(57)【要約】【課題】円板状の１枚の検査ディスクを用いて試料の分析と分析データの記録とを統括的に行うことが出来るとともに、１枚の検査基板に微細なウェルを多数形成し、これらのうち任意の範囲のウェルを使用してコンパクトな構成で高速に分析処理を行うことのできる分析装置を提供する。【解決手段】ジェットヘッド２０の複数のノズルが光ヘッド４０の対物レンズ４１の光軸位置と重なるように配置され、光ヘッド４０によるレーザ光の照射と反射光の検出によってジェットヘッド２０をマイクロウェルＷの形成された半径方向の位置へ移動させ、ロータリーエンコーダの出力に基づき検査ディスクＤの回転角度を検出しながら複数のノズルからタイミングをずらして液滴をそれぞれ噴射させることで、１個のマイクロウェルに複数種類の液剤を投入する構成とした。【選択図】図１１
2009063310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を反応させるための複数のマイクロウェルとデータ記録が可能な記録領域とが形成された円板形状の検査ディスクを用いて、試料の分析と分析データの記録とを行う分析装置であって、
前記検査ディスクを回転駆動するスピンドル機構と、
このスピンドル機構により回転される前記検査ディスクの回転角度を検出するロータリーエンコーダと、
複数の液剤を微細液滴にしてそれぞれ噴射する複数のノズルを有し、これら複数のノズルが前記検査ディスクの回転方向に並んで配置されたジェットヘッドと、
前記検査ディスクに対して光の照射と集光とを行う対物レンズを有し、前記検査ディスクへ励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出部、および、前記検査ディスクへレーザ光を照射してデータの記録再生を行うデータ記録部を有する光ヘッドと、
前記ジェットヘッドと前記光ヘッドとを前記検査ディスクに対して半径方向へ相対的に移動させるスライド機構と、
各部の制御を行う制御手段と、
を備え、
前記複数のノズルの前記検査ディスクの半径方向の位置が前記光ヘッドの前記対物レンズの光軸位置と重なるように配置され、
前記制御手段は、
前記光ヘッドによるレーザ光の照射と反射光の検出によって前記ジェットヘッドを前記マイクロウェルの形成された半径位置へ移動させ、
前記ロータリーエンコーダの出力に基づき前記検査ディスクの回転角度を検出しながら前記複数のノズルからタイミングをずらして微細液滴をそれぞれ噴射させることで、１個のマイクロウェルに複数種類の液剤を投入するように構成されていることを特徴とする分析装置。
【請求項２】
前記ジェットヘッドは、前記液剤を２０ピコリットル以下の微細液滴にして噴射する構成であることを特徴とする請求項１記載の分析装置。
【請求項３】
前記検査ディスクは、
中央に同心円の貫通孔を有し、
中央側から一定の半径範囲に、基板表面が凹状に形成された複数のマイクロウェルが渦巻き状に列を成して形成されるとともに、基板表面が凹状にされた溝が前記マイクロウェルの列に沿って隣接するマイクロウェルをつなぐように形成され、
前記マイクロウェルの形成領域より外周側に、レーザ光によりデータマークが形成可能な記録層を有するデータ記録領域が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の分析装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記溝にレーザ光の焦点が合うように前記光ヘッドの半径方向の位置を調整することで、前記ジェットヘッドの位置を前記マイクロウェルの形成された半径位置に合わせることを特徴とする請求項３記載の分析装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
試料の分析処理の開始の指示を受けたら、
前記記録領域の格納データを読み出して前記マイクロウェルの未使用領域を確認するステップと、
前記前記未使用領域のマイクロウェルに前記ジェットヘッドから液剤を投入させるステップと、
前記液剤が投入されたマイクロウェルの蛍光検出を行うステップと、
前記記録領域に前記蛍光検出に関するデータと使用したマイクロウェルの範囲を示すデータとを記録するステップと、
を順次行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の分析装置。
【請求項６】
円板形状で、中央側から一定の半径範囲に、基板表面が凹状に形成された複数のマイクロウェルが渦巻き状に列を成して形成されるとともに、基板表面が凹状にされた溝が前記マイクロウェルの列に沿って隣接するマイクロウェルをつなぐように形成され、前記マイクロウェルの形成領域より外周側に、レーザ光によりデータマークが形成可能な記録層を有するデータ記録領域が形成されている検査ディスクを用いて、試料の分析と分析データの記録とを行う分析装置であって、
前記検査ディスクを回転駆動するスピンドル機構と、
このスピンドル機構により回転される前記検査ディスクの回転角度を検出するロータリーエンコーダと、
複数の液剤を２０ピコリットル以下の微細液滴にしてそれぞれ噴射する複数のノズルを有し、これら複数のノズルが前記検査ディスクの回転方向に並んで配置されたジェットヘッドと、
前記検査ディスクに対して光の照射と集光とを行う対物レンズを有し、前記検査ディスクへ励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出部、および、前記検査ディスクへレーザ光を照射してデータの記録再生を行うデータ記録部を有する光ヘッドと、
前記ジェットヘッドと前記光ヘッドとを前記検査ディスクに対して半径方向へ相対的に移動させるスライド機構と、
各部の制御を行う制御手段と、
を備え、
前記複数のノズルの前記検査ディスクの半径方向の位置が前記光ヘッドの前記対物レンズの光軸位置と重なるように配置され、
前記制御手段は、
試料の分析処理の開始の指示を受けたら、
前記記録領域の格納データを読み出して前記マイクロウェルの未使用領域を確認するステップと、
前記前記未使用領域のマイクロウェルに前記ジェットヘッドから液剤を投入させるステップと、
前記液剤が投入されたマイクロウェルの蛍光検出を行うステップと、
前記記録領域に前記蛍光検出に関するデータと使用したマイクロウェルの範囲を示すデータとを記録するステップと、
を順次行うとともに、
前記液剤を投入させるステップにおいて、
前記溝にレーザ光の焦点が合うように前記光ヘッドの半径方向の位置を調整することで、前記ジェットヘッドの位置を前記マイクロウェルの形成された半径位置に移動させ、
前記ロータリーエンコーダの出力に基づき前記検査ディスクの回転角度を検出しながら前記複数のノズルからタイミングをずらして微細液滴をそれぞれ噴射させることで、１個のマイクロウェルに複数種類の液剤を投入するように構成されていることを特徴とする分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばＤＮＡ（デオキシリボ核酸）等の検査を行う分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
以前より、ＤＮＡチップを用いて検体の分析を行う分析手法が知られている。ＤＮＡチップは、多種類のｃＤＮＡ（相補的ＤＮＡ）の断片をチップ上に固定化したものであり、そこに検体から抽出したｍＲＮＡ（メッセンジャーリボ核酸）の溶液をふりかけることで、ＤＮＡに特定の遺伝子配列が含まれるか否かを分析することが出来る。すなわち、ｍＲＮＡは、同じ配列をもったｃＤＮＡとだけ結合し、その他のｃ−ＤＮＡとは結合しない。そして、蛍光物質を用いてｍＲＮＡとｃＤＮＡとが結合したものと非結合のものとを識別することで、検体のＤＮＡに特定の遺伝子配列が存在しているか否かを評価することができる。例えば、ｃＤＮＡに細胞の癌化と関連のあるＤＮＡ断片を使用することで、検体から取り出した細胞にどれだけの割合で癌細胞が含まれているか等の分析も行うことが出来る。
【０００３】
また、本願の発明に関連する従来技術として、次のような技術の開示があった。例えば、特許文献１と２には、円板形状のバイオアッセイ基板を用いてＤＮＡ溶液の滴下と蛍光検出とを行うバイオアッセイ装置について開示されている。また、特許文献３には、円板形状のバイオアッセイ基板の内周側の所定範囲に信号記録膜を形成し、バイオアッセイ用基板の検査に関する情報を記録することが開示されている。また、特許文献４には、検体の試料が付着されたチップ上にジェットヘッドから複数の薬液を噴出して試料と反応させ、蛍光検出により試料の分析を行う装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１３３０２１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３３０７７号公報
【特許文献３】特開２００５−０３４５０号公報
【特許文献４】特開２００７−１１３９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、１枚の検査基板を用いて長期に渡る複数回の検査・分析を行い、且つ、同一の検査基板にそれまでの分析結果の情報を統括的にまとめておけるような分析キットがあれば、大変便利であると考えた。このような分析キットにより、例えば、一人の被験者に１枚の検査基板を割り当てておくことで、一人の被験者の過去から現在までの検査・分析の実施や、分析データの格納を１枚の検査基板で統括的に行うことが出来る。
【０００５】
このような構成を実現するには、１枚の検査基板に微細なウェルを多数設けて、任意のウェルを少しずつ使用して多数回の検査を行えるようにする必要があると考えられた。
【０００６】
しかしながら、引用文献１と２の技術は、溶液を噴射する複数のノズルを放射状に配置し、さらにこれらを固定しているため、基板上に微細なウェルを多数設けた場合、ウェルの列数に対応させて多数のノズルを放射状に設けなければならず、溶液を噴射する構成が大型になるという課題があった。また、多数のウェルのうち任意の範囲のウェルのみ用いて分析を行う場合には、使用するウェルに必要な液剤を投入する必要があることから、使用するウェルをその都度変えるような柔軟な対応が難しいという課題があった。
【０００７】
また、引用文献３の技術は、滴下ヘッドにより溶液をウェル内に滴下する構成であるため、滴下する溶液の容量が比較的多くなって、微細なウェルに対応させるのが難しいという課題があった。また、１つのウェルに高速に複数の液剤を投入するのが難しいという課題があった。
【０００８】
この発明の目的は、光ディスクの技術を応用し、円板状の検査基板を用いて試料の分析と分析データ等の記録を統括的に行うことが出来るとともに、１枚の検査基板に微細なウェルを多数形成し、この多数のウェルのうち任意の範囲のウェルのみを使用してコンパクトな構成で且つ高速な検査を行うことのできる分析装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、試料を反応させるための複数のマイクロウェルとデータ記録が可能な記録領域とが形成された円板形状の検査ディスクを用いて、試料の分析と分析データの記録とを行う分析装置であって、前記検査ディスクを回転駆動するスピンドル機構と、このスピンドル機構により回転される前記検査ディスクの回転角度を検出するロータリーエンコーダと、複数の液剤を微細液滴にしてそれぞれ噴射する複数のノズルを有し、これら複数のノズルが前記検査ディスクの回転方向に並んで配置されたジェットヘッドと、前記検査ディスクに対して光の照射と集光とを行う対物レンズを有し、前記検査ディスクへ励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出部、および、前記検査ディスクへレーザ光を照射してデータの記録再生を行うデータ記録部を有する光ヘッドと、前記ジェットヘッドと前記光ヘッドとを前記検査ディスクに対して半径方向へ相対的に移動させるスライド機構と、各部の制御を行う制御手段と、を備え、前記複数のノズルの前記検査ディスクの半径方向の位置が前記光ヘッドの前記対物レンズの光軸位置と重なるように配置され、前記制御手段は、前記光ヘッドによるレーザ光の照射と反射光の検出によって前記ジェットヘッドを前記マイクロウェルの形成された半径位置へ移動させ、前記ロータリーエンコーダの出力に基づき前記検査ディスクの回転角度を検出しながら前記複数のノズルからタイミングをずらして微細液滴をそれぞれ噴射させることで、１個のマイクロウェルに複数種類の液剤を投入するように構成とした。
【００１０】
このような手段によれば、１枚の検査ディスクで試料の分析とその分析データの記録とを統括的に行うことができるとともに、微細なウェルが多数形成された検査ディスクに対して、その任意の範囲のウェルに必要な液剤を投入して試料の検査を行うことが可能となる。また、液剤を投入するジェットヘッドは、１つのノズルから全てのマイクロウェルに液剤の投入を行うことが出来る構成となるため、多数のマイクロウェルを形成しても、液剤を投入する構成はコンパクトにすることが出来る。
【００１１】
具体的には、前記ジェットヘッドは、前記液剤を２０ピコリットル以下の微細液滴にして噴射する構成とすると良い。
【００１２】
これにより、検査ディスクに形成するマイクロウェルの大きさを小さくして、より多数のマイクロウェルを形成することが出来る。
【００１３】
また具体的には、前記検査ディスクは、中央に同心円の貫通孔を有し、中央側から一定の半径範囲に、基板表面が凹状に形成された複数のマイクロウェルが渦巻き状に列を成して形成されるとともに、基板表面が凹状にされた溝が前記マイクロウェルの列に沿って隣接するマイクロウェルをつなぐように形成され、前記マイクロウェルの形成領域より外周側に、レーザ光によりデータマークが形成可能な記録層を有するデータ記録領域が形成された構成とすると良い。
【００１４】
さらに具体的には、前記制御手段は、前記溝にレーザ光の焦点が合うように前記光ヘッドの半径方向の位置を調整することで、前記ジェットヘッドの位置を前記マイクロウェルの形成された半径位置に合わせる構成とすると良い。
【００１５】
このような構成により、ジョットヘッドを上記の溝に沿った状態で検査ディスクを回転させ、溝に沿った複数のマイクロウェルで連続的に試料の分析を行うことが可能となる。また、溝の検出によりマイクロウェルの位置の確認や、ジェットヘッドを所定のマイクロウェルの箇所まで移動させるのも容易となる。
【００１６】
好ましくは、前記制御手段は、試料の分析処理の開始の指示を受けたら、前記記録領域の格納データを読み出して前記マイクロウェルの未使用領域を確認するステップと、前記前記未使用領域のマイクロウェルに前記ジェットヘッドから液剤を投入させるステップと、前記液剤が投入されたマイクロウェルの蛍光検出を行うステップと、前記記録領域に前記蛍光検出に関するデータと使用したマイクロウェルの範囲を示すデータとを記録するステップとを順次行う構成とすると良い。
【００１７】
このような構成により、自動的な制御によって、１枚の検査ディスクで長期に渡る複数回の検査を行うことが可能となり、且つ、同一の検査ディスクにそれまでの分析データを統括的にまとめていくことが出来る。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に従うと、円板状の検査ディスクで試料の分析と分析データの格納を統括的に行うことができるとともに、１枚の検査ディスクに微細なウェルを多数形成し、この多数のウェルのうち任意の範囲のウェルのみを使用してコンパクトな構成で高速な検査を行うことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態の分析装置１のメカ構成および光学構成を示す構成図、図２は、実施形態の分析装置１の回路構成を示すブロック図である。
【００２１】
この実施の形態の分析装置１は、円板状の検査ディスクＤを用いて人のＤＮＡの分析とこの分析データの記録とを行うもので、検査ディスクＤを回転軸１０ａに保持して回転駆動するスピンドルモータ１０と、検査ディスクＤのエンコードマークを検出して回転角度を検出するロータリーエンコーダ１２と、検査ディスクＤのマイクロウェル（Micro Well）に検体となる血液の溶液や薬液を投入するジェットヘッド２０と、蛍光検出やデータの記録再生等を行う光学系（４１〜６１）を有する光ヘッド４０と、これらジェットヘッド２０と光ヘッド４０とが搭載されるベースフレーム１４と、ベースフレーム１４をナット１７，１７とリードスクリュー１５ａを介して検査ディスクＤの半径方向へ移動させるスライドモータ１５等を備えている。
【００２２】
光ヘッド４０に搭載される光学系は、光を検査ディスクＤに収束させたりその反射光や蛍光を集光する対物レンズ４１と、この対物レンズ４１をフォーカス方向とトラッキング方向に微小変位させるレンズアクチュエータ４２と、レーザ光や励起光と蛍光とを分離するダイクロイックミラー４３と、赤色の蛍光と緑の蛍光を透過させるエミッタフィルタ４４ａ，４４ｂと、蛍光の光量検出を行うＰＭＴ（フォトマルチプライア）４５と、励起光を出射する光源４９と、励起光を平行光にするコリメータレンズ４７と、励起光の波長を抽出するエキサイタフィルタ４７と、励起光を反射し記録再生用のレーザ光を透過するフィルタミラー４６と、記録再生用のレーザ光を出射する半導体レーザ５３と、記録再生用のレーザ光の進行波と反射波とを分離するための１／４波長板５０および偏光ビームスプリッタ５２と、記録再生用のレーザ光を平行光にするコリメータレンズ５１と、記録再生用のレーザ光の反射ビームを３方向に分離するプリズム５４，５７と、点状又は線状の隙間が形成されたスリット５５と、スリット５５を通過した光強度を検出する第１光センサ５６と、２個のプリズムを異なる角度で互いに接触させて固定した光学素子５８と、光学素子５８を通過した光を複数分割された検出面でそれぞれ検出する第２光センサ５９と、反射ビームに非点収差を付与する円筒レンズなどの光学レンズ６０と、光学レンズ６０を通過した光を複数分割された検出面でそれぞれ検出する第３光センサ６１等を備えている。
【００２３】
ジェットヘッド２０は、回転軸１０ａに保持された検査ディスクＤの上方に配置されている。一方、光ヘッド４０の対物レンズ４１は検査ディスクＤの下側に配置されている。これらジェットヘッド２０と対物レンズ４１は、そのノズルの延長線と、対物レンズ４１の光軸とが、検査ディスクＤの半径方向の同一長の位置に来るようにアライメントされている。
【００２４】
ロータリーエンコーダ１２は、例えば、反射型の光センサにより構成される。
【００２５】
エミッタフィルタ４４ａ，４４ｂは、図示略の駆動装置により光軸上に何れか一方が移動されて、蛍光の通過波長が切り換えられるようになっている。
【００２６】
スリット５５と第１光センサ５６は、共焦点法により対物レンズ４１により収束されるレーザ光の焦点と反射面とのズレ量を検出するためのものである。また、光学素子５８と第２光センサ５９は、ダブルナイフエッジ法により上記レーザ光の焦点のズレ量を検出するためのものである。また、円筒レンズ等の光学レンズ６０および第３光センサ６１は、非点収差法により上記レーザ光の焦点のズレ量を検出するためのものである。また、第３光センサ６１は、データの読み出し時に再生信号を生成するのにも使用されるものである。
【００２７】
また、この実施の形態の分析装置１には、図２に示すように、第２光センサ５９や第３光センサ６１の検出信号を演算してフォーカス誤差信号を生成する演算回路６５，６６と、光センサ５６，５９，６１の検出出力から得られるフォーカス誤差信号をデジタル信号に変換するデジタルサンプリング回路６２〜６３，７１と、ＰＭＴ４５の蛍光検出信号をデジタル信号に変換するデジタルサンプリング回路６４と、これら光センサ４５，５６，５９，６１やロータリーエンコーダ１２等から信号を入力してレンズアクチュエータ４２、ジェットヘッド２０、スライドモータ１５、スピンドルモータ１０等の駆動制御を行う制御回路７０と、データ記録用の信号処理を行う書込み用データ処理回路６９と、スライドモータ１５やスピンドルモータ１０を駆動するドライバ６７，６８と、半導体レーザ５３を駆動するレーザドライバ７３等を備えている。
【００２８】
スライドモータ１５は、ステッピングモータ等から構成され、制御回路７０はその回転量から光ヘッド４０やジェットヘッド２０が検査ディスクＤの半径方向のどの位置にいるかを認識できるようになっている。
【００２９】
図３は、本発明の実施形態の検査ディスクの構成を示す平面図、図４は、そのマイクロアッセイ領域に形成されるマイクロウェルの全体構成を概略的に表わした図、図５は、マイクロウェルの詳細な構成を示す斜視図、図６は、検査ディスクの一部の断面図である。
【００３０】
検査ディスクＤは、例えばコンパクトディスクと同等の円板形状をしてなるもので、その中央には、回転軸１０ａに保持される同心円状の貫通孔Ｄ０が形成されている。また、この貫通孔Ｄ０に近い内周側の下面には回転角度を検出させるためのエンコードマークＭ１が形成され、このエンコードマークＭ１より外周側でディスク半径の中盤までの範囲には、微細なマイクロウェルＷをディスク上面に多数有するマイクロアッセイ領域Ａ１が形成されている。さらに、その外周側には、光ディスクと同様にディスク内にレーザ光によりデータマークが形成可能な記録層を有するデータ記録領域Ａ２が形成されている。
【００３１】
図４と図５に示すように、マイクロアッセイ領域Ａ１には、ディスク表面が円形凹状に成型されたマイクロウェルＷが中央側から外側へと渦を巻くような配列で多数形成されている。なお、図４は、概略的にマイクロウェルが渦状に並んでいること示すものであり、実際には、渦の隣接する２列はもっと近接して並らび、列に沿った隣接するマイクロウェルＷの間隔ももっと狭く形成されている。
【００３２】
また、列に沿って隣接する２個のマイクロウェルＷ，Ｗの間には、両者を結ぶように細い溝Ｇが形成されている。マイクロウェルは、例えば直径が１０μｍ程度、溝は０．４μｍ程度である。また、特に制限されるものではないが、図３の一部の拡大図に示すように、マイクロウェルＷは内周側から外周側にかけて所定の回転角に１個の割合で形成されている。このようなマイクロウェルＷと溝Ｇの加工は光ディスクを形成する工程と同様にディスク材料を射出成型して形成するときに、その型枠にこの微細な形状を形成しておくことで作成可能なものである。
【００３３】
データ記録領域Ａ２は、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）などの光ディスクと同様に、例えば、検査ディスクの中央の深さ位置に記録層ｂ１が形成されたものである。記録層ｂ１は、光ディスクのものと同様に、レーザ光によりマークが形成される色素膜や反射膜並びに記録溝などを有するものである。
【００３４】
図７と図８には、ジェットヘッド２０の構成を示す正面図と側面図とをそれぞれ示す。
【００３５】
ジェットヘッド２０は、図７に示すように、複数本の独立した流路２２ａ〜２２ｄおよびノズル２３ａ〜２３ｄを有し、これらノズル２３ａ〜２３ｄの先端から液剤を微細液滴にして噴射するものである。なお、図７には、流路２２ａ〜２２ｄやノズル２３ａ〜２３ｄが４つ形成されている例を示しているが、１００個や２００個など膨大な数形成されるものである。
【００３６】
微細液滴は、例えば３ｐｌ（ピコリットル）程度の液滴であるが、２０ｐｌ以下の液滴であれば、検査ディスクＤの回転により液剤がマイクロウェルＷから飛び出したりすることがなく、試薬等の使用量を低減して検査のランニングコストの低減効果を得ることが出来る。流路２２ａ〜２２ｄやノズル２３ａ〜２３ｄは、図８に示すように、例えばシリコンブロック２５ｂの表面にエッチング処理を施して溝を形成し、その上にガラス２５ａなどを接合することで、これらシリコンブロック２５ｂとガラス２５ａの間に形成することが出来る。
【００３７】
また、流路２２ａ〜２２ｄの途中には、ピエゾ素子２４ａ〜２４ｄの一面が各流路２２ａ〜２２ｄを覆うように設けられ、これらのピエゾ素子２４ａ〜２４ｄに電圧を印加して駆動することで、流路２２ａ〜２２ｄ内の液剤が押圧されてノズル２３ａ〜２３ｄの先端から微細な液滴が噴射されるようになっている。
【００３８】
流路２２ａ〜２２ｄの上端側にはパイプ２６が接続され、これらのパイプ２６から液剤が供給されるようになっている。これらの構成はホルダ枠２０Ａにより保持・固定されている。また、パイプ２６の先には液剤が投入される小さなタンクが設けられ、そこに液薬や試料の溶剤を投入し、ノズル２３ａ〜２３ｄから噴射させることが可能になっている。
【００３９】
複数のノズル２３ａ〜２３ｄは、図７に示すように、回転軸１０ａに保持された検査ディスクＤの回転方向（円周の接線方向）に並ぶように組みつけられている。
【００４０】
図９は、ロータリーエンコーダの出力の一例を示すタイムチャートを、図１０は、ジェットヘッドの駆動動作の一例を説明するタイムチャートを示す。
【００４１】
エンコードマークＭ１は、特に制限されるものではないが、例えば、マイクロウェルＷが１個形成される角度範囲に１個の検出信号が出力されるように細かい角度毎に形成された複数のマークと、１回転に１個の検出信号が出力されるように形成された同心円上に１個のマークとを有している。ロータリーエンコーダ１２は、これら両者のマークを独立して検出することで、検査ディスクが１回転するごとに１回の検出パルスが出力されるエンコーダ出力Ａと、マイクロウェルＷが１個ある角度範囲ごとに１個の検出パルスが出力されるエンコーダ出力Ｂとを生成する。
【００４２】
図１０に示すように、制御回路７０は、エンコーダ出力Ｂの１個の検出パルスを基準に、所定の遅延間隔ｔｄ０，ｔｄ，ｔｄ，ｔｄでジェットヘッド２０のピエゾ素子２４ａ〜２４ｄを順番に駆動する。それにより、１個のマイクロウェルＷ内のほぼ同一点に複数のノズル２３ａ〜２３ｄから液剤を噴射して投入することが可能になっている。エンコーダ出力Ｂのパルスから最初のピエゾ素子２４ａを駆動させるまでの遅延ｔｄ０は、エンコードマークＭ１の開始点からマイクロウェルＷ中の所定点（例えば中央の点）までの回転角と、検査ディスクＤの角速度に応じた時間である。また、１つのピエゾ素子の駆動から次の隣接するピエゾ素子の駆動までの遅延時間ｔｄは、ジェットヘッド２０の複数のノズル２３ａ〜２３ｄの間隔と、検査ディスクＤの液剤噴射点での速度（角速度×その点までの半径）とに応じた時間である。制御回路７０は、検査ディスクの角速度と、液剤噴射点の半径とを求め、それらから演算した上記の遅延間隔ｔｄ０，ｔｄ，ｔｄ，ｔｄごとにジェットヘッド２０のピエゾ素子２４ａ〜２４ｄを順番に駆動していくことで、マイクロウェルＷ中の所定の点へ複数の液剤を投与することが可能になっている。
【００４３】
次に、上記構成の分析装置１を用いた分析処理の動作について説明する。
【００４４】
この分析装置１では、検体となる試料や薬剤として種々のものを使用することで、様々な分析を行うことができるが、ここでは、被験者のＤＮＡ溶剤を試料として、被験者のＤＮＡに癌化に関与する様々な遺伝子配列が含まれているか否かを分析する処理について説明する。
【００４５】
先ず、分析原理の概略を説明する。この分析装置１で上記のような分析処理を行うには、ジェットヘッド２０から噴射する液剤として、被験者のＤＮＡが溶かされた例えば血液溶剤、また、癌化に関与するＤＮＡ配列を有した多数種類のｃＤＮＡの溶剤、また、二本鎖ＤＮＡに結合して蛍光を発する構造に変質する蛍光物質の溶剤などを用いる。そして、１個のマイクロウェルに１つのｃＤＮＡを対応させるかたちで、複数のマイクロウェルに多数種類のｃＤＮＡと血液溶剤と蛍光物質溶剤とをそれぞれ投入して反応させる。
【００４６】
すると、被験者の血液溶剤のＤＮＡにｃＤＮＡに対応した遺伝子配列があれば、被験者のＤＮＡに係るｍＲＮＡとｃＤＮＡとが結合して二本鎖ＤＮＡとなり、それと蛍光物質とが結合して蛍光を発する構造に変質する。一方、被験者の血液溶剤のＤＮＡにｃＤＮＡに対応する遺伝子配列がなければ、被験者のＤＮＡに係るｍＲＮＡとｃＤＮＡとは結合せず、それゆえ、二本鎖ＤＮＡが生成されずに蛍光物質も蛍光体に変質しない。
【００４７】
そこで、上記の液剤を複数のマイクロウェルＷに投入して反応させたら、これらのマイクロウェルＷに検査ディスクＤの下方から励起光を照射し、そこからの蛍光の発光量をＰＭＴ４５で検出する。そして、蛍光量が一定以上であったマイクロウェルＷに投入されたｃＤＮＡを確認することで、被験者から採取したＤＮＡにこの癌化に関与するｃＤＮＡの遺伝子配列が含まれることを分析結果として得ることが出来る。
【００４８】
次に、上記の分析装置１による分析処理の処理手順について説明する。
【００４９】
図１１は、マイクロウェルＷに液剤を投入している状態を示す斜視図、図１２は、光ヘッド４０によりその光軸位置をマイクロアッセイ領域の溝に合わせた状態とデータ記録の際の状態とを表わした説明図、図１３は、マイクロアッセイ領域Ａ１の溝Ｇに焦点位置を合わせる際に使用する際のフォーカス誤差信号を示すグラフである。
【００５０】
また、図１４には、１枚の検査ディスクＤを用いて初めて分析処理を実施する場合に制御回路７０により実行されるイニシャル処理のフローチャートを、図１５には、分析実行の指示がなされた場合に制御回路７０により実行されるマイクロアッセイ処理のフローチャートを、それぞれ示す。
【００５１】
未使用の検査ディスクＤを初めて使用する場合、検査ディスクＤを装置にセットすると、光ヘッド４０がそのデータ記録領域Ａ２のデータにアクセスすることで、制御回路７０により未使用の検査ディスクＤであることが検出される。そして、未使用の検査ディスクＤが検出されると、図１４のイニシャル処理が開始される。
【００５２】
イニシャル処理では、先ず、制御回路７０は、検査ディスクＤの各マイクロウェルＷとそこに投入するｃＤＮＡの情報を、例えば表（スプレッドシート）のデータ形式にして外部から装置１に入力させる（ステップＳ１）。これらのデータは設定者が用意する。これらのデータが入力されたら、制御回路７０は光ヘッド４０を検査ディスクＤのデータ記録領域Ａ２の際内周部分に移動させ（ステップＳ２）、そこにこれらのデータを書き込む（ステップＳ３）。データ書込み時の制御は、一般的な光ディスクで行われているものと同様のものであり詳細は省略する。
【００５３】
次いで、イニシャル処理が済んだ状態において、分析装置１に分析処理開始の指令が入力されると、図１５のマイクロアッセイ処理が開始される。マイクロアッセイ処理が開始されると、先ず、制御回路７０は光ヘッド４０をデータ記録領域Ａ２の内周部分に移動させ、そこから、各マイクロウェルＷに投入するｃＤＮＡの情報が記録された表データを読み込む（ステップＳ１１）。次いで、データ記録領域Ａ２の制御データを読み込んで未使用のマイクロウェルＷの範囲を確認する（ステップＳ１２）。
【００５４】
そして、未使用のマイクロウェルＷの範囲を確認したら、その範囲のうち、内周に近い側から今回の分析処理で使用する複数のマイクロウェルＷの範囲を指定して、この複数のマイクロウェルＷに、検体となる試料（血液溶液）、並びに、上記の表データに基づく薬液と蛍光物質とをジェットヘッド２０を駆動して投入する（ステップＳ１３）。
【００５５】
指定のマイクロウェルＷに液剤を投入する際には、図１１〜図１２に示すように、光ヘッド４０からレーザ光を出射させて、このレーザ光がマイクロアッセイ領域Ａ１の溝Ｇの位置で焦点を結ぶようにサーボ制御した状態にする。このようなサーボ制御を実現するには、先ず、第１〜第３の光センサ５６，５９，６１の出力に基づき図１３に示すような３つのフォーカス誤差信号を入力して、これらに基づきレーザ光のフォーカスを検査ディスクＤの上面に合わせる。
【００５６】
図１３に示すように、共焦点法により得られるフォーカス誤差信号はアフォーカル系の光学系により比較的大きな範囲でフォーカスのズレを検出できる。一方、ダブルナイフエッジ法により得られるフォーカス誤差信号と非点収差法により得られるフォーカス誤差信号は、比較的中程度の範囲ならびに小さな範囲で正確なフォーカスのズレを検出することが出来る。従って、これらの３つの信号を利用して、フォーカスが大きく外れている範囲では共焦点法のフォーカス誤差信号を使用し、フォーカスが徐々に近づくにつれてダブルナイフエッジ法と非点収差法のフォーカス誤差信号を使用して、フォーカスサーボをかける。それにより、レーザ光のフォーカスを検査ディスクＤの上面に合わせる。
【００５７】
次いで、レーザ光の焦点がスパイラル状に配された溝Ｇの位置に来たときに、この溝Ｇの底面部にフォーカス位置をずらすとともに、溝Ｇの横方向（検査ディスクＤの半径方向）に対してもサーボ制御を行って、レーザ光の焦点が溝Ｇに沿って移動するように制御する。横方向のサーボ制御は、図示は省略するが、光ディスクの記録溝で行われるトラッキングサーボ制御と同様の構成を適用することが出来る。すなわち、３ビーム法などを用いて、レーザ光が溝Ｇから外れないように、レンズアクチュエータ４２の横方向の駆動制御とスライドモータ１５の駆動制御とを行う。なお、溝Ｇの途中にはマイクロウェルＷが設けられ、この範囲で溝Ｇはなくなるが、マイクロウェルＷの直径は１０μｍ程度なので、検査ディスクＤをある程度のスピードで回転させることで、レーザ光の焦点が溝Ｇから外れないようにサーボ制御を続けることが出来る。
【００５８】
このようなサーボ制御により、光ヘッド４０の対物レンズ４１が、スパイラル状に配列された溝ＧやマイクロウェルＷに沿った状態にされ、それにより、ジェットヘッド２０の各ノズル２３ａ〜２３ｄ…も同様にスパイラル状に配された溝ＧやマイクロウェルＷに沿った位置に制御される。
【００５９】
そして、この状態において、図９に示したロータリーエンコーダ１２の出力と、スライドモータ１５の回転量の検出とから、制御回路７０は、何番目のマイクロウェルＷの上方位置にジェットヘッド２０が位置するかを割り出す。そして、指定のマイクロウェルＷの上方位置にジェットヘッド２０が来たときに、図１０で説明したタイミングでジェットヘッド２０のピエゾ素子２４ａ〜２４ｄ…のうち投入する液剤に対応するものを駆動して、試料（血液溶液）やｃＤＮＡを含んだ薬液および蛍光物質を投入する。そして、このような液剤の投入を、複数種類の薬液分、続けざまに指定された複数のマイクロウェルＷに対して行う（ステップＳ１３）。
【００６０】
液剤を投入したら、次に、液剤が反応する時間を待機し（ステップＳ１４）、その後、液剤を投入したマイクロウェルＷに対して蛍光検出を行う（ステップＳ１５）。蛍光検出の際も、先に説明したように、まず、レーザ光を使用して対物レンズ４１の焦点をスパイラル状に配された溝ＧやマイクロウェルＷに合わせた後、光源４９から励起光を出射させてＰＭＴ４５の出力信号をデジタル化して取り込む。このような蛍光検出の処理を、ステップＳ１３で液剤を投入した複数のマイクロウェルＷに対してそれぞれ１回又は複数回行う。また、蛍光検出部のエミッタフィルタ４４ａ，４４ｂを切り換えて複数回行う。
【００６１】
次に、取り込んだＰＭＴ４５の出力から、蛍光出力が閾値を超えたマイクロウェルＷと、表データからそこに投入した液薬のｃＤＮＡを抽出して、解析結果のデータを生成する（ステップＳ１６）。
【００６２】
解析結果のデータを生成したら、次に、光ヘッド４０を検査ディスクＤのデータ記録領域Ａ２に移動させ、データの書き込まれていないセクタに、今回の分析処理で使用したマイクロウェルＷの範囲と解析結果データとを書き込む（ステップＳ１７）。このように使用したマイクロウェルＷの範囲を記録しておくことで、次に、同一の検査ディスクＤを用いて分析処理を行うときに、使用済みのマイクロウェルＷは除外して、未使用のマイクロウェルＷを用いて分析処理を行うことが可能となる。
【００６３】
次に、蛍光検出のローデータ（Raw Data）も続けて検査ディスクＤのデータ記録領域Ａ２に書き込む（ステップＳ１８）。ローデータを記録しておくことで、後に、蛍光検出の測定結果を別の手法で解析処理したり、検証したりすることが可能となる。そして、このローデータの書込みが終了したら１回の分析処理を終了する。
【００６４】
以上のように、この実施形態の分析装置１によれば、１枚の検査ディスクＤを用いて複数回分の試料の分析とその分析データの記録とを統括的に行うことが出来る。さらに、レーザ光を用いたサーボ制御とロータリーエンコーダ１２の回転角度の検出とにより、ジェットヘッド２０の１つのノズルから任意のマイクロウェルＷに指定の液剤を噴射投入することができるため、ジェットヘッド２０を必要最小限のコンパクトな構成にできる。また、ジェットヘッド２０は２０ｐｌ以下の微細液滴を投入する構成であるので、マイクロウェルＷを微細化して１枚の検査ディスクＤに多くのマイクロウェルＷを形成することができ、それにより、１枚の検査ディスクＤで非常に多くの回数分析処理を行うことが可能となる。
【００６５】
また、複数のマイクロウェルＷは、渦巻状に列を成して形成され、この列に沿って溝Ｇが形成されているので、レーザ光の焦点がこの溝Ｇに沿って外れないようにサーボ制御をかけることで、ジェットヘッド２０の位置をこの溝Ｇに沿ったマイクロウェルＷの上方位置に容易に合わせることが出来る。また、ロータリーエンコーダ１２の出力と合わせて判断することで、何番目のマイクロウェルＷに対応する位置にジェットヘッド２０があるのか判別することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施形態では光ヘッド４０とジェットヘッド２０とをベースフレーム１４に一体的にした構成を例示したが、これらを別のフレームに設けるとともに、これら２個のフレームが連動して等距離ずつ移動する構成にしても良い。また、マイクロウェルＷが同一の回転角に１個ずつ設けられる構成としているが、例えば、等間隔で１個ずつ設ける構成としても良い。また、上記実施の形態では、ｍＲＮＡとｃＤＮＡとの結合に基づくＤＮＡの検査に本発明の分析装置を用いた例を示したが、分析内容は種々のものに応用可能であるし、分析に利用する試料と薬剤の反応の種類も様々なものを利用可能である。
【００６７】
その他、光学系やエンコーダマークＭ１の構成、並びに、検査ディスクＤのデータ記録領域Ａ２に格納するデータ等、実施形態で示した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態の分析装置１のメカ構成および光学構成を示す構成図である。
【図２】実施形態の分析装置１の回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の検査ディスクの構成を示す平面図である。
【図４】マイクロアッセイ領域の構成を概略的に表わした図である。
【図５】マイクロウェルの詳細な構成を示す斜視図である。
【図６】検査ディスクの断面図である。
【図７】ジェットヘッドの構成を示す正面図である。
【図８】ジェットヘッドの構成を示す側面図である。
【図９】ロータリーエンコーダの出力の一例を示すタイムチャートである。
【図１０】ジェットヘッドの駆動動作の一例を説明するタイムチャートである。
【図１１】マイクロウェルに液剤を投入している状態を示す斜視図である。
【図１２】光ヘッドによる蛍光検出の状態とデータ記録の状態を表わした説明図である。
【図１３】光ヘッドのフォーカスサーボ制御に使用されるフォーカス誤差信号を示す波形図である。
【図１４】制御回路により実行される検査ディスクに対するイニシャル処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】制御回路により実行されるマイクロアッセイ処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
１      分析装置
１０    スピンドルモータ
１２    ロータリーエンコーダ
１５    スライドモータ
１５ａ  リードスクリュー
２０    ジェットヘッド
２３ａ〜２３ｄ  ノズル
２４ａ〜２４ｄ  ピエゾ素子
４０    光ヘッド
４１    対物レンズ
４２    レンズアクチュエータ
４５    ＰＭＴ
４９    励起光の光源
５３    半導体レーザ
５６，５９，６１  光センサ
Ｄ      検査ディスク
Ａ１    マイクロアッセイ領域
Ａ２    データ記録領域
Ｍ１    エンコードマーク
Ｗ      マイクロウェル
Ｇ      溝
ｂ１    記録層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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