センサユニット及び試料の測定方法
【課題】 測定時間の長時間化とコストアップとを抑えつつ、残留試料によるコンタミネーションを防止したセンサユニットを提供する。
【解決手段】 センサユニット１４は、透光性を有する略平板状のセンサチップ２０と、このセンサチップ２０の上面に形成された金属膜２１と、金属膜２１を覆うようにセンサチップ２０に当接する流路部材２２とから構成されている。流路部材２２には、液体を送液する流路２４が形成されており、係合爪２０ａと係合溝２２ａとによってセンサチップ２０に固定された際に、この流路２４と金属膜２１とを対面させる。流路２４は、溝部２５と注入部２６と排出部２７とから構成されており、装置に組み込まれる流路よりも形状を簡素にできる。これにより、流路２４の長さを短縮して流路２４内に残留する試料の発生頻度を低下させ、残留試料によるコンタミネーションを抑える。
【解決手段】 センサユニット１４は、透光性を有する略平板状のセンサチップ２０と、このセンサチップ２０の上面に形成された金属膜２１と、金属膜２１を覆うようにセンサチップ２０に当接する流路部材２２とから構成されている。流路部材２２には、液体を送液する流路２４が形成されており、係合爪２０ａと係合溝２２ａとによってセンサチップ２０に固定された際に、この流路２４と金属膜２１とを対面させる。流路２４は、溝部２５と注入部２６と排出部２７とから構成されており、装置に組み込まれる流路よりも形状を簡素にできる。これにより、流路２４の長さを短縮して流路２４内に残留する試料の発生頻度を低下させ、残留試料によるコンタミネーションを抑える。
【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、及びこのセンサユニットを用いた試料の測定方法に関する。
【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。
【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】
【０００８】
試料溶液中に溶解した試料は、流路の内壁面に吸着して、試料溶液を排出した後にも流路内に残留してしまうことがある。こうした残留試料は、次の試料溶液を注入した際に、測定精度を低下させてしまう（コンタミネーション）。そのため、異なる試料溶液を注入する毎（測定毎）に、例えば、洗浄液を流路に注入するなどして流路内を洗浄することが好ましい。
【０００９】
しかしながら、洗浄液を流して流路の洗浄を行ったとしても、吸着した残留試料がどの程度洗浄されているかを、定量的に検査する術がないという問題がある。この問題の解決策として、測定毎に流路部分を新品に交換することも考えられるが、特許文献１記載のＳＰＲ測定装置は、流路が装置内に組み込まれているため、取り外しが難しく測定時間を大幅に延長させてしまう。また、装置に組み込まれる流路は大掛かりであり、多額の費用を要してしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、測定時間の長時間化とコストアップとを抑えつつ、残留試料によるコンタミネーションを防止することができるセンサユニット及び試料の測定方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のセンサユニットは、透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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と、試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材とを備え、前記流路を、前記誘電体ブロックとの当接面に形成された溝部と、この溝部の一端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に前記試料溶液を注入する注入部と、前記溝部の他端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に注入された前記試料溶液を排出する排出部とから構成したことを特徴とする。
【００１２】
なお、前記誘電体ブロックと前記流路部材とが当接した状態で前記流路部材を前記誘電体ブロックに固定する固定手段を設けることが好ましい。
【００１３】
また、前記固定手段には、爪係止によるスナップフィット方式を用いることが好ましい。
【００１４】
また、前記流路部材の材料は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサンのいずれかであることが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の試料の測定方法は、透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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と、試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材とからなるセンサユニットに対して、光学面平滑剤を介して前記誘電体ブロックの他方の面にプリズムを当接させ、前記流路に前記試料溶液を送液した状態で前記プリズムを介して全反射条件を満たすように前記薄膜層に光を照射し、その反射光を測定することにより、前記試料溶液中に溶解した試料の前記薄膜層上での反応状況を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のセンサユニットによれば、試料溶液を薄膜層に送液する流路をセンサユニット自体に設けて、この流路を溝部と注入部と排出部とによって構成したので、測定装置に組み込まれる大掛かりな流路と比較して形状を簡素にし、流路長を短くすることができる。これにより、流路内に残留する試料の発生頻度を低下させて、残留試料によるコンタミネーションを抑えることができる。また、センサユニットは、元来測定装置に着脱自在に保持されるものであるから、取り外しが容易であって測定時間を無駄に延長させることもない。
【００１７】
また、測定装置に組み込まれた流路と比較して、測定装置に取り付けるための機構などが必要なくなり、低コスト化を図ることができる。これにより、流路部材もしくはセンサユニット自体を使い捨てにすることも可能となる。使い捨ての場合には、測定毎に流路が交換されるので、流路内に残留した試料によるコンタミネーションを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、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１０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１１と、この測定機１１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１２とから構成されている。また、固定処理と測定処理とは、別体となったセンサユニット１４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１４の概略構成を示す外観斜視図である。センサユニット１４は、透光性を有する略平板状のセンサチップ（誘電体ブロック）２０と、このセンサチップ２０の上面に形成された金属膜（薄膜層）２１と、金属膜２１を覆うようにセンサチップ２０に当接する流路部材２２とから構成されている。
【００２０】
センサチップ２０は、後述するＳＰＲ測定において底面側から光が照射されるため、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によって成型されている。また、センサチップ２０と流路部材２２には、両者が当接した状態で流路部材２２をセンサチップ２０に固定する固定手段として、係合爪２０ａと、この係合爪２０ａに係合する係合溝２２ａとが、それぞれ設けられている。但し、爪と溝を上記とは反対に、センサチップ２０に溝を設けて、流路部材２２に爪を設けてもよい。
【００２１】
金属膜２１としては、例えば、金や銀などが用いられ、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。この膜厚は、金属膜２１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。また、金属膜２１の中央付近には、リンカー膜２３が設けられている。このリンカー膜２３は、センサユニット１４の製造段階で予め形成されるものであり、リガンドを固定するための固定基となるので、このリンカー膜２３の素材は、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。なお、リンカー膜２３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２３ａと、リガンドが固定されず、測定領域の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域２３ｂとが形成されている。形成方法としては、例えば、リンカー膜２３に対して表面処理を施し、リンカー膜２３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。これにより、リンカー膜２３の半分が測定領域２３ａとなり、残りの半分が参照領域２３ｂとなる。
【００２２】
流路部材２２には、試料溶液を金属膜２１に送液する流路２４が形成されており、係合爪２０ａと係合溝２２ａとによってセンサチップ２０に固定された際に、この流路２４と金属膜２１とを対面させる。
【００２３】
流路２４は、センサチップ２０によって閉塞される溝部２５と、流路部材２２を貫通して閉塞された溝部２５の一端に接続される注入部２６と、他端に接続される排出部２７とからなる、略コの字型に屈曲された送液管であって、溝部２５の開放面を金属膜２１に対面させて塞ぐことにより、金属膜２１及びリンカー膜２３に試料溶液を送液する。なお、流路２４の管径は、例えば、１ｍｍ程度であり、注入部２６と排出部２７との間隔（溝部２５の長さ）は、１０ｍｍ程度である。
【００２４】
また、流路部材２２の材料には、ポリエチレンやポリスチレンなどのプラスチックを用いてもよいし、センサチップ２０との水密性を高めるために、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの弾性材料を用いてもよい。
【００２５】
流路部材２２の上面２２ｂに形成された注入部２６の注入口２６ａと、排出部２７の排出口２７ａは、試料溶液が流路２４に導かれやすいように漏斗状にされている。また、上面２２ｂには、溝部２５に試料溶液などの液体を貯留した際に、その液体が蒸発してしまうことを防止する蓋部材２８が、注入口２６ａと排出口２７ａとに対応する位置に穴２９ａが空けられた両面テープ２９で貼り付けられる。
【００２６】
蓋部材２８は、例えば、ゴムやプラスチックなどの弾性材料で成型されており、注入口２６ａと排出口２７ａとに対応する位置には、十字型のスリット２８ａが形成されている。このスリット２８ａは、流路２４に試料溶液を送液するピペット（図３参照）などの挿入を可能にするとともに、ピペットを挿入していない状態では、注入口２６ａ、排出口２７ａを塞ぎ、液体の蒸発を防止する。
【００２７】
なお、注入部２６、排出部２７にピペットを挿入した際に、ピペットが内壁部分に接触してピペットや注入部２６、排出部２７を破損させてしまうことが懸念される際には、注入部２６、排出部２７の内壁部分に、例えば、ゴムなどの衝撃を吸収できる材料を、２色成形法を用いて一体成形するようにしてもよい。また、このとき用いられる材料は、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。非特異吸着の少ない材料としては、例えば、非晶性ポリオレフィン樹脂などが知られている。
【００２８】
次に、図３に示す説明図を用いて、ＳＰＲの測定方法について説明する。
【００２９】
リンカー膜２３にリガンドを固定する固定工程は、センサユニット１４を固定機１０にセットして行われる。固定機１０には、１対のピペット３０ａ、３０ｂからなるピペット対３０が設けられている。ピペット対３０の各ピペット３０ａ、３０ｂは、注入口２６ａ、排出口２７ａのそれぞれに挿入される。各ピペット３０ａ、３０ｂは、それぞれが流路２４への液体の注入と、流路２４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。固定機１０は、このピペット対３０を用いて、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液３２を、注入口２６ａから注入する。
【００３０】
固定機１０は、リガンド溶液３２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２３に対して固定用バッファ液を送液してリンカー膜２３を湿らせた後、リンカー膜２３にリガンドが結合しやすくするリンカー膜２３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２３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１０は、この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路２４を洗浄する。
【００３１】
なお、固定用バッファ液や、リガンド溶液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２３は、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２３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。
【００３２】
固定機１０は、こうした活性化処理及び洗浄を行った後、流路２４にリガンド溶液３２を注入して、リガンド固定化処理を行う。リガンド溶液３２が流路２４へ注入されると、溶液中に拡散しているリガンド３２ａが徐々にリンカー膜２３に堆積して結合し、リンカー膜２３上にリガンド３２ａ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１４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２４内のリガンド溶液３２を静置しておいてもよいが、流路２４内のリガンド溶液３２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３２ａとリンカー膜２３との結合が促進され、リガンド３２ａの固定量を増加させることができる。
【００３３】
固定機１０は、リンカー膜２３へのリガンド３２ａの固定化が完了すると、リガンド溶液３２をピペット１９ｂによって吸い出して流路２４から排出させた後、流路２４に洗浄液を注入して固定化が完了したリンカー膜２３の洗浄を行う。また、固定機１０は、必要に応じてブロッキング液を注入し、リガンドと結合しなかったリンカー膜２３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２４が洗浄される。最終的な洗浄を行った後、固定機１０は、流路２４に乾燥防止液を注入する。センサユニット１４は、リンカー膜２３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。
【００３４】
測定工程は、センサユニット１４を測定機１１にセットして行われる。測定機１１には、固定機１０のピペット対３０と同様のピペット対４０と、センサチップ２０の底面に当接するプリズム４１と、このプリズム４１を介してセンサユニット１４に光を照射し、リガンドとアナライトとの反応状況を測定する測定部４２とが設けられている。ピペット対４０は、固定機１０のピペット対３０と同様に、注入口２６ａから流路２４へ各種の液体を注入する。
【００３５】
プリズム４１には、センサチップ２０と同様に光学ガラスや光学プラスチックなどが用いられており、センサチップ２０と同じ屈折率を有している。また、センサチップ２０とプリズム４１との間には、光学面平滑剤５０が充填されている。光学面平滑剤５０は、センサチップ２０及びプリズム４１と同じ屈折率を有し、例えば、粗面によって形成されるエアギャップを充填して、フレアや伝送損失の要因となるエアギャップによる透過光の散乱を防止する。なお、光学面平滑剤５０には、市販の光学マッチングオイルや光学マッチングゲルを用いればよい。
【００３６】
測定部４２は、照明部４３と検出器４４とから構成されている。リガンドとアナライトとの反応状況は、共鳴角（金属膜２１に照射された光の入射角）の変化として表れるので、照明部３２は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を金属膜２１に対して照射する。照明部４３は、例えば、光源４５と、集光レンズ、拡散板、偏光板などからなる光学系４６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。
【００３７】
光源４５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４５は、こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から金属膜２２に向けて光を照射する。拡散板は、光源４５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４５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４１に照射される。プリズム４１は、照射された光を金属膜２１に向けて集光し、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光を金属膜２１に入射させる。
【００３８】
検出器４４は、金属膜２１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。金属膜２１には、様々な角度の光が入射するので、金属膜２１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４４は、これらの様々な反射角の光を受光する。この検出器４４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、金属膜２１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１２に出力する。
【００３９】
また、リンカー膜２３の上には、測定領域２３ａと参照領域２３ｂとが形成されている。検出器４４は、測定領域２３ａに対応するＳＰＲ信号を測定信号として出力し、参照領域２３ｂに対応するＳＰＲ信号を参照信号として出力する。
【００４０】
なお、プリズム４１の向き、及び測定部４２が光を照射する向きは、図示のように、流路２４内を流れる液体の向きと平行でもよいし、液体の向きと直交（紙面に直交する向き）するようにしてもよい。
【００４１】
測定機１１が測定工程を行う際には、まず、流路２４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４８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２４の洗浄を行うようにしてもよい。検出器４４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４８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。
【００４２】
測定用バッファ液や、アナライト溶液４８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４８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。
【００４３】
なお、アナライト溶液４８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４８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）を行うことが好ましい。
【００４４】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液４８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２４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。
【００４５】
リガンドとアナライトとの反応状況は、検出器４４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、リンカー膜２３が設けられた金属膜２１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１１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１２に出力する。
【００４６】
データ解析工程では、測定機１１で得たＳＰＲ信号をデータ解析機１２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１２は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどに専用のソフトウェアをインストールしたものである。
【００４７】
データ解析機１２は、測定機１１が得た測定信号と参照信号との差や比を求めてデータ解析を行う。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１４やリンカー膜２３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。
【００４８】
本実施形態のセンサユニット１４によれば、金属膜２１及びリンカー膜２３に試料溶液を送液する流路２４をセンサユニット１４自体に設けて、この流路２４を溝部２５と注入部２６と排出部２７とによって構成したので、固定機１０や測定機１１に組み込まれる大掛かりな流路と比較して形状が簡素であり、流路２４の長さを短くすることができる。これにより、流路２４内に残留する試料の発生頻度を低下させて、残留試料によるコンタミネーションを抑えることができる。また、センサユニット１４は、元来固定機１０や測定機１１に着脱自在に保持されるものであるから、取り外しが容易であって測定時間を無駄に延長させることもない。
【００４９】
また、固定機１０や測定機１１に組み込まれた流路と比較して、これらの装置に取り付けるための機構などが必要なくなり、低コスト化を図ることができる。これにより、流路部材２２もしくはセンサユニット１４自体を使い捨てにすることも可能となる。使い捨ての場合には、測定毎に流路２４が交換されるので、流路２４内に残留した試料によるコンタミネーションを確実に防止することができる。
【００５０】
また、流路２４がセンサユニット１４自体に設けられたことによって、センサユニット１４に液体を注入した状態で、固定機１０や測定機１１から取り外すことができる。これにより、例えば、固定機１０の外部でリガンドの固定化を進めることができる、リンカー膜２３に固定されたリガンドの乾燥を防ぐことができるなどといった効果も得られる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、固定手段に係合爪２０ａと係合溝２２ａとからなる、いわゆるスナップフィット方式を用いているが、固定手段は、これに限ることなく、例えば、ネジ止めによるものでもよいし、接着剤によるものでもよい。但し、接着剤は、溶剤が気化した場合に金属膜２１やリンカー膜２３に影響を与えることが懸念されるので、不揮発性の接着剤であることが好ましい。また、固定手段を設ける代わりに、センサチップ２０と流路部材２２とを圧接させた状態で、ＳＰＲ測定にかかる各工程を行うようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、閉塞された溝部２５に対して、注入部２６と排出部２７との２つの貫通孔を設けているが、１つの貫通孔で注入と排出とを行うものでもよいし、さらに多くの貫通孔が設けられたものであってもよい。また、貫通孔を設けることなく、溝部２５を左右に貫通するまで延長させて、一直線状の流路２４を形成するようにしてもよい。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、リンカー膜２３と流路２４とをそれぞれ１つずつ有するセンサユニット１４を示したが、本発明のセンサユニットは、これに限ることなく、センサチップ２０と流路部材２２とを長手方向に延長させて、複数のリンカー膜２３と流路２４とを備えた、いわゆるマルチチャンネルのセンサユニットとしてもよい。さらには、上記センサユニット１４を連結可能とし、複数のセンサユニット１４を連結させることによって、マルチチャンネル化を図るようにしたものであってもよい。但し、センサチップ２０と流路部材２２とを長手方向に延長させる際には、係合爪２０ａと係合溝２２ａとを、長辺側の側面（図２参照）に複数設け、センサチップ２０の撓みなどを防止することが好ましい。
【００５４】
また、上記実施形態では、ピペット対３０、４０によって流路２４に液体を送液するようにしているが、特許文献１などで知られるように、ポンプを用いて流路２４に液体を送液するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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外観斜視図である。
【図３】ＳＰＲを利用した測定方法の概略を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
２ ＳＰＲ測定装置
１０ 固定機
１１ 測定機
１２ データ解析機
１４ センサユニット
２０ センサチップ（誘電体ブロック）
２０ａ 係合爪（固定手段）
２１ 金属膜（薄膜層）
２２ 流路部材
２２ａ 係合溝（固定手段）
２４ 流路
４１ プリズム
５０ 光学面平滑剤
【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、及びこのセンサユニットを用いた試料の測定方法に関する。
【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。
【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】
【０００８】
試料溶液中に溶解した試料は、流路の内壁面に吸着して、試料溶液を排出した後にも流路内に残留してしまうことがある。こうした残留試料は、次の試料溶液を注入した際に、測定精度を低下させてしまう（コンタミネーション）。そのため、異なる試料溶液を注入する毎（測定毎）に、例えば、洗浄液を流路に注入するなどして流路内を洗浄することが好ましい。
【０００９】
しかしながら、洗浄液を流して流路の洗浄を行ったとしても、吸着した残留試料がどの程度洗浄されているかを、定量的に検査する術がないという問題がある。この問題の解決策として、測定毎に流路部分を新品に交換することも考えられるが、特許文献１記載のＳＰＲ測定装置は、流路が装置内に組み込まれているため、取り外しが難しく測定時間を大幅に延長させてしまう。また、装置に組み込まれる流路は大掛かりであり、多額の費用を要してしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、測定時間の長時間化とコストアップとを抑えつつ、残留試料によるコンタミネーションを防止することができるセンサユニット及び試料の測定方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のセンサユニットは、透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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と、試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材とを備え、前記流路を、前記誘電体ブロックとの当接面に形成された溝部と、この溝部の一端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に前記試料溶液を注入する注入部と、前記溝部の他端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に注入された前記試料溶液を排出する排出部とから構成したことを特徴とする。
【００１２】
なお、前記誘電体ブロックと前記流路部材とが当接した状態で前記流路部材を前記誘電体ブロックに固定する固定手段を設けることが好ましい。
【００１３】
また、前記固定手段には、爪係止によるスナップフィット方式を用いることが好ましい。
【００１４】
また、前記流路部材の材料は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサンのいずれかであることが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の試料の測定方法は、透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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と、試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材とからなるセンサユニットに対して、光学面平滑剤を介して前記誘電体ブロックの他方の面にプリズムを当接させ、前記流路に前記試料溶液を送液した状態で前記プリズムを介して全反射条件を満たすように前記薄膜層に光を照射し、その反射光を測定することにより、前記試料溶液中に溶解した試料の前記薄膜層上での反応状況を検知することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のセンサユニットによれば、試料溶液を薄膜層に送液する流路をセンサユニット自体に設けて、この流路を溝部と注入部と排出部とによって構成したので、測定装置に組み込まれる大掛かりな流路と比較して形状を簡素にし、流路長を短くすることができる。これにより、流路内に残留する試料の発生頻度を低下させて、残留試料によるコンタミネーションを抑えることができる。また、センサユニットは、元来測定装置に着脱自在に保持されるものであるから、取り外しが容易であって測定時間を無駄に延長させることもない。
【００１７】
また、測定装置に組み込まれた流路と比較して、測定装置に取り付けるための機構などが必要なくなり、低コスト化を図ることができる。これにより、流路部材もしくはセンサユニット自体を使い捨てにすることも可能となる。使い捨ての場合には、測定毎に流路が交換されるので、流路内に残留した試料によるコンタミネーションを確実に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、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１０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１１と、この測定機１１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１２とから構成されている。また、固定処理と測定処理とは、別体となったセンサユニット１４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１４の概略構成を示す外観斜視図である。センサユニット１４は、透光性を有する略平板状のセンサチップ（誘電体ブロック）２０と、このセンサチップ２０の上面に形成された金属膜（薄膜層）２１と、金属膜２１を覆うようにセンサチップ２０に当接する流路部材２２とから構成されている。
【００２０】
センサチップ２０は、後述するＳＰＲ測定において底面側から光が照射されるため、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によって成型されている。また、センサチップ２０と流路部材２２には、両者が当接した状態で流路部材２２をセンサチップ２０に固定する固定手段として、係合爪２０ａと、この係合爪２０ａに係合する係合溝２２ａとが、それぞれ設けられている。但し、爪と溝を上記とは反対に、センサチップ２０に溝を設けて、流路部材２２に爪を設けてもよい。
【００２１】
金属膜２１としては、例えば、金や銀などが用いられ、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。この膜厚は、金属膜２１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。また、金属膜２１の中央付近には、リンカー膜２３が設けられている。このリンカー膜２３は、センサユニット１４の製造段階で予め形成されるものであり、リガンドを固定するための固定基となるので、このリンカー膜２３の素材は、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。なお、リンカー膜２３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２３ａと、リガンドが固定されず、測定領域の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域２３ｂとが形成されている。形成方法としては、例えば、リンカー膜２３に対して表面処理を施し、リンカー膜２３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。これにより、リンカー膜２３の半分が測定領域２３ａとなり、残りの半分が参照領域２３ｂとなる。
【００２２】
流路部材２２には、試料溶液を金属膜２１に送液する流路２４が形成されており、係合爪２０ａと係合溝２２ａとによってセンサチップ２０に固定された際に、この流路２４と金属膜２１とを対面させる。
【００２３】
流路２４は、センサチップ２０によって閉塞される溝部２５と、流路部材２２を貫通して閉塞された溝部２５の一端に接続される注入部２６と、他端に接続される排出部２７とからなる、略コの字型に屈曲された送液管であって、溝部２５の開放面を金属膜２１に対面させて塞ぐことにより、金属膜２１及びリンカー膜２３に試料溶液を送液する。なお、流路２４の管径は、例えば、１ｍｍ程度であり、注入部２６と排出部２７との間隔（溝部２５の長さ）は、１０ｍｍ程度である。
【００２４】
また、流路部材２２の材料には、ポリエチレンやポリスチレンなどのプラスチックを用いてもよいし、センサチップ２０との水密性を高めるために、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの弾性材料を用いてもよい。
【００２５】
流路部材２２の上面２２ｂに形成された注入部２６の注入口２６ａと、排出部２７の排出口２７ａは、試料溶液が流路２４に導かれやすいように漏斗状にされている。また、上面２２ｂには、溝部２５に試料溶液などの液体を貯留した際に、その液体が蒸発してしまうことを防止する蓋部材２８が、注入口２６ａと排出口２７ａとに対応する位置に穴２９ａが空けられた両面テープ２９で貼り付けられる。
【００２６】
蓋部材２８は、例えば、ゴムやプラスチックなどの弾性材料で成型されており、注入口２６ａと排出口２７ａとに対応する位置には、十字型のスリット２８ａが形成されている。このスリット２８ａは、流路２４に試料溶液を送液するピペット（図３参照）などの挿入を可能にするとともに、ピペットを挿入していない状態では、注入口２６ａ、排出口２７ａを塞ぎ、液体の蒸発を防止する。
【００２７】
なお、注入部２６、排出部２７にピペットを挿入した際に、ピペットが内壁部分に接触してピペットや注入部２６、排出部２７を破損させてしまうことが懸念される際には、注入部２６、排出部２７の内壁部分に、例えば、ゴムなどの衝撃を吸収できる材料を、２色成形法を用いて一体成形するようにしてもよい。また、このとき用いられる材料は、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。非特異吸着の少ない材料としては、例えば、非晶性ポリオレフィン樹脂などが知られている。
【００２８】
次に、図３に示す説明図を用いて、ＳＰＲの測定方法について説明する。
【００２９】
リンカー膜２３にリガンドを固定する固定工程は、センサユニット１４を固定機１０にセットして行われる。固定機１０には、１対のピペット３０ａ、３０ｂからなるピペット対３０が設けられている。ピペット対３０の各ピペット３０ａ、３０ｂは、注入口２６ａ、排出口２７ａのそれぞれに挿入される。各ピペット３０ａ、３０ｂは、それぞれが流路２４への液体の注入と、流路２４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。固定機１０は、このピペット対３０を用いて、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液３２を、注入口２６ａから注入する。
【００３０】
固定機１０は、リガンド溶液３２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２３に対して固定用バッファ液を送液してリンカー膜２３を湿らせた後、リンカー膜２３にリガンドが結合しやすくするリンカー膜２３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２３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１０は、この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路２４を洗浄する。
【００３１】
なお、固定用バッファ液や、リガンド溶液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２３は、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２３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。
【００３２】
固定機１０は、こうした活性化処理及び洗浄を行った後、流路２４にリガンド溶液３２を注入して、リガンド固定化処理を行う。リガンド溶液３２が流路２４へ注入されると、溶液中に拡散しているリガンド３２ａが徐々にリンカー膜２３に堆積して結合し、リンカー膜２３上にリガンド３２ａ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１４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２４内のリガンド溶液３２を静置しておいてもよいが、流路２４内のリガンド溶液３２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３２ａとリンカー膜２３との結合が促進され、リガンド３２ａの固定量を増加させることができる。
【００３３】
固定機１０は、リンカー膜２３へのリガンド３２ａの固定化が完了すると、リガンド溶液３２をピペット１９ｂによって吸い出して流路２４から排出させた後、流路２４に洗浄液を注入して固定化が完了したリンカー膜２３の洗浄を行う。また、固定機１０は、必要に応じてブロッキング液を注入し、リガンドと結合しなかったリンカー膜２３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２４が洗浄される。最終的な洗浄を行った後、固定機１０は、流路２４に乾燥防止液を注入する。センサユニット１４は、リンカー膜２３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。
【００３４】
測定工程は、センサユニット１４を測定機１１にセットして行われる。測定機１１には、固定機１０のピペット対３０と同様のピペット対４０と、センサチップ２０の底面に当接するプリズム４１と、このプリズム４１を介してセンサユニット１４に光を照射し、リガンドとアナライトとの反応状況を測定する測定部４２とが設けられている。ピペット対４０は、固定機１０のピペット対３０と同様に、注入口２６ａから流路２４へ各種の液体を注入する。
【００３５】
プリズム４１には、センサチップ２０と同様に光学ガラスや光学プラスチックなどが用いられており、センサチップ２０と同じ屈折率を有している。また、センサチップ２０とプリズム４１との間には、光学面平滑剤５０が充填されている。光学面平滑剤５０は、センサチップ２０及びプリズム４１と同じ屈折率を有し、例えば、粗面によって形成されるエアギャップを充填して、フレアや伝送損失の要因となるエアギャップによる透過光の散乱を防止する。なお、光学面平滑剤５０には、市販の光学マッチングオイルや光学マッチングゲルを用いればよい。
【００３６】
測定部４２は、照明部４３と検出器４４とから構成されている。リガンドとアナライトとの反応状況は、共鳴角（金属膜２１に照射された光の入射角）の変化として表れるので、照明部３２は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を金属膜２１に対して照射する。照明部４３は、例えば、光源４５と、集光レンズ、拡散板、偏光板などからなる光学系４６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。
【００３７】
光源４５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４５は、こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から金属膜２２に向けて光を照射する。拡散板は、光源４５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４５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４１に照射される。プリズム４１は、照射された光を金属膜２１に向けて集光し、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光を金属膜２１に入射させる。
【００３８】
検出器４４は、金属膜２１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。金属膜２１には、様々な角度の光が入射するので、金属膜２１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４４は、これらの様々な反射角の光を受光する。この検出器４４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、金属膜２１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１２に出力する。
【００３９】
また、リンカー膜２３の上には、測定領域２３ａと参照領域２３ｂとが形成されている。検出器４４は、測定領域２３ａに対応するＳＰＲ信号を測定信号として出力し、参照領域２３ｂに対応するＳＰＲ信号を参照信号として出力する。
【００４０】
なお、プリズム４１の向き、及び測定部４２が光を照射する向きは、図示のように、流路２４内を流れる液体の向きと平行でもよいし、液体の向きと直交（紙面に直交する向き）するようにしてもよい。
【００４１】
測定機１１が測定工程を行う際には、まず、流路２４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４８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２４の洗浄を行うようにしてもよい。検出器４４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４８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。
【００４２】
測定用バッファ液や、アナライト溶液４８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４８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。
【００４３】
なお、アナライト溶液４８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４８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）を行うことが好ましい。
【００４４】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液４８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２４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。
【００４５】
リガンドとアナライトとの反応状況は、検出器４４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、リンカー膜２３が設けられた金属膜２１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１１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１２に出力する。
【００４６】
データ解析工程では、測定機１１で得たＳＰＲ信号をデータ解析機１２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１２は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどに専用のソフトウェアをインストールしたものである。
【００４７】
データ解析機１２は、測定機１１が得た測定信号と参照信号との差や比を求めてデータ解析を行う。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１４やリンカー膜２３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。
【００４８】
本実施形態のセンサユニット１４によれば、金属膜２１及びリンカー膜２３に試料溶液を送液する流路２４をセンサユニット１４自体に設けて、この流路２４を溝部２５と注入部２６と排出部２７とによって構成したので、固定機１０や測定機１１に組み込まれる大掛かりな流路と比較して形状が簡素であり、流路２４の長さを短くすることができる。これにより、流路２４内に残留する試料の発生頻度を低下させて、残留試料によるコンタミネーションを抑えることができる。また、センサユニット１４は、元来固定機１０や測定機１１に着脱自在に保持されるものであるから、取り外しが容易であって測定時間を無駄に延長させることもない。
【００４９】
また、固定機１０や測定機１１に組み込まれた流路と比較して、これらの装置に取り付けるための機構などが必要なくなり、低コスト化を図ることができる。これにより、流路部材２２もしくはセンサユニット１４自体を使い捨てにすることも可能となる。使い捨ての場合には、測定毎に流路２４が交換されるので、流路２４内に残留した試料によるコンタミネーションを確実に防止することができる。
【００５０】
また、流路２４がセンサユニット１４自体に設けられたことによって、センサユニット１４に液体を注入した状態で、固定機１０や測定機１１から取り外すことができる。これにより、例えば、固定機１０の外部でリガンドの固定化を進めることができる、リンカー膜２３に固定されたリガンドの乾燥を防ぐことができるなどといった効果も得られる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、固定手段に係合爪２０ａと係合溝２２ａとからなる、いわゆるスナップフィット方式を用いているが、固定手段は、これに限ることなく、例えば、ネジ止めによるものでもよいし、接着剤によるものでもよい。但し、接着剤は、溶剤が気化した場合に金属膜２１やリンカー膜２３に影響を与えることが懸念されるので、不揮発性の接着剤であることが好ましい。また、固定手段を設ける代わりに、センサチップ２０と流路部材２２とを圧接させた状態で、ＳＰＲ測定にかかる各工程を行うようにしてもよい。
【００５２】
また、上記実施形態では、閉塞された溝部２５に対して、注入部２６と排出部２７との２つの貫通孔を設けているが、１つの貫通孔で注入と排出とを行うものでもよいし、さらに多くの貫通孔が設けられたものであってもよい。また、貫通孔を設けることなく、溝部２５を左右に貫通するまで延長させて、一直線状の流路２４を形成するようにしてもよい。
【００５３】
なお、上記実施形態においては、リンカー膜２３と流路２４とをそれぞれ１つずつ有するセンサユニット１４を示したが、本発明のセンサユニットは、これに限ることなく、センサチップ２０と流路部材２２とを長手方向に延長させて、複数のリンカー膜２３と流路２４とを備えた、いわゆるマルチチャンネルのセンサユニットとしてもよい。さらには、上記センサユニット１４を連結可能とし、複数のセンサユニット１４を連結させることによって、マルチチャンネル化を図るようにしたものであってもよい。但し、センサチップ２０と流路部材２２とを長手方向に延長させる際には、係合爪２０ａと係合溝２２ａとを、長辺側の側面（図２参照）に複数設け、センサチップ２０の撓みなどを防止することが好ましい。
【００５４】
また、上記実施形態では、ピペット対３０、４０によって流路２４に液体を送液するようにしているが、特許文献１などで知られるように、ポンプを用いて流路２４に液体を送液するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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外観斜視図である。
【図３】ＳＰＲを利用した測定方法の概略を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００５７】
２ ＳＰＲ測定装置
１０ 固定機
１１ 測定機
１２ データ解析機
１４ センサユニット
２０ センサチップ（誘電体ブロック）
２０ａ 係合爪（固定手段）
２１ 金属膜（薄膜層）
２２ 流路部材
２２ａ 係合溝（固定手段）
２４ 流路
４１ プリズム
５０ 光学面平滑剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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とを有し、この薄膜層に接触した試料の反応状況に応じて前記減衰の生じる前記光の入射角度が変化するセンサユニットにおいて、
前記試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材を設け、
前記流路を、前記誘電体ブロックとの当接面に形成された溝部と、この溝部の一端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に前記試料溶液を注入する注入部と、前記溝部の他端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に注入された前記試料溶液を排出する排出部とから構成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が当接した状態で、前記流路部材を前記誘電体ブロックに固定する固定手段を設けた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】
前記固定手段には、爪係止によるスナップフィット方式が用いられていることを特徴とする請求項２記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記流路部材の材料が、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサンのいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項５】
透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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と、試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材とからなるセンサユニットに対して、
光学面平滑剤を介して前記誘電体ブロックの他方の面にプリズムを当接させ、
前記流路に前記試料溶液を送液した状態で前記プリズムを介して全反射条件を満たすように前記薄膜層に光を照射し、
その反射光を測定することにより、前記試料溶液中に溶解した試料の前記薄膜層上での反応状況を検知することを特徴とする試料の測定方法。
【請求項１】
透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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とを有し、この薄膜層に接触した試料の反応状況に応じて前記減衰の生じる前記光の入射角度が変化するセンサユニットにおいて、
前記試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材を設け、
前記流路を、前記誘電体ブロックとの当接面に形成された溝部と、この溝部の一端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に前記試料溶液を注入する注入部と、前記溝部の他端に接続されて前記当接面とは反対の面に貫通し、前記溝部に注入された前記試料溶液を排出する排出部とから構成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が当接した状態で、前記流路部材を前記誘電体ブロックに固定する固定手段を設けた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】
前記固定手段には、爪係止によるスナップフィット方式が用いられていることを特徴とする請求項２記載のセンサユニット。
【請求項４】
前記流路部材の材料が、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリジメチルシロキサンのいずれかであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のセンサユニット。
【請求項５】
透光性を有する略平板状の誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一方の面に形成され、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と、試料が溶解した試料溶液を送液する流路が形成され、この流路を前記薄膜層に対面させるように、前記誘電体ブロックに当接する流路部材とからなるセンサユニットに対して、
光学面平滑剤を介して前記誘電体ブロックの他方の面にプリズムを当接させ、
前記流路に前記試料溶液を送液した状態で前記プリズムを介して全反射条件を満たすように前記薄膜層に光を照射し、
その反射光を測定することにより、前記試料溶液中に溶解した試料の前記薄膜層上での反応状況を検知することを特徴とする試料の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１８９３９８（Ｐ２００６−１８９３９８Ａ）
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３００４（Ｐ２００５−３００４）
【出願日】平成１７年１月７日（２００５．１．７）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月７日（２００５．１．７）
【出願人】（０００００５２０１）富士写真フイルム株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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