JP4460405B2 - 全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置 - Google Patents

全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置 Download PDF

Info

Publication number
JP4460405B2
JP4460405B2 JP2004272958A JP2004272958A JP4460405B2 JP 4460405 B2 JP4460405 B2 JP 4460405B2 JP 2004272958 A JP2004272958 A JP 2004272958A JP 2004272958 A JP2004272958 A JP 2004272958A JP 4460405 B2 JP4460405 B2 JP 4460405B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
ligand
flow path
measurement
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004272958A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2006090717A (ja
Inventor
勝明 村石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2004272958A priority Critical patent/JP4460405B2/ja
Priority to DE200560007817 priority patent/DE602005007817D1/de
Priority to EP20050020465 priority patent/EP1637869B1/en
Priority to US11/230,504 priority patent/US7534624B2/en
Publication of JP2006090717A publication Critical patent/JP2006090717A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4460405B2 publication Critical patent/JP4460405B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5085Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above for multiple samples, e.g. microtitration plates
    • B01L3/50855Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above for multiple samples, e.g. microtitration plates using modular assemblies of strips or of individual wells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55Specular reflectivity
    • G01N21/552Attenuated total reflection
    • G01N21/553Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/0099Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor comprising robots or similar manipulators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/026Fluid interfacing between devices or objects, e.g. connectors, inlet details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14Process control and prevention of errors
    • B01L2200/142Preventing evaporation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0636Integrated biosensor, microarrays
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04Details of the conveyor system
    • G01N2035/0474Details of actuating means for conveyors or pipettes
    • G01N2035/0482Transmission
    • G01N2035/0484Belt or chain
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/04Details of the conveyor system
    • G01N2035/0474Details of actuating means for conveyors or pipettes
    • G01N2035/0482Transmission
    • G01N2035/0487Helix or lead screw
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/1048General features of the devices using the transfer device for another function
    • G01N2035/1062General features of the devices using the transfer device for another function for testing the liquid while it is in the transfer device
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/02Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations
    • G01N35/028Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a plurality of sample containers moved by a conveyor system past one or more treatment or analysis stations having reaction cells in the form of microtitration plates
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1081Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices characterised by the means for relatively moving the transfer device and the containers in an horizontal plane
    • G01N35/109Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices characterised by the means for relatively moving the transfer device and the containers in an horizontal plane with two horizontal degrees of freedom
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S435/00Chemistry: molecular biology and microbiology
    • Y10S435/808Optical sensing apparatus
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S436/00Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10S436/805Optical property

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Description

本発明は、リガンドとアナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置に関するものである。
透明な誘電体上に形成された薄膜の一方の面であるセンサ面上において試料の反応を生じさせ、前記センサ面の裏面の光入射面に全反射条件を満たすように光を入射し、その反射光の減衰状況に基づいて前記反応を測定する全反射減衰を利用した測定装置が知られており、その1つに、表面プラズモン共鳴現象を利用した測定装置がある。
金属中では、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。プラズモンとは、この粗密波を量子化した表現であり、このうち、金属の表面に発生する粗密波が表面プラズモンと呼ばれる。この表面プラズモンは金属の表面に沿って進む。表面プラズモン共鳴(Surface Plasmon Resonance)現象を利用した測定装置(以下、SPR測定装置という)は、透明な誘電体上に形成された薄膜として金属膜を使用し、この金属膜の一方の面をセンサ面として、このセンサ面に表面プラズモン共鳴(以下、SPRという)を発生させ、そこで生じる物質の反応状況を表面プラズモン共鳴現象を検出することにより測定する装置である。
金属膜のセンサ面の裏面から、全反射条件を満足するように(臨界角以上の入射角で)光を照射すると、その光入射面において全反射が起こるが、入射光のうちわずかな光は反射せずに金属膜内を通過して、センサ面に染み出す。この染み出した光波がエバネッセント波と呼ばれる。このエバネッセント波と表面プラズモンの振動数が一致して共鳴すると(SPRが発生すると)、反射光の強度が大きく減衰する。SPR測定装置は、前記光入射面で反射する反射光の減衰を捉えることにより、その裏側のセンサ面で発生するSPRを検出する。
SPRを発生させるための光の入射角(共鳴角)は、エバネッセント波および表面プラズモンが伝播する媒質の屈折率に依存する。言い換えると、媒質の屈折率が変化すれば、SPRを発生させる共鳴角が変化する。センサ面と接する物質は、エバネッセント波および表面プラズモンを伝播させる媒質となるので、例えば、センサ面において、2種類の分子間の結合や解離などの反応が生じると、それが媒質の屈折率の変化として顕れて、共鳴角が変化する。SPR測定装置は、この共鳴角の変化を捉えることにより分子間の相互作用を測定する。
このSPR測定装置は、例えば、タンパク質やDNAなどの生化学物質の相互作用を調べたり、薬品のスクリーニングを行ったりするなど、生化学分野を代表とした各種研究に用いられる。生化学分野の研究においては、タンパク質、DNA、薬品などが、リガンドやアナライトとして使用される。例えば、薬品のスクリーニングを行う場合には、リガンドとして、タンパク質などの生体物質を使用し、このセンサ面にアナライトとなる複数種類の薬品を接触させて、それらの相互作用を調べる。
下記特許文献1に記載のSPR測定装置は、金属膜に光を入射させるための光学系として、Kretschmann配置を採用している。Kretschmann配置では、金属膜の光入射面と、この光入射面に向けて全反射条件を満足するように照射された光を集光するプリズムとが接合される。センサ面には、リガンドが固定され、センサ面と対向する位置には、アナライトを流す流路が配置される。この流路にアナライトを送液して、アナライトとリガンドとを接触させ、そのときのSPRの発生を検出することによりそれらの相互作用が測定される。
下記特許文献1記載のSPR測定装置では、装置本体にプリズムと流路とが配置された測定ステージが設けられており、この測定ステージに、透明な誘電体であるガラス基板上に金属膜を形成した略平板上のチップ型のSPRセンサ(以下、単にチップ型センサという)を装着して、測定が行われる。このチップ型センサは、前記装置本体に着脱自在であり、センサ面と装置本体の流路とが対向し、光入射面とプリズムとが対向するように、装着される。測定を行う前には前処理として、チップ型センサの金属膜上にリガンドを固定する処理(リガンド固定処理)が行われるが、下記特許文献1記載のSPR装置では、このリガンド固定処理についても、チップ型センサを測定ステージに装着した状態で行われる。
このチップ型センサは、センサ面が露出されており、前記流路は、センサ面と対向する部位が開放されている。このため、チップ型センサが測定ステージに装着されると、センサ面によって流路の開放部位が覆われて、流路が密閉される。これにより、流路への送液が可能となる。こうした状態で、流路へリガンドを注入して固定処理が行われ、引き続きアナライトが注入されて測定処理が行われる。
特開平6−167443号公報
しかしながら、チップ型センサを用いて上述した方法で測定する場合、通常、1つのセンサについて固定処理と測定処理を続けて行うため、複数のセンサに対して測定を行う場合には、測定処理の作業効率(スループット)を上げることができない。すなわち、固定処理は測定ステージで行われるので、固定を行っている間、当該測定ステージで測定処理を行うことはできないので、1つのセンサに対する測定処理の時間は、固定処理時間が律速となり、スループットを上げることができない。固定処理は、測定処理に比べて非常に時間がかかるので、これに対する対策が強く望まれていた。
そこで、測定処理のスループットを向上させるために、複数のセンサに対して一括して固定を行い、その後、固定済みの複数のセンサについて順次測定処理を行う方法が考えられる。この場合には、センサを測定ステージに装着して固定を行い、固定が完了した固定済みのセンサを、測定を行わずにいったん測定ステージから取り外し、未固定のセンサを測定ステージに装着して固定を行う。こうした作業を繰り返して、複数のセンサに対する固定が行われる。その後、固定済みのセンサを測定ステージに順次再装着して、それぞれについて測定処理が行われる。こうすれば、時間のかかる固定処理を測定処理の前にまとめて行っておくことができるので、測定処理のスループットを向上させることができる。
しかし、チップ型センサは、測定ステージから取り外すと、センサ面が外部に露呈されるため、揮発により乾燥が進み、センサ面を湿潤な状態に保つことができなかった。ところが、リガンドとして用いられる物質(例えば、タンパク質)の中には、乾燥が進むと、その物質が本来持っている機能(例えば、酵素機能や、他の物質との結合機能など)が失われてしまう場合がある。リガンドがこのような物質の場合には、固定後測定までの間に乾燥が進むと、それらの物質の特性を正確に把握することができなくなってしまう。
また、乾燥により機能が失われるまでに至らない物質であっても、いったん乾燥が進むと、再度液体に浸しても、すぐには元の状態に復帰しないので、測定開始直後は本来生じるべき反応が生じず、信号が不安定になってしまう。信号が安定するまでの間にはしばらく時間がかかるので、その分測定時間が長時間化する。
このように、固定から測定開始までの間にいったんリガンドを乾燥させると、測定時において上述した種々の不都合が生じるおそれがあり、こうした不都合を防止する対策が望まれていた。
本発明は、固定から測定までの間、センサ面を湿潤な状態に保つことができる全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置を提供することを目的とする。
本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体上に形成され一方の面がリガンドとアナライトの反応を検知するためのセンサ面となる薄膜を持つセンサを用い、前記センサ面にリガンドを固定するとともに、前記センサ面の裏側の光入射面に全反射条件を満たすように光源から光を入射させ、前記センサ面にアナライトを接触させたときの前記光の反射光の減衰状況を検出して、前記リガンドと前記アナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、前記センサとして、前記薄膜と、前記センサ面と対向する位置に配置され前記アナライトが送液される流路とが一体化されたセンサユニットを用い、このセンサユニットを固定ステージにセットして、前記流路にリガンドを注入して前記センサ面にリガンドを固定化するリガンド固定化処理であって、前記固定ステージ内の複数の前記センサユニットに対して一括して行うリガンド固定化処理と、この後、前記センサ面に固定されたリガンドの乾燥を防止する乾燥防止液を前記流路に注入する乾燥防止液注入処理であって、前記固定ステージ内の前記リガンド固定化処理が完了した複数の前記センサユニットに対して一括して行う乾燥防止液注入処理と、前記リガンド固定化処理及び前記乾燥防止液注入処理が完了し、前記センサ面を乾燥防止液に浸した状態で、複数の前記センサユニットを前記固定ステージから測定ステージへ順次送り、この測定ステージ上で前記流路から前記乾燥防止液を排出する乾燥防止液排出処理と、前記乾燥防止液を排出した後、順次測定を行う測定処理とからなることを特徴とする。
前記リガンド固定後に前記流路へいったん注入された前記乾燥防止液は、前記測定ステージにセットされるまでの間、前記流路外へ排出されないことが好ましい。
前記センサユニットを測定ステージにセットした後、前記流路内に前記乾燥防止液を残した状態で前記流路内へ別の液体を注入し、この液体で前記乾燥防止液を前記流路外へ押し出すことにより排出することが好ましい。
前記センサユニットには前記流路の液注入口を覆う蓋が取り付けられており、この蓋に形成され前記液注入口に対応する位置に配置されたスリットに対して、前記リガンド、前記乾燥防止液、前記バッファ液及びアナライトの前記各液を供給するためのピペットが挿入されて、前記各液が前記流路へ注入されることが好ましい。
前記乾燥防止液としては、バッファ液、生理的塩類溶液、純水のいずれかが用いられることが好ましい。
前記センサは、例えば、前記薄膜として金属膜が使用され、前記センサ面に表面プラズモン共鳴を発生させるSPRセンサである。
本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体上に形成され一方の面がリガンドとアナライトの反応を検知するためのセンサ面となる薄膜を持つセンサを用い、この薄膜上にリガンドを固定し、前記センサ面の裏側の光入射面に全反射条件を満たすように光源から光を入射させ、前記センサ面にアナライトを接触させたときの前記光の反射光の減衰状況を検出して、前記リガンドと前記アナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定装置において、前記センサとして、前記薄膜と、前記センサ面と対向する位置に配置され前記アナライトが送液される流路とが一体化された複数のセンサユニットがセットされ、これら各センサユニットの各流路へリガンドを注入して前記センサ面にリガンドを固定する固定ステージと、前記リガンドの固定が完了した後、この固定ステージ内の複数のセンサユニットの各流路へ、前記リガンドの乾燥を防止する乾燥防止液を注入する乾燥防止液注入手段と、前記センサ面を乾燥防止液に浸した状態で前記固定ステージから送られた前記センサユニットがセットされ、このセンサユニットの流路に対してアナライトを送液して測定を行う測定ステージと、前記測定ステージにセットされた前記センサユニットに対して前記アナライトを送液する前に、前記流路から前記乾燥防止液を排出する乾燥防止液排出手段とが設けられたことを特徴とする。
前記固定ステージと前記測定ステージとを、それぞれ別筐体に設けることが好ましい。
前記センサは、例えば、前記薄膜として金属膜が使用され、前記センサ面に表面プラズモン共鳴を発生させるSPRセンサである。
本発明は、センサとして、前記薄膜と、前記センサ面と対向する位置に配置され前記アナライトが送液される流路とが一体化されたセンサユニットを用い、このセンサユニットを固定ステージにセットして、前記流路にリガンドを注入して前記センサ面にリガンドを固定化するリガンド固定化し、この後、前記センサ面に固定されたリガンドの乾燥を防止する乾燥防止液を前記流路に注入する乾燥防止液を注入し、前記センサ面を乾燥防止液に浸した状態で前記センサユニットを前記固定ステージから測定ステージへ送り、この測定ステージ上で前記流路から前記乾燥防止液を排出し、前記乾燥防止液を排出した後、測定を行うようにした。センサ面と流路とが一体化されたセンサユニットを用いているので、センサ面を湿らせた状態で(乾燥させることなく)測定ステージへセットすることが可能となり、固定から測定までの間、センサ面を湿潤な状態に保つことができる。これにより、センサ面の乾燥が防止されるので、試料となる物質の機能が失われることがなくなり、精度の高い測定を行うことができる。また、信号が安定化するまでの待ち時間も短縮されるので、測定処理のスループットの向上も期待できる。また、乾燥による不具合が懸念される物質に対しても、複数のセンサユニットに対して一括固定をした後、測定を行うことができるので、これによる測定処理のスループットの向上も期待できる。
図1に示すように、SPRを利用した測定方法は、大きく分けて、固定工程と、測定処工程(データ読み取り工程)と、データ解析工程との3つの工程からなる。SPR測定装置は、固定工程を行う固定機10と、測定工程を行う測定機11と、測定機11によって得られたデータを解析するデータ解析機91(図4参照)からなる。
測定は、SPRセンサであるセンサユニット12を用いて行われる。センサユニット12は、一方の面がSPRが発生するセンサ面13aとなる金属膜13と、このセンサ面13aの裏面の光入射面13bと接合されるプリズム14と、前記センサ面13aと対向して配置され、リガンドやアナライトが送液される流路16とを備えている。
金属膜13としては、例えば、金が使用され、その膜厚は、例えば、500オングストロームである。この膜厚は、金属膜の素材、照射される光の発光波長などに応じて適宜選択される。プリズム14は、その上面に前記金属膜13が形成される透明な誘電体であり、光入射面13bに向けて、全反射条件を満たすように照射された光を集光する。流路16は、略U字形に屈曲された送液管であり、液体を注入する注入口16aと、それを排出する排出口16bとを持っている。流路16の管径は、例えば、約1mm程度であり、注入口16aと排出口16bの間隔は、例えば、約10mm程度である。
また、流路16の底部は、開放されており、この開放部位はセンサ面13aによって覆われて密閉される。これら流路16とセンサ面13aによってセンサセル17が構成される。後述するように、センサユニット12は、こうしたセンサセル17を複数個備えている(図2参照)。
固定工程は、センサ面13aにリガンドを固定する工程である。固定工程は、センサユニット12を固定機10にセットして行われる。固定機10には、1対のピペット19a,19bからなるピペット対19が設けられている。ピペット対19は、各ピペット19a,19bが、注入口16aと排出口16bのそれぞれに挿入される。各ピペット19a,19bは、それぞれが流路16への液体の注入と、流路16からの吸い出しを行う機能を備えており、一方が注入動作を行っているときには、他方が吸い出し動作を行うというように、互いに連動する。このピペット対19を用いて、注入口16aから、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液21が注入される。
センサ面13aのほぼ中央部には、リガンドと結合するリンカー膜22が形成されている。このリンカー膜22は、センサユニット12の製造段階において予め形成される。リンカー膜22は、リガンドを固定するための固定基となるので、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。
リガンド溶液21を注入するリガンド固定化処理を行う前に、前処理として、まず、リンカー膜22に対して、固定用バッファ液を送液してリンカー膜22を湿らせた後、リンカー膜22へリガンドが結合しやすくするためにリンカー膜22の活性化処理が施される。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜22としてカルボキシメチルデキストランが使用され、リガンド内のアミノ基をこのデキストランに直接共有結合させる。この場合の活性化液としては、N’−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドヒドロクロリド(EDC)とN−ヒドロキシコハク酸イミド(NHS)との混合液が使用される。この活性化処理の後、固定用バッファによって流路16が洗浄される。
固定用バッファや、リガンド溶液21の溶媒(希釈液)としては、例えば、各種のバッファ液(緩衝液)の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ph値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンドとして生体物質を使用する場合には、phを中性付近に調整した生理的食塩水が使用される場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜22は、カルボキシメチルデキストランにより負(マイナス)に帯電するので、このリンカー膜22と結合しやすいようにタンパク質を陽(プラス)に帯電させるため、生理的とはいえない高濃度のリン酸塩を含む緩衝作用の強いリン酸緩衝溶液(PBS:phosphate−buffered,saline)などが使用される場合もある。
こうした活性化処理及び洗浄が行われた後、センサセル17へリガンド溶液21が注入されてリガンド固定化処理が行われる。リガンド溶液21が流路16へ注入されると、溶液中で拡散しているリガンド21aが徐々にリンカー膜22へ近づいて、結合する。こうしてセンサ面13aにリガンド21aが固定される。固定化には、通常、約1時間程度かかり、この間、センサユニット12は、温度を含む環境条件が所定の条件に設定された状態で、保管される。なお、固定化が進行している間、流路16内のリガンド溶液21を静置しておいてもよいが、流路16内のリガンド溶液21を攪拌して流動させることが好ましい。こうすることで、リガンドとリンカー膜22との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。
センサ面13aへのリガンド21aの固定化が完了すると、前記流路16からリガンド溶液21が排出される。リガンド溶液21は、ピペット19bによって吸い出されて排出される。固定化が完了したセンサ面13aは、流路16へ洗浄液が注入されて洗浄処理が行われる。この洗浄後、必要に応じて、ブロッキング液を流路16へ注入して、リンカー膜22のうち、リガンドが結合しなかった反応基を失活させるブロッキング処理が行われる。ブロッキング液としては、例えば、エタノールアミン−ヒドロクロライドが使用される。このブロッキング処理の後、再び流路16が洗浄される。この後、後述するように、流路16には、乾燥防止液が注入される。こうして、センサユニット12は、センサ面13aが乾燥防止液に浸された状態で、測定までの間保管される。
測定工程は、センサユニット12を測定機11にセットして行われる。測定機11にも、固定機10のピペット対19と同様のピペット対26が設けられている。このピペット対26によって、注入口16aから、流路16へ各種の液が注入される。測定工程では、まず、流路16へ測定用バッファが注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液27を注入し、その後、再び測定用バッファが注入される。なお、最初に測定用バッファを注入する前に、いったん流路16の洗浄を行ってもよい。データの読み取りは、基準となる信号レベルを検出するために、最初に測定用バッファを注入した直後から開始され、アナライト溶液27の注入後、再び測定用バッファが注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベルの検出、アナライトとリガンドの反応状況(結合状況)、測定用バッファ注入による結合したアナライトとリガンドの脱離までの信号を測定することができる。
また、図示しないが、リンカー膜22上には、リガンドが固定されアナライトとリガンドとの反応が生じる反応領域(act)と、リガンドが固定されず、前記反応領域の信号測定に際しての参照信号を得るためのリファレンス領域(ref)とが形成される。このリファレンス領域は、上述したリンカー膜22を製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー膜22に対して表面処理を施して、リンカー膜22の半分程度の領域について、リガンドと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー膜22の半分が反応領域となり、残りの半分がリファレンス領域となる。
これら各領域のact信号とref信号は、基準レベルの検出から結合反応を経て脱離に至るまで、同時に計測される。データ解析は、こうして得られたact信号とref信号の差や比を求めて行われる。データ解析機91は、例えば、act信号とref信号との差分データを求め、この差分データを測定データとし、これに基づいて解析を行う。こうすることで、センサユニットや各センサセルの個体差や、装置の機械的な変動や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることが可能となり、S/N比の良好な信号が得られる。
測定用バッファや、アナライト溶液27の溶媒(希釈液)としては、例えば、各種のバッファ液(緩衝液)の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ph値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、アナライトを溶けやすくするために、生理的食塩水にDMSO(ジメチル−スルホ−オキシド)を含ませてもよい。このDMSOは、信号レベルに大きく影響する。上述したとおり測定用バッファは基準レベルの検出に用いられるので、アナライトの溶媒中にDMSOが含まれる場合には、そのDMSO濃度と同程度のDMSO濃度を持つ測定用バッファを使用することが好ましい。
なお、アナライト溶液27は、長期間(例えば、1年)保管されることも多く、そうした場合には、経時変化によって、初期のDMSO濃度と測定時のDMSO濃度との間に濃度差が生じてしまう場合がある。厳密な測定を行う必要がある場合には、こうした濃度差をアナライト溶液27を注入したときのref信号レベルから推定し、測定データに対して補正(DMSO濃度補正)が行われる。このDMSO濃度補正のための補正データは、アナライト溶液27を注入する前に、DMSO濃度が異なる複数種類の測定用バッファをセンサセル17に注入して、このときのDMSO濃度変化に応じた、ref信号レベルとact信号レベルのそれぞれの変化量を調べることにより求められる。
測定部31は、照明部32と検出器33からなる。上述したとおり、リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角(光入射面に対して照射された光の入射角)の変化として顕れるので、照明部32は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を光入射面13bに対して照射する。照明部32は、例えば、光源34と、集光レンズ、拡散板、偏光板を含む光学系36とからなり、配置位置および設置角度は、照明光の入射角が、上記全反射条件を満足するように調整される。
光源34としては、例えば、LED(Light Emitting Diode),LD(Laser Diode),SLD(Super Luminescent Diode)などの発光素子が使用される。こうした発光素子を1個使用し、この単一光源から1つのセンサセルに向けて光が照射される。なお、複数のセンサセルを同時に測定するような場合には、単一光源からの光を分光して複数のセンサセルに照射してもよいし、各センサセルに対して発光素子が1つずつ割り当てられるように複数の発光素子を並べて使用してもよい。拡散板は、光源34からの光を拡散して、発光面内の光量ムラを抑える。偏光板は、照射光のうち、SPRを生じさせるp偏光のみを通過させる。なお、LDを使用する場合など、光源が発する光線自体の偏光の向きが揃っている場合には、偏光板は不要である。また、偏光が揃っている光源を使用した場合でも、拡散板を通過することにより、偏光の向きが不揃いになってしまう場合には、偏光板を使用して偏光の向きが揃えられる。こうして拡散および偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム14に照射される。これにより、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光線を光入射面13bに入射させることができる。
検出器33は、光入射面13bで反射する光を受光して、その光強度を検出する。光入射面13bには、様々な角度で光線が入射するので、光入射面13bでは、それらの光線が、それぞれの入射角に応じて様々な反射角で反射する。アナライトとリガンドの反応状況に応じて共鳴角が変化すると、光強度が減衰する反射角も変化する。検出器33は、例えば、CCDエリアセンサが使用され、この反射角の変化を、受光面内における反射光の減衰位置の推移として捉える。検出器33は、こうして得た、反応状況を表す測定データを、データ解析機91に出力する。データ解析工程では、測定機11で得た測定データを解析して、アナライトの特性を分析する。
なお、測定部31の構成が明確になるように、便宜的に、図上、光入射面13bへの入射光線およびそこで反射する反射光線の向きが、流路16内の液体の流れ方向と平行になるように、照明部32および検出器33を配置した形態で示しているが、本実施形態では、入射光線および反射光線の向きが、前記流れ方向と直交する方向に照射されるように、照明部32および検出器33が配置される(図4参照)。もちろん、測定部31をこの図1に示しているように配置して測定してもよい。
図2は、センサユニット12の分解斜視図である。センサユニット12は、流路16が形成される流路部材41と、上面に金属膜13が形成されたプリズム14と、流路部材41を、その底面をプリズム14の上面と接合させた状態で、保持する保持部材42と、保持部材42の上方に配置される蓋部材43とからなる。
流路部材41には、例えば、3つの流路16が形成されている。流路部材41は、長尺状をしており、3つの流路16は、その長手方向に沿って配列されている。この流路16は、その底面に接合される金属膜13とともにセンサセル17(図1参照)を構成する。そのため、流路部材41は、金属膜13との密着性を高めるために、弾性部材、例えば、ゴムや、PDMS(ポリジメチルシリコン)で形成されている。これにより、流路部材41の底面をプリズム14の上面に圧接すると、流路部材41が弾性変形して金属膜13との接合面の隙間が埋められて、各流路16の開放された底部がプリズム14の上面によって水密に覆われる。なお、本例では、流路16の数が3つの例で説明したが、もちろん、流路16の数は、3つに限らず、1つまたは2つであってもよいし、4つ以上でもよい。

プリズム14には、その上面に、蒸着によって金属膜13が形成される。この金属膜13は、流路部材41に形成された複数の流路16と対向するように短冊状に形成される。さらに、この金属膜13の上面(センサ面13a)には、各流路16に対応する部位に、リンカー膜22が形成される。また、プリズム14の長手方向の両側面には、保持部材42の係合部42aと係合する係合爪14aが設けられている。これらの係合により、流路部材41が保持部材42とプリズム14とによって挟み込まれ、その底面とプリズム14の上面とが圧接した状態で保持される。こうして、流路部材41、金属膜13およびプリズム14が一体化される。
また、プリズム14の短辺方向の両端部には、突部14bが設けられている。後述するように、センサユニット12は、ホルダ52(図3参照)に収納された状態で、固定が行われる。突部14bは、ホルダ52と係合することにより、センサユニット12をホルダ内の所定の収納位置に位置決めするためのものである。
保持部材42の上部には、各流路16の注入口16aおよび排出口16bに対応する位置に、ピペット(19a,19b,26a,26b)の先端が進入する受け入れ口42bが形成されている。受け入れ口42bは、ピペットから吐出される液体が各注入口16aへ導かれるように、漏斗形状をしている。保持部材42が流路部材41を挟み込んでプリズム14と係合すると、受け入れ口42bの下面は、注入口16aおよび排出口16bと接合して、受け入れ口42bと流路16とが連結される。
また、これら各受け入れ口42bの両脇には、円筒形のボス42cが設けられている。これらのボス42cは、蓋部材43に形成された穴43aと嵌合して、蓋部材43を位置決めするためのものである。蓋部材43は、受け入れ口42bおよびボス42cに対応する位置に穴が空けられた両面テープ44によって、保持部材42の上面に貼り付けられる。
蓋部材43は、流路16に通じる受け入れ口42bを覆うことで、流路16内の液体の蒸発を防止する。蓋部材43は、弾性部材、例えば、ゴムやプラスチックで形成されており、各受け入れ口42bに対応する位置に、十字形のスリット43bが形成されている。蓋部材43は、流路16内の液体の蒸発を防止するためのものであるから、受け入れ口42bを覆う必要があるが、完全に覆ってしまっては、ピペットを受け入れ口42bに挿入することができない。そこで、スリット43bを形成することで、ピペットの挿入を可能とするとともに、ピペットを挿入していない状態では、受け入れ口42bが塞がれるようにしている。スリット43bは、ピペットが押し込まれると、スリット43bの周辺が弾性変形(図1参照)して、スリット43bの口が大きく開いて、ピペットを受け入れる。そして、ピペットを抜くと、弾性力によってスリット43bが初期状態に復帰して、受け入れ口42bを塞ぐ。
図3に示すように、固定機10は、筐体のベースとなる筐体ベース50上に、複数のセンサユニット12を載置する載置スペース51が確保されている。センサユニット12は、この載置スペース51で載置された状態で固定工程のすべての処理が施される。したがって、この載置スペース51は、センサユニット12に対して固定工程を実行する固定ステージとなる。
センサユニット12は、ホルダ52に収納された状態で固定機10にセットされる。ホルダ52は、センサユニット12を複数個(例えば、8個)収納できるようになっている。ホルダ52には、センサユニット12の突部14bと嵌合して、センサユニット12を位置決めする嵌合部が設けられている。また、ホルダ52の底部は、センサユニット12の両端部を支持する支持部を除いて、開口になっている。後述するように、測定工程において、センサユニット12をホルダ52から取り出す場合には、この開口から押し上げ部材81a(図4参照)が挿入されてセンサユニット12が押し上げられる。
載置スペース51には、ホルダ52を、例えば、10個並べて配置することができるようになっており、その数に応じた台座53が設けられている。各台座53上には、ホルダ52を位置決めする位置決め用のボスが設けられている。
固定機10には、ヘッド本体にピペット対19を3組連装したピペットヘッド54が設けられている。このピペットヘッド54が、載置スペース51に配列されたセンサユニット12にアクセスして、液体の注入や排出を行う。ピペットヘッド54には、ピペット対19が3組設けられているので、1つのセンサユニット12に含まれる3つのセンサセル17に対して同時に液体を注入(および排出)することができる。固定機10には、図示しないコントローラが設けられており、このコントローラによって、各ピペット対19の吸い込みや吐き出しの動作に関して、そのタイミング、吸い込み量および吐き出し量などが、ピペットヘッド54ごとにそれぞれ制御される。
筐体ベース50には、このピペットヘッド54をX、Y、Zの3方向に移動させるヘッド移動機構56が設けられている。ヘッド移動機構56は、例えば、搬送ベルト、プーリ、キャリッジ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、ピペットヘッド54を上下させる昇降機構と、この昇降機構ごとピペットヘッド54をY方向へ移動自在に保持するガイドレール58を含むY方向移動機構と、前記ガイドレール58を両端で保持し、ガイドレール58毎、ピペットヘッド54をX方向へ移動させるX方向移動機構とからなる。ヘッド移動機構56は、コントローラによって制御されており、コントローラは、このヘッド移動機構56を駆動して、ピペットヘッド54の上下左右の位置を制御する。
筐体ベース50上には、流路16へ注入する種々の液体(リガンド溶液、洗浄液、固定用バッファ,乾燥防止液,活性化液,ブロッキング液など)を保管する複数の液保管部61が設けられている。液保管部61の数は、使用する液体の種類に応じて決定される。各液保管部61には、挿入口が6個並べて設けられている。この挿入口の数および配列ピッチは、ピペットヘッド54のピペットの数と配列ピッチに応じて決められる。ピペットヘッド54は、センサセル17へ液体を注入する場合には、各液保管部61へアクセスして、所望の液体を吸い込み、その後、載置スペース51へ移動して、センサユニット12へ注入する。
また、筐体ベース50上には、ピペットチップ62を保管するピペットチップ保管部63が設けられている。ピペットチップ62は、ピペット19a,19bの先端部に交換可能に取り付けられる。ピペットチップ62は、液体と直接接触するので、このピペットチップ62を介して異種の液体の混液が生じないように、使用する液体毎に交換される。各ピペット19a,19bには、ピペットチップ62のピックアップとリリースを行う機構が設けられており、ピペットチップ62の交換が自動的に行われるようになっている。ピペットチップ62を交換する際には、ピペットヘッド54は、まず、使用済みのピペットチップ62を図示しない廃却部でリリースし、この後、ピペットチップ保管部63にアクセスして未使用のピペットチップ62をピックアップする。
また、符合64は、複数のウエル状の升がマトリックスに配列されたウエルプレートであり、ピペットで吸い上げた液体を一時的に保管したり、複数種類の液体を混合して混合液を調整する際に用いられる。
固定を開始する際には、固定機10の筐体はカバー(図示せず)によって覆われて、載置スペース51を含む固定機10の内部は、外部から遮蔽される。固定機10内の温度は、温度調節器(図示せず)によって調節が可能になっている。センサセル17にリガンドを注入後、センサ面13aへのリガンド21aの固定化が完了するまでの間、センサユニット12は、載置スペース51上で所定時間保管される。この保管中に、必要に応じて流路16内のリガンド溶液21が攪拌される。この間の固定化の進行度合いは、センサユニット12の環境条件(温度)によって左右される。そのため、温度調節器によって固定機10の内部温度が所定の温度に保たれる。設定される温度や静置時間などは、リガンド21aの種類などに応じて適宜決められる。
固定が完了すると、センサセル17に対して、バッファ(洗浄液)が注入される。バッファは、センサセル17をリガンド溶液で満たしたままの状態で、バッファを吸い込んだピペット19aをスリット43bへ挿入して、センサセル17へ注入される。バッファが注入口16aから流路へ吐き出されると、流路16に注入済みのリガンド溶液が排出口16bに向けて押し出されて、排出される。そして、ピペット19aの注入動作に連動して吸い込み動作を行うピペット19bによって、排出されるバッファが吸い込まれる。これにより、センサセル17内の液の置換(入れ替え)が行われる。
そして、洗浄が終了した後、上記と同様の手順によって、センサセル17に対して、リガンド21aの乾燥を防止する乾燥防止液が注入されて、すでに注入済みのバッファと、新たに注入された乾燥防止液との置換が行われる。この置換が終了したセンサユニット12は、リガンド21aが固定されたセンサ面13aが乾燥防止液に浸された状態で、ホルダ52毎、測定機11へ受け渡される。これにより、測定が開始されるまでの間、リガンドが乾燥してしまうことはない。
乾燥防止液としては、例えば、各種のバッファ液(緩衝液)の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ph値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。この乾燥防止液は、リガンド21aの乾燥を防止するためのものであるから、センサ面13a上のリガンド21aを浸すだけの量を注入すれば足りるが、蒸発する分を考慮して、少し多めに、例えば、流路16を満たす程度の量を注入しておくとよい。
図4に示すように、測定機11は、ホルダ搬送機構71、ピックアップ機構72、ヘッド移動機構73、測定ステージ74からなり、これらの各部が筐体75に収容されている。ホルダ搬送機構71は、搬送ベルト76と、この搬送ベルト76に取り付けられたキャリッジ77と、このキャリッジ77に取り付けられ、固定済みのセンサユニット12が収納されたホルダ52を載置するプレート78とからなる。ホルダ搬送機構71は、ホルダ52が載置されたプレート78をX方向へ移動させることにより、ホルダ52内の各センサユニット12を、ピックアップ機構72がピックアップするピックアップ位置へ運ぶ。
ピックアップ機構72は、ホルダ52からセンサユニット12をピックアップする機構であり、ホルダ52に収納されたセンサユニット12を下方から上方に向けて押し上げる押し上げ機構81と、この押し上げ機構81によってホルダ52の上方に押し上げられたセンサユニット12を両脇から挟み込んで保持するハンドリングヘッド82とからなる。
上述したとおり、ホルダ52の底部は開口になっており、また、プレート78も、その開口に対応する位置が中空になっている。押し上げ機構81は、プレート78の下方から上昇して、プレート78を通過し、ホルダ52の開口へ進入してセンサユニット12の底面と当接して、これを押し上げる押し上げ部材81aと、この押し上げ部材81aを駆動して上下に昇降させる押し上げ部材駆動機構81bとからなる。
ハンドリングヘッド82は、センサユニット12を挟み込む1対の爪が設けられており、この爪でセンサユニット12を掴んで保持する。ハンドリングヘッド82は、ヘッド本体82aがナット84を介してボールネジ86に取り付けられており、ホルダ53上方のピックアップ位置と、測定ステージ74との間で移動自在に設けられている。ハンドリングヘッド82は、ピックアップ位置でセンサユニット12を掴み、それを保持した状態でY方向へ移動して、センサユニット12を測定ステージ74へ運ぶ。また、測定が終了した後、ピックアップ位置へ復帰して、使用済みのセンサユニット12をホルダ53上でリリースしてホルダ53へ戻す。
測定ステージ74には、センサユニット12が配置される位置の下方に、照明部32と、検出器33とが配置されている。センサユニット12は、複数のセンサセル17を有しており、測定は各センサセル17毎に行われる。測定ステージ74では、センサユニット12を各センサセル17の配列ピッチでY方向に移動させることにより、各センサセル17を、照明部32の光路上の測定位置に順次進入させる。
なお、この図に示すように、センサユニット12へ照射される入射光線およびセンサ面13aで反射する反射光線の向きと、センサセル17の配列方向、すなわち、流路16の水平部分の流れ方向とが直交するように、照明部32および検出器33が配置される。
測定ステージ74の傍らには、アナライト溶液27を保管するウエルプレート88がプレート上に載置される。例えば、このウエルプレート88の各ウエルには、異なる種類のアナライト溶液27が収容される。なお、図示しないが、測定機11には、ピペット対26がアクセス可能な位置に、測定用バッファや洗浄液を収容するウエルプレート、交換用ピペットチップを収容するピペットチップ保管部が設けられている。
ヘッド移動機構73は、ピペット対26を有するピペットヘッド87を、X,Y,Zの3方向に移動させながら、ピペットヘッド87を測定位置にあるセンサユニット12と、ウエルプレート88とに運ぶ。ヘッド移動機構73は、固定機10のヘッド移動機構56とほぼ同様の構成である。ピペットヘッド87は、測定対象となるセンサセル12にアクセスして、液の注入及び排出を行う。ピペットヘッド87は、測定対象となる特定のセンサセル17に対して、1つずつ、液体の注入および排出を行うものであるから、固定機10のピペットヘッド54とは異なり、ピペット対26が1組だけ設けられている。
測定の際には、ピペットヘッド87が、ウエルプレート88にアクセスして、所望のアナライト溶液27を吸い込み、測定ステージ74へ移動して、測定位置にあるセンサセル17にアナライト溶液27を注入する。固定機10から送り出されたセンサユニット12は、測定機11に装着され測定が開始されるまでの間、各センサセル17内に乾燥防止液が収容されている。この乾燥防止液は、測定用バッファが注入されて測定が開始される際に、注入された測定用バッファに押し出されてセンサセル17から排出され、ピペット19bによって吸い込まれる。
なお、乾燥防止液を流路から排出する際には、測定用バッファの注入を複数回行うことが好ましい。というのは、測定用バッファを1回だけ注入しただけでは、流路16から乾燥防止液を完全に排出しきれず、乾燥防止液が残留している可能性が高い。測定用バッファの注入回数を増やせば、乾燥防止液を排出する効果が高まり、流路16内の乾燥防止液の残留量を減らすことができる。
この測定時に、検出器33によって読み取られた測定データは、データ解析機91に送信される。データ解析機91は、この測定データに基づいてアナライトとリガンドの反応状況を分析する。
以下、上記構成による作用について、図5に示すフローチャートに従って説明する。固定工程では、センサユニット12がホルダ52に収容された状態で、固定機10の載置スペース51に載置される。固定工程では、まず、各センサセル17に固定用バッファを注入して、センサ面13aを湿化させる。次に、活性化液を注入してセンサ面13aを活性化させる。洗浄後、センサセル17にリガンド溶液21を注入して、固定化を開始させる。この状態で、センサユニット12を載置スペース51上で所定時間保管される。この間に、リガンド溶液中のリガンド21aと、リンカー膜22との結合が行われて、固定化が進行する。
所定時間経過して固定化が完了すると、洗浄後、ブロッキング処理が行われる。ブロッキング処理が終了すると、洗浄後、センサセル17へ乾燥防止液が注入される。センサユニット12は、センサ面13aが乾燥防止液に浸された状態で、測定機11へ送られる。センサユニット12は、ホルダ52に収容された状態で、測定機11のプレート78にセットされる。そして、測定機11に測定開始指示が与えられると、ホルダ搬送機構71が作動して、プレート78が移動して、1番目のセンサユニット12がピックアップ位置へ運ばれる。ピックアップ位置に移動したセンサユニット12は、ハンドリングヘッド82によってピックアップされて、測定ステージ74へ運ばれる。
測定ステージ74へ運ばれたセンサユニット12は、Y方向へ移動されて、複数のセンサセル17のうち、測定対象となるセンサセル17が測定位置にセットされる。この後、センサセル17へ測定用バッファが注入されて、乾燥防止液が排出される。測定用バッファが注入されると、測定部31が作動して、データ読み取りが開始される。そして、アナライト溶液27が注入される。アナライトがセンサ面13aと接触すると、アナライトとリガンドとの相互作用が生じる。所定時間経過した後、測定用バッファが注入されてアナライト溶液27が排出される。この後、データ読み取りが終了する。こうして得られた測定データは、検出器33からデータ解析機91へ送られて、分析される。こうした測定工程が、複数のセンサセル17に対して順次実行される。
このように、流路16,センサ面13aとが一体となったセンサユニット12を用いたことで、固定後、センサセル17に乾燥防止液を注入して保管することができるとともに、その状態で(センサ面13aを乾燥防止液に浸した状態で)、測定機11へ装着することが可能となる。これにより、固定と測定の間に時間間隔があっても、固定から測定までの間、センサ面13aが湿潤な状態に保たれるので、リガンドが乾燥することはない。これにより、物質の機能が失われたり、信号が安定するまでの待ち時間が長時間化するなど、乾燥に起因する測定時の不具合が解消される。また、乾燥によってこうした不具合が懸念される物質に対しても、複数のセンサユニット12に対して一括してリガンド固定化処理を行い、この後、これら固定済みの複数のセンサユニット12を、順次測定機11にセットして、測定処理を行うことができるから、測定処理のスループットが向上する。
また、乾燥防止液の排出は、バッファ液を注入することによって流路から押し出すようにしたから、センサ面13aの乾燥が最小限に留められる。さらに、センサユニットには、十字形のスリットが形成された蓋部材が取り付けられているから、乾燥防止液の蒸発が抑制される。なお、上記実施形態では、十字形のスリットの例で説明しているが、スリットの形状は、十字形に限らず、一文字形など他の形状でもよい。
上記実施形態では、3つのセンサセルを1列に並べたセンサユニットを使用した例で説明しているが、1ユニットに含まれるセンサセル数は複数あればよく、2つでもいいし、3つ以上でもよい。また、センサセルを1列ではなく、複数列に並べてもよい。これらは、測定装置の構成に応じて適宜選択される。
また、センサユニットとして、金属膜、流路、プリズムを一体化した例で説明したが、これらのうち、プリズムをセンサユニットの構成要素から除いて、装置側に組み込んでもよい。
固定後、いったんセンサセルへ注入した乾燥防止液を、測定時にアナライト溶液が注入されるまで、流路から排出しない例で説明したが、固定から測定までの間隔が長時間空く場合には、新たに乾燥防止液を注入して、いったん注入した乾燥防止液と入れ替えてもよい。また、乾燥防止液の蒸発が激しい場合には、乾燥防止液を追加してもよい。
乾燥防止液とバッファ液の置換方法として、バッファ液の押し出しによって乾燥防止液を排出する例で説明しているが、例えば、乾燥防止液を吸い出しによって流路から排出して流路16内をいったん空にしてから、その直後にバッファ液を注入してもよい。
なお、上記例では、測定ステージを有する測定機と、固定ステージを有する固定機とをそれぞれ別筐体に設けた例で説明しているが、測定ステージと固定ステージとが別々に設けられていれば、それぞれを同一筐体に設けてもよい。
なお、本実施形態では、センサ面上にSPRを発生させて、そのときの反射光の減衰を検出するSPRセンサを例に説明したが、SPRセンサに限らず、本発明を、全反射減衰を利用した測定に用いられる他のセンサに適用することができる。全反射減衰を利用するセンサとしては、SPRセンサの他に、例えば、漏洩モードセンサが知られている。漏洩モードセンサは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を通過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において弾性表面波(surface acoustic wave,SAW)が生じると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。弾性表面波が生じる入射角は、SPRの共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応が測定される。
SPR測定方法の説明図である。 センサユニットの構成図である。 固定機の構成図である。 測定機の構成図である。 測定手順を示すフローチャートである。
符号の説明
10 固定機
11 測定機
12 センサユニット
13 金属膜
13a センサ面
16 流路
17 センサセル

Claims (9)

  1. 透明な誘電体上に形成され一方の面がリガンドとアナライトの反応を検知するためのセンサ面となる薄膜を持つセンサを用い、前記センサ面にリガンドを固定するとともに、前記センサ面の裏側の光入射面に全反射条件を満たすように光源から光を入射させ、前記センサ面にアナライトを接触させたときの前記光の反射光の減衰状況を検出して、前記リガンドと前記アナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、
    前記センサとして、前記薄膜と、前記センサ面と対向する位置に配置され前記アナライトが送液される流路とが一体化されたセンサユニットを用い、
    このセンサユニットを固定ステージにセットして、前記流路にリガンドを注入して前記センサ面にリガンドを固定化するリガンド固定化処理であって、前記固定ステージ内の複数の前記センサユニットに対して一括して行うリガンド固定化処理と、
    この後、前記センサ面に固定されたリガンドの乾燥を防止する乾燥防止液を前記流路に注入する乾燥防止液注入処理であって、前記固定ステージ内の前記リガンド固定化処理が完了した複数の前記センサユニットに対して一括して行う乾燥防止液注入処理と、
    前記リガンド固定化処理及び前記乾燥防止液注入処理が完了し、前記センサ面を乾燥防止液に浸した状態で、複数の前記センサユニットを前記固定ステージから測定ステージへ順次送り、この測定ステージ上で前記流路から前記乾燥防止液を排出する乾燥防止液排出処理と、
    前記乾燥防止液を排出した後、順次測定を行う測定処理とからなることを特徴とする全反射減衰を利用した測定方法。
  2. 前記リガンド固定後に前記流路へいったん注入された前記乾燥防止液は、前記測定ステージにセットされるまでの間、前記流路外へ排出されないことを特徴とする請求項1記載の全反射減衰を利用した測定方法。
  3. 前記センサユニットを測定ステージにセットした後、前記流路内に前記乾燥防止液を残した状態で前記流路内へ別の液体を注入し、この液体で前記乾燥防止液を前記流路外へ押し出すことにより排出することを特徴とする請求項1又は2記載の全反射減衰を利用した測定方法。
  4. 前記センサユニットには前記流路の液注入口を覆う蓋が取り付けられており、この蓋に形成され前記液注入口に対応する位置に配置されたスリットに対して、前記リガンド、前記乾燥防止液、前記バッファ液及びアナライトの前記各液を供給するためのピペットが挿入されて、前記各液が前記流路へ注入されることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の全反射減衰を利用した測定方法。
  5. 前記乾燥防止液としては、バッファ液、生理的塩類溶液、純水のいずれかが用いられることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の全反射減衰を利用した測定方法。
  6. 前記センサは、前記薄膜として金属膜が使用され、前記センサ面に表面プラズモン共鳴を発生させるSPRセンサであることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の全反射減衰を利用した測定方法。
  7. 透明な誘電体上に形成され一方の面がリガンドとアナライトの化学反応を検知するためのセンサ面となる薄膜を持つセンサを用い、この薄膜上にリガンドを固定し、前記センサ面の裏側の光入射面に全反射条件を満たすように光源から光を入射させ、前記センサ面にアナライトを接触させたときの前記光の反射光の減衰状況を検出して、前記リガンドと前記アナライトの反応状況を測定する全反射減衰を利用した測定装置において、
    前記センサとして、前記薄膜と、前記センサ面と対向する位置に配置され前記アナライトが送液される流路とが一体化された複数のセンサユニットがセットされ、これら各センサユニットの各流路へリガンドを注入して前記センサ面にリガンドを固定する固定ステージと、
    前記リガンドの固定が完了した後、この固定ステージ内の複数のセンサユニットの各流路へ、前記リガンドの乾燥を防止する乾燥防止液を注入する乾燥防止液注入手段と、
    前記センサ面を乾燥防止液に浸した状態で前記固定ステージから送られた前記センサユニットがセットされ、このセンサユニットの流路に対してアナライトを送液して測定を行う測定ステージと、
    前記測定ステージにセットされた前記センサユニットに対して前記アナライトを送液する前に、前記流路から前記乾燥防止液を排出する乾燥防止液排出手段とが設けられたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
  8. 前記固定ステージと前記測定ステージとを、それぞれ別筐体に設けたことを特徴とする請求項7記載の全反射減衰を利用した測定装置。
  9. 前記センサは、前記薄膜として金属膜が使用され、前記センサ面に表面プラズモン共鳴を発生させるSPRセンサであることを特徴とする請求項7又は8記載の全反射減衰を利用した測定装置。
JP2004272958A 2004-09-21 2004-09-21 全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置 Expired - Fee Related JP4460405B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004272958A JP4460405B2 (ja) 2004-09-21 2004-09-21 全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置
DE200560007817 DE602005007817D1 (de) 2004-09-21 2005-09-20 Analyse-Verfahren unter Verwendung von abgeschwächter Totalreflektion
EP20050020465 EP1637869B1 (en) 2004-09-21 2005-09-20 Method for assay in utilizing attenuated total reflection
US11/230,504 US7534624B2 (en) 2004-09-21 2005-09-21 Method and apparatus for assay in utilizing attenuated total reflection, and sample immobilizing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004272958A JP4460405B2 (ja) 2004-09-21 2004-09-21 全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006090717A JP2006090717A (ja) 2006-04-06
JP4460405B2 true JP4460405B2 (ja) 2010-05-12

Family

ID=35262164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004272958A Expired - Fee Related JP4460405B2 (ja) 2004-09-21 2004-09-21 全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7534624B2 (ja)
EP (1) EP1637869B1 (ja)
JP (1) JP4460405B2 (ja)
DE (1) DE602005007817D1 (ja)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5285471B2 (ja) * 2009-03-11 2013-09-11 富士フイルム株式会社 全反射照明型センサチップ、その製造方法およびそれを用いたセンシング方法
JP5255590B2 (ja) * 2010-03-29 2013-08-07 富士フイルム株式会社 分析装置および方法
US20120190129A1 (en) 2011-01-20 2012-07-26 Konica Minolta Holdings, Inc. Test device, reaction apparatus and reactive test method
US10281403B2 (en) * 2012-09-19 2019-05-07 Konica Minolta, Inc. Sensor chip and method for storing sensor chip
JP6091306B2 (ja) * 2013-04-17 2017-03-08 タツタ電線株式会社 表面プラズモン共鳴センサチップ固定ホルダ
JP5831566B2 (ja) * 2014-02-06 2015-12-09 コニカミノルタ株式会社 反応デバイス
EP3150573A4 (en) * 2014-05-29 2018-02-21 Shionogi & Co., Ltd. Method for producing alkynyl ketone derivative
JP6359348B2 (ja) * 2014-06-06 2018-07-18 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 センサチップ及びセンサチップへの液体供給方法
WO2022125410A1 (en) * 2020-12-08 2022-06-16 Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University Critical angle reflection imaging for quantification of molecular interactions

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE462408B (sv) 1988-11-10 1990-06-18 Pharmacia Ab Optiskt biosensorsystem utnyttjande ytplasmonresonans foer detektering av en specific biomolekyl, saett att kalibrera sensoranordningen samt saett att korrigera foer baslinjedrift i systemet
JPH055734A (ja) * 1991-08-22 1993-01-14 Fuji Photo Film Co Ltd 生化学分析装置
JPH06167443A (ja) 1992-10-23 1994-06-14 Olympus Optical Co Ltd 表面プラズモン共鳴を利用した測定装置
AU704947B2 (en) * 1993-05-18 1999-05-06 University Of Utah Research Foundation Apparatus and methods for multianalyte homogeneous fluoroimmunoassays
CA2143365A1 (en) 1994-03-14 1995-09-15 Hugh V. Cottingham Nucleic acid amplification method and apparatus
US5725831A (en) * 1994-03-14 1998-03-10 Becton Dickinson And Company Nucleic acid amplification apparatus
US5815278A (en) * 1995-10-25 1998-09-29 University Of Washington Surface plasmon resonance light pipe sensing probe and related interface optics
BR9704709A (pt) 1996-09-26 1998-12-29 Becton Dickinson Co Cavidade de amostra coberta para uso em ensaios de ácido nucleico e imunoensaios
EP1186881A4 (en) * 2000-03-16 2006-04-19 Fuji Photo Film Co Ltd MEASURING METHOD AND INSTRUMENT USING ATTENUATION OF TOTAL REFLECTION
EP1251345A1 (en) * 2001-04-12 2002-10-23 Fuji Photo Film Co., Ltd. Measuring sensor utilizing attenuated total reflection and measuring chip assembly
DE60213056T2 (de) * 2001-12-25 2007-01-04 Fuji Photo Film Co., Ltd., Minami-Ashigara Sensorsystem mit evaneszenten Wellen

Also Published As

Publication number Publication date
US20070231924A1 (en) 2007-10-04
EP1637869A1 (en) 2006-03-22
US7534624B2 (en) 2009-05-19
EP1637869B1 (en) 2008-07-02
DE602005007817D1 (de) 2008-08-14
JP2006090717A (ja) 2006-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4476906B2 (ja) 分注装置
JP4657803B2 (ja) 送液システム及びその送液方法並びに流路ユニット。
JP2006242916A (ja) 全反射減衰を利用するセンサユニット及び測定方法
JP4516477B2 (ja) 全反射減衰を利用した測定装置及びその測定方法
JP4004505B2 (ja) 流路部材及びセンサユニット
EP1643237A1 (en) Device and method for quantitatively measuring immobilised sample
JP4460405B2 (ja) 全反射減衰を利用した測定方法及び装置並びに固定装置
JP2007003351A (ja) 分注装置
JP2006090758A (ja) 全反射減衰を利用した測定装置
JP2006189397A (ja) 全反射減衰を利用した測定装置及びそのセンサユニットの識別方法
JP4086851B2 (ja) 全反射減衰を利用した測定装置及びその測定方法
JP2006105610A (ja) 全反射減衰を利用した測定装置及び方法
JP2006322854A (ja) 全反射減衰を利用した測定装置及びその押し付け量調整方法
JP2006090718A (ja) 全反射減衰を利用した測定装置
JP4740010B2 (ja) 送液装置及びその送液方法並びに全反射減衰を利用した測定装置
JP2006322896A (ja) 送液装置及びその送液方法並びに全反射減衰を利用した測定装置
JP2006258646A (ja) サンプルループカートリッジ及び送液装置
JP2006208035A (ja) 全反射減衰を利用した測定装置及びその傾き補正方法
JP2007024540A (ja) センサユニット及び全反射減衰を利用した測定装置
JP2006226841A (ja) 全反射減衰を利用したセンサユニット,測定方法及び装置
JP2006284350A (ja) 分注装置及びそのピペットチップ取付方法並びに全反射減衰を利用した測定装置
JP2007003464A (ja) センサユニット
JP4549803B2 (ja) スクリーニングシステム
JP2007093395A (ja) センサユニット及び全反射減衰を利用した測定方法
JP2006242858A (ja) 分注装置及び全反射減衰を利用した測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20061225

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070413

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090526

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090722

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090918

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091028

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091224

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100127

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100212

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130219

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140219

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees