(57)【要約】【課題】試料液を流通させる微小流路を備えたセンサチップを用いて光学的測定を行う測定装置において、全血から簡単に血球を除去してセンサ部に供給可能とする。【解決手段】流路部材１２内に試料液Ｓを流通させる微小流路１１が設けられ、この微小流路１１内の一部にセンサ部１４が配設されてなるセンサチップ１０を用いて、試料液Ｓ中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、流路部材１２に、センサ部１４よりも流路上流側において、流路壁が凹んだ状態とされた凹部１１ａを設けるとともに、この凹部１１ａに対向する位置に配されて、微小流路１１を横切り該凹部１１ａに向かって進行する超音波を発生する手段４０を設置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路部材内に試料液を流通させる微小流路が設けられ、この微小流路内の一部にセンサ部が配設されてなるセンサチップを用いて、試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、
前記流路部材に、センサ部よりも流路上流側において、微小流路壁が凹んだ状態とされた凹部が設けられるとともに、
この凹部に対向する位置に配されて、前記微小流路を横切り該凹部に向かって進行する超音波を発生する手段が設置されていることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記凹部を構成する流路壁の外側位置あるいは該流路壁を構成する位置に、前記微小流路を横切って来た超音波を吸収する超音波吸収体が配設されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記超音波吸収体が前記凹部の流路壁を構成する位置に配設され、その超音波吸収体の超音波を受ける側の表面に、試料液と超音波吸収体との間で音響インピーダンス整合を図る音響整合層が設けられていることを特徴とする請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
前記超音波を発生する手段が、前記微小流路の流路壁の一部を構成するように配置されていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の測定装置。
【請求項５】
前記超音波を発生する手段の前記凹部と対向する表面に、該手段と試料液との間で音響インピーダンス整合を図る音響整合層が設けられていることを特徴とする請求項４記載の測定装置。
【請求項６】
前記凹部の容積が、試料液としてセンサチップに供給される全血の量および、その全血のヘマトクリット値から求められる血球体積に対して、１．５倍以下の値とされていることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の測定装置。
【請求項７】
前記凹部の容積が、試料液としてセンサチップに供給される全血の量および、その全血のヘマトクリット値から求められる血球体積とほぼ同じ値とされていることを特徴とする請求項６記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料液中に含まれる可能性が有る被検出物質について測定を行う装置、特に詳細には、試料液を流通させる微小流路を備えたセンサチップを用いて光学的測定を行う測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオ測定においては、抗原抗体反応などの生体分子反応を検出することにより、被検出物質である抗原（あるいは抗体）などの存在の有無、量を測定している。
【０００３】
例えば、互いに特異的に結合する２つの物質の一方（抗原、抗体、各種酵素、受容体など）を基板上に固定化し、他方の物質（これは被検出物質そのものであってもよいし、あるいは試料中で被検出物質と競合する競合物質であってもよい）を基板上に固定された固定層に結合させ、この結合反応を検出することにより、試料中における被検出物質の有無、量を測定することができる。具体的には、試料に含まれる被検出物質である抗原を検出するため、基板上にその抗原と特異的に結合する抗体を固定しておき、基板上に試料を供給することにより抗体に抗原を特異的に結合させ、次いで、抗原と特異的に結合する、標識が付与された標識抗体を添加し、抗原と結合させることにより、抗体―抗原―標識抗体の、所謂サンドイッチを形成し、標識からの信号を検出するサンドイッチ法や、標識された競合抗原を被検出物質である抗原と競合的に固定化抗体と結合させ、固定化抗体と結合した競合抗原に付与されている標識からの信号を検出する競合法などのイムノアッセイが知られている。
【０００４】
なお上記サンドイッチ法においては、被検出物質である抗原が上記「他方の物質」に相当し、競合法においては競合抗原が上記「他方の物質」に相当する。後者の競合法においては、固定化抗体と結合した競合抗原の量が多いほど、被検出物質である抗原の量が少ないという関係があるので、この関係に基づいて、競合抗原の量に対応する標識からの信号レベルにより抗原の量を求めることができる。
【０００５】
また、上述のようなバイオ測定に適用可能で、高感度かつ容易な測定法として蛍光検出法が広く用いられている。この蛍光検出法は、特定波長の光により励起されて蛍光を発する被検出物質を含むと考えられる試料に上記特定波長の励起光を照射し、そのとき蛍光を検出することによって被検出物質の存在を確認する方法である。また、被検出物質が蛍光体ではない場合、蛍光色素で標識されて被検出物質と特異的に結合する物質を試料に接触させ、その後上記と同様にして蛍光を検出することにより、この結合すなわち被検出物質の存在を確認することも広くなされている。
【０００６】
以上述べたような光学的手法を用いるバイオ測定においては測定時間の短縮化が望まれており、そこで、センサ部における反応を効率良く生じさせて、測定時間の短縮を図る方法が種々提案されている。例えば特許文献１には、微小流路（マイクロ流路）型のセンサチップを用い、試料液を一定の高速で流下させることにより測定の高速化を図ることが提案されている。この種のセンサチップは、上述した蛍光検出による被検出物質の検出や定量分析を行うために適用することも可能である。また特許文献２および３にも、上記のように試料液が流される流路を備えるセンサチップや、その種のセンサチップを用いて被検出物質の検出や定量分析を行う測定装置の例が記載されている。
【０００７】
さらに、このような蛍光検出法において、感度を向上させるため、プラズモン共鳴による電場増強の効果を利用する方法が特許文献４などに提案されている。この方法は、透明な支持体上の所定領域に金属層を設けたセンサチップを用い、支持体と金属膜との界面に対して支持体の金属層形成面と反対の面側から、全反射角以上の入射角で励起光を入射させ、この励起光の照射により金属層に表面プラズモンを生じさせ、その電場増強作用によって蛍光を増強させることにより、Ｓ／Ｎを向上させるものである。
【０００８】
ところで、上記のようなバイオ測定に供される試料液の代表的なものとして、人血等の血液が挙げられるが、流路を備えたセンサチップを用いる特許文献１〜３に記載の測定装置は、血液中に含まれ得る被検出物質の検出や定量分析にも適用可能とされている。このように、血液を対象として光学的手法により各種測定を行う場合は、血液中に血球が存在すると、その血球が励起光や被検出光を散乱あるいは吸収するので、測定の感度や精度が損なわれる。また、免疫反応に関わる事象について測定を行う場合は、血球が免疫反応を阻害して、それにより測定の精度が損なわれることもある。そこで多くの場合は、全血から血球を除いた後の血漿を測定にかけるようにしている。したがって、上記のセンサチップを利用する際には、その流路中に設定されたセンサ部よりも流路上流側で、全血から血球を除いておくことが求められる。
【０００９】
特許文献２には、流路を備えたセンサチップを用いる測定装置において、流路を流れる全血に対して流れを横切る方向に音響波を当て、その放射圧によって血球を押圧することにより、血液を、血球を含むものと含まないもの（血漿）とに分離し、そうして分離された各血液を互いに分岐した別々の流路に導入することが記載されている。この構成によれば、血漿だけをセンサ部に供給することも可能と考えられる。
【００１０】
一方特許文献３には、流路を備えたセンサチップにおいて、流路に血球を分離するフィルタを設けておき、そのフィルタを通過した後の血漿を測定に供することが記載されている。
【００１１】
さらに特許文献５には、いわゆるラテックス凝集法により血液に関する測定を行う際に、ノズルに吸引保持した全血に超音波振動を与えて血球を溶血させ、この溶血後の全血を測定にかけることが記載されている。こうして溶血させた全血を測定に供する手法は、上記のセンサチップを用いて光学的測定を行う場合にも適用可能と考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−１０１２２１号公報
【特許文献２】特開２００８−１７３５６９号公報
【特許文献３】特表２００２−５０８６９８号公報
【特許文献４】特開平１０−３０７１４１号公報
【特許文献５】特許第３７７９８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、特許文献５に示された溶血する手法を、前述のセンサチップを用いて光学的測定を行う装置に適用する場合は、全血を吸引保持したノズルに超音波振動子を作用させて全血に超音波振動を与えた後、そのノズル内の全血をセンサチップに供給することになるので、ノズル操作に手間がかかる、測定装置の外でかなりの時間ノズルに超音波振動子を作用させている間に試料が汚染される可能性が有る、といった問題が起こり得る。
【００１４】
他方、特許文献２に示されているように、音響波を用いて血球を含む血液と含まない血液（血漿）とに分離する装置は、血漿を測定に供する場合に適用すると、血液が採取される被検者の負担を大きくするという問題が認められる。すなわち、この特許文献２に記載されている装置では、分岐した２つの流路の一方には血球とともに血漿も流出するので、他方の流路に流れる血漿を精度良く測定可能な量確保するには、測定用に供給する全血の量が、血球とともに流出する血漿の量も見込んで多めに必要となる。そうであると、被検者から多めに血液を採取しなければならなくなる。
【００１５】
また、特許文献３に示されているように、センサチップの流路に設けたフィルタによって全血中の血球を分離する場合は、血球分離に時間がかかる、目詰まりを防止するためには真空ポンプによって流路に大きな吸引負圧を作用させる必要がある、フィルタが目詰まりして測定に供される血漿量が足りなくなる、といった問題が認められる。特に最後の問題は、いわゆるレート測定法によって測定を行う場合に発生すると、深刻な事態を招くことになる。すなわち、レート測定法とは、単位時間に対する反応量の変化量を測定するものであるが、上記のフィルタに目詰まりが生じてそれが時々刻々進行すると、流路中の血液の流速が次第に低下するために被検出物質が供給不足となって、正確な測定値を求めることが困難になるのである。
【００１６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、試料液を流通させる微小流路を備えたセンサチップを用いて光学的測定を行う測定装置において、全血から簡単に血球を除去してセンサ部に供給可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明による測定装置は、微小流路に血球を捕捉可能な凹部を設け、そして試料液として流される全血中の血球を超音波で押して上記凹部に閉じ込めるようにしたものであり、より具体的には、
流路部材内に試料液を流通させる微小流路が設けられ、この微小流路内の一部にセンサ部が配設されてなるセンサチップを用いて、試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、
前記流路部材に、センサ部よりも流路上流側において、微小流路壁が凹んだ状態とされた凹部が設けられるとともに、
この凹部に対向する位置に配されて、前記微小流路を横切り該凹部に向かって進行する超音波を発生する手段が設置されていることを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、上述の「進行する超音波」とは、定在波状態になっていない超音波を示すものとする。
【００１９】
なお本発明の測定装置においては、上記凹部を構成する流路壁の外側位置あるいは該流路壁を構成する位置に、微小流路を横切って来た超音波を吸収する超音波吸収体が配設されていることが望ましい。
【００２０】
そして、そのような超音波吸収体が凹部の流路壁を構成する位置に配設される場合は、超音波吸収体の超音波を受ける側の表面に、試料液と超音波吸収体との間で音響インピーダンス整合を図る音響整合層が設けられることがより望ましい。
【００２１】
また本発明の測定装置においては、上記超音波を発生する手段が、微小流路の流路壁の一部を構成するように配置されていることが望ましい。
【００２２】
そして、そのような構成が採用される場合は、超音波を発生する手段の前記凹部と対向する表面に、該手段と試料液との間で音響インピーダンス整合を図る音響整合層が設けられることがより望ましい。
【００２３】
また本発明の測定装置において、上記凹部の容積は、試料液としてセンサチップに供給される全血の量および、その全血のヘマトクリット値から求められる血球体積に対して、１．５倍以下の値、さらに望ましくはその血球体積とほぼ同じ値とされていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の測定装置においては、流路部材に、センサ部よりも流路上流側において、微小流路壁が凹んだ状態とされた凹部が設けられるとともに、この凹部に対向する位置に配されて、前記微小流路を横切り該凹部に向かって進行する超音波を発生する手段が設置されているので、全血が試料液として微小流路に流されると、上記手段から発せられた超音波の放射圧によって全血中の血球が凹部に押し込まれ、そこに捕捉されるようになる。こうして、凹部よりも下流側のセンサ部には、血球が除去された血漿だけが供給されるようになる。
【００２５】
そして、本発明の測定装置において特に、上記凹部を構成する流路壁の外側位置あるいは該流路壁を構成する位置に、微小流路を横切って来た超音波を吸収する超音波吸収体が配設されている場合は、凹部に向かって進行して来た超音波がこの凹部の外側の例えば筐体部分で反射したり、あるいは凹部の流路壁部分で反射することが抑制される。こうして超音波の反射を抑制できれば、その反射した超音波が、せっかく凹部に捕捉された血球を流路中央側に押し戻してしまうことが防止される。
【００２６】
また、そのような超音波吸収体が凹部の流路壁を構成する位置に配設された場合に、超音波吸収体の超音波を受ける側の表面に、試料液と超音波吸収体との間で音響インピーダンス整合を図る音響整合層が設けられていれば、超音波の反射がより確実に防止されるようになる。
【００２７】
また本発明の測定装置において特に、超音波を発生する手段が、微小流路の流路壁の一部を構成するように配置された場合に、超音波を発生する手段の前記凹部と対向する表面に、該手段と試料液との間で音響インピーダンス整合を図る音響整合層が設けられていれば、超音波が試料液で反射することが抑えられて、血球を凹部に向けて確実に押し込めるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態による測定装置を示す概略側面図
【図２】上記測定装置に用いられるセンサチップの外形形状を示す斜視図
【図３】上記測定装置に用いられるセンサチップの要部を示す概略側面図
【図４】本発明の第２実施形態の測定装置におけるセンサチップの要部を示す概略側面図
【図５】本発明の第３実施形態の測定装置におけるセンサチップの要部を示す概略側面図
【図６】本発明の第４実施形態の測定装置におけるセンサチップの要部を示す概略側面図
【図７】本発明の第５実施形態の測定装置におけるセンサチップの要部を示す概略側面図
【図８】本発明の第６実施形態による測定装置を示す概略側面図
【図９】本発明の第７実施形態による測定装置を示す概略側面図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による測定装置の概略構成を示すものである。本実施形態の測定装置は、先に述べた微小流路型センサチップ（以下、単にセンサチップという）１０を用いて生体由来物質を検出する装置として構成されたものである。まず図２および図３も参照して、このセンサチップ１０について説明する。
【００３０】
センサチップ１０は測定装置本体に対して着脱自在とされたものであり、図１および図２に示される通り、試料液が流される微小流路１１を有する流路部材１２と、微小流路１１の一部を構成して、互いに特異的に結合する２つの物質のうちの一方の物質１３を壁面に固定しているセンサ部１４と、流路部材１２の上に固着された上板部材１７とを備えている。なおセンサ部１４の上流側つまり図中の左側において流路部材１２には、微小流路１１から下方に凹んだ状態とされた凹部１１ａが形成されている。この凹部１１ａは後述するように、血球捕捉部として機能するものである。
【００３１】
本実施形態では、抗原抗体反応においてサンドイッチ法によるアッセイを行う場合を例とし、そこで上記物質１３が、被検出物質である抗原Ａと特異的に結合する抗体であるとして説明する。なお、抗体１３は直接微小流路１１の壁面に固定されてもよいが、後述するように表面プラズモンによる電場増強により蛍光を増強する場合は、この壁面の上に金属薄膜が形成され、その上に抗体１３が固定される。
【００３２】
上記上板部材１７は、図２に示されるように、上表面に開口した試料液流入口１６ａおよび試料液流出口１６ｂと、試料液流入口１６ａと微小流路１１の上流端とを連通させる開口１５ａと、試料液流出口１６ｂと微小流路１１の下流端とを連通させる開口１５ｂとを有している。この上板部材１７と流路部材１２は、例えば超音波溶接により接合されている。
【００３３】
流路部材１２および上板部材１７はポリスチレン等の透明な誘電体材料からなり、射出成型によりそれぞれ成型されている。微小流路１１の深さは例えば５０〜１００μｍ程度とされ、それに対して上記凹部１１ａの深さは例えば１〜８μｍ程度とされる。凹部１１ａの好ましい容積については、後に詳しく説明する。
【００３４】
また本例のセンサチップ１０においては、図３にも示すように、抗体１３が固定されている領域の上流側において微小流路１１の内面に、標識抗体２０が付着されている。標識抗体２０は、被検出物質に対して、前述の抗体１３とは異なるエピトープに特異的に結合する抗体２３と蛍光標識２２とから構成されたものである。ここでは蛍光標識２２として、多数の蛍光色素分子ｆと該蛍光色素分子ｆを内包する光透過材料２１とからなる蛍光微粒子が用いられている。
【００３５】
上記蛍光微粒子の大きさには特に制限はないが、直径数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度が好ましく、ここでは一例として直径１００ｎｍ程度のものが用いられている。光透過材料２１としては、具体的には、ポリスチレンやＳｉＯ2などが挙げられるが、蛍光色素分子ｆを内包でき、かつ該蛍光色素分子ｆからの蛍光を透過させて外部に放出できるものであれば特に制限されない。本例における標識抗体２０は、蛍光標識２２を、それよりも小さい抗体２３により表面修飾して構成されている。
【００３６】
次に図１に戻って測定装置について説明する。この測定装置は、上記センサチップ１０が例えば屈折率マッチングオイルを介して載置されるプリズム３０と、微小流路１１の底面（センサチップ１０と試料液との界面）に対して、全反射条件となる入射角で励起光Ｌ0を入射させる半導体レーザ等からなる光源３１と、センサチップ１０の試料液流出口１６ｂにノズル３２を介して一端が連通される連通管３３と、この連通管３３の他端に吸込口が接続された試料吸引ポンプ３４と、連通管３３に介設された開放弁３５と、センサチップ１０のセンサ部１４の近傍部分から後述するようにして発せられる蛍光Ｌｆを検出する光検出器３６とを備えている。
【００３７】
さらにこの測定装置は、微小流路１１の前記凹部１１ａに対向するようにして流路部材１２の上方に配置された、超音波発生手段としての圧電素子（本例ではピエゾ素子）４０と、この圧電素子４０を励振させる駆動電圧を該圧電素子４０に印加するピエゾドライバ４１と、上記駆動電圧の波形を規定する波形信号を生成してピエゾドライバ４１に入力する波形発生器４２とを有している。なお超音波発生手段としては、ピエゾ素子に限らず、それ以外の圧電セラミック等を適用することも可能である。
【００３８】
次に、この測定装置による被検出物質の検出について説明する。ここでは一例として、試料液としての血液（全血）Ｓに含まれる可能性のある抗原Ａを検出する場合について説明する。まず、図１に示す試料液流入口１６ａに全血Ｓが注入され、それとともに試料吸引ポンプ３４が駆動され、開放弁３５は連通管３３を開く状態に設定され、全血Ｓがセンサチップ１０の微小流路１１内に導入される。またこのとき、ピエゾドライバ４１により圧電素子４０が駆動され、そこから、微小流路１１を横切り凹部１１ａに向かって進行する超音波が発せられる。
【００３９】
微小流路１１に導入された全血Ｓは、図３に模式的に示すように血球（赤血球、白血球および血小板）Ｈを含み、また抗原Ａを含み得るものである。この全血Ｓが、微小流路１１の上記凹部１１ａが設けられている部分に到達すると、血球Ｈは上記のように進行している超音波の放射圧を受けて、凹部１１ａの底面に向けて押され、この凹部１１ａ内に捕捉される。こうして全血Ｓから血球Ｈが分離されるので、微小流路１１の凹部１１ａよりも下流側の部分では、ほぼ血漿のみが流れるようになる。
【００４０】
上記の血漿は、微小流路１１に吸着固定されている標識抗体２０と混ぜ合わされる。それにより、抗原Ａが標識抗体２０の抗体２３と結合し、さらに抗体２３と結合した抗原Ａが、センサ部１４の抗体１３と結合し、抗原Ａが抗体１３と抗体２３で挟み込まれたいわゆるサンドイッチが形成される。
【００４１】
このようにしてセンサ部１４に吸着した抗原Ａは、以下の通りにして検出される。光源３１から発せられた励起光Ｌ0は、微小流路１１の底面（センサチップ１０と試料液との界面）に対して、全反射条件となる入射角で入射する。こうして励起光Ｌ0が全反射すると、抗体１３を固定している微小流路１１の内壁面から試料液Ｓ中にエバネッセント光が滲み出す。このとき、エバネッセント光の滲み出し領域内に蛍光標識２２が存在すると、その蛍光標識２２が励起されて蛍光Ｌｆが発生する。こうして発生した蛍光Ｌｆは、光検出器３６によって検出される。以上のようにして蛍光標識２２の存在を検出することは、すなわち、抗体１３と結合した抗原Ａの存在を検出することになる。そこで光検出器３６の蛍光検出信号に基づいて、抗原Ａの存在の有無や、その量を検出可能となる。
【００４２】
また本実施形態においては、前述した通り血球Ｈが凹部１１ａに捕捉されるので、基本的にセンサ部１４には血漿だけが到達する。そこで蛍光Ｌｆは、血球による散乱や吸収の影響を受けることなく良好に検出されるようになり、精度良い測定が可能となる。また、血球によって免疫反応が阻害されるようなこともない。
【００４３】
そして本実施形態の測定装置では、血漿は僅かの量が血球Ｈと共に凹部１１ａ内に捕捉されるだけであって、センサ部１４よりも流路上流側で血球と共にどこかに流出してしまうようなことはない。したがって、そのように流出してしまう血漿の量も見込んで多めに全血を採取する必要がないので、血液が採取される被検者の負担が少なく抑えられる。
【００４４】
さらに本実施形態の測定装置では、血球Ｈを捕捉するために微小流路１１にフィルタを配置するようなことはしていないので、フィルタが目詰まりして測定に供される血漿量が足りなくなる、そのために正確な測定値を求めることが困難になる、さらには、目詰まりを防止するために試料吸引ポンプ３４によって微小流路１１に大きな吸引負圧を作用させる必要がある、といった問題が発生することもない。
【００４５】
なお微小流路１１中には、固定されている抗体１３と結合していない抗原Ａや標識抗体２０が浮遊しており、またセンサ部１４には標識抗体２０が非特異吸着している。これらを除去するため、蛍光Ｌｆの検出前に、適宜洗浄液を流路に導入するようにしてもよい。
【００４６】
また、例えば励起光Ｌ0として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、前述の金属膜として金（Ａｕ）膜を用いる場合、金属膜の厚みは５０ｎｍ±２０ｎｍが好適である。さらに好ましくは、４７ｎｍ±１０ｎｍである。なお、金属薄膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものが好ましい。
【００４７】
次に図４を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図４において、図１〜３中の要素と同等の要素には同番号を付し、それらについての説明は特に必要のない限り省略する（以下、同様）。また、以下で説明する図４〜７の構成は、すべてセンサチップの凹部１１ａあるいはそれに対向配置される圧電素子４０の部分に特徴が有るものなので、それらの部分のみの概略断面形状を図示してある。
【００４８】
図４は、本発明の第２の実施形態による測定装置に適用されたセンサチップ１２０および、その近辺部分を示すものである。このセンサチップ１２０は図３に示されたセンサチップ１０と比べると、流路部材１２の凹部１１ａが形成された部分の外側に超音波吸収体５０が設置されている点が異なるものである。このような超音波吸収体５０を設けておくことにより、流路部材１２を抜け出た超音波が測定装置の筐体等の部材で反射することが防止される。このようにして超音波の反射を防止できれば、凹部１１ａに捕捉された血球Ｈが、反射した超音波の放射圧を受けて凹部１１ａから浮き上がって下流側に流れてしまうことを防止可能となる。
【００４９】
次に図５は、本発明の第３の実施形態による測定装置に適用されたセンサチップ１３０を示すものである。このセンサチップ１３０は図４に示されたセンサチップ１２０と比べると、基本的に、流路部材１２の一部が圧電素子４０によって構成されている点が異なるものである。すなわちこの場合、圧電素子４０はセンサチップ１０と共に使い捨てされることになる。そしてセンサチップ１０が測定装置本体にセットされると、ピエゾドライバ４１（図１参照）と圧電素子４０との間で、公知の機構を用いて電気的接続が取られるようになっている。
【００５０】
なお本実施形態においては、圧電素子４０の微小流路１１側の表面に、圧電素子４０と微小流路１１内の試料液との間で音響インピーダンス整合を図る、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Polydimethylsiloxane）等からなる音響整合層５１が設けられている。このような音響整合層５１が設けられたことにより、圧電素子４０から発せられた超音波が試料液で反射することが抑制され、良好に凹部１１ａまで到達できるようになる。
【００５１】
上述のように圧電素子４０をセンサチップ１０と共に使い捨てとする場合、圧電素子４０は、例えばMeasurement Specialties社製の厚さ数十μｍのピエゾフィルム等から構成することが好ましい。
【００５２】
次に図６は、本発明の第４の実施形態による測定装置に適用されたセンサチップ１４０を示すものである。このセンサチップ１４０は図３に示されたセンサチップ１０と比べると、流路部材１２の一部が圧電素子４０によって構成され、そして凹部１１ａの底部となる流路壁が超音波吸収体５０によって構成されている点が異なるものである。このように、凹部１１ａの底部となる流路壁が超音波吸収体５０によって構成されていれば、凹部１１ａに向かって進行して来た超音波が凹部の流路壁で反射して、凹部１１ａに捕捉されている血球を流路中央側に押し戻してしまうことが防止される。
【００５３】
次に図７は、本発明の第５の実施形態による測定装置に適用されたセンサチップ１５０を示すものである。このセンサチップ１５０は図６に示されたセンサチップ１０と比べると、基本的に、凹部１１ａの底面が音響整合層５２およびその外側に配された超音波吸収体５０から構成されている点が異なるものである。この構成においては、超音波吸収体５０により図４の装置におけるのと同じ効果が得られ、さらに音響整合層５２が設けられていることにより、微小流路１１を横切って来た超音波が超音波吸収体５０で反射することがより確実に防止される。
【００５４】
以下、上記センサチップ１５０の詳細仕様について説明する。このセンサチップ１５０において、微小流路１１の高さは１００μｍ、凹部１１ａの高さは５００μｍである。また音響整合層５２はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ：Polydimethylsiloxane）から形成されてその厚さは２．５ｍｍ、超音波吸収体５０はシリコーンゴムから形成されてその厚さは２ｍｍである。また、センサチップ１５０と一体化された圧電素子４０としては、株式会社富士セラミックス社製のPZTソフト材(C-82：共振周波数７ＭＨｚ)が適用されている。
【００５５】
センサチップ１５０以外の構成は基本的に図１に示されたものが適用されており、波形発生器４２としては株式会社エヌエフ回路設計ブロック社製のマルチファンクションジェネレータＷＦ１９７４が、ピエゾドライバ４１としては同社製のバイポーラ電源ＨＳＡ４１０１が適用されている。そして、上記波形発生器４２で発生させた電圧波形を、ピエゾドライバ４１で増幅して圧電素子４０に印加し、厚み振動によって超音波を発振させている。このときの印加電圧（ｐ−ｐ値）は１０．０Ｖである。
【００５６】
以上の構成により、ヒト血液（全血）を試料液としてセンサチップ１５０に供給し、試料吸引ポンプ３４により該試料液を吸引した際に、血球すなわち赤血球、白血球および血小板が良好に凹部１１ａに分離捕捉されることが確認された。
【００５７】
ここで、進行超音波を用いて血球だけを除去し、それ以外の血漿成分は凹部１１ａの下流側の微小流路１１に流せる理由について説明する。物体が超音波から受ける放射圧は、物体の体積Ｖに比例する。より詳しくは、物体の体積をＶ、超音波強度をＩ、物体における超音波の吸収係数をα、音速をｃとすると、液体中の物体が進行超音波から受ける放射圧による力Ｆは、    Ｆ＝２αＶ Ｉ ／ｃ    と表せる。
【００５８】
次に、血液中の各成分の体積を比較する。血球とは赤血球、白血球および血小板を指し、血液中の細胞成分の総称である。例えばヒトの血液における血球の大きさ（直径）は、赤血球が約８μｍ、白血球が約６〜２２μｍ、最も小さい血小板でも約１〜４μｍである。それに対して、血漿成分に多く含まれるアルブミン、グロブリンや被検出物質である抗原などの典型的な大きさは１０ｎｍ程度である。以上のことから、それぞれの体積が下記のように概算できる。
【００５９】
捕捉すべき成分（血球）      ５×１０-19〜５×１０-15  ｍ3
捕捉したくない成分（アルブミン、グロブリン、被検出物質）５×１０-25  ｍ3
進行超音波の放射圧から受ける力Ｆは上式から、捕捉したくない成分と比べて血球の方が約１０6倍以上強いことがわかる。つまり、放射圧による力を大きく受ける血球成分は血球捕捉部としての凹部１１ａに強く押し付けられるのに対し、アルブミン、グロブリン等の血漿成分や抗原等の被検出物質は放射圧による力Ｆが小さいので、凹部１１ａに捕捉されずに流下可能である。こうして血球は、進行超音波の作用によって血漿から分離することができる。
【００６０】
次に、前記凹部１１ａからなる血球捕捉部の好ましい容積について説明する。この容積は、血液のヘマトクリット値（血液中に占める血球体積の割合を示す数値）に基づいて決定されるのが好ましい。例えば、ヒト血液のヘマトクリットの正常値は成人男性で４０〜５０％、成人女性で３５〜４５％であるので、全血検体量を２００μＬ（マイクロ・リットル）とすると、血球捕捉部は２００μＬ×０．５＝１００μＬの容積を備えれば、計算上、血球全量を捕捉できることになる。
【００６１】
なお、ヘマトクリットが異常値を持つ血液も対象とする検査であれば、血球捕捉部の容積を変更すべきである。他方、検査に影響する血球量は検査項目によって異なるので（つまり、多少血球が入っていても診断に影響しないほどの検査値の変化であれば許容できるので）、血球捕捉部の容積をヘマトクリット値から算出した値より小さくすることも可能である。すなわち、上記の例では１００μＬより小さくすることができる。また、ヒトとは異なる動物種などに関して検査を行う場合は、対象種で想定されるヘマトクリット値に合わせることができる。
【００６２】
上に挙げた、全血検体量が２００μＬのとき血球捕捉部の容積を１００μＬとする例は、血球捕捉部の容積を、全血量とヘマトクリット値から求められる血球の体積と同等とするものである。それに対して、ヘマトクリットが異常値を持つ血液も対象とする検査に対応可能とするには、血球捕捉部の容積を、全血量とヘマトクリット値から求められる血球体積に対して、最大で１．５倍程度に設定しておくのが望ましい。
【００６３】
次に図８を参照して、本発明の第６の実施形態による測定装置について説明する。本実施形態の測定装置は、図１に示した測定装置と比べると基本的に、センサ部１４において流路部材１２の流路壁に金属薄膜６０が形成され、抗体１３はその金属薄膜６０の上に形成されている点が異なるものである。
【００６４】
上記の構成において、光源３１から発せられた励起光Ｌ0を、微小流路１１の底面（センサチップ１０と金属薄膜６０との界面）に対して全反射条件となる入射角で、かつｐ偏光として入射させると、金属薄膜６０上の試料液Ｓ中にエバネッセント光が滲み出し、このエバネッセント光によって金属薄膜６０中に表面プラズモンが励起される。この表面プラズモンにより金属膜表面に電界分布が生じ、電場増強領域が形成される。
【００６５】
このとき、エバネッセント光の滲み出し領域内に蛍光標識２２が存在すると、その蛍光標識２２が励起されて蛍光Ｌｆが発生する。ここで、エバネッセント光の染み出し領域とほぼ同等の領域に存在する表面プラズモンによる電場増強効果により、蛍光Ｌｆは増強されたものとなる。光検出器３６は、この増強された蛍光Ｌｆを検出する。この光検出器３６が出力する蛍光検出信号に基づいて、抗原Ａの存在の有無や、その量を検出可能であることは、既述の実施形態におけるのと同様である。
【００６６】
次に図９を参照して、本発明の第７の実施形態による測定装置について説明する。本実施形態の測定装置は、図１に示した測定装置と比べると基本的に、エバネッセント光を発生させる全反射光学系に代えて落射光学系が採用されている点が異なるものである。
【００６７】
すなわち本実施形態においては、光源３１が光検出器３６と同様にセンサチップ１０の上方側に配置され、そこからセンサチップ１０のセンサ部１４に向けて励起光Ｌ0が照射される。したがってこの場合は、伝搬光である励起光Ｌ0によって直接的に前記蛍光標識２２が励起されて蛍光Ｌｆが発生する。この蛍光Ｌｆを検出した信号に基づいて、抗原Ａの存在の有無や、その量を検出可能であることは、既述の実施形態におけるのと同様である。
【００６８】
なお、以上説明した図８や図９の構成を採用する場合においても、図４〜７に示したセンサチップの構成を適宜採用可能であることは勿論である。
【００６９】
ここで、本発明の測定装置が対象とする被検出物質（アナライト）は抗原や抗体の他、遺伝子、細胞などの固層化して観察できる生体由来物質であれば、特に制限がない。遺伝子、細胞を検出する場合は、それらに特異的に吸着する物質を微小流路の内壁に固定しておけばよい。反対に、遺伝子、細胞に特異的に吸着する物質を本発明の測定装置によって検出することも可能であり、その場合は遺伝子、細胞を微小流路の内壁に固定しておけばよい。
【００７０】
また、被検出物質、あるいは試料中で被検出物質と競合する競合物質と特異的に結合する物質は、センサ表面に直接固定されている必要はなく、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）、ＳｉＯ２等の誘電体膜、カルボキシメチルデキストラン等の高分子膜などを介して固定されていてもよい。
【００７１】
また、被検出物質、あるいはこの被検出物質と試料液中で競合する競合物質と、それと特異的に結合する物質との組合せも、上述した抗原と抗体に限られるものではなく、その他、アビジン・ビオチン反応、酵素・基質反応など、バイオアッセイに使われる反応により結合する物質の組合せが用いられる場合にも、本発明は同様に適用可能である。
【００７２】
さらに、免疫アッセイを適用する場合は、先に説明したサンドイッチアッセイだけではなく、競合法を適用することも可能である。
【００７３】
また標識物質は蛍光分子に限らず、蛍光ビーズ、金属微粒子など光応答性があるその他の物質からなるものも適用可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１０、１２０、１３０、１４０、１５０    微小流路型センサチップ
１１    微小流路
１１ａ  凹部（血球捕捉部）
１２    流路部材
１３    抗体
１４    センサ部
２０    標識抗体
２２    標識
２３    抗体
３０    プリズム
３１    光源
３３    連通管
３４    試料吸引ポンプ
４０    圧電素子
４１    ピエゾドライバ
４２    波形発生器
５０    超音波吸収体
５１、５３    音響整合層
６０    金属薄膜
Ａ      抗原
Ｌ0      励起光
Ｌｆ    蛍光
【図１】
2012145515.tif 000003
【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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【図９】
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