(57)【要約】【課題】微量の試料であっても、液面の微妙な振動や液の微量の蒸発による試料の表面の変化が振動子の振動周波数に影響を与えることがないバイオセンサー装置及びバイオセンサー装置による測定方法を提供する。【解決手段】電極間に挟持された結晶板から構成される振動子と、前記振動子上に試料を保持するためのセルとを備えるバイオセンサー装置であって、前記振動子上の前記試料の表面を、前記振動子と平行な面に対して凹面を形成するようにしたことを特徴とする。【選択図】  図１
2004354141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間に挟持された結晶板から構成される振動子と、前記振動子上に試料を保持するためのセルとを備えるバイオセンサー装置であって、前記振動子上の前記試料の表面を、前記振動子と平行な面に対して凹面を形成するようにしたことを特徴とするバイオセンサー装置。
【請求項２】
前記セルの周壁の内側表面を親水性にしたことを特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー装置。
【請求項３】
前記バイオセンサー装置は、複数の前記セルをアレイプレート上に備えたものであって、前記アレイプレートは、複数の前記振動子を隣接配置するとともに１対の固定用板材間に挟持することにより形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のバイオセンサー装置。
【請求項４】
前記バイオセンサー装置は、前記試料に加えられた振動の周波数変化、インピーダンス変化若しくは位相の変化、又は、これらの組み合わせにより、生体分子間の相互作用を測定するものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のバイオセンサー装置。
【請求項５】
電極間に挟持された結晶板から構成される振動子に交流信号を印加して、前記振動子上の試料に振動を加えるようにしたバイオセンサー装置による測定方法であって、前記振動の際に、前記試料の表面が前記振動子と平行な面に対して凹面を形成する状態で測定することを特徴とするバイオセンサー装置による測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生化学、医療及び食品分野における化学反応の追跡や状態分析等に使用されるバイオセンサー装置及びバイオセンサー装置による測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のバイオセンサー装置で微量の試料を測定するには、図４に示すように、結晶板３の両面に電極５、６を設けた構成の振動子２をセル１の底面に配置し、振動子２の上に測定対象となる蛋白等を、ＮａＣｌやＫＣｌ等を含有するバッファー液（生化学用緩衝液）に混入して試料１０として滴下し、その表面１０ｓが振動子２と平行な面２ｖに対して凸面となる状態で、振動子２を振動させて周波数変化等を測定するようにしていた。
しかしながら、この状態で振動子２を振動させると、振動子２と試料表面１０ｓとの間に定在波が発生してしまい、この定在波が振動子２の振動周波数と干渉することになる。このため、前記表面１０ｓが微妙に振動したり、或いは、微量の蒸発が生じたりして、振動子２と前記表面１０ｓとの間の距離が微妙に変化し、結果として、ほぼ一定の周期で数百Ｈｚ程度の周波数変動が起こるという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、微量の試料であっても、液面の微妙な振動や液の微量の蒸発による試料の表面の変化が振動子の振動周波数に影響を与えることがないバイオセンサー装置及びバイオセンサー装置による測定方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者等は鋭意検討の結果、測定対象となる試料の表面を、振動子と平行な面に対して凹面を形成することにより、上記課題を解決することを見出した。
即ち、本発明のバイオセンサー装置は、請求項１に記載の通り、電極間に挟持された結晶板から構成される振動子と、前記振動子上に試料を保持するためのセルとを備えるバイオセンサー装置であって、前記振動子上の前記試料の表面を、前記振動子と平行な面に対して凹面を形成するようにしたことを特徴とする。
また、請求項２に記載のバイオセンサー装置は、請求項１に記載のバイオセンサー装置において、前記セルの周壁の内側表面を親水性にしたことを特徴とする。
また、請求項３に記載のバイオセンサー装置は、請求項１又は２に記載のバイオセンサー装置において、前記バイオセンサー装置は、複数の前記セルをアレイプレート上に備えたものであって、前記アレイプレートは、複数の前記振動子を隣接配置するとともに１対の固定用板材間に挟持することにより形成したことを特徴とする。
また、請求項４に記載のバイオセンサー装置は、請求項１乃至３のいずれかに記載のバイオセンサー装置において、前記バイオセンサー装置は、前記試料に加えられた振動の周波数変化、インピーダンス変化若しくは位相の変化、又は、これらの組み合わせにより、生体分子間の相互作用を測定することを特徴とする。
また、本発明のバイオセンサー装置による測定方法は、請求項５に記載の通り、電極間に挟持された結晶板から構成される振動子に交流信号を印加して、前記振動子上の試料に振動を加えるようにしたバイオセンサー装置による測定方法であって、前記振動の際に、前記試料の表面が前記振動子と平行な面に対して凹面を形成する状態で測定することを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
次に、本実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態であるバイオセンサー装置のセル１の断面図を示すものであり、図中２で示される振動子は、結晶板３と、その両面に設けられた電極４、５とから構成される。尚、前記電極４、５のうち、結晶板３の液滴を滴下する側の電極４の表面には、反応膜６が配置されており、試料の特定成分と反応し、或いは、その特定成分を吸着する材料で構成されている。
前記振動子２は、２枚の固定用板材７、８間にシール材９を介して挟持固定される。そして、一方の固定用板材７は、穿孔されており、この孔と振動子２とでセル１を構成し試料１０を保持できるようになっている。このセル１の周壁の表面には、親水性材料１１が塗布されている。また、他方の固定用板材８には、電極５を収納するための空間５ｓが設けられている。
尚、試料１０は、一般的には、蛋白等の測定対象物をＮａＣｌやＫＣｌ等を含有する生化学用緩衝液（バッファー液）に混合され調製される。
【０００６】
上述したセル１は、図２に示すように、ネットワークアナライザーやインピーダンスアナライザー等からなる分析装置２０に接続される。また、分析装置２０は、分析装置２０を制御し、その測定結果を演算する制御装置２１に接続される。
前記分析装置２０は所望周波数の交流信号をセル１に出力し、その周波数下でのセル１のコンダクタンスＧを測定できるように構成されている。また、制御装置２１は、分析装置２０の動作を制御し、分析装置２０がセル１に出力する信号の周波数を変化させるとともに、周波数と測定結果とを対応させ、演算結果とともに記憶するように構成されている。
これらのセル１、分析装置２０及び制御装置２１とにより、本発明のバイオセンサー装置が構成される。
【０００７】
上記構成により、試料１０を、例えば、ピペット内で攪拌してセル１内に適量滴下し、試料１０の表面１０ｓが振動子２と平行な面２ｖに対して凹面となるように構成することで、振動子２と試料１０の表面１０ｓとの間に定在波を発生させないようにすることができる。その結果、正確に周波数変動、インピーダンス変化若しくは位相の変化、又は、これらの組み合わせを測定することができる。これにより、測定対象物の生体分子間の相互作用を測定することができる。
【０００８】
尚、上記構成において説明したセル１の容量については、本発明の目的からすると、好ましくは、５μｌ〜１０μｌとすることが好ましく、この容量については、固定用板材７の厚みを変えること等により調整することができる。
また、セル１の周壁の内側表面を親水性とすることに関しては、例えば、紫外線をセル１の周壁の内側表面に照射すること等が挙げられる。また、振動子２としては、例えば、水晶振動子や表面弾性波素子等の圧電素子を使用することができ、シール材は、例えば、シリコン緩衝材（ジェルテック社  商品名：α−ゲル）等を使用することができ、固定用板材５は、例えば、アクリル板等を使用することができる。
【０００９】
尚、上記材料に関しては、材料の一例を記載したものに過ぎない。従って、上記以外の材料に関しても本装置の目的に沿うようなものであれば特に限定をするものではない。
【００１０】
上述したバイオセンサー装置３０は、セル１を１つ備える構成であるが、次に、セル１を複数バイオセンサー装置３０に装着することについて説明する。
図３（ａ）は、バイオセンサー装置３０のアレイプレート１２の断面図を示し、同図（ｂ）は、同平面図を示すものであり、上記実施の形態と同じものについては同じ符号が付されている。
図示されるものでは、８個の振動子２を、２行４列に隣接配置し、固定用板材７Ａ、８Ａ間にシール材９を介して保持するように構成されている。そして、固定用板材７Ａには、セル１を形成することができるように、振動子２に対応する位置に円形状に穿孔されており、固定用板材８Ａには、電極５の収容するための空間５ｓが、振動子２に対応する位置に形成されている。
【００１１】
上記のように複数の振動子２から構成されたアレイプレート１２とすることにより、製造コストの高い１枚の大きな結晶板上に複数の振動子を形成することなく、複数のセル１をバイオセンサー装置３０に備えることが可能となり、しかも、取り替え作業性も極めて優れたものとなる。
【００１２】
【実施例】
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
まず、本発明の測定方法が、従来の測定方法に比べて、高い精度で測定できることを証明するために、測定対象となる液量をほぼ同じにして比較実験を行うこととした。
（実験例１）
実施例１の測定方法に関しては、バイオセンサー装置として図１に示されるように、水晶振動子２として、周波数２７ＭＨｚの水晶板３（外径８．９ｍｍ）の両面の中央部に電極４、５（外径２．５ｍｍ）を蒸着形成したものを使用した。尚、電極４には、反応膜６が形成されている。そして、この水晶振動子２を厚さ５ｍｍのアクリル板７と厚さ２ｍｍのアクリル板８間にシール剤９を介して挟持した。アクリル板７には、断面の直径４ｍｍに穿孔されており、この穿孔と水晶振動子２とでセル１が構成されている。セル１の周壁の内側表面は、紫外線を照射することにより親水性処理１１が施され、水晶振動子２が振動している間、試料１０の表面は水晶振動子２に平行な面２ｖに対して凹面を形成されるように試料１０の液量を調整した。
比較例１の測定方法に関しては、図４に示されるように、セル１の周壁の内側表面１１には親水性処理を施さないようにして試料１０の表面を水晶振動子２に平行な面２ｖに対して凸面が形成されるように試料１０の液量を調整した以外は、実施例１の測定方法と同一の条件とした。
実験方法は、水晶振動子上にまず、５μｌの純水を滴下し、１００秒後に１／１０に希釈されたブロックエースを１μｌ滴下し、５００秒後に同様に１／１０に希釈されたブロックエースを１μｌ滴下し、その間の周波数変化を経時的に測定した。
【００１３】
上記測定の結果として、実施例１については図５に、比較例１については図６に示す。
この結果から、実施例１では、正確に周波数変化が測定できていることが分かった。これに対して、比較例１では、液の蒸発による液面の微量変化や液面の微少な振動により定在波が生じ、周波数のうねりが大きく測定ができていないことが分かった。
【００１４】
次に、本発明による測定方法が、特に微量の液滴を測定する際に有効であることを証明するために、測定対象である試料の液量に差を設けて比較実験を行うこととした。
（実験例２）
実施例２の測定方法は、上記実施例１と同様とした。比較例２の測定方法については、容量が５００μｌ程度のカップの底面に水晶振動子を設けてセルとした以外は、実施例２と同様とした。
実験方法については、実施例２では、５μｌのアビジンを５μｌのバッファー液とピペット内で攪拌してからセルの水晶振動子上に滴下し、経時的に周波数変動を測定した。また、比較例２では、５００μｌのバッファー液が注入されたセル内に５μｌのアビジンを滴下して攪拌した後、同様に、経時的に周波数変動を測定した。
【００１５】
上記測定の結果を図７に示す。
図７から、実施例２では、８００秒後の周波数変化が３９０Ｈｚであるのに対して、比較例２では、４Ｈｚ程度であった。
この結果から、実施例２は、感度において比較例２と比べて１００倍高い感度を有していることが分かり、極めて短時間に微量の液滴を反応させ測定することができることが分かった。
【００１６】
次に、上記実施例２及び比較例２と同様の測定方法により、２μｌのブロックエースを測定対象物として測定した結果を、それぞれ実施例３及び比較例３として図８に示す。
図８から実施例３では、比較例３に比べて反応が１００倍程度早く終わるため、短時間に微量の液滴を反応させ測定ができることが分かった。
【００１７】
【発明の効果】
このように、本発明によれば、試料の空気との境界面において、振動子からの反射波を散乱させることができ、振動子の最も感度の高い部分、即ち、中央部には、反射波が達することがない。従って、試料の微妙な振動や微量の蒸発によっても、振動子の振動並面が振動周波数に影響を与えることがなく、微量の試料であっても精度の高い測定が可能となる。
また、本発明によれば、複数のセルを１つのアレイプレート上の形成するのに、製造コストの高い大きな結晶板上に複数のセルを形成する場合に比べて、一般的に製造されている結晶板を複数使用すればよいので製造コストを抑えることができる。また、振動子を備えたセルを個別にバイオセンサー装置に設ける必要がないので、複数のセルを１度に交換することができ、作業性の優れたバイオセンサー装置とすることができる。
また、更に、本発明によれば、微量の試料であっても極めて短時間に反応させることができるので、より精度の高い測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるバイオセンサー装置のセルの断面図
【図２】同装置の構成図
【図３】本発明の他の実施の形態であるバイオセンサー装置のアレイプレートの（ａ）断面図（ｂ）平面図
【図４】従来のバイオセンサー装置のセルの断面図
【図５】実験例１において実施例１の測定結果を示すグラフ
【図６】実験例１において比較例１の測定結果を示すグラフ
【図７】実験例２の測定結果を示すグラフ
【図８】実験例２の測定対象物を変更した測定結果を示すグラフ
【符号の説明】
１    セル
２    振動子
２ｖ  振動子に平行な面
３    結晶板
４    電極
５    電極
５ｓ  凹部
６    反応膜
７    固定用板材
７Ａ  固定用板材
８    固定用板材
８Ａ  固定用板材
９    シール材
１０    試料
１０ｓ  試料表面
１１    親水性材料
１２    アレイプレート
２０    制御装置
２１    分析装置
３０    バイオセンサー装置
【図１】
2004354141.tif 000003
【図２】
2004354141.tif 000004
【図３】
2004354141.tif 000005
【図４】
2004354141.tif 000006
【図５】
2004354141.tif 000007
【図６】
2004354141.tif 000008
【図７】
2004354141.tif 000009
【図８】
2004354141.tif 000010