(57)【要約】【課題】微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に第２の試料液を注入して、混合する試料液混合装置において、試料液の表面張力の影響を低減して、混合不良を防止する。【解決手段】５μＬの水７を注入し、予め試料液保持部１１ｂに収容されている１％ショ糖液８と混合する。まず、移動部５２により５μＬの水７を収納したノズル５１を試料液保持部１１ｂ内に移動させる。この際には、ノズル５１の先端を、試料液保持部１１ｂの底近く、かつ底に接触することのない位置に配置する。次に制御部５３の制御により、ノズル５１に収容されている５μＬの水を試料液保持部１１ｂへ注入する。その後、試料液保持部１１ｂ内の試料液（５μＬの水＋５μＬの１％ショ糖液）から８．５μＬの試料液を吸引し、試料液保持部１１ｂ内に吐出する。この吸引・吐出動作を１０回繰り返す。【選択図】　　　　　図１
2004144650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合方法において、
前記第２の試料液を前記試料液保持部に注入し、その後前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に、前記試料液保持部内へ吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合することを特徴とする試料液混合方法。
【請求項２】
微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合方法において、
前記第１の試料液を前記試料液保持部へ収容した後に、前記第２の試料液を注入する注入器により、前記試料液保持部から前記第１の試料液の一部を吸引し、その後、吸引した該第１の試料液と前記第２の試料液をともに前記試料液保持部内に吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合することを特徴とする試料液混合方法。
【請求項３】
微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合装置において、
前記第２の試料液を前記試料液保持部に注入する注入手段と、
その後前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に、前記試料液保持部内へ吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合する混合手段とを備えたことを特徴とする試料液混合装置。
【請求項４】
前記第２の試料液の容量よりも多い容量が、前記第２の試料液の容量に、前記第１の試料液の容量の３０％以上の容量を加算した容量であることを特徴とする請求項３記載の試料液混合装置。
【請求項５】
前記第２の試料液の容量よりも多い容量が、前記第２の試料液の容量に、前記第１の試料液の容量の５０％以上の容量を加算した容量であることを特徴とする請求項３記載の試料液混合装置。
【請求項６】
光ビームを発生させる光源と、
前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成される薄膜層、この薄膜層の表面上に試料液を保持可能に形成された微少な試料液保持部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に対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるような入射角で入射させる光学系と、
前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、
該光検出手段の検出結果に基づいて、試料液の特性を測定する測定手段とを備えてなる測定装置において、
前記試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合装置を有し、
該試料液混合装置が、前記第２の試料液を前記試料液保持部へ注入する注入手段と、
前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合する混合手段とを備えたものであることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を混合する試料液混合方法および試料液混合装置、ならびに該試料液混合装置を備えたエバネッセント波を利用して試料液の特性を分析する測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、試料液保持部に収容された第１の試料液に、ノズル等を用いて第２の試料液を注入し、その後試料液保持部内の試料液を吸引して吐出することにより、第１の試料液と第２の試料液を混合する試料液混合装置を用いた、エバネッセント波を利用して試料液の特性を分析する測定装置が出願人により提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記エバネッセント波を利用して試料液の特性を分析する測定装置は、種々提案されている。それらの中で特に良く知られているものとして、たとえば、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置と称される系を用いた表面プラズモン測定装置が挙げられる。
【０００４】
上記の系を用いる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に接触させられる金属膜と、光ビームを発生させる光源と、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検出する光検出手段と、この光検出手段の検出結果に基づいて試料液の特性を分析する測定手段とを備えてなるものである。
【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θＳＰで入射させると、該金属膜に接している試料液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試料液との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント波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。
【０００６】
なお上記の共鳴は、入射ビームがｐ偏光のときにだけ生じる。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。
【０００７】
この全反射減衰（ＡＴＲ）が生じる入射角θＳＰより表面プラズモンの波数が分かると、試料液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、ｃを真空中の光速、εｍとεｓをそれぞれ金属、試料液の誘電率とすると、これらの間には以下の関係がある。
【０００８】
【数１】
2004144650.tif 000003
この関係から試料液の誘電率εｓ　が分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料液の屈折率が分かるので、結局、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、試料液の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００９】
また、上記の測定装置において、実用上は、試料液に接触させる金属膜を測定毎に交換する必要がある。そこで従来、この金属膜を誘電体ブロックに固定してチップ化して測定チップを構成し、この測定チップを試料液毎に使い切ることが提案されている。本出願人は、このような測定チップとして、使い勝手のよいウェル形状の試料液保持部を有する測定チップを用いて、上記測定を行う測定装置を提案している。ウェル形状の試料液保持部を有する測定チップを用いることにより、ウェル形状の試料液保持部内に入る少量の試料液を準備するのみで、測定を行うことができる。また例えばウェル形状の試料液保持部を複数個有する測定チップを用いることにより、短時間で容易に多種の試料液の分析を行うことができる。
【００１０】
前述の特許文献１においては、このような測定チップに設けられたウェル形状の試料液保持部に予め収容されている第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合するために試料液混合装置が使用されている。この試料液混合装置は、試料液の吸引および吐出を行うノズルを備えたものであり、例えばウェル形状の試料液保持部へ予め収容された１００μＬの１％ショ糖液に、１００μＬの水を加えて、２００μＬの０．５％ショ糖液を作成する場合には、まずノズルにより１００μＬの水を吸引し、その水を試料液保持部へ注入し、その後、試料液保持部内の試料液（１００μＬの１％ショ糖液＋１００μＬの水）を１００μＬ吸引し、次にこの吸引した試料液を、試料液保持部内に吐出することにより、１％ショ糖液と水を混合していた。この試料液混合装置を利用すれば、濃度がほぼ均一な２００μＬの０．５％ショ糖液を作成することができる。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３３０５６０号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
近年、上記測定装置等のバイオ関連の研究に使用可能な測定装置の開発が急速に進められている。例えば上記測定装置においても、多数の測定を短時間でかつ安価に行うための装置の種々の改良が行われ、測定チップも小型化されている。このため、測定チップに設けるウェル形状の試料液保持部の容量も、従来では少なくとも２００μＬ程度はあったものが、数十μＬあるいは数μＬまで小さくなっている。
【００１３】
従来の試料液混合装置を用いて、このような容量が１００μＬ以下のウェル形状の試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を混合した場合には、混合不良が生じるという問題があることが判明した。
【００１４】
図８は、容量約３００μＬのウェル形状の試料液保持部に収容された１００μＬの１％ショ糖液へ１００μＬの水を注入し、その後１００μＬの吸引および吐出を１０回行った場合の試料液の屈折率に対応する測定値（実線）の変化と、容量約１５μＬのウェル形状の試料液保持部に収容された５μＬの１％ショ糖液へ、５μＬの水を注入して、その後５μＬの試料液の吸引および吐出を１０回行った場合の試料液の屈折率に対応する測定値（点線）の変化を、表面プラズモン測定装置を用いて測定し、測定結果を比較したグラフである。
【００１５】
容量約３００μＬの試料液保持部を用いた場合には、吸引・吐出後には濃度がほぼ均一となり、その屈折率に対応する測定値は０．５％ショ糖液の屈折率に対応する測定値となっている。一方、容量約１５μＬの試料液保持部を用いた場合には、吸引・吐出後でも、混合が不十分であるため、測定部位における屈折率は、吸引・吐出直後では、１％ショ糖液の屈折率に近いものとなっている。すなわち、１５μＬの試料液保持部では、混合不良が生じている。
【００１６】
発明者は、上記のような混合不良が生じる現象の解析を行い、その結果、原因のひとつは、試料液保持部の容量が微少である場合には、表面張力の影響が大きいことであることを解明した。すなわち、図９に示すように、ノズル４を用いて、第２の試料液２を予め試料液保持部３に収容されている第１の試料液１に注入した場合、表面張力の影響が大きいと、第１の試料液１は、第２の試料液２と混合せず、試料液は２層に分かれたままの状態となる。このため、従来のように注入量と同量の試料液を吸引して吐出しても、注入した第２の試料液が吸引され、また吐出されるのみで、第１の試料液と第２の試料液とが十分に混合されることはない。
【００１７】
本発明は上記の事情に鑑みて、微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に第２の試料液を注入して、混合する試料液混合方法および試料液混合装置において、混合不良を防止できる試料液混合方法および試料液混合装置ならびに該試料液混合装置を有する測定装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明による試料液混合方法は、微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合方法において、前記第２の試料液を前記試料液保持部に注入し、その後前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に、前記試料液保持部内へ吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合することを特徴とするものである。
【００１９】
本発明による他の試料液混合方法は、微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合方法において、前記第１の試料液を前記試料液保持部へ収容した後に、記第２の試料液を注入する注入器により、前記試料液保持部から前記第１の試料液の一部を吸引し、その後、吸引した該第１の試料液と前記第２の試料液をともに前記試料液保持部内に吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合することを特徴とするものである。
【００２０】
なお、「微少な試料液保持部」とは、試料液保持部に試料液を収容した際に、その試料液の表面張力の影響を無視することが出来ない程度に小さい試料液保持部を意味している。したがって、試料液保持部の形状等により表面張力の影響が異なるため、その大きさを一概に規定することは困難であるが、例えば試料液保持部がウェル形状のものであれば、その容量が１００μＬ以下のものが該当する。また、例えば試料液保持部が管状のものであれば、表面張力の影響はその直径等により異なるため、該当する「微少な試料液保持部」の容量も、その直径等により変化する。
【００２１】
前記他の試料液混合方法における第１の試料液の一部は、前記第１の試料液の３０％以上であってもよい。あるいは前記第１の試料液の５０％以上であってもよい。
【００２２】
本発明による試料液混合装置は、微少な試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合装置において、前記第２の試料液を前記試料液保持部に注入する注入手段と、その後前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に、前記試料液保持部内へ吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合する混合手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
前記第２の試料液の容量よりも多い容量は、前記第２の試料液の容量に、前記第１の試料液の容量の３０％以上の容量を加算した容量であってもよい。あるいは前記第２の試料液の容量に、前記第１の試料液の容量の５０％以上の容量を加算した容量であってもよい。
【００２４】
なお、上記各試料液混合方法および装置においては、上記の吸引および吐出後に、同量の試料液の吸引および吐出動作を繰り返してもよい。
【００２５】
本発明による測定装置は、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成される薄膜層、この薄膜層の表面上に試料液を保持可能に形成された微少な試料液保持部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に対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるような入射角で入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて、試料液の特性を測定する測定手段とを備えてなる測定装置において、前記試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する試料液混合装置を有し、該試料液混合装置が、前記第２の試料液を前記試料液保持部へ注入する注入手段と、前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に吐出して、前記第１の試料液と前記第２の試料液とを混合する混合手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００２６】
上記の測定装置としては、金属膜を上記薄膜層として用いる前述の表面プラズモン測定装置や、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た光導波層とからなる層を上記薄膜層として用いる漏洩モード測定装置等がある。
【００２７】
また、このような測定装置において、光検出手段により前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して試料液の分析を行うには種々の方法があり、例えば、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる種々の入射角で入射させ、各入射角に対応した位置毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、全反射減衰により発生した暗線の位置（角度）を検出することにより分析を行ってもよいし、Ｄ．Ｖ．Ｎｏｏｒｔ，Ｋ．ｊｏｈａｎｓｅｎ，Ｃ．−Ｆ．Ｍａｎｄｅｎｉｕｓ，　Ｐｏｒｏｕｓ　Ｇｏｌｄ　ｉｎ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，　ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ　ＸＩＩＩ，　１９９９，　ｐｐ．５８５−５８８　に記載されているように、複数の波長の光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させ、各波長毎に前記界面で全反射した光ビームの強度を測定して、各波長毎の全反射減衰の程度を検出することにより分析を行ってもよい。
【００２８】
また、Ｐ．Ｉ．Ｎｉｋｉｔｉｎ，Ａ．Ｎ．Ｇｒｉｇｏｒｅｎｋｏ，Ａ．Ａ．Ｂｅｌｏｇｌａｚｏｖ，Ｍ．Ｖ．Ｖａｌｅｉｋｏ，Ａ．Ｉ．Ｓａｖｃｈｕｋ，Ｏ．Ａ．Ｓａｖｃｈｕｋ，　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｌａｓｍｏｎ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙ　ｆｏｒ　Ｍｉｃｒｏ−Ａｒｒａｙ　Ｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇ，　ＥＵＲＯＳＥＮＳＯＲＳ　ＸＩＩＩ，　１９９９，　ｐｐ．２３５−２３８　に記載されているように、光ビームを前記界面で全反射条件が得られる入射角で入射させるとともに、この光ビームの一部を、この光ビームが前記界面に入射する前に分割し、この分割した光ビームを、前記界面で全反射した光ビームと干渉させて、その干渉後の光ビームの強度を測定することにより試料液分析を行ってもよい。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による試料液混合方法および装置においては、前記第２の試料液を前記試料液保持部に注入し、その後前記第２の試料液の容量よりも多い容量の前記試料液保持部内の試料液を吸引した後に、前記試料液保持部内へ吐出するので、この注入、吸引および吐出の際に、従来に比べて大きな力が試料液に作用する。このため表面張力の影響が低減し、第１の試料液と第２の試料液との混合が促進され、混合不良が防止される。
【００３０】
前記第２の試料液の容量よりも多い容量が、前記第２の試料液の容量に、前記第１の試料液の容量の３０％以上の容量を加算した容量であれば、第１の試料液の３０％以上が吸引されて吐出されることとなり、吸引および吐出の際に試料液に作用する力が大きくなるため、表面張力の影響を十分に低減することができる。
【００３１】
前記第２の試料液の容量よりも多い容量が、前記第２の試料液の容量に、前記第１の試料液の容量の５０％以上の容量を加算した容量であれば、第１の試料液の５０％以上が吸引されて吐出されることとなり、吸引および吐出の際に試料液に作用する力がさらに大きくなるため、表面張力の影響をほぼ低減することができる。
【００３２】
本発明による他の試料液混合方法においては、第２の試料液を注入する注入器により、一旦微少な試料液保持部に収容された第１の試料液の一部を吸引し、その後、吸引した第１の試料液と第２の試料液とをともに試料液保持部内に吐出するので、この吸引および吐出の際に、従来に比べて大きな力が試料液に作用し、表面張力の影響が低減して、第１の試料液と第２の試料液との混合が促進され、混合不良が防止される。
【００３３】
前記第１の試料液の一部が、前記第１の試料液の３０％以上、あるいは５０％以上であれば、第２の試料液に加え、第１の試料液の３０％以上あるいは５０％以上が吸引されて吐出されることとなり、吸引および吐出の際に試料液に作用する力が大きくなるため、表面張力の影響を十分に低減することができる。
【００３４】
また、本発明による測定装置においては、光ビームを発生させる光源と、前記光ビームに対して透明な誘電体ブロック、この誘電体ブロックの一面に形成される薄膜層、この薄膜層の表面上に試料液を保持可能に形成された微少な試料液保持部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に対して、該誘電体ブロックと前記薄膜層との界面で全反射条件が得られるような入射角で入射させる光学系と、前記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段と、該光検出手段の検出結果に基づいて、試料液の特性を測定する測定手段とを備えてなる測定装置において、前記試料液保持部に収容された第１の試料液に、第２の試料液を注入して混合する上記のうぴな試料液混合装置を有しているので、試料液の表面張力の影響が低減し、第１の試料液と第２の試料液との混合が促進され、測定結果の信頼性が向上する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず本発明の第１の実施形態である試料液混合装置を用いた表面プラズモン測定装置について説明する。図１はこの表面プラズモン測定装置の概略構成図を示すものである。
【００３６】
この表面プラズモン測定装置は、例えば概略四角錐の一部が切り取られた形状とされた誘電体ブロック１０と、この誘電体ブロック１０の一面（図中の上面）に形成された、例えば金、銀、銅、アルミニウム等からなる金属膜１２と、金属膜１２が形成された部分の周囲が嵩上げされた試料液保持枠１１ａとからなるウェル形状の測定チップ９を有している。
【００３７】
誘電体ブロック１０および試料保持枠１１ａは例えば透明樹脂等からなり、試料液保持枠１１ａの内側は試料液を貯える試料液保持部１１ｂとして機能する。なお、試料液保持部１１ｂの容量は約１５μＬである。また、予め試料液保持部１１ｂには、本発明の第１の試料液である１％ショ糖液８が５μＬ収容されている。
【００３８】
また、この表面プラズモン測定装置は、本発明の第２の試料液である水７を測定チップ９の試料液保持部１１ｂに収容された１％ショ糖液８へ注入して混合する試料液混合装置５０を備えている。試料液混合装置５０は、試料液保持部１１ｂ内に差し込まれるノズル５１と、このノズル５１を移動させる移動部５２と、試料液の注入、吸引および吐出を制御する制御部５３とから構成されている。なお、ノズル５１および制御部５３は本発明の注入手段および混合手段として機能するものである。動作の詳細は後述する。
【００３９】
さらに、本実施形態の表面プラズモン測定装置は、上記測定チップ９および試料液混合装置５０に加えて、１本の光ビーム１３を発生させる半導体レーザ等からなる光源１４（以下、レーザ光源１４という）と、上記光ビーム１３を誘電体ブロック１０に通し、該誘電体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ａに対して、種々の入射角が得られるように入射させる光学系１５と、上記界面１０ａで全反射した光ビーム１３を平行光化するコリメーターレンズ１６と、この平行光化された光ビーム１３を検出するフォトダイオードアレイ１７と、フォトダイオードアレイ１７に接続された差動アンプアレイ１８と、ドライバ１９と、コンピュータシステム等からなる信号処理部２０と、この信号処理部２０に接続された表示手段２１とを備えている。
【００４０】
入射光学系１５は、レーザ光源１４から発散光状態で出射した光ビーム１３を平行光化するコリメーターレンズ１５ａと、該平行光化された光ビーム１３を上記界面１０ａ上で収束させる集光レンズ１５ｂとから構成されている。なお、光ビーム１３は、集光レンズ１５ｂにより界面１０ａに集光される。
【００４１】
光ビーム１３は、上述のように集光されるので、界面１０ａ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。そこで、光ビーム１３は界面１０ａで全反射し、この反射した光ビーム１３には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。なお、上記光学系１５は、光ビーム１３を界面１０ａにデフォーカス状態で入射させるように構成されてもよい。そのようにすれば、表面プラズモン共鳴の状態検出の誤差が平均化されて、測定精度が高められる。
【００４２】
なお光ビーム１３は、界面１０ａ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をその偏光方向が所定方向となるように配設すればよい。その他、波長板で光ビーム１３の偏光の向きを制御してもよい。
【００４３】
以下、上記構成の表面プラズモン測定装置による試料分析について説明する。図１に示す通り、レーザ光源１４から発散光状態で出射した光ビーム１３は、光学系１５の作用により、誘電体ブロック１０と金属膜１２との界面１０ａ上で収束する。この際、光ビーム１３は、界面１０ａ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。そこで、光ビーム１３は界面１０ａで全反射し、この反射した光ビーム１３には、種々の反射角で反射する成分が含まれることになる。なお、上述したように、測定チップ９の試料液保持部１１ｂには、予め１％ショ糖８が１５μＬ収容されている。
【００４４】
界面１０ａで全反射した後、コリメーターレンズ１６によって平行光化された光ビーム１３は、フォトダイオードアレイ１７により検出される。本例におけるフォトダイオードアレイ１７は、複数のフォトダイオード１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……が１列に並設されてなり、図１の図示面内において、平行光化された光ビーム１３の進行方向に対してフォトダイオード並設方向がほぼ直角となる向きに配設されている。したがって、上記界面１０ａにおいて種々の反射角で全反射した光ビーム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。
【００４５】
図２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。図示の通り上記ドライバ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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
図３は、界面１０ａで全反射した光ビーム１３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１０ａへの入射角θと上記光強度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。
【００４９】
界面１０ａにある特定の入射角θＳＰで入射した光は、金属膜１２とショ糖液８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Ｉが鋭く低下する。つまりθＳＰが全反射解消角であり、この角度θＳＰにおいて反射光強度Ｉは最小値を取る。この反射光強度Ｉの低下は、図１にＤで示すように、反射光中の暗線として観察される。
【００５０】
また図３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。
【００５１】
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。
【００５２】
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、全反射解消角θＳＰに対応する微分値Ｉ’＝０に近い出力が得られているもの、例えば差動アンプ１８ｅを選択し、それが出力する微分値Ｉ’を表示手段２１に表示させる。
【００５３】
以後、所定時間が経過する毎に上記選択された差動アンプ１８ｅが出力する微分値Ｉ’を表示手段２１に表示する。この微分値Ｉ’は、測定チップの金属膜１２に接している物質の誘電率つまりは屈折率が変化して、図３（１）に示す曲線が左右方向に移動する形で変化すると、それに応じて上下する。したがって、この微分値Ｉ’を時間の経過とともに測定し続けることにより、金属膜１２に接している試料液の屈折率変化を調べることができる。
【００５４】
上記測定を数回行った後、試料液混合装置５０を用いて、測定チップ９の試料液保持部１１ｂ内に５μＬの水７を注入し、１％ショ糖液８と混合する。まず、移動部５２により５μＬの水７を収納したノズル５１を試料液保持部１１ｂ内に移動させる。この際には、ノズル５１の先端が、試料液保持部１１ｂの底近く、かつ底に接触することのない位置に配置されるように、ノズル５１を移動する。次に制御部５３の制御により、ノズル５１に収容されている５μＬの水を試料液保持部１１ｂへ注入する。その後、試料液保持部１１ｂ内の試料液（５μＬの水＋５μＬの１％ショ糖液）から８．５μＬの試料液を吸引し、再度試料液保持部１１ｂ内へ吐出する。この吸引および吐出動作を約２秒間に１０回繰り返す。
【００５５】
図４は、上記の方法により試料液保持部１１ｂ内の５μＬの１％ショ糖液８へ、５μＬの水７を混合した際の、表面プラズモン測定装置の測定結果（上記微分値Ｉ’）を示すグラフである。５μＬの１％ショ糖液８と５μＬの水７とが十分に混合し、０．５％のショ糖液が作成されたことがわかる。すなわち、試料液保持部１１ｂ内の試料液の屈折率が変化すると、図１に示す暗線Ｄの位置も変化し、その結果、図５に示すように、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）との関係を示すグラフに変化が生じ、差動アンプ１８ｅの出力値である微分値Ｉ’が低下する。従って、微分値Ｉ’が図４に示すように、顕著に低下したことから、試料液保持部１１ａ内で、十分な混合が行われたとみなすことができる。
【００５６】
上記の説明で明かなように、本実施の形態においては、５μＬの水を試料液保持部１１ｂへ注入後、試料液保持部１１ｂ内の試料液（５μＬの水＋５μＬの１％ショ糖液）から８．５μＬの試料液を吸引し、試料液保持部１１ｂ内に吐出しているので、この吸引および吐出の際に、従来に比べて大きな力が試料液に作用する。このため表面張力の影響が低減し、５μＬの１％ショ糖液と５μＬの水との混合が促進され、混合不良が防止される。
【００５７】
また、水７の容量である５μＬに、予め試料液保持部１１ｂに収容されていた５μＬの１％ショ糖液８の容量の７０％に相当する容量を加算した８．５μＬの試料液の吸引および吐出を行ったため、表面張力の影響をほぼ低減することができ、十分な混合が行われた。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、８．５μＬの試料液の吸引および吐出を行ったが、７．５μＬあるいは６．５μＬの試料液の吸引および吐出を行ってもよい。表面プラズモン測定装置においては、測定チップ９の配設角度に変化が生じると、測定精度の低下するたため、測定チップ９の試料液保持部１１ｂの底部にノズル５１が接触することは望ましくない。吸引量および吐出量が７．５μＬあるいは６．５μＬであれば、ノズル５１を試料液保持部１１ｂの底部近くまで差し込む必要がなく、測定における信頼性が向上する。
【００５９】
さらに、本実施の形態においては、吸引および吐出動作を１０回繰り返したが、試料液の混合を短時間に終了させる必要がある場合には、１回の吸引および吐出のみを行えばよい。試料液の混合を短時間で終了させる必要がない場合には、数回の吸引および吐出を繰り返すことにより、より確実に混合を行うことができる。
【００６０】
なお、本実施の形態においては、５μＬの水７の注入と、その後の吸引および吐出動作を１本のノズルで行ったが、図６に示すようにように、２本のノズル６５および６６を配設し、ノズル６６で５μＬの水７の注入を行い、ノズル６５で吸引および吐出動作を行ってもよい。また、例えばノズル６５により試料液保持部１１ｂに収容されていた１％ショ糖液を吸引した後排出し、その後ノズル６６により水を注入する構成とすれば、試料液保持部１１ｂ内の試料液の液交換を行うこともできる。試料液保持部１１ｂに収容されている試料液の排出を完全に行う必要はなく、多少の試料液が試料液保持部１１ｂ内に残っても、排出および注入動作を数回行えば、試料液保持部１１ｂ内の試料液をほぼ交換することができる。また、ノズル６５によるショ糖液の吸引と、ノズル６６による水の注入とを同時に行っても、液交換が可能である。
【００６１】
上述した測定装置は、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、この場合には金属膜上にセンシング物質を固定し、該センシング物質上に種々の物質の溶液（試料液）を添加し、所定時間が経過する毎に暗線の生じる角度である全反射減衰各θＳＰを測定する。試料液に添加した物質が、センシング物質と結合するものであれば、この結合によりセンシング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各θＳＰを求めることにより、添加した物質とセンシング物質との結合状態を測定することができる。
【００６２】
上記のように、試料液の交換機能を備えた測定装置であれば、添加した物質とセンシング物質との結合状態の測定終了後に、試料液を特定物質を添加した溶液から特定物質を添加していない溶液であるバッファ液に交換でき、センシング物質から特定物質が解離する解離状態を測定することができる。また液交換後の測定結果から、解離定数を算出することもできる。なお、このように解離状態を測定する場合には、液交換はなるべく短時間で行うことが好ましく、３０秒以内、あるいは５秒、可能であれば１秒以内に液交換を終了することが望ましい。
【００６３】
次に、図１を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施の形態の全体構成は第１の実施形態とほぼ同様であるため、図１において、異なる構成部の番号のみ図中に（　）を用いて付記する。
【００６４】
試料液混合装置６０は、ノズル５１と、移動部５２と、試料液の注入、吸引および吐出を制御する制御部６１とから構成されている。
【００６５】
第１の実施の形態と同様に測定を数回行った後、試料液混合装置６０を用いて、第２の試料液である５μＬの水７を、測定チップ９の試料液保持部１１ｂ内に収容されている第１の試料液である１％ショ糖液８と混合するものである。まず、移動部５２により、５μＬの水７を収納したノズル５１を試料液保持部１１ｂ内に移動させる。この際には、ノズル５１の先端が、試料液保持部１１ｂの底近く、かつ底に接触することのない位置に配置されるように、ノズル５１を移動する。次に制御部６１により、３．５μＬの試料液保持部１１ｂ内の１％ショ糖液８を吸引する。その後、試料液保持部１１ｂ内へ、ノズル５１へ吸引した８．５μＬの試料液（５μＬの水＋３．５μＬの１％ショ糖液）を、試料液保持部１１ｂ内へ吐出する。その後８．５μＬの試料液の吸引および吐出動作を約２秒間に１０回繰り返す。第１の実施の形態と同様に、５μＬの水７と５μＬの１％ショ糖液８とは十分に混合され、０．５％ショ糖液が作成され、吸引および吐出の際に試料液に作用する力が大きくなるため、表面張力の影響をほぼ低減することができ、第１の実施の形態とほぼ同様な効果が得られる。
【００６６】
なお、試料液に作用する力を大きくするためには、例えば試料液の吸引および吐出量は、従来と同量とし、ノズルの直径を大きくする方法もあるが、ノズルの直径を大きくすると、微量な試料液の容量を正確に設定することが困難となる。
【００６７】
次に、図７を参照して本発明の第３の実施の形態について説明する。なおこの図７において、図１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。
【００６８】
この第３の実施の形態のエバネッセント波を利用した測定装置は、第１の実施の形態で説明した表面プラズモン測定装置を漏洩モード測定装置に変更したものであり、本例でも誘電体ブロック１０を備えた測定チップ９０を用いるように構成されている。測定チップ９０の誘電体ブロック１０の一面（図中の上面）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。
【００６９】
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。
【００７０】
上記構成の漏洩モード測定装置において、レーザ光源１４から出射した光ビーム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が誘電体ブロック１０とクラッド層４０との界面１０ａ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４１に取り込まれるので、上記界面１０ａ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。
【００７１】
光導波層４１における導波光の波数は、該光導波層４１の上の試料液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、試料液の屈折率を知ることができる。また、差動アンプアレイ１８の各差動アンプが出力する微分値Ｉ’に基づいて試料液の屈折率の変化の様子を調べることができる。本実施の形態においても、試料液混合装置５０を用いることにより、第１の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による表面プラズモン測定装置の概略構成図
【図２】上記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３】上記表面プラズモン測定装置における光ビーム入射角と検出光強度との関係、並びに光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係を示す概略図
【図４】試料液混合による光強度検出信号の微分値の変化の説明図
【図５】試料液混合による、光ビーム入射角と光強度検出信号の微分値との関係の変化を説明する図
【図６】表面プラズモン測定装置の変型例の概略構成図
【図７】本発明の第３の実施の形態による漏洩モード測定装置の概略構成図
【図８】試料液混合による光強度検出信号の微分値の変化の説明図
【図９】従来の試料液混合装置における試料液の混合状態の説明図
【符号の説明】
７　　水
８　　１％ショ糖液
９，９０　測定チップ
１０　　誘電体ブロック
１０ａ　界面
１１ａ　試料液保持枠
１１ｂ　試料液保持部
１２　　金属膜
１３　　光ビーム
１４　　レーザ光源
１５　　光学系
１６　　コリメーターレンズ
１７　　フォトダイオードアレイ
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ……　　フォトダイオード
１８　　差動アンプアレイ
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ……　　差動アンプ
１９　　ドライバ
２０　　信号処理部
２１　　表示手段
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ……　　サンプルホールド回路
２３　　マルチプレクサ
２４　　Ａ／Ｄ変換器
２５　　駆動回路
２６　　コントローラ
４０　　クラッド層
４１　　光導波層
５０，６０　　　　試料液混合装置
５１，６５，６６　　ノズル
５２　　移動部
５３，６１　　　　制御部
【図１】
2004144650.tif 000004
【図２】
2004144650.tif 000005
【図３】
2004144650.tif 000006
【図４】
2004144650.tif 000007
【図５】
2004144650.tif 000008
【図６】
2004144650.tif 000009
【図７】
2004144650.tif 000010
【図８】
2004144650.tif 000011
【図９】
2004144650.tif 000012