、一般的に、本発明においても同様に用いることができる。遠心力を用いたマイクロ流体プラットフォームは、国際特許公開第０３０２５５４８号（Gyros AB）、国際特許公開第０２０７５３１２号（Gyros AB）、国際特許公開第０２０７５７７５号（Gyros AB）、国際特許公開第０２０７５７７６号（Gyros AB）、国際特許公開第９７２１０９０号（Gamera Bioscience）、国際特許公開第９８０７０１９号（Gamera Bioscience）、国際特許公開第９８５３３１１号（Gamera Bioscience）、国際特許公開第９９５５８２７号（Gyros AB）、国際特許公開第００４０７５０号（Gyros AB）、国際特許公開第０１４７６３８号（Gyros AB）、国際特許公開第０１４６４６５号（Gyros AB）、ＵＳ５，１６０，７０２号（Molecular Devices Corp.）、ＵＳ５，４７２，６０３号（Abaxis）などに開示されている。
本発明の文脈において、「複数」なる用語は、２つまたは３つ以上の部品（例えば、マイクロチャンネル構造体、ＳＰＲ測定セルなど）を意味する。すなわち、複数とは、例えば、マイクロチャンネル構造体の部品と実質的に同数の１０以上、２５以上、５０以上、１００以上、または２００以上を意味してもよい。マイクロチャンネル構造体に関しては、「複数」なる用語は、通常、９６、３８４、１５３６を意味し、任意であるが、マイクロ滴定プレートのウェル当たりに１つのマイクロチャンネル構造体を利用できるように、プラス１０％の余剰的な数を加えた数の構造体を意味する。また、余剰の構造体は、冗長構造体と呼ばれ、より多数あってもよい。例えば、国際特許公開第０３０８７２７３０号（Gyros AB）および対応の米国特許公開第２００３０２１１０１２号を参照されたい。
「マイクロチャンネル」、「マイクロコンジット」、「マイクロフォーマツト」なる用語は、
ａ）マイクロチャンネル構造体が、１０３μｍ以下、好適には１０２μｍ以下の断面積を有する１つ以上のキャビティ、および／またはチャンネル／コンジットを含むこと、そして／または
ｂ）マイクロキャビティ／マイクロチャンバおよび／または処理すべき液体アリクォートの容量が、例えば、１００μｌ以下または５０μｌ以下の１００μｌ以下のμｌの範囲にあって、例えば、５０００ｎｌ以下、１０００ｎｌ以下、５００ｎｌ以下、１００ｎｌ以下、または５０ｎｌ以下のｎｌの範囲（ナノフォーマット）にある。
マイクロ流体ディスクは、一般に、２つの平坦な基板から形成され、少なくとも一方の基板の面が微細加工され、一方の基板の微細加工される面を他方の基板のおそらくは微細加工される面に接合させると、最終的なマイクロ流体ディスクのマイクロチャンネル構造体が形成される。一方または両方の基板は、最終的なマイクロ流体ディスクにある個々のマイクロチャンネル構造体に設けられた貫通孔を有していてもよい。これらの孔は、液体に対するインレットポートまたはアウトレットポートなどのポート、および／または空気のためのインレットベントまたはアウトレットベントとして用いることができる。
無機材料および有機材料が基板の本質的部分を構成する。一般的な無機材料は、シリコン、クォーツ、ガラスなどである。一般的な有機材料は、例えば、シリコーンゴム（ポリジメチルシロキサン）などのエラストマを含むプラスティックなどのポリマ材料である。適当なポリマ材料およびプラスティックは、付加重合、縮合重合、不飽和有機化合物の縮合などにより得られたポリマを含む。マイクロ構造体は、エッチング、レーザアブレーション、リソグラフィ、エンボス加工、モールド成型、鋳造成型などのさまざまな技術を用いて形成することができる。
プラスティックのコストが通常安価で容易に大量生産できることから、プラスティックに表面およびマイクロ構造体が露出した基板は、何倍も好ましい。例えば、国際特許公開第９１１６９６６号（Pharmacia Biotech AB, Ohman & Ekstrom）を参照されたい。製造のためにプラスティックを用いると、マイクロ流体ディスクを廃棄することができる。本発明の優先日において、好適なプラスティックは、透明で、１．４５〜１．５５の範囲にある屈折率を有する。典型的なプラスティックの例は、例えば、日本国のNippon ZeonのZeonex（登録商標）およびZeonor（登録商標）などの直鎖状、側鎖状、および／または環状の芳香族構造体または非芳香族構造体が含まれる、モノマオレフィンの重合により得られたポリオレフィンを含むプラスティックである。これは、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリメタクリレートなどを含み得る、許容可能な屈折率を有する透明な他のプラスティックの使用を排除するものではない。とりわけ屈折率に基づくこの選択基準は、検出ウィンドウの部分Ｐ１を含む基板に適用される。
ディスク平面に対して適当な角度を有する入射表面および出射表面は、逆のマイクロ構造体を保持する表面に対して、複製により、プリズム表面の形態として導入してもよい。択一的には、基板を一体に接合する前または後に、適当な表面を有するプリズムを個別に固定してもよいことは明らかである。
２つの基板を一体に接合するための数多くの技術がある。例えば、国際特許公開第９４２４９００号（Ove Ohman）、国際特許公開第９８４５６９３号（Soaneら）、米国特許第６，１７６，９６２号（Soaneら）、国際特許公開第９，９５６，９５４号（Quine）、国際特許公開第０１５４８１０号（Derandら）、国際特許公開第９８３２５３５号（lindbergら）、国際特許公開第０１９７９７４号（Chazanら）、国際特許公開第０３０５５７９０号（Gyros AB）およびその対応米国特許公開第２００３０１２９３６０号を参照されたい。
２つの基板を一体に接合する前に、最終的なデバイスの内側の壁となる表面部分の検出ウィンドウ位置に、すなわちカバーされないマイクロ構造体および／または対向基板の表面の平坦な部分に、ＳＰＲ表面／層が導入される。
１つまた２つ以上のマイクロチャンネル構造体のそれぞれにおいて、遠心力を用いて液体フローを形成する上述のマイクロ流体ディスクは、本発明の副次的な態様を構成する。このフローにより、反応物を上流側の機能部品から下流側の機能部品に搬送することができる。したがって、本発明は、上述したような対称軸（117,417）と、複数のマイクロチャンネル構造体とを有するマイクロ流体ディスク（107,207,307,407,107）を提供し、各マイクロチャンネル構造体は、下流側の機能部品より少なくとも部分的に短い半径位置にあって、下流側の機能部品と流体連通した上流側の機能部品を有する。ディスクは、マイクロチャンネル構造体の少なくとも一部に検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）（209,309,409）が設けられ、各検出マイクロキャビティが内側の壁上にＳＰＲ表面（205,305,405）を有することに特徴付けられる。ＳＰＲ表面からディスクの面まで延びる内側壁（検出ウィンドウ）（211,311,411）は、通常、表面プラズモン共鳴のために設計された光透過性を有する材料からなる。ＳＰＲ表面およびＳＰＲ表面とディスク表面の間の内側壁の材料およびデザインは、本明細書で説明した通りである。
この副次的な態様によれば、同様に、マイクロ流体ディスクは、マイクロ流体ディスクにおいて不完全である場合、検出ウィンドウ（211）の残りの部分Ｐ２（211b）を含むディスクホルダプレート（219）と組み合わされる。また、この副次的な態様は、光学的インターフェイスプレートがマイクロ流体ディスクおよびディスクホルダプレート（219）と組み合わされることを含む。ディスクホルダプレートおよび光学的インターフェイスプレートに関して、本発明の他の部分を参照されたい。
図４ａ〜４ｇは、マイクロ流体ディスクの３つの変形例を図示し、ＳＰＲ表面（405）、入射表面（412a）、および出射表面（412b）を含む完全な検出ウィンドウ（411）は、ディスクの一部分をなす。図面は、ただ１つのＳＰＲ測定セル／マイクロチャンネル構造体を拡大して示すように簡略化されている。いくつかの図面において、対称軸（回転軸）を符号（417）で示した。入射ビーム光路（404a）を含む光源（４０２）および反射ビーム光路（404b）を含む光検出サブユニット（403）は、原理的に置換可能である。入射ビーム光路（404a）および反射ビーム光路（404b）により規定される平面は、図４ａ〜４ｅの変形例においてはマイクロ流体ディスクの半径方向に位置合わせされ、図４ｆ〜４ｇの変形例においてはマイクロ流体ディスクの半径方向に直交する。図４ａ〜４ｃに示す検出マイクロキャビティ（409）の上流側および下流側にあるマイクロチャンネル構造体の一部分は、検出マイクロキャビティと同じ角度位置にないので図示されない。検出マイクロキャビティ（409）は、ディスクの外周部に対して実質的に平行である。
図４ａ〜４ｂは、ＳＰＲ表面がディスク平面に対して実質的に平行となり、入射表面（412a）および出射表面（412b）がディスク平面に対して実質的に−θおよびθの角度（すなわち入射角および出射角と同じ）を有する変形例を示す。
図４ｃ〜４ｇは、ａ）ＳＰＲ表面がディスク平面に対して実質的に角度θを有し、ｂ）入射表面（412a）が入射表面に対して実質的に平行であり、ｃ）出射表面が（412b）がディスク平面に対して実質的に角度θを有する。入射ビームは、ディスク平面に対して直交する。
図４ｄ〜４ｅは、ディスクの外周部に対して実質的に平行な周縁検出マイクロキャビティ（409）が設けられた変形例を示す。図４ｄは、中心（回転軸）（417）、検出マイクロキャビティ（409）、およびディスクの端部（426）を通り、ディスク平面に対して垂直な平面に沿った断面図である。図４ｅは、この平面を包囲するディスクのセクタの外側部分を上から見た図である。検出マイクロキャビティ（409）の断面は三角形である。検出マイクロキャビティ（409）は、下流方向においてディスクの外周端部（426）に配置されたアウトレット（出口）に達するマイクロチャンネル（410）の一部である。入射ビーム（404a）がディスク平面に対して直交するように、ＳＰＲ表面（405）はディスク平面に対して傾斜している。反射ビーム（404b）が出射表面から直交方向に出射するように、外周端部（429）の上側部分は少なくとも検出ウィンドウ（411）の表面位置において傾斜している。光源（402）および光検出サブユニット（403）は、ディスクの異なる側面上に配設されている。
図４ｆ〜４ｇは、マイクロ流体ディスク（407）の外周端部（426）に達するマイクロチャンネル（410）の一部であって、半径方向に配向された細長い検出マイクロキャビティ（409）を有する変形例を示す。この図示されたマイクロチャンネルの一部は、検出マイクロキャビティと一致する。図４ｆは、ディスクのセクタの端面図である。図４ｇは、上側基板（431）を取り除いて、下側基板（432）を露出させた状態で、上から見たセクタを示す。検出マイクロキャビティ（409）の断面およびＳＰＲ検出器の構成は、図４ｄ〜４ｅに示す変形例と同様である。この変形例における出射表面（412b）は、外周端部に配置されることなく、下側基板（432）に個別の溝（434）が設けられる。この溝（434）は、検出マイクロキャビティ（409）に平行で、反射ビーム光路（404b）に対して適当に傾斜した出射表面を提供する。そして上側基板（431）は、同様に細長く、検出マイクロキャビティ（409）に平行な貫通開口部（435）を有する。光源（402）および光検出サブユニット（403）は、ディスクの異なる面上に配設される。この構成によれば、ＳＰＲ検出ユニットを半径方向に移動させる上で十分な空間が確保される。
（Ｂ．２．ディスクホルダ）
図１および図２ａ〜２ｃを参照しながら、ディスクホルダについて説明する。ディスクホルダ（108,208）は、回転部材の一部であって、スピンドルに固定され、スピンドルは符号（118）で概略的に図示されたモータのシャフトに連結されている。モータは、シャフト、スピンドル、および回転部材を共通回転軸（117）の周りに回転させることができる。ディスクホルダは、回転部材に関して上述した対称軸を有し、回転部材（106,206）上に載置されたマイクロ流体ディスクのための実質的に平坦な支持部を提供する。これは、回転部材が円盤形状であり、回転軸などから半径方向外側に延びるスポークを有する。回転部材は、マイクロ流体ディスクを支持するための円盤形状表面を有する場合、ディスクを貫通する開口部を有していてもよい。この種の開口部を用いて、ビーム光路がマイクロ流体ディスクの下側面に配置された検出ウィンドウに到達し、そして例えば、ディスクをディスクホルダ内に保持するために負圧を与えることができる。
この検出装置を適正に作動させるためには、ディスクホルダがマイクロ流体ディスクに対して十分な平坦性を有する支持平面を形成することが重要である。これは、とりわけディスクがプラスティックで形成され、容易に歪む場合にあてはまる。支持平面は、主に、マイクロ流体ディスクの下側表面の局部的領域に接触することになっているディスクホルダの局部的領域により規定される。通常、この文脈において、最も重要なディスクの局部的領域は、マイクロ流体ディスクのＰ１部分に近接している。平坦性に対するこの要請は、例えば、「本発明の目的」と題して概説した濃度範囲に含まれるアナライトの特徴を特定する場合など、高い感度が要求される場合に特に厳格となる。したがって支持平面は、通常、用途による平坦性を有し、０〜１００μｍの範囲で選択される。より高い感度が求められる場合、５０μｍ以下、２５μｍ以下、１０μｍ以下、５μｍ以下、または２μｍ以下のより狭い範囲の中から選択される。支持平面は、通常、ガラス、鋼、または高精度の平坦性を有する表面を含み得る任意の硬い材料からなる円盤状プレートにより形成される。スポーク装置および平坦性が十分な支持平面を形成することができる形態の他の装置を同様に用いることができる。
ディスクホルダ上にマイクロ流体ディスクを確実に固定するための数多くのさまざまな方法がある。１つの代替案は、ディスクホルダがマイクロ流体ディスクの中心および／または周縁部に対する保持手段を有するということを意味する。好適な変形例において、とりわけプラスティック製のマイクロ流体ディスク内にあるアナライトの特徴付けが問題となる場合、ディスクホルダを介してマイクロ流体ディスクに対して均一に加えられる負圧が平坦性を促進するであろうことが理解される。これを実現するために、真空源をこの装置の非回転可能部品に接続し、ａ）開口部、ｂ）ディスクホルダの支持表面に設けたマイクロチャンネルなどのシステムに負圧を加える。この文脈におけるマイクロチャンネルのシステムは、ブラスト処理するなどして均一に粗面化された形態を含む。これらの開口部およびチャンネルシステムは、ディスクホルダの上側表面全体にわたって配置されるが、ＳＰＲ測定セルの位置または近接したディスクの下側表面に対して均等な負圧により接着させることがしばしば重要となる。マイクロ流体ディスクの回転可能な基板の文脈において負圧を用いることは、国際特許公開第０３０２５４４９号（Gyros AB）および米国特許公開第２００３００８２０７５号に開示されている。
ディスクホルダをカセットとして設計してもよく、多かれ少なかれ２つ以上のディスクが並んで配置される。この変形例において、各ディスクに対して個別の配置手段を設けてもよい。すなわち、回転部材は、それぞれ個々のディスクの形態に固定するための固定手段を有していてもよい。固定部材がだいたい１つの連続した支持表面を有する場合、固定手段は、ディスクに正確に適合する凹部の形態であってもよい。異なる形状のディスクをディスクホルダ内に載置することができるように、ピン、クランプなどの調整可能手段を設けてもよい。例えば、スピン回転中、ディスク内に液体フローを形成し、ＳＰＲ検出ユニットを用いて測定するために、より速い回転速度が用いられる場合、回転部材を不均衡にすることのないよう、ディスクはディスクホルダ内に対称的に配置されることが重要である。同様に、負圧を用いてもよい。
光の入射表面および出射表面は、マイクロ流体ディスクの上面、下面、および／または側面の任意の面にあってもよい。しかし一般的には、入射面および出射面は、ディスクホルダの対向する面または同一の面である上面または下面にあってもよい。この変形例において、ディスクホルダが入射ビーム光路および出射ビーム光路上の光を遮らないことが重要である。したがって、ディスクホルダは、チャンネル、または入射表面および出射表面（212a,212b）からディスクホルダの下面に至る自由空間（124,224）を有していてもよい。択一的には、検出ウィンドウは、この種のチャンネルが必要でなくても、ディスクホルダを貫通して下方に延びていてもよい。
上述のように、検出ウィンドウ（211）およびディスクホルダ（18,208）がマイクロ流体ディスクの同一面に配置される場合、ディスクホルダは検出ウィンドウの部分Ｐ２（211b）を有していてもよい。１つの具体例によれば、ディスクホルダは、十分に高い平坦性を有する個別のプレート（219）（ディスクホルダプレート）を備え、（上述のように）ホルダ内に配置されるディスクを支持する大きさを有する。ディスクホルダプレートに加えて、ディスクホルダは、同様に、入射ビーム光路および出射ビーム光路が通るチャンネルおよび空白空間（124,224）を含むプレート支持ホルダ（220）を有する。ディスクホルダプレート（219）は、通常、
ａ）光源からの光のために、検出ウィンドウと実質的に同一の光学的特性（屈折率）を有し、
ｂ）マイクロ流体ディスクの検出ウィンドウの部分Ｐ１に整合する入射表面および出射表面を下面に設けた材料で形成される。入射表面および出射表面は、プリズム表面の形態を有していてもよい。
Ｐ１（211a、図２ａ）およびＰ２（211b、図２ａ）の間のインターフェイスにおいて光を通過させるために、Ｐ１およびＰ２を含む検出ウィンドウのそれぞれに対して、Ｐ１およびＰ２の間に光学的インターフェイス（223、図２ａ）が配置される。ＳＰＲ測定に際して、適当な光学的インターフェイスを形成する技術は、当業者に広く知られている。例えば、米国特許第５，１６４，５８９号（Biacore AB）および国際特許公開第９７１９３７５号（Biacore AB）を参照されたい。光学的インターフェイスの一般的な材料は、オイル（液浸油）であってもよく、より好適には、Ｐ１およびＰ２の材料と実質的に同じ屈折率を有することが求められる光学的に透明な弾性材料（光学的インターフェイスゲル）の形態であってもよい。好適な材料は、さまざまな度合いで架橋された透明なゴムまたはエラストマ、および透明エポキシ樹脂の中から選択することができる。有用な材料は商業的に利用可能である。
好適な変形例において（図５）、光学的インターフェイス材料は、プレート（536）（光学的インターフェイスプレート）の一部であって、ディスクホルダ（508）の上面と、マイクロ流体ディスク（507）の間に配置される。光学的インターフェイスプレート（536）がディスクホルダに正確に位置合わせされたとき、このプレートは、各検出ウィンドウ（511）の位置において、Ｐ１およびＰ２に対して光学的インターフェイス材料（523a,523b）を露出する。換言すると、このプレートは、少なくとも検出ウィンドウのＰ１およびＰ２に位置合わせすべき位置において、光学的インターフェイスプレートの両面上の光学的インターフェイス材料を露出する。
光学的インターフェイスプレートは、Ｐ１およびＰ２の材料と実質的に同じ屈折率を有する透明材料からなる連続的な支持プレート（537、光学的インターフェイス支持プレート）を有していてもよい。光学的インターフェイス材料（538）は、好適には光学的インターフェイスゲルであるが、光学的インターフェイス支持プレート（537）の上面および下面の上に配置され、少なくとも検出ウィンドウの位置をカバーする。
１つの変形例において、光学的インターフェイス材料は、連続的な光学的インターフェイス支持プレート（537）（図５）の上面および下面のそれぞれの一部に局在する。各検出ウィンドウにおいて、Ｐ１およびＰ２に対して光学的に連結するように光学的インターフェイス材料のパターンが形成される。光学的インターフェイス材料の各部分は、１つまたは２つ以上検出ウィンドウをカバーしてもよく、米国特許第５，１６４，５８９号（Biacore AB）および国際特許公開第９７１９３７５号（Biacore AB）で示唆されたように、例えば、ドーム状または階段状に、通常、中心部においてより厚い。この材料は、光学的インターフェイスプレート（537）の上面および／または下面の上にある弧状、矩形状などの領域をカバーし得るリッジ形状を有していてもよい。この材料は、ディスクの中心（回転軸）の周りにある１つまたは２つ以上の連続的または不連続的な環状同心リングとして形成してもよい。
別の変形例において、光学的インターフェイス材料は、おそらくは第１の変形例で説明したものと類似して、検出ウィンドウにおける隆起部とともに、光学的インターフェイス支持プレート（537）のいずれか一方の面または両方の面上に連続的な層を形成する。
さらに別の変形例において、光学的インターフェイス支持プレート（537）は、一般には弾性材料の形態を有する光学的インターフェイス材料が配置された貫通孔を有する。
さらに別の変形例において、光学的インターフェイスプレートは、光学的インターフェイス材料の中に成型される。
光学的インターフェイスプレート（536）は、ディスクホルダ内に配置され、光学的インターフェイス材料は、マイクロ流体ディスク（507）およびプレート（519）内の検出ウィンドウの部分（部分Ｐ１（511a）および部分Ｐ２（511b））と整合される。一体に押圧されると、光学的インターフェイス材料の形状および弾性により、光学的インターフェイスの光学的特性に対して悪影響を与え得る気泡の混入を防止しやすくする。
光学的インターフェイス材料の選択および形状に関する情報は、米国特許第５，１６４，５８９号（Biacore AB）、国際特許公開９７１９３７５（Biacore AB）、およびこの分野の他の刊行物に見受けられる。
光学的インターフェイスプレートと組み合わせて、マイクロ流体ディスクを保持するために負圧を用いる場合、ディスクホルダから負圧を引くためのチャンネル（539、負圧チャンネル）または開口部を設ける必要がある。
ディスクホルダ／プレート、光学的インターフェイスプレート、検出ウィンドウの部分Ｐ２を含むプレート、マイクロ流体ディスクなどの回転部材のさまざまな部品が、回転部材が回転／スピン回転する前後またはその間において、部分Ｐ１，Ｐ２、チャンネル、ディスクホルダ内の開放空間を正確に位置合わせしやすくするためのガイド手段を有することは有用である。ガイド手段は、例えば、整合突起部、ピン、孔などの形態の物理的なものであってもよく、あるいは順応性があって、ソフトウェアで制御されるものであってもよい。これは、例えば、負圧をかけることにより、異なる部品が互いに確実に把持される前に、ＳＰＲ検出ユニットにより得られる信号の機能として、マイクロ流体ディスクとディスクホルダ内のビーム光路の部品との間の位置合わせを自動的に調整することにより説明される。
（検出装置の他の構成部品）
上述したように、この革新的な装置は、同一半径距離にある（第１の複数の）ＳＰＲ測定セルを、入射ビーム光路と出射ビーム光路の交点の前に配置するために、回転部材を回転させることができるモータ（回転モータ）を有する。ＳＰＲ測定セルでの測定を可能にし、常に、入射ビーム光路および出射ビーム光路が形成され、入射ビームがＳＰＲ表面を照射するように、モータは段階的に回転可能であることが必要である。常に、入射ビームがＳＰＲ表面を照射することができるように、連続的に回転する間に測定すること、そしておそらくは断続的に測定することを予見することができる。
回転モータは、例えば、０から１５０００ｒｐｍ、２００００ｒｐｍ、３００００ｒｐｍまたはそれ以上速い広範な回転速度を実現できる必要がある。モータは、段階的な回転、および／または連続的なスピンまたは回転を実現する必要があり、任意ではあるが、調整可能である。こうして、
ａ）スピン回転を用いて、十分な遠心力を形成し、ディスクの個々の回転チャンネル構造体における平行した液体フローを実現にし、
ｂ）さまざまなＳＰＲ測定セルの測定が実施されるので、この革新的装置の汎用性が改善されることになる。
液体フローを駆動するための回転、および測定するための回転／スピン回転は、同じ回転モータまたは異なる回転モータで実現することができる。異なるモータが用いられる場合、マイクロ流体ディスクは、通常、特定の処理が行われる前に、適当なモータ装置へ搬送される。
また上述のように、回転部材は、第１の複数のＳＰＲ測定セルとは異なる半径距離に配置された第２の複数のＳＰＲ測定セルを有していてもよい。この変形例において、回転部材および／またはＳＰＲ検出ユニットは、ＳＰＲ検出ユニットの半径方向位置（入射ビーム光路および出射ビーム光路の交点）を変えるための並進的感応器に接続され、その結果、第２の複数のＳＰＲ測定セルにおける測定を可能にする。
第１および第２の複数のＳＰＲ測定セルが回転部材に設けられている場合、すべての、あるいは所定の小集団のＳＰＲ測定セルにおける測定が実施されるように、２つのモータを協働させてもよい。この測定の可能性は、ＳＰＲ測定セルの半径方向および角度位置とは無関係にする。
この測定は、通常、適当なソフトウェアおよびハードウェアを有するコントローラにより制御される。
ＳＰＲ測定セルに対するＳＰＲ検出ユニットの位置合わせを制御すること、および／または測定することは、他の検出原理に関して当業者に知られた次の一般的な原理である。特に有効な方法論が国際特許公開０３２５５４８号（Gyros AB）、米国特許公開第２００３００５４５６３号（Gyros AB）、国際特許公開第０３０８７７７９号（Gyros AB）および対応米国特許公開第２００３０２３１３１２号に開示されている。特定の変形例において、モータは、回転モータに対して、好適には最後のものに関して、シャフト、スピンドル、または回転部材と連携し得る適当なエンコーダを備える。
（革新的な検出装置の使用）
使用は、ａ）液体の有無を判断し、そして／またはｂ）上述した装置の回転部材の一部であるマイクロ流体ディスクの少なくとも１つの検出マイクロキャビティ内にあるアナライトの未確認の特徴を特定することを含む。
この使用は、
ｉ）液体が１つ以上のマイクロチャンネル構造体に導入される上述の検出装置を提供するステップと、
ii）液体が１つ以上の所定の検出マイクロキャビティ内に入ったかどうかを判断し、そして／または液体が導入されたマイクロチャンネル構造体の１つ以上の検出マイクロキャビティ内にアナライトが存在するかどうかを判断するステップとを含む方法に相当する。
ＳＰＲ検出ユニットを用いて、入射ビームがＳＰＲ表面に達し、反射ビームが光検出ユニット（ＬＤＳ）に到達し得るように、回転部材の異なる部品を互いに正確に整合／位置合わせし、またはＳＰＲ検出ユニットの正面にあるＳＰＲ測定セルを追跡してもよい。
液体は、水、有機溶媒、またはこれらの溶媒の混合物であってもよい。一般的な液体は水性を有する。アナライト、すなわちＳＰＲ測定により検出される分子エンティティは、ＳＰＲ表面（ＳＰＲ測定セルの内部）に固定された親和性カウンタパートに結合可能な親和性反応物であってもよい。同様に、アナライトがＳＰＲ表面に結合することにより、表面付近の液体の屈折率が変化する場合、この革新的な装置の検出マイクロキャビティにおいて、他のアナライトも特定／モニタすることができる。
（一般的な説明）
本発明の革新的態様が添付クレームにて詳細に定義される。本発明およびその利点を詳細に説明したが、添付クレームで定義された本発明の精神および範疇を逸脱することなく、さまざまな変更例、代替例、択一例を実現できることが理解されたい。さらに、本発明の範囲は、本明細書で説明したプロセス、装置、製造、物質成分、手段、方法、およびステップに関する特定の実施例に限定して解釈されるものではない。当業者ならば本発明の開示内容から容易に理解されるように、既存のプロセス、装置、製造、物質成分、手段、方法、またはステップ、およびここで説明した対応する実施例と実質的に同じ機能を実現し、あるいは実質的な同じ結果をもたらす、将来において開発されるプロセス、装置、製造、物質成分、手段、方法、またはステップを、本発明に従って用いることができる。したがって、添付クレームは、こうしたプロセス、装置、製造、物質成分、手段、方法、またはステップの範囲を含むことを意図されている。
図面の符号における１桁目の数字は図番号に関する。異なる図面において同一の機能を有する構成部品は、２桁目および３桁目の数字が同じである符号を有する。
図１ａは、本発明に係る装置の概略図であって、側面図である。 図１ｂは、本発明に係る装置の概略図であって、上から見た図である。 図２ａは、構成の異なるディスクホルダの２つの変形例を示し、検出ウィンドウは、下方に向き、マイクロ流体ディスクからディスクホルダの独立したプレートまで延びている。 図２ｂは、構成の異なるディスクホルダの２つの変形例を示し、検出ウィンドウは、マイクロ流体ディスクに完全に集積されている。 図２ｃは、構成の異なるディスクホルダの２つの変形例を示し、検出ウィンドウは、マイクロ流体ディスクに完全に集積されている。 図３は、この革新的な装置内のビーム光路を示す。 図４ａは、本発明に係るマイクロ流体ディスクの概略図であって、分かりやすくするために、ディスクの表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）の内ただ１つのセルを示し、下向きの検出ウィンドウを有する変形例を示す。 図４ｂは、本発明に係るマイクロ流体ディスクの概略図であって、分かりやすくするために、ディスクの表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）の内ただ１つのセルを示し、上向きおよび下向きの検出ウィンドウを含む表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）に、ディスクの上面および下面のそれぞれの上にＳＰＲ検出ユニットを組み合わせた変形例を示す。 図４ｃは、本発明に係るマイクロ流体ディスクの概略図であって、分かりやすくするために、ディスクの表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）の内ただ１つのセルを示し、ＳＰＲ表面がディスクの平面に対して、入射角θと等しい角度で傾斜した変形例を示す。光源（ＬＳ）および光検出ユニット（ＬＤＳ）は、ディスクの対向する面上に配置される。 図４ｄは、本発明に係るマイクロ流体ディスクの概略図であって、分かりやすくするために、ディスクの表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）の内ただ１つのセルを示し、ＳＰＲ表面がディスクの平面に対して、入射角θと等しい角度で傾斜した変形例を示す。光源（ＬＳ）および光検出ユニット（ＬＤＳ）は、ディスクの対向する面上に配置される。 図４ｅは、本発明に係るマイクロ流体ディスクの概略図であって、分かりやすくするために、ディスクの表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）の内ただ１つのセルを示し、ＳＰＲ表面がディスクの平面に対して、入射角θと等しい角度で傾斜した変形例を示す。光源（ＬＳ）および光検出ユニット（ＬＤＳ）は、ディスクの対向する面上に配置される。 図４ｆは、本発明に係るマイクロ流体ディスクの概略図であって、分かりやすくするために、ディスクの表面プラズモン共鳴を測定するための数多くのセル（ＳＰＲ−ＭＣ）の内ただ１つのセルを示し、ＳＰＲ表面がディスクの平面に対して、入射角θと等しい角度で傾斜した変形例を示す。光源（ＬＳ）および光検出ユニット（ＬＤＳ）は、ディスクの対向する面上に配置される。 図５は、いわゆる光学的インターフェイスプレートを用いて、ディスクホルダとマイクロ流体ディスクの間の光学的連結を実現する変形例である。
符号の説明
101 ＳＰＲ検出ユニット、102 ＳＰＲ照射システム（ＩＳ）、104a,204a 入射ビーム、104b,204b 出射ビーム光路、105,205,305,405 ＳＰＲ表面、106 回転部材、107,207,307,407 マイクロ流体ディスク、108,208 ディスクホルダ、117,417 対称軸、118 スピンドル、203,303 光検出サブユニット（ＬＤＳ）、205,305 ＳＰＲ表面／層、209,309,409 検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）、210 マイクロチャンネル構造体、211,311,411 検出ウィンドウ（ＤＷ）、211a 検出ウィンドウの第１の部分、211b 検出ウィンドウの第２の部分、212a 入射面、212b 出射面、220 プレートホルダ、223 光学的インターフェイス、314a レンズシステム、315a 鏡、316 フィルタ、317 光検出手段。

Claims (19)

  1. 回転可能なマイクロ流体ディスクおよび検出ユニットを有する検出装置であって、
    マイクロ流体ディスクは複数のマイクロチャンネル構造体を有し、各マイクロチャンネル構造体は検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）を有し、マイクロ流体ディスクを回転させることにより得られる遠心力を用いて液体を搬送するように設計され、
    この検出装置は、
    ａ）回転軸を有する回転部材と、この回転部材は、
    (i)第１の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）を含む１つ以上のマイクロ流体ディスクと、
    各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）と、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）の内側壁にあるＳＰＲ表面と、ＳＰＲ表面からマイクロ流体ディスクの外側表面まで延びる検出ウィンドウ（ＤＷ）の少なくとも部分（Ｐ１）とを有し、
    すべての表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）の前記部分（Ｐ１）の外側表面は同一の半径距離にあり、
    (ii)各検出ウィンドウ（ＤＷ）を部分的に構成する部分（Ｐ２）を含む回転可能なディスクホルダとを有し、
    ｂ）検出マイクロキャビティ内で起こる現象を測定できる非回転可能なＳＰＲ検出器の形態を有する検出ユニットと、この検出ユニットは、
    (i)光源（ＬＳ）と、
    (ii)光検出サブユニット（ＬＤＳ）とを有し、
    ｃ）光路とを備え、この光路は、
    (i)光源から１つのＳＰＲ表面に関連する検出ウィンドウ（ＤＷ）を介してＳＰＲ表面まで至る入射ビーム光路（ｉｂｐ）と、
    (ii)同一ＳＰＲ表面から前記検出ウィンドウ（ＤＷ）を介して光検出サブユニットまで至る出射ビーム光路（ｒｂｐ）とを有し、
    表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、回転部材を回転させることにより、置換可能であり、
    検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１）およびディスクホルダの前記部分（Ｐ２）は、互いに対向し、
    （ａ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）が前記部分（Ｐ１，Ｐ２）を有し、
    （ｂ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１，Ｐ２）が、光学的インターフェイスを介して互いに接続され、
    （ｃ）入射ビーム光路および出射ビーム光路は、各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）に対する各検出ウィンドウ（ＤＷ）の両方の前記部分（Ｐ１，Ｐ２）を通過することができ、
    各検出ウィンドウ（ＤＷ）の光学的インターフェイスは、マイクロ流体ディスクおよびディスクホルダの間に配設された光学的インターフェイスプレートの内部にあることを特徴とする検出装置。
  2. 回転可能なマイクロ流体ディスクおよび検出ユニットを有する検出装置であって、
    マイクロ流体ディスクは複数のマイクロチャンネル構造体を有し、各マイクロチャンネル構造体は検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）を有し、マイクロ流体ディスクを回転させることにより得られる遠心力を用いて液体を搬送するように設計され、
    この検出装置は、
    ａ）回転軸を有する回転部材と、この回転部材は、
    (i)第１の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）を含む１つ以上のマイクロ流体ディスクと、
    各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）と、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）の内側壁にあるＳＰＲ表面と、ＳＰＲ表面からマイクロ流体ディスクの外側表面まで延びる検出ウィンドウ（ＤＷ）の少なくとも部分（Ｐ１）とを有し、
    すべての表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）の前記部分（Ｐ１）の外側表面は同一の半径距離にあり、
    (ii)各検出ウィンドウ（ＤＷ）を部分的に構成する部分（Ｐ２）を含む回転可能なディスクホルダとを有し、
    ｂ）検出マイクロキャビティ内で起こる現象を測定できる非回転可能なＳＰＲ検出器の形態を有する検出ユニットと、この検出ユニットは、
    (i)光源（ＬＳ）と、
    (ii)光検出サブユニット（ＬＤＳ）とを有し、
    ｃ）光路とを備え、この光路は、
    (i)光源から１つのＳＰＲ表面に関連する検出ウィンドウ（ＤＷ）を介してＳＰＲ表面まで至る入射ビーム光路（ｉｂｐ）と、
    (ii)同一ＳＰＲ表面から前記検出ウィンドウ（ＤＷ）を介して光検出サブユニットまで至る出射ビーム光路（ｒｂｐ）とを有し、
    表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、回転部材を回転させることにより、置換可能であり、
    検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１）およびディスクホルダの前記部分（Ｐ２）は、互いに対向し、
    （ａ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）が前記部分（Ｐ１，Ｐ２）を有し、
    （ｂ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１，Ｐ２）が、光学的インターフェイスを介して互いに接続され、
    （ｃ）入射ビーム光路および出射ビーム光路は、各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）に対する各検出ウィンドウ（ＤＷ）の両方の前記部分（Ｐ１，Ｐ２）を通過することができ、
    （ｄ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ２）がディスクホルダの一部であるガラスからなる独立したプレートの一部であり、
    （ｅ）マイクロ流体ディスクがこのプレートの上面に載置されることを特徴とする検出装置。
  3. 回転可能なマイクロ流体ディスクおよび検出ユニットを有する検出装置であって、
    マイクロ流体ディスクは複数のマイクロチャンネル構造体を有し、各マイクロチャンネル構造体は検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）を有し、マイクロ流体ディスクを回転させることにより得られる遠心力を用いて液体を搬送するように設計され、
    この検出装置は、
    ａ）回転軸を有する回転部材と、この回転部材は、
    (i)第１の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）を含む１つ以上のマイクロ流体ディスクと、
    各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）と、検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）の内側壁にあるＳＰＲ表面と、ＳＰＲ表面からマイクロ流体ディスクの外側表面まで延びる検出ウィンドウ（ＤＷ）の少なくとも部分（Ｐ１）とを有し、
    すべての表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）の前記部分（Ｐ１）の外側表面は同一の半径距離にあり、
    (ii)各検出ウィンドウ（ＤＷ）を部分的に構成する部分（Ｐ２）を含む回転可能なディスクホルダとを有し、
    ｂ）検出マイクロキャビティ内で起こる現象を測定できる非回転可能なＳＰＲ検出器の形態を有する検出ユニットと、この検出ユニットは、
    (i)光源（ＬＳ）と、
    (ii)光検出サブユニット（ＬＤＳ）とを有し、
    ｃ）光路とを備え、この光路は、
    (i)光源から１つのＳＰＲ表面に関連する検出ウィンドウ（ＤＷ）を介してＳＰＲ表面まで至る入射ビーム光路（ｉｂｐ）と、
    (ii)同一ＳＰＲ表面から前記検出ウィンドウ（ＤＷ）を介して光検出サブユニットまで至る出射ビーム光路（ｒｂｐ）とを有し、
    表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、回転部材を回転させることにより、置換可能であり、
    各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ２）は、入射表面および出射表面において、プリズム表面により画定されることを特徴とする検出装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の検出装置であって、
    各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１）は、マイクロ流体ディスクの内部にあることを特徴とする検出装置。
  5. 請求項１〜３のいずれか１に記載の検出装置であって、
    検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１）およびディスクホルダの前記部分（Ｐ２）は、互いに対向することを特徴とする検出装置。
  6. 請求項５に記載の検出装置であって、
    （ａ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）が前記部分（Ｐ１，Ｐ２）を有し、
    （ｂ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１，Ｐ２）が、光学的インターフェイスを介して互いに接続され、
    （ｃ）入射ビーム光路および出射ビーム光路は、各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）に対する各検出ウィンドウ（ＤＷ）の両方の前記部分（Ｐ１，Ｐ２）を通過することができることを特徴とする検出装置。
  7. 請求項６に記載の検出装置であって、
    各検出ウィンドウ（ＤＷ）の光学的インターフェイスは、マイクロ流体ディスクおよびディスクホルダの間に配設された光学的インターフェイスプレートの内部にあることを特徴とする検出装置。
  8. 請求項６または７に記載の検出装置であって、
    （ａ）各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ２）は、ディスクホルダの一部であるガラスからなる独立したプレートの一部であり、
    （ｂ）マイクロ流体ディスクは、当該プレートの上面に載置されることを特徴とする検出装置。
  9. 請求項５〜７のいずれか１に記載の検出装置であって、
    各表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）に関する入射ビーム光路または出射ビーム光路は、ディスクホルダに設けた１つ以上の開口部を通過することを特徴とする検出装置。
  10. 請求項１〜３のいずれか１に記載の検出装置であって、
    マイクロ流体ディスクおよびディスクホルダは、互いに対向してなることを特徴とする検出装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１に記載の検出装置であって、
    ＳＰＲ検出器および回転部材は、互いに対し、その回転軸に対して垂直な方向である半径方向に移動可能であることを特徴とする検出装置。
  12. 請求項１１に記載の検出装置であって、
    マイクロ流体ディスクは、第２の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）を有し、
    第２の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）は、第１の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）と実質的に同一のデザインを有するが、第１の複数の表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）とは異なる半径距離に配置されることを特徴とする検出装置。
  13. 請求項１〜１２のいずれか１に記載の検出装置であって、
    ビーム光路を通過する光ビームの幅は、各ＳＰＲ表面より小さいことを特徴とする検出装置。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１に記載の検出装置であって、
    ＳＰＲ表面および検出ウィンドウ（ＤＷ）を含む表面プラズモン共鳴測定セル（ＳＰＲ−ＭＣ）のいくつかは、対称軸の周りの１つ以上の同心円として環状に配置されることを特徴とする検出装置。
  15. 請求項１〜１４のいずれか１に記載の検出装置であって、
    各検出ウィンドウ（ＤＷ）の前記部分（Ｐ１）は、プラスティック材料からなり、屈折率が１．４５〜１．５５の範囲にあることを特徴とする検出装置。
  16. 請求項１〜１５のいずれか１に記載の検出装置であって、
    各検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）は、同一のマイクロチャンネル構造体の一部であるか、あるいは互いに異なるマイクロチャンネル構造体の一部であることを特徴とする検出装置。
  17. 請求項１〜１６のいずれか１に記載の検出装置であって、
    ディスクホルダは、入射ビーム光路の入射表面と出射ビーム光路の出射表面を有し、
    入射表面および出射表面は、入射光および反射光の光軸に対して実質的に垂直であることを特徴とする検出装置。
  18. 請求項１〜１７のいずれか１に記載の検出装置であって、
    負圧により、マイクロ流体ディスクがディスクホルダ内に保持されることを特徴とする検出装置。
  19. 請求項１〜１８のいずれか１に記載の検出装置の使用であって、
    ａ）１つ以上の検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）の中の内容物が液体、固相、または気体であるかどうか、および／または
    ｂ）１つ以上の検出マイクロキャビティ（ＤＭＣ）内にある液体中に存在するアナライトの未確認の特性を特定することを特徴とする検出装置の使用。
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