(57)【要約】【課題】  全反射減衰を利用した測定システムにおいて、一連の測定が正常になされたか否かを確認可能とする。【解決手段】  光ビーム13を発生する光源14と、光ビーム13に対して透明な誘電体ブロック10、およびこの誘電体ブロック10の一面に形成されて試料11に接触させられる薄膜層12を備えてなる測定チップ９と、光ビーム13を、誘電体ブロック10と薄膜層12との界面10ｂで全反射するように入射させる光ビーム入射光学系15と、界面10ｂで全反射した光ビーム13中の暗線位置を測定する暗線位置測定手段29とを備えた測定システムにおいて、暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料および／または必ず生じないことが既知である複数の基準試料と、測定対象の試料11とを含む複数の試料について一連の暗線位置測定がなされたとき、基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキを演算手段20で算出し、そのバラツキを表示手段21に表示させる。【選択図】          図３
2006105918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定チップと、
前記光ビームを、前記誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で該光ビームが全反射するように、この光ビームを前記誘電体ブロックに対して入射させる光ビーム入射光学系と、
前記界面で全反射した光ビーム中の暗線位置を測定する暗線位置測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定システムにおいて、
前記暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料および／または必ず生じないことが既知である複数の基準試料と、測定対象の試料とを含む複数の試料について一連の暗線位置測定がなされたとき、前記複数の基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキを算出する演算手段と、
算出された前記特性値のバラツキを表示する表示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システム。
【請求項２】
光ビームを発生する光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定チップと、
前記光ビームを、前記誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で該光ビームが全反射するように、この光ビームを前記誘電体ブロックに対して入射させる光ビーム入射光学系と、
前記界面で全反射した光ビーム中の暗線位置を測定する暗線位置測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定システムにおいて、
前記暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料および／または必ず生じないことが既知である複数の基準試料と、測定対象の試料とを含む複数の試料について一連の暗線位置測定がなされたとき、前記複数の基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキを算出する演算手段と、
算出された前記特性値のバラツキを所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて前記一連の測定の良否を判定する手段と、
この判定結果を表示する表示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システム。
【請求項３】
前記演算手段が、結合速度定数（ｋａ）、解離速度定数（ｋｄ）、解離定数（ＫＤ）、および最大結合量（Ｒmax）のうちの少なくとも１つを前記特性値として、そのバラツキを算出するものであることを特徴とする請求項１または２記載の全反射減衰を利用した測定システム。
【請求項４】
測定チップとして、前記薄膜層の上にさらに、特定物質と結合するセンシング物質が固定されたものが用いられるとともに、
このセンシング物質の固定量を求める手段が設けられ、
前記演算手段が、前記センシング物質の固定量が所定値未満あるいは所定値以上である測定チップから得られた特性値については、前記バラツキを算出する上で除外するように構成されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の全反射減衰を利用した測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体と薄膜層との界面で光ビームを全反射させ、そのとき生じる全反射減衰を利用して測定を行う測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属中においては、自由電子が集まるとこれらの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。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化して考えるときには上記プラズマ波を表面プラズモンと呼ぶ。従来、この表面プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、被測定物質の特性を分析する表面プラズモン測定装置が種々提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、 Kretschmann配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特許文献１）。
【０００３】
上記表面プラズモン測定装置は、基本的に、プリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されて試料液などの被測定物質に接触させられる金属膜と、光ビームを発生する光源と、上記光ビームを誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して表面プラズモン共鳴の状態、つまり全反射減衰（ＡＴＲ）の状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【０００４】
なお上述のように種々の入射角を得るためには、比較的細い光ビームを入射角を変化させて上記界面に入射させてもよいし、あるいは光ビームに種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に収束光状態であるいは発散光状態で入射させてもよい。前者の場合は、入射した光ビームの入射角の変化に従って、反射角が変化する光ビームを、上記反射角の変化に同期して移動する小さな光検出器によって検出したり、反射角の変化方向に沿って延びるエリアセンサによって検出することができる。一方後者の場合は、種々の反射角で反射した各光ビームを全て受光できる方向に延びるエリアセンサによって検出することができる。
【０００５】
上記構成の表面プラズモン測定装置において、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角で入射させると、該金属膜に接している被測定物質中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と被測定物質との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下は、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。なお上記の共鳴は、入射ビームが上記界面にｐ偏光で入射するときにだけ生じる。したがって、光ビームがｐ偏光で入射するように予め設定しておく必要がある。
【０００６】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角、すなわち全反射減衰角θSPより表面プラズモンの波数が分かると、被測定物質の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、真空中の光速をｃ、金属、被測定物質の誘電率をそれぞれεm、εsとすると、以下の関係がある。
【数１】
2006105918.tif 000003
【０００７】
そこで、上記反射光強度が低下する入射角である全反射減衰角θSPを知ることにより、被測定物質の誘電率εs、つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００８】
なおこの種の表面プラズモン測定装置においては、全反射減衰角θSPを精度良く、測定することを目的として、フォトダイオードアレイ等のアレイ状の光検出手段を用いることが考えられている（例えば、特許文献２参照）。この光検出手段は、それぞれが前記界面において互いに異なる反射角で全反射した光ビームの反射光成分を受光するように上記反射角の角度方向に併設された複数の受光素子からなるものである。
【０００９】
その場合は、上記アレイ状の光検出手段の各受光素子が出力する光検出信号を、この受光素子の配設方向に関して微分する微分手段が設けられ、この微分手段が出力する微分値に基づいて被測定物質の屈折率に関連する特性を求めることが多い。そしてこの微分手段としては、例えば、互いに隣接する２つの受光素子の出力の差分を求める手段を用いることができる。
【００１０】
また、上述のように２つの受光素子の出力の差分を求めて全反射減衰角θSPに対応する試料液の特性を検出する場合、アレイ状の光検出手段の代わりに二分割フォトダイオードを用い、この二分割フォトダイオードを上記角度方向に移動させて上記差分の値を得る方式を採用することも可能である。つまりその場合は、二分割された各フォトダイオードの出力の差分に基づいて、全反射減衰角θＳＰに対応する試料の特性を知ることができる（特許文献３参照）。
【００１１】
なお、特に、金属膜上にセンシング物質（リガンド）を配し、このセンシング物質に対する分析対象試料（アナライト）の結合の有無、結合量の変化等を測定する場合、上記差分法を用いれば感度の高い測定が可能となる。
【００１２】
また、全反射減衰（ＡＴＲ）を利用する類似の測定装置として、例えば非特許文献１の第２１〜２３頁および第２６〜２７頁に記載がある漏洩モード測定装置も知られている。この漏洩モード測定装置は基本的に、例えばプリズム状に形成された誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成されたクラッド層と、このクラッド層の上に形成されて、試料液に接触させられる光導波層と、光ビームを発生する光源と、上記光ビームを上記誘電体ブロックに対して、該誘電体ブロックとクラッド層との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系と、上記界面で全反射した光ビームの強度を測定して導波モードの励起状態、つまり全反射減衰状態を検出する光検出手段とを備えてなるものである。
【００１３】
上記構成の漏洩モード測定装置において、光ビームを誘電体ブロックを通してクラッド層に対して全反射角以上の入射角で入射させると、このクラッド層を透過後、光導波層において、ある特定の波数を有する特定入射角の光のみが導波モードで伝搬するようになる。こうして導波モードが励起されると、入射光のほとんどが光導波層に取り込まれるので、上記界面で全反射する光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。そして導波光の波数は光導波層の上の被測定物質の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角を知ることによって、被測定物質の屈折率や、それに関連する被測定物質の特性を分析することができる。
【００１４】
なお、この漏洩モード測定装置においても、全反射減衰によって反射光に生じる暗線の位置を検出するために、前述したアレイ状の光検出手段や二分割フォトダイオードを用いることができる。また、それと併せて上述の差分手段が適用されることも多い。
【００１５】
また、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置は、創薬研究分野等において、所望のセンシング物質に結合する特定物質を見いだすランダムスクリーニングへ使用されることがあり、この場合には前記薄膜層（表面プラズモン測定装置の場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置の場合はクラッド層および光導波層）上にセンシング物質を固定し、このセンシング物質上に分析対象試料を含む試料液を分注し、所定時間が経過する毎に上述の全反射減衰角θSPの角度を測定している。
【００１６】
試料液中の分析対象試料が、センシング物質と結合するものであれば、この結合により薄膜上の物質の屈折率が時間経過に伴って変化する。したがって、所定時間経過毎に上記全反射減衰角θSPを測定し、該全反射減衰角θSPの角度に変化が生じているか否か測定することにより、分析対象試料とセンシング物質の結合状態を測定し、その結果に基づいて分析対象試料がセンシング物質と結合する特定物質であるか否かを判定することができる。このような特定物質とセンシング物質との組み合わせとしては、例えば抗原と抗体、あるいは抗体と抗体が挙げられる。具体的には、ウサギ抗ヒトＩｇＧ抗体をセンシング物質として薄膜層の表面に固定し、ヒトＩｇＧ抗体を特定物質として用いることができる。
【００１７】
なお、分析対象試料とセンシング物質との結合状態を測定するためには、全反射減衰角θSPの角度そのものを必ずしも検出する必要はない。例えばセンシング物質に試料液を添加し、その後の全反射減衰角θSPの角度変化量を測定して、その角度変化量の大小に基づいて結合状態を測定することもできる。前述したアレイ状の光検出手段と微分手段を全反射減衰を利用した測定装置に適用する場合であれば、微分値の変化量は全反射減衰角θSPの角度変化量を反映しているため、微分値の変化量に基づいて、センシング物質と分析対象試料との結合状態を測定することができる。
【００１８】
このような全反射減衰を利用した測定方法および装置においては、底面に予め形成された薄膜層上にセンシング物質が固定された測定チップに、溶媒中に分析対象試料である被検体を溶解した試料液を注入し、あるいは送液しながら供給して、上述した全反射減衰角θSPの角度変化量の測定を行っている。
【００１９】
上記測定チップに試料液を供給し、センシング物質と被検体とが結合すると、センシング物質の屈折率が変化し、全反射減衰角θSPの角度が変化する。従って測定開始から所定時間経過した時点までの、全反射減衰角θSPの角度変化量を求めることにより、被検体がセンシング物質と結合するものであるか否かを判定し、さらに、結合する場合には、被検体とセンシング物質との結合状態などを分析することができる。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号公報
【特許文献２】特開平１１−３２６１９４号公報
【特許文献３】特開２００２−３６５２１２号公報
【非特許文献１】「分光研究」第４７巻 第１号（１９９８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
ところで、上述した表面プラズモン測定装置や漏洩モード測定装置を利用して測定を行う場合、複数の測定チップをまとめて取扱い、それらを用いて複数の試料に関する一連の測定を行うことが多い。このような測定の形態は、特に前述のランダムスクリーニングにおいて多く適用されている。
【００２１】
ところが、このようにして複数の試料に関する一連の測定を行う場合には、例えば複数の測定チップの光ビーム入射系に対するセッティング角度が不正になる等の原因から、その一連の測定のいくつかが不正になされてしまうこともある。
【００２２】
本発明は上記の事情に鑑みて、複数の試料に関する一連の測定が正常になされたか否かを確認することができる、全反射減衰を利用した測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明による第１の全反射減衰を利用した測定システムは、
光ビームを発生する光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、およびこの誘電体ブロックの一面に形成されて試料に接触させられる薄膜層を備えてなる測定チップと、
前記光ビームを、前記誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で該光ビームが全反射するように、この光ビームを前記誘電体ブロックに対して入射させる光ビーム入射光学系と、
前記界面で全反射した光ビーム中の暗線位置を測定する暗線位置測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定システムにおいて、
前記暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料および／または必ず生じないことが既知である複数の基準試料と、測定対象の試料とを含む複数の試料について一連の暗線位置測定がなされたとき、前記複数の基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキを算出する演算手段と、
算出された前記特性値のバラツキを表示する表示手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００２４】
なお上述の「薄膜層」は、本システムが表面プラズモン測定装置から構成される場合は金属膜であり、漏洩モード測定装置から構成される場合はクラッド層および光導波層となることは、前述した通りである（以下、同様）。
【００２５】
また上記「バラツキ」とは、特性値の分布状態を示す統計上の指標を広く指すものであり、具体的には、変動係数、標準偏差、分散値、最大値と最小値との差、最大値と最小値との差を平均値で除したもの等が挙げられる。
【００２６】
また、本発明による第２の全反射減衰を利用した測定システムは、上記と同様の光源と、測定チップと、光ビーム入射光学系と、暗線位置測定手段とを備えた全反射減衰を利用した測定システムにおいて、
前記暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料および／または必ず生じないことが既知である複数の基準試料と、測定対象の試料とを含む複数の試料について一連の暗線位置測定がなされたとき、前記複数の基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキを算出する演算手段と、
算出された前記特性値のバラツキを所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて前記一連の測定の良否を判定する手段と、
この判定結果を表示する表示手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００２７】
なお、上記第１および第２の全反射減衰を利用した測定システムにおける演算手段は、結合速度定数（ｋａ）、解離速度定数（ｋｄ）、解離定数（ＫＤ）、および最大結合量（Ｒmax）のうちの少なくとも１つを前記特性値として、そのバラツキを算出するものであることが望ましい。
【００２８】
また、本発明による全反射減衰を利用した測定システムにおいて、測定チップとして、前記薄膜層の上にさらに、特定物質と結合するセンシング物質が固定されたものが用いられる場合は、このセンシング物質の固定量を求める手段が設けられた上で、前記演算手段が、上記センシング物質の固定量が所定値未満あるいは所定値以上である測定チップから得られた特性値については、前記バラツキを算出する上で除外するように構成されることが望ましい。
【００２９】
また、上述のようにセンシング物質の固定量を求める手段が設けられた上で、前記演算手段が、センシング物質の固定量に基づいて前記特性値を補正するように構成されることも好ましい。
【００３０】
なお上記「センシング物質の固定量」とは、重量等の絶対量のみを意味するものではなく、例えば測定された暗線位置を示す信号量等、センシング物質の固定量を間接的に示す量をも含むものとする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明による第１の全反射減衰を利用した測定システムは、暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料および／または必ず生じないことが既知である複数の基準試料と、測定対象の試料と含む複数の試料について一連の暗線位置測定がなされたとき、複数の基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキを算出する演算手段と、算出された特性値のバラツキを表示する表示手段とを備えているので、システム利用者は、表示されたこの特性値のバラツキに基づいて、一連の測定が正常になされたか否かを知ることができる。すなわち、暗線位置の変化が必ず生じることが既知である複数の基準試料に関する測定結果は本来互いに同じものとなり、それは暗線位置の変化が必ず生じないことが既知である複数の基準試料についても同様であるので、それら複数の基準試料の暗線位置測定に関する特性値のバラツキは小さいものとなる筈である。そこで、表示されたこのバラツキが通常考えられる値より大きい場合は、その測定が不正になされたと判断することができる。
【００３２】
他方、本発明による第２の全反射減衰を利用した測定システムは、上述のような特性値のバラツキを所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて前記一連の測定の良否を判定する手段と、この判定結果を表示する表示手段とを備えているので、システム利用者は、その表示された情報から直接的に、一連の測定が正常になされたか否かを判断可能となる。
【００３３】
また、本発明による全反射減衰を利用した測定システムにおいて、特に測定チップとして、前記薄膜層の上にさらに前述のセンシング物質が固定されたものが用いられ、前記演算手段が、上記センシング物質の固定量を求め、該固定量が所定値未満あるいは所定値以上である測定チップ（それは本来、測定に使用されるべきものではない）から得られた特性値については、特性値バラツキを算出する上で除外するように構成されている場合は、測定チップに起因する測定不良の要因は除いて、その他の測定操作等に起因する測定不良が有ったか否かを正確に判別可能となる。
【００３４】
また前記演算手段が、センシング物質の固定量に基づいて前記特性値を補正するように構成された場合は、センシング物質の固定量の違いによる特性値の変化分を補償して特性値を正確に求めることができ、ひいては、測定不良が有ったか否かを正確に判別可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態による全反射減衰を利用した測定システムを示す概略平面図であり、図２および図３はそれぞれ、そのシステムに用いられた表面プラズモン測定装置の概略平面図、概略側面図である。
【００３６】
本実施形態の全反射減衰を利用した測定システムは、複数の誘電体ブロックに光ビームを並列的に入射させることにより複数の試料液の分析を同時に行うものであり、試料液は２次元状に配置された多数の試料液収容部を有する試料液収容プレートであるウェルプレートによって供給される。
【００３７】
図１に示す通り、この全反射減衰を利用した測定システムは、表面プラズモン測定装置101と、この表面プラズモン測定装置101の測定に使用される試料液11に対して前処理を施す液処理部60と、液処理部60で処理された試料液11が配された測定チップ９を表面プラズモン測定装置101の測定位置に移送する被測定物投入装置200とを備えている。
【００３８】
表面プラズモン測定装置101は、図２および図３に示すように、同様の構成の複数の表面プラズモン測定ユニット101Ａ、101Ｂ、101Ｃ…により構成されている。以下、各測定ユニットの構成について、個別の要素を表す符号であるＡ、Ｂ、Ｃ…の符号は省略して説明する。
【００３９】
各測定ユニット101は、光ビーム13を発生する光源であるレーザ光源14と、光ビーム13に対して透明な誘電体ブロック10、この誘電体ブロック10の一面に形成された、金属膜からなる薄膜層12、および薄膜層12の表面上に試料液11を保持する試料液保持部10ａを備えてなる測定チップ９と、上記光ビーム13を、誘電体ブロック10と薄膜層12との界面10ｂで全反射するように、該誘電体ブロック10に対して入射させる入射光学系15と、上記界面10ｂで全反射した光ビーム13中の暗線の位置を測定する暗線位置測定部29とを備えている。
【００４０】
暗線位置測定部29は、上記界面10ｂで全反射した光ビーム13を平行光化して光検出器17に向けて射出するコリメータレンズ16と、コリメータレンズ16から出射した光ビーム13を受光してその光強度を検出する光検出器17と、光検出器17に接続された差動アンプアレイ18と、差動アンプアレイ18に接続されたドライバ19と、ドライバ19に接続されたコンピュータシステム等からなる信号処理部20とからなる。
【００４１】
なお光ビーム13は、必ずしも上記のように平行光化して光検出器17に入射させる必要はなく、平行光化して入射させない場合には、コリメータレンズ16を除いて光ビーム測定部29を構成することができる。
【００４２】
入射光学系15は、レーザ光源14から射出された光ビーム13を平行光化するコリメータレンズ15ａと、この平行光化された光ビーム13を集光して界面10ｂにおいて収束させる集光レンズ15ｂとから構成されている。
【００４３】
光ビーム13は、集光レンズ15ｂによって上述のように集光されるので、界面10ｂに対して種々の入射角θで入射する成分を含むことになる。なお、この入射角θは、全反射角以上の角度とされる。そのため、界面10ｂで全反射した光ビーム13には、種々の反射角で全反射した成分が含まれることになる。なお、上記入射光学系15は、光ビーム13を界面10ｂ上で点状に収束させずにデフォーカス状態で入射させるように構成してもよい。そのようにすれば、界面10ｂ上のより広い領域において光ビーム13が全反射されるので、全反射減衰の状態の検出誤差が平均化されて全反射減衰角の測定精度を高めることができる。
【００４４】
また光ビーム13は、界面10ｂに対してｐ偏光で入射させる。そのようにするためには、予めレーザ光源14をその偏光方向が上記所定の方向となるように配設すればよい。その他、光ビーム13を界面10ｂに対してｐ偏光で入射させるには、波長板で光ビーム13の偏光の向きを制御するようにしてもよい。
【００４５】
また、この表面プラズモン測定装置101は、各測定ユニット101Ａ、101Ｂ、101Ｃ…の信号処理部20Ａ、20Ｂ、20Ｃ…に接続された１つの表示手段21を備えている。
【００４６】
他方、上記誘電体ブロック10は、例えば透明樹脂等により形成することができ、四角錐の４つの稜線が集まる頂角を含む一部分が切り取られた形状とされている。その試料液保持部10ａは、四角錐の誘電体ブロック10の底面の周囲が四角錐の広がりながら延びる方向に嵩上げされた形として形成されたものである。したがって、この周囲が嵩上げされた部分で囲まれた凹部10ｃの底面に上記薄膜層12が位置し、この凹部10ｃに試料液11が貯えられる。
【００４７】
薄膜層12は、例えば金、銀、銅、アルミニウム等の金属膜で構成することができる。なお、薄膜層12の表面上にはセンシング物質30が固定されるが、このセンシング物質30については後述する。また光ビーム13は、誘電体ブロック10の試料液11を保持する側とは反対側から誘電体ブロック10に向けて入射せしめられる。
【００４８】
なお隣接する複数の測定チップ９は、図４に示すように、互いに連結されて一体的取扱いが可能なチップ連結ユニット80を構成している。ここでは、一例として、８個の測定チップ９を連結固定してなるチップ連結ユニット80を用いており、測定チップ９が８個一列に並べられた状態で取り扱われる。
【００４９】
なおチップ連結ユニット80は、より詳しくは、ユニット支持板81に形成された複数のユニット支持孔82のそれぞれに、各測定チップ９が嵌合支持されてなるものである。チップ連結ユニット80を構成する各測定チップ９は、誘電体ブロック10が前述のような形状とされたことから、テーパ状の上記ユニット支持孔82に嵌合して、このユニット支持孔82を通り抜けないようになっている。
【００５０】
さらに、上記チップ連結ユニット80は、図５に示すように、複数まとめてチッププレート211にセットされ、この状態で運搬および取扱いがなされる。例えば、チップ連結ユニット80が８個の測定チップ９を連結固定してなる場合には、チップ連結ユニット80が１２ユニットまとめられて、すなわち９６個の測定チップ９が１枚のチッププレート211上にまとめられて取り扱われる。
【００５１】
また、例えば、チップ連結ユニット80が６個の測定チップ９を連結固定してなる場合には、チップ連結ユニット80が６４ユニット（８本×８組）まとめられて、すなわち３８６個の測定チップ９が１枚のチッププレート211上にまとめられて取り扱われる。
【００５２】
図１に示す被測定物投入装置200は、チッププレート211から取り出されたチップ連結ユニット80を矢印Ｙで示す方向に移動させる連結ユニット移送部120、チップ連結ユニット80を連結ユニット移送部120に供給するチップ供給手段210、チップ連結ユニット80の各測定チップ９に試料液11を供給する試料液自動供給機構220、チップ連結ユニット80を連結ユニット移送部120から取り外して排出するチップ排出部230を備えている。
【００５３】
連結ユニット移送部120は、チップ供給手段210に対応する作業位置Ｐ１において、チップ供給手段210から、８個の測定チップ９で構成されたチップ連結ユニット80を受け取り、チップ連結ユニット80を、試料液自動供給機構220に対応する作業位置Ｐ２、表面プラズモン測定装置101に対応する作業位置Ｐ３、およびチップ排出部230に対応する作業位置Ｐ４に順次移送する。
【００５４】
チップ供給手段210は、上記チップ連結ユニット80を収容したチッププレート211をセット部212に受け入れ、そこからチップ連結ユニット80を１つ（１ユニット）ずつ連結ユニット移送部120に供給する。
【００５５】
なお本例では、チップ連結ユニット80を構成する各測定チップ９の薄膜層12に予め、タンパク、ＤＮＡ，ＲＮＡ、多糖類等のセンシング物質が固定され、上記連結ユニット移送部120にはその状態でチップ連結ユニット80が供給される。そして、連結ユニット移送部120は、チップ連結ユニット80を作業位置Ｐ２に移送する。
【００５６】
作業位置Ｐ２に配置された試料液自動供給機構220は、上記チッププレート211上の各測定チップの配置に一致させて形成された多数の穴（ここでは、９６穴）を有するウェルプレート221の各穴に収容した各試料液11を、チップ連結ユニット80の各測定チップ９の凹部10ｃに分注するものである。なお、各試料液11が互いに異なる成分からなる試料液であってもまとめて試料液11と言う。
【００５７】
上記各穴（以後、試料液収容部221Ｓという）に試料液11を収容したウェルプレート221が試料液自動供給機構220のセット部222に受け入れられると、各試料液収容部221Ｓに収容された試料液11が、試料液自動供給機構220の試料液供給用ピペット７１によって吸引される。そして試料液自動供給機構220が、上記試料液供給用ピペット７１を、作業位置Ｐ２に位置するチップ連結ユニット80の各測定チップ９上に移動させ、吸引された試料液11をこの試料液供給用ピペット71から測定チップ９の凹部10ｃへ供給する。
【００５８】
なお、ウェルプレート221に収容された各試料液11の各測定チップ９への供給は、チッププレート211に収容されていた各測定チップのチッププレート211上における位置と、各測定チップに供給される各試料液11のウェルプレート221上における収容位置とが対応するように行われる。
【００５９】
本実施形態のように複数の測定チップ９をチップ連結ユニット80にまとめて取り扱う場合は、図６に示すような分注機226を採用することが望ましい。この分注機226は、チップ連結ユニット80における測定チップ９の数と同数の分注ノズル227が、チップ連結ユニット80における測定チップ９の配置ピッチと同じピッチで配置されてなるものであり、１つのチップ連結ユニット80の各測定チップ９に同時に試料液11を分注することができる。
【００６０】
その後チップ連結ユニット80は、連結ユニット移送部120によって作業位置Ｐ３に移送される。この作業位置Ｐ３に配置された表面プラズモン測定装置101は、試料液11が配された各測定チップ９に対して全反射減衰角の測定、つまり暗線位置測定を行う。そしてこの測定の後、チップ連結ユニット80は、連結ユニット移送部120によって作業位置Ｐ４に移送される。
【００６１】
作業位置Ｐ４に配置されたチップ排出部230は、チップ連結ユニット80を連結ユニット移送部120から取り外して、回収用ウェルプレート231の中に排出する。
【００６２】
ウェルプレート221の各試料液収容部221Ｓに収容された各試料液11は、互いに異なる成分を有する多数の試料液11を収容したマザープレート255、あるいはドータプレート256から、分注機250によって分注されたものである。この試料液11を収容したウェルプレート221が試料液自動供給機構220に受け入れられる前に、各試料液11に対して液処理部60による種々の前処理が施されるが、この前処理は本発明とは直接関係が無いので、その説明は省略する。
【００６３】
そして上記連結ユニット移送部120が、チップ供給手段210から逐次受け入れたチップ連結ユニット80を作業位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４へ移送する動作を繰り返すとき、それと並行して上記測定を行うことにより、チッププレート211上にまとめられた９６個の測定チップ９と、ウェルプレート221上の各試料収容部221Ｓに収容された９６種類の試料液11とを組み合わせた全ての測定を行うことができる。
【００６４】
以下、表面プラズモン測定装置101による試料分析について説明する。図３に示す通り、レーザ光源14から射出された光ビーム13は、入射光学系15を通して、誘電体ブロック10と薄膜層12との界面10ｂ上に収束せしめられる。
【００６５】
界面10ｂ上で収束して全反射した光ビーム13は、コリメータレンズ16を通して光検出器17によって検出される。光検出器17は、複数の受光素子であるフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…が１列に並設されてなるフォトダイオードアレイであり、フォトダイオードの並設方向が図３の紙面に略平行で、かつコリメータレンズ16を通して平行光化されて入射される光ビーム13の伝播方向に対して略直交するように配設されている。したがって、上記界面10ｂにおいて種々の反射角で全反射された光ビーム13の各成分を、それぞれ異なるフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…が受光することになる。この光検出器17は、各フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…によって検出された上記光ビーム13の強度分布を示す信号を出力する。
【００６６】
界面10ｂに特定入射角θSPで入射した光ビーム13の成分は、薄膜層12とこの薄膜層12に接している物質との界面に表面プラズモンを励起させるので、この光については反射光強度が鋭く低下する。つまり上記特定入射角θSPが全反射減衰角であり、この角度θSPにおいて反射光強度は極小値を示す。この反射光強度が低下する領域は、図３にＤで示すように、界面10ｂで全反射した光ビーム13中の暗線として観察される。
【００６７】
次に、光検出器17から出力された光ビーム13の強度分布を示す信号の処理について詳細に説明する。図７は、この表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブロック図である。図示の通りドライバ19は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ…、これらのサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ…の各出力が入力されるマルチプレクサ23、このマルチプレクサ23の出力をデジタル化して信号処理部20に入力するＡ／Ｄ変換器24、マルチプレクサ23とサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ…とを駆動する駆動回路25、および信号処理部20からの指示に基づいて駆動回路25の動作を制御するコントローラ26から構成されている。
【００６８】
上記フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…の各出力は、差動アンプアレイ18の各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…に入力される。この際、互いに隣接する２つのフォトダイオードの出力が、共通の差動アンプに入力される。したがって各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の出力は、複数のフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…が出力する光検出信号を、それらの並設方向に関して微分したものと考えることができる。
【００６９】
各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の出力は、それぞれサンプルホールド回路22ａ、22ｂ、22ｃ…により所定のタイミングでサンプルホールドされ、マルチプレクサ23に入力される。マルチプレクサ23は、サンプルホールドされた各差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の出力を、所定の順序に従ってＡ／Ｄ変換器24に入力する。Ａ／Ｄ変換器24はこれらの出力をデジタル化して信号処理部20に入力する。
【００７０】
図８は、界面10ｂで全反射した光ビーム13の界面10ｂへの入射角θ毎の光強度と、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の出力との関係を説明するものである。ここで、光ビーム13の界面10ｂへの入射角θと、全反射した光ビーム13の光強度Ｉとの関係は、同図（１）のグラフに示すようなものであるとする。
【００７１】
また同図の（２）は、フォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…の並設方向を示しており、先に説明した通り、これらのフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…の並設方向位置は上記入射角θと一義的に対応している。
【００７２】
そしてフォトダイオード17ａ、17ｂ、17ｃ…の並設方向位置、つまりは入射角θと、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の出力Ｉ’（反射光強度Ｉの微分値）との関係は、同図（３）に示すようなものとなる。すなわち、ここで暗線位置を測定するとは、ファとダイオードアレイ上の暗線位置を検出することであるが、それは、対応する入射角θを検出するものとみなすことができる。
【００７３】
信号処理部20は、Ａ／Ｄ変換器24から入力された微分値Ｉ’の値に基づいて、差動アンプ18ａ、18ｂ、18ｃ…の中から、微分値として正の値を有し、かつ全反射減衰角θSPに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（同図（３）の例では差動アンプ18ｅとなる）と、微分値として負の値を有し、かつ全反射減衰角θSPに対応する微分値Ｉ’＝０に最も近い出力が得られているもの（同図（３）の例では差動アンプ18ｄとなる）を選択し、それらの差動アンプが出力する微分値に基づいて、全反射減衰角θSPを算出する。なお、場合によっては微分値Ｉ’＝０を出力している差動アンプが存在することもあり、そのときはその差動アンプに基づいて全反射減衰角θSPを算出する。以後、信号処理部20は、所定時間が経過する毎に上記と同様な動作を繰り返し、全反射減衰角θSPを算出し、測定開始時からの角度変化量を求めて表示手段21に表示させる。
【００７４】
上述のように、測定チップ９の薄膜層12の近傍の誘電率つまりは屈折率が変化すると、それに応じて全反射減衰角θSPも変化するため、この全反射減衰角θSPの角度変化量を時間の経過とともに測定し続けることにより、薄膜層12の近傍の誘電率の変化を調べることができる。
【００７５】
なお、薄膜層12の上に、試料液11中に溶解している特定物質と結合するセンシング物質30を固定した場合、試料液11中の特定物質とセンシング物質30との結合の進行、あるいは解離の進行に応じて薄膜層12近傍の誘電率（屈折率）が時間の経過とともに変化する。したがって、上記全反射減衰角θSP（微分値Ｉ’）を測定し続けることにより、上記結合、あるいは解離の進行状況を調べることができる。
【００７６】
そのようなセンシング物質30と特定物質との組合せとしては、例えば、例えば生理活性高分子物質（タンパク、ＤＮＡ，ＲＮＡ，多糖類）と医薬品を構成する化合物との組み合わせを挙げることができる。一般に、薄膜層12上に生理活性高分子物質を効果的に吸着させるためには、薄膜層12に対して自己組織化膜（ＳＡＭ膜）やデキストラン等を結合させる。
【００７７】
次に、暗線位置測定が正常になされたか否かを確認するための構成について、図９も参照して説明する。図５に示したチッププレート211に１２個のチップ連結ユニット80をセットして測定を行う場合、各チップ連結ユニット80の１個の測定チップ９には、暗線位置変化が必ず生じることが既知である第１基準試料（Positive Control）が、また別の１個の測定チップ９には、暗線位置変化が必ず生じないことが既知である第２基準試料（Negative Control）が供給される。つまりこの場合、通常の測定対象の試料液11は、１個のチップ連結ユニット80においてそれぞれ６個の測定チップ９を用いて測定に供される。
【００７８】
そして暗線位置測定を行う際には、上記２種の基準試料に対しても通常と同じ測定処理がなされる。このとき信号処理部20は、ドライバ19の出力信号に基づいて、上記第１基準試料および第２基準試料の暗線位置測定に関する特性値として、それぞれ結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄを求める。ここで結合速度定数ｋａは結合反応の速さを示す値であり、また解離速度定数ｋｄは解離反応の速さを示す値である。
【００７９】
また信号処理部20は、各基準試料それぞれについて、上記結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄの各バラツキを示すＣＶ（Coefficient of Variation）値を求める。このＣＶ値は変動係数と呼ばれ、標本の標準偏差を平均で除した値で定義されるものである。信号処理部20はさらに、そのＣＶ値を所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて、９６個の測定チップ９を用いた一連の測定の良否を判定する。この判定結果は後述するように、上記ＣＶ値と併せて各基準試料毎に表示手段21に表示される。
【００８０】
さらに信号処理部20は、ドライバ19の出力信号に基づいて、９６個の測定チップ９について各々センシング物質30の固定量を求める。このセンシング物質30の固定量は、図８（１）に示した全反射減衰角θSP（試料供給前の初期値）が該固定量に対応して変化することから、本実施形態ではこの初期の全反射減衰角θSPを示す値で定義して間接的に求めるものとする。センシング物質の固定量の測定方法としては勿論これに限られるものではなく、その他に、固定反応前後で測定する方法や、センシング表面に参照部を設けてこれを利用する方法などを適用することもできる。
【００８１】
また信号処理部20は、上述のようにして求めたセンシング物質30の固定量を所定の閾値と比較し、その比較結果に基づいて、そのセンシング物質30が固定されている測定チップ９の良否を判定する。また、このセンシング物質30の固定量を用いて、結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄや、前述の解離定数ＫＤや最大結合量Ｒmaxを求めるようにしてもよい。
【００８２】
図９は、表示手段21における各情報の表示状態を示すものである。なお同図でａ、ｂ、ｃで示すのがそれぞれ、第１基準試料の特性値バラツキ、第２基準試料の特性値バラツキ、センシング物質30の固定量を示す表示領域である。
【００８３】
同図の領域ａ、ｂに示される通り本例では、第１基準試料の結合速度定数ｋａのＣＶ値＝0.05、解離速度定数ｋｄのＣＶ値＝0.1であり、また第２基準試料の結合速度定数ｋａのＣＶ値＝0.05、解離速度定数ｋｄのＣＶ値＝0.09である。そして本例では、これらのＣＶ値と比較する前述の閾値は0.1であって、それ以下であれば基準試料に対する測定は正常になされていると判定する。したがって両基準試料の結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄには、いずれも「ＯＫ」の表示が付されている。
【００８４】
そこでシステムの利用者は、これらの表示を見て、両基準試料に対する暗線位置測定は正常になされたと確認することができ、ひいては、それらの基準試料とともに行われた通常試料に関する一連の暗線位置測定も正常になされたと判断することができる。
【００８５】
なお、前述のようにして求めたセンシング物質30の固定量が所定の基準範囲に無い（つまりある所定値未満か、あるいは別の所定値以上）測定チップ９から得られた結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄについては、ＣＶ値の算出から除外するように信号処理部20を構成しておくことが望ましい。そのようにすれば、測定チップに起因する測定不良の要因は除いて、その他の測定操作等に起因する測定不良が有ったか否かを正確に判別可能となる。
【００８６】
また信号処理部20を、センシング物質30の固定量に基づいて結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄを補正するように構成しておくことも好ましい。そのようにする場合は、センシング物質30の固定量の違いによる定数ｋａおよびｋｄの変化分を補償してそれらを正確に求めることができ、ひいては、測定不良が有ったか否かを正確に判別可能となる。
【００８７】
また、上記閾値との比較に基づく測定可否の判定を信号処理部20に行わせることなく、つまり上記「ＯＫ」のような表示は省いて、結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄのＣＶ値のみを表示させ、そこからシステム利用者が測定可否の判定をするようにしても構わない。あるいはその反対に、結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄのＣＶ値は表示させないで、測定可否の判定結果だけを表示させるようにしてもよい。
【００８８】
また、測定可否の判定に供するためにバラツキを求める特性値として、上記結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄの他に、解離定数ＫＤや最大結合量Ｒmaxを求めるようにしてもよい。なお解離定数ＫＤとは、上記の解離速度定数ｋｄを結合速度定数ｋａで除した値である。すなわち、解離定数ＫＤは、解離定数ＫＤ＝解離速度定数ｋｄ／結合速度定数ｋａの式で示される値である。一方最大結合量Ｒmaxとは、試料と生理活性高分子物質との間において化学的な結合反応が飽和したときの、試料と生理活性高分子物質との間の化学的な結合量を示すものである。
【００８９】
他方、図９のｃの領域には、８×１２個並べられた測定チップ９と対応を取って、各測定チップ９を用いてなされた測定の結果、つまり全反射減衰角θSPの変化状態等が表示され、またそれと併せて、各測定チップ９におけるセンシング物質30の固定量が表示されている。なお本実施形態では、さらに各測定チップ９毎に、上記結合速度定数ｋａおよび解離速度定数ｋｄも表示されるようになっている。
【００９０】
そこでシステム利用者は、表示された測定チップ９毎のセンシング物質固定量を見て、その測定チップ９を用いた測定が正常になされたか否かを判定することができる。また特に本実施形態では、センシング物質固定量が前記所定の閾値に満たない測定チップ９に関しては、「×」のマークが付加表示されるようになっている。そこでシステム利用者は、このマークが付された測定チップ９は不良であって、それを用いた測定の結果は信頼できるものではないということが即座に分かるようになっている。
【００９１】
なお、上述のように８×１２個並べられた測定チップ９と、各測定チップ９を用いてなされた測定の結果とを対応付けて表示するには、例えば、測定チップ９を１個ずつ表面プラズモン測定装置101に移送する連結ユニット移送部120（図１参照）の動作を制御する信号と、該表面プラズモン測定装置101のドライバ19から信号処理部20に送られる測定信号との同期を取る、あるいは測定チップ９にバーコードなどの識別手段を付しておき、暗線位置測定時に併せてその識別手段を読み取る、等の方法を適用すればよい。
【００９２】
また、上記センシング物質固定量と閾値との比較に基づく測定チップ９の良否判定を信号処理部20に行わせることは必ずしも必要ではなく、センシング物質固定量の表示だけを行わせてもよい。あるいはそれとは逆に、センシング物質固定量の表示は行わないで、測定チップ９の良否判定結果だけを表示手段21に表示させるようにしてもよい。
【００９３】
以上、測定チップとして、カップ状に形成されたものを用いる形態について説明したが、金属膜上に別部材を圧接し、流路を形成してなる形態も望ましい。これにより、精度の高い結合速度定数ｋａ、解離速度定数ｋｄの測定が可能になる。
【００９４】
次に図１０を参照して、本発明の全反射減衰を利用した測定システムに適用され得る漏洩モード測定装置について説明する。
【００９５】
以上説明した表面プラズモン測定装置101は、一部の構成を変更することにより漏洩モード測定装置とすることができる。図１０は、そのようにして構成した漏洩モード測定装置の測定ユニットを示す側面図である。なおこの図１０において、図３中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要の無い限り省略する。
【００９６】
この漏洩モード測定装置も、上述の表面プラズモン測定装置と同様に測定チップ９を用いるように構成されている。この測定チップ９の上面に形成された凹部10ｃの底面にはクラッド層40が形成され、さらにその上には光導波層41が形成されている。これらクラッド層40と光導波層41とによって薄膜層が形成されている。
【００９７】
誘電体ブロック10は、例えば合成樹脂やＢＫ７等の光学ガラスを用いて形成されている。一方クラッド層40は、誘電体ブロック10よりも低屈折率の誘電体や、金等の金属を用いて薄膜状に形成されている。また光導波層41は、クラッド層40よりも高屈折率の誘電体、例えばＰＭＭＡを用いてこれも薄膜状に形成されている。クラッド層40の膜厚は、例えば金薄膜から形成する場合で３６．５ｎｍ、光導波層41の膜厚は、例えばＰＭＭＡから形成する場合で７００ｎｍ程度とされる。
【００９８】
上記構成の漏洩モード測定装置において、レーザ光源14から射出された光ビーム13を誘電体ブロック10を通してクラッド層40に対して全反射角以上の入射角で入射させると、該光ビーム13の多くの成分が誘電体ブロック10とクラッド層40との界面10ｂで全反射するが、クラッド層40を透過して光導波層41に特定入射角で入射した特定波数の光は、該光導波層41を導波モードで伝搬されるようになる。こうして導波モードが励起されると、特定入射角で入射した入射光のほとんどが光導波層41に取り込まれるので、上記界面10ｂに特定入射角で入射し、全反射された光の強度が鋭く低下する全反射減衰が生じる。
【００９９】
光導波層41における導波光の波数は、該光導波層41上の試料液11の屈折率に依存するので、全反射減衰が生じる上記特定入射角である全反射減衰角を知ることによって、試料液11の屈折率や、それに関連する試料液11の特性を分析することができる。
【０１００】
以上のような漏洩モード測定装置を用いて本発明の測定システムを構成することも可能であり、その場合にも、先に説明した表面プラズモン測定装置を用いた場合と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の一実施形態による全反射減衰を利用した測定システムの概略構成図
【図２】上記システムに用いられた表面プラズモン測定装置の要部を示す概略平面図
【図３】上記表面プラズモン測定装置の要部を示す概略側面図
【図４】チップ連結ユニットを示す斜視図
【図５】チップ連結ユニットをチッププレートにセットした状態を示す平面図
【図６】試料液自動供給機構の分注機の一部を示す正面図
【図７】表面プラズモン測定装置の電気的構成を示すブロック図
【図８】光ビームの界面への入射角と差動アンプの出力との関係を示す図
【図９】表示手段に表示された内容を示す概略図
【図１０】漏洩モード測定装置の一例を示す概略側面図
【符号の説明】
【０１０２】
９    測定チップ
10    誘電体ブロック
11    試料液
13    光ビーム
14    レーザ光源
15    入射光学系
16    コリメータレンズ
17    光検出器
20    信号処理部
21    表示手段
29    暗線位置測定部
30    センシング物質
80    チップ連結ユニット
101    表面プラズモン測定装置
101Ａ、101Ｂ、101Ｃ…    測定ユニット
【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】
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【図９】
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【図１０】
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