(57)【要約】【課題】  分析対象物が発する発光を高感度で検出する。【解決手段】  分析装置６０において、光学ピックアップ６２は、分析用基板１に設けられている流路８に、光ビームを照射する。また、光学ピックアップ６２は、流路８に展開されている分析対象物が光ビームを照射されることによって発する発光を、検出する。分析装置６０は、さらに、光ビームを、分析対象物が発する発光の寿命よりも短い長さにパルス化するパルス回路６８を備えている。したがって、分析装置６０では、光学ピックアップ６２が検出する検出光に含まれる、光ビームの反射光および迷光を、低減できる。これにより、発光を高感度で検出できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析用基板に形成されているセルに光ビームを照射するとともに、前記セルに展開されている分析対象物が前記光ビームを照射されることによって発する発光を検出する光学ピックアップを備えている分析装置において、
前記光ビームを、前記分析対象物が発する発光の寿命よりも短い長さにパルス化するパルス化手段をさらに備えていることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記分析用基板には、前記光ビームを前記セルに案内する案内溝が形成されており、
前記光学ピックアップに対して、前記基板を前記案内溝方向に相対的に移動させる移動手段と、
前記案内溝からの前記光ビームの反射光を検出した信号に基づき、前記案内溝に前記光ビームを追従させるトラッキング手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項３】
光ビームの照射ごとに同一セル内の異なる位置に光ビームが照射されるように、前記分析用基板を前記光ビームに対して相対的に移動させる移動手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項４】
前記光学ピックアップは、パルス化された前記光ビームを前記分析用基板に複数回照射し、かつ、前記分析対象物が発した発光を複数回検出することを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項５】
前記光学ピックアップは、前記光ビームの照射を停止している期間に、前記発光を検出することを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項６】
前記光学ピックアップにおいて、前記光ビームの光源は半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の分析装置。
【請求項７】
前記分析用基板は円板形状であり、
前記移動手段はスピンドルモータであることを特徴とする請求項２または３に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分析対象物が発する発光を検出することによって、分析対象物を分析する分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体試料を分析する技術が著しく発展している。たとえば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質などを分析する装置が、次々と開発されている。その一方で、ＤＮＡ等のアッセイ（分析）を迅速に、効率良く、正確に、かつ、低価格で実施できる装置が求められている。
【０００３】
特許文献１に、光ディスク基板上に試料展開部とトラック溝とを設け、光ディスク装置の技術によって、光ビームを試料に照射しながら、試料を分析する分析装置が開示されている。図１１は、この分析装置に装填される光ディスクの断面を示す図である。
【０００４】
図１１に示すように、光ディスク９０のディスク基板９７には、ＣＤ（コンパクトディスク）またはＤＶＤ（デジタルビデオディスク）と同様に、トラック溝９９が成型されている。また、反射膜９８も成膜されている。
【０００５】
この光ディスク９０には、トラック溝９９および反射膜９８に加え、試料展開用空間部（試料展開部）９１が、トラックディスクカバー９２によって形成されている。試料展開用空間部９１には、試薬９３が塗布されている。この試薬９３は、試料９６と反応させるためのものである。試料９６として、生体試料（血液や尿）などの液状試料を用いている。
【０００６】
特許文献１の分析装置では、光ディスク９０を回転させることによって、試料９６を分析する。光ディスク９０の回転により遠心力が加わり、試料９６は、光ディスク９０の回転に伴って矢印１０３の方向へ輸送される。この輸送により、試料９６は、試薬９３が塗布されている試料展開用空間部９１に展開される。試料展開用空間部９１において、試薬９３と、試料９６に含まれる検査対象物（試料）とが、反応する。ここでいう「反応」は、酵素反応および免疫反応などの、各種の化学反応を含む意味である。
【０００７】
試料９６は、試薬９３と反応することによって、反応状態に応じて、化学発光や蛍光などの何らかの反応光を発する。これにより、試料９６に、反射光量が変化するなどの、何らかの光学的変化が生じる。
【０００８】
特許文献１の分析装置では、この試料９６が発する反応光を、対物レンズ１０２によって集光させて検出する。具体的には、レーザビーム１００を対物レンズ１０２によってトラック溝９９へ集光させ、そのとき生じる反射光を、対物レンズ１０２によって集光させて検出する。さらに、試料展開用空間部９１における所望の位置（たとえば試薬９６の位置）へ対物レンズ１０２をアクセスさせ、試料９６と試薬９３とが反応する位置において、反応光を適切に検出する。
【特許文献１】特開２００３−２４８００６（２００３年（平成１５年）９月５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献１の分析装置では、試料９６が発する反応光を高感度で検出できない。
【００１０】
この問題について、一例として、試薬９６が蛍光分子を含む場合を説明する。レーザビーム１００が試料９６および試薬９３に照射されると、照射された部分において、試料９６に含まれる蛍光分子が蛍光を発する。特許文献１の分析装置は、この蛍光を、光ピックアップ内の対物レンズ１０２を通じて検出する。ここで、照射されたレーザビーム１００の一部は、試料９６に到達する前に、反射膜９８によって反射される。特許文献１の分析装置は、この反射光も、対物レンズ１０２を通じて検出する。反射光を蛍光と同時に検出するため、検出される蛍光に、励起光の一部（レーザビームの反射光）が混入する。この反射光は、検出光におけるバックグラウンド光（背景光）となり、検出光をサンプリングした反応光量信号におけるノイズ成分となる。このノイズ成分は、反応光量信号のＳ／Ｎ比（シグナル／ノイズ比率）を低下させる。
【００１１】
このように、特許文献１の分析装置では、試料９６が発する反応光を、高感度で検出できない。
【００１２】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、照射した光ビームの反射光などのバックグラウンド光の混入を低減することによって、分析対象物が発する発光を高感度で検出できる分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の課題を解決するために、本発明に係る分析装置は、分析用基板に形成されているセルに光ビームを照射するとともに、前記セルに展開されている分析対象物が前記光ビームを照射されることによって発する発光を検出する光学ピックアップを備えている分析装置において、前記光ビームを、前記分析対象物が発する発光の寿命よりも短い長さにパルス化するパルス化手段を備えていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によると、本装置では、分析用基板に形成されているセルに展開されている分析対象物に、パルス化された光ビームが照射される。このとき、分析対象物には、分析対象物が発する発光の寿命よりも短い光ビームが照射される。これにより、光ビームの照射期間と、その後に発生する発光の持続期間とを、時間的に分離できる。本装置では、この時間的に分離された発光を検出することによって、発光に混入する光ビームの反射光および迷光の割合を低減できる。これにより、本装置は、分析対象物が発する発光を、高感度で検出できる効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る分析装置では、前記分析用基板には、前記光ビームを前記セルに案内する案内溝が形成されており、前記光学ピックアップに対して、前記分析用基板を前記案内溝方向に相対的に移動させる移動手段と、前記案内溝からの前記光ビームの反射光を検出した信号に基づき、前記案内溝に前記光ビームを追従させるトラッキング手段とをさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
上記の構成によると、本装置では、分析用基板が、光学ピックアップに対して案内溝方向に移動し、かつ、光ビームが、案内溝に追従する。これにより、照射された光ビームは、案内溝を通じて所望のセルに誘導される。したがって、特に多数のセルを備えている分析用基板を使用する場合に、所望のセルに正確に光ビームを照射できる効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る分析装置では、光ビームの照射ごとに同一セル内の異なる位置に光ビームが照射されるように、前記分析用基板を前記光ビームに対して相対的に移動させる移動手段をさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
上記の構成によると、本装置では、光ビームが一回の照射ごとにセル内の異なる位置に照射されるように、分析用基板が光ビームに対して相対的に移動する。これにより、光ビームが、セル内において分散して照射される。したがって、光ビームの照射位置における熱の発生を、最小限に抑えることができる。もし、温度が上昇すると、量子収率の低下によって、分析対象物が発する発光の強度が低下し、また、発光の寿命が短くなる。しかし、このように発熱を抑えれば、発光強度の低下を防止でき、かつ、発光寿命も長くできる。したがって、発光検出時における感度の向上を維持できる効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る分析装置では、前記光学ピックアップは、パルス化された前記光ビームを前記分析用基板に複数回照射し、かつ、前記分析対象物が発した発光を複数回検出することが好ましい。
【００２０】
上記の構成によると、本装置では、パルス化された複数の光ビームによって発生した、複数の発光が検出される。したがって、検出結果を積算したり平均化したりするなどすれば、ノイズ成分を減少できる。これにより、発光検出時における感度をさらに向上できる効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る分析装置では、前記光学ピックアップは、前記光ビームの照射を停止している期間に、前記発光を検出することが好ましい。
【００２２】
上記の構成によると、本装置では、光ビームの反射光や迷光が、検出された光に混入していない。すなわち、検出光の大部分を、分析対象物が発した発光が占めることになる。これにより、発光を、さらに高感度で検出できる効果を奏する。
【００２３】
また、本発明に係る分析装置では、前記光学ピックアップにおいて、前記光ビームの光源は半導体レーザであることが好ましい。
【００２４】
上記の構成によると、本装置では、ＣＤやＤＶＤなどで実現されている、光ビームをパルス化する技術を用いることができる。したがって、光ビームを照射する際の周波数を、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚできる。ここで、従来の装置では、光ビームを照射する際の周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。すなわち、分析装置では、従来の装置に比べて、光ビームをより高速に照射できる。
【００２５】
ここで、光ビームを照射する際の周波数を高くするほど、発光を高速に検出できる。このため、本装置では、発光の寿命が短く従来の装置では分析の対象とすることができない物質も、問題なく分析できる。すなわち、本装置は、従来装置に比べてより広い範囲の物質を分析対象とする効果を奏する。
【００２６】
また、本発明に係る分析装置では、前記分析用基板は円板形状であり、前記移動手段はスピンドルモータであることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によると、本装置では、円板形状の分析用基板が、スピンドルモータによって回転される。したがって、この回転により、分析用基板における所望のセルにアクセスして、光ビームを照射できる効果を奏する。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明に係る分析装置は、光ビームを、分析対象物が発する発光の寿命よりも短い長さにパルス化するパルス化手段を備えているため、照射した光ビームの反射光などのバックグラウンド光の混入を低減し、分析対象物が発する発光を高感度で検出できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。なお、以下では、電気泳動によって試料を分析する分析装置６０を説明する。この分析装置６０では、電気泳動用の泳動路５７が、試料を展開させるセルに相当する。
【００３０】
図２は、本発明の一実施形態に係る分析装置６０において使用する分析用基板１の要部、および、この分析用基板１に光ビーム（レーザビーム）を入射させた状態を示す縦断面図である。図２に示す断面は、流路８において試料などを含んでいる溶液を流す方向に垂直な面に相当し、かつ、案内溝５に沿った方向に分析用基板１を切断する面に相当する。
【００３１】
図２に示すように、分析用基板１は、基板１３と、この基板１３の上に順次形成されている反射層３および絶縁層４と、カバー層７と、基板１３とカバー層７とを接着している接着層６とを備えている。
【００３２】
基板１３は、透明材料（プラスチック、ガラス等）によって、形成されており、厚さは１．１ｍｍである。この基板１３は、ディスク形状に形成されていることが好ましい。これにより、光ディスクにおいて確立されている技術を活用できるため、高速に使用でき、かつ安価に構成できる分析用基板１を実現できる。
【００３３】
カバー層７は、基板１３と同じく、プラスチックやガラス等の透明材料を用いて、ディスク形状に形成されている。このカバー層７は、少なくとも下記に示す流路８を密閉する形状であればよい。カバー層７は、０．１ｍｍの厚さに形成されていることが好ましい。分析用基板１においてカバー層７が形成されている側は、図１に示すように、光ビームが入射する面に相当する。
【００３４】
基板１３において反射層３等が形成されている側の面には、溝形状の流路溝１４が成型されている。この流路溝１４の両側には、隔離部１２および案内溝１１が成型されている。これにより、流路溝１４は、試料や試薬、バッファなどを流す流路８を形成する。流路溝１４の幅および深さは、数μｍ〜数百μｍとすることが好ましい。
【００３５】
基板１３において流路溝１４が形成されている側の面には、光ビームを案内する案内溝１１が設けられている。この案内溝１１は、基板１３の表面において、反射層３および絶縁層４の積層後に、案内溝５を形成する。案内溝１１は、流路溝１４と重ならない位置に成型されている。換言すると、流路溝１４の形成位置に、案内溝１１は形成されていない。そのため、反射層３および絶縁層４も形成されていない。なお、案内溝１１の深さは数十ｎｍ、幅は１００ｎｍ〜数百ｎｍ、ピッチは数μｍ〜数十μｍとすることが好ましい。
【００３６】
隔離部１２は、基板１３において流路溝１４を形成する側の面において、流路溝１４の側縁部に沿って凸状に形成されている。この隔離部１２は、流路溝１４と案内溝５とを隔離している。この隔離状態は、流路８（流路溝１４）を満たしている溶液が、案内溝５へ漏れることを防止する。
【００３７】
図１１に示す従来例の問題を説明する。図１１に示す従来例では、光ビームを照射することによって、試料９６および試薬９３は、励起され、化学的または物理的変化を起こす。しかし、このとき生じる発光（化学発光、蛍光等）は、反射膜９８によって遮られる。したがって、発光を、対物レンズ１０２を通じて検出できない。
【００３８】
仮に、発光が、反射膜９８をわずかに透過したとしても、このとき、照射したレーザビーム１００の一部が、手前の反射膜９８によって反射されている。この反射光は、発光に付加される、バックグラウンド光となる。すなわち、図１１に示す従来例では、検出した光に、バックグラウンド光が混入している。これにより、発光を、高感度で検出できない。
【００３９】
一方、図２に示す分析用基板１では、図１１に示す従来例において発生する問題は発生しない。すなわち、以下に説明するように、光ビームの反射光を低減できる。
【００４０】
図２に示すように、分析用基板１では、照射した光ビーム（パルス化されたレーザビーム）は、光路ａ１，ａ２を通り、対物レンズ１０を介して、分析用基板１に入射する。すなわち、光ビームは、案内溝１１や反射層３によって遮られること無く、流路８へ入射する。ここでいう「遮られる」とは、「光ビームが、案内溝１１において回折せずに散乱しないこと」を意味する。また、「光ビームが、反射層３によって反射されて、試料や試薬に到達し難くなること」も意味する。
【００４１】
照射した光ビームが遮られることがないため、分析用基板１では、流路８内の試料および試薬を、十分な光量の光ビームによって照射できる。したがって、試料または試薬が光ビームによって励起されることによって生ずる発光を、高感度で検出できる。
【００４２】
分析用基板１を作製する手順を以下に説明する。
【００４３】
分析用基板１を作製するためには、まず、反射層３を、流路溝１４を除いて案内溝１１の領域に成膜する。反射層３を、隔離部１２の領域の一部に成膜してもよい。しかし、流路溝１４の領域には成膜しないようにする。反射層３を、少なくとも光ビームの波長（たとえば４００ｎｍ、６３０ｎｍや７８０ｎｍ）の光を反射する膜として成膜する。この条件を満たすため、反射層３を、アルミニウムや銀などの金属薄膜を用いて成膜すればよい。また、反射層３を、１０〜５０ｎｍの厚みに成膜することが好ましい。なお、反射層３の成膜には、たとえばスパッタ蒸着法を用いればよい。
【００４４】
分析装置６０では、トラッキングサーボにより、光ビームを案内溝５へ追従させる。このとき、案内溝５において、光ビームは、反射される必要がある。反射層３は、この反射を行わせるためのものである。そこで、反射層３を、光ディスクの既知の反射層として使われている金属薄膜とすればよい。
【００４５】
反射層３の上に、さらに、絶縁層４を、反射層３を覆うように成膜する。これにより、金属製の反射層３に、流路８内の溶液が直接的に触れることを防止できる。なお、絶縁層４の成膜には、ＳｉＮ（窒化ケイ素）やＳｉＯ２（二酸化ケイ素）などの誘電体を使用すればよい。
【００４６】
もし、絶縁層４を反射層３上に設けないと、流路８を流れる溶液が、反射層３に接触する。反射層３が金属薄膜である場合は、この接触により、流路８内に偽電極が形成されたり、流路８内の電場が乱されたりする。このことは、流路８内における良好な電気泳動を阻害する等の問題を引き起こす。
【００４７】
反射層３の上に設けた絶縁層４を、カバー層７に、接着層６を介して接着させる。接着層６は、たとえばＵＶ硬化樹脂を使用して、数μｍ〜数十μｍの厚みに形成する。絶縁層４の表面には、結果的に、案内溝５および隔離部９を形成する。
【００４８】
隔離部９は、接着層６に直接的に接着される。この隔離部９は、流路溝１４を密閉し、かつ、流路溝１４と案内溝５とを隔離する。これにより、隔離部９は、流路８（流路溝１４）を満たしている溶液が案内溝５に漏れること、を防止する。
【００４９】
以下に、本実施形態に係る分析装置６０について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る分析装置６０の構成を詳細に示すブロック図である。この図に示すように、分析装置６０は、光学ピックアップ６２を備えている。この光学ピックアップ６２は、対物レンズ１０、この対物レンズ１０を駆動するアクチュエータ６１、および、光学系部６２ａを含んでいる。この光学系部６２ａは、対物レンズ１０およびアクチュエータ６１以外の、たとえば光源（半導体レーザ）、フォトディテクタ、ビームスプリッタ、およびその他の、光学ピックアップ６２を構成するために必要な手段を備えている。
【００５０】
分析装置６０は、光学ピックアップ６２に加えて、さらに、番地再生回路６４、光量検出回路６５、サーボ回路（トラッキング手段）６３、メモリ６６、パルス回路（パルス化手段）６８、およびコントローラ６９を備えている。
【００５１】
光量検出回路６５は、光学ピックアップ６２によって検出された光学情報に基づき、試料や試薬において生ずる光学的変化（化学発光や蛍光など）の振幅を検出する。この光量検出回路６５には、ローパスフィルタ、積分器、およびＡ／Ｄ変換器の少なくともいずれかが含まれる。これにより、光ビームの反射光および迷光が混入している検出光から、分析対象物の反応光を高感度で検出できる。
【００５２】
番地再生回路６４は、光ビームが分析ディスク５０を走査することによって、光学ピックアップ６２を通じて検出される信号から、分析ディスク５０に設けられている番地情報記録部５２の位置を読み取る。これにより、光ビームが、いずれの分析チップ５５（電気泳動チップ）を横切って、分析ディスク５０を走査したかを読み取る。さらに、泳動路５７に沿ったいずれの位置を光ビームが走査したのかを示す、トラックの番地情報を取得する。
【００５３】
分析装置６０は、泳動路８へ、後述するように、パルス化された光ビームを照射する。分析装置６０において、光学ピックアップ６２から出射した光ビームは、対物レンズ１０によって集光され、分析ディスク５０の案内溝５、または番地情報記録部５２に集光される。案内溝５または番地情報記録部５２からの反射光は、再び、光学ピックアップ６２に戻ってくる。光学ピックアップ６２は、検出信号から、フォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｊ、および光量検出信号ｃを求める。
【００５４】
光学ピックアップ６２から出力されたフォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｊは、サーボ回路６３を介して、アクチュエータ６１にフィードバックされる。これにより、アクチュエータ６１は、フォーカスサーボおよびトラックサーボ処理を行う。
【００５５】
光学ピックアップ６２から出力された光量検出信号ｃは、番地再生回路６４および光量検出回路６５に入力される。番地再生回路６４は、入力された光量検出信号ｃから番地情報ｇを検出し、検出した番地情報ｇを、コントローラ６７および光量検出回路６５に出力する。
【００５６】
コントローラ６７は、番地情報ｇに基づき算出した制御信号ｆを、サーボ回路６３に出力する。入力された制御信号ｆに基づき、サーボ回路は、コントロール信号ｅをアクチュエータに出力する。コントロール信号ｅが入力されたアクチュエータ６１は、光学ピックアップ６２を所望の位置に移動させることによって、分析ディスク５０における所望の位置に光ビームが照射されるようにする。なお、コントローラ６７は、サーボ回路６３をオンまたはホールド（保持）にする処理も行う。
【００５７】
光量検出回路６５は、番地情報ｇのトラック位置における泳動路５７からの光量検出データｈを出力する。すなわち、光量検出回路６５は、いずれの分析チップ５５の流路８であるかを示す流路識別情報（流路記号など）、トラック識別情報（流路上の位置を示すトラック番号）などの番地情報とともに、光量検出データｈを出力する。なお、光量検出信号ｃのレベルは、分析に用いる試料（試薬）の光学特性に応じて決定される。このため、光量検出回路６５は、たとえば、８ビットの分解能を有するＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）を備え、検出光量をデジタルにサンプリングすることが好ましい。光量検出回路６５が出力した光量検出データｈは、メモリ６６に格納される。メモリ６６に格納された光量検出データｈは、必要に応じて取り出される。
【００５８】
パルス回路６８は、コントローラ６７からの指令に基づき、光学ピックアップ６２が泳動路８に照射する光ビームを、パルス化する。パルス化されて照射された光ビームは、対物レンズ１０を介して、泳動路８内の分析対象物を励起する。これにより、反応光が発生する。
【００５９】
分析装置６０では、上述した分析用基板１を用いて、泳動路５７に流す溶液に含まれる分析対象物（試料、試薬等）を分析する。そこで、以下に、分析装置６０において、分析用基板１を用いて溶液中の分析対象物を分析する際の、基本原理について説明する。なお、分析装置６０では、ディスク形状の分析用基板１に限らず、他の形状の分析用基板を用いてもよい。
【００６０】
分析装置６０では、光学ピックアップ６２が、分析用基板１に対して、光ビームを入射させる。このとき、光学ピックアップ６２は、光ビームを、図２においてａ１およびａ２によって示される光路を通り、対物レンズ１０によって集光され、案内溝５と同一平面上において焦点を結ぶように、制御する。
【００６１】
図１に示す分析装置６０では、光ビームの波長は４００ｎｍであり、対物レンズ１０の開口数は０．８５である。流路８に照射された光ビームは、流路８における接着層６の近傍位置に焦点を結ぶが、この理由は、後述するように、案内溝５に焦点を結ぶようにフォーカスサーボおよびトラックサーボを行うため、流路８においてはその延長上に焦点が結ばれるからである。焦点を結んだあと、光ビームは、発散し、流路８を流れる溶液に照射される。
【００６２】
光ビームは、焦点近傍において１μｍ程度に集光される。したがって、流路８内の中央付近では広がって、励起光のエネルギー密度が十分に下がる。仮に、流路８内の中央において光ビームの焦点を結ぶと、溶液内の分析対象物を励起する励起光のエネルギー密度が、高くなりすぎるおそれがある。特に、溶液に蛍光分子が含まれる場合、蛍光分子の濃度が高いと、励起光が蛍光分子に次々と吸収される。そのため、光路上において、励起光が次第に減衰する。このことは、光ビームの量子収率（蛍光分子の発光効率）を低下させる原因となる。
【００６３】
また、溶液内の蛍光分子の濃度が高いと、蛍光分子が発する蛍光が、励起光と同様に、周囲の蛍光分子によって吸収される。これにより、蛍光が流路８外に出る前に、蛍光の強度が減衰する。このことも、光ビームの量子収率を低下させる原因となる。そこで、これを防止するため、光ビームを、ある程度発散させて広げ、流路内８に広く一様に照射することが好ましい。これによって、蛍光分子を効率よく発光させることができる。
【００６４】
しかし、上述したように、案内溝５と同一の平面状に、光ビームを集光させると、焦点近傍（流路８におけるカバー層７の近傍）において、光ビームは、１μｍに集光される。すなわち、焦点近傍では、光ビームのエネルギー密度が高くなっており、分析対象物を加熱する原因となる。上述したように、分析対象物が加熱されると、量子収率の低下するこれにより、反応光の強度が低下し、さらに、反応光の寿命も短くなる。これを防止するため、後述するように、光ビームを移動させながら照射し、光ビームを一箇所に集光させないようにすることが好ましい。これによって、分析対象物の加熱を最小限に抑えることができる。
【００６５】
以下に、分析装置６０において流路８を電気泳動に使用する例を説明する。流路８を電気泳動に使用する場合、流路８に、試料や試薬を溶かした溶液を流す。この溶液に溶かす試料には、事前に何らかの蛍光分子を化学結合させておく。蛍光分子として、ＡＮＳ（１−アニリノナフタレンー８−スルホン酸）、ピレン、またはＤＮＳ-ＣＩ（ダンシルクロリド）を用いることが好ましい。ＡＮＳを用いると、光ビームを照射されることによって蛍光分子が発する蛍光の波長は、５１５ｎｍとなる。ピレンを用いると、蛍光の波長は４８０ｎｍとなる。また、ＤＮＳ-ＣＩ（ダンシルクロリド）を用いると、蛍光の波長は５１０ｎｍとなる。
【００６６】
以下では、波長５１５ｎｍの蛍光を発するＡＮＳを蛍光分子として使用する例を説明する。
【００６７】
まず、試料や試薬などの分析対象物を溶かした分析溶液を、流路８に満たす。溶液が流路８に完全に満たされてから、流路８に、波長４００ｎｍの光ビームを照射する。これにより、流路８を満たしている溶液に含まれる、試料に化学結合されているＡＮＳが、光ビームによって励起される。その結果、図２に示すように、波長５１５ｎｍの蛍光ａ５が発生する。この蛍光ａ５の一部は、光路ａ６，ａ７を通り、対物レンズ１０へ直接的に向かう。蛍光ａ５の他の一部は、光路ａ８，ａ９を通り、流路溝１４における基板１３の面によって一部が反射され、対物レンズ１０へ向かう。蛍光ａ５のその他の一部は、基板１３の面によって反射されずに、基板１３を透過する。
【００６８】
このように、ＡＮＳが発する蛍光ａ５は、光路ａ６〜ａ９を通って、対物レンズ１０へ向かう。これにより、蛍光ａ５は、対物レンズ１０を通じて光学ピックアップ６２に導かれる。
【００６９】
流路８に照射した光ビームのうち、一部（波長４００ｎｍ）は、カバー層７の表面において反射され、対物レンズ１０へ進む。ＡＮＳを励起しなかった光ビーム（波長４００ｎｍのうち変化が生じなかった光）の一部は、基板１３の表面において反射される。光ビームの残りは、基板１３を透過し、光路ａ３およびａ４を通って、流路８から出て行く。
【００７０】
光ビームの残りが流路８から出て行くのは、上述したように、流路８内に、金属薄膜による反射層３が設けられていないからである。すなわち、不要な光ビームの大部分は、流路溝１４を透過し、光学ピックアップ６２側へほとんど戻らない。これにより、反射した光ビーム（励起光）が、蛍光ａ５へ混入することを大幅に防ぐことができる。
【００７１】
ただし、実際には、光ビーム（励起光）の反射を無くすことは困難である。すなわち、流路８から対物レンズ１０へは、波長変化を伴った蛍光（波長５１５ｎｍ）と、蛍光を引き起こさなかったわずかな光ビームの反射光（４００ｎｍ）とが混ざった光が進入する。換言すると、光学ピックアップ６２が検出する光には、蛍光、および光ビームの反射光の両方が含まれている。以後、これら２つの光を合わせた光を、検出光と呼ぶ。
【００７２】
分析用基板１を使用すれば、蛍光へ混入する光ビームの反射光の割合を減少できる。しかし、場合によっては、蛍光に混入する光ビームの反射光の強度が、蛍光の強度と同程度になることがある。このとき、蛍光に混入する反射光は、検出光におけるバックグラウンド光となる。このバックグランド光は、蛍光検出時における感度低下の原因となる。
【００７３】
ここで、一般に、照射した光ビームの一部は、対物レンズから出射されずに、光ピックアップ内において反射および散乱を繰り返し、光ピックアップ内に閉じ込められる。これにより、集積化された光ディスクの光ピックアップにおいて、いわゆる迷光が発生する。迷光は、上述した光ビームの反射光と同様に、蛍光に混入する。したがって、光ピックアップ内のフォトディテクタによって、蛍光と同時に検出されてしまう。
【００７４】
すなわち、仮に、光ビーム（励起光）の分析用基板１による反射光の混入を完全に防いだとしても、迷光が、蛍光に混入する。蛍光に混入した、バックグラウンド光としての迷光は、光ビームの反射光と同様に、蛍光検出時における感度低下の原因となる。光ディスクの光学ピックアップを使用する場合、このような、蛍光検出時において迷光が原因となって感度が低下するという、特有の問題が発生する。なお、分析装置６０ではなく、通常の光ディスク記録再生装置における再生時は、記録されたビットからの反射光量が迷光の量よりも十分に多く、また容量結合によって交流成分のみを再生するため、迷光の影響は無い。つまり、光ディスクのピックアップを分析装置６０に用いる場合のみ、迷光が感度の低下を招くという問題が発生する。
【００７５】
そこで、本実施形態に係る分析装置６０では、光ビームの反射光および迷光を低減し、蛍光を高感度で検出する。すなわち、分析装置６０では、蛍光分子が発する蛍光の寿命を利用して、蛍光の高感度検出を実現する。そこで、この例について、図２〜図４を参照して、以下に説明する。
【００７６】
図３は、パルス化された光ビーム、および光ビームを照射することによって蛍光分子が発する蛍光の、時間的な推移を説明する図である。この図に示す例では、光ビームを、時刻ｔ０において、パルス化して照射する。ここで、照射する光ビームの幅は、１ｎｓ〜１０ｎｓである。この幅は、光学ピックアップ６２によって、容易に得られる。
【００７７】
照射された光ビームは、溶液中の試料に化学結合している蛍光分子を励起する。光ビームによって励起された蛍光分子は、時刻ｔ０において、蛍光を発する。光ビームの照射を停止すると、蛍光の強度は、指数関数的に減衰する。このときの減衰速度は、蛍光分子の種類によって異なる。
【００７８】
図３では、蛍光強度のピークをＰｆで表す。また、蛍光強度が、ピークＰｆから、その１／ｅの大きさであるＰｆ／ｅに減衰するまでの時間を、τで表す。このτは、一般に、蛍光の寿命と呼ばれる。
【００７９】
通常の蛍光分子が発する蛍光の寿命は、１ｎｓ以下であり、非常に短い。一方、上述した蛍光分子ＡＮＳの蛍光寿命は、１１．１ｎｓである。また、ピレンの蛍光寿命は１３０ｎｓであり、ＤＮＳ-ＣＩの蛍光寿命は１２ｎｓである。これら蛍光分子の寿命は、通常の蛍光分子が発する蛍光の寿命に比べると、比較的長い。なお、これら３種の蛍光分子の中では、ピレンの蛍光寿命が最も長い。
【００８０】
図３に示す例では、時刻ｔ０において、パルス化された光ビームを照射する。そして、光ビームを照射してから、時間ｔｄ（０＜ｔｄ＜τ）が経過した後において、光学ピックアップ６２を通じて、蛍光を検出する。この時刻ｔｄが、蛍光をサンプリングするサンプルタイミングである。このようにすれば、光ビームの照射を停止した後の、光ビームの照射を休止している休止期間であって、かつ、蛍光の寿命よりも前の期間において、蛍光を検出できる。これにより、蛍光に、光ビームの反射光および迷光が混入することを避けることができる。そのため、蛍光のみを高感度で検出できる。なお、たとえτ以後でも蛍光強度が十分に得られるならば、ｔｄ＞τとしてもよいが、通常はなるべく大きな蛍光強度を得るために、０＜ｔｄ＜τする方が好ましい。
【００８１】
分析装置６０では、光ビーム照射の休止期間において、光ビームの反射光および迷光が、完全に消失していることが望ましい。しかし、現実には、蛍光を検出するとき、反射光および迷光が完全に消失している状態にすることは、困難である。そこで、蛍光検出時における感度を低下させない程度に、反射光および迷光が減衰していればよい。すなわち、蛍光の減衰後の期間を、光ビーム照射の休止期間としてよい。なお、ｔｄ後の蛍光強度の減衰分だけ感度が低下することになるが、この感度低下が迷光や反射光による感度低下よりも十分に小さければ、ｔｄは自由に設定することができる。
【００８２】
以上に、図３を参照して、パルス化された光ビームを一回照射した場合における、蛍光の検出手順を説明した。しかし、分析装置６０では、蛍光を検出するために、パルス化された光ビームを複数回照射してもよい。これにより、蛍光検出時における感度を、さらに向上できる。そこで、この例について、以下に、図３を参照して説明する。図４は、パルス化された光ビームを複数回、連続して照射し、蛍光を複数回検出する際の、光ビームの照射および蛍光の検出のタイミングを示す図である。
【００８３】
図４に示す例では、パルス化された光ビームを、周期Ｔの間隔で、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、・・・において、複数回照射する。このときの光ビームの照射幅ｔｐは、上述したように、１ｎｓ〜１０ｎｓである。
【００８４】
時刻ｔ１において光ビームを照射した後、蛍光分子が発する蛍光は、次第に減衰する。しかし、最初の光ビームを照射してからＴ秒後（繰り返して照射する光ビームの周期Ｔに相当）の時刻ｔ２に、再び、同一パルス幅の光ビームを照射する。このため、蛍光分子は、同一強度の光ビームによって再び励起され、同一強度の蛍光を発する。したがって、蛍光の強度が完全に減衰して、零になってしまうことはない。
【００８５】
本実施形態では、使用する蛍光分子の寿命τに応じて、周期Ｔの値を適宜設定する。たとえば、Ｔ＝τ／２とすると、ピレンを使用する場合、周期Ｔを６５ｎｓに設定する。ＡＮＳやＤＮＳ-ＣＩを使用する場合、周期Ｔを、ピレンを用いる場合と比べてより短い、５〜６ｎｓに設定する。
【００８６】
蛍光の寿命τに比べて、パルス化された光ビームの照射期間ｔｐを、できるだけ短くすることが好ましい。光ビームの照射期間ｔｐを短くするほど、蛍光に混入される光ビームの反射光および迷光の割合が、より小さくなる。したがって、蛍光検出時における感度をさらに向上できる。
【００８７】
そこで、分析装置６０では、照射時間ｔｐをできるだけ短くし、かつ、蛍光寿命τができるだけ長い蛍光分子を使用することが好ましい。たとえば、ｔｐ＝１ｎｓ、Ｔ＝６５ｎｓ、かつ、τ＝１３０ｎｓの条件では、光ビームを、周期Ｔの１／６５の期間、照射することになる。これにより、光ビームの照射を停止した後の、残りの大部分の期間において、蛍光のみを検出できる。
【００８８】
対物レンズ１０を通じて検出される検出光は、光ビームの反射光と蛍光の和になり、これにさらに、迷光が加わる。この検出光の強度を、光学系部６２ａ内のフォトディテクタが電気信号に変換する。フォトディテクタが検出した電気信号は、ローパスフィルタや積分器が平均化する。これにより、検出光の強度を示す信号に含まれる、光ビームの反射光成分および迷光成分を低減できる。すなわち、信号における蛍光成分の割合が、増加する。したがって、蛍光検出時における感度を、さらに向上できる。
【００８９】
このように、分析装置６０では、パルス化された光ビームの照射期間を、蛍光の寿命よりも十分に短くする。これにより、光ビームの照射期間と、その後に発生する蛍光の持続期間とを、時間的に分離できる。このようにして蛍光を検出することによって、検出光に混入する光ビームの反射光、および迷光の割合を、できるだけ低減できる。したがって、蛍光を高感度で検出できる。
【００９０】
分析装置６０では、光ビームは、案内溝１１によって所望の泳動路５７へ誘導される。そのため、泳動路５７内において、光ビームが照射される。これにより、所望の泳動路５７にアクセスして、蛍光を高感度で検出できる。
【００９１】
平均化して検出した蛍光には、依然としてわずかに、光ビームの反射光成分、および迷光成分が含まれている。このとき、減衰する蛍光強度を周期Ｔにおいて積分した量に比べて、光ビームの反射光と迷光の強度を周期Ｔにおいて積分した光量が十分に小さければ、感度が向上する。しかしながら、蛍光分子に固有の吸収係数と量子効率によっては、蛍光の量が十分に得られず、感度が上がらない場合がある。そこで、蛍光のみが生じている期間に、サンプリングすることが好ましい。これにより、蛍光に含まれる光ビームの反射光成分、および迷光成分を、さらに低減できる。たとえば、光ビームを照射してからｔｄ秒後のサンプルタイミングにおいて、蛍光を検出する。このとき、サンプリングのタイミングは、時刻ｔ１＋ｔｄ，ｔ２＋ｔｄ，ｔ３＋ｔｄ，ｔ４＋ｔｄ・・・となる。
【００９２】
サンプリングされる蛍光の強度は、図４において破線で示すように、蛍光のピーク強度Ｐｆに比べて、若干、低下している。しかし、光ビームの反射光および迷光が消失している期間に、蛍光をサンプリングしているため、蛍光のみを高感度で検出できる。
【００９３】
このように、分析装置６０では、光量検出回路６５が、光ビームの照射を休止している期間において、蛍光分子が発する蛍光を検出する。これにより、発光を、光ビームの照射期間には検出せず、光ビームの休止期間において検出する。このため、蛍光のみを検出できるため、蛍光を高感度で検出できる。
【００９４】
このとき、蛍光の寿命に比べて光ビームの照射期間を十分に短くすることを、特に要しない。すなわち、光ビームの照射を休止している期間において、蛍光をサンプリングするのみでよい。しかし、できれば、光ビームの照射時間を短くすることによって、サンプリング周期Ｔを短くすることが好ましい。これにより、サンプリング回数を増やして、Ｓ／Ｎ比を向上できる。
【００９５】
分析装置６０では、光ビームの光源が半導体レーザであることが好ましい。これにより、ＣＤやＤＶＤなどで実現されている、光ビームをパルス化する技術を用いることができる。したがって、光ビームを照射する際の周波数Ｔを、１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚに高速化できる。従来の分析装置では、光ビームを照射する際の周波数は、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚである。すなわち、分析装置６０では、光ビームの照射周波数Ｔを、従来の装置に比べて、大幅に向上できる。
【００９６】
ここで、光ビームの照射周波数（１／Ｔ）を高くするほど、蛍光を高速で検出できる。また、寿命が比較的短く、従来の分析装置では使用に適さない蛍光分子であっても、分析装置６０では、光ビームの照射周波数を高くしているため、問題なく使用できる。
【００９７】
このように、分析装置６０では、分析対象とする試料に合わせて使用する蛍光材料の自由度を大きく向上させることができる。そのため、分析対象そのものの範囲も、大幅に広げることができる。
【００９８】
図５は、分析用基板１において、光ビームの走査により、光ビームが流路８を通過して、案内溝５のトラッキング領域に移った状態を示す分析用基板１の縦断面図である。
【００９９】
この図に示すように、光ビームは、光路ｂ１およびｂ２を通って、案内溝５に集光される。このとき、光ビームは、反射層３によって反射され、同じく光路ｂ１およびｂ２を通って光学ピックアップ６２へ戻る。これにより、光ビームは、案内溝５に追従できる。したがって、案内溝５を、流路８の所望の位置を横切るが、流路８には存在しないように、成型しておけばよい。これにより、流路８の所望の位置における試料を分析できる。
【０１００】
後述するように、分析装置６０では、流路８を通過する期間に、トラッキング制御が保持されている。そのため、流路８自体に案内溝５が存在しなくても、流路８を通過する前の案内溝５’から、その延長上にある案内溝５へと連続して、安定したトラッキングが行われる。
【０１０１】
図５に示すように、基板１３における案内溝５の形成側（流路溝１４の形成側）の反対側の面には、電極５１（５１ａ〜５１ｄ）が成膜されている。この電極５１は、たとえば以下に示すように、スパッタ法を用いて導体を蒸着することによって、成膜する。後述する液溜・注入口４１（４１ａ〜４１ｄ）内にも、電極５１と同時に導体を蒸着する。そのため、電極５１（５１ａ〜５１ｄ）と液溜・注入口４１（４１ａ〜４１ｄ）とは、互いに接続される。
【０１０２】
図６は、分析用基板１に設けられている流路８および液溜・注入口４１の構造を、断面において示す斜視図である。同図は、図２および図５の断面と同一の断面を含んでいる。また、説明の便宜上、成膜された各層を省略し、一例として電気泳動を行う分析用基板１を示している。
【０１０３】
基板１３には、上述した流路溝１４および案内溝５に加えて、液溜・注入口４１が成型されている。この液溜・注入口４１には、電極５１が接続されている。電極５１は、白金やアルミニウムの薄膜などの金属を使用し、スパッタ法などの任意の成膜手法により成膜する。
【０１０４】
図６には、基板１３に設けられている、一対の液溜・注入口４１および電極５１を示す。しかし、後述するように、実際には、基板１３に、複数対の液溜・注入口４１および電極５１が設けられている。
【０１０５】
液溜・注入口４１に、試料および試薬を含んでいる溶液を注入する。上述したように、流路８内には、金属薄膜による反射層３が設けられていない。そのため、流路８内に偽電極が形成されたり、または、流路８内の電場が弱くなったりすることがない。
【０１０６】
金属薄膜である反射膜３を、流路８および液溜・注入口４１には成膜せず、案内溝５の領域に成膜する。これは、電気泳動などにおいて発生する電界を乱さないようにするためである。これにより、流路８への光ビームの入射側の面には、案内溝５および反射膜３が設けられない。そのため、光ビームは、流路８において遮られたり散乱されたりすることが無い。換言すれば、光ビームは、流路８内の溶液に、最大限に照射される。この結果、光ビームによって励起された試料が発する発光（化学発光や蛍光）も、遮られること無く、光学ピックアップ６２へ導かれる。
【０１０７】
なお、照射する光ビームの波長や、対物レンズ１０の開口数に応じて、案内溝５の幅を適切な値に設定すればよい。たとえば、分析用基板１を使用する分析装置６０では、上述したように、光源から照射される光ビームの波長は、４００ｎｍである。また、光学ピックアップ６２内の対物レンズ１０の開口数は、０．８５である。この場合、集光された光スポットの径は、約５００ｎｍとなる。そのため、案内溝５の幅を、１００〜４００ｎｍに設計することが好ましい。
【０１０８】
一般に、通常の光ディスクにおける案内溝のピッチは、３００ｎｍ〜１μｍである。これは、ピッチを出来るだけ短くして、高密度記録を行うためである。しかし、分析ディスク５０では、電気泳動などの分析を行うため、このような精細なピッチは必要ない。すなわち、分析ディスク５０における案内溝５のピッチは、数μｍ〜数十μｍとすることが好ましい。これは、分析対象物の分解能（電気泳動の場合はバンドの分解能）に依存するため、案内溝５のピッチを、通常の光ディスクに設けられる案内溝５のピッチに比べて、より大きくすることが好ましいからである。この値は、通常の光ディスクにおける案内溝のピッチの値の、約１０倍〜１００倍となる。
【０１０９】
案内溝５は、通常のＣＤおよびＤＶＤと同様に、基板１３上において、スパイラル状態に形成されている。そのため、分析ディスク５０は、１回転すると、案内溝５のピッチに相当する量だけ離れた、流路８に沿った位置に戻ってくる。これによって、１回転毎に、光ビームが、流路８に沿って順次、移動する。そのため、光ビームは、流路８の全体を走査できる。
【０１１０】
分析対象物の検出分解能は、分析対象物を走査する案内溝５のピッチに等しくなる。そのため、案内溝５のピッチを大きくするほど、分解能が低下する。しかし、電気泳動などの分離されたバンド幅（１０μｍ〜１００μｍ）と同等のピッチであれば、実用上、分解能は低下しない。それどころか、分析ディスク５０の１回転当たりの光ビームの移動量が大きくなるため、分析対象物を流路８に沿ってより高速で走査できる。そのため、案内溝５のピッチを、５μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。このとき、光ビームの流路８に沿った走査速度は、１０倍〜１００倍に向上する。
【０１１１】
以上に、光ビームをカバー層７側から照射する例を示した。これに加えて、分析装置６０では、逆に、基板１側から光ビームを照射してもよい。この場合、カバー層７側から光ビームを照射するときと同様に、流路８において光ビームは反射しない。したがって、発光（化学発光や蛍光）のみが入射側へ進むため、発光を高感度で検出できる。このように、分析用基板１における光ビームの入射面では、少なくとも流路溝８の基板１３側と、この基板１３に接するカバー層７側との両方に、光ビームを反射する反射層３が存在しなければよい。
【０１１２】
図７は、分析用基板１を用いてディスク形状に形成されている分析ディスク５０の構成を示す平面図である。この分析ディスク５０を用いれば、電気泳動による試料分析を行うことができる。
【０１１３】
分析ディスク５０には、図７に示すように、中心穴５３および切欠き部５４が設けられている。中心穴５３を通じて、分析ディスク５０を、分析装置６０のターンテーブルの中心に固定する。切欠き部５４によって、分析ディスク５０の回転角度を固定する。
【０１１４】
分析ディスク５０には、電気泳動を行うために必要な分析チップ５５が４つ、搭載されている。各分析チップ５５は、泳動路５７、４個の液溜・注入口４１ａ〜４１ｄ、および４個の電極（電源接続配線）５１ａ〜５１ｄを備えている。泳動路５７は、十文字に形成されており、流路８に相当する。液溜・注入口４１ａ〜４１ｄは、泳動路５７の端部に設けられ、液溜・注入口４１に相当する。電極（電源接続配線）５１ａ〜５１ｄは、液溜・注入口４１ａ〜４１ｄに接続され、電極５１に相当する。
【０１１５】
分析チップ５５の構造は、電極５１ａ〜５１ｄを除けば、一般に使われている分析チップの構造と同等である。この構造は、たとえば、特開２００３−６６００３公報（平成１５年３月５日公開）において、試料の分析例と共に開示されている。
【０１１６】
泳動路５７は、第１泳動路５７ａおよび第２泳動路５７ｂからなる。第１泳動路５７ａは、分析ディスク５０の径方向に延長する。第２泳動路５７ｂは、第１泳動路５７ａに直交する方向に延長する。このように、第１泳動路５７ａおよび第２泳動路５７ｂは、分析ディスク５０において、十字形をなすように配置されている。
【０１１７】
各液溜・注入口４１ａ〜４１ｄは、４個の泳動路５７の各端部において、連続して接続されるように、各１個が配置されている。具体的には、第１泳動路５７ａの一端部には液溜４１ｂが、他端部には４１ｄが配置されている。また、第２泳動路５７ｂの一端部には液溜４１ａが、他端部には４１ｃが配置されている。
【０１１８】
泳動路５７の幅および深さは、数μｍ〜数百μｍである。液溜・注入口４１ａ〜４１ｄの直径は、数百μｍ〜数ｍｍである。このような、幅が非常に細い泳動路５７は、一般に、マイクロキャピラリと呼ばれている。泳動路５７は、上述したように、カバー層７によって密閉されている。液溜・注入口４１ａ〜４１ｄには、試料や試薬などを含む溶液が注入される。そのため、液溜・注入口４１ａ〜４１ｄは、分析ディスク５０の表面に露出している。
【０１１９】
本実施形態では、電極５１ａ〜５１ｄは、分析ディスク５０の最内周部に引き出されて形成されている。これらの電極端部には、分析装置６０から、コネクタを介して、電気泳動用の電源が供給される。
【０１２０】
具体的には、液溜・注入口４１ａには電極５１ａが、液溜・注入口４１ｂには電極５１ｂが、液溜・注入口４１ｃには電極５１ｃが、液溜・注入口４１ｄには電極５１ｄが、それぞれ、接続されている。電極５１ａ〜５１ｄは、白金やアルミニウムなどの金属薄膜を、スパッタによって成膜して形成する。なお、本実施形態では、分析チップ５５を、電気泳動用のものとして説明している。これに加えて、分析チップ５５では、インキュベーションやカラムクロマトグラフィーなどを行ってもよい。
【０１２１】
分析ディスク５０を用いた分析プロセス（電気泳動プロセス）では、液溜・注入口４１ａ〜４１ｄに、バッファ溶液を注入する。次に、サンプル溶液（たとえばＤＮＡ断片溶液）を、液溜・注入口４１ａに注入する。その後、電極５１ｃを、プラス電圧電源（数十〜数百ボルト）に接続する。また、電極５１ａを、グラウンド（アース）に接続する。
【０１２２】
このとき、電極５１ｂおよび電極５１ｄを開放しておく。これにより、液溜・注入口４１ｃに、プラス電圧（数十〜数百ボルト）が印加される。一方、液溜・注入口４１ａにはゼロ電位が印加される。ここで、注入したサンプル（ＤＮＡ断片）は、マイナスに帯電されている。したがって、注入したサンプルは、泳動路５７（マイクロキャピラリ）の中を、液溜・注入口４１ａ（マイナス電極）から液溜・注入口４１ｃ（プラス電極）へ向かって、泳動する。
【０１２３】
サンプル溶液に含まれるサンプルが、泳動路５７における十文字の交点に到達したときに、液溜・注入口４１ａ，４１ｃを、電気的に開放する。その一方で、電極５１ｄをプラス電圧電源（数十〜数キロボルト）に接続する。また、電極５１ｂを、グラウンドに接続する。これにより、電気泳動用の電極は、電極５１ａ，５１ｃから、電極５１ｂ，５１ｄへと切り替わる。
【０１２４】
この結果、液溜・注入口４１ｄに、プラス電圧（数十〜数キロボルト）が印加される。また、液溜・注入口４１ｂには、ゼロ電位が印加される。これにより、注入したサンプルは、泳動路５７の中を、液溜・注入口４１ｂから、液溜・注入口４１ｄへ向かって泳動する。
【０１２５】
なお、このような、マイクロキャピラリを用いた電気泳動分析の原理は、一般に良く知られている。そのため、これ以上の詳細な説明を省略する。
【０１２６】
図５に示すように、電極５１ａ〜５１ｄは、分析ディスク５０において、光ビームの入射面に反対する面に形成されている。この構成により、照射した光ビームは、電極５１ａ〜５１ｄによって遮られることがない。したがって、蛍光検出時における感度を、高く保つことができる。また、案内溝５におけるトラッキングを乱すことも無い。さらに、電極５１ａ〜５１ｄの配線の自由度が増すため、分析ディスク５０をより容易に製造できる。また、電極５１ａ〜５１ｄを配線するために必要な面積を、十分に広く取ることができる。これにより、配線の抵抗値を低く押さえ、電源電圧を効率的に供給できる。
【０１２７】
分析ディスク５０には、他に、案内溝５と、番地情報を記録した番地情報記録部５２とが設けられている。案内溝５および番地情報記録部５２があるため、複数の泳動路５７のうちの所望の泳動路５７に、光ビームを選択的に照射できる。すなわち、泳動路５７における第２泳動路５７ａに沿った所望の位置を、光ビームによってアクセスし、かつトラッキングしながら、検出対象を検出（分析）できる。
【０１２８】
具体的に説明すると、分析ディスク５０には、４個の分析チップ５５が、それぞれ、互いに９０度の角度をおいて設けられている。これらの隣り合う分析チップ５５における、隣り合う泳動路５７の間には、分析ディスク５０の径方向に並ぶ、多数の案内溝５が形成されている。これらの案内溝５における中途位置には、番地情報記録部５２が設けられている。したがって、照射された光ビームは、１つのトラック（案内溝５）内を、案内溝５のトラッキング領域、番地情報記録部５２、案内溝５のトラッキング領域、泳動路５７の順に、繰り返し走査する。
【０１２９】
また、分析ディスク５０は、上述したように、ディスク形状である。この分析ディスク５０は、後述するスピンドルモータ７４によって回転する。分析ディスク５０の回転によって、光ビームを案内溝５に沿って走査し、目標の泳動路５７へ高速にアクセスする。また、泳動路５７内を移動させながら、光ビームを照射する。さらに、光ビームを、泳動路５７に沿った異なる位置に移動させながら、照射できる。
【０１３０】
分析用基板１は、ＣＤまたはＤＶＤと同様のディスク形状であることが好ましい。このようにすれば、分析装置６０を構成する部品（光学ピックアップ６２、スピンドルモータ７４等）の大半を、広く流通している既成品を使用し、低価格で構成することができる。したがって、分析装置６０を、一般家庭に普及できる。
【０１３１】
図８は、分析ディスク５０を設置して回転させるターンテーブル８１の回転機構（移動手段）７２、およびディスク押さえ７１を示す斜視図である。同図では、ディスク押さえ７１の上下を逆転させて記載している。これにより、ディスク押さえ７１に形成されている接点（中継接続配線）７７ａ〜７７ｄを、明示している。
【０１３２】
回転機構７２は、ターンテーブル８１、回転軸７３、スピンドルモータ７４（移動手段）、ディスク中心出し部７８、および回転角度固定具７９を備えている。ターンテーブル８１には、分析ディスク５０を設置する。このとき、分析ディスク５０の中心穴５３を、ターンテーブル８１のディスク中心出し部７８に嵌め込ませる。
【０１３３】
すなわち、分析ディスク５０の中心穴５３に、ディスク中心出し部７８が入る。また、切欠き部５４に、回転角度固定具７９が入る。これによって、分析ディスク５０において、回転中心とターンテーブル８１に対する回転方向の角度が、固定される。このため、分析ディスク５０の電極５１ａ〜５１ｄと、ディスク押さえ７１の接点７７ａ〜７７ｄとが、互いにずれることなく接続される。したがって、ターンテーブル８１に対する分析ディスク５０の回転が、回転角度固定具７９によって阻止される。
【０１３４】
ディスク中心出し部７８は、ターンテーブル８１において、凸状に設けられている。このディスク中心出し部７８の周囲には、接点８０ａ〜８０ｄが設けられている。接点８０ａ〜８０ｄは、ディスク押さえ７１の接点７７ａ〜７７ｄに接続される。
【０１３５】
分析ディスク５０をターンテーブル８１に設置すると、分析ディスク５０に、固定用のディスク押さえ（スピンドルキャップ）７１が配される。このディスク押さえ７１は、分析ディスク５０をターンテーブル８１に固定する。このとき、ディスク押さえ７１は、一般に良く知られているように、分析ディスク５０に対して上部から加える圧力、または磁気力を利用する。
【０１３６】
ディスク押さえ７１には、接点７７ａ〜７７ｄが設けられている。これらの各接点７７ａ〜７７ｄは、ディスク押さえ７１の下面から、中心穴７５の内面に向かって延びている。また、分析ディスク５０の各電極５１ａ〜５１ｄ、およびターンテーブル８１の各接点８０ａ〜８０ｄに、対応する。
【０１３７】
接点７７ａ〜７７ｄにおけるディスク押さえ７１の下面部分は、分析ディスク５０の電極５１ａ〜５１ｄに接触する、第１接触部７７ａ１〜７７ｄ１である。中心穴７５の内面に延長する部分は、ターンテーブル８１のディスク中心出し部７８における接点８０ａ〜８０ｄに接触する第２接触部７７ａ２〜７７ｄ２である。
【０１３８】
ディスク押さえ７１の接点７７ａ〜７７ｄは、第１接触部７７ａ１〜７７ｄ１、および第２接触部７７ａ２〜７７ｄ２を備えている。分析ディスク５０にディスク押さえ７１が配されると、分析ディスク５０の電極５１ａ〜５１ｄは、第１接触部７７ａ１〜７７ｄ１接続される。また、ターンテーブル８１の接点８０ａ〜８０ｄは、第２接触部７７ａ２〜７７ｄ２に接続される。
【０１３９】
この接続により、分析ディスク５０の各分析チップ５５へ、ターンテーブル８１および回転軸７３を介して、電力が供給される。これにより、分析ディスク５０を回転させながら、分析チップ５５において電気泳動を行うことができる。すなわち、電気泳動を行いながら、分析ディスク５０を高速に回転させる。これにより、光ビームを照射することによって、分析対象物が発する発光を、高速に検出（分析）できる。
【０１４０】
図９（ａ）は、案内溝５に沿った延長領域において光ビームが走査する領域の種類を時系列で示す図である。図９（ｂ）は、照射される光ビームの光量を概略的に示す波形図である。図９（ｃ）は、分析装置６０において処理される制御信号ｆの波形を概略的に示す波形図である。図９（ｄ）は、同じく光量検出信号ｃの波形を概略的に示す波形図である。図９（ｅ）は、同じく光量検出データｈの波形を概略的に示す波形図である。
【０１４１】
分析ディスク５０が、図７に示す矢印Ｙ方向に回転している状態において、図１に示す光ビームは、案内溝５のいずれかを走査する際、図９（ａ）に示すように、まず、案内溝５のトラッキング領域を通過する。その後、光ビームは、順次、番地情報領域、トラッキング領域、泳動路領域、トラッキング領域へと移動していく。
【０１４２】
光ビームは、最初のトラッキング領域においては、案内溝５をトラッキングするのみである。そのため、図９（ｂ）に示すように、光ビームの強度を、弱い一定レベルとする。具体的には、照射パワーを０．２〜１ｍＷとする。また、図９（ｃ）に示すように、制御信号ｆをハイレベルとし、サーボをオンにする。このとき、光量検出信号ｃは、図９（ｄ）に示すように、一定レベルとなる。すなわち、光量検出信号ｃは、反射膜３からの反射強度レベルを示す。この反射強度レベルは、反射率に基づき予知できる。
【０１４３】
続いて、光ビームが番地情報領域に移動したとき、上記のトラッキング領域と同じように、光ビームの強度を、弱い一定レベルに保つ（図９（ｂ））。同時に、制御信号ｆもハイレベルのままとし、サーボもオンにしておく（図９（ｃ））。この場合、番地情報記録部（凹凸のピットの断続）５２によって光ビームが回折するため、光量検出信号ｃには、番地情報が現れる（図９（ｄ））。ピットにおける回折の有無によって、信号の振幅が低下したり、元に回復したりする。このような回折による信号振幅の低下量も、容易に予知できる。
【０１４４】
次に、光ビームがトラッキング領域に再び移動したとき、光ビームの強度を、弱い一定レベルに保つ（図９（ｂ））。同時に、制御信号ｆもハイレベルに維持し、サーボもオンにしておく（図９（ｃ））。この場合、光量検出信号ｃは一定レベル、すなわち、反射膜３からの反射強度レベルとなる（図９（ｄ））。
【０１４５】
次に、光ビームが流路領域（泳動路５７、流路８）に移動すると、光ビームの強度を、パルス状に上昇させる（図９（ｂ））。具体的には、光ビームのピーク値を上げ、強い蛍光が生じるようにする。このとき、光ビームの照射強度を１〜３ｍＷとする。制御信号ｆをローレベルとし、サーボをホールド（保持）する（図９（ｃ））。この場合、流路８にパルス化された光ビームが集光される。そのため、光量検出信号ｃには、試料や試薬における光学的変化（蛍光）に応じて、図３を参照して説明した、蛍光寿命に対応した電圧波形が生じる（図９（ｄ））。
【０１４６】
このとき、上述した光量検出回路６５が有するＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）が、実線で示す光量検出データｈをサンプリングする（図９（ｅ））。なお、分析溶液が流路８上の光ビームの走査位置に存在しないとき、図９（ｅ）の破線で示すように、検出データｈはサンプリングされない。
【０１４７】
以下に、泳動路５７において照射する光ビームのパルス数について説明する。上述したように、泳動路５７の幅ｗは数μｍ〜数百μｍであるが、以下では、１００μｍの例を説明する。ディスク形状の分析用基板１のサイズを、ＣＤまたはＤＶＤと同一のサイズ（半径６０ｍｍ）とする。また、放射状に伸びる泳動路５７における光ビームの照射領域ｒを、３０〜５０ｍｍとする。さらに、ディスクの回転周波数ｆを３０Ｈｚ（１８００ｒｐｍ）とする。
【０１４８】
ここで、泳動路５７を光ビームが通過する時間ｔは、ｔ＝ｗ／（２πｒｆ）となるから、上述した条件では、ｔ＝１１μｓ〜１８μｓである。したがって、パルスの周波数が１ＭＨｚであれば、通過時間内に、約１０〜１８発の光ビームのパルスを移動しながら照射できる。また、周波数が１００ＭＨｚであれば、約１０００〜１８００発の光ビームのパルスを照射できる。光ビームのパルスの照射回数を多くするほど、蛍光の検出回数を多くできる。したがって、蛍光をより高感度で検出できる。
【０１４９】
続いて、光ビームが再びトラッキング領域に移動したとき、光ビームの強度を、再び弱い一定レベルとする（図９（ｂ））。同時に、制御信号ｆをハイレベルとし、サーボをオンにする（図９（ｃ））。この場合、光量検出信号ｃ（図９（ｄ））は、元の上記一定レベルとなる。
【０１５０】
なお、光ビームが泳動路５７を横切る時間が、サーボ制御を乱さないほど十分に短ければ、光ビームは、サーボ帯域よりも高い周波数で横切る。したがって、安定してトラッキングサーボを行うことができる。この場合、上記のようにサーボのオンまたはホールドの切り替えは必要ない。しかし、光量検出データｈのサンプリングのみは必要となる。
【０１５１】
このように、分析装置６０では、案内溝５が泳動路５７（流路８）によって途切れると、光ビームの追従を保持するトラッキング制御が行われる。これにより、泳動路５７（流路８）を通過する前におけるトラッキング状態を、泳動路５７（流路８）の通過後に維持できる。このため、泳動路５７（流路８）によってトラッキングサーボが乱されることがない。そのため、光ビームを、泳動路５７（流路８）における所望の位置に、安定してアクセスできる。
【０１５２】
分析装置６０では、光量検出回路６５に備えられるＡ／Ｄ変換回路が、各光ビームを照射した直後に発生する各蛍光をサンプリングする。これにより、図９（ｅ）において実線で示す、光量検出データｈを取得できる。ここで、図３において示すように、光ビームの照射期間が蛍光の寿命に比べて十分短いとき、光ビームの照射ごとに蛍光をサンプリングする必要はない。すなわち、信号をローパスフィルタや積分器によって平滑化するのみで、蛍光検出の際のＳ／Ｎ比を向上できる。なお、上述したＡ／Ｄ変換器の代わりに、サンプルホールド回路を使用してもよい。
【０１５３】
上述したように、分析装置６０では、蛍光分子が発する蛍光の寿命よりも短い、パルス化された光ビームを照射する。これによって、光ビームのパルス照射期間を、光ビームのパルス照射後に生じる蛍光の持続時間に比べて、短くできる。したがって、検出される検出光に含まれる光ビームの反射光の割合を低減させ、蛍光の割合を増加させることができる。しかも、光ビームは、案内溝５によって所望の泳動路５７へ誘導されるため、所望の泳動路５７にアクセスして、蛍光を高感度で検出できる。
【０１５４】
また、分析装置６０では、光量検出回路６５が、光ビームの照射を停止している期間において、検出光をサンプリングする。すなわち、検出光を、光ビームの照射期間には検出せず、光ビームの休止期間において検出する。これにより、検出光の大部分を蛍光が占めるため、同様に、蛍光を高感度で検出できる。
【０１５５】
この場合、蛍光の寿命に比べて、光ビームのパルス照射期間を十分に短くする必要はない。すなわち、光ビームの休止期間において、検出光をサンプリングするのみでよい。しかし、光ビームの照射期間を短くして、光ビームの照射周期、および発光のサンプリング周期を、出来るだけ短くすることが好ましい。これにより、サンプリング回数を増やして、Ｓ／Ｎ比を向上できる。
【０１５６】
また、泳動路５７（セル内）を移動させながら光ビームを照射するため、１パルスごとに、泳動路５７内の異なる位置に光ビームを照射する。これにより、光ビームを複数の箇所に分散して照射するため、光ビームの照射位置における熱の発生を、最小限に抑えることができる。もし、温度が上昇すると、量子収率の低下によって蛍光強度が低下し、また、蛍光の寿命が短くなる。しかし、このようにして、発熱を抑えれば、蛍光の強度を上げ、かつ、その寿命を長くできる。したがって、蛍光検出時における感度の向上を維持できる。
【０１５７】
また、本実施形態では、光ビームを、セルとしての泳動路５７に照射している。しかし、光ビームを、泳動路５７ではなく、他の形状のセルに照射してもよい。この例を、図１０を参照して説明する。
【０１５８】
図１０は、アッセイ用の微小なセル８１が形成されている分析用基板１ａの構造を示す図である。図１０に示す分析用基板１ａは、分析用基板１と同様に、ディスク形状である。この分析用基板１ａには、上述した泳動路５７の代わりに、アッセイ用のセル８１が、多数、形成されている。各セル８１のサイズは、いずれも、１０μｍ〜１ｍｍである。セル８１間には、案内溝８２が設けられている。ここで、分析用基板１ａには、図示しない番地情報も設けられている。
【０１５９】
このように、分析用基板１ａには、セル８１に加え、案内溝８２および番地情報が設けられている。したがって、分析用基板１ａにおいても、所望の番地のセル８１にアクセスして、光ビームを照射できる。
【０１６０】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる新たな実施形態についても、本発明の技術的範囲に含まれる。また、本発明は、電気泳動に限らず、ハイブリダイゼーション、インキュベーション、およびカラムクロマトグラフィーなどの、他のアッセイにおいても使用可能である。
【０１６１】
また、以上の実施形態ではディスク形状の分析用基板に対する分析装置について説明したが、高感度で検出する本願の特徴は、ディスク形状に限らず、カード型の分析用基板に適用可能である。しかし、広く一般に普及させるためには、やはりディスク形状の分析用基板を使用して、光ディスクの光学ピックアップによって高速アクセスを行なう方がよい。
【０１６２】
また、本願の分析装置は、分析用基板からの反射光に含まれる発光を高感度で検出する例を示したが、これに限らず透過光や、あるいはそれ以外の方向で検出する場合も、装置全体の迷光を低減して高感度の検出が可能である。しかし、迷光が最も大きいのは光学ピックアップ内であるため、反射光における高感度検出に最も効果がある。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、またはタンパク質などの生体試料を含む、広範囲の分析対象物を分析する分析装置として利用できる。また、本発明は、高精度の診断を容易に安価で行うために、光ディスクの技術と生体分析チップの技術を融合させたものである。したがって、患者の住居の近所にある治療拠点、あるいは患者の居住する家庭内において、身近なデジタル医療分析機器を普及させることに大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明に係る分析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る分析装置において使用する分析用基板の要部、およびこの分析用基板に光ビームが入射している状態を示す縦断面図である。
【図３】パルス化された光ビームを照射した場合の、蛍光の寿命の一例を示す図である。
【図４】パルス化された光ビームを複数回、連続して照射し、蛍光を複数回検出する際の、光ビームの照射および蛍光の検出のタイミングを示す図である。
【図５】図２に示す分析用基板において、光ビームの走査により、光ビームが流路を通過して、案内溝のトラッキング領域に移った状態を示す分析用基板の縦断面図である。
【図６】図２に示す分析用基板に設けられている流路および液溜・注入口の構造を、断面において示す斜視図である。
【図７】分析用基板を用いてディスク形状に形成されている分析ディスクの構成を示す平面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る分析装置における、ターンテーブルの回転機構およびディスク押さえを示す斜視図である。
【図９】（ａ）は、案内溝に沿った延長領域において光ビームが走査する領域の種類を時系列で示す図であり、（ｂ）は、照射される光ビームの光量を概略的に示す波形図であり、（ｃ）は、分析装置において処理される制御信号の波形を概略的に示す波形図であり、（ｄ）は、同じく光量検出信号の波形を概略的に示す波形図であり、（ｅ）は、同じく光量検出データの波形を概略的に示す波形図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る分析装置に用いられる他の分析ディスクの構造を示す図である。
【図１１】従来の分析用基板を示す概略の縦断面図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１      分析用基板
３      反射層
４      絶縁層
５      案内溝
６      接着層
７      カバー層
８      流路
９      隔離部
１０      対物レンズ
１１      案内溝
１３      基板
１４      流路溝
５０      分析ディスク（分析用基板）
５１      電極（電源接続配線）
５２      番地情報記録部
５５      分析チップ
５７      泳動路
６０      分析装置
６１      アクチュエータ
６２      光ピックアップ
６２ａ    光学系部
６３      サーボ回路（トラッキング手段）
６４      番地再生回路
６５      光量検出回路
６６      メモリ
６７      コントローラ（トラッキング手段）
６８      パルス回路（パルス化手段）
７１      ディスク押さえ
７２      回転機構
７３      回転軸
７４      スピンドルモータ（移動手段）
７７ａ〜７７ｄ  接点
７８      ディスク中心出し部
７９      および回転角度固定具
８１      ターンテーブル
ａ１，ａ２  光ビーム
ａ３，ａ４  透過した光ビーム
ａ５      蛍光
ａ６〜ａ８    対物レンズへ向かう蛍光
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2006226969.tif 000010
【図９】
2006226969.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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