(57)【要約】【課題】微量の試料であっても長時間に亘って蒸発の影響を受け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、前記セルを加湿雰囲気下におくことを特徴とする。【選択図】  図１
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【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、前記セルを加湿雰囲気下におくことを特徴とするバイオセンサー装置。
【請求項２】
前記セルは、所定の空間内に収容され、前記セルの近傍には、加湿用の液溜溝が設けられている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】
前記所定の空間は、前記セル上方から前記セルを囲繞するカバーにより形成され、前記カバーには、加湿された気体を導入するための吸入口が設けられている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、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され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による測定方法であって、前記試料の周囲の空間を、前記試料の蒸発を抑えるために加湿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は、内径１０ｍｍ程度の円筒形状のセル内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、５００μｌ前後の試料とし、両面に電極を配置した水晶振動子や表面弾性波素子等の圧電素子上で２時間程度振動させながら反応させて測定をするようにしている。
前記のような多量の試料を使用できる場合には、試料の蒸発量が２０〜３０μｌ程度と試料全体に対して１０％以下であるために、測定に大きな影響を与えるものではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、試料が数μｌ程度の微量液滴の場合には、反応が終わらないうちに水分が蒸発してしまい測定上大きな問題となっていた。
【０００４】
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長時間に亘って蒸発の影響を受け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。
【０００５】
【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、試料周囲を加湿雰囲気下として、試料から水分が蒸発しないようにすることにより、上記課題を解決すること見出した。
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、前記セルを加湿雰囲気下におくことを特徴とする。
また、本発明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、前記セルは、所定の空間内に収容され、前記セルの近傍には、加湿用の液溜溝が設けられていることを特徴とする。
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、前記所定の空間は、前記セル上方から前記セルを囲繞するカバーにより形成され、前記カバーには、加湿された気体を導入するための吸入口が設けられていることを特徴とする。
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、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されるものであ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による測定方法であって、前記試料の周囲の空間を、前記試料の蒸発を抑えるために加湿することを特徴とする。
【０００６】
【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（ａ）は、本発明の一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１の断面図を示すものであり、同図（ｂ）は同平面図を示すものである。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の試料が滴下される側の電極４の表面には、反応膜６が配置されており、測定対象である特定成分と反応し、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１０と、水晶振動子２とで試料を保持するためのセル１２が構成される。そして、固定用板材７の孔１０の周囲には、液溜溝１３が形成される。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が形成されている。
【０００７】
前記セル１２を備えるアレイプレート１は、図２に示すように、所定の空間に収容されるようにカバー１４により被覆される。カバー１４には、加湿された気体を導入するための吸入口１５と、カバー１４内の気体を排出するための排出口１６とが設けられている。
【０００８】
アレイプレート１のセル１２は、図３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にそれぞれ接続される。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。
分析装置２０は、所望周波数の交流信号をセル１２に出力し、その周波数下でのセル１２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１２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。
そして、これらのセル１２、分析装置２０及び制御装置２１により、本発明のバイオセンサー装置３０が構成される。
【０００９】
上記構成において、例えば、ピペット内において、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）に混合することにより調製された試料１１を、セル１２上に滴下し、振動子２を振動させて反応させ、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。
この際、本実施の形態では、セル１２の周囲に設けられた液溜溝１３に水を注入し、測定期間におけるセル１２の試料１１から水分の蒸発を抑えるように構成されているので、長期間の反応において正確な測定を可能となる。尚、液溜溝１３の深さや位置に関しては、セル１２内の試料１１からの水分の蒸発を抑えることができるものであれば特に限定されるものではないが、本実施の形態で説明したようにセル１２の試料１１の蒸発面よりも広い蒸発面となるように液溜溝１３するようにすれば、液溜溝１３からの蒸発量が増えるのでより好ましい。
また、本実施の形態においては、セル１２の上方をカバー１４で覆い、吸入口１５から加湿された気体を導入するようにしているので、セル１２の試料１１からの水分の蒸発を更に有効に抑え、より正確な測定を可能とすることができるようになっている。また、上記排出口１６を本実施の形態では、カバー１４に設けるようにすることにより、加湿された気体の導入を効率的に行うことができるようになっている。
尚、上記実施の形態において説明したセル１２を加湿雰囲気下におくことに関しては、セル１２内の試料１１の水分が蒸発して測定に影響を及ぼさない程度、且つ、セル１２の雰囲気空間内の飽和水蒸気量未満とするものであれば特に湿度や温度等を特定するものではない。
【００１０】
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、上記構成において、吸入口１５から導入される気体は、例えば、超音波振動子の振動により水を霧状にして加湿された空気や、吸水フィルターに水を吸い上げ、そのフィルターに強制的に通過させることにより加湿された空気等を使用することができる。
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（ジェルテック社製品名：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。
【００１１】
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又は測定方法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。
【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同量にして比較実験を行うこととした。
（実験例１）
実験方法は、５μｌの純水を水晶振動子の中央に滴下し、水晶振動子の発振周波数の変化を測定した。尚、実験条件に関しては、実施例１では、セル周辺の気温を２５℃、湿度９０％以上となるように加湿を行うこととし、比較例１では、実施例１の条件に対して、加湿を行わなかったこと以外は同じ条件とした。
尚、水晶振動子は、周波数２７ＭＨｚの水晶板（外径８．９ｍｍ）の両面の中央部に電極（外径２．５ｍｍ）を蒸着形成したものを使用した。
【００１３】
上記測定の結果、図４に示すように、比較例１では３０分で液が蒸発し、水晶振動子の中央の電極が乾くとともに水の粘性負荷がなくなり周波数が１０ｋＨｚ上昇し測定できなくなった。
これに対して、実施例１では、試料の蒸発が抑えられ、４時間経過しても液の残量が４μｌと十分であった。
【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、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５に示す。
図５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６に示す。
図６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の測定ができることが分かった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、微量の試料であっても長時間に亘って、反応を正確に測定することができる。
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、個別にセルを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。
【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アレイプレートを説明するための（ａ）断面図（ｂ）平面図
【図２】同装置の変形例を説明するための斜視図
【図３】同装置の構成を説明するための説明図
【図４】実験例１の測定結果を示すグラフ
【図５】実験例２の測定結果を示すグラフ
【図６】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    アレイプレート
２    振動子
３    結晶板
４    電極
５    電極
６    反応膜
７    固定用板材
８    固定用板材
９    シール材
１０    孔
１１    試料
１２    セル
１３    液溜溝
１４    カバー
１５    吸入口
１６    排出口
２０    分析装置
２１    制御装置
３０    バイオセンサー装置
【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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