(57)【要約】【課題】暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる測定装置を提供する。【解決手段】分布情報により示される光強度分布全体の平均値を求め、平均値が低下した場合に閾値を小さくし、当該平均値が上昇した場合に閾値を大きくして、分布情報により示される光強度分布において、強度が上記閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出している。【選択図】図１４
2008089370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ偏光光ビームに対して透過性を有し、一部に薄膜層が形成され、当該薄膜層上に試料が接触される光透過性部材と、
前記光透過性部材と前記薄膜層との界面において全反射されるように複数の角度で前記光透過性部材に入射されて当該界面において全反射されたＰ偏光光ビームの光強度分布を示す分布情報を取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記分布情報により示される光強度分布において、強度が予め定められた閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出する検出手段と、
前記光透過性部材に入射するＰ偏光光ビームの強度が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該Ｐ偏光光ビームの強度が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御を行なう制御手段と、
を備えた測定装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記分布情報により示される光強度分布の平均値を求め、当該平均値が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該平均値が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御を行なう
請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記分布情報により示される光強度分布における全反射減衰により強度が最小になる最小位置を求め、前記光強度分布における当該最小位置から前記全反射減衰により強度が低下した領域の分布方向に対する幅の半分に相当する距離を隔てた位置をα、βとし、前記光強度分布において位置αにおける強度及び位置βにおける強度よりも小さくかつ前記最小位置における強度よりも大きい強度をＴとした場合、前記光強度分布において、位置αを通る前記分布方向に対する直交方向の第１直線、前記光強度分布により示される各強度値を結ぶ分布線及び強度Ｔを通る前記分布方向の第２直線で囲まれる領域の面積と位置βを通る前記直交方向の第３直線、前記分布線及び前記第２直線で囲まれる領域の面積との和と、前記分布線及び前記第２直線で囲まれる領域の面積と、が所定の比率となる強度Ｔを求めて当該強度Ｔとなるように前記閾値を変化させる制御を行なう、
請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
前記比率は、１対１である
請求項３記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置に係り、特に、表面プラズモン共鳴現象を利用して試料の特性を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、表面プラズモン共鳴現象（Surface Plasmon Resonance：ＳＰＲ）を利用して試料の特性を測定する測定装置の１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。一般的に、表面プラズモンセンサーは、プリズムと、このプリズムの一面に配置され、試料としての生理活性物質が固定される金属性の薄膜層と、光ビームを発生させる光源と、光ビームをプリズムに対して、プリズムと薄膜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光強度分布を検出する光検出手段と、を備え、光検出手段により検出された光強度分布から表面プラズモン共鳴現象による全反射減衰の発生により暗線が発生した位置を検出することにより、生理活性物質の特性の解析を行なうものである。
【０００３】
ところで、この種の測定装置では、プリズムにゴミが付着したり、光学系に傷などがあると、光ビームにノイズが発生する場合がある。このため、例えば、検出された光強度分布において強度が最も小さい位置を暗線位置と検出するものとした場合、暗線の近傍に発生したノイズの位置を暗線位置と誤検出してしまう場合がある。
【０００４】
このため、暗線の位置を精度よく検出する技術として、検出された光強度分布において強度が閾値以下となる領域の面積の重心から暗線位置を検出する技術が知られており、特許文献１には、全反射減衰が発生していない光ビームそのものの光強度分布を基準光強度分布として予め記憶しておき、界面で全反射した光ビームの光強度分布を検出し、検出した光強度分布から強度値毎に基準光強度分布を除算し、除算して得られた強度分布における暗線部分の凹部領域の重心を求めることにより、暗線の位置を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−９８３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、検出される光ビームの光強度分布において暗線部分の波形は非対称である場合がある。
【０００６】
また、光源から出射される光ビームの強度が経時的に変化してしまう場合があり、検出される光ビームの光強度分布が経時的に変化してしまう場合がある。
【０００７】
このように、光ビームの光強度分布が経時的に変化すると、上記特許文献１に開示された技術では、強度が閾値以下となる領域の面積が変化して重心の位置も変化してしまい、暗線位置の検出精度が低下する、という問題点があった。
【０００８】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる測定装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、Ｐ偏光光ビームに対して透過性を有し、一部に薄膜層が形成され、当該薄膜層上に試料が接触される光透過性部材と、前記光透過性部材と前記薄膜層との界面において全反射されるように複数の角度で前記光透過性部材に入射されて当該界面において全反射されたＰ偏光光ビームの光強度分布を示す分布情報を取得する取得手段と、前記取得手段により取得された前記分布情報により示される光強度分布において、強度が予め定められた閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出する検出手段と、前記光透過性部材に入射するＰ偏光光ビームの強度が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該Ｐ偏光光ビームの強度が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御を行なう制御手段と、を備えている。
【００１０】
請求項１記載の発明は、光ビームに対して透過性を有し、一部に薄膜層が形成された光透過性部材の上記薄膜層上に試料が接触されるものとされており、取得手段により、光透過性部材と薄膜層との界面において全反射されるように複数の角度で光透過性部材に入射されて当該界面において全反射されたＰ偏光光ビームの光強度分布を示す分布情報が取得され、検出手段により、取得手段により取得された分布情報により示される光強度分布において、強度が予め定められた閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置が検出されるものとされている。
【００１１】
そして、本発明では、制御手段により、光透過性部材に入射するＰ偏光光ビームの強度が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該Ｐ偏光光ビームの強度が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御が行なわれる。
【００１２】
このように請求項１記載の発明によれば、複数の角度で光透過性部材に入射されて光透過性部材と薄膜層との界面において全反射されたＰ偏光光ビームの光強度分布を示す分布情報を取得し、取得した分布情報により示される光強度分布において、強度が予め定められた閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出するものとされており、光透過性部材に入射するＰ偏光光ビームの強度が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該Ｐ偏光光ビームの強度が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御を行なっているので、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる。
【００１３】
なお、請求項１記載の発明の制御手段は、請求項２記載の発明ように、前記分布情報により示される光強度分布の平均値を求め、当該平均値が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該平均値が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御を行なうものとしてもよい。
【００１４】
また、請求項１記載の発明の制御手段は、請求項３記載の発明ように、前記分布情報により示される光強度分布における全反射減衰により強度が最小になる最小位置を求め、前記光強度分布における当該最小位置から前記全反射減衰により強度が低下した領域の分布方向に対する幅の半分に相当する距離を隔てた位置をα、βとし、前記光強度分布において位置αにおける強度及び位置βにおける強度よりも小さくかつ前記最小位置における強度よりも大きい強度をＴとした場合、前記光強度分布において、位置αを通る前記分布方向に対する直交方向の第１直線、前記光強度分布により示される各強度値を結ぶ分布線及び強度Ｔを通る前記分布方向の第２直線で囲まれる領域の面積と位置βを通る前記直交方向の第３直線、前記分布線及び前記第２直線で囲まれる領域の面積との和と、前記分布線及び前記第２直線で囲まれる領域の面積と、が所定の比率となる強度Ｔを求めて当該強度Ｔとなるように前記閾値を変化させる制御を行なうものとしてもよい。
【００１５】
さらに、請求項３記載の発明の比率は、請求項４記載の発明ように、１対１であるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明によれば、複数の角度で光透過性部材に入射されて光透過性部材と薄膜層との界面において全反射されたＰ偏光光ビームの光強度分布を示す分布情報を取得し、取得した分布情報により示される光強度分布において、強度が予め定められた閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出するものとされており、光透過性部材に入射するＰ偏光光ビームの強度が低下した場合に前記閾値を小さくし、当該Ｐ偏光光ビームの強度が上昇した場合に前記閾値を大きくする制御を行なっているので、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［第１の実施の形態］
本実施の形態に係る測定装置としてのバイオセンサー１０は、金属膜の表面に発生する表面プラズモン共鳴現象を利用して、タンパクＴａと試料Ａとの相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。
【００１９】
図１〜図４に示すように、バイオセンサー１０は、下部筐体１１及び上部筐体１２を備えている。上部筐体１２は、断熱部材で構成されており、バイオセンサー１０の上半分全体を覆っている。上部筐体１２内と、外部及び下部筐体１１内との間は、断熱されている。上部筐体１２の手前側は、上方へ開放可能とされており、把手１３が取り付けられている。上部筐体１２の外側には、ディスプレイ１４及び入力部１６が設置されている。
【００２０】
図２は、上部筐体１２を取り去って、図１の奥側からみたバイオセンサー１０の内部を示す図であり、図３は筐体の内部を上面からみた図、図４は図２の手前側からみた内部の側面図である。
【００２１】
上部筐体１２の内部には、分注ヘッド２０、測定部３０、試料ストック部４０、ピペットチップストック部４２、バッファストック部４４、保冷部４６、測定チップストック部４８、ラジエータ６０、ラジエータ送風ファン６２、水平方向送風ファン６４が備えられている。
【００２２】
試料ストック部４０は、試料積層部４０Ａ及び試料セット部４０Ｂで構成されている。試料積層部４０Ａには、個々のセルに各々異なる測定対象とする試料としてのアナライト溶液をストックする試料プレート４０Ｐが、Ｚ方向（鉛直方向）に積層されて収容されている。試料セット部４０Ｂには、１枚の試料プレート４０Ｐが、図示しない搬送機構により試料積層部４０Ａから搬送されてセットされる。
【００２３】
ピペットチップストック部４２は、ピペットチップ積層部４２Ａ及びピペットチップセット部４２Ｂで構成されている。ピペットチップ積層部４２Ａには、複数のピペットチップを保持するピペットチップストッカー４２Ｐが、Ｚ方向に積層されて収容されている。ピペットチップセット部４２Ｂには、１枚のピペットチップストッカー４２Ｐが、図示しない搬送機構によりピペットチップ積層部４２Ａから搬送されてセットされる。
【００２４】
バッファストック部４４は、ボトル収容部４４Ａ及びバッファ供給部４４Ｂで構成されている。ボトル収容部４４Ａには、測定の基準となる基準試料としてのバッファー液が貯留された複数本のボトル４４Ｃが収容されている。バッファ供給部４４Ｂには、バッファプレート４４Ｐがセットされている。バッファプレート４４Ｐは、複数筋に区画されており、各々の区画には濃度の異なるバッファー液が貯留されている。また、バッファプレート４４Ｐの上部には、分注ヘッド２０のアクセス時にピペットチップＣＰが挿入される孔Ｈが構成されている。バッファプレート４４Ｐへは、ホース４４Ｈによりボトル４４Ｃからバッファ液が供給される。
【００２５】
バッファ供給部４４Ｂの隣には、補正用プレート４５が配置され、その隣に保冷部４６が配置されている。補正用プレート４５は、バッファー液の濃度調整を行うためのプレートであり、マトリクス状に複数セルが構成されている。保冷部４６には、冷蔵の必要な試料が配置される。保冷部は低温とされており、この上で試料は低温状態に保たれる。
【００２６】
測定チップストック部４８には、測定チップ収容プレート４８Ｐがセットされている。測定チップ収容プレート４８Ｐには、測定チップ５０が複数本収納されている。
【００２７】
測定チップストック部４８と測定部３０との間には、測定チップ搬送機構４９が備えられている。測定チップ搬送機構４９は、測定チップ５０を両側から挟み込んで保持する保持アーム４９Ａ、回転により保持アーム４９ＡをＹ方向に移動させるボールねじ４９Ｂ、Ｙ方向に配置され、測定チップ５０が載せられる搬送レール４９Ｃ、を含んで構成されている。測定の際には、１本の測定チップ５０が測定チップ搬送機構４９により測定チップ収容プレート４８Ｐから搬送レール４９Ｃ上に載せられ、保持アーム４９Ａにより挟持されつつ測定部３０へ移動してセットされる。
【００２８】
測定チップ５０は、図５及び図６に示すように、誘電体ブロック５２、流路部材５４、及び、保持部材５６、で構成されている。
【００２９】
誘電体ブロック５２は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部５２Ａ、及び、プリズム部５２Ａの両端部にプリズム部５２Ａと一体的に形成された被保持部５２Ｂを備えている。プリズム部５２Ａの互いに平行な２面の内の広い側の上面には、金属性の薄膜５７が形成されている。誘電体ブロック５２は、いわゆるプリズムとして機能し、バイオセンサー１０での測定の際には、プリズム部５２Ａの対向する互いに平行でない２つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から薄膜５７との界面で全反射された光ビームが出射される。
【００３０】
薄膜５７の表面には、タンパクＴａを薄膜５７上に固定化するための、リンカー層５７Ａが形成されている。このリンカー層５７Ａ上にタンパクＴａが固定される。
【００３１】
プリズム部５２Ａの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材５６と係合される係合凸部５２Ｃが形成されている。また、プリズム部５２Ａの下側には、側端辺に沿って搬送レール４９Ｃと係合されるフランジ部５２Ｄが形成されている。
【００３２】
図６に示すように、流路部材５４は、６個のベース部５４Ａを備え、ベース部５４Ａの各々に４本の円筒部材５４Ｂが立設されている。ベース部５４Ａは、３個のベース部５４Ａ毎に、立設された円筒部材５４Ｂのうちの１本の上部が連結部材５４Ｄによって連結されている。流路部材５４は、軟質で弾性変形可能な材料、例えば非晶質ポリオフィレンエラストマーで構成されている。
【００３３】
ベース部５４Ａには、図７に示すように、底面側に略Ｓ字状の２本の流路溝５４Ｃが形成されている。流路溝５４Ｃは、端部の各々が１の円筒部材５４Ｂの中空部と連通されている。ベース部５４Ａは、底面が誘電体ブロック５２の上面と密着され、流路溝５４Ｃと誘電体ブロック５２の上面との間に構成される空間と前記中空部とで、液体流路５５が構成される。１個のベース部５４Ａには、２本の液体流路５５が構成される。各々の液体流路５５において、円筒部材５４Ｂの上端面に液体流路５５の出入口５３が構成される。
【００３４】
ここで、２本の液体流路５５のうち、１本は測定流路５５Ａとして用いられ、他の１本は参照流路５５Ｒとして用いられる。測定流路５５Ａの薄膜５７上（リンカー層５７Ａ上）にはタンパクＴａが固定され、参照流路５５Ｒの薄膜５７上（リンカー層５７Ａ上）にはタンパクＴａが固定されない状態で測定が行われる。測定流路５５Ａ及び参照流路５５Ｒには、図７に示すように、各々光ビームＬ１、Ｌ２が入射される。光ビームＬ１、Ｌ２は、図８に示すように、ベース部５４Ａの中心線Ｍ上に配置されるＳ字の屈曲部分に照射される。以下、測定流路５５Ａにおける光ビームＬ１の照射領域を測定領域Ｅ１、参照流路５５Ｒにおける光ビームＬ２の照射領域を参照領域Ｅ２という。参照領域Ｅ２は、タンパクＴａの固定された測定領域Ｅ１から得られるデータを補正するための測定を行う領域である。
【００３５】
測定チップ５０の保持部材５６（図６参照。）は、長尺とされ、上面部材５６Ａ及び２枚の側面板５６Ｂが蓋状に構成された形状とされている。側面板５６Ｂには、誘電体ブロック５２の係合凸部５２Ｃと係合される係合孔５６Ｃ、及び、光ビームＬ１、Ｌ２の光路に対応する部分に窓５６Ｄが形成されている。保持部材５６は、係合孔５６Ｃと係合凸部５２Ｃとが係合されて、誘電体ブロック５２に取り付けられる。なお、流路部材５４は、保持部材５６と一体成形されており、保持部材５６と誘電体ブロック５２の間に配置される。
【００３６】
上面部材５６Ａには、流路部材５４の円筒部材５４Ｂに対応する位置に、受部５９が形成されている。受部５９は略円筒状とされている。
【００３７】
一方、分注ヘッド２０は、図２に示すように、上部筐体１２内の上部に設けられ、水平駆動機構２２により矢印Ｘ方向に移動可能とされている。水平駆動機構２２は、ボールねじ２２Ａ、モータ２２Ｂ、ガイドレール２２Ｃにより構成されている。ボールねじ２２Ａ及びガイドレール２２Ｃは、Ｘ方向に配置されている。ガイドレール２２Ｃは平行に２本配置され、そのうちの１本はボールねじ２２Ａの下側に所定間隔離れて配置されている。分注ヘッド２０は、ボールねじ２２Ａの回転により、ガイドレール２２Ｃに沿ってＸ方向に移動される。
【００３８】
分注ヘッド２０には、分注ヘッド２０を矢印Ｚ方向に移動させる鉛直駆動機構２４が設けられている。鉛直駆動機構２４は、図９に示すように、モータ２４Ａ及びＺ方向に配置された駆動軸２４Ｂを含んで構成され、分注ヘッド２０をＺ方向に移動させる。図３に示すように、分注ヘッド２０によりアクセスされて液体の供給等が行われる、保冷部４６、補正用プレート４５、バッファ供給部４４Ｂ（バッファプレート４４Ｐ）、測定部３０（測定チップ５０）、試料セット部４０Ｂ（試料プレート４０Ｐ）、及びピペットチップセット部４２Ｂ（ピペットチップストッカー４２Ｐ）は、この順にＸ方向（分注ヘッド２０の移動方向）に配置されている。
【００３９】
図９に示すように、分注ヘッド２０は、１２本の分注管２０Ａを備えている。分注管２０Ａは、Ｘ方向と直交する矢印Ｙ方向に沿って１列に配置されている。分注管２０Ａは、隣り合う２本で一対とされ、一方が液体供給用、他方が液体排出用とされている。分注管２０Ａの先端部には、ピペットチップＣＰが取り付けられる。ピペットチップＣＰは、ピペットチップストッカー４２Ｐにストックされており、必要に応じて交換可能とされている。
【００４０】
測定時には、分注管２０Ａにより、測定チップ５０へ試料やバッファー液が供給される。これらの液体の供給は、分注ヘッド２０を、保冷部４６、試料セット部４０Ａ、バッファ供給部４４Ｂ上へ移動させ、液体供給用の６本の分注管２０Ａに取り付けられたピペットチップＣＰで試料やバッファー液を吸引する。このときの吸引量は、２本分の流路に供給するための量である。そして、試料やバッファー液を吸引した６本の分注管２０Ａ側のピペットチップＣＰを、測定チップ５０の測定流路５５Ａ側の片方の出入口５３（以下「供給口５３Ａ」という）へ挿入すると共に、排出用の列の６本の分注管２０Ａに取り付けられたピペットチップＣＰを他方の出入口５３（以下「排出口５３Ｂ」という）へ挿入する。そして、供給口５３Ａ側の分注管２０Ａから半量の液体を吐出すると共に、排出口５３Ｂ側の分注管２０Ａで液体を吸入することにより行われる。続いて、参照流路５５Ｒ側へも、同様にしてピペットチップＣＰの残り半量の液体が供給される。
【００４１】
測定部３０は、図４に示すように、光学定盤３２、光出射部３４、受光部３６を含んで構成されている。光学定盤３２には、側方向から見て、上部中央の水平平面で構成される上部台３２Ａ、上部台３２Ａから離れる方向に向かって低くなる出射傾斜部３２Ｂ、上部台３２Ａを挟んで出射傾斜部３２Ｂと逆側に配置される受光傾斜部３２Ｃが形成されている。上部台３２Ａには、Ｙ方向沿って測定チップ５０がセットされるものとされている。光学定盤３２の出射傾斜部３２Ｂには、測定チップ５０へ向かって光ビームＬ１、Ｌ２を出射する光出射部３４が設置されている。また、受光傾斜部３２Ｃには、受光部３６が設置されている。光学定盤３２の隣には、光学定盤３２を冷却する水冷ジャケット３２Ｊが設けられている。
【００４２】
図１０に示すように、光出射部３４には、光源３４Ａ、レンズユニット３４Ｂが備えられている。また、受光部３６には、レンズユニット３６Ａ、ＣＣＤ３６Ｂが備えられている。ＣＣＤ３６Ｂは、バイオセンサー１０の全体の制御を司る制御部７０が接続された画像処理部３８と接続されている。
【００４３】
光源３４Ａからは、発散状態の光ビームＬが出射される。レンズユニット３４Ｂは、偏光ビームスプリッタを内蔵しており、光源３４Ａから入射する光ビームＬのＰ偏光成分とＳ偏光成分に分離し、光ビームＬのＰ偏光成分をＺ方向に対して一定の幅を持った比較的太い２本の平行な光ビームＬ１、Ｌ２に分ける。そして、レンズユニット３４Ｂは、この２本の平行な光ビームＬ１、Ｌ２を薄膜５７と誘電体ブロック５２との界面の測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２に対して全反射角以上の種々の入射角で測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２において収束光状態となるように入射させる。よって、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２に入射する光ビームＬ１、Ｌ２は、誘電体ブロック５２と薄膜５７との界面において種々の反射角で全反射される。この全反射された光ビームＬ１、Ｌ２は、レンズユニット３６Ａを経てＣＣＤ３６Ｂに結像される。ＣＣＤ３６Ｂは、全反射された２本の光ビームＬ１、Ｌ２を共に受光可能な面積の受光面を有するエリアセンサとされており、受光面に結像した像を示す画像情報を生成して出力する。この出力された画像情報は画像処理部３８に入力される。画像処理部３８では、入力された画像情報に基づいて所定の処理が行なわれ、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２での屈折率変化データが求め、制御部７０へ出力される。
【００４４】
この屈折率変化データは、測定チップ５０に試料及びバッファー液をそれぞれ個別に供給してそれぞれ光出射部３４から光ビームＬを出射させて測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２に光ビームＬ１、Ｌ２を照射し、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２において全反射された光ビームＬ１、Ｌ２に暗線が発生する暗線位置をそれぞれ求めた場合の、試料及びバッファー液での測定領域Ｅ１において暗線が発生する暗線位置の差分と、参照領域Ｅ２において暗線が発生する暗線位置の差分との差に基づいて求められるものである。薄膜５７とタンパクＴａとの界面に特定の入射角で入射した光ビームＬ１、Ｌ２は、界面に表面プラズモンを励起させ、これにより、特定の入射角で入射した光ビームＬ１、Ｌ２の反射光の強度が鋭く低下して暗線として観察される。この暗線となる光ビームＬ１、Ｌ２の入射角が全反射減衰角θＳＰであり、タンパクＴａと試料Ａとの反応に応じた全反射減衰角θＳＰの変化に基づいて屈折率変化データが求められる。
【００４５】
制御部７０は、屈折率変化データに基づいて、タンパクＴａと試料Ａとの反応を測定し、測定結果をディスプレイ１４に表示させる。
【００４６】
図１１には、本実施の形態に係る画像処理部３８の機能的な構成を示す機能ブロック図が示されている。
【００４７】
同図に示すように、画像処理部３８は、画像情報により示される２次元の画像に対して畳み込み演算を行なって１次元の光強度分布を示す分布情報を導出する畳み込み演算部８０と、導出された分布情報を記憶する分布情報記憶部８２と、分布情報記憶部８２に記憶された分布情報に基づいて暗線位置の検出を行なう暗線位置検出部８４と、暗線位置検出部８４により検出された暗線位置に基づいて屈折率変化データを導出する変化データ導出部８８と、を備えている。
【００４８】
なお、画像情報により示される２次元の画像には、界面において全反射された２本の光ビームＬ１、Ｌ２の像が含まれている。このため、本実施の形態に係る畳み込み演算部８０は、画像情報により示される２次元の画像の光ビームＬ１、Ｌ２の像の領域毎に畳み込み演算を行なって、光ビームＬ１、Ｌ２の１次元の光強度分布を示す分布情報をそれぞれ導出するものとされている。
【００４９】
次に、暗線位置の検出を行なう際の本実施の形態に係るバイオセンサー１０の作用について説明する。
【００５０】
屈折率変化データの導出を行なう場合、本実施の形態に係るバイオセンサー１０は、最初に測定対象とする測定チップ５０に分注ヘッド２０からバッファー液を供給し、当該測定チップ５０を測定チップ搬送機構４９により上部台３２Ａに搬送して測定対象とする測定流路５５Ａの測定領域Ｅ１及び参照流路５５Ｒの参照領域Ｅ２を各々光ビームＬ１、Ｌ２が入射する位置に配置する。そして、バイオセンサー１０は、光出射部３４から光ビームを出射して測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２の各々に、光ビームＬ１、Ｌ２を各々照射する。これらの光ビームＬ１、Ｌ２は、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２で全反射され、発散しながら誘電体ブロック５２のプリズム面を通って外部に出射される。外部に出射された光ビームＬ１、Ｌ２は、レンズユニット３６Ａを経てＣＣＤ３６Ｂの受光面に結像され、受光面に結像した像を示す画像情報が生成されて画像処理部３８へ出力される。
【００５１】
画像処理部３８の畳み込み演算部８０（図１１参照。）は、入力した画像情報により示される画像の光ビームＬ１の像が含まれる領域Ａの画像及び光ビームＬ２の像が含まれる領域Ｂ（図１２（Ａ）も参照。）の画像に対してそれぞれ畳み込み演算を行なって光ビームＬ１、Ｌ２の１次元の光強度分布を示す分布情報をそれぞれ導出する。図１２（Ｂ）には、領域Ｂの画像に対して畳み込み演算を行なって導出された分布情報により示される光ビームＬ２の１次元の光強度分布が示されている。なお、図１２（Ｂ）では、横軸が反射角度方向を示しており、横軸の各位置が反射角度に対応している。
【００５２】
畳み込み演算部８０は、導出した光ビームＬ１、Ｌ２の分布情報を分布情報記憶部８２に記憶させる。
【００５３】
次に、バイオセンサー１０は、上記測定対象とする測定チップ５０に分注ヘッド２０から試料を供給し、上述したバッファー液の場合と同様に、当該測定チップ５０の測定対象とする測定流路５５Ａの測定領域Ｅ１及び参照流路５５Ｒの参照領域Ｅ２を各々光ビームＬ１、Ｌ２が入射する位置に配置する。そして、バイオセンサー１０は、光出射部３４から光ビームを出射して測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２の各々に、光ビームＬ１、Ｌ２を各々照射する。これらの光ビームＬ１、Ｌ２は、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２で全反射され、レンズユニット３６Ａを経てＣＣＤ３６Ｂの受光面に結像され、受光面に結像した像を示す画像情報が生成されて画像処理部３８へ出力される。
【００５４】
畳み込み演算部８０は、上述したバッファー液の場合と同様に、入力した画像情報により示される画像の光ビームＬ１の像が含まれる領域Ａの画像及び光ビームＬ２の像が含まれる領域Ｂの画像に対してそれぞれ畳み込み演算を行なって光ビームＬ１、Ｌ２の１次元の光強度分布を示す分布情報をそれぞれ導出し、導出した光ビームＬ１、Ｌ２の分布情報を分布情報記憶部８２に記憶させる。
【００５５】
これにより、分布情報記憶部８２には、測定対象とする測定チップ５０に試料及びバッファー液をそれぞれ個別に供給して測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２において全反射された光ビームＬ１、Ｌ２の分布情報が記憶される。
【００５６】
画像処理部３８は、以下の屈折率変化データ導出処理を行なって屈折率変化データを導出する。
【００５７】
図１３には、第１の実施の形態に係る画像処理部３８により実行される屈折率変化データ導出処理の流れを示すフローチャートが示されている。以下、同図を参照して、当該屈折率変化データ導出処理について説明する。
【００５８】
同図のステップ１０２では、分布情報記憶部８２から測定対象とする測定チップ５０に試料及びバッファー液をそれぞれ供給した際の測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２での分布情報をそれぞれ読み出す。そして、本ステップ１０２では、各分布情報により示される光強度分布全体の平均値をそれぞれ求め、各分布情報により示される光強度分布から暗線位置の検出を行なう際の閾値を当該光強度分布の平均値が低下した場合に小さくし、当該光強度分布の平均値が上昇した場合に大きくするように変更する。
【００５９】
これにより、例えば、光源３４Ａから出射される光ビームＬの強度が経時的に低下して図１４に示すように、分布情報により示される光強度分布が破線から実線で示すように全体的に低下した場合、光強度分布全体の平均値も低下するため、低下した割合に応じて閾値が低下する。
【００６０】
そして、本ステップ１０２では、各分布情報により示される光強度分布からそれぞれ暗線位置の検出を行なう。
【００６１】
なお、本ステップ１０２では、図１５（Ａ）〜（Ｅ）に示される処理を行なうことにより暗線位置の検出を行なう。
【００６２】
すなわち、まず、読み出した分布情報により示される光強度分布（図１５（Ａ））に対して平滑化処理を行なって平滑化した光強度分布を求める（図１５（Ｂ））。次に、分布情報により示される光強度分布から平滑化した光強度分布を減算して差分強度分布を導出する（図１５（Ｃ））。そして、導出した差分強度分布により示される各強度に上記変化させた閾値を加算する（図１５（Ｄ））。最後に、閾値を加算した差分強度分布において強度がゼロ以下となる領域を特定し（図１５（Ｆ））、強度がゼロ以下となる領域の面積の重心位置を求めることにより、暗線位置を検出する。
【００６３】
このように分布情報により示される光強度分布全体の平均値に応じて閾値を変化させることにより、強度が閾値以下となる領域の面積が光強度分布の全体的な変化と同じ割合で変化して重心の位置の変化が抑えられるため、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる。
【００６４】
そして、本ステップ１０２では、検出した暗線位置を示す情報を変化データ導出部８８に出力する。なお、本ステップ１０２の処理が暗線位置検出部８４の処理に相当する。
【００６５】
次のステップ１０４では、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２毎に、上記ステップ１０２の処理により検出されたバッファー液を供給した際の分布情報により示される光強度分布の暗線位置と試料を供給した際の分布情報により示される光強度分布の暗線位置の差分を求める。そして、本ステップ１０６では、測定領域Ｅ１での暗線位置の差分と参照領域Ｅ２での暗線位置の差分との差を屈折率変化データとし、当該屈折率変化データを制御部７０に出力して本屈折率変化データ導出処理を終了する。なお、本ステップ１０４の処理が変化データ導出部８８の処理に相当する。
【００６６】
制御部７０は、図示しない記憶部を備えており、屈折率変化データを記憶部に記憶する。また、制御部７０は、記憶部に記憶した屈折率変化データにより示される測定領域Ｅ１での暗線位置の差分と参照領域Ｅ２での暗線位置の差分との差に基づいて、タンパクＴａと試料Ａとの反応状態を測定し、測定結果をディスプレイ１４に表示させる。
【００６７】
以上のように本実施の形態によれば、分布情報により示される光強度分布全体の平均値を求め、平均値が低下した場合に閾値を小さくし、当該平均値が上昇した場合に閾値を大きくして、分布情報により示される光強度分布において、強度が上記閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出しているので、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる。
【００６８】
なお、第１実施の形態では、分布情報により示される光強度分布全体の平均値に応じて閾値を変化させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、分布情報により示される光強度分布の分布方向の予め定めた範囲での平均値に応じて閾値を変化させるものとしてもよい。
【００６９】
また、温度や湿度などにより装置環境の変化により光源３４Ａより射出される光ビームの強度が変化する場合、温度を検出する温度センサや湿度を検出する湿度センサなどを設けて、分布情報を取得する際の装置環境の変化に応じて閾値を変化させるものとしてもよい。
【００７０】
また、光源３４Ａに、射出される光ビームの強度を検出するフォトセンサなどを設けて射出される光ビームの強度の変化に応じて閾値を変化させるものとしてもよい。
【００７１】
［第２の実施の形態］
本第２の実施の形態では、分布情報により示される光強度分布における暗線部分の凹部領域の面積に基づいて閾値を変化させる場合の形態例について説明する。
【００７２】
第２の実施の形態に係るバイオセンサー１０の構成及び画像処理部３８の構成は、上記第１の実施の形態（図１乃至図１１参照。）と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００７３】
なお、第２の実施の形態に係る画像処理部３８の暗線位置検出部８４（図１１参照。）は、分布情報により示される光強度分布における暗線部分の凹部領域の面積に基づいて閾値を変化させ、当該閾値を用いて暗線位置の検出を行なうものとされている。
【００７４】
図１６には、第２の実施の形態に係る画像処理部３８により実行される屈折率変化データ導出処理の流れを示すフローチャートが示されている。なお、同図における図１３と同一の処理には図１３と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００７５】
ステップ１０３では、分布情報記憶部８２から測定対象とする測定チップ５０に試料及びバッファー液をそれぞれ供給した際の測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２での分布情報をそれぞれ読み出し、図１７（Ａ）に示すように、読み出した各分布情報により示される光強度分布における全反射減衰により強度が最小になる最小位置をそれぞれ求める。
【００７６】
次に、ステップ１０３では、各光強度分布において最小位置から全反射減衰により強度が低下した領域の分布方向に対する幅の半分に相当する距離を隔てた位置をα、βとする。
【００７７】
そして、ステップ１０３では、各光強度分布において位置αにおける強度及び位置βにおける強度よりも小さくかつ最小位置における強度よりも大きい強度をＴとした場合、当該光強度分布において、位置αを通る分布方向に対する直交方向の第１直線、当該光強度分布により示される各強度値を結ぶ分布線及び強度Ｔを通る分布方向の第２直線で囲まれる領域の面積Ａと位置βを通る直交方向の第３直線、前記分布線及び前記第２直線で囲まれる領域の面積Ｂとの和と、分布線及び前記第２直線で囲まれる領域の面積Ｃと、が所定の比率となる強度Ｔを求めて当該強度Ｔとなるように閾値を変化させる制御を行なう。
【００７８】
これにより、例えば、光源３４Ａから出射される光ビームＬの強度が経時的に低下して図１７（Ｂ）に示すように、分布情報により示される光強度分布が破線から実線で示すように全体的に低下した場合、低下した割合に応じて閾値が低下する。
【００７９】
そして、本ステップ１０３では、各分布情報により示される光強度分布からそれぞれ上記図１５（Ａ）〜（Ｅ）を参照して説明した手法により暗線位置を検出を行ない、検出した暗線位置を示す情報を変化データ導出部８８に出力する。
【００８０】
このように閾値を変化させることにより、強度が閾値以下となる領域の面積が光強度分布の全体的な変化と同じ割合で変化して重心の位置の変化を抑えることができるため、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態では、図１８に示すように、光強度分布において最小位置から全反射減衰により強度が低下した領域の分布方向に対する幅の半分に相当する距離を隔てた位置をα、β（図１８では、α１、β１と記載）としている。この距離を大きくして、例えば、最小位置から上記幅の半分に相当する距離よりも離れた位置をα、β（図１８では、α２、β２と記載）とした場合、ノイズの変動の影響も受けてしまう場合がある。このため、この距離は、全反射減衰の発生により強度が低下した領域の幅の半分程度とすることが好ましい。なお、図１８では、所定距離を１００ｐｉｘｅｌとしている。
【００８２】
また、図１９には、面積Ｃと、面積Ａ及び面積Ｂの和（Ａ＋Ｂ）との比率を、１：１、１：２、１：３とする３つの条件で閾値を求めて、当該閾値をそれぞれ加算した場合の差分強度分布が示されている。このように比率を変えて暗線位置を導出した結果、面積Ｃをできるだけ大きいくした方が暗線位置の精度が上がることが判明した。このため、面積Ｃと、面積Ａ及び面積Ｂの和との比率は１：１（１倍）とすることが好ましい。
【００８３】
しかし、面積Ｃを大きくするために閾値を大きくすると、光強度分布に含まれるノイズが多い場合に、図１９に破線の丸で示したように、ノイズも含んで重心を計算してしまう場合がある。従って、光強度分布に含まれるノイズが多い場合は面積Ｃに対して面積Ａと面積Ｂの和を１．５〜２倍程度とすることが好ましい。
【００８４】
以上のように本実施の形態によれば、分布情報により示される光強度分布における暗線部分の凹部領域の面積に基づいて閾値を変化させて、分布情報により示される光強度分布において、強度が上記閾値以下となる領域を特定し、当該特定した領域の面積に基づいて暗線の位置を検出しているので、暗線位置の検出精度の低下を抑制することができる。
【００８５】
なお、上記各実施の形態では、レンズユニット３４Ｂにより測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２に対して種々の角度で２本の平行な光ビームＬ１、Ｌ２を同時に入射させて、測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２の界面において種々の反射角で全反射された光ビームＬ１、Ｌ２を同時にＣＣＤ３６Ｂにより受光するものとした場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＣＣＤ３６Ｂにより個別に受光するものとしてもよい。
【００８６】
また、上記各実施の形態では、ＣＣＤ３６Ｂにより生成された画像情報により示される２次元の画像に対して畳み込み演算を行うことにより１次元の光強度分布を示す分布情報を取得する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、比較的細い光ビームを入射角を変化させて界面に入射させ、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、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て光ビームの光強度分布を示す分布情報を取得するものとしてもよい。
【００８７】
また、上記各実施の形態では、分布情報により示される光強度分布から平滑化した光強度分布を減算して暗線位置を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、全反射減衰が発生していない状態の光ビームの光強度分布を示す基準データを予め暗線位置検出部８４に記憶させておき、暗線位置検出部８４が、分布情報により示される光強度分布と記憶した基準データにより示される光強度分布との差分を求めることにより、差分強度分布を導出するものとしてもよい。
【００８８】
また、上記各実施の形態では、分布情報により示される光強度分布から平滑化した光強度分布を減算して暗線位置を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、全反射減衰が発生していない状態の光ビームの光強度分布を示す基準データを予め暗線位置検出部８４に記憶させておき、暗線位置検出部８４が、分布情報により示される光強度分布を記憶した基準データにより示される光強度分布で除算することにより、暗線の強度分布を導出するものとしてもよい。
【００８９】
また、上記各実施の形態では、分布情報により示される光強度分布から平滑化した光強度分布を減算して暗線位置を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、光強度分布において暗線が発生する範囲が特定できる場合、図２０に示すように、分布情報により示される光強度分布の強度が閾値以下でかつ暗線が発生する範囲内の領域の面積から暗線位置を検出するものとしもよい。
【００９０】
また、全反射減衰を利用する他のバイオセンサーとしては、漏洩モード検出器をあげることができる。漏洩モードセンサは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を透過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において、導波モードが励起されると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。導波モードが励起される入射角は、表面プラズモン共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】実施の形態に係るバイオセンサー全体の斜視図である。
【図２】実施の形態に係るバイオセンサーの内部の斜視図である。
【図３】実施の形態に係るバイオセンサーの内部の上面図である。
【図４】実施の形態に係るバイオセンサーの内部の側面図である。
【図５】実施の形態に係る測定チップの斜視図である。
【図６】実施の形態に係る測定チップの分解斜視図である。
【図７】実施の形態に係る測定チップの測定領域及び参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。
【図８】実施の形態に係る測定チップの流路部材を下側からみた図である。
【図９】実施の形態に係るバイオセンサーの分注ヘッドの鉛直駆動機構を示す斜視図である。
【図１０】実施の形態に係るバイオセンサーの光学測定部付近の概略図である。
【図１１】実施の形態に係る画像処理部の機能構成を示すブロック図である。
【図１２】（Ａ）は画像情報により示される２本の光ビームの像を含んだ画像の一例を示す図であり、（Ｂ）は光ビームの光強度分布の一例を示すグラフである。
【図１３】第１の実施の形態に係る屈折率変化データ導出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１４】第１の実施の形態に係る光強度分布の変化に応じた閾値の変化を示すグラフである。
【図１５】（Ａ）〜（Ｅ）は暗線を検出する際の流れを示す図である。
【図１６】第２の実施の形態に係る屈折率変化データ導出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】第２の実施の形態に係る光強度分布の変化に応じた閾値の変化を示すグラフである。
【図１８】第２の実施の形態に係る光強度分布おいて最小位置からの距離を変えた場合のα、βの位置を示すグラフである。
【図１９】第２の実施の形態に係る閾値を変えた場合の差分強度分布を示すグラフである。
【図２０】暗線位置の別な検出手法を示すグラフである。
【符号の説明】
【００９２】
１０  バイオセンサー
５２  誘電体ブロック（光透過性部材）
５７  薄膜（薄膜層）
８０  畳み込み演算部（取得手段）
８４  暗線位置検出部（検出手段、制御手段）
【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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【図１１】
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【図１３】
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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１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図１２】
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