(57)【要約】生体分子や有機高分子などの分子間相互作用の進捗度を指標する正確な値を効率よく得る。薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定するにあたり、薄膜からの反射光又は薄膜を透過した透過光を検出する検出手段によって、分子間相互作用の開始前における反射光又は透過光の第１の波長における強度を検出し、また、上記検出手段によって、分子間相互作用の開始後における反射光又は透過光の上記第１の波長における強度を検出し、上記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の反射光又は透過光の強度の変化を算出するようにした、分子間相互作用の測定方法、その測定システム、及び、その測定をするための処理をコンピューターに行わせるプログラムである。
2012081445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定する測定方法であって、
前記薄膜からの反射光又は前記薄膜を透過した透過光を検出する検出手段によって、分子間相互作用の開始前における前記反射光又は前記透過光の第１の波長における強度を検出する工程と、
前記検出手段によって、分子間相互作用の開始後における前記反射光又は前記透過光の前記第１の波長における強度を検出する工程と、
前記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の前記反射光又は前記透過光の強度の変化を算出する工程と、を備えることを特徴とする分子間相互作用の測定方法。
【請求項２】
前記反射光又は前記透過光の強度が、反射光の分光強度もしくは反射光の分光強度を変数とする値、又は、透過光の分光強度もしくは透過光の分光強度を変数とする値である請求項１に記載の分子間相互作用の測定方法。
【請求項３】
前記反射光又は前記透過光の強度の変化を前記第１の波長とは異なる第２の波長について算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子間相互作用の測定方法。
【請求項４】
所定の波長帯域内において、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を、波長を変えて複数測定し、それらの総和又はそれらの絶対値の総和を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子間相互作用の測定方法。
【請求項５】
薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定するための測定システムであって、
前記薄膜からの反射光又は前記薄膜を透過した透過光を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された、分子間相互作用の開始前における前記反射光又は前記透過光の第１の波長における強度を検出し、また、前記検出手段は、分子間相互作用の開始後における前記反射光又は前記透過光の前記第１の波長における強度を検出し、
前記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の前記反射光又は前記透過光の強度の変化を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする分子間相互作用の測定システム。
【請求項６】
前記反射光又は前記透過光の強度が、反射光の分光強度もしくは反射光の分光強度を変数とする値、又は、透過光の分光強度もしくは透過光の分光強度を変数とする値である請求項５に記載の分子間相互作用の測定システム。
【請求項７】
前記演算手段は、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を前記第１の波長とは異なる第２の波長について算出することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分子間相互作用の測定システム。
【請求項８】
前記演算手段は、所定の波長帯域内において、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を、波長を変えて複数測定し、それらの総和又はそれらの絶対値の総和を算出することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分子間相互作用の測定システム。
【請求項９】
薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定するための処理をコンピューターに行わせるプログラムであって、
前記薄膜からの反射光又は前記薄膜を透過した透過光を検出する検出手段によって、分子間相互作用の開始前における前記反射光又は前記透過光の第１の波長における強度を検出する処理と、 
前記検出手段によって、分子間相互作用の開始後における前記反射光又は前記透過光の前記第１の波長における強度を検出する処理と、
前記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の前記反射光又は前記透過光の強度の変化を算出する処理と、を前記コンピューターに行わせるプログラム。
【請求項１０】
前記反射光又は前記透過光の強度が、反射光の分光強度もしくは反射光の分光強度を変数とする値、又は、透過光の分光強度もしくは透過光の分光強度を変数とする値である請求項９に記載のプログラム。
【請求項１１】
前記反射光又は前記透過光の強度の変化を前記第１の波長とは異なる第２の波長について算出する処理をさらに前記コンピューターに行わせる請求項９又は請求項１０に記載のプログラム。
【請求項１２】
所定の波長帯域内において、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を、波長を変えて複数測定し、それらの総和又はそれらの絶対値の総和を算出する処理をさらに前記コンピューターに行わせる請求項９又は請求項１０に記載のプログラム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分子間相互作用の測定方法、その測定システム、及びその測定プログラムに係り、特に生体分子や有機高分子などの分子間相互作用の進捗度を指標する値を生成し得る分子間相互作用の測定方法、その測定システム、及びその測定をするための処理をコンピューターに行わせるプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抗原抗体反応などの生体分子同士の分子間相互作用や、有機高分子同士の分子間相互作用などの結合の測定は、一般的に、放射性物質や蛍光体などの標識を用いることで行われてきた。この標識には手間がかかり、特にタンパク質への標識は方法が煩雑な場合や標識によりタンパク質の性質が変化する場合があった。そこで、近年、生体分子や有機高分子間の結合を、簡便に標識を用いることなく直接的に検出する手段として、光学薄膜の干渉色変化を利用したＲＩｆＳ方式（Reflectometric interference spectroscopy：反射干渉分光法）が提案され、既に実用化もされている。ＲＩｆＳ方式の基本原理は特許文献１や非特許文献１などに言及されている。【０００３】
ＲＩｆＳ方式について簡単に説明すると、この方式では、図１８Ａ、図１８Ｂ及び図１８Ｃに示すように、光学薄膜１０４が設けられた基板１０２が用いられる。図１８Ａに示すように、基板１０２上の光学薄膜１０４に対し白色光を照射した場合、図１９の典型的な一例に示すとおり、白色光そのものの分光強度は実線１０６で表され、その反射光の分光強度は実線１０８で表される。照射した白色光とその反射光との各分光強度から反射率を求めると、図２０に示すとおり、実線で表されたボトムピーク（スペクトル曲線における極小部）を有する反射スペクトル１１０が得られる。【０００４】
分子間相互作用を検出するにあたっては、図１８Ｂに示すとおり、光学薄膜１０４上にリガンド１２０が設けられる。光学薄膜１０４上にリガンド１２０を設けると、リガンド１２０が設けられた部位における光学的厚さ１１２が変化して光路長が変化し、反射干渉効果により干渉波長も変化する。すなわち、反射光の分光強度分布のピーク位置がシフトし、その結果図２０に示すとおり、反射スペクトル１１０が反射スペクトル１２２（点線部参照）にシフトする。この状態において、光学薄膜１０４上にサンプル溶液を流すと、図１８Ｃに示すとおり、リガンド１２０とサンプル溶液中のアナライト１３０とが結合する。リガンド１２０とアナライト１３０とが結合すると、アナライト１３０が結合した部位における光学的厚さ１１２がさらに変化する。リガンド１２０に対してアナライト１３０が部分的に付着することによって不均質な層が生成されるが、この不均質層は巨視的にみればアナライト１３０の付着量に応じた所定の光学的厚さを有する均質層に置き換えられる。従って、入射光の通過する均質層の光学的厚さがアナライト１３０の付着量に応じて変化することとなる。これによって、図２０に示すとおり、反射スペクトル１２２が反射スペクトル１３２（１点鎖線部参照）にシフトする。そして、反射スペクトル１２２のボトムピーク波長（反射率が極小値となる波長）に対する反射スペクトル１３２のボトムピーク波長の変化を検出することにより、分子間相互作用の有無を検出することができる。また、反射スペクトル１２２のボトムピーク波長に対する反射スペクトル１３２のボトムピーク波長の変化量を検出することにより、分子間相互作用の進捗度を検出することができるようになっている。【０００５】
ボトムピーク波長の変化の推移を経時的に観測すると、図２１に示すとおり、曲線上の第１のショルダー部である時点１４０において、リガンド１２０によるボトムピーク波長の変化を確認することができ、曲線上の第２のショルダー部である時点１４２において、リガンド１２０とアナライト１３０との結合によるボトムピーク波長の変化を確認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３７８６０７３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Sandstrom et al, APPL.OPT., 24, 472, 1985
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、本発明者らの検討によれば、ボトムピーク波長の変化の推移を経時的に観測する方式では、測定原理上、測定精度に限界があり、分子間相互作用の進捗度をより正確に捉えようとした場合に、十分に改善できないという問題があることが判明した。これは以下のような理由による。
すなわち、抗原抗体反応などの生体分子同士の分子間相互作用や、有機高分子同士の分子間相互作用などの結合は、微視的には結合と離脱を繰り返しながらも、全体としては結合の割合が一様に増加する、すなわち、図２２Ａに示すように時間の経過に従って分子間相互作用の進捗度が増加する。
しかしながら、反射光の分光強度を検出する検出装置によって実際に出力されるデータは、例えば図２３に示す反射率データ１５１のように微小な変動を繰り返しており、ボトムピーク位置を定めるには、この反射率データ１５１に近似曲線１５２をフィッティングして、近似曲線１５２を算出し、その近似曲線の極小値を上述のボトムピーク位置として求めるなどの演算が必要となる。また、ボトムピーク付近は反射率の変化が小さいため、上述のような近似曲線を用いてボトムピーク位置を決定する方法では、原理上、ボトムピークの位置が不正確になりやすく、特に、分子間相互作用の進捗度をより高い精度で算出することが求められる場合は不利になる。結果として、ボトムピーク波長の変化量Δλは、図２２Ｂに示すように、分子間相互作用の進捗度とは異なった変化をすることがあり、このような場合は、ボトムピーク波長の変化量Δλは、分子間相互作用の進捗度を正確に判断するための値として適当ではなくなってしまう。【０００９】
また、ボトムピーク波長の変化量Δλを追跡する方法は、反射光の分光特性のグラフ上の１点だけを追跡し、グラフの全体的なシフトを捉えることをしておらず、変化を正確に捉えることに自ずと限界がある。
加えて、上述した近似曲線算出のための演算を行うために、高性能な演算装置や複雑な演算が必要になったり、分子間相互作用が速く進行するようなケースでは演算が追いつかなくなったりするという懸念もある。【００１０】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、生体分子や有機高分子などの分子間相互作用の進捗度を指標する値を正確に効率よく生成し得る分子間相互作用の測定方法、その測定システム、及びその測定をするための処理をコンピューターに行わせるプログラムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定する測定方法であって、
前記薄膜からの反射光又は前記薄膜を透過した透過光を検出する検出手段によって、分子間相互作用の開始前における前記反射光又は前記透過光の第１の波長における強度を検出する工程と、
前記検出手段によって、分子間相互作用の開始後における前記反射光又は前記透過光の前記第１の波長における強度を検出する工程と、
前記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の前記反射光又は前記透過光の強度の変化を算出する工程と、を備えることを特徴とする分子間相互作用の測定方法である。【００１２】
請求項２記載の発明は、前記反射光又は前記透過光の強度が、反射光の分光強度もしくは反射光の分光強度を変数とする値、又は、透過光の分光強度もしくは透過光の分光強度を変数とする値である請求項１に記載の分子間相互作用の測定方法である。【００１３】
請求項３記載の発明は、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を前記第１の波長とは異なる第２の波長について算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子間相互作用の測定方法である。【００１４】
請求項４記載の発明は、所定の波長帯域内において、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を、波長を変えて複数測定し、それらの総和又はそれらの絶対値の総和を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の分子間相互作用の測定方法である。【００１５】
請求項５記載の発明は、薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定するための測定システムであって、
前記薄膜からの反射光又は前記薄膜を透過した透過光を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された、分子間相互作用の開始前における前記反射光又は前記透過光の第１の波長における強度を検出し、また、前記検出手段は、分子間相互作用の開始後における前記反射光又は前記透過光の前記第１の波長における強度を検出し、
前記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の前記反射光又は前記透過光の強度の変化を算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする分子間相互作用の測定システムである。【００１６】
請求項６記載の発明は、前記反射光又は前記透過光の強度が、反射光の分光強度もしくは反射光の分光強度を変数とする値、又は、透過光の分光強度もしくは透過光の分光強度を変数とする値である請求項５に記載の分子間相互作用の測定システムである。【００１７】
請求項７記載の発明は、前記演算手段は、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を前記第１の波長とは異なる第２の波長について算出することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分子間相互作用の測定システムである。【００１８】
請求項８記載の発明は、前記演算手段は、所定の波長帯域内において、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を、波長を変えて複数測定し、それらの総和又はそれらの絶対値の総和を算出することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の分子間相互作用の測定システムである。【００１９】
請求項９記載の発明は、薄膜上における複数物質間の分子間相互作用を光学的に測定するための処理をコンピューターに行わせるプログラムであって、
前記薄膜からの反射光又は前記薄膜を透過した透過光を検出する検出手段によって、分子間相互作用の開始前における前記反射光又は前記透過光の第１の波長における強度を検出する処理と、
前記検出手段によって、分子間相互作用の開始後における前記反射光又は前記透過光の前記第１の波長における強度を検出する処理と、 
前記第１の波長における、分子間相互作用の開始前と開始後の前記反射光又は前記透過光の強度の変化を算出する処理と、を前記コンピューターに行わせるプログラムである。【００２０】
請求項１０記載の発明は、前記反射光又は前記透過光の強度が、反射光の分光強度もしくは反射光の分光強度を変数とする値、又は、透過光の分光強度もしくは透過光の分光強度を変数とする値である請求項９に記載のプログラムである。【００２１】
請求項１１記載の発明は、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を前記第１の波長とは異なる第２の波長について算出する処理をさらに前記コンピューターに行わせる請求項９又は請求項１０に記載のプログラムである。【００２２】
請求項１２記載の発明は、所定の波長帯域内において、前記反射光又は前記透過光の強度の変化を、波長を変えて複数測定し、それらの総和又はそれらの絶対値の総和を算出する処理をさらに前記コンピューターに行わせる請求項９又は請求項１０に記載のプログラムである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、分子間相互作用の開始前の反射光又は透過光の第１の波長における強度と、分子間相互作用の開始後の反射光又は透過光の第１波長における強度との変化を算出するので、この変化量を分子間相互作用の進捗度を指標する値とすることによって、分子間相互作用の進捗度を指標する正確な値を効率よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る分子間相互作用の測定システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る測定部材の概略構成を示す斜視図である。
【図３】分子間相互作用の測定システムの測定の様子を示す模式図である。
【図４】分子間相互作用の測定システムの回路ブロック図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係るリガンドとアナライトとの結合の様子を説明するための模式的に表した断面図であり、結合前の様子を示す。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係るリガンドとアナライトとの結合の様子を説明するための模式的に表した断面図であり、結合後の様子を示す。
【図６】本発明の一実施形態に係る変化量ΔＩの算出を説明するための図であって、反射光の分光強度分布の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る変化量ΔＲの算出を説明するための図であって、反射光の分光反射率分布の一例を示すグラフである。
【図８】分子間相互作用の進捗度αに対する分光強度の変化量ΔＩの変化を表すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係り、異なる２以上の波長について変化量ΔＩの算出を説明するための図であって、反射光の分光強度分布の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の一実施形態に係り、所定の波長帯域内の変化量ΔＩの絶対値の総和の算出を説明するための図であって、反射光の分光強度分布の一例を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態に係る制御演算装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【図１２Ａ】本実施形態の測定原理を説明するための図であって、分子間相互作用が進捗する空間の縦断面を示す模式図である。
【図１２Ｂ】本実施形態の測定原理を説明するための図であって、分子間相互作用が進捗する仮想上の同空間を示す模式図である。
【図１３Ａ】本実施形態の測定原理を説明するための図であって、分子間相互作用が進捗する空間の縦断面を示す模式図である。進捗度０％の状態を模式的に示す。
【図１３Ｂ】本実施形態の測定原理を説明するための図であって、分子間相互作用が進捗する空間の縦断面を示す模式図である。進捗度１００％の状態を模式的に示す。
【図１４】本実施形態の測定原理に係る分子間相互作用の進捗度毎の分光反射率曲線を示すグラフである。
【図１５】本発明の理論を裏付けるためのシミュレーション結果に係る進捗度毎の分光反射率曲線を示すグラフである。
【図１６】同シミュレーション結果に係る進捗度とボトムピーク波長の変化量Δλとの関係を示すグラフである。
【図１７】同シミュレーション結果に係る進捗度と反射率の変化量ΔＲとの関係を示すグラフである。
【図１８Ａ】ＲＩｆＳ方式の概略を説明するための模式図である。
【図１８Ｂ】ＲＩｆＳ方式の概略を説明するための模式図である。
【図１８Ｃ】ＲＩｆＳ方式の概略を説明するための模式図である。
【図１９】波長と分光強度との概略的な関係を示す一例のグラフである。
【図２０】波長と反射率との概略的な関係を示す一例のグラフである。
【図２１】ボトムピーク波長の変化の概略的な推移を示す一例のグラフである。
【図２２Ａ】分子間相互作用の進捗度の時間変化を示すグラフである。
【図２２Ｂ】ボトムピーク波長の変化量Δλの時間変化の一例を示すグラフである。
【図２３】分光反射率の検出データとその近似曲線の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００２６】
図１に示すとおり、分子間相互作用の測定システム１は、測定対象となる試料を保持する測定部材１０と後述する光源や分光器から構成される測定機構とを備えた測定装置８０と、測定装置８０に接続されたコンピューターである制御演算装置５０と、制御演算装置５０に接続されたディスプレイ９１及び入出力装置９２とによって構成されている。
測定システム１において制御演算装置５０は、測定装置８０に内蔵される光源や分光器などの測定機構の制御手段、検出情報の演算手段、及び、制御指令や検出情報の出入力を行う出入力手段（インターフェース）として機能する。
測定装置８０は、下側筺体８２と、下側筺体８２に回動自在に取り付けられた上側筺体８１とを備える。下側筺体８２には測定部材１０を保持するためのテーブル８３が設けられている。上側筺体８１内側には、測定部材１０に接続して試料を流通させるための射出口８５及び吸引口８７と、検出窓８６とを有する接続部８４が設けられている。上側筺体８１内には、後述するように、白色光源２０，分光器３０，光ファイバー４０、４１が設けられており、検出窓８６から光を照射するとともに、検出窓８６から入射する光を受光するように構成されている。測定を行う際は、まず、上側筺体８１を上方に回動させて下側筺体８２上のテーブル８３を開放し、テーブル８３に測定部材１０をセットする。その後、上側筺体８１を下方に回動させて閉じることにより、射出口８５及び吸引口８７が測定部材１０に接続し、また、検出窓８６が測定部材１０に対向し、測定準備を完了する。
図２に示すとおり、測定部材１０は、光学薄膜の設けられたセンサーチップ１２と、センサーチップ１２とともに流路を形成するフローセル１４とによって構成されている。センサーチップ１２はシリコン基板１２ａを有している。シリコン基板１２ａ上にはＳｉＮ膜１２ｂ（窒化シリコン）が蒸着されている。ＳｉＮ膜１２ｂは光学薄膜の一例である。
フローセル１４はシリコーンゴム製の透明な部材である。フローセル１４には溝１４ａが形成されている。フローセル１４センサーチップ１２に密着させると、図３に示すように密閉流路１４ｂが形成される。溝１４ａの両端部はフローセル１４の表面から露出しており、一方の端部がサンプル溶液の流入口１４ｃとして、他方の端部がその流出口１４ｄとしてそれぞれ機能する。溝１４ａの底部には予めリガンド１６が結合されている（図３参照）。
【００２７】
測定部材１０では、センサーチップ１２に対しフローセル１４を貼り替え可能となっており、フローセル１４はディスポーザブル（使い捨て）使用が可能となっている。センサーチップ１２の表面には、シランカップリング剤などにより、表面修飾をおこなってもよく、この場合フローセル１４の貼り替えが容易となる。 
【００２８】
先に説明したように、測定部材１０をセットした後、上側筺体８１を下方に回動させて閉じることにより、図３に示すとおり、検出窓８６がフローセル１４に対向し、フローセル１４の密閉流路１４ｂの上方には光ファイバー４０が設置された状態となる。ここで、光ファイバー４０の一方の端部には白色光源２０が接続されている。白色光源２０としては例えばハロゲン光源が使用される。光ファイバー４０の他方の端部は検出窓８６に面している。光ファイバー４１の一方の端部には分光器３０が接続され、他方の端部は検出窓８６に面している。白色光源２０が点灯すると、その光が光ファイバー４０を介して密閉流路１４ｂに照射され、その反射光が光ファイバー４１を介して分光器３０で検出される。白色光源２０や分光器３０は制御演算装置５０に接続され、制御演算装置５０はこれらモジュールの動作を制御する。ここで、白色光源２０、分光器３０、光ファイバー４０、４１等は、分子間相互作用が進行する光学薄膜の反射光の強度を検出する検出手段を構成する。なお、本実施形態では反射光を測定しているが、透過光を測定するようにしても構わない。透過光を利用する場合は、光源からの光を導くための光ファイバーと分光器に接続される光ファイバーとが測定部材を挟んで反対側になるように配置する。
また、制御演算装置５０は、後述する記憶装置に記憶されたプログラムの実行により、検出動作制御に連動した所定のタイミングでインターフェースを介して反射光の分光特性を表すデータの入力を得るとともに、入力されたデータに基づき以下に説明する各種の値を算出する演算手段として機能する。
図４は、本測定システム１の模式的な回路ブロック図である。図４に示すように、制御演算装置５０は、ＣＰＵ５００、ＲＯＭ５０１、ＲＡＭ５０２、ハードディスクなどの記憶装置５０３、通信装置５０４、メモリカード等の記憶媒体のリーダ・ライタ５０５、測定装置８０の各部やディスプレイ及び入力装置との間で信号のやりとりを行うためのインターフェース５０６を備える。分子間相互作用を測定するためのプログラムは記憶装置５０３に記憶されており、このプログラムによってＣＰＵ５００が各種の動作を実行するように制御される。
【００２９】
続いて、測定システム１の動作及び測定方法について説明する。
【００３０】
図３に示すとおり、アナライト６２を含むサンプル溶液６０を、流入口１４ｃから密閉流路１４ｂを経て流出口１４ｄに流通させる。このとき制御演算装置５０は、サンプル溶液６０を送液するための送液装置３５（図４参照）の制御を行う。アナライト６２とは、リガンド１６と特異的に結合する物質であり、検出しようとする目的の分子である。アナライト６２としては、例えばタンパク質，核酸，脂質，糖などの生体分子や、薬剤物質，内分泌錯乱化学物質などの生体分子と結合する外来物質などが使用される。
制御演算装置５０は、サンプル溶液６０を測定部材１０に流入させる前のタイミングにおいて、白色光源２０を点灯させ、分光器３０から分子間相互作用の開始前の光学薄膜（ＳｉＮ膜１２ｂ）の反射光の強度を示すデータを含む分光特性データの入力を得る。
【００３１】
制御演算装置５０は、サンプル溶液６０が密閉流路１４ｂを流通している間も、白色光源２０を点灯させる。白色光はフローセル１４を透過してセンサーチップ１２に照射され、その反射光が分光器３０で検出される。分光器３０により検出された反射光の検出強度は制御演算装置５０に送信される。
【００３２】
この場合に、図５Ａから図５Ｂに示すとおり、サンプル溶液６０中のアナライト６２がリガンド１６と結合すると、光学的厚さ７０が変化し、反射光の特性（例えば、分光器３０による検出強度が最も小さくなる波長）が変化する。制御演算装置５０は、分光器３０から、分子間相互作用の進捗中又は終了後の反射光の強度を示すデータを含む分光特性データの入力を得る。
【００３３】
分子間相互作用の開始後の反射光の強度が得られた時点で、制御演算装置５０は、分子間相互作用の開始前の反射光の強度と、得られた進捗中又は終了後の反射光の強度との変化量を算出する。そして制御演算装置５０は、この算出値を分子間相互作用の進捗度を指標する値として出力し、ディスプレイ９１に表示させたり、リーダ／ライタ５０５によって記憶媒体に記録させたりする。
この演算に用いる反射光の強度としては、例えば、反射光の分光強度であり、所定の波長における分子間相互作用の開始前後における反射光の分光強度の変化をΔＩとする。図６に示すように、分子間相互作用の開始前の反射光の分光強度Ｉが破線１６１のように分布し、分子間相互作用の進捗に伴って、実線１６２のように変化したとき、所定の波長におけるΔＩを、進捗度を指標する値として算出する。ここで、ΔＩを算出する波長は、分子間相互作用の進捗度によって分光強度の変化が生じる波長であれば適宜の波長を選択することができるが、分子間相互作用の進捗度によって分光強度の変化が大きくなるような波長、特に、変化量が最大となる波長を選択するとΔＩを求めやすい。
【００３４】
また、この演算に用いる反射光の強度としては、例えば、反射光の分光反射率であり、所定の波長における分子間相互作用の開始前後における反射光の分光反射率の変化をΔＲとする。図７に示すように、分子間相互作用の開始前の反射光の分光反射率Ｒが破線１７１のように分布し、分子間相互作用の進捗に伴って、実線１７２のように変化したとき、所定の波長におけるΔＲを、進捗度を指標する値として算出する。ここで、ΔＲを算出する波長は、分子間相互作用の進捗度によって分光強度の変化が生じる波長であれば適宜の波長を選択することができるが、分子間相互作用の進捗度によって分光強度の変化が大きくなるような波長、特に、分光反射率の変化が最大となる波長などを選択するとΔＲを求めやすい。
【００３５】
ここで、本実施形態における分子間相互作用の進捗度の測定原理について説明する。図１２Ａに示すように、物質I（上述のアナライト６２に相当）、物質II（上述のリガンド１６に相当）、光学薄膜III（上述のＳｉＮ膜１２ｂに相当）、基板IV（上述のシリコン基板１２ａに相当）からなる構成を考える。
干渉膜は、物質I、物質II及び光学薄膜IIIによって構成されるが、そのうち、物質I及び物質IIから構成される不均質な層を、図１２Ｂに示すように実効的な均質層に置き換えて考える。この仮想的な均質層の厚みが演算を行う際の光学厚みに相当する。
すると、図１３Ａに示すような状態Ａから図１３Ｂに示すような状態Ｂへ分子間相互作用が進捗するとき、進捗中の任意の状態において測定される反射率曲線Ｒ（λ，α）は、次式（１）で表される。Ｒ（λ，α）＝（１−α）Ａ（λ）＋αＢ（λ）・・・式（１）
但し、Ａ（λ）は状態Ａでの反射率曲線、Ｂ（λ）は状態Ｂでの反射率曲線、αは分子間相互作用の進捗度である。
例えば、進捗度αが６０％のときは、波長λ１における反射率の値Ｒ（λ１，０．６）は、式（１）より、０．４×Ａ（λ１）＋０．６Ｂ（λ１）で求められる。
反射率曲線Ｒ（λ，α）を、α＝０，２０，４０，６０，８０，１００（％）についてグラフ化すると、図１４に示すグラフ２０１（α＝０％）、グラフ２０２（α＝２０％）、グラフ２０３（α＝４０％）、グラフ２０４（α＝６０％）、グラフ２０５（α＝８０％）、グラフ２０６（α＝１００％）のとおりとなる。
このとき、分光反射率グラフのボトムピーク波長の変化量Δλの進捗度αに対するリニアリティは必ずしも確保されないが、後述するシミュレーション結果からも明らかなように、所定の波長（例えばλ１）における反射率の変化ΔＲの進捗度αに対するリニアリティは確保される。なお、ΔＲを測定する波長は進捗度の変化に応じて反射率が変化する波長であれば特に制限はなく何れの波長であってもよい。
なお、分光反射率Ｒを分光強度Ｉに替えても、分光反射率Ｒと分光強度Ｉとでは変数が共通であるため、以上と同様の理論が成立する。
以上のようにΔＩやΔＲを分子間相互作用の進捗度を指標する値として適用する。ΔＲは、白色光源の分光強度を反射光の分光強度で除した値であり、白色光源の分光強度は装置により一定であるから、ΔＩとΔＲの変化特性は同様であり、どちらも分子間相互作用の進捗度を指標する値として適用できる。また、ΔＩを変数とする値、例えば、ΔＴ＝１−ΔＲとして、ΔＴを分子間相互作用の進捗度を指標する値として適用してもよい。
【００３６】
ΔＩやΔＲ、ΔＴは、例えばΔＩについて図８に示すように、分子間相互作用の進捗度αに対してリニアに変化する変化特性を示し、これらを分子間相互作用の進捗度を指標する正確な値として扱うことができる。
また、ΔＩやΔＲ、ΔＴを算出するに当たっては、ボトムピークの位置を定めるために近似曲線を演算する必要は無く、このような演算を介さずに値を算出することができ、値の算出が容易になる。また、これらの値は反射光の分光特性の全体的なシフトを捉えたものであるため、変化を正確に捉えることができる。
【００３７】
ΔＩやΔＲ、ΔＴを算出する波長は、ΔＩについて図６に、ΔＲについて図７に示したように所定の１波長だけでもよいし、異なる２以上の波長でもよい。例えば図９に示すように、分子間相互作用の開始前の反射光の分光強度Ｉが破線１８１のように分布し、分子間相互作用の進捗に伴って、実線１８２のように変化したとき、所定の波長帯域内にある異なる２以上の波長についてΔＩを算出する。複数波長についてΔＩを測定した場合は、最も精度の高いものを採用して測定値としてもよいし、複数の測定値を用いて測定値を求めるようにしてもよい。
また、所定の波長帯域内において複数の波長で測定を行い、測定された各々のΔＩやΔＲ、ΔＴの総和又はΔＩやΔＲ、ΔＴの絶対値の総和を算出するようにしてもよい。例えば、図１０に示すように、分子間相互作用の開始前の反射光の分光強度Ｉが破線１９１のように分布し、分子間相互作用の進捗に伴って、実線１９２のように変化したとき、所定の波長帯域内のΔＩの絶対値の総和を算出する。
特定の１波長についてだけでなく、このようにより多くの情報を得ることで高い測定精度を確保することが可能となる。また、分光特性グラフの全体的なシフトをより確実に捉えることができ、結果的にノイズをキャンセルする効果も得られるため、分子間相互作用の変化をより高精度に測定することができるという利点がある。
【００３８】
なお、所定の１波長についてのみ値を算出する場合にあっては、単色光源を適用することができるので、分光強度を検出するための高価な分光器は不要となる。さらに、構成の簡素な単色光源を用いることができるため、測定システムを低コストに構成することができる。
【００３９】
コンピューターである制御演算装置５０に処理を行わせるための測定プログラムのフローチャートの一例を図１１に示す。
まず、制御演算装置５０は、白色光源２０を点灯し、分光器３０の検出動作を開始し、分光器３０から分子間相互作用の開始前の反射光の分光特性を示すデータを得る処理（ステップＳ１）を実行する。
次に、制御演算装置５０は、得られた反射光の分光特性データに基づいて、反射光の分光強度の変化量を測定する波長（測定波長）を決定する処理（ステップＳ２）を実行する。ここで、測定波長として、分子間相互作用の進捗度によって分光強度に大きな変化が生じるように、例えば、隣り合う２つの極値の間の波長など、分光スペクトル曲線における勾配の急な部位に相当する波長を選択する。なお、予め測定波長が決まっている場合、ステップＳ２は不要である。また、分子間相互作用開始後の分光特性データを取得した後に、分子間相互作用開始前後の分光特性に基づいて測定波長を決定するようにしてもよい。
制御演算装置５０は、サンプル溶液６０の送液装置３５を制御してサンプル溶液６０を密閉流路１４ｂに流通させて、分光器３０から分子間相互作用の進捗中又は／及び終了後の反射光の強度を示すデータを得る処理（ステップＳ３）を実行する。 
少なくとも分子間相互作用の開始後の反射光の強度が得られた時点で、制御演算装置５０は、分子間相互作用の開始前の反射光の強度と、得られた進捗中又は終了後の反射光の強度との変化量を算出する処理（ステップＳ４）を実行する。そして制御演算装置５０は、この算出値を分子間相互作用の進捗度を指標する値として出力し、ディスプレイ９１に表示させたり、記憶媒体に記録させたりする処理（ステップＳ５）を実行する。
また、制御演算装置５０は、ステップＳ４に代え又はステップＳ４とは別途に、所定の波長帯域内の変化量の総和又は変化量の絶対値の総和を算出する工程を実行し、この算出結果を出力する処理を実行する。
【００４０】
なお、上記プログラムは、ＬＡＮなどを通じてインターネットなどの公衆回線に接続された通信装置５０４を通じて、適宜、最新のものに更新することができる。
【００４１】
以下、所定の波長における分子間相互作用の開始前後の反射光又は透過光の強度の変化を測定することで、分子間相互作用の進捗度を指標する値を正確に生成されることを裏付けるためのシミュレーション結果を開示する。
図１５は、厚さ７２５μｍのシリコン基板上に厚さ６６．５ｎｍのＳｉＮ薄膜を設け、このＳｉＮ薄膜上に、屈折率１．５の物質が６５０ｎｍの厚みで付着していく光学薄膜モデルの分光反射率を観測したシミュレーション結果である。なお、ＳｉＮ薄膜上に付着する物質の周囲には純水が満たされており、付着の進捗度が１００％になった時点での純水層の厚みは１００μｍであるものとしてシミュレーションを実行した。観測波長は５００〜７００ｎｍの範囲である。図１５に示す各グラフは、進捗度０％（未付着）から１０％刻みで１００％（６５０ｎｍ付着）までの分光反射率を示す。
図１５のデータに基づき図１６及び図１７に示すグラフを作成した。図１６は、進捗度とボトムピーク波長の変化量Δλとの関係を示すグラフである。Δλは、進捗度０％のときのボトムピーク波長を基準とした変化量を示す。図１７は、進捗度と反射率の変化量ΔＲとの関係を示すグラフである。ΔＲは、波長６００ｎｍにおける反射率の変化量を示す。またΔＲは、進捗度０％のときの反射率を基準とした変化量を示す。
図１６に示すように、ボトムピーク波長の変化量Δλは、進捗度に対してリニアに変化しない。これに対し反射率の変化量ΔＲは、図１７に示すように進捗度に対してリニアに変化する。したがって、反射率の変化量ΔＲは、分子間相互作用の進捗度を正確に指標していると言える。なお、光学薄膜の材質や付着する物質の屈折率及び厚みを種々変えてシミュレーションを行ったが、いずれの場合も上述したのと同様の結果が得られ、所定の波長における変化量のリニアリティが確保されていることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、生体分子や有機高分子などの分子間相互作用の進捗度の測定に利用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１ 測定システム
１０ 測定部材
１２ センサーチップ
１２ａ シリコン基板
１２ｂ ＳｉＮ膜
１４ フローセル
１４ａ 溝
１４ｂ 密閉流路
１４ｃ 流入口
１４ｄ 流出口
１６ リガンド
２０ 白色光源
３０ 分光器
４０、４１ 光ファイバー
５０ 制御演算装置 
６０ サンプル溶液
６２ アナライト
８０ 測定装置
Ｉ 分光強度
Ｒ 分光反射率
α 分子間相互作用の進捗度
λ 反射光の波長 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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