(57)【要約】【課題】多数多種類の測定を同時に行う生体分子相互作用測定装置を得る。【解決手段】生体分子の相互作用を測定する測定装置であって、貴金属コーティングされた微粒子センサを形成した測定領域１０３を複数備えた測定チップ１０１と、測定領域１０１の光学特性を測定する二次元配列の受光素子が用いられたカラーＣＣＤアレイ３０８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体分子の相互作用を測定する測定装置であって、貴金属コーティングされた微粒子センサを形成した測定領域を複数備えた測定チップと、前記測定領域の光学特性を測定する二次元配列の受光素子が用いられたカラーＣＣＤアレイと、を備えたことを特徴とする生体分子相互作用測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のものにおいて、前記カラーＣＣＤアレイは少なくとも２つ以上の異なる波長帯域の計測が可能とされたことを特徴とする生体分子相互作用測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載のものにおいて、前記測定チップは、測定試料液を一時的に保持する測定試料保持領域と、測定後の試料液を貯えるための測定後試料保持領域と、前記測定試料保持領域から前記測定領域に接続された注入流路と、前記測定領域から前記測定後試料保持領域と、を備えたことを特徴とする生体分子相互作用測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載のものにおいて、前記測定チップは、測定試料液を一時的に保持する測定試料保持領域と、測定後の試料液を貯えるための測定後試料保持領域と、前記測定試料保持領域から前記測定領域に接続された注入流路と、前記測定領域から前記測定後試料保持領域と、を複数備え、それぞれは一対一となるように接続されたことを特徴とする生体分子相互作用測定装置。
【請求項５】
請求項１に記載のものにおいて、前記測定領域の光学特性は、測定用光ファイバを介して前記カラーＣＣＤアレイで測定されることを特徴とする生体分子相互作用測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生化学研究，医薬品開発，医療診断，食品検査等に用いられるバイオセンサの分子相互作用測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のセンサとしては、表面プラズモン共鳴法を利用したセンサが挙げられる。表面プラズモンとは、金属薄膜と誘電体の界面を伝播する自由電子の疎密波であり、界面における誘電率に大きく影響されることから、免疫センサ，ガスセンサなど検出原理に用いられている。
【０００３】
このセンサを応用した測定装置の具体的な構造例を図７に示す。  
プリズムなどの透明な高屈折率担体７１の表面に金または銀などの貴金属薄膜７２を形成する。薄膜２２の上には分子認識層７３が形成されている。薄膜７２の表面プラズモンを励起するためにプリズム側から平行光７４を光源７５から照射する。全反射する条件のもとで入射角度７６を変化させながら、正反射光７７を検出器７８で検出することにより、表面プラズモンの励起が確認できる。すなわち、表面プラズモンが励起される共鳴入射角度７９においては、入射光のエネルギーが表面プラズモン励起に消費されるため、反射光の強度が極度に減少する。分子認識層７３にターゲット生体分子が捕捉されると、共鳴入射角度８０において反射光の強度が極度に減少する。共鳴角度は界面から数１００ｎｍ以内の領域における誘電率に敏感に依存することから、共鳴角度を知ることにより金属表面に存在する分子認識層７３に存在する分子の誘電率を特定することができるため、センサとして利用できる。  
たとえば、薄膜７２の表面に特定の分子を認識して分子結合をする構造を作っておき、特定の分子の結合が生じると誘電率が変化するから、その分子に対応する反射角での反射光を監視していれば直ちに特定の分子が分子認識層７３に捕らえられたことを知ることができる。
【０００４】
表面プラズモン共鳴センサと比較して、簡易な光学系で計測が可能なセンサとして、特許文献１で貴金属微粒子センサを用いることが記載されている。  
貴金属微粒子センサの構造を図８に示す。基板８１上の貴金属薄膜８２に高分子，
ＳｉＯ2 ，ＴｉＯ2 等の微粒子８３を一層形成し、金，銀，銅，白金等の貴金属を蒸着もしくはスパッタすることにより、微粒子８３の上に金，銀，銅，白金等の帽子状微粒子
８４が形成できる（特許文献２）。  
貴金属微粒子が形成されたことにより、基板が顕著な発色を示す様になる(特許文献３)。発色現象は、白色光が反射される際に、一部の波長帯域の光が吸収されることにより生じる。貴金属微粒子の吸収ピーク波長は表面の屈折率に依存するため、表面における屈折率が変化する様な反応を検出する原理として利用でき（特許文献４）、また表面を抗体およびＤＮＡ等特異的吸着能を有する生体分子で修飾することにより、バイオセンサとして利用できる（特許文献１，特許文献５）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００―５５９２０号公報
【特許文献２】特開平１１―１７０３号公報
【特許文献３】特開平１０―３３９８０８号公報
【特許文献４】特開平１１―３２６１９３号公報
【特許文献５】特開２００２―３６５２１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の表面プラズモンセンサを利用した測定装置において、共鳴入射角度を測定するには、照射光の光源，金属薄膜，光検出器の位置関係を精度良く保持し、かつ駆動する必要がある。また、表面プラズモン共鳴方法は温度に敏感であるため、測定試料および装置全体の温度制御もしくは温度補正などが必要である。  
近年このような生体分子の相互作用測定に対する要求が高まりつつあるにもかかわらず装置の小型化および複数検体検出用を目的とした並列化が困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、多数多種類の測定対象に対して、同時に計測を行うことが可能な生体分子相互作用測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、生体分子の相互作用を測定する測定装置であって、貴金属コーティングされた微粒子センサを形成した測定領域を複数備えた測定チップと、前記測定領域の光学特性を測定する二次元配列の受光素子が用いられたカラーＣＣＤアレイと、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、センサチップ上に複数形成されたセンサ領域上で起きる複数の測定試料の相互作用をＣＣＤアレイセンサなどの光学デバイスによって同時に測定すること、及び測定条件ごとのセンサ，測定試料を分離し、かつ簡単に交換可能としているので、試料の汚染を防ぎ、また事前準備を容易にすること，多数の条件，試料に対する測定時間を短縮すること、ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
複数の貴金属微粒子センサ領域を持つチップと、二次元アレイ状光学素子を利用した測定装置の構造を以下に説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１〜図４を参照して、本発明による第一の実施例を説明する。  
図１に本発明による測定用チップの概略構造を示す。測定チップ１０１は、測定試料液を一時的に保持する領域１０２と、貴金属微粒子センサを形成された測定領域１０３と、測定後の試料液を貯える測定後試料保持領域１０５をそれぞれ複数備えており、これらは二次元配列状に配置されている。また、各々の試料液保持領域と測定領域と測定後試料保持領域１０５は注入流路１０４と排出流路１０６によって一対一で接続されている。図１の破線部の拡大図を図２に示す。
【００１２】
図３に測定チップ１０１の断面、及び、測定装置の概略構成を示す。測定チップ１０１は測定チップ基板３０１と測定チップ天板３０２からなっており、測定チップ基板３０１上には測定領域１０３に対応する位置に粒子径約１００ｎｍ程度の貴金属微粒子センサ
３０３が形成されている。また測定チップ天板３０２には測定試料保持領域１０２，測定領域１０３，測定後試料保持領域１０５、及び注入流路１０４（図示しない），排出流路１０６（図示しない）が形成されている。また、測定試料保持領域１０２及び測定後試料保持領域１０５は天板側が開放になっており、試料液の注入排出が可能である。また、測定チップ天板３０２は後述する光学的測定を妨げないように、石英ガラスや、ポリスチレン樹脂，シリコン樹脂などの光透過性の高い材質であることが望ましい。
【００１３】
測定チップ１０１の測定チップ天板３０２側には、測定プローブ３０４が配置される。
測定プローブ３０４は、測定領域１０３に対応する様に二次元的に配置された測定用光ファイバアレイ３０５を備えており、一方の端は測定領域１０３に向けて配置され、もう一方は、測定用光ファイバ３０６と光源用光ファイバ３０７に分岐している。測定用光ファイバ３０６の端面はカラーＣＣＤアレイ３０８の受光面に対しアレイ状に配置され、光源用光ファイバ３０７の端面には白色光源３０９から、レンズ３１０を経由した平行光が入射する。入射した平行光は、測定領域１０３に入射し、その反射光の一部は測定用光ファイバ３０６を経てアレイ状にカラーＣＣＤアレイ３０８に入射し、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの光強度信号に変換され、データ処理装置（図示しない）に記録される。カラーＣＣＤアレイ３０８は少なくとも２つ以上の異なる波長帯域の計測が可能とされている。
【００１４】
また、測定チップ１０１の測定チップ天板３０２側には、測定試料保持領域１０２に対応して加圧プローブ３１１が配置されている。加圧プローブ３１１は圧力チャンバ３１２と、測定試料保持領域１０２に対応した加圧流路３１３を備えており、圧力チャンバ313には加圧ポンプ３１４が接続され、圧縮空気が供給可能となっている。
【００１５】
相互作用の測定について、複数の抗原抗体試料の結合測定を行う場合として説明する。
測定領域１０３の各々の貴金属微粒子センサ３０３に結合測定したい一方の試料である各々の抗体をそれぞれ固定する。固定方法は、測定チップ基板３０１と測定チップ天板
３０２を張り合わせる前に貴金属微粒子センサ３０３に抗体を滴下して固定する方法や、抗体溶液を測定チップ１０１の測定試料保持領域１０２から注入流路１０４を経て注入する方法が良い。この後、緩衝溶液を測定領域１０３と注入流路１０４に満たしておく。
【００１６】
次に、測定チップ１０１の測定試料保持領域１０２に測定したいもう一方の試料である抗原溶液を各々注入しておく。  
続いて、図３に示すように測定チップ１０１を測定装置にセットし、光学測定を開始する。加圧プローブを測定チップ１０１に密着させ、加圧ポンプ３１４によって各々の測定試料保持領域１０２に空気圧を加えることにより、前述のように注入しておいた抗原溶液が、測定試料保持領域１０２から注入流路１０４を経由して、各々の測定領域１０３に注入される。このとき、貴金属微粒子センサ３０３上で、先に固定しておいた抗体と、注入された抗原が結合を起した場合、センサの光学的特性が変化し、反射光を分光器にかけて得られる波長とその波長における強さを示した波長スペクトル形状が変化する。貴金属微粒子センサ３０３の粒子径が約１００ｎｍ程度の場合、反射光の吸収ピークは約５５０
ｎｍ程度にあり、結合が起きた場合はピーク波長が長波長側に移動することが知られている。このとき、ピーク波長域である緑色（Ｇ）の短波長側である青色（Ｂ）（約４００
ｎｍ以下）と、長波長側である赤色光（Ｒ）（主に６００ｎｍ以上）では光強度の増減が逆に現れ、それぞれ抗原抗体の結合量に相関があるため、青色と赤色の差分を取って信号のＳ／Ｎ比を改善し、結合シグナルとして記録する。
【００１７】
図４に、Ａｖｉｄｉｎ（抗原）とＡｎｔｉ−Ａｖｉｄｉｎ（抗体）の結合シグナルを示す。赤色と青色のシグナル強度の差分を取ることで、Ａｎｔｉ−Ａｖｉｄｉｎ（抗体）を添加した際に結合が生じて信号が増大していることが見て取れる。
【００１８】
以上、別々の抗原抗体の組み合わせについて、同時かつ簡単に相互作用の測定を行うことが可能となる。なお、測定可能な点数は、チップ上に形成する領域の数と、受光素子の画素数に依存するため、非常に多くの計測が可能となる。
【実施例２】
【００１９】
図５，図６を参照して第二の実施例を説明する。  
図５は測定用チップの概略構造を示す。測定チップ５０１は、測定試料液を一時的に保持する領域５０３と、貴金属微粒子センサ領域５０２をアレイ状に複数形成された流路
５０５と、測定後の試料液を保持する領域５０４を備えており、試料液保持領域５０３と測定後試料液保持領域５０４は流路５０５によって接続されている。
【００２０】
図６は、相互作用測定の概略構成を示す。実施例１と同様、測定チップ５０１は測定チップ基板６０１と測定チップ天板６０２からなっており、測定チップ基板６０１上には貴金属微粒子センサ領域５０２が形成され、測定チップ天板６０２には試料液保持領域503と測定後試料液保持領域５０４，流路５０５が形成されている。また、実施例１と同様、測定チップ天板６０２は光透過性の高い材質であることが望ましい。
【００２１】
アレイ状に形成された貴金属微粒子センサ領域５０２のそれぞれには、あらかじめ複数種類の抗体等の生体分子を固定させておく。試料液保持領域５０３に測定試料液を滴下し、実施例１と同様に加圧プローブ（図示しない）によって空気圧を加えると、測定試薬液は流路５０５を経由して、貴金属微粒子センサ領域５０２のそれぞれと接触し、固定された生体分子と反応する。このとき、白色光源６０３からレンズ６０４を経て貴金属微粒子センサ領域５０２に入射した光の反射光は、ビームスプリッタ６０５，レンズ６０６を経由して、カラーＣＣＤアレイに入射する。これによって、実施例１と同様に抗原抗体反応などの相互作用測定を計測する。
【００２２】
本実施例によれば、実施例１の様に多種類対多種類の同時計測は不可能であるが、例えば、アレルギーに関する血液検査のように、１種類の検体溶液に対し、多種類の抗体の反応を知りたい等の場合に、比較的簡単な構造で多種類の測定を同時に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態による測定チップの平面図。
【図２】図１の拡大図。
【図３】本発明の一実施の形態による測定装置のブロック図。
【図４】一実施の形態による測定例を示すグラフ。
【図５】他の実施の形態による測定チップの平面図。
【図６】他の実施の形態による測定装置のブロック図。
【図７】従来技術によるセンサを応用した測定装置を示す概略図。
【図８】従来技術による貴金属微粒子センサの構造を示す側面図。
【符号の説明】
【００２４】
１０１…測定チップ、１０２…測定試料保持領域、１０３…測定領域、１０４…注入流路、１０５…測定後試料保持領域、１０６…排出流路、３０１…測定チップ基板、３０２…測定チップ天板、３０３…貴金属微粒子センサ、３０４…測定プローブ、３０５…測定用光ファイバアレイ、３０６…測定用光ファイバ、３０７…光源用光ファイバ、３０８…カラーＣＣＤアレイ、３０９…白色光源、３１０…レンズ、３１１…加圧プローブ、312…圧力チャンバ、３１３…加圧流路、３１４…加圧ポンプ。
【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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