(57)【要約】【課題】  プリズム及び流路部材に応力が掛かることを防いで、高い密着性を保つ。【解決手段】  全反射減衰を利用した測定装置に用いられるセンサユニット１２は、プリズム２１及び流路部材２２からなる。プリズム２１には、上面に金属膜（薄膜層）２６が形成されている。流路部材２２には、金属膜２６に液体を送液する流路３１が形成されている。流路部材２２の底面と、プリズム２１の上面とがレーザー溶着などによって接合されているので、保持部材などが不要となり、応力が掛かかることがない。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面が試料の反応を検知するセンサ面となる薄膜が一面に形成されるとともに、光源から照射された光を前記薄膜の裏面に全反射条件を満たすように入射させ前記裏面で反射した反射光を出射する透明な誘電体ブロックと、
前記センサ面を含む前記誘電体ブロックの一面に当接して、前記一面と対向する対向面に設けられた溝部で前記センサ面を覆うことにより、前記試料が溶解した試料溶液を前記センサ面に送液する流路を形成する流路部材とを備えたセンサユニットにおいて、
前記誘電体ブロックと、前記流路部材とを接合したことを特徴とするセンサユニット。
【請求項２】
前記誘電体ブロックと前記流路部材との接合をレーザー溶着によって行う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】
前記誘電体ブロックと前記流路部材との接合を超音波溶着によって行う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４】
前記誘電体ブロックと前記流路部材との接合を熱溶着によって行う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５】
前記誘電体ブロックと前記流路部材との接合を接着によって行うことを特徴ととする請求項１記載のセンサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全反射減衰を利用した測定装置に用いられるセンサユニット関する。
【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。ＳＰＲ測定装置は、この反射光の減衰を捉えることにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。
【０００６】
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、生理的食塩水や純粋、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、その相互作用を調べている。
【０００７】
また、特許文献１記載のＳＰＲ測定装置には、装置本体にプリズムと流路とが配置された測定ステージが設けられており、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装着することで、前述の測定が行われる。
【０００８】
通常、リガンドの固定が完了するまでには１時間程度を有し、数分程度で終了する測定と比べて非常に時間がかかる。特許文献１記載のＳＰＲ測定装置では、固定工程と測定工程とを同一の測定ステージ上で行うため、固定工程を行っている間は測定ステージが占有されてしまい、他のセンサユニットの測定工程を行うことができないなど、作業が滞りがちになってしまうという問題があった。
【０００９】
また、作業効率を上げるために、複数のセンサユニットの固定工程を先に行っておき、測定工程をまとめて行うことも考えられるが、センサユニットは、センサ面を露出させており、固定工程を行ったものを保存しておくと、センサ面が乾燥して試料が変性や失活を起こしたり、センサ面に不純物が付着するなどして、正確な測定を行うことができなくなってしまうことがあった。
【００１０】
これらの問題を解決するため、本出願人は、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たＳＰＲ測定装置を提案している（例えば、特願２００４−２８７６１５号明細書参照）。
【００１１】
このＳＰＲ測定装置では、センサユニット自体に流路とプリズムとが設けられているので、複数のセンサユニットの固定工程と測定工程とを並列に行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。また、流路が設けられたことにより、固定工程を行ったものを保存しておく際に、液体を注入した状態で保存することができ、センサ面の乾燥などを防ぐことができる。
【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】
【００１２】
しかしながら、上述のような流路とプリズムとを設けたセンサユニットの構成にする場合、流路部材の底面とプリズムの上面とを高い密着性を持った状態で接合しなければならないことから、上記特許文献１記載のセンサユニットでは、プリズムに流路部材を強く押し付けつつ、これらのプリズム及び流路部材を保持することが可能な保持部材を設ける構成としていた。このような保持部材を設けた場合、プリズムと流路部材との接合面に常に応力が働く状態となるため、プラスチックから形成されたプリズム及び流路部材にはクリープ現象（長時間応力を受けることにより生じるプラスチックの変形）が発生することになり、このクリープの発生によってシール性が低下してしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、プリズム（誘電体ブロック）と流路部材とを一体化し、且つこれらプリズム（誘電体ブロック）及び流路部材に応力が掛かることを防いで、高い密着性を保つことが可能なセンサユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明のセンサユニットは、表面が試料の反応を検知するセンサ面となる薄膜が一面に形成されるとともに、光源から照射された光を前記薄膜の裏面に全反射条件を満たすように入射させ前記裏面で反射した反射光を出射する透明な誘電体ブロックと、前記センサ面を含む前記誘電体ブロックの一面に当接して、前記一面と対向する対向面に設けられた溝部で前記センサ面を覆うことにより、前記試料が溶解した試料溶液を前記センサ面に送液する流路を形成する流路部材とを備えたセンサユニットにおいて、前記誘電体ブロックと、前記流路部材とを接合したことを特徴とする。
【００１５】
なお、本発明における「接合」とは、無理な力を加えない限り互いに分離しない状態とすることをいう。そして、前記誘電体ブロックと前記流路部材との接合をレーザー溶着、又は超音波溶着、又は熱溶着、又は接着によって行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のセンサユニットによれば、誘電体ブロックと、流路部材とを接合したので、これらを押し付ける保持部材などが不要となり、応力が掛かかることがないから、クリープの発生を防いで、高い密着性を保つことができる。また、保持部材が不要となることから部品点数が減少して簡単な構成となり、コストダウンを図ることができる。
【００１７】
また、誘電体ブロックと流路部材との接合をレーザー溶着、又は超音波溶着、又は熱溶着、又は接着によって行うことで、より確実に接合することができるので、さらに密着性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、全反射減衰を利用した測定装置としてのＳＰＲ測定装置２の概略構成を示すブロック図である。ＳＰＲ測定装置２は、リガンドの固定（固定工程）を行う固定機４と、固定化したリガンドにアナライトを加えて両者の反応状況を測定（測定工程）する測定機６と、この測定機６によって得られたデータの解析（データ解析工程）を行うデータ解析機８とから構成されている。また、固定工程と測定工程とは、別体となったセンサユニット１２に対して行われ、複数の試料の測定が円滑に行われるようにされている。
【００１９】
図２は、センサユニット１２の概略構成を示す分解斜視図である。センサユニット１２は、上面に金属膜（薄膜層）２６が形成されたプリズム（誘電体ブロック）２１と、金属膜２６に液体を送液する流路３１が形成された流路部材２２とから構成されており、これらプリズム２１の上面と、流路部材２２の底面とを接合して一体化されている。なお、本発明における「接合」とは、無理な力を加えない限り互いに分離しない状態とすることをいう。
【００２０】
流路部材２２は、長尺状に成型されており、その長手方向に沿って３つの流路３１が設けられている。流路３１は、略Ｕ字型に屈曲された送液管であり、液体を注入する注入口３１ａと、その液体を排出する排出口３１ｂとを有している。流路３１の管径は約１ｍｍ程度であり、注入口３１ａと排出口３１ｂとの間隔は、約１０ｍｍ程度である。また、流路３１の底部は開放されており、この開放部位は、プリズム２１と圧接した際に、金属膜２６によって覆われて密閉される。以下、金属膜２６のうち、この開放部位で囲まれた部分（図３参照）を、センサセル２７と称す。なお、本例では、流路３１の数が３つの例を説明したが、流路３１の数は、３つに限らず、１つ又は２つであってもよいし、４つ以上でもよい。
【００２１】
プリズム２１は、その上面が３つの流路３１と対向するように、流路部材２２の長手方向の長さよりも若干長めに形成されている。プリズム２１の上面には、各流路３１と対面する短冊状の金属膜２６が、例えば、蒸着によって形成される。この金属膜２６には、例えば、金や銀が用いられ、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。なお、この膜厚は、金属膜２６の素材や、照射される光の波長などに応じて適宜選択される。
【００２２】
金属膜２６の上面で各流路３１に対応する位置（センサセル２７内）には、リガンドを固定させるためのリンカー膜２８が形成されている。以下、金属膜２６のうち、リンカー膜２８が形成された側の面をセンサ面２６ａ、この裏面（プリズム２１に接触している面）を光入射面２６ｂ（図１０参照）と称す。プリズム２１は、入射した光を光入射面２６ｂに向けて集光するものであり、金属膜２６は、全反射条件を満たすように光入射面２６ｂに光が入射した際に、センサ面２６ａでＳＰＲを発生させる。
【００２３】
また、図３に示すように、金属膜２６上に形成されたリンカー膜２８には、リガンドが固定されてアナライトとリガンドとの反応が生じる測定領域（以下、ａｃｔ領域と称す）２８ａと、リガンドが固定されず、ａｃｔ領域２８ａの信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（以下、ｒｅｆ領域と称す）２８ｂとが設けられている。このｒｅｆ領域２８ｂは、リンカー膜２８を製膜する際に形成される。その形成方法としては、例えば、リンカー膜２８に対して表面処理を施し、リンカー膜２８の半分程度の領域について、リガンドと結合する結合基を失活させることにより、リンカー膜２８の半分がａｃｔ領域２８ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２８ｂとなる。
【００２４】
プリズム２１の両端部には、突部２１ａが設けられている。この突部２１ａは、センサユニット１２を、図示せぬホルダに収納する際に用いられるものであり、ホルダに形成されたスリットと係合して、センサユニット１２をホルダ内の所定の収納位置に位置決めする。
【００２５】
これらのプリズム２１及び流路部材２２の接合は、本実施形態においては以下で説明するレーザー溶着によって行われる。なお、このレーザー溶着を行ううえで好適な構成として、流路部材２２の底面２２ａには、下方へ突出する当接部２２ｂを有する。この当接部２２ｂは、流路３１の周りを囲むフランジ状に形成されている。さらに、本実施形態では、レーザー透過溶着法によるレーザー溶着を行うので、プリズム２１の材料としては、以下の表１に示す光透過性樹脂部品を使用し、流路部材２２としては光吸収性樹脂部品を使用する。
【００２６】
【表１】
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プリズム２１に使用する光透過性樹脂部品の場合は、できるだけレーザービームを透過させなければならず、それに合わせて樹脂及び着色材料の種類を選定する。なお、レーザービームを透過させる場合は、非晶性樹脂の方が好ましいが、結晶性樹脂を使用することもできる。また、プリズム２１に着色材料を使用する場合は、レーザービームを吸収・散乱させやすい顔料は不向きであり、染料を使用することが好ましい。
【００２７】
一方、流路部材２２に使用する光吸収性樹脂部品の場合は、レーザービームを吸収しやすいものが好ましいが、レーザー吸収色素によって着色していれば、非晶性樹脂及び結晶性樹脂のどちらでもよく、本実施形態では例えばＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレン）を使用する。また、流路部材２２に使用する着色材料としては、顔料系吸収色素及び染料系吸収色素のどちらも使用することができるが、着色材料として顔料系吸収色素、例えばカーボンブラックだけを使用すると、レーザービームの吸収率が高すぎて局部的に異常な発熱が起こる危険性があるため、顔料系吸収色素と染料系色素とを組み合わせて発熱量をコントロールすることが好ましい。
【００２８】
レーザー溶着を行うときには、先ず図４（Ａ）に示すようにプリズム２１の上面２１ｂと、流路部材２２の当接部２２ｂとを当接した状態にする。なお、このとき、流路３１の内部にリンカー膜２８が位置するようにプリズム２１及び流路部材２２を正確に位置決めしておく。次に図４（Ｂ）に示すように、プリズム２１の下方からレーザービーム４０を照射し、流路部材２２の当接部２２ｂに到達させる。上述したようにプリズム２１には、光透過性樹脂部品を使用しているので、プリズム２１内を透過してレーザービーム４０が流路部材２２に照射される。このようにレーザービーム４０を照射させると、上述したように流路部材２２には、光吸収性樹脂部品を使用しているので、プリズム２１との接触部分、すなわち当接部２２ｂが発熱し溶解する。そして、このときの熱が流路部材２２からプリズム２１に熱伝導してプリズム２１も溶解する。これによって、プリズム２１と流路部材２２とが接合される。
【００２９】
なお、プリズム２１と流路部材２２とを接合させる方法としてはレーザー溶着に限らず、他の接合方法、例えば超音波溶着や、熱溶着、振動溶着、高周波誘導加熱溶着でもよい。以下では超音波溶着で接合を行う場合について図６を用いて説明する。なお、この超音波溶着を行う場合にいおいても、流路部材２２は、その底面側に当接部２２ｂが形成されている。また、プリズム２１及び流路部材２２は、熱可塑性樹脂で形成されていることが好ましく、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＥＴ（ポリエチレン）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン），ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート），ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド），ＬＣＰ（液晶ポリマー）などから形成されていることが好ましい。
【００３０】
この超音波溶着を行うときには、先ず図５（Ａ）に示すようにプリズム２１の上面と、流路部材２２の当接部２２ｂとを当接した状態にする。なお、このとき、流路３１の内部にリンカー膜２８が位置するようにプリズム２１及び流路部材２２を正確に位置決めしておく。次に図５（Ｂ）に示すように、プリズム２１の下方から超音波ウェルダ（超音波溶着機）のホーン４５を押し当ててプリズム２１に超音波を伝達させる。これによって、流路部材２２の当接部２２ｂとプリズム２１の上面２１ｂとの接触部分に強力な摩擦熱を発生させてその部分を溶融し接合させる。
【００３１】
また、熱溶着による接合を行う場合は、先ず図６（Ａ）に示すように、流路部材２２の当接部２２ｂにホットプレート（熱板）５０を接触させて溶融し、この溶融した当接部２２ｂが冷えて固まる前にプリズム２１と接触させて接合する（図６（Ｂ））。
【００３２】
なお、センサユニット１２のプリズム２１、流路部材２２などに、例えば非接触式のＩＣメモリであるＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ＩＤｅｎｔｉｆｃａｔｉｏｎ）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１２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１２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１２に対して同時に固定や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。
【００３３】
図７は、固定機４の構成を概略的に示す斜視図である。固定機４の土台となる筐体ベース６０の上には、複数のセンサユニット１２を載置する載置スペース６１が確保されている。センサユニット１２は、この載置スペース６１に載置された状態で固定工程の処理が施される。
【００３４】
センサユニット１２は、ホルダ６２に収納された状態で、載置スペース６１に載置される。ホルダ６２は、センサユニット１２を複数個（本例では、８個）収納できるようになっている。ホルダ６２には、センサユニット１２の突部３８と嵌合して、センサユニット１２を位置決めするスリットが設けられている。また、ホルダ６２の底部には、センサユニット１２の両端部を支持する支持部を除いて、開口が形成されている。後述するように、測定工程においてセンサユニット１２をホルダ６２から取り出す場合には、この開口から押し上げ部材８６ａ（図８参照）を挿入して、センサユニット１２を押し上げる。
【００３５】
載置スペース６１には、ホルダ６２を、例えば、１０個並べて配置することができるようになっており、その数に応じた台座６３が設けられている。また、各台座６３には、ホルダ６２を位置決めするための位置決め用ボスが形成されている。
【００３６】
また、固定機４には、３組のピペット対６５を連装したピペットヘッド６４が設けられている。このピペットヘッド６４は、ホルダ６２を介して載置スペース６１に配列された各センサユニット１２にアクセスして、液体の注入や排出を行う。各ピペット対６５は、１対のピペット６５ａ、６５ｂ（図１０参照）からなり、各ピペット６５ａ、６５ｂは、各センサユニット１２の注入口３１ａ、排出口３１ｂのそれぞれに挿入される。各ピペット６５ａ、６５ｂは、それぞれ流路３１への液体の注入と、流路３１からの吸い出しを行う機能とを備えており、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。ピペットヘッド６４には、ピペット対６５が３組設けられているので、１つのセンサユニット１２に含まれる３つの流路３１に対して同時に液体を注入、もしくは排出を行うことができる。さらに、固定機４には、図示せぬコントローラが設けられている。ピペットヘッド６４の吸い込みや吐き出しの動作は、このコントローラによって制御され、吸い込み量や吐き出し量、及びタイミングなどが、ピペット対６５毎にそれぞれ決定される。
【００３７】
筐体ベース６０には、ピペットヘッド６４をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させるヘッド移動機構６６が設けられている。ヘッド移動機構６６は、例えば、搬送ベルト、プーリ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、ピペットヘッド６４を上下させる昇降機構と、この昇降機構ごとピペットヘッド６４をＹ方向に移動自在に保持するガイドレール６８を含むＹ方向移動機構と、ガイドレール６８を両端で保持し、ガイドレール６８ごとピペットヘッド６４をＸ方向に移動させるＸ方向移動機構とからなる。ヘッド移動機構６６は、コントローラによって制御されており、コントローラは、このヘッド移動機構６６を駆動して、ピペットヘッド６４の上下左右前後の位置を制御する。
【００３８】
また、筐体ベース６０の上には、載置スペース６１の他に、流路３１に注入する種々の液体を保管する複数の液保管部７１と、ピペットチップ７２を保管するピペットチップ保管部７３と、ウエル状の複数の升がマトリクス配列されたウエルプレート７４とが設けられている。
【００３９】
液保管部７１の数は、例えば、リガンド溶液、洗浄液、固定用バッファ液、乾燥防止液、活性化液、ブロッキング液などの使用する液体の種類に応じて決められる。各液保管部７１には、６個の挿入口が直線状に設けられている。この挿入口の数、及び配列ピッチは、ピペットヘッド６４のピペットの数と配列ピッチに応じて決定される。ピペットヘッド６４が流路３１へ液体を注入する場合には、各液保管部７１にアクセスして所望の液体を吸い込んだ後、載置スペース６１に移動して各流路３１に注入する。
【００４０】
ピペットチップ保管部７３に保管されたピペットチップ７２は、各ピペット６５ａ、６５ｂの先端部に交換可能に取り付けられる。ピペットチップ７２は、液体と直接接触するので、このピペットチップ７２を介して異種の液体が混合しないように、使用する液体毎に交換される。各ピペット１９ａ、１９ｂには、ピペットチップ７２のピックアップとリリースとを行う機構が組み込まれており、ピペットチップ７２の交換が自動的に行われるようになっている。ピペットヘッド６４は、ピペットチップ７２の交換を行う際に、まず、使用済みのピペットチップ７２を図示せぬ廃却部でリリースし、この後、ピペットチップ保管部７３にアクセスして未使用のピペットチップ７２をピックアップする。
【００４１】
ウエルプレート７４は、各ピペット６５ａ、６５ｂが吸い上げた液体を一時的に保管したり、複数種類の液体を混合させて混合液を調合する際などに用いられる。
【００４２】
また、固定機４が固定工程を行う際には、筐体ベース６０がカバーによって覆われて、載置スペース６１を含む固定機４の内部が遮蔽される。センサユニット１２は、リガンドの固定化が完了するまでの間、載置スペース６１上で所定の時間保管される。この際、固定化の進行度合いは、温度によって左右される。そのため、固定機４は、固定化を行っている間、図示せぬ温度調節器によって内部温度を所定の温度に保つ。なお、設定される温度や静置時間などは、固定するリガンドの種類などに応じて適宜決められる。
【００４３】
図８は、測定機６の構成を概略的に示す斜視図である。測定機６は、ホルダ搬送機構７６、ピックアップ機構７７、ヘッド移動機構７８、測定ステージ７９からなり、これらの各部は、筐体８０に収容されている。ホルダ搬送機構７６は、搬送ベルト８１と、この搬送ベルト８１に取り付けられたキャリッジ８２と、このキャリッジ８２に取り付けられ、ホルダ６２を載置するプレート８３とから構成されている。ホルダ搬送機構７６は、ホルダ６２が載置されたプレート８３をＸ方向に移動させることにより、ホルダ６２に収納された各センサユニット１２を、ピックアップ機構７７がピックアップするピックアップ位置に運ぶ。
【００４４】
ピックアップ機構７７は、ホルダ６２からセンサユニット１２をピックアップする機構であり、ホルダ６２に収納されたセンサユニット１２を下方から上方に向けて押し上げる押し上げ機構８６と、この押し上げ機構８６によってホルダ６２の上方に押し上げられたセンサユニット１２を両脇から挟み込んで把持するハンドリングヘッド８７とから構成されている。上述したとおり、ホルダ６２の底部には開口が設けられており、プレート８３は、この開口を露呈させるように枠上に成形されている。押し上げ機構８６は、プレート８３を介してホルダ６２の開口へ進入し、センサユニット１２の底面と当接して、これを押し上げる押し上げ部材８６ａと、この押し上げ部材８６ａを駆動して上下に昇降させる押し上げ部材駆動機構８６ｂとからなる。
【００４５】
ハンドリングヘッド８７には、センサユニット１２を挟み込む一対の爪が設けられており、この爪でセンサユニット１２を把持する。ハンドリングヘッド８７は、ヘッド本体８７ａがナット８９を介してボールネジ９１に取り付けられており、ホルダ６２の上方のピックアップ位置と測定ステージ７９との間で移動自在に設けられている。ハンドリングヘッド８７は、ピックアップ位置でセンサユニット１２を把持し、その状態でＹ方向に移動して、センサユニット１２を測定ステージ７９に運ぶ。また、測定が終了した後、ピックアップ位置に戻ってセンサユニット１２をリリースし、測定済みのセンサユニット１２をホルダ６２に戻す。
【００４６】
測定ステージ７９には、センサユニット１２がセットされる位置の下方に、照明部９５及び検出器（検出手段）９６が設けられている。この測定ステージ７９にセンサユニット１２がセットされると、照明部９５及び検出器９６による測定を行う。
【００４７】
センサユニット１２は、上述したように複数のセンサセル２７を有しており、測定はセンサセル２７毎に行われる。ハンドリングヘッド８７は、センサユニット１２を各センサセル２７の配列ピッチでＹ方向に移動させることにより、各センサセル２７を、照明部９５の光路上の測定位置に順次進入させる。なお、この図８、及び図３に示すように、センサユニット１２に照射される入射光線及びセンサ面２６ａで反射する反射光線の向きと、各センサセル２７の配列方向、すなわち、各流路３１水平部分の流れ方向とが直交するように、照明部９５及び検出器９６が配置される。
【００４８】
リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（センサ面２６ａに対して照射された光の入射角）の変化として表れる。照明部９５は、例えば、光源と、集光レンズ、拡散板、偏光板などからなる光学系とから構成され、配置位置及び設置角度は、照明光の入射角が全反射条件を満足するように調整される。照明部９５を構成する光源としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が用いられる。光源は、こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から各光入射面２６ｂに向けて光を照射する。拡散板は、光源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（入射面に平行な振動電場を持つ直線偏光）のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源が発する照射光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、拡散板を通過したことによって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を揃える。こうして拡散及び偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム２１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を光入射面２６ｂに入射させることができる。
【００４９】
検出器９６は、光入射面２６ｂ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２６ｂには、様々な角度の光が入射するので、光入射面２６ｂでは、それらの光が、それぞれの入射角に応じた反射角で反射する。検出器９６は、これらの様々な反射角の光を受光する。この検出器９６には、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが用いられ、光入射面２６ｂにおいて様々な反射角で反射する反射光を受光して光電変換し、それをＳＰＲ信号としてデータ解析機８に出力する。本実施形態では、検出器９６は、ａｃｔ領域２８ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２８ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。
【００５０】
測定ステージの傍らには、アナライト溶液を保管するウエルプレート８８が載置されている。例えば、このウエルプレート８８の各ウエルには、異なる種類のアナライト溶液が収容されている。
【００５１】
測定機６には、固定機４のピペット対６５と同様の機能を有するピペット対９８が設けられている。ピペット対９８は、１対のピペット９８ａ、９８ｂ（図１０参照）からなり、センサユニット１２の各注入口３１ａから流路３１へ各種の液体を注入する。ヘッド移動機構７８は、このピペット対９８を有するピペットヘッド９９を、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させながら、ピペットヘッド９９を、測定位置にあるセンサユニット１２と、ウエルプレート８８とに運ぶ。ヘッド移動機構７８は、固定機４のヘッド移動機構６６とほぼ同様の構成である。ピペットヘッド９９は、測定対象となるセンサセル２７にアクセスして、液体の注入及び排出を行う。なお、ピペットヘッド９９は、測定対象となる特定のセンサセル２７に対して液体の注入及び排出を行うものであるから、固定機４のピペットヘッド６４とは異なり、ピペット対９８が１組だけ設けられている。また、図示は省略したが、測定機６には、ピペット対９８がアクセス可能な位置に、測定用バッファ液や洗浄液を収容するウエルプレートや、交換用のピペットチップを保管するピペットチップ保管部などが設けられている。
【００５２】
図９は、データ解析機８の構成を概略的に示すブロック図である。データ解析機８は、例えば、入力装置１０１、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）１０２、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）１０３、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１０４、モニタ１０５、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）１０６、通信Ｉ／Ｆ１０７、信号処理部１０８、デコーダ１０９などから構成されている。入力装置１０１は、例えば、キーボードやマウスなどであって、ユーザからの指示をデータ解析機８に入力する。ＣＰＵ１０２は、データ解析機８の各部を統括的に制御する。ＲＯＭ１０３には、制御用プログラムや各種の設定データなどが記憶されている。ＲＡＭ１０４は、ＣＰＵ１０２や信号処理部１０８が演算を行う際などに作業用メモリとして使用される。ＨＤＤ１０６は、周知のデータストレージデバイスであり、このＨＤＤ１０６には、制御用プログラムやデータ解析プログラムなどの各種のプログラムが格納されている。また、ＨＤＤ１０６には、測定機６によって測定された各種の測定データが記録される。通信Ｉ／Ｆ１０７は、検出器９６から出力されたＳＰＲ信号や個体認識信号を受信する。信号処理部１０８は、取得したＳＰＲ信号に基づいてデータ解析を行う。モニタ１０５は、検出したＳＰＲ信号や、それに基づく解析結果などを表示する。
【００５３】
次に、図１０に示す説明図を用いて、上記構成によるＳＰＲ測定装置２のＳＰＲ測定方法について説明する。
【００５４】
リンカー膜２８にリガンドを固定する固定工程は、ホルダ６２を介してセンサユニット１２を固定機４の載置スペース６１に載置した状態で行われる。固定機４は、ユーザからの固定開始指示に応じてヘッド移動機構６６を駆動し、ピペット対６５を用いて、リガンド３０ａを溶媒に溶かしたリガンド溶液３０を、注入口３１ａから注入する。
【００５５】
固定機４は、リガンド溶液３０を注入するリガンド固定化処理を行う前の前処理として、まず、リンカー膜２８に対して固定用バッファ液を送液してリンカー膜２８を湿らせた後、リンカー膜２８にリガンドが結合しやすくするリンカー膜２８の活性化処理を施す。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜２８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。固定機４は、この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路３１を洗浄する。
【００５６】
なお、固定用バッファ液や、リガンド溶液３０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、純水などが使用される。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３０ａの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンド３０ａとして生体試料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用いられる場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜２８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２８と結合しやすいようにタンパク質を陽（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。
【００５７】
固定機４は、こうした活性化処理及び洗浄を行った後、流路３１にリガンド溶液３０を注入して、リガンド固定化処理を行う。リガンド溶液３０が流路３１へ注入されると、溶液中に拡散しているリガンド３０ａが沈殿してリンカー膜２８に徐々に堆積する。これにより、接触したリガンド３０ａがリンカー膜２８と結合し、リンカー膜２８上にリガンド３０ａが固定される。なお、固定化には、通常１時間程度かかり、この間、センサユニット１２は、温度などの環境条件が所定の条件に設定された状態で保管される。また、固定化が進んでいる間、流路３１内のリガンド溶液３０を静置しておいてもよいが、流路３１内のリガンド溶液３０を攪拌して流動させるようにしてもよい。こうすることで、リガンド３０ａとリンカー膜２８との結合が促進され、リガンド３０ａの固定量を増加させることができる。
【００５８】
固定機４は、リンカー膜２８へのリガンド３０ａの固定化が完了すると、リガンド溶液３０をピペット１９ｂによって吸い出して流路３１から排出させた後、流路３１に洗浄液を注入して固定化が完了したリンカー膜２８の洗浄を行う。また、固定機４は、必要に応じてブロッキング液を注入し、リガンド３０ａと結合しなかったリンカー膜２８の反応基を失活させるブロッキング処理を行う。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を行った場合には、再び流路３１が洗浄される。最終的な洗浄を行った後、固定機４は、流路３１に乾燥防止液を注入する。センサユニット１２は、リンカー膜２８が乾燥防止液に浸された状態で測定までの間、載置スペース６１や他の保管場所に保管される。
【００５９】
測定工程は、センサユニット１２をホルダ６２ごと測定機６のプレート８３に載置した状態から始まる。測定機６は、ユーザからの測定開始指示に応じてプレート８３をピックアップ位置に移動させるとともに、ピックアップ機構７７を駆動して、所定のセンサユニット１２を測定ステージ７９に運ぶ。
【００６０】
測定ステージ７９にセンサユニット１２を運んだ測定機６では、ヘッド移動機構７８を駆動して、流路３１に測定用バッファ液を注入する。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液３２を注入し、その後、再び測定用バッファ液を注入する。なお、最初に測定用バッファ液を注入する前に、一度流路３１の洗浄を行うようにしてもよい。検出器９６による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液を注入した直後から開始され、アナライト溶液３２を注入した後、再び測定用バッファ液が注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベルの検出、アナライトとリガンドとの反応状況、結合したアナライトとリガンドとの測定用バッファ液注入による脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。
【００６１】
測定用バッファ液や、アナライト溶液３２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、純水などが使用される。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、リガンドやアナライト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、アナライト溶液３２中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を有する測定用バッファ液使用することが好ましい。
【００６２】
なお、アナライト溶液３２は、長時間（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３２を注入したときのｒｅｆ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）を行うことが好ましい。
【００６３】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液３２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３１に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じたｒｅｆ信号のレベルとａｃｔ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。
【００６４】
リガンドとアナライトとの反応状況は、検出器９６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２６ａ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、それに応じて反射光の共鳴角が変化を開始し、受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。測定機６は、こうして得た試料の反応状況を表すＳＰＲ信号を、データ解析機８に出力する。
【００６５】
なお、図１０では、測定機６の構成が明確になるように、便宜的に光入射面２６ｂへの入射光線及びそこで反射する反射光線の向きが、流路３１内を流れる液体の方向と平行になるように、照明部９５と検出器９６とが配置されているが、図３に示すように、実際には、入射光線及び反射光線の向きが、液体の流れる方向と直交する方向（紙面に直交する方向）に照射されるように、照明部９５と検出部９６とが配置される。但し、測定機６を、この図１０に示すように配置して測定を行っても、何ら問題はない。
【００６６】
データ解析工程では、測定機６で得たＳＰＲ信号をデータ解析機８で解析して、アナライトの特性を定量分析する。データ解析機８は、通信Ｉ／Ｆ１０７を介して検出器９６からＳＰＲ信号を受け取り、このＳＰＲ信号を信号処理部１０８に送る。
【００６７】
信号処理部１０８は、ＲＯＭ１０３やＨＤＤ１０６に記憶されたデータ解析プログラムに基づき、測定機６が得たａｃｔ信号とｒｅｆ信号との差や比を求めてデータ解析を行う。例えば、ａｃｔ信号とｒｅｆ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１２やリンカー膜２８などの個体差や、装置の機械的な変動や、液体の温度変化などといった外乱に起因するノイズをキャンセルすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比の良好な精度の高い測定を行うことができる。また、信号処理部１０８は、解析結果をモニタ１０５に表示するとともに、ＨＤＤ１０６に記録する。
【００６８】
上記構成の作用について以下に説明する。本実施形態を適用したセンサユニット１２によれば、プリズム２１と流路部材２２とをレーザー溶着などで接合して一体化しているので、保持部材などを必要とせずプリズム２１や流路部材２２に応力が掛かることがないから、長時間経過してもクリープなどの変形が起きることがなく、高いシール性を持つことができる。また、保持部材が不要となることから、部品点数が減少して簡単な構成となり、センサユニット１２のコストダウンを図ることができる。
【００６９】
なお、上記実施形態においては、流路部材２２は、１種類の硬質部材から形成されているが、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示す流路部材１２０のような構成としてもよい。この流路部材１２０は、各流路３１の内壁面全体を構成する弾性のある軟質部材１２１と、この軟質部材１２１以外の部分を構成する軟質部材１２１よりも硬い硬質部材１２２とから構成されている。また、軟質部材１２１と硬質部材１２２とは、同一金型内で異材料どうしを組み合わせて成形する、いわゆる二色成形法（ダブルモールド）によって一体成形されている。
【００７０】
また、流路３１の内壁面を構成し、流路３１を流れる試料溶液と接する軟質部材１２１は、試料溶液中に溶解した試料の吸着を防止するため、非特異吸着の少ない材料であることが好ましい。すなわち、軟質部材１２１の材料としては、非特異吸着が少ない弾性材料を用いることが好適であって、このような材料としては、例えば、非晶質ポリオレフィンエラストマーが知られている。なお、軟質部材１２１と一体成形される硬質部材１２２としては、上記実施形態の流路部材２２を形成する樹脂と同様の材料を使用しており、流路部材１２０は、上記実施形態と同様にプリズム２１と接合される。
【００７１】
さらにまた、上記実施形態においては、流路部材２２の注入口３１ａ、排出口３１ｂを単なる円断面の開口部に形成しているが、これに限らず、図１１に示すように、注入口３１ａ、排出口３１ｂの上方部に、漏斗状の受け入れ口１２３を形成してもよい。これによって、ピペットなどの送液手段の先端部を進入させやすくなり、より液体が注入しやすくなる。
【００７２】
あるいは、上記実施形態では、プリズム２１と流路部材２２との接合を超音波溶着などの溶着接合などで行っているが、本発明はこれに限るものではなく、例えば接着によって接合を行ってもよい。この場合、プリズム２１と流路部材２２との接合面に接着剤や溶融剤を塗布したり、あるいは、両面粘着テープなどを貼付したりすることによって接合することができる。
【００７３】
なお、上記実施形態では、金属膜の表面にＳＰＲを発生させて、そのときの反射光の減衰を検出する、いわゆるＳＰＲセンサを例に説明したが、本発明のセンサユニットは、これに限ることなく、全反射減衰を利用した測定に用いられる他のセンサにも適用することができる。全反射減衰を利用するセンサとしては、ＳＰＲ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。
【００７４】
また、全反射減衰を利用した測定に用いられるセンサユニットに限らず、他の方式を用いて生体試料の相互作用などを測定するセンサユニットに本発明を適用してもよい。さらには、生体試料のみならず、液体試料をセンサ面に送液して、このセンサ面上で試料の反応状況を検出する他の如何なるセンサユニットに本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】ＳＰＲ測定装置の概略構成を示すブロック図である。
【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】センサセル周辺の構成を概略的に示す説明図である。
【図４】プリズムと流路部材とをレーザー溶着する工程を概略的に示す説明図である。
【図５】プリズムと流路部材とを超音波溶着する工程を概略的に示す説明図である。
【図６】プリズムと流路部材とを熱溶着する工程を概略的に示す説明図である。
【図７】固定機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図８】測定機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図９】データ解析機の構成を概略的に示すブロック図である。
【図１０】ＳＰＲ測定方法の説明図である。
【図１１】センサユニットの他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
２  ＳＰＲ測定装置
４  固定機
６  測定機
８  データ解析機
１２  センサユニット
２１  プリズム
２２，１２０  流路部材
２６  金属膜
２６ａ  センサ面
２６ｂ  光入射面
３１  流路
【図１】
2007003464.tif 000004
【図２】
2007003464.tif 000005
【図３】
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【図４】
2007003464.tif 000007
【図５】
2007003464.tif 000008
【図６】
2007003464.tif 000009
【図７】
2007003464.tif 000010
【図８】
2007003464.tif 000011
【図９】
2007003464.tif 000012
【図１０】
2007003464.tif 000013
【図１１】
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