(57)【要約】【課題】適切な検出条件を決定する。【解決手段】演算装置は、繰り返しパターンを有するセンサに標識物で標識した検出対象物を添加し、当該センサに電磁波を照射して当該電磁波の反射率又は透過率の変化によって前記検出対象物を検出する検出装置に関する検出条件を決定する。演算装置は、条件が入力される入力インターフェースと、入力された前記条件に応じて、前記標識物で標識した前記検出対象物の大きさが前記センサにおける前記電磁波による電場の染み出し深さ以下となるように、前記電磁波の周波数と、前記標識物の大きさと、前記パターンの大きさとのうち、少なくとも１つを決定するように構成されたプロセッサとを備える。【選択図】図１
2020159812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返しパターンを有するセンサに標識物で標識した検出対象物を添加し、当該センサに電磁波を照射して当該電磁波の反射率又は透過率の変化によって前記検出対象物を検出する検出装置に関する検出条件を決定するための演算装置であって、
条件が入力される入力インターフェースと、
入力された前記条件に応じて、前記標識物で標識した前記検出対象物の大きさが前記センサにおける前記電磁波による電場の染み出し深さ以下となるように、前記電磁波の周波数と、前記標識物の大きさと、前記パターンの大きさとのうち、少なくとも１つを決定するように構成されたプロセッサと
を備える演算装置。
【請求項２】
前記入力インターフェースには、前記電磁波の周波数と、前記標識物の大きさと、前記パターンの大きさとのうち１つが入力され、
前記プロセッサは、前記電磁波の周波数と、前記標識物の大きさと、前記パターンの大きさとのうち他の２つを決定する、
請求項１に記載の演算装置。
【請求項３】
前記入力インターフェースには、前記検出対象物の条件が入力され、
前記プロセッサは、前記電磁波の周波数と、前記標識物の大きさと、前記パターンの大きさとを決定する、
請求項１に記載の演算装置。
【請求項４】
複数種類の前記標識物の各々を収容する複数の容器と、
前記複数の容器の各々と標識物の排出口とをつなぐ経路の、接続と遮断とを切り換えるように構成された切り換え機構と、
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の演算装置と
を備え、
前記演算装置の前記プロセッサは、前記複数種類の標識物の中から１種類の前記標識物を選択し、
前記切り換え機構は、選択された前記標識物を前記排出口から排出するように動作する、
試料調製装置。
【請求項５】
異なる周波数の電磁波を前記センサに照射できるように構成された照射部と、
前記センサで反射した、又は、前記センサを透過した、前記電磁波を受信する受信部と、
請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の演算装置と
を備え、
前記演算装置の前記プロセッサは、前記照射部が放射する電磁波の周波数を選択し、
前記照射部は、選択された前記周波数の電磁波を放射する、
検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、演算装置、試料調製装置及び検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空隙が配置された構造体に電磁波が照射されると、当該電磁波の反射率又は透過率について空隙の特性に由来する周波数特性が認められる。この構造体に物質が付加された場合、電磁波の反射率又は透過率の周波数特性は、当該物質によって変化する。このような性質を利用して、構造体を有するセンサを用いて検出対象物の有無又は量を検出する技術が知られている。例えば、標識物でタンパク質又は細菌などの検出対象物を修飾し、これが空隙を有する構造体に付加される。例えばテラヘルツ帯域の電磁波が空隙を有する構造体に照射されることで、構造体に付着した検出対象物について解析が行われる。上述のようなセンサにおいて、電磁波による電場の染み出しが生じている。電磁波を照射する場合には、染み出した電場内の検出対象物が検出される。電場の染み出し深さは、電磁波の周波数によっても変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６３１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
空隙が配置された構造体に電磁波を照射して行う物質の検出において、適切な検出条件を決定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の一態様によれば、演算装置は、繰り返しパターンを有するセンサに標識物で標識した検出対象物を添加し、当該センサに電磁波を照射して当該電磁波の反射率又は透過率の変化によって前記検出対象物を検出する検出装置に関する検出条件を決定する。演算装置は、条件が入力される入力インターフェースと、入力された前記条件に応じて、前記標識物で標識した前記検出対象物の大きさが前記センサにおける前記電磁波による電場の染み出し深さ以下となるように、前記電磁波の周波数と、前記標識物の大きさと、前記パターンの大きさとのうち、少なくとも１つを決定するように構成されたプロセッサとを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一実施形態に係る演算装置の構成例の概略を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態に係る検出センサの構成の一例の概略を示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一実施形態に係る検出センサの構成の一例の概略を示す平面図である。
【図３】図３は、検出装置で取得される電磁波を検出センサに照射したときの周波数に対する反射率の一例の概略を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る、光源の周波数と、電場の染み出し深さと、ビーズサイズと、センサのパターンサイズとの関係について説明するための図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る演算装置の動作の一例の概略を示すフローチャートである。
【図６】図６は、第１の実施形態の適用例に関するシステムの構成例の概略を示すブロック図である。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る、試料条件と、光源の周波数と、ビーズサイズと、センサのパターンサイズとの関係について説明するための図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る演算装置の動作の一例の概略を示すフローチャートである。
【図９】図９は、変形例に関する検出装置の構成例の概略を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
［第１の実施形態］
第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、例えばサンプル中に含まれる検出対象物の有無、量又は特性を検出するための検出装置に関する。一般に、空隙が配置された構造体に電磁波を照射したときの当該電磁波の反射率は、空隙の特性に由来する周波数特性を有する。この構造体に検出対象物が付着したとき、この電磁波の反射率の周波数特性は変化する。本実施形態に係る検出装置は、このような照射した電磁波の反射率の周波数特性の変化を利用して検出対象物の有無、量又は特性等を特定する。
【０００８】
〈演算装置〉
本実施形態の演算装置は、上述のような検出対象物の検出等における最適な条件を出力する。本実施形態に係る演算装置１００の構成を図１に示す。演算装置１００は、バスライン１２１を介して互いに接続されたCentral Processing Unit（ＣＰＵ）１１１と、メモリ１１３と、記憶装置１１５とを備える。ＣＰＵ１１１は、各種演算を行う。メモリ１１３は、例えば、Read Only Memory（ＲＯＭ）、Random Access Memory（ＲＡＭ）など、各種記憶素子を含む。ＲＯＭは、起動プログラムなどを記憶している。ＲＡＭは、ＣＰＵ１１１の主記憶装置などとして機能する。記憶装置１１５は、例えば、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、又は、Solid State Drive（ＳＳＤ）などの装置を含む。記憶装置１１５には、ＣＰＵ１１１で用いられるプログラム、パラメータ等各種情報が記録されている。また、記憶装置１１５は、取得したデータ、算出した解析結果などの各種情報を保存する。演算装置１００に用いられるプロセッサは、ＣＰＵに限らない。ＣＰＵに代えて、又は、ＣＰＵに加えて、Application Specific Integrated Circuit（ＡＳＩＣ）、又はField Programmable Gate Array（ＦＰＧＡ）などが用いられてもよい。
【０００９】
演算装置１００は、バスライン１２１に接続された入力インターフェース（Ｉ／Ｆ）１２３及び出力Ｉ／Ｆ１２５を備える。入力Ｉ／Ｆ１２３には、入力装置１３０が接続される。入力装置１３０は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネルなどである。入力装置１３０は、ユーザの指示を受け付け、その指示を演算装置１００に伝達する。入力Ｉ／Ｆ１２３には、ユーザからの指示に限らず、他の機器からの情報が入力されてもよい。出力Ｉ／Ｆ１２５には、外部装置１５０が接続される。外部装置１５０は、各種装置であり得る。外部装置１５０は、例えばディスプレイであってもよい。また、外部装置１５０は、後述するビーズ排出装置、検出装置などであってもよい。
【００１０】
本実施形態では、例えばユーザが入力装置１３０を用いて検出対象物の検出に関する条件の一つを入力すると、他の条件が出力される。例えば、他の条件がディスプレイに表示される。
【００１１】
〈対象物の検出〉
本実施形態では、空隙が配置された構造体をセンサと称することにする。センサ４０１の構成の概略を図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明する。図２Ａは、センサ４０１の一例の断面の概略を示し、図２Ｂは、センサ４０１の一例の平面の概略を示す。図２Ａは、図２Ｂに示したIIＡ−IIＡ線における断面を示す。
【００１２】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、センサ４０１において、基板４０３の上に空隙４０６のある膜４０４が設けられている。基板４０３は、例えばシリコンで形成されている。空隙４０６のある膜４０４は、例えば金で形成されている。図２Ｂに示すように、膜４０４は、繰り返しパターンを有する。膜４０４には、例えばＣ型の空隙４０６が多数並べて形成されている。多数のＣ型の空隙４０６を有する図２Ｂに示す例は、メタマテリアル共振器の代表例で、相補型分割リング共振器と呼ばれている。相補型分割リング共振器は、所定の周波数帯の電磁波が照射されたときに、特徴的な反射特性を示す。すなわち、電磁波が照射されたとき、空隙４０６のある膜４０４のＣ型の空隙４０６がある部分は、電気的にＬＣ回路のように振る舞う。このため、このＬＣ回路の共振周波数の近傍の周波数において、照射された電磁波は、相補型分割リング共振器と強く相互作用する。その結果、相補型分割リング共振器は、ＬＣ回路の共振周波数の近傍で反射率が低下する反射特性を示す。例えば、Ｃ型の空隙４０６の大きさが数μｍ程度であるとき、共振周波数は、テラヘルツ帯域に表れる。
【００１３】
相補型分割リング共振器に物質が付着したとき、当該物質がＬＣ回路の主に容量成分を変化させる。その結果、当該ＬＣ回路の共振周波数が変化する。図３は、相補型分割リング共振器に電磁波を照射したときの反射率の周波数特性を示す。横軸は照射する電磁波の周波数を示し、縦軸は反射率を示す。破線７０１は、相補型分割リング共振器に検出対象物がないときの周波数特性を示し、実線７０２は、相補型分割リング共振器に検出対象物があるときの周波数特性を示す。図３に示すように、相補型分割リング共振器に検出対象物があるか否かに応じて、反射率の周波数特性が変化する。
【００１４】
この周波数特性の変化を利用することで、相補型分割リング共振器は、センサ４０１として用いられ得る。すなわち、検出装置の電磁波の照射部が放射する電磁波の周波数は、ＬＣ回路の共振周波数の近傍の周波数に設定される。電磁波照射部から放射された電磁波は、センサ４０１に照射される。このとき、電磁波の受信部は、センサ４０１で反射した電磁波を受信する。受信された電磁波の強度に基づいて、センサ４０１上の物質の有無又は量等が特定される。
【００１５】
例えば、図３に示す例において、照射部が放射する電磁波の周波数を、一点鎖線で示した周波数Ｆ１とする。このとき、破線７０１で示した検出対象物が存在しないセンサ４０１の反射率は、第１の反射率Ｒ１として検出される。一方、実線７０２で示した検出対象物が存在するセンサ４０１の反射率は、第２の反射率Ｒ２として検出される。このような反射率の変化の有無に基づいて、検出対象物の有無が特定され得る。また、反射率の変化量に基づいて、検出対象物の量又は特性が特定され得る。
【００１６】
空隙４０６のある膜４０４を形成する材料は、金に限定されない。空隙４０６のある膜４０４を形成する材料は、導電体であればよい。空隙４０６の形状はＣ型に限定されない。空隙４０６の形状は、例えば、四角形又は多角形など他の形状であってもよい。また、空隙４０６の配置は、図２Ｂに示すように、マトリックス状の配置に限定されない。空隙４０６の配置は、規則的又は周期的に繰り返し配置されていればよい。基板４０３を形成する材料は、シリコンに限定されない。
【００１７】
また、センサ４０１は、基板４０３がなくてもよく、例えばメッシュ状の空隙のある膜のみを含んでいてもよい。
【００１８】
〈測定条件〉
本実施形態では、センサについて、検出対象物が付加される面と反対側の面から電磁波が照射される。この場合には、検出対象物が付加される面には、電磁波による電場の染み出しが生じている。電磁波の反射特性に影響を与える検出対象物は、センサにおいて電場の染み出しの深さ以内に存在する検出対象物である。言い換えると、検出対象物が電場の染み出しの深さよりも大きいと、検出誤差が生じることになる。
【００１９】
電場の染み出し深さは、センサに入射する電磁波の周波数、センサ周囲の物質の屈折率、センサの屈折率、電磁波の入射角に依存する。電場の染み出し深さｄは、下記式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
2020159812.tif 000003
ここで、λはセンサに入射する電磁波の波長であり、ｎ１はセンサ周囲の物質の屈折率であり、ｎ２はセンサの屈折率であり、θは電磁波の入射角である。
【００２１】
本実施形態では、検出対象物の存在を調べたい試料から検出対象物を抽出してセンサに添加するために、検出対象物を標識する標識物を用いる。この標識物の一例として、微小なビーズが挙げられる。例えば、磁性ビーズは、検出対象物の抽出に磁場を利用することができて便利であるため、本実施形態で用いられ得る。例えば、検出対象物が細菌、生体物質などである場合には、検出対象物に特異的に結合する抗体で修飾した磁性ビーズが用いられ得る。
【００２２】
標識物が結合した検出対象物の大きさを測定物の大きさとする。本実施形態では、測定物の大きさが、電場の染み出し深さよりも小さくなるように、標識物の大きさと電磁波の周波数とが設定される。電磁波の周波数の設定は、電磁波を放射する光源の設定に反映される。電場の染み出し深さに対して測定物が小さすぎると、検出の感度が悪くなる。例えば、測定物の大きさが、電場の染み出し深さの１０％よりも小さいとき、検出の感度が悪くなる可能性がある。そこで、測定物の大きさが、電場の染み出し深さの１０％以上１００％以下となるように、設定される。また、電磁波の周波数に応じて、センサに設けられる空隙のパターンのサイズに適当な大きさがある。本実施形態では、電磁波の周波数に応じてセンサのパターンサイズが決定される。これらの関係を図４に模式的に示す。
【００２３】
図４の左列に示すように、光源が放射する電磁波の周波数が比較的低いとき、式（１）に基づくと、センサにおける電場の染み出し深さｄ１は、比較的深くなる。この場合、検出対象物６０２に結合させるビーズとして、比較的大きな第１のビーズ５１０が選択される。図４の２段目に模式的に示すように、第１のビーズ５１０と検出対象物６０２とが結合した測定物の大きさは、電場の染み出し深さｄ１よりも小さくなっている。このとき、比較的低い周波数の電磁波に適合させるために、センサには、空隙４０６のパターンの大きさが比較的大きい第１のセンサ４１０が用いられる。
【００２４】
図４の中列に示すように、光源が放射する電磁波の周波数が中程度であるとき、センサにおける電場の染み出し深さｄ２は、中程度となる。この場合、検出対象物６０２に結合させるビーズとして、中程度の大きさを有する第２のビーズ５２０が選択される。その結果、第２のビーズ５２０と検出対象物６０２とが結合した測定物の大きさは、電場の染み出し深さｄ２よりも小さくなっている。このとき、中程度の周波数の電磁波に適合させるために、センサには、空隙４０６のパターンの大きさが中程度である第２のセンサ４２０が用いられる。
【００２５】
図４の右列に示すように、光源が放射する電磁波の周波数が比較的高いとき、センサにおける電場の染み出し深さｄ３は、比較的浅くなる。この場合、検出対象物６０２に結合させるビーズとして、比較的小さな第３のビーズ５３０が選択される。図４の２段目に模式的に示すように、第３のビーズ５３０と検出対象物６０２とが結合した測定物の大きさは、電場の染み出し深さｄ３よりも小さくなっている。このとき、比較的高い周波数の電磁波に適合させるために、センサには、空隙４０６のパターンの大きさが比較的小さい第３のセンサ４３０が用いられる。
【００２６】
本実施形態では、演算装置１００は、電磁波の周波数（光源）、ビーズサイズ（ビーズの種類）、センサのパターンサイズ（センサの種類）の何れか１つが入力されたとき、それに応じて他の２つを出力する。図４には、ビーズサイズが大、中、小の３種類の場合の組み合わせを示したが、何種類の中から適切な組み合わせが選択されてもよい。
【００２７】
〈演算装置の動作〉
本実施形態に係る演算装置１００の動作について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００２８】
ＡＣＴ１０１において、演算装置１００は、入力装置１３０から、既定の条件を取得する。
【００２９】
ＡＣＴ１０２において、演算装置１００は、図４を参照して説明した関係を用いて、ＡＣＴ１０１で取得した条件以外の条件を選択する。ここで、条件を選択するために必要な各条件の関係は、例えば、テーブルの形式でメモリ１１３又は記憶装置１１５に記憶されており、演算装置１００は、これを用いて選択してもよい。あるいは、演算装置１００は、この関係を、例えば式（１）などを用いて算出し、選択してもよい。
【００３０】
ＡＣＴ１０３において、演算装置１００は、ＡＣＴ１０２で決定した選択結果を、外部装置１５０に出力する。例えば、外部装置１５０がディスプレイであるとき、選択結果が当該ディスプレイに表示される。
【００３１】
〈適用例〉
本実施形態の演算装置１００の適用例について、図６を参照して説明する。図６に示す例は、演算装置１００と、供給装置２００と、検出装置３００とを備えるシステム１０である。供給装置２００と検出装置３００とは、外部装置１５０としての装置である。
【００３２】
供給装置２００は、ビーズを供給する装置である。演算装置１００と供給装置２００とは、試料を調製する試料調製装置の少なくとも一部を形成し得る。供給装置２００は、大きさが異なる複数種類のビーズを貯蔵しており、演算装置１００の出力に基づいて、適切なビーズを選択的に排出する。図６に示す例では、供給装置２００は、第１の容器２２１と、第２の容器２２２と、第３の容器２２３とを含む貯蔵庫２２０を備える。容器の数は、ビーズの種類数に応じていくつであってもよい。第１の容器２２１には、直径が比較的大きい第１のビーズ５１０が収容されている。第２の容器２２２には、直径が中程度の第２のビーズ５２０が収容されている。第３の容器２２３には、直径が比較的小さい第３のビーズ５３０が収容されている。
【００３３】
第１の容器２２１の排出口には、第１のシャッター２３１が設けられている。第１の容器２２１の排出口は、第１のシャッター２３１を介して、排出路２４０に接続されている。第２の容器２２２の排出口には、第２のシャッター２３２が設けられている。第２の容器２２２の排出口は、第２のシャッター２３２を介して、排出路２４０に接続されている。第３の容器２２３の排出口には、第３のシャッター２３３が設けられている。第３の容器２２３の排出口は、第３のシャッター２３３を介して、排出路２４０に接続されている。
【００３４】
第１のシャッター２３１は、演算装置１００に接続された駆動回路２３０に接続されている。第２のシャッター２３２は、演算装置１００に接続された駆動回路２３０に接続されている。第３のシャッター２３３は、演算装置１００に接続された駆動回路２３０に接続されている。駆動回路２３０は、演算装置１００の制御下で、第１のシャッター２３１、第２のシャッター２３２、及び第３のシャッター２３３を開閉させる。
【００３５】
排出路２４０の排出口には、反応容器２５０が設置される。反応容器２５０には、検出対象物６０２を含み得る反応液６０１が入れられる。第１のシャッター２３１、第２のシャッター２３２、又は第３のシャッター２３３が開くことによって、排出路２４０を介して、反応容器２５０に、第１のビーズ５１０、第２のビーズ５２０、又は第３のビーズ５３０が投入される。第１のシャッター２３１、第２のシャッター２３２、及び第３のシャッター２３３は、容器と排出口とをつなぐ経路の接続と遮断とを切り換える切り換え機構として機能する。
【００３６】
検出装置３００は、試料から抽出された検出対象物の有無又は量を特定するための装置である。演算装置１００と検出装置３００とは、協働して機能する。
【００３７】
検出装置３００には、上述のセンサが配置される。図６に示す例では、センサとして互いにパターンサイズが異なる、第１のセンサ４１０と、第２のセンサ４２０と、第３のセンサ４３０とが準備されている。検出装置３００は、演算装置１００に接続された移動機構３１０を備える。移動機構３１０は、演算装置１００の制御下で、第１のセンサ４１０、第２のセンサ４２０、又は第３のセンサ４３０を移動させ、何れかのセンサを電磁波が照射される位置に移動させる。
【００３８】
検出装置３００は、照射部３２０と、駆動部３３０とを備える。照射部３２０は、電磁波を放射する電磁波発生源（光源）を含む。照射部３２０は、電磁波をセンサに照射するように構成されている。上述のとおり、電磁波の適切な周波数は、センサのパターンサイズに応じる。図６に示す例では、照射部３２０は、第１の光源３２１と、第２の光源３２２と、第３の光源３２３とを備える。駆動部３３０は、照射部３２０を駆動する回路である。駆動部３３０は、演算装置１００に接続されている。駆動部３３０は、演算装置１００の制御下で、照射部３２０の動作を制御する。駆動部３３０は、第１の駆動回路３３１と、第２の駆動回路３３２と、第３の駆動回路３３３とを備える。第１の駆動回路３３１は、第１の光源３２１を駆動する。第２の駆動回路３３２は、第２の光源３２２を駆動する。第３の駆動回路３３３は、第３の光源３２３を駆動する。
【００３９】
検出装置３００は、受信部３４０と、ＡＤ変換回路３５０とを備える。受信部３４０は、照射部３２０から放射され、センサで反射した電磁波を検出するように構成された検出器を備える。受信部３４０は、検出器に入射した電磁波に応じたアナログ電気信号を出力する。ＡＤ変換回路３５０は、受信部３４０から出力されたアナログの電気信号をデジタルの電気信号に変換する。このデジタルの電気信号は、演算装置１００へと伝達される。演算装置１００は、この電気信号に基づいて、センサの特性を解析し、検出対象物の有無又は量等を特定する。
【００４０】
この例では、例えば、光源の周波数、ビーズのサイズ、及びセンサのパターンサイズのうち何れか１つが、入力装置１３０を介して演算装置１００に入力されるとする。このとき、演算装置１００は、入力に基づいて、光源の周波数、ビーズのサイズ、及びセンサのパターンサイズのうち他の２つについて、最適なものを選択する。演算装置１００は、入力及び選択結果に基づいて、供給装置２００及び検出装置３００の動作を制御する。
【００４１】
例えば、第１の光源３２１に相当する電磁波の周波数が入力装置１３０に入力されたとき、演算装置１００は、第１の光源３２１と、第１のビーズ５１０と、第１のセンサ４１０とを選択する。演算装置１００は、駆動回路２３０に、第１のシャッター２３１を所定期間だけ開かせる。その結果、反応容器２５０に第１のビーズ５１０が所定量投入される。反応容器２５０内などで、反応液６０１中の検出対象物６０２と第１のビーズ５１０との結合反応などが起こる。検出対象物６０２としては、例えば、タンパク質などの生体分子、菌などの微生物等が挙げられる。このようにしてセンサに添加される試料が調製される。
【００４２】
演算装置１００は、試料が添加されていない第１のセンサを電磁波の照射位置に移動させる。演算装置１００は、第１の光源３２１から電磁波を放射させる。この電磁波は、第１のセンサ４１０に照射され、その反射波が、受信部３４０によって受信される。受信部３４０は、反射波の強度に応じた信号を出力する。この信号は、ＡＤ変換回路３５０でデジタル信号に変換され、演算装置１００に伝達される。演算装置１００は、試料が添加されていない第１のセンサに関する電磁波の反射強度についての情報を保存する。
【００４３】
演算装置１００は、第１のセンサ４１０を試料添加位置に移動させる。供給装置２００で調製された試料が、試料添加位置に配置された第１のセンサ４１０に添加される。演算装置１００は、試料が添加された第１のセンサ４１０を、電磁波の照射位置に移動させる。演算装置１００は、第１の光源３２１から電磁波を放射させる。この電磁波は、第１のセンサ４１０に照射され、その反射波が、受信部３４０によって受信される。受信部３４０は、反射波の強度に応じた信号を出力する。この信号は、ＡＤ変換回路３５０でデジタル信号に変換され、演算装置１００に伝達される。演算装置１００は、試料が添加された第１のセンサに関する電磁波の反射強度についての情報を保存する。
【００４４】
演算装置１００は、試料が添加されていない場合の反射強度と、試料が添加された場合の反射強度とに基づいて、検出対象物の有無又は量を算出する。
【００４５】
本実施形態によれば、最適な測定条件等が算出され、高い検出感度が得られる。
【００４６】
ここでは、演算装置１００が供給装置２００の動作を制御するものとしたが、これに限らない。例えば、演算装置１００は、ビーズの大きさを選択するが供給装置２００の制御は行わなくてもよい。この場合、演算装置１００からビーズの大きさの情報を受け取り、供給装置２００の動作を制御する制御装置が別に用意される。同様に、演算装置１００が検出装置３００の動作を制御するものとしたが、これに限らない。例えば、演算装置１００は、光源及びセンサを選択するが検出装置３００の制御は行わなくてもよい。この場合、演算装置１００から光源及びセンサの情報を受け取り、検出装置３００の動作を制御する制御装置が別に用意される。また、検出結果の解析も、演算装置１００ではなく、他の装置によって行われてもよい。
【００４７】
なお、図６を参照して説明したシステム１０では、演算装置１００の演算結果は、供給装置２００及び検出装置３００で用いられている。しかしながらこれに限らない。上述の動作のうち一部が行われ、他が行われなくてもよい。
【００４８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。第１の実施形態では、演算装置１００は、光源の周波数、ビーズのサイズ、及びセンサのパターンサイズのうち何れか１つが、入力されたとき、入力に基づいて、光源の周波数、ビーズのサイズ、及びセンサのパターンサイズのうち他の２つについて、最適なものを選択する。第２の実施形態では、演算装置１００は、試料の条件が入力されたとき、光源の周波数、ビーズのサイズ、及びセンサのパターンサイズが選択される。
【００４９】
本実施形態に関して、入力される試料の条件に対する、選択される光源の周波数、ビーズのサイズ、及びセンサのパターンサイズの関係を図７に示す。
【００５０】
試料に含まれる検出対象物の濃度が不明であるとき、演算装置１００は、光源の周波数として比較的低周波数を選択し、ビーズサイズとして比較的大きいサイズを選択し、センサのパターンサイズとして比較的大きいサイズを選択する。ビーズサイズが比較的大きいとき、ビーズの個数が比較的少なくても十分な感度で検出され得る。すなわち、ビーズサイズが比較的大きいときの方が、比較的小さいときよりも、検出感度が高い。この例では、検出対象物の濃度が不明であるとき、初めに高感度な条件で、検出対象物が存在するか否かを判定する。
【００５１】
検出装置３００を用いた検出対象物の検出において、検出対象物の濃度が検出に関する上限よりも高く、正確な検出が行われなかった場合、次の検出のために、演算装置１００は、以下の条件を選択する。すなわち、前回の検出に用いた条件に対して、光源の周波数としてより高い周波数を選択し、ビーズサイズとしてより小さいサイズを選択し、センサのパターンサイズとしてより小さいサイズを選択する。このように、検出感度を下げることで、正確な検出を行えるようにする。
【００５２】
検出装置３００を用いた検出対象物の検出において、検出対象物の濃度が検出に関する下限よりも低く、正確な検出が行われなかった場合、次の検出のために、演算装置１００は、以下の条件を選択する。すなわち、前回の検出に用いた条件に対して、光源の周波数としてより低い周波数を選択し、ビーズサイズとしてより大きいサイズを選択し、センサのパターンサイズとしてより大きいサイズを選択する。このように、検出感度を上げることで、正確な検出を行えるようにする。
【００５３】
検出対象物のサイズが大きいとき、センサにおける電場の染み出し深さが深くなるように、演算装置１００は、光源の周波数として比較的低周波数を選択する。このとき、演算装置１００は、ビーズサイズとして比較的小さいサイズを選択し、センサのパターンサイズとして比較的大きいサイズを選択する。検出対象物が大きいので、ビーズのサイズを比較的小さくし、全体のサイズが大きくなり過ぎないようにする。また、電場の染み出し深さを深くすることで、大きいサイズの検出対象物を正確に検出できるようにする。
【００５４】
検出対象物のサイズが小さいとき、それに応じてセンサにおける電場の染み出し深さが浅くなるように、演算装置１００は、以下の条件を選択する。すなわち、演算装置１００は、光源の周波数として比較的高周波数を選択し、ビーズサイズとして比較的小さいサイズを選択し、センサのパターンサイズとして比較的小さいサイズを選択する。演算装置１００は、検出対象物の濃度に応じて上述のように条件を変更してもよい。
【００５５】
本実施形態によれば、試料の条件に応じて適切な検出条件が選択される。その結果、精度のよい検出対象物の検出、又は量の特定などが行われ得る。
【００５６】
本実施形態の動作の一例を図８に示すフローチャートを参照して説明する。この例は、検出対象物の濃度が不明である場合の動作の一例である。
【００５７】
ＡＣＴ２０１において、演算装置１００は、検出対象物の濃度が不明であるので、上述のとおり、供給装置２００に、比較的大きなビーズを排出させる。このビーズを用いて検出のための試料が調製される。
【００５８】
ＡＣＴ２０２において、演算装置１００は、光源の周波数を比較的低く設定し、センサとしてパターンサイズが比較的大きいセンサに上述の調製された試料を添加させる。
【００５９】
ＡＣＴ２０３において、演算装置１００は、測定開始の指示が入力されたか否かを判定する。測定開始の指示はユーザによって入力されてもよいし、所定の条件が満たされたとき、測定を開始すると判定されてもよい。測定開始の指示が入力されていないとき、処理は待機して、測定開始の指示の入力を待つ。測定開始の指示が入力されたとき、処理はＡＣＴ２０４に進む。
【００６０】
ＡＣＴ２０４において、演算装置１００は、設定された条件で測定動作を行う。例えば上述の条件が設定されているとき、試料が添加されたパターンサイズが比較的大きいセンサを電磁波の照射位置に移動させる。演算装置１００は、低周波数の光源に電磁波を放射させる。演算装置１００は、このときのセンサにおける反射率を取得して保存する。演算装置１００は、試料が添加されていないセンサについて検出された反射波の強度と、試料が添加されたセンサについて検出された反射波の強度とに基づいて、試料中の検出対象物の量を算出する。
【００６１】
ＡＣＴ２０５において、演算装置１００は、正確な値を求めることができる濃度よりも試料中の検出対象物の濃度が高いか否かを判定する。検出対象物の濃度が高いと判定されたとき、処理はＡＣＴ２０６に進む。
【００６２】
ＡＣＴ２０６において、演算装置１００は、検出対象物の濃度が高いので、上述のとおり、供給装置２００に、前回用いたビーズよりも小さなビーズを排出させる。このビーズを用いて検出のための試料が調製される。
【００６３】
ＡＣＴ２０７において、演算装置１００は、光源の周波数を前回用いた周波数よりも高く設定し、センサとしてパターンサイズが前回用いたものよりも小さいセンサに上述の調製された試料を添加させる。
【００６４】
ＡＣＴ２０８において、演算装置１００は、測定開始の指示が入力されたか否かを判定する。測定開始の指示が入力されていないとき、処理は待機して、測定開始の指示の入力を待つ。測定開始の指示が入力されたとき、処理はＡＣＴ２０９に進む。
【００６５】
ＡＣＴ２０９において、演算装置１００は、設定された条件で測定動作を行う。例えば上述の条件が設定されているとき、試料が添加されたパターンサイズが前回よりも小さいセンサを電磁波の照射位置に移動させる。演算装置１００は、前回よりも高い周波数の光源に電磁波を放射させる。演算装置１００は、このときのセンサにおける反射率を取得して保存する。演算装置１００は、試料が添加されていないセンサについて検出された反射波の強度と、試料が添加されたセンサについて検出された反射波の強度とに基づいて、試料中の検出対象物の量を算出する。その後、処理はＡＣＴ２０５に戻る。
【００６６】
ＡＣＴ２０５において、検出対象物の濃度が高くないと判定されたとき、処理はＡＣＴ２１０に進む。ＡＣＴ２１０において、演算装置１００は、算出された検出対象物の量に関する情報を出力する。以上で、本処理は終了する。
【００６７】
この例によれば、試料中の検出対象物の濃度が不明であっても、結果的に適切な検出条件が選択される。その結果、精度のよい検出対象物の検出、又は量の特定などが行われ得る。
【００６８】
［変形例］
上述の各実施形態では、検出装置３００において、電磁波は検出対象物が付加される面と反対側の面から照射され、その反射波が検出される場合を例に挙げて説明した。しかしながらこれに限らない。検出対象物が付加される面に電磁波が照射される場合にも、センサ表面では上述の現象と同様の現象が生じる。したがって、検出対象物が付加される面に電磁波が照射され、その反射波が検出される場合にも、上述の実施形態は適用され得る。
【００６９】
また、センサを透過した透過波についても、図３に示した場合と同様の周波数特性が得られる。したがって、透過率に基づいてセンサ上の物質の検出が行われてもよい。透過波が検出される場合の検出装置の構成例の模式図を図９に示す。演算装置１００は、駆動部３３０を制御して、照射部３２０から電磁波を放射させる。この電磁波は、センサ４５０に照射される。センサ４５０を透過した電磁波は、受信部３４０で受信される。受信部３４０から出力された電磁波の検出に関するアナログ信号は、ＡＤ変換回路によってデジタル信号に変換されて、演算装置１００に伝達される。演算装置１００は、上述の実施形態と同様に、センサ４５０の透過波の強度に基づいて、センサ４５０表面の検出対象物の有無又は量を算出する。このような例においても、上述の各実施形態は適用され得る。
【００７０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７１】
１０…システム、１００…演算装置、１１１…ＣＰＵ、１１３…メモリ、１１５…記憶装置、１２１…バスライン、１２３…入力Ｉ／Ｆ、１２５…出力Ｉ／Ｆ、１３０…入力装置、１５０…外部装置、２００…供給装置、２２０…貯蔵庫、２２１…第１の容器、２２２…第２の容器、２２３…第３の容器、２３０…駆動回路、２３１…第１のシャッター、２３２…第２のシャッター、２３３…第３のシャッター、２４０…排出路、２５０…反応容器、３００…検出装置、３１０…移動機構、３２０…照射部、３２１…第１の光源、３２２…第２の光源、３２３…第３の光源、３３０…駆動部、３３１…第１の駆動回路、３３２…第２の駆動回路、３３３…第３の駆動回路、３４０…受信部、３５０…ＡＤ変換回路、４０１…センサ、４０３…基板、４０４…膜、４０６…空隙、４１０…第１のセンサ、４２０…第２のセンサ、４３０…第３のセンサ、５１０…第１のビーズ、５２０…第２のビーズ、５３０…第３のビーズ、６０１…反応液、６０２…検出対象物。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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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