(57)【要約】【課題】  センサユニットのハイスループット化を妨げることなく、非特異吸着の影響を抑える。【解決手段】  センサユニット１０は、複数の流路２０が形成された流路部材１２と、上面に金属膜２５が形成されたプリズム１４とを有している。流路部材１２の本体１２ａは、略直方体状に成形されている。各流路２０は、流路部材１２の底面に形成された略直線状の溝部２０ｃと、この溝部２０ｃの両端から流路部材１２の上面に貫通して各出入口２０ａ、２０ｂを形成する各送排液管２０ｄ、２０ｅとによって、略コの字型に形成されている。この流路２０を、溝部２０ｃが本体１２ａの短手方向に沿うように形成するとともに、本体１２ａの長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置するようにした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全反射条件を満たすように光が照射された際に、その反射光の光強度を減衰させる薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に底面を当接させて配置される略直方体状の本体に、試料が溶解した試料溶液を前記薄膜層に接触させながら送液する流路が複数形成された流路部材とからなるセンサユニットにおいて、
前記各流路を、前記本体の短手方向に沿うように前記底面に形成された略直線状の溝部と、前記本体の上面から前記溝部の両端に接続される一対の出入口とから構成するとともに、前記本体の長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置したことを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記各溝部の中心が、前記本体の長手方向の中心線上にあることを特徴とする請求項１記載のセンサユニット。
【請求項３】
前記各溝部と対面する前記薄膜層上には、前記試料を固定するための高分子膜が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のセンサユニット。
【請求項４】
全反射条件を満たすように光が照射された際に、その反射光の光強度を減衰させる薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に底面を当接させて配置される略直方体状の本体に、試料が溶解した試料溶液を前記薄膜層に接触させながら送液する流路が複数形成された流路部材とからなり、前記各流路を、前記本体の短手方向に沿うように前記底面に形成された略直線状の溝部と、前記本体の上面から前記溝部の両端に接続される一対の出入口とから構成するとともに、前記本体の長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置したセンサユニットを着脱自在にセットし、
光源から前記薄膜層に向けて前記全反射条件を満たす光を照射し、
その反射光を検出器で受光して光電変換することにより、前記薄膜層上での前記試料の反応状況に応じた測定信号を取得する全反射減衰を利用した測定方法において、
前記各流路の少なくとも１つに前記試料溶液を送液して前記測定信号を取得するとともに、残りの前記各流路の少なくとも１つを利用して前記測定信号のノイズを除去するための参照信号を取得することを特徴とする全反射減衰を利用した測定方法。
【請求項５】
前記試料には、前記薄膜層上の高分子膜に予め固定されるリガンドと、このリガンドに接触させて反応を調べるアナライトとが含まれ、
前記各流路の少なくとも１つに前記リガンドが溶解したリガンド溶液を注入して、前記高分子膜に前記リガンドを固定させた後、前記アナライトが溶解したアナライト溶液を注入して前記リガンドと前記アナライトとを接触させ、前記リガンドと前記アナライトとの反応状況に応じた信号を前記測定信号として取得し、
残りの前記各流路の少なくとも１つに前記アナライト溶液を注入して、前記高分子膜に前記アナライトのみを接触させた際の信号を前記参照信号として取得することを特徴とする請求項４記載の全反射減衰を利用した測定方法。
【請求項６】
前記光源と前記検出器とは、少なくとも２つの前記流路と対面する２箇所の前記薄膜層への前記光の照射と前記反射光の受光とが行えるように構成されており、前記測定信号と前記参照信号とを同時に取得することを特徴とする請求項４又は５記載の全反射減衰を利用した測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料の反応を検出するための薄膜層が形成された誘電体ブロックと、薄膜層に試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成された流路部材とからなるセンサユニットと、このセンサユニットを用いて試料の反応を測定する全反射減衰を利用した測定方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質やＤＮＡなどの生化学物質間における相互作用の測定や、薬品のスクリーニングなどを行う際に、全反射減衰を利用して試料の反応を測定する測定装置が知られている。
【０００３】
このような全反射減衰を利用した測定装置の１つに、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）現象を利用した測定装置（以下、ＳＰＲ測定装置と称す）がある。なお、表面プラズモンとは、金属中の自由電子が集団的に振動することによって生じ、その金属の表面に沿って進む自由電子の粗密波である。
【０００４】
例えば、特許文献１などで知られるＫｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置を採用したＳＰＲ測定装置では、透明な誘電体（以下、プリズムと称す）上に形成された金属膜の表面をセンサ面として、このセンサ面上で試料を反応させた後、プリズムを介してセンサ面の裏面側から全反射条件を満たすように金属膜を照射し、その反射光を測定している。
【０００５】
全反射条件を満たすように金属膜に照射された光のうち、エバネッセント波と呼ばれるわずかな光は、反射せずに金属膜内を透過してセンサ面側に染み出す。この際、エバネッセント波の振動数と表面プラズモンの振動数とが一致するとＳＰＲが発生し、反射光の強度を大きく減衰させる。また、この減衰が発生する光の入射角度（共鳴角）は、金属膜上の屈折率に応じて変化する。すなわち、ＳＰＲ測定装置は、金属膜からの反射光を捉えて共鳴角を検出することにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。
【０００６】
ところで、タンパク質やＤＮＡなどの生体試料は、乾燥による変性や失活を防ぐため、生理的食塩水や純水、または各種のバッファ液などの溶媒に溶かされた試料溶液として扱われることが多い。特許文献１記載のＳＰＲ測定装置は、こうした生体試料の相互作用などを調べるものであり、センサ面の上には試料溶液を送液するための流路が設けられている。また、センサ面にはリガンドとなる試料を固定させるためのリンカー膜が設けられており、流路にリガンド溶液を注入してリンカー膜にリガンドを固定（固定工程）させた後、アナライト溶液を注入してリガンドとアナライトとを接触（測定工程）させることにより、その相互作用を測定する。
【０００７】
流路とプリズムは、装置本体に設けられた測定ステージに配置されている。前述の測定は、ガラス基板上に金属膜を形成したチップ型のセンサユニットを測定ステージにセットすることで行われる。流路には、配管（ゴムチューブなどを含む）やバルブなどを介してポンプが接続されており、このポンプによって容器に保管された試料溶液を流路内に送り込むようにしているが、この方法では、配管内に付着した試料が後に注入する試料溶液中に混入してしまう、いわゆるコンタミネーションが生じやすいという問題があった。
【０００８】
この問題を解決するため、本出願人は、先端に小孔が形成された略円錐筒状のピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部とからなるピペットを用いて、容器に保管された試料溶液などの液体を流路に送液するＳＰＲ測定装置を提案している（例えば、特願２００４−２８８５３４号明細書参照）。このＳＰＲ測定装置では、送液する液体毎にピペットチップを交換することで、流路に液体を送り込む際に生じるコンタミネーションを防止することができる。
【０００９】
また、このＳＰＲ測定装置では、流路が形成された流路部材と、上面に金属膜が形成されたプリズムと、流路部材の底面とプリズムの上面とを接合させた状態（流路と金属膜とを対面させた状態）で保持する保持部材とからなるセンサユニットを用いている。このセンサユニットの金属膜上にも、前述と同様のリンカー膜が設けられており、リガンド溶液やアナライト溶液などの試料溶液をピペットで流路内に送り込むことによって測定が行われる。
【００１０】
リンカー膜には、リガンドとの結合基を有する測定領域と、結合基を失活させた参照領域とが形成されている。上述のＳＰＲ測定装置は、光源から測定領域と参照領域とに光を照射し、それぞれの領域からの反射光を検出器で光電変換して測定信号と参照信号とを取得している。こうして得られた２つの信号の差や比を求めて補正を行うことにより、センサユニットの個体差や液体の温度変化などの外乱に起因するノイズをキャンセルした精度の高い測定結果を得ることができる。また、タンパク質やＤＮＡなどの生体試料では、目的としない物質がリンカー膜上に結合してしまう、いわゆる非特異吸着が問題になるが、前述の補正を行うことによって、こうした非特異吸着の影響をも抑えることができる。
【特許文献１】特許第３２９４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、結合基を有する測定領域と、結合基を失活させた参照領域とでは、表面の性質が異なるため非特異吸着の量にも差が生じてしまうことがあった。このように、測定領域と参照領域との間に生じた差は、前述の補正を行ったとしても除去することができない。
【００１２】
また、測定領域と参照領域とを別々に形成し、それぞれ個別の流路で送液するようにすると、測定領域にのみリガンド溶液を送液できるようになる。これにより、参照領域の結合基を失活させることなく、各領域の表面の性質を合わせて非特異吸着の量に差が生じることを抑えることができるが、単に流路を分けると、センサユニットの大型化を招いてしまう。生体試料を扱うＳＰＲ測定装置では、測定精度の向上とともに、一度にたくさんの試料を測定する、いわゆるハイスループット化が大きな課題の１つであり、センサユニットの大型化は、このハイスループット化の妨げとなってしまう。
【００１３】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ハイスループット化を妨げることなく、非特異吸着の影響を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を達成するため、本発明のセンサユニットは、全反射条件を満たすように光が照射された際に、その反射光の光強度を減衰させる薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に底面を当接させて配置される略直方体状の本体に、試料が溶解した試料溶液を前記薄膜層に接触させながら送液する流路が複数形成された流路部材とからなり、前記各流路を、前記本体の短手方向に沿うように前記底面に形成された略直線状の溝部と、前記本体の上面から前記溝部の両端に接続される一対の出入口とから構成するとともに、前記本体の長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置したことを特徴とする。
【００１５】
なお、前記各溝部の中心は、前記本体の長手方向の中心線上にあることが好ましい。
【００１６】
また、前記各溝部と対面する前記薄膜層上には、前記試料を固定するための高分子膜が設けられていることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の全反射減衰を利用した測定方法は、全反射条件を満たすように光が照射された際に、その反射光の光強度を減衰させる薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に底面を当接させて配置される略直方体状の本体に、試料が溶解した試料溶液を前記薄膜層に接触させながら送液する流路が複数形成された流路部材とからなり、前記各流路を、前記本体の短手方向に沿うように前記底面に形成された略直線状の溝部と、前記本体の上面から前記溝部の両端に接続される一対の出入口とから構成するとともに、前記本体の長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置したセンサユニットを着脱自在にセットし、光源から前記薄膜層に向けて前記全反射条件を満たす光を照射し、その反射光を検出器で受光して光電変換することにより、前記薄膜層上での前記試料の反応状況に応じた測定信号を取得する際に、前記各流路の少なくとも１つに前記試料溶液を送液して前記測定信号を取得するとともに、残りの前記各流路の少なくとも１つを利用して前記測定信号のノイズを除去するための参照信号を取得することを特徴とする。
【００１８】
なお、前記試料に、前記薄膜層上の高分子膜に予め固定されるリガンドと、このリガンドに接触させて反応を調べるアナライトとを含めて、前記各流路の少なくとも１つに前記リガンドが溶解したリガンド溶液を注入して、前記高分子膜に前記リガンドを固定させた後、前記アナライトが溶解したアナライト溶液を注入して前記リガンドと前記アナライトとを接触させ、前記リガンドと前記アナライトとの反応状況に応じた信号を前記測定信号として取得し、残りの前記各流路の少なくとも１つに前記アナライト溶液を注入して、前記高分子膜に前記アナライトのみを接触させた際の信号を前記参照信号として取得することが好ましい。
【００１９】
また、前記光源と前記検出器とを、少なくとも２つの前記流路と対面する２箇所の前記薄膜層への前記光の照射と前記反射光の受光とが行えるように構成して、前記測定信号と前記参照信号とを同時に取得することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、流路部材に含まれる複数の流路を、略直線状の溝部が本体の短手方向に沿うように形成するとともに、本体の長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置するようにしたので、流路部材の本体内に各流路を高密度に配置することが可能になる。これにより、測定領域と参照領域とで流路を個別に分けたとしてもセンサユニットの大型化を招く心配が無いので、ハイスループット化を妨げることなく、非特異吸着の影響を抑えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１に示すように、ＳＰＲを利用した測定方法は、大きく分けて、固定工程と、測定工程（データ読み取り工程）と、データ解析工程との３つの工程からなる。測定は、ＳＰＲセンサであるセンサユニット１０を用いて行われる。センサユニット１０は、一方の面がＳＰＲが発生するセンサ面２５ａとなる金属膜（薄膜層）２５と、このセンサ面２５ａの裏面の光入射面２５ｂと接合されるプリズム（誘電体ブロック）１４と、前記センサ面２５ａと対向して配置され、リガンドやアナライトが送液される流路２０が形成された流路部材１２とを備えている。
【００２２】
金属膜２５としては、例えば、金や銀などが使用され、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。この膜厚は、金属膜の素材、照射される光の発光波長などに応じて適宜選択される。プリズム１４は、その上面に前記金属膜２５が形成される透明な誘電体であり、全反射条件を満たすように照射された光を光入射面２５ｂに集光する。流路２０は、略コの字型に屈曲された送液管であり、液体の注入と排出とが行われる出入口２０ａ、２０ｂを有している。また、流路２０の底部は、開放されており、この開放部位はセンサ面２５ａによって覆われて密閉される。これにより、流路２０は、各出入口２０ａ、２０ｂの一方から注入された液体をセンサ面２５ａに接触させながら送液し、各出入口２０ａ、２０ｂの他方から排出するようになる。以降、これら流路２０とセンサ面２５ａとによって構成される部分を、センサセル１８と称す。後述するように、センサユニット１２は、こうしたセンサセル１８を複数個備えている（図２参照）。
【００２３】
固定工程は、センサ面２５ａにリガンドを固定する工程である。ＳＰＲ測定装置３０には、１対のピペット４６ａ、４６ｂからなるピペット対４６が設けられている。各ピペット４６ａ、４６ｂは、各出入口２０ａ、２０ｂにそれぞれ挿入されるように、その間隔が合わせられている。各ピペット４６ａ、４６ｂは、それぞれが流路２０への液体の注入と、流路２０からの吸い出しを行う機能を備えており、一方が注入動作を行っているときには、他方が吸い出し動作を行うというように、互いに連動する。このピペット対４６によって、各出入口２０ａ、２０ｂの一方からリガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液ＬＳが注入される。
【００２４】
センサセル１８にあたるセンサ面２５ａのほぼ中央には、リガンドと結合するリンカー膜（高分子膜）２６が形成されている。このリンカー膜２６は、センサユニット１０の製造段階において予め形成される。リンカー膜２６は、リガンドを固定するための固定基となるので、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。
【００２５】
リガンド溶液ＬＳを注入するリガンド固定化処理を行う前には、まず、リンカー膜２６に固定用バッファ液が送液され、リンカー膜２６を湿らせてリガンドを結合しやすくするリンカー膜２６の活性化処理が施される。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜２６としてカルボキシメチルデキストランが使用され、リガンド内のアミノ基をこのデキストランに直接共有結合させる。この場合の活性化液としては、Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）とＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）との混合液が使用される。この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路２０が洗浄される。
【００２６】
固定用バッファ液や、リガンド溶液ＬＳの溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度などは、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンドとして生体物質を使用する場合には、ｐＨを中性付近に調整した生理的食塩水が使用される場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜２６が、カルボキシメチルデキストランにより負（マイナス）に帯電するので、このリンカー膜２６と結合しやすいようにタンパク質を正（プラス）に帯電させるため、生理的とはいえない高濃度のリン酸塩を含む緩衝作用の強いリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ：phosphatic−buffered，saline）などが使用される場合もある。
【００２７】
こうした活性化処理及び洗浄が行われた後、流路２０へリガンド溶液ＬＳが注入されてリガンド固定化処理が行われる。リガンド溶液ＬＳが流路２０へ注入されると、溶液中で拡散しているリガンドＬＧが徐々にリンカー膜２６へ近づいて結合する。こうしてセンサ面２５ａにリガンドＬＧが固定される。固定化には、通常、約１時間程度かかり、この間、センサユニット１０は、温度を含む環境条件が所定の条件に設定された状態で保管される。なお、固定化が進行している間、流路２０内のリガンド溶液ＬＳを静置しておいてもよいが、流路２０内のリガンド溶液ＬＳを攪拌して流動させることが好ましい。こうすることで、リガンドＬＧとリンカー膜２６との結合が促進され、リガンドＬＧの固定量を増加させることができる。
【００２８】
センサ面２５ａへのリガンドＬＧの固定化が完了すると、前記流路２０からリガンド溶液ＬＳが排出される。リガンド溶液ＬＳは、ピペット４６ａ、４６ｂのいずれか一方に吸い出されて排出される。固定化が完了すると、流路２０へ洗浄液が注入されて、センサ面２５ａの洗浄処理が行われる。この洗浄後、必要に応じて、ブロッキング液を流路２０へ注入して、リンカー膜２６のうち、リガンドが結合しなかった反応基を失活させるブロッキング処理が行われる。ブロッキング液としては、例えば、エタノールアミン−ヒドロクロライドが使用される。このブロッキング処理の後、再び流路２０が洗浄される。この後、流路２０には、乾燥防止液が注入される。こうして、センサユニット１０は、センサ面２５ａが乾燥防止液に浸された状態で、測定までの間保管される。
【００２９】
測定工程では、まず、流路２０へ測定用バッファ液が注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液ＡＳを注入し、その後、再び測定用バッファ液が注入される。なお、最初に測定用バッファ液を注入する前に、いったん流路２０の洗浄を行ってもよい。データの読み取りは、基準となる信号レベルを検出するために、最初に測定用バッファを注入した直後から開始され、アナライト溶液ＡＳの注入後、再び測定用バッファが注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベル（ベースライン）の検出、アナライトとリガンドの反応状況（結合状況）、測定用バッファ液の注入による結合したアナライトとリガンドとの脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。
【００３０】
測定用バッファ液や、アナライト溶液ＡＳの溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、アナライトを溶けやすくするために、生理的食塩水にＤＭＳＯ（ジメチル−スルホ−オキシド）を含ませてもよい。このＤＭＳＯは、信号レベルに大きく影響する。上述したとおり測定用バッファ液は基準レベルの検出に用いられるので、アナライトの溶媒中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を持つ測定用バッファ液を使用することが好ましい。
【００３１】
なお、アナライト溶液ＡＳは、長期間（例えば、１年）保管されることも多く、そうした場合には、経時変化によって、初期のＤＭＳＯ濃度と測定時のＤＭＳＯ濃度との間に濃度差が生じてしまう場合がある。厳密な測定を行う必要がある場合には、こうした濃度差をアナライト溶液ＡＳを注入したときの参照信号のレベルから推定し、測定データに対して補正（ＤＭＳＯ濃度補正）を行う。詳細は後述するが、参照信号とは、センサ面２５ａ上のリガンドが固定されていない参照領域に対応するＳＰＲ信号であり、リガンドが固定されてアナライトとの反応を生じる測定領域の測定信号と比較参照される信号である。測定に際しては、これら測定信号と参照信号との２つの信号が検出される。
【００３２】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液ＡＳを注入する前に、ＤＭＳＯ濃度が異なる複数種類の測定用バッファ液を流路２０に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じた、参照信号のレベルと測定信号のレベルのそれぞれの変化量を調べることにより求められる。
【００３３】
測定部３１は、照明４０と検出器４２とからなる。リガンドとアナライトとの反応状況は、共鳴角（光入射面２５ｂに対して照射された光の入射角）の変化として表れるので、照明４０は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を光入射面２５ｂに対して照射する。照明４０は、例えば、光源４３と、集光レンズ（シリンドリカルレンズなど）、拡散板、偏光板を含む光学系４４とからなり、配置位置および設置角度は、照明光の入射角が、上記全反射条件を満足するように調整される。
【００３４】
光源４３としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が使用される。拡散板は、光源４３からの光を拡散して、発光面内の光量ムラを抑える。偏光板は、照射光のうち、ＳＰＲを生じさせるｐ偏光のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源が発する光線自体の偏光の向きが揃っている場合には、偏光板は不要である。また、偏光が揃っている光源を使用した場合でも、拡散板を通過することにより、偏光の向きが不揃いになってしまう場合には、偏光板を使用して偏光の向きが揃えられる。こうして拡散および偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム１４に照射される。これにより、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光線が、光入射面２５ｂに入射される。
【００３５】
検出器４２は、光入射面２５ｂで反射する光を受光して、その光強度に応じたレベルの電気信号を出力する。光入射面２５ｂには、様々な角度で光線が入射するので、光入射面２５ｂでは、それらの光線が、それぞれの入射角に応じて様々な反射角で反射する。検出器４２は、これらの様々な反射角の光線を受光する。センサ面２５ａ上の媒質に変化が生じると屈折率が変化して、反射光の光強度が減衰する光の入射角（ＳＰＲが発生する共鳴角）も変化する。センサ面２５ａ上にアナライトを送液すると、アナライトとリガンドの反応状況に応じてセンサ面２５ａ上の屈折率が変化するため、それに応じて共鳴角も変化する。
【００３６】
検出器４２は、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが使用され、光入射面２５ｂにおいて様々な反射角で反射する反射光を受光し、それらを光電変換してＳＰＲ信号として出力する。リガンドとアナライトの反応状況は、この受光面内における反射光の減衰位置の推移として表れる。例えば、アナライトがリガンドと接触する前後では、センサ面２５ａ上の屈折率が異なり、ＳＰＲが発生する共鳴角が異なる。そして、アナライトがリガンドと接触して反応を開始すると、それに応じて共鳴角が変化を開始し、前記受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。このように、測定工程では、リガンドとアナライトとの反応状況を表すＳＰＲ信号が取得される。データ解析工程では、測定工程で得られたＳＰＲ信号を解析して、アナライトの特性を分析する。
【００３７】
また、検出器４２は、センサ面２５ａ上の測定領域に対応した測定信号と、参照領域に対応した参照信号とを取得する。データ解析では、こうして得られた測定信号と参照信号との差や比が求められる。データ解析工程は、例えば、測定信号と参照信号との差分データを求め、この差分データを測定データとし、これに基づいて解析を行う。こうすることで、センサユニット１０の個体差や、装置の機械的な変動、及び液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルした精度の高い測定結果を得ることができる。
【００３８】
図２は、センサユニット１０の構成を概略的に示す分解斜視図である。センサユニット１０は、６つの流路２０が形成された流路部材１２と、上面に金属膜２５が形成されたプリズム１４と、流路部材１２の底面とプリズム１４の上面とを接合させた状態で保持する保持部材１６とから構成されている。このセンサユニット１０では、流路部材１２とプリズム１４とによって６つのセンサセル１８が形成されるので、１つのセンサユニット１０で６つのＳＰＲ信号を取得することができる。
【００３９】
流路部材１２は、略直方体状に成形された本体１２ａを有している。この本体１２ａに形成された各流路２０は、本体１２ａの長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置されている。略コの字型に形成された各流路２０は、流路部材１２の底面に形成された略直線状の溝部２０ｃと、この溝部２０ｃの一端から流路部材１２の上面に貫通して出入口２０ａを形成する送排液管２０ｄと、溝部２０ｃの他端から流路部材１２の上面に貫通して出入口２０ｂを形成する送排液管２０ｅとからなり、溝部２０ｃが本体１２ａの短手方向に沿うようにされている。また、各流路２０は、溝部２０ｃの中心が本体１２ａの長手方向の中心線ＣＬ上に位置するように、本体１２ａに一列に並べられている。なお、流路２０の管径は、例えば、１ｍｍ程度であり、各出入口２０ａ、２０ｂの間隔は、例えば、１０ｍｍ程度である。
【００４０】
各流路２０は、その底面に接合される金属膜２５とともにセンサセル１８（図１参照）を構成する。このため、流路部材１２には、金属膜２５との密着性を高めるために、例えば、ゴムやＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などといった弾性材料が用いられる。流路部材１２の底面をプリズム１４の上面に圧接させると、流路部材１２が弾性変形して金属膜２５との接合面の隙間を埋める。これにより、各流路２０の開放された底部がプリズム１４の上面によって水密に覆われる。
【００４１】
プリズム１４の上面に形成された金属膜２５は、流路部材１２に形成された各流路２０と対面するように、例えば、蒸着法などによって短冊状に成形されている。また、金属膜２５の上面には、各流路２０のそれぞれに対応した６つのリンカー膜２６が設けられている。なお、本例では、各流路２０のそれぞれに対応した６つのリンカー膜２６を製膜するようにしているが、これに限らず、例えば、金属膜２５の全面に１つのリンカー膜を製膜するようにしてもよい。
【００４２】
プリズム１４の長手方向の両側面には、保持部材１６の係合部１６ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、各流路部材１２が保持部材１６とプリズム１４とによって挟み込まれ、流路部材１２の底面とプリズム１４の上面とが圧接された状態で保持される。こうして、各流路部材１２、プリズム１４、保持部材１６の各部が一体化し、センサユニット１０が構成される。
【００４３】
なお、プリズム１４には、例えば、ホウケイクラウン（ＢＫ７）やバリウムクラウン（Ｂａｋ４）などに代表される光学ガラスや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）などに代表される光学プラスチックなどを用いることができる。
【００４４】
保持部材１６の上面には、流路２０の各出入口２０ａ、２０ｂのそれぞれに対応する位置に、各ピペット４６ａ、４６ｂの先端が進入する受け入れ口１６ｂが形成されている。各受け入れ口１６ｂは、各ピペット４６ａ、４６ｂから吐出された液体を各流路２０内に導くように、漏斗形状をしている。保持部材１６が各流路部材１２を挟み込んでプリズム１４と係合すると、各受け入れ口１６ｂの下面と、各出入口２０ａ、２０ｂとが接合し、各受け入れ口１６ｂと各流路２０とが連結される。
【００４５】
なお、センサユニット１０のプリズム１４や保持部材１６などに、例えば、非接触式のＩＣメモリであるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグなどを取り付けるようにしてもよい。例えば、読み込み専用のＲＦＩＤタグにセンサユニット１０毎の固有のＩＤ番号を書き込んでおき、各工程を行う前にこのＩＤ番号を読み込むことで、センサユニット１０の識別を行うことができる。これにより、複数のセンサユニット１０に対して同時に測定を行う場合にも、間違ったアナライトの注入や、測定結果の取り違えなどといった問題の発生を防止することができる。さらには、読み書き可能なＲＦＩＤタグを用いて、例えば、固定したリガンドの種類やリガンドを固定させた日時、及び反応させたアナライトの種類などを、各工程毎に書き込んでいくようにしてもよい。
【００４６】
図３は、全反射減衰を利用した測定装置としてのＳＰＲ測定装置３０の構成を概略的に示す説明図である。ＳＰＲ測定装置３０は、センサユニット１０の金属膜２５上での試料の反応状況に応じたＳＰＲ信号を取得する測定部３１と、センサユニット１０の各流路２０に種々の液体を送液する送液ヘッド３２とから構成されている。また、これらの各部は、図示を省略したコントローラによって統括的に制御される。
【００４７】
測定部３１は、前述のように、センサユニット１０に全反射条件を満足するように光を照射する照明４０と、センサユニット１０によって全反射した光を受光して電気信号に光電変換する検出器４２とからなる。照明４０と検出器４２とは、図示を省略した測定ステージに固定される。測定ステージは、例えば、台形状に成形された台座であって、照明４０と検出器４２とを全反射条件を満足する所定の角度で固定するとともに、センサユニット１０を着脱自在に保持して照明４０の光路上にセンサユニット１０を位置決めする。
【００４８】
照明４０は、プリズム１４に応じた幅の光を照射する、いわゆるライン照明であって、センサユニット１０に含まれる６つのセンサセル１８に同時に照明光を入射させる。また、検出器４２もプリズム１４に応じた幅を有しており、照明４０から照射され、プリズム１４の上面で反射した光を全て受光する。例えば、検出器４２としてＣＣＤエリアセンサを用いた場合、反射光を受光することによって得られた信号を画像処理することにより、各センサセル１８のそれぞれに対応したＳＰＲ信号を認識することができる。このように、測定部３１は、各センサセル１８のＳＰＲ信号を同時に測定する。
【００４９】
なお、本例では、プリズム１４の幅に応じた光を照射する１つの照明４０で各センサセル１８を照射するようにしているが、これに限ることなく、例えば、各センサセル１８のそれぞれに応じた数の照明を設けて各センサセル１８を照射するようにしてもよいし、単一光源からの光を分光して各センサセル１８を照射するようにしてもよい。また、本例では、１つの検出器４２で各センサセル１８のＳＰＲ信号を同時に測定するようにしているが、各センサセル１８のそれぞれに応じた数の検出器を設けて、各センサセル１８のＳＰＲ信号を同時に測定するようにしてもよい。
【００５０】
送液ヘッド３２には、流路２０の各出入口２０ａ、２０ｂのそれぞれにアクセスするピペット４６ａ、ピペット４６ｂからなるピペット対４６が設けられている。図３では省略されているが、ピペット対４６は、各センサセル１８のそれぞれに対応して設けられており、送液ヘッド３２は、各センサセル１８の流路２０に同時に液体の注入及び排出を行うことができる。各ピペット４６ａ、４６ｂのそれぞれには、例えば、シリンジポンプが接続されており、各シリンジポンプの駆動に応じて液体の吸引と吐出とが制御される。また、送液ヘッド３２には、ヘッド移動機構３３が接続されている。ヘッド移動機構３３は、例えば、搬送ベルト、プーリ、キャリッジ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、図示を省略したコントローラの制御の下、送液ヘッド３２を前後左右上下の３方向に移動させる。
【００５１】
各ピペット４６ａ、４６ｂの先端部は、交換可能なチップ状（以下、「ピペットチップ」と称す）にされている。ピペットチップは、送液する液体と直接接触するので、各ピペット４６ａ、４６ｂを介して異種の液体の混液が生じないように、送液毎に交換される。ＳＰＲ測定装置３０には、複数のピペットチップを保管するピペットチップ保管部（図示は省略）が設置されている。ピペットチップの交換は、ヘッド移動機構３３を駆動して送液ヘッド３２をピペットチップ保管部にアクセスさせることによって行われる。
【００５２】
また、ＳＰＲ測定装置３０には、各流路２０へ注入する種々の液体（リガンド溶液、アナライト溶液、洗浄液、バッファ液など）を保管するウエルプレート３４が設置されている。ヘッド移動機構３３は、送液ヘッド３２を移動させて、ウエルプレート３４や測定ステージにセットされたセンサユニット１０などにアクセスさせる。
【００５３】
送液ヘッド３２には、各ピペット４６ａ、４６ｂのそれぞれを独立に突出させるピペット突出機構（図示は省略）が組み込まれている。送液ヘッド３２は、ウエルプレート３４にアクセスして各ウエル内の液体を吸引する際、図４（ａ）に示すように、液体を吸引するピペットのみを突出させて、ウエル内の液体に浸す。これにより、例えば、他方のピペットがウエル内に侵入して、異なる液体に浸されてしまうことなどが防止される。なお、本例では、１つのウエルプレート３４の各ウエルに異なる液体を保管するようにしているが、保管する液毎に個別のウエルプレートを設けるようにしてもよい。
【００５４】
一方、送液ヘッド３２で各流路２０に液体を送液する際には、図４（ｂ）に示すように、各ピペット４６ａ、４６ｂを、流路２０の各出入口２０ａ、２０ｂに挿し込む。送液ヘッド３２は、この状態で各ピペット４６ａ、４６ｂの一方から吸引した液体を吐出し、他方から各流路２０内の流体（空気や予め注入されていた液体など）を吸引することにより、各流路２０内の流体を入れ換えるようにして送液を行う。
【００５５】
ＳＰＲ測定装置３０は、固定工程を行う際、各センサセル１８のうち少なくとも１つには、リガンドの固定を行わないようにする。これにより、リガンドが固定されたセンサセル１８のリンカー膜２６が前述の測定領域となり、リガンドが固定されなかったセンサセル１８のリンカー膜２６が前述の参照領域となる。リンカー膜２６上の屈折率は、アナライト溶液の送液によっても当然変化するので、必要となる参照領域の数は、アナライトの種類が異なるか否かによって決まる。
【００５６】
例えば、薬剤のスクリーニングなど、複数種類のリガンドに対する１種類のアナライトの反応を見たい場合には、１箇所の参照領域を用意すればよい。つまり本例では、５つのセンサセル１８のリンカー膜２６に異なる種類のリガンドを固定させてそれぞれを測定領域とし、残り１つのセンサセル１８のリンカー膜２６を参照領域とする。データ解析にあっては、各測定領域の測定信号から１つの参照信号を差し引くようにすればよい。
【００５７】
反対に、タンパク質の同定など、１種類のリガンドに対する複数種類のアナライトの反応を見たい場合には、送液するアナライト毎に参照領域を用意する。つまり本例では、３つのセンサセル１８のリンカー膜２６に同じリガンドを固定させてそれぞれを測定領域とし、残り３つのセンサセル１８のリンカー膜２６をアナライト毎の参照領域とする。データ解析にあっては、測定信号から同じアナライト溶液を送液した参照領域の参照信号を差し引くようにすればよい。なお、測定領域とするセンサセル１８と参照領域とするセンサセル１８との位置や組み合わせなどは、任意でよく、データ解析の際に対応する測定信号と参照信号とが判別できるようにしておけばよい。
【００５８】
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、１種類のリガンドに対する複数種類のアナライトの反応を見る場合を例に、上記構成によるＳＰＲ測定装置３０の作用について説明する。リガンドとアナライトとの反応状況を測定する際には、まず、センサユニット１０を測定ステージにセットし、照明４０の光路上に各センサセル１８が来るように位置決めする。前述のように、ＳＰＲ測定装置３０は、センサユニット１０にリガンドを固定する固定工程と、固定したリガンドにアナライトを接触させて、その際のＳＰＲ信号を取得する測定工程と、取得したＳＰＲ信号を解析するデータ解析工程とを行って、リガンドとアナライトとの反応状況を測定する。
【００５９】
ＳＰＲ測定装置３０は、センサユニット１０がセットされた後、オペレータからの固定開始指示が入力されたことに応じて固定工程を開始する。ＳＰＲ測定装置３０のコントローラは、固定開始指示が入力されたことに応答してヘッド移動機構３３を駆動し、送液ヘッド３２をウエルプレート３４に移動させる。送液ヘッド３２をウエルプレート３４にアクセスさせたコントローラは、ピペット突出機構を駆動してピペット４６ａを突出させ、リガンド溶液を保管するウエル内にピペット４６ａを進入させる。この際、コントローラは、送液ヘッド３２に含まれる６つのピペット４６ａのうち、測定領域とすべき３つのセンサセル１８に対応した３つのピペット４６ａのみを突出させる。ウエル内に進入してリガンド溶液に浸された各ピペット４６ａは、所定量のリガンド溶液を吸引する。ピペット４６ａにリガンド溶液を吸引させたコントローラは、送液ヘッド３２をセンサユニット１０に移動させ、各ピペット４６ａ、４６ｂを、各流路２０の出入口２０ａ、２０ｂに挿し込む。
【００６０】
各ピペット４６ａ、４６ｂを挿し込んだコントローラは、ピペット４６ａが吐出、ピペット４６ｂが吸引を行うように、リガンド溶液を吸引保持した各ピペット対４６を駆動し、対応する流路２０内にリガンド溶液を注入する。これにより、測定領域となるセンサユニット１８のリンカー膜２６にリガンドが固定され、固定工程が終了する。なお、流路２０にリガンド溶液を注入する前には、前述のように、各流路２０内の洗浄やリンカー膜２６の活性化処理などが行われる。また、固定化が進行している間、各流路２０内のリガンド溶液を静置しておいてもよいが、各ピペット４６ａ、４６ｂの吸引と吐出とを交互に駆動し、流路２０内のリガンド溶液を攪拌して流動させるようにしてもよい。
【００６１】
測定領域となる各センサセル１８のリンカー膜２６にリガンドを固定させたＳＰＲ測定装置３０は、温度などの環境条件を一定に保った状態でセンサユニット１０を保持し、オペレータからの測定開始指示が入力されたことに応じて測定工程を開始する。コントローラは、測定開始指示が入力されたことに応答して、照明４０と検出器４２とによるデータ読み取りを開始させる。また、これと同時に、ヘッド移動機構３３を駆動して送液ヘッド３２をウエルプレート３４に移動させる。ウエルプレート３４に送液ヘッド３２を移動させたコントローラは、ピペット突出機構を駆動して各ピペット４６ａを突出させ、各ピペット４６ａに所定量のアナライト溶液を吸引させる。この際、コントローラは、測定領域に対応するピペット４６ａと参照領域に対応するピペット４６ｂとを１組として、各組のピペット４６ａ毎に異なる３種類のアナライト溶液を吸引させる。
【００６２】
各ピペット４６ａにそれぞれのアナライト溶液を吸引させたコントローラは、送液ヘッド３２をセンサユニット１０に移動させ、各流路２０の出入口２０ａ、２０ｂに、各ピペット４６ａ、４６ｂを挿し込む。各ピペット４６ａ、４６ｂを挿し込んだコントローラは、ピペット４６ａが吐出、ピペット４６ｂが吸引を行うように各ピペット対４６を駆動し、各流路２０内にアナライト溶液を注入する。
【００６３】
リガンドが固定された測定領域用のリンカー膜２６上では、アナライト溶液の注入に応じてリガンドとアナライトとが反応を始める。これにより、測定領域用の各リンカー膜２６からの反射光に応じたＳＰＲ信号が、測定信号として取得される。一方、リガンドが固定されていない参照領域用のリンカー膜２６上では、当然、アナライトの反応が生じない。これにより、参照領域用の各リンカー膜２６からの反射光に応じたＳＰＲ信号が、アナライト溶液の送液にともなうリンカー膜２６上の屈折率の変化に応じた参照信号として取得される。
【００６４】
各信号を取得したＳＰＲ測定装置３０は、照明４０と検出器４２とによるデータ読み取りを停止し、測定工程を終了する。なお、本例では省略したが、測定工程では、データ読み取りを開始した後、アナライト溶液を送液する前後に測定用バッファ液を各流路２０に送液する。これにより、検出器４２は、基準レベル（ベースライン）の検出、アナライトとリガンドの反応状況（結合状況）、結合したアナライトとリガンドとの脱離までの各ＳＰＲ信号を取得する。
【００６５】
測定工程を終了したＳＰＲ測定装置３０は、各測定信号から対応する各参照信号を差し引いて測定データを算出し、この測定データを基にしてリガンドとアナライトとの反応状況を解析する。この際、本例では、測定信号と参照信号とを、それぞれ個別のセンサセル１８のリンカー膜２６から取得するようにしたので、表面の性質が同じリンカー膜２６から各信号が取得され、各信号間に非特異吸着の差が生じることを抑えることができる。これにより、上記測定データの算出を行うことによって、非特異吸着の影響が確実に防止される。
【００６６】
また、各流路２０を、溝部２０ｃが本体１２ａの短手方向に沿うように形成して、本体１２ａの長手方向に所定の間隔を隔てて並べて配置するようにしたので、各流路２０を流路部材１２内に高密度に配置することができる。これにより、流路２０を分けて測定信号と参照信号とを取得するようにした際にも、センサユニット１０の大型化が防止されので、ハイスループット化の妨げになることがない。
【００６７】
さらに、溝部２０ｃの中心が本体１２ａの長手方向の中心線ＣＬ上に位置するように各流路２０を形成したので、各ピペット対４６を各流路２０に挿し込む際の力が左右均等にバランスよく加わり、センサユニット１０の長手方向を軸とした傾きを防止して、傾きに起因する各ＳＰＲ信号の変動を抑えることができる。
【００６８】
なお、上記実施形態のセンサユニット１０は、６つのセンサセル１８を有しているが、センサセル１８は、測定領域用と参照領域用との少なくとも２つがあればよい。また、上記実施形態では、照明４０と検出器４２とによって、６つのセンサセル１８のＳＰＲ信号を同時に取得するようにしているが、これに限ることなく、照明４０と検出器４２とをそれぞれ測定信号用と参照信号用との２チャンネル分だけ設けて、センサユニット１０、もしくは測定部３１を移動させながら、センサユニット１０に含まれる複数のセンサセル１８の測定を行うようにしてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、各工程を一つのＳＰＲ測定装置３０で行うようにしているが、各工程毎に装置を分けるようにしてもよい。こうすることで、複数のセンサユニット１０を同時に処理することが可能となり、処理効率を向上させることができる。
【００７０】
また、上記実施形態では、誘電体ブロックとしてプリズム１４を示しているが、誘電体ブロックには、この他に、光学ガラスや光学プラスチックなどを板状にしたものや、これらの板状のものとプリズムとを光学面平滑剤（例えば、光学マッチングオイル）で一体化させたものなどを含めるものとする。
【００７１】
さらに、上記実施形態では、全反射減衰を利用した測定装置の一例として、ＳＰＲ測定装置を示したが、全反射減衰を利用した測定装置としては、この他に、例えば、漏洩モードセンサが知られている。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、ＳＰＲの共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射角の減衰を検出することにより、前記センサ面上の化学反応が測定される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】ＳＰＲを利用した測定方法を概略的に示す説明図である。
【図２】センサユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
【図３】ＳＰＲ測定装置の構成を概略的に説明する説明図である。
【図４】送液ヘッドの動作を説明する説明図である。
【図５】測定手順を概略的に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  センサユニット
１２  流路部材
１２ａ  本体
１４  プリズム（誘電体ブロック）
１８  センサセル
２０  流路
２０ａ  出入口
２０ｂ  出入口
２０ｃ  溝部
２５  金属膜（薄膜層）
２６  リンカー膜（高分子膜）
３０  ＳＰＲ測定装置
４０  照明
４２  検出器
４３  光源
【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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