JP4751261B2 - 解離定数測定装置、解離定数算出方法、及び解離定数算出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、解離定数測定装置、解離定数算出方法、及び解離定数算出プログラムに関し、例えば、異常蛋白質と結合する化合物の探索に用いるものに関する。

近年、ヒトゲノム（ヒトの遺伝子情報）の解析が終了し、異常な遺伝子構造が生成する異常蛋白質と病気との関係解明が進められつつある。

この関係の解明により、新薬の開発手法が、開発者の薬剤や化合物に対する経験と勘を頼りに行う既存手法から、異常蛋白質に直接作用する化合物を探索して新薬とする手法へと変化している。この手法の採用により、２０年近く必要としていた新薬開発の期間が、今後５年程度に短縮すると見込まれている。

新薬候補の化合物の探索には、異常蛋白質と新薬候補の化合物との物理的な結合力を表す定数である解離定数を指標として用いるのが一般的である。

解離定数の測定方法としては、以前は、酵素、発光物質、放射性同位元素などの標識物質を結合させた化合物を用い、この化合物と異常蛋白を結合させた後、標識物質の量を測定することで、結合した化合物を定量し、解離定数の算出を行っていたが、現在では、標識物質を用いずにマイクロリアクタで行う測定が注目されている。

マイクロリアクタとは、半導体やガラス、樹脂などで構成されたチップの中に導入路と廃液路を形成し、その間に反応槽を設けたデバイスである。反応槽には、予め異常蛋白質を固定したセンサが設置される。

このように構成されたマイクロリアクタにおいて、導入路から化合物を含むサンプル液を流し込むと、サンプル液中の化合物が反応槽に予め設置された異常蛋白質と反応し、反応後の廃液が廃液路から排出される。

なお、反応槽で予め固定されている物質はリガンドと呼ばれ、溶液として供給される物質はアナライトと呼ばれるため、以下ではこの用語を用いる。

反応槽においては、サンプル液中のアナライトのうちあるものはリガンドと結合してセンサに固定される。一方、センサに固定されていたアナライトのうち、リガンドから離れてサンプル液中に放出されるものもある。

アナライトとリガンドの反応が平衡状態に達すると（即ち、センサに固定されるアナライトの量と、センサから離れるアナライトの量が等しくなると）、リガンドに固定されているアナライトの量が一定量となる。このとき計測されるアナライトとリガンドとが結合した化合物、結合していないリガンド、結合していないアナライトの個数（モル濃度）から解離定数が算出され、この解離定数が新薬の探索で必要なデータとなる。

このようなマイクロリアクタに関する技術としては、次の「マイクロリアクタ」がある。
特表２００３−５２６３５９号公報 この技術は、微小な混合室、加熱／分散ユニット、反応室、分離ユニットといった微小反応器をチップに並列に形成し、大量の生成物を生産するものである。

また、リガンドとアナライトの結合を計測する技術としては次の「免疫検査方法」がある。
特許第２９６２０３１号公報 この技術は、リガンドとアナライトの結合を音響センサを用いて検出するものである。

従来は、解離定数を求めるためにはリガンドとアナライトの反応が平衡状態に達する必要があり、平衡状態に達するまでに長時間を要するため、解離定数を得るのに時間がかかるという問題があった。探索に係るリガンドとアナライトの組み合わせは膨大であるため、全ての組み合わせに対して反応が平衡に達するまで実験を継続するのはコスト的に問題があった。

また、長時間実験を行うことにより高価なサンプルを多量に消費するという問題もあった。

反応の初期の段階で、有望な組み合わせであるか否かをある程度予測できるようにしたいとの要望もあるが、正確な予測は困難であった。ここで、その理由について説明する。

図８（ａ）は、センサに固定されるアナライトの質量の時間変化を表したグラフである。縦軸は、センサに固定されたアナライトの質量を表し、横軸は時間軸を表している。

まず、区間１０１では、緩衝液がマイクロリアクタに供給される。緩衝液にはアナライトが含まれていないため、センサに固定されるアナライトの質量は０である。このように、サンプル液に先立って緩衝液を流すのは、センサにリガンドとして固定されている異常蛋白質を乾燥させないためである。

マイクロリアクタに供給する溶液を緩衝液からサンプル液に切り替えると、区間１０２に示したようにセンサで固定されるアナライトの質量が徐々に増加してくる。そして、リガンドとアナライトの反応が平衡に達すると区間１０３で示したようにセンサで固定されるアナライトの質量は一定値となる。

ここで、例えば、図８（ｂ）の時点１０５において、それまでの曲線の形からその後のアナライトの質量を曲線１０７のように予測したとする。しかし、実際に計測を続行すると例えば曲線１０８が得られ、予測値から大きく外れたものとなる。

このように予測が困難となる大きな原因としては、センサに供給する溶液を緩衝液からサンプル液への切り替える際に、センサでサンプルの濃度が徐々に変化するため、センサでのサンプル液の濃度が反応初期段階ではわからないことが挙げられる。

図８（ｃ）はセンサでのサンプル濃度の時間変化を示したグラフである。曲線１１０に示したように、サンプルの濃度は時間と共に徐々に上昇する。これは、供給する溶液を緩衝液からサンプル液に切り替えた後、導入路内において両者が拡散混合したり、あるいは、流路内の流速分布により、重いアナライトが流れの速い流速域に集中したり、あるいは、センサに至るまでの導入路壁にアナライトが吸着するために起こるものである。

破線１１１に示したように、緩衝液からサンプル液にある時点で二者択一的に変化するのであれば、センサでのサンプルの濃度がわかるが、実際はセンサで質量変化が検出されても、その時点に至るまでのサンプルの濃度変化の経過がわからないため、予測が困難となる。

そこで、本発明の目的は、反応の初期段階において解離定数の予測を行えるようにすることである。

本発明は、前記目的を達成するために、試料を含む溶液を流す流路と、
前記流路上に設けられた獲得物質によって獲得された前記溶液中の試料の質量を表す質量情報を取得するとともに、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報を取得する取得手段と、を具備したマイクロリアクタと、前記取得した質量情報と濃度情報を用いて、前記試料と前記獲得物質とが平衡状態に至る前に、解離定数を算出する算出部と、を備え、前記算出部は、前記質量情報の時間変化を用いて前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量を算出する第一結合物質量算出部と、前記結合物質の量の時間変化を用いて前記試料を獲得していない獲得物質の量である未獲得量を算出する未獲得量算出部と、前記濃度情報と前記結合物質の量と前記未獲得量とを用いて前記結合物質の予測量である結合物質予測量を予測する結合物質量予測部と、前記質量情報の時間変化を用いて前記結合物質の実測量である結合物質実測量を算出する第二結合物質量算出部と、前記結合物質予測量と前記結合物質実測量との誤差を算出する誤差算出部と、前記誤差が予め設定された許容範囲外であった場合に前記結合物質量予測部と前記第二結合物質量算出部と前記誤差算出部とに対して繰り返し処理を行うように指示する一方で、当該誤差が予め設定された許容範囲内であった場合に前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出部と、を具備することを特徴とする解離定数測定装置を提供する（第１の構成）。

第１の構成において、前記質量情報は、前記獲得物質を固定する共振部材の共振周波数を測定することにより取得することを特徴とする（第２の構成）。

第１の構成において、前記濃度情報は、前記獲得物質を固定する共振部材のインピーダンスまたはアドミッタンスを測定することにより取得することを特徴とする（第３の構成）。

また、本発明は、一のセンサを用いて流路上に設けられた獲得物質によって獲得された溶液中の試料の質量を表す質量情報を取得するとともに、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報を取得する取得ステップと、前記取得された質量情報の時間変化を用いて、前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量を算出する第一結合物質量算出ステップと、前記算出した結合物質の量の時間変化を用いて、前記試料を獲得していない獲得物質の量である未獲得量を算出する未獲得量算出ステップと、前記濃度情報と前記結合物質の量と前記未獲得量とを用いて前記結合物質の予測量である結合物質予測量を予測する結合物質量予測ステップと、前記質量情報の時間変化を用いて前記結合物質の実測量である結合物質実測量を算出する第二結合物質量算出ステップと、前記結合物質予測量と前記結物質実測量との誤差を算出する誤差算出ステップと、前記誤差が予め設定された許容範囲外であった場合に前記結合物質量予測ステップと前記第二結合物質量算出ステップと前記誤差算出ステップとを繰り返し行うように指示する一方で、当該誤差が予め設定された許容範囲内であった場合に前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出ステップと、
を具備することを特徴とする解離定数算出方法を提供する（第４の構成）。

また、本発明は、コンピュータに、一のセンサを用いて流路上に設けられた獲得物質によって獲得された溶液中の試料の質量を表す質量情報を取得するとともに、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報を取得する取得機能と、前記取得された質量情報の時間変化を用いて、前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量を算出する第一結合物質量算出機能と、前記算出した結合物質の量の時間変化を用いて、前記試料を獲得していない獲得物質の量である未獲得量を算出する未獲得量算出機能と、前記濃度情報と前記結合物質の量と前記未獲得量とを用いて前記結合物質の予測量である結合物質予測量を予測する結合物質量予測機能と、前記質量情報の時間変化を用いて前記結合物質の実測量である結合物質実測量を算出する第二結合物質量算出機能と、前記結合物質予測量と前記結物質実測量との誤差を算出する誤差算出機能と、前記誤差が予め設定された許容範囲外であった場合に前記結合物質量予測機能と前記第二結合物質量算出機能と前記誤差算出機能とを繰り返し実現するように指示する一方で、当該誤差が予め設定された許容範囲内であった場合に前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出機能と、を実現させることを特徴とする解離定数算出プログラムを提供する（第５の構成）。

本発明によると、リガンドとアナライトの反応の初期段階において解離定数を予測することができる。

（実施の形態の概要）
アナライトを獲得する機能と、アナライトが獲得された際におけるサンプルの濃度情報を取得する機能と、を兼ね備えている質量濃度兼用センサを備える。これにより１つのセンサで質量と質量が検出された際のサンプル液の濃度を知ることができる。そして、濃度と質量を後述の所定の理論式に代入すると解離定数の予測値を得ることができる。
（実施の形態の詳細）
図１は、本実施の形態のマイクロリアクタの構造を模式的に表した平面図である。

マイクロリアクタ１は、例えばガラスなどで構成された筐体部材により構成されており、この筐体部材内に各種の構成要素が形成されている。

マイクロリアクタ１の外寸は、長さ（導入路３の方向）が５０〜１００［ｍｍ］程度、幅が１０〜２０［ｍｍ］程度、厚さが数［ｍｍ］程度である。

マイクロリアクタ１には、導入路３、反応槽４、廃液路５などが形成されている。そして、反応槽４には質量濃度兼用センサ７（取得手段）が設置されている。

なお、緩衝液とサンプル液の流れを制御するバルブや、質量濃度兼用センサ７を構成する配線などは図示していない。

導入路３は、マイクロリアクタ１の外部から反応槽４に溶液を導く流路であり、緩衝液、及びアナライトを含んだサンプル液はこの管を通って反応槽４に導かれる。

一方、廃液路５は、反応槽４から排出される溶液をマイクロリアクタ１の外部に導く流路であり、反応槽４で反応を終えたサンプル液はこの管を通って排出される。

本実施の形態では、廃液路５の側から溶液を吸引することにより、導入路３から溶液が供給されるように構成した。

導入路３の側にポンプを設置して、溶液をマイクロリアクタ１に供給することも可能であるが、この場合、ポンプなどに前の実験で使用したアナライトが残留し、今回の測定に混入してしまうことで、測定精度に影響する場合があり（コンタミネーション）、本実施の形態では、溶液を吸引してマイクロリアクタ１に供給することにより、このような問題を防止した。

質量濃度兼用センサ７は、表面にリガンドが固定してあり、着脱可能に構成されている。以下に図２を用いて質量濃度兼用センサ７の構造について説明する。

図２は反応槽４の断面を表している。質量濃度兼用センサ７は、金薄膜１３、リガンド１１、水晶振動子１４などから構成されている。

金薄膜１３の上には、図示しない自己組織化膜を介してリガンド１１が予め固定されている。また、金薄膜１３の下面には水晶振動子１４が設けられている。水晶振動子１４は、コルピッツ発信回路の一部を成しており、水晶振動子１４を厚みすべり振動モードで共振させ、金薄膜１３をサンプルの流れと平行な面内で振動させるようになっている。ここで、金薄膜１３、リガンド１１、水晶振動子１４は共振部材を構成している。

質量濃度兼用センサ７の上を流れるアナライト１６のうち、あるものはリガンド１１と結合して（例えば、アナライト１６ａ）質量濃度兼用センサ７に固定される。

また、一旦質量濃度兼用センサ７に固定されたアナライトであっても、アナライト１６ｂのように、リガンドとの結合が切れて再びサンプル液中に放出されるものもある。

このように、リガンド１１は、試料（アナライト１６）を含む溶液から試料を獲得する獲得物質を構成している。

質量濃度兼用センサ７にアナライトが固定されると質量濃度兼用センサ７の質量が増すため、質量濃度兼用センサ７の共振周波数がｆｒからｆｒ＋Δｆへシフトする。このシフト量Δｆに次の式（１）を適用することにより質量濃度兼用センサ７に固定されたアナライトの質量Δｍを計算することができる。ここで、Ａは金薄膜１３の面積であり、ρｑは水晶の密度であり、μｑは水晶の剪断応力である。

なお、共振周波数は質量濃度兼用センサ７に固定されたアナライトの質量を表す質量情報を構成している。

Δｆ＝２ｆｒ２Δｍ／｛Ａ（ρｑμｑ）１／２｝・・・（１）
次に、濃度情報も質量濃度兼用センサ７を用いて取得する。質量濃度兼用センサ７はコルピッツ発信回路を形成すると共に、インピーダンス測定回路に接続されている。

質量濃度兼用センサ７の上にサンプル液が到達すると金薄膜１３近傍にサンプル液中のアナライトが漂い、このアナライトの量で水晶振動子１４のインピーダンスが変化する。このインピーダンスの逆数がアドミッタンスである。アドミッタンスと液濃度が相関して変化することは、水晶を用いた溶液濃度センサ等で一般的に知られている。すなわち、このアドミッタンスを用いてサンプル液の濃度を計測することができる。なお、インピーダンス及びアドミッタンスは濃度情報を構成している。

また、質量濃度兼用センサ７にアナライトが固定されるとインピーダンスも影響を受けるが、今必要なのは反応の初期段階に起こる緩衝液とサンプル液の拡散混合などによる濃度低下への対応である。拡散混合が起きているような反応の初期段階においては、アナライトの固定反応よりも濃度変化によるインピーダンスの変化の方が十分支配的なので、ここで取得した濃度情報を、以下に説明する解離定数の予測値に十分用いることができる。

次に、本発明の解離定数算出方法について以下に説明する。まず、マイクロリアクタ１を用いた解離定数の予測方法について説明する。

ここでは、まず、図３を用いて予測に用いる理論式について説明する。以下では、リガンドをＬで表し、アナライトをＡで表す。更にリガンドとアナライトが結合した化合物をＬＡで表す。なお、［］は、その内部に記された物質のモル濃度を示す。

まず、ＬＡ、Ｌ、Ａの間には図５の式（２）で表した関係が成り立つ。

即ち、リガンドとアナライトの結合により質量濃度兼用センサ７で固定されているＬＡのモル数［ＬＡ］の微小時間内での変化量は、質量濃度兼用センサ７でアナライトが固定されて生成されるＬＡのモル数（ｋｐ［Ｌ］［Ａ］）から、一旦捕らえられたアナライトが質量濃度兼用センサ７から放たれて減少するモル数（ｋｍ［ＬＡ］）を減算した値となる。平衡状態では、右辺の第１項と第２項は等しくなる。

なお、質量濃度兼用センサ７で、Ｌ＋Ａ→ＬＡの反応式により固定されるＬＡのモル数は、質量濃度兼用センサ７でまだアナライトと結合していないリガンドのモル数［Ｌ］とサンプル液中のアナライトの濃度（モル濃度）［Ａ］をかけたものに比例し、その比例定数をｋｐとしている。

また、質量濃度兼用センサ７で形成されたＬＡのうち、ＬＡ→Ｌ＋Ａの反応式により結合しているアナライトがサンプル液中に離脱するもののモル数は、質量濃度兼用センサ７で形成されているＬＡのモル数に比例し、その比例定数をｋｍとしている。

式（２）をｋｐ、ｋｍについて解くと、それぞれ式（３）、式（４）が得られる。

一方、式（２）を差分で表すと、式（５）が得られる。これは、微小時間ｄＴの間隔で、［ＬＡ］、［Ｌ］、［Ａ］をサンプリングした値を用いて式（２）を書き換えたものである。添え字のｉは、何番目のサンプリング値であるかを示している。更に、式（５）を［ＬＡ］ｉについて解くと式（６）が得られる。

ところで解離定数Ｋｄはｋｍ／ｋｐで表され、また平衡状態ではｄ［ＬＡ］／ｄｔ＝０であるので、平衡状態ｃでの解離定数Ｋｄは、式（７）で表される。

また、［Ｌ］ｃ＝［Ｌ］０−［ＬＡ］ｃ（［Ｌ］０はＬＡが形成される前のリガンドのモル数）となるので式（８）が導かれ、更に式（８）から式（９）が導かれる。

次に、データのサンプリングについて説明する。

後述する本解離定数測定装置は、サンプリング周期ｄＴでマイクロリアクタ１から質量濃度兼用センサ７の共振周波数とアドミッタンスを取得し、これらを解析して質量濃度兼用センサ７に固定されたアナライトの質量Δｍと、その時のサンプル液中のアナライトのモル濃度［Ａ］を算出する。

これにより、ｄＴ間隔でΔｍと［Ａ］を得ることができる。

本解離定数測定装置がサンプリングしたこれらの値をプロットしたのが図４（ａ）、（ｂ）である。

図４（ａ）は、質量濃度兼用センサ７で検出されたアナライトの質量を表しており、図４（ｂ）は、質量濃度兼用センサ７で検出されたサンプル液中のアナライトのモル濃度を表している。両グラフの時間軸は対応させてある。

図４に示したように、解離定数測定装置により、時刻Ｔ０にてΔｍ０と［Ａ］０が得られ、時刻Ｔ１にてΔｍ１と［Ａ］１が得られ、以下同様にして、ｄＴごとにΔｍと［Ａ］が検出される。

次に、図５のフローチャートを用いて、本解離定数測定装置が解離定数を予測する手順について説明する。

まず、解離定数測定装置は初期値の設定を行う（ステップ５）。この初期化では、質量濃度兼用センサ７に予め固定されているリガンドのモル数Ｌｅを［Ｌ］０、マイクロリアクタ導入口でのアナライトのモル濃度Ａｃを［Ａ］ｃに設定し、更にアナライトの分子量Ｍａ、リガンドの分子量ＭＬを設定する。これらの設定は、ユーザが解離定数測定装置に入力することにより行われる。また、解離定数測定装置は自動的に［ＬＡ］を０に設定する。

次に、解離定数測定装置は質量濃度兼用センサ７の出力よりΔｍ０と［Ａ］０を測定し、これらの値を記憶装置に記憶する（ステップ１０）。

解離定数測定装置は、ｄＴ間待った後（ステップ１５）、Δｍ１と［Ａ］１を測定し、記憶する（ステップ２０）。

次に、解離定数測定装置は、記憶したこれらの値を用いて［ＬＡ］１と［Ｌ］１を計算する（ステップ２５）。

［ＬＡ］１（質量濃度兼用センサ７で形成されたＬＡのモル数）は、質量濃度兼用センサ７で検出された質量の増分（Δｍ１−Δｍ０）をアナライトの分子量Ｍａで除すれば得られる。

また、［Ｌ］１（質量濃度兼用センサ７でアナライトと結合していないリガンドのモル数）は、リガンドの初期値［Ｌ］０から生成されたＬＡのモル数（［ＬＡ］１−［ＬＡ］０）を減算すれば得られる。

次に、解離定数測定装置は、ここで得られている［ＬＡ］１、［Ｌ］１、［Ａ］１を用いてｋｐ１の仮定値を計算して記憶する（ステップ３０）。計算式はフローチャートに示したとおりである。この値は式（３）においてｋｍ［ＬＡ］＝０とおいたものである。リガンドとアナライトの反応が始まった初期段階であるので、質量濃度兼用センサ７から放たれるアナライトの数を０としたのである。

次に、解離定数測定装置は、ｄＴ間待った後（ステップ３５）、Δｍ２と［Ａ］２を測定して記憶する（ステップ４０）。

そして、解離定数測定装置は、ステップ２５と同様にして、［ＬＡ］２と［Ｌ］２を計算して記憶する（ステップ４５）。

次に、解離定数測定装置は、ｋｍ２とｋｐ２の仮定値を計算して記憶する（ステップ５０）。計算式はフローチャートに示したとおりである。ｋｍ２の計算式は、式（５）を用いたものである。ｋｐ２は、ｄＴ間ではｋｐ１とほとんど差がないと考えられるのでｋｐ１と等しいとした。

次に、解離定数測定装置は、ｋｐ２、ｋｍ２などを用いて［ＬＡ］３の予測値を計算する（ステップ５５）。計算式はフローチャートに示したとおりである。この計算式は式（６）から得られたものである。以下、図６のフローチャートに続く。

次に、解離定数測定装置は、カウンタｉを３にセットし、ｉが所定の整数Ｎに達するまで以下のループ処理を行う（ステップ６０）。なお、以下の処理では、仮定値を用いて解離定数Ｋｄを計算し、その評価を行うが、解離定数Ｋｄが許容誤差の範囲に入った場合は、ループを抜けてこの解離定数Ｋｄを予測値として出力する。また、整数Ｎは、解離定数Ｋｄの予測値が求まるまでループ処理が継続するように十分に大きい値とする。

次に、解離定数測定装置は、ｄＴ待った後（ステップ６５）、Δｍｉと［Ａ］ｉを測定して記憶する（ステップ７０）。

次に、解離定数測定装置は、ステップ２５と同様にして［ＬＡ］ｉと［Ｌ］ｉを計算して記憶装置に記憶する（ステップ７５）。

次に、解離定数測定装置は［ＬＡ］ｉの予測値の評価を行う（ステップ８０）。評価は、ステップ７５で計算された［ＬＡ］ｉと、［ＬＡ］ｉの予測値（ｉ＝３の場合はステップ５５で求めた値、その他の場合はステップ１１０で求めた値）の差を［ＬＡ］ｉで除した値が予め設定されている誤差許容値未満であるか否かを判定することにより行う。

［ＬＡ］ｉの計算値と予測値の差が誤差許容値未満であった場合（ステップ８０；Ｙ）、解離定数測定装置は、ｉを１だけデクリメントし（ステップ８５）、解離定数Ｋｄと化学平衡時の［ＬＡ］ｃを計算して出力し（ステップ１０５）、処理を終了する。Ｋｄと［ＬＡ］ｃの計算式はフローチャートに示したとおりである。なお、［ＬＡ］ｃの計算式は式（９）による。

なお、式（９）は、リガンドとアナライトの反応が平衡している場合に成り立つ式（７）から導出した関係式であるが、最終的には、［Ａ］ｃがマイクロリアクタ導入口に流し込むサンプル液濃度Ａｃになると考えたことによる。

一方、［ＬＡ］ｉの計算値と予測値の差が誤差許容値未満でなかった場合（ステップ８０；Ｎ）、解離定数測定装置は、ｋｍｉとｋｐｉの仮定値を計算し、記憶装置に記憶する。計算式はフローチャートに示したとおりである。これらの計算式は何れも式（５）を用いたものであり、現在記憶している最新の値であるｋｍｉ−１、ｋｐｉ−１を用いて仮定値を更新するようになっている。

次に、解離定数測定装置は、ステップ９０で仮定したｋｍｉとｋｐｉを用いて、ステップ５５と同様にして［ＬＡ］ｉの修正予測値ＮＥ［ＬＡ］ｉを計算して記憶装置に記憶する（ステップ９５）。計算式はフローチャートに示したとおりである。

次に、解離定数測定装置は、ステップ８０と同様にして修正予測値ＮＥ［ＬＡ］ｉの評価を行う（ステップ１００）。評価式はフローチャートに示したとおりである。

［ＬＡ］ｉの計算値と修正予測値ＮＥ［ＬＡ］ｉの差が予め設定した誤差許容値未満の場合は（ステップ１００；Ｙ）、ステップ１０５にて解離定数Ｋｄと化学平衡時の［ＬＡ］ｃを算出して出力する（ステップ１０５）。

［ＬＡ］ｉの計算値と修正予測値ＮＥ［ＬＡ］ｉの差が予め設定した誤差許容値未満でなかった場合は（ステップ１００；Ｎ）、ステップ５５と同様にして次の予測値Ｅ［ＬＡ］ｉ＋１を計算する（ステップ１１０）。計算式はフローチャートに示したとおりである。

そして、解離定数測定装置は、カウンタｉを１だけインクリメントし（ステップ１１５）、ステップ６０に戻る。そして、同様の処理を繰り返すことになる。

このように、本解離定数測定装置は、マイクロリアクタ１より獲得物質（リガンド）によって獲得された溶液中の試料（アナライト）の質量を表す質量情報（共振周波数）を取得する質量取得手段と、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報（アドミッタンス）を取得する濃度取得手段と、前記取得した質量情報と濃度情報を用いて、前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出手段と、を具備している。

また、本解離定数測定装置は、結合物質量算出手段と、未獲得量算出手段と、解離定数算出手段と、を備えたコンピュータで構成することができ、当該解離定数測定装置による測定方法は、前記結合物質量算出手段によって、前記質量取得手段で取得された質量情報を用いて、前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量（［ＬＡ］ｃ）を算出する結合物質量算出ステップと、前記未獲得量算出手段によって、前記算出した結合物質の量を用いて、前記試料を獲得していない獲得物質の量（［Ｌ］ｃ＝［Ｌ］０−［ＬＡ］ｃ）を算出する未獲得量算出ステップと、前記解離定数算出手段によって、前記濃度取得手段で取得した濃度情報（［Ａ］）、前記算出した結合物質の量、及び前記算出した獲得物質の量と、を用いて前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出ステップと、を備えている。

以上に説明した手順により、本解離定数測定装置は、マイクロリアクタ１から出力される質量情報と濃度情報をサンプリングすることにより、リガンドとアナライトが反応を始める初期の段階で、解離定数を予測することができる。そのため、ユーザは、リガンドとアナライトの反応の初期の段階で、そのリガンドとアナライトの組み合わせが新薬候補としてどの程度有望か見当を付けることができる。

これによって、例えば、新薬候補となる見込みがある場合は、リガンドとアナライトの結合が飽和するまで実験を継続し、見込みがない場合は次の組み合わせの実験に移行するといった運用が可能となる。

図７は、本実施の形態に係る解離定数測定装置のハードウェア的な構成の一例を示したブロック図である。

解離定数測定装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）５２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）５３、入力装置５４、表示装置５５、印刷装置５６、電子回路５７、記憶装置５８、記憶媒体駆動装置５９、入出力Ｉ／Ｆ（インターフェース）６０などの各機能部がバスライン５０で接続されて構成されている。

ＣＰＵ５１は、所定のプログラムに従って、各種の演算処理、情報処理、及び解離定数測定装置１００を構成する各構成要素の制御を行ったりする中央処理装置である。

ＣＰＵ５１は、電子回路５７を介してマイクロリアクタ１から出力される共振周波数及びアドミッタンスをサンプリングしたり、サンプリングしたこれらの値を用いて質量センサ７で固定されたアナライトの質量やサンプリング液の濃度を算出するほか、これらの値を用いて解離定数Ｋｄの予測値の計算も行う。

ＲＯＭ５３は、解離定数測定装置１００を動作させるための基本的なプログラムやデータなどを記憶した読み出し専用の記憶装置である。

ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１が動作するためのワーキングエリアを提供する読み書き可能な記憶装置である。ＲＡＭ５２は、ＣＰＵ５１が図７で示した情報処理を行う際には、Δｍ０、Δｍ１、・・・など、予測に必要な値を記憶する。

入力装置５４は、例えば、キーボードやマウスなどの入力装置を備えており、ユーザが解離定数測定装置１００を使用するのに必要な情報を入力できるようになっている。図５のステップ５で示した値は入力装置５４から入力することができる。

表示装置５５は、文字情報や画像情報を表示する表示デバイスを備えており、ユーザが解離定数測定装置１００を使用するのに必要なメニュー画面などが表示されるようになっている。また、予測した解離定数Ｋｄも表示装置５５に表示することができる。

表示デバイスは、例えば、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、その他のディスプレイ装置で構成することができる。

電子回路５７は、マイクロリアクタ１に電力を供給して駆動すると共に、マイクロリアクタ１から出力される質量濃度兼用センサ７の共振周波数やアドミッタンスを検出する。

更に、電子回路５７は、マイクロリアクタ１の出力データ（アナログデータ）を時間間隔ｄＴにてサンプリングしてデジタルデータに変換し、ＣＰＵ５１に提供する。

ＣＰＵ５１は、サンプリングされたデータからΔｍと［Ａ］を計算する。これによって時間間隔ｄＴでΔｍと［Ａ］が得られる。

印刷装置５６は、例えば、レーザプリンタやインクジェットプリンタなどの印刷装置であり、実験データを印刷できるようになっている。

記憶媒体駆動装置５９は、装着された着脱可能な記憶媒体を駆動し、データの読み書きを行う機能部である。

読み書き可能な記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、半導体記憶装置、磁気テープ、紙テープがある。

また、読み取り専用の記憶媒体としては、例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク類がある。

解離定数測定装置１００は、記憶媒体駆動装置５９に装着した記憶媒体からプログラムのインストールなどを行うことができるほか、実験データを記憶媒体に書き込むこともできる。

記憶装置５８は、例えば、ハードディスクなどで構成された大容量で読み書き可能な記憶装置である。

記憶装置５８には、プログラム類を格納したプログラム格納部６１とデータ類を記憶したデータ格納部６２が形成されている。

プログラム格納部６１には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、マイクロリアクタ実験プログラムなどの各種プログラムがＣＰＵ５１で実行可能に記憶されている。

ＯＳは、ファイル入出力の管理や各種機能部を制御するなど、解離定数測定装置１００を運営する基本的な機能をＣＰＵ５１に発揮させるためのプログラムである。

マイクロリアクタ実験プログラムは、マイクロリアクタ１から出力されるデータを電子回路５７から取得して解離定数を予測したりなどするプログラムである。

ＣＰＵ５１は、このプログラムを実行することにより図７で示した情報処理を行うことができる。

データ格納部６２には、マイクロリアクタ１による実験データなどが記憶される。

以上、本実施の形態について説明したが、これによって次のような効果が得られる。
（１）アナライトが検出された際のサンプル液の濃度を質量濃度兼用センサ７で検出することができる。
（２）マイクロリアクタ１内に１つのセンサを配置するだけで質量と濃度を検出することができる。
（３）質量濃度兼用センサ７の出力をサンプリングし、これを所定の理論式に代入することにより、反応の初期段階で解離定数を高い精度で予測することができる。
（４）解離定数の予測値を用いて、研究資源を有望な新薬候補に集中することができる。
（５）サンプル液を廃液路５側から吸引してマイクロリアクタ１に供給し、マイクロリアクタ１を使い捨て方式とすることにより、コンタミネーションを防止することができる。

なお、本実施の形態では、リガンドを異常蛋白質とし、アナライトを新薬候補の化合物としたが、逆にリガンドを新薬候補とし、アナライトを異常蛋白質としてもよい。

本実施の形態のマイクロリアクタの構造を模式的に表した平面図である。 質量濃度兼用センサの構造について説明するための図である。 予測に用いる理論式について説明するための図である。 本発明の解離定数測定装置がサンプリングした値をプロットしたグラフである。 本発明の解離定数測定装置が解離定数を予測する手順について説明するためのフローチャートである。 フローチャートの続きである。 本実施の形態に係る解離定数測定装置のハードウェア的な構成の一例を示したブロック図である。 従来例を説明するための図である。

符号の説明

１ マイクロリアクタ
３ 導入路
４ 反応槽
５ 廃液路
７ 質量濃度兼用センサ
１１ リガンド
１３ 金薄膜
１４ 水晶振動子
１６ アナライト

Claims (5)

1. 試料を含む溶液を流す流路と、
   前記流路上に設けられた獲得物質によって獲得された前記溶液中の試料の質量を表す質量情報を取得するとともに、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報を取得する取得手段と、を具備したマイクロリアクタと、
   前記取得した質量情報と濃度情報を用いて、前記試料と前記獲得物質とが平衡状態に至る前に、解離定数を算出する算出部と、
   を備え、
   前記算出部は、
   前記質量情報の時間変化を用いて前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量を算出する第一結合物質量算出部と、
   前記結合物質の量の時間変化を用いて前記試料を獲得していない獲得物質の量である未獲得量を算出する未獲得量算出部と、
   前記濃度情報と前記結合物質の量と前記未獲得量とを用いて前記結合物質の予測量である結合物質予測量を予測する結合物質量予測部と、
   前記質量情報の時間変化を用いて前記結合物質の実測量である結合物質実測量を算出する第二結合物質量算出部と、
   前記結合物質予測量と前記結合物質実測量との誤差を算出する誤差算出部と、
   前記誤差が予め設定された許容範囲外であった場合に前記結合物質量予測部と前記第二結合物質量算出部と前記誤差算出部とに対して繰り返し処理を行うように指示する一方で、当該誤差が予め設定された許容範囲内であった場合に前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出部と、
   を具備することを特徴とする解離定数測定装置。
2. 前記質量情報は、前記獲得物質を固定する共振部材の共振周波数を測定することにより取得することを特徴とする請求項１に記載の解離定数測定装置。
3. 前記濃度情報は、前記獲得物質を固定する共振部材のインピーダンスまたはアドミッタンスを測定することにより取得することを特徴とする請求項１に記載の解離定数測定装置。
4. 一のセンサを用いて流路上に設けられた獲得物質によって獲得された溶液中の試料の質量を表す質量情報を取得するとともに、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報を取得する取得ステップと、
   前記取得された質量情報の時間変化を用いて、前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量を算出する第一結合物質量算出ステップと、
   前記算出した結合物質の量の時間変化を用いて、前記試料を獲得していない獲得物質の量である未獲得量を算出する未獲得量算出ステップと、
   前記濃度情報と前記結合物質の量と前記未獲得量とを用いて前記結合物質の予測量である結合物質予測量を予測する結合物質量予測ステップと、
   前記質量情報の時間変化を用いて前記結合物質の実測量である結合物質実測量を算出する第二結合物質量算出ステップと、
   前記結合物質予測量と前記結物質実測量との誤差を算出する誤差算出ステップと、
   前記誤差が予め設定された許容範囲外であった場合に前記結合物質量予測ステップと前記第二結合物質量算出ステップと前記誤差算出ステップとを繰り返し行うように指示する一方で、当該誤差が予め設定された許容範囲内であった場合に前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出ステップと、
   を具備することを特徴とする解離定数算出方法。
5. コンピュータに、
   一のセンサを用いて流路上に設けられた獲得物質によって獲得された溶液中の試料の質量を表す質量情報を取得するとともに、前記獲得物質によって試料が獲得された際における、前記溶液中の前記試料の濃度を表す濃度情報を取得する取得機能と、
   前記取得された質量情報の時間変化を用いて、前記試料と前記獲得物質が結合した結合物質の量を算出する第一結合物質量算出機能と、
   前記算出した結合物質の量の時間変化を用いて、前記試料を獲得していない獲得物質の量である未獲得量を算出する未獲得量算出機能と、
   前記濃度情報と前記結合物質の量と前記未獲得量とを用いて前記結合物質の予測量である結合物質予測量を予測する結合物質量予測機能と、
   前記質量情報の時間変化を用いて前記結合物質の実測量である結合物質実測量を算出する第二結合物質量算出機能と、
   前記結合物質予測量と前記結物質実測量との誤差を算出する誤差算出機能と、
   前記誤差が予め設定された許容範囲外であった場合に前記結合物質量予測機能と前記第二結合物質量算出機能と前記誤差算出機能とを繰り返し実現するように指示する一方で、当該誤差が予め設定された許容範囲内であった場合に前記試料と前記獲得物質の解離定数を算出する解離定数算出機能と、
   を実現させることを特徴とする解離定数算出プログラム。

Images