バイオセンサー
【課題】 センサー面に発散光状態で光ビームを入射させることにより、発熱、光量バラツキを抑制できると共に、小さいセンサー面でも確実に測定可能な表面プラズモンセンサーを提供する。
【解決手段】 保持部材５８（レール部５８Ａ）を、Ｙ方向に所定量移動させる。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲がθ１からθ２に変化する。例えば、入射角度範囲θ１を入射角度α１〜α２の範囲とすると、入射角度範囲θ２は、α３〜α４の範囲となり、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射する光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲が変化する。暗線Ｕが検出されるまで保持部材５８の移動は続けられる。
【解決手段】 保持部材５８（レール部５８Ａ）を、Ｙ方向に所定量移動させる。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲がθ１からθ２に変化する。例えば、入射角度範囲θ１を入射角度α１〜α２の範囲とすると、入射角度範囲θ２は、α３〜α４の範囲となり、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射する光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲が変化する。暗線Ｕが検出されるまで保持部材５８の移動は続けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシング面へ光を入射させ、反射光の光量が減衰される暗線角度により、リガンドとアナライトとの相互作用を測定するバイオセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エバネッセント波を利用した測定装置の１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。表面プラズモンセンサーは、この表画プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは、基本的に、例えばプリズム、試料に接触させられる金属膜、光ビームを発生させると共にこの光ビームをプリズムに対して、プリズムと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系、上記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段を備えている。
【０００４】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下が、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００５】
この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θSP（以後全反射減衰角θSPと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍとεｓをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００６】
【数１】
【０００７】
試料の誘電率εｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θSPを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００８】
ところで、プリズムと金属膜との界面に光ビームが種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に発散光状態で入射させることがある（例えば特許文献２、３参照）。この場合、種々の角度成分を有する収束光を入射させる場合と比較して、光量集中による発熱がない、光量のバラツキが少ない等といった利点を有する。しかしながら、測定対象となるセンサー面が小さい場合には、光ビームの入射角度範囲が狭くなり、試料の屈折率によっては、暗線が検出されず測定ができないということも生じうる。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号公報
【特許文献２】特表平７−５０２８１５号公報
【特許文献３】特開２０００−３５６５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、センサー面に発散光状態で光ビームを入射させることにより、発熱、光量バラツキを抑制できると共に、小さいセンサー面でも確実に測定可能なバイオセンサー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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様のバイオセンサーは、金属膜を備えたセンシング面へ全反射されるように光を入射させ、反射光の光量が減衰される暗線位置により、リガンドとアナライトとの相互作用を測定するバイオセンサーであって、前記センシング面の形成されたセンサーチップと、前記センシング面へ発散状態の光ビームを照射する発散光照射手段と、前記センシング面で反射された反射光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光した反射光に基づいて前記暗線位置を検出する検出手段と、前記測定の前に、前記センシング面と前記発散光照射手段とを相対移動させて前記センシング面へ照射される前記光ビームの入射角度範囲を前記検出手段で前記暗線位置を検出可能な入射角度範囲に調整する入射角度範囲調整手段と、を備えている。
【００１１】
本発明の第１の態様のバイオセンサーは、発散光照射手段でセンサーチップのセンシング面へ発散状態の光ビームを照射する。センシング面へは、種々の入射角度で光ビームが入射するが、センシング面が小さい場合には、光ビームの入射角度の範囲は狭いものとなり、暗線が検出されない場合も生じうる。
【００１２】
そこで、本発明では、測定の前に入射角度範囲調整手段で、センシング面と発散光照射手段とを相対移動させて、センシング面へ照射される光ビームの入射角度範囲を検出手段で暗線位置を検出可能な入射角度範囲に調整する。
【００１３】
このように入射角度範囲調整手段を備えることにより、発散状態の光ビームを用いて確実に測定することができる。
【００１４】
なお、本願においてリガンドとは、生理活性のある高分子物質をいい、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、糖類などが例示されるがそれらに限られない。
【００１５】
また、本願においてアナライトとは、リガンドと相互作用をするか否か試験される目的をもってリガンドに供給されるすべての化合物をいう。
【００１６】
また、本発明のバイオセンサーは、全反射減衰を利用したものであるが、全反射減衰を利用した測定としては、表面プラズモン共鳴、漏洩モード検出を用いることができる。
【００１７】
第１の態様のバイオセンサーは、前記センサーチップを保持しつつ移動可能とされた保持部材をさらに備え、前記入射角度範囲調整手段は、前記保持部材の移動により前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とすることができる。
【００１８】
ここでの保持部材の移動は、光ビームの入射角が変化する方向への移動であればよく、上下方向への移動、回転移動、金属膜と同一平面上での平行移動などの移動とすることができる。
【００１９】
上記構成によれば、センサーチップを保持する保持部材を移動させることにより、入射角度範囲を調整して、確実に測定を行うことができる。
【００２０】
また、第１の態様のバイオセンサーは、前記入射角度範囲調整手段が、前記発散光照射手段を移動させることにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とすることもできる。
【００２１】
ここでの発散光照射手段の移動は、光ビームの入射角が変化する方向への移動であればよく、上下方向への移動、回転移動、金属膜と同一平面上での平行移動などの移動とすることができる。
【００２２】
上記構成によれば、発散光照射手段を移動させることにより、入射角度範囲を調整して、確実に測定を行うことができる。
【００２３】
また、第１の態様のバイオセンサーは、前記入射角度範囲調整手段が、前記発散光照射手段から出射される発散状態の光ビームを偏向することにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とすることもできる。
【００２４】
なお、光ビームの偏向は、例えば、可動式の偏向用ミラー等をセンシング面と発散光照射手段との間に配置することにより行うことができる。
【００２５】
上記構成によれば、光ビームを偏向することにより、入射角度範囲を調整して、確実に測定を行うことができる。
【００２６】
また、第１の態様のバイオセンサーは、前記センシング面と前記受光手段との間に配置され、前記暗線位置の変動範囲外の反射光を遮光するアパーチャをさらに備えたこと、を特徴とすることができる。
【００２７】
上記アパーチャを備えることにより、測定に必要ない反射光が受光手段へ入射されるのが防止され、精度よく暗線を検出して測定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上記構成としたので、センサー面に発散光状態で光ビームを入射させることにより、発熱、光量バラツキを抑制できると共に、小さいセンサー面でも確実に測定をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
本発明のバイオセンサーは、表面プラズモンセンサー１０として構成されている。表面プラズモンセンサー１０は、金属膜の表面に発生する表面プラズモン共鳴を利用して、リガンドＤとアナライトＡとの相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。
【００３１】
図１に示すように、表面プラズモンセンサー１０は、トレイ保持部１２、搬送部１４、容器載置台１６、液体吸排部２０、測定部５６、光学測定部３０、及び、制御部６０を備えている。
【００３２】
トレイ保持部１２は、載置台１２Ａ、及び、ベルト１２Ｂを含んで構成されている。載置台１２Ａは、矢印Ｙ方向に架け渡されたベルト１２Ｂに取り付けられており、ベルト１２Ｂの回転により矢印Ｙ方向に移動可能とされている。載置台１２Ａ上には、トレイＴが２枚、位置決めして載置される。トレイＴには、センサースティック４０が８本収納されている。センサースティック４０は、リガンドＤの固定されるチップであり、詳細については後述する。載置台１２Ａの下には、センサースティック４０を後述するスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げる、押上機構１２Ｄが配置されている。
【００３３】
センサースティック４０は、図２及び図３に示すように、誘電体ブロック４２、流路部材４４、保持部材４６、接着部材４８、及び、蒸発防止部材４９、で構成されている。
【００３４】
誘電体ブロック４２は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部４２Ａ、及び、プリズム部４２Ａの両端部にプリズム部４２Ａと一体的に形成された被保持部４２Ｂを備えている。プリズム部４２Ａの互いに平行な２面の内の広い側の上面には、図４にも示すように金属膜５０が形成されている。この金属膜５０上に、表面プラズモンセンサー１０で解析するリガンドＤが固定される。誘電体ブロック４２は、いわゆるプリズムとして機能し、表面プラズモンセンサー１０での測定の際には、プリズム部４２Ａの対向する互いに平行でない２つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から金属膜５０との界面で全反射された光ビームが出射される。
【００３５】
金属膜５０の表面には、図４に示すように、リンカー層５０Ａが形成されている。リンカー層５０Ａは、リガンドＤを金属膜５０上に固定化するための層である。リンカー層５０Ａ上には、リガンドＤが固定されアナライトＡとリガンドＤとの反応が生じる測定領域（Ｅ１）と、リガンドＤが固定されず、前記測定領域Ｅ１の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（Ｅ２）とが形成される。この参照領域Ｅ２は、上述したリンカー層５０Ａを製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー層５０Ａに対して表面処理を施して、リガンドＤと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー層５０Ａの半分が測定領域Ｅ１となり、残りの半分が参照領域Ｅ２となる。このように、結合基を失活させるためには、上記、ブロッキングに用いたエタノールアミン−ヒドロクロライドを用いることができる。参照領域Ｅ２の別の構成方法としては、参照領域Ｅ２にカルボキシルメチルデキストランの代わりに、例えば、アルキルチオールを配するようにすれば、アルキル基を表面に配することが出来、アルキル基は、アミノカップリング法でリガンド結合させることは出来ないので、参照領域Ｅ２として使うことができる。
【００３６】
図５にも示すように、液体流路４５に露出されたリンカー層５０Ａの、参照領域Ｅ２以外の部分には、リガンドＤが固定されている。参照領域Ｅ２にはリガンドＤは固定されていない。参照領域Ｅ２、及び、参照領域Ｅ２よりも上流側に位置する測定領域Ｅ１には、各々光ビームＬ２、Ｌ１が入射される。参照領域Ｅ２は、リガンドＤの固定された測定領域Ｅ１から得られるデータを補正するために設けられた領域である。
【００３７】
プリズム部４２Ａの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材４６と係合される係合凸部４２Ｃが、下側の端辺に沿ってプリズム部４２Ａの上面と垂直な仮想面の延長上に構成される垂直凸部４２Ｄが、各々７箇所に形成されている。また、誘電体ブロック４２の下面の長手方向に沿った中央部には、係合溝４２Ｅが形成されている。
【００３８】
流路部材４４は、誘電体ブロック４２よりもわずかに狭幅の直方体状とされ、図３に示すように、誘電体ブロック４２の金属膜５０上に６個並べて配置されている。各々の流路部材４４の下面には流路溝４４Ａが形成されており、上面に形成された供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと連通されて、金属膜５０との間に、液体流路４５が構成される。したがって、１本のセンサースティック４０には、独立した６個の液体流路４５が構成される。流路部材４４の側壁には、保持部材４６の内側の図示しない凹部に圧入されて保持部材４６との密着性を確保するための凸部４４Ｂが形成されている。
【００３９】
なお、液体流路４５には、蛋白質を含む液体が供給されることが想定されるので、流路壁への蛋白質の固着を防止するため、流路部材４４の材料としては、蛋白質に対する非特異吸着性を有しないことが好ましい。
【００４０】
保持部材４６は、長尺とされ、上面板４６Ａ及び２枚の側面板４６Ｂで構成されている。側面板４６Ｂには、誘電体ブロック４２の係合凸部４２Ｃと係合される係合孔４６Ｃが形成されている。保持部材４６は、６個の流路部材４４を間に挟んで係合孔４６Ｃと係合凸部４２Ｃとが係合されて、誘電体ブロック４２に取り付けられる。これにより、流路部材４４は、誘電体ブロック４２に取り付けられる。上面板４６Ａには、流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと対向する位置に、流路部材４４に向けて狭くなるテーパー状のピペット挿入孔４６Ｄが形成されている。また、隣り合うピペット挿入孔４６Ｄとピペット挿入孔４６Ｄとの間には、位置決め用のボス４６Ｅが形成されている。
【００４１】
保持部材４６の上面には、蒸発防止部材４９が接着部材４８を介して接着されている。接着部材４８のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置にはピペット挿入用の孔４８Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４８Ｅが形成されている。また、蒸発防止部材４９のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置には十字状の切り込みであるスリット４９Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４９Ｅが形成されている。ボス４６Ｅを孔４８Ｅ及び４９Ｅに挿通させて、蒸発防止部材４９を保持部材４６の上面に接着することにより、蒸発防止部材４９のスリット４９Ｄと流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂとが対向するように構成される。ピペットチップＣＰの非挿入時には、スリット４９Ｄ部分が供給口４５Ａを覆い、液体流路４５に供給されている液体の蒸発が防止される。
【００４２】
図１に示すように、表面プラズモンセンサー１０の搬送部１４は、上部ガイドレール１４Ａ、下部ガイドレール１４Ｂ、及び、スティック保持部材１４Ｃ、を含んで構成されている。上部ガイドレール１４Ａ及び下部ガイドレール７４Ｂは、トレイ保持部１２及び光学測定部３０の上部で、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向に水平に配置されている。上部ガイドレール１４Ａには、スティック保持部材１４Ｃが取り付けられている。スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０の両端部の被保持部４２Ｂを保持可能とされていると共に、上部ガイドレール１４Ａに沿って移動可能とされている。スティック保持部材１４Ｃに保持されたセンサースティック４０の係合溝４２Ｅと下部ガイドレール７４Ｂとが係合され、スティック保持部材１４Ｃが矢印Ｘ方向に移動することにより、センサースティック４０が光学測定部３０上の測定部５６に搬送される。
【００４３】
測定部５６には、図６にも示すように、センサースティック４０を保持する保持部材５８が配置されている。保持部材５８は、下部ガイドレール１４Ｂの延長として構成されるレール部５８Ａ、及び、センサースティック４０を上側から押さえる押さえ部材５８Ｂを含んで構成されている。保持部材５８は、図示しない駆動機構により、センサースティック４０を保持した状態で、下部ガイドレール１４Ｂと直交するＹ方向に移動可能とされている。また、押さえ部材５８Ｂは、図示しない他の駆動機構によりＺ方向にも移動可能とされている。
【００４４】
図１に示すように、容器載置台１６には、アナライト溶液プレート１７、回収液ストック容器１８、供給液ストック容器１９が載置されている。アナライト溶液プレート１７は、９６に区画されており、各種のアナライト溶液をストック可能とされている。回収液ストック容器１８は、回収容器１８Ａ〜１８Ｅで構成されており、回収容器１８Ａ〜１８Ｅには、後述するピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。供給液ストック容器１９は、複数のストック容器１９Ａ〜１９Ｅで構成されており、回収容器と同様にピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。
【００４５】
液体吸排部２０は、上部ガイドレール１４Ａ、及び、ガイドレール１６Ｂよりも上方で、矢印Ｙ方向に架け渡された横断レール２２、及び、ヘッド２４を含んで構成されている。横断レール２２は、図示しない駆動機構により、矢印Ｘ方向移動可能とされている。また、ヘッド２４は、横断レール２２に取り付けられ、矢印Ｙ方向に移動可能とされている。また、ヘッド２４は、図示しない駆動機構により、鉛直方向（矢印Ｚ方向）にも移動可能とされている。ヘッド２４は、２本のピペット部２４Ａ、２４Ｂを備え、ピペット部２４Ａ、２４Ｂには、先端部にピペットチップＣＰが取り付けられる。
【００４６】
なお、本実施形態においてはセンサースティック４０への液体供給はピペットチップＣＰにより行われるが、ピペットチップの代わりに、一端が上記各溶液プレートに接続され、他端がセンサースティック４０に接続可能とされたインジェクションチューブを設け、送液ポンプにより液体の供給を行ってもよい。
【００４７】
光学測定部３０は、図７に示すように、発散光照射手段として、光源３１、コリメータレンズ３２、分光部３４、集光レンズ３６を備えている。光源３１は、ＬＥＤ、ＬＤなどの発光素子で構成され発散光を出射する。コリメータレンズ３２は、光源３１から発散光状態で出射された光ビームＬを平行光化する。分光部３４は、平行光化された光ビームＬを２本の光ビームＬ１、Ｌ２に分光する。集光レンズ３６は、分光された光ビームＬ１、Ｌ２を各々集光する。集光レンズ３６は、光ビームＬ１、Ｌ２が測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２よりも手前で収束するように配置されており、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２へは、種々の入射角成分を含み、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２で全反射角以上の角度で反射する光ビームＬ１、Ｌ２が発散状態で入射される。このとき、光ビームＬ１、Ｌ２のＭ１、Ｍ２部分が測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２へ照射されている。Ｍ１、Ｍ２部分の入射角度範囲をθ１とする。
【００４８】
光学測定部３０は、光ビームＬ１、Ｌ２が反射される側に、コリメータレンズ３７、イメージセンサ３８、信号処理部３９、を備えている。コリメータレンズ３７、イメージセンサ３８、信号処理部３９は、光ビームＬ１、Ｌ２毎に１セットずつ備えられている。コリメータレンズ３７は、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２で全反射された光ビームＬ１、Ｌ２を平行光化する。イメージセンサ３８は、平行光化された光ビームＬ１、Ｌ２を受光する。信号処理部３９へは、イメージセンサ３８で受光された光が光電変換されて出力され、信号処理部３９では、入力された信号に基づいて、暗線Ｕが検出される。検出された暗線Ｕに対応する光ビームＬ１、Ｌ２の反射角度（暗線角度）に基づいて、アナライトとリガンドとの結合状態データが生成され、制御部６０へ出力される。
【００４９】
ここで、暗線とは、金属膜５０で全反射された光ビームＬ１、Ｌ２の光強度が小さくなる部分をいい、アナライトとリガンドとの反応状態に応じて移動する。
【００５０】
制御部６０は、表面プラズモンセンサー１０の全体を制御する機能を有し、図７に示すように、光源３１、信号処理部３９、及び、表面プラズモンセンサー１０の図示しない駆動系と接続されている。制御部６０は、図８示すように、バスＢを介して互いに接続される、ＣＰＵ６０Ａ、ＲＯＭ６０Ｂ、ＲＡＭ６０Ｃ、メモリ６０Ｄ、及び、インターフェースＩ／Ｆ６０Ｅ、を有し、各種の情報を表示する表示部６２、各種の指示、情報を入力するための入力部６４と接続されている。
【００５１】
メモリ６０Ｄには、表面プラズモンセンサー１０を制御するための各種プログラムや、各種データが記録されている。
【００５２】
次に、表面プラズモンセンサー１０での、測定について説明する。
【００５３】
表面プラズモンセンサー１０の載置台１２Ａには、リガンドＤが固定化され液体流路４５に保存液Ｃが充填されたセンサースティック４０入りのトレイがセットされている。また、アナライト溶液プレート１７、供給液ストック容器１９には、所定のアナライト溶液、供給液（バッファー液、解離液、洗浄液、など）がセットされている。
【００５４】
まず、押上機構１２Ｄにより、１つのセンサースティック４０がスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げられ、スティック保持部材１４Ｃにより保持される。そして、スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０を保持したまま下部ガイドレール１４Ｂに沿って移動して、センサースティック４０を測定部５６へ搬送する。測定部５６へ搬送されたセンサースティック４０は、レール部５８Ａ上に載置され、押さえ部材５８Ｂにより上部から押圧されて保持される。
【００５５】
入力部６４から測定開始の指示が入力されると、制御部６０では、図９に示す測定処理が実行される。
【００５６】
まず、ステップＳ１２で、光源３１へ光ビームＬの出射指示信号を出力する。これにより、光源３１から光ビームＬが出射される。出射された光ビームＬは、コリメータレンズ３２、分光部３４、集光レンズ３６を経て、液体流路４５の測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ各々発散状態で入射される。また、ステップＳ１４で、イメージセンサ３８及び信号処理部３９へ、作動指示信号を出力する。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２で全反射されコリメータレンズ３７を経た光ビームＬ１、Ｌ２は、イメージセンサ３８で受光され、受光された光は、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２毎に光電変換されて信号処理部３９へ出力される。
【００５７】
ステップＳ１６で、入力された信号に基づいて、暗線Ｕが検出されているかどうかを判断する。ここで暗線Ｕが検出されているかどうかを判断するのは、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２における屈折率、光ビームＬ１、Ｌ２の入射角度によっては、暗線Ｕを検出できない場合もあるからである。すなわち、図７に示すように、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へは、発散状態で光ビームＬ１、Ｌ２が入射されるので、収束させて入射する場合と比較して、入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲θ１が狭くなる。例えば、図１０にも示すように、集光レンズ３６で集光される光ビームＬ１、Ｌ２の入射角度範囲はθ０であるのに対し、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲θ１は、θ１＜θ０となる。通常、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２は、数ｍｍ以下の幅であるため、入射角度範囲θ１は狭くなり、アナライト溶液の屈折率変化等によって暗線Ｕが検出されない場合が生じうるのである。
【００５８】
暗線Ｕが検出されていない場合には、ステップＳ１８で、保持部材５８（レール部５８Ａ及び押さえ部材５８Ｂ）を、図１０に示すようにＹ方向に所定量移動させる。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲がθ１からθ２に変化する。例えば、入射角度範囲θ１を入射角度α１〜α２の範囲とすると、入射角度範囲θ２は、α３〜α４の範囲となり、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射する光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲が変化する。そして、再びステップＳ１６で、暗線Ｕが検出されているかどうかを判断する。ステップＳ１８は、暗線Ｕが検出されるまで続けられる。
【００５９】
暗線Ｕが検出されると、ステップＳ２０でアナライト溶液ＹＡの供給指示信号を出力する。これにより、ヘッド２４で、液体流路４５へアナライト溶液ＹＡが供給される。アナライト溶液ＹＡの供給は、アナライト溶液ＹＡが吸引されているピペット部２４Ａ側のピペットチップＣＰＡの先端を液体流路４５の供給口４５Ａへ挿入し、ピペット部２４Ｂ側のピペットチップＣＰＢの先端を液体流路４５の排出口４５Ｂへ挿入して、ピペットチップＣＰＡから液体流路４５へアナライト溶液ＹＡを注入すると共に、ピペットチップＣＰＢで液体流路４５から押し出される保存液を吸引することにより行う。これにより、リガンドＤへアナライトＡが供給され、リガンドＤとアナライトＡとが結合する。
【００６０】
次に、ステップＳ２２で、暗線Ｕに対応する光ビームＬ１、Ｌ２の反射角度（暗線角度Ｄ）を求める。そして、ステップＳ２４で、暗線角度Ｄに基づいて、アナライトとリガンドとの結合状態を示す結合状態データを生成し、ステップＳ２６で結合状態データを表示部６２に表示する。ステップＳ２８で、所定時間経過したかどうかを判断し、所定時間の経過後に、ステップＳ２４へ戻って上記の処理を繰り返す。これにより、図１１に示すように、時間経過に伴うアナライトＡとリガンドＤとの結合状態がグラフ化されて出力される。この測定処理は、測定処理終了信号を受けるまで継続される。
【００６１】
本実施形態によれば、暗線Ｕが検出されるまで保持部材５８を移動させて、光ビームＬ１、Ｌ２の測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２への入射角度範囲を調整するので、発散状態の光ビームを用いても確実に測定をすることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、保持部材５８をＹ方向に移動させて入射角度範囲θを調整したが、図１２に示すように、Ｚ方向に移動させたり、図１３に示すように、レール部５８Ａを回転中心としてＲ方向に回転させたりして、入射角度範囲θを調整してもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、保持部材５８を移動させたが、発散光照射手段としての、光源３１、コリメータレンズ３２、分光部３４、集光レンズ３６を、Ｙ方向、Ｚ方向に移動さたり、Ｒ方向に回転させたりして、入射角度範囲θを調整してもよい。
【００６４】
さらに、集光レンズ３６と誘電体ブロック４２との間にミラーを配置して、光ビームＬ１、Ｌ２を偏向することにより、入射角度範囲θを調整してもよい。
【００６５】
また、図１４に示すように、コリメータレンズ３７とイメージセンサ３８の間にアパーチャ３３を配置して、光ビームＭ１、Ｍ２の外側の光ビームを遮光するようにしてもよい。アパーチャ３３を備えることにより、測定に必要ない反射光がイメージセンサ３８へ入射されるのが防止され、精度よく暗線Ｕを検出して測定することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、バイオセンサーとて表面プラズモンセンサーを例に説明したが、本発明のバイオセンサーは、全反射減衰を利用する他のバイオセンサー、例えば、漏洩モードセンサーとしても構成することもできる。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、表面プラズモン共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の表面プラズモンセンサーの全体斜視図である。
【図２】本実施形態のセンサースティックの斜視図である。
【図３】本実施形態のセンサースティックの分解斜視図である。
【図４】本実施形態のセンサースティックの１の液体流路部分の断面図である。
【図５】本実施形態のセンサースティックの測定領域及び参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。
【図６】本実施形態のセンサースティックが保持部材で保持されている状態を示す図である。
【図７】本実施形態の表面プラズモンセンサーの光学測定部付近の概略図である。
【図８】本実施形態の制御部とその周辺の概略ブロック図である。
【図９】本実施形態の測定処理のフローチャートである。
【図１０】センサースティックの移動に伴う入射角度範囲の変化を説明する図である。
【図１１】本実施形態での測定結果の一例を示すグラフである。
【図１２】センサースティックの他の方向の移動に伴う入射角度範囲の変化を説明する図である。
【図１３】センサースティックの回転移動に伴う入射角度範囲の変化を説明する図である。
【図１４】本実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 表面プラズモンセンサー
３０ 光学測定部
３１ 光源
３２ コリメータレンズ
３３ アパーチャ
３４ 分光部
３６ 集光レンズ
３７ コリメータレンズ
３８ イメージセンサ
３９ 信号処理部
４０ センサースティック
４２ 誘電体ブロック
５０ 金属膜
５８Ａ レール部
５８Ｂ 部材
５８ 保持部材
６０ 制御部
Ｅ１ 測定領域
Ｅ２ 参照領域
Ｌ１、Ｌ２ 光ビーム
Ｍ１、Ｍ２ 光ビーム
Ｕ 暗線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センシング面へ光を入射させ、反射光の光量が減衰される暗線角度により、リガンドとアナライトとの相互作用を測定するバイオセンサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エバネッセント波を利用した測定装置の１つとして、表面プラズモンセンサーが知られている。金属中においては、自由電子が集団的に振動して、プラズマ波と呼ばれる粗密波が生じる。そして、金属表面に生じるこの粗密波を量子化したものは、表面プラズモンと呼ばれている。表面プラズモンセンサーは、この表画プラズモンが光波によって励起される現象を利用して、試料の特性を分析するものであり、種々のタイプのセンサーが提案されている。そして、それらの中で特に良く知られているものとして、Ｋｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置と称される系を用いるものが挙げられる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
上記の系を用いる表面プラズモンセンサーは、基本的に、例えばプリズム、試料に接触させられる金属膜、光ビームを発生させると共にこの光ビームをプリズムに対して、プリズムと金属膜との界面で全反射条件が得られるように種々の角度で入射させる光学系、上記界面で全反射した光ビームの強度を検出する光検出手段を備えている。
【０００４】
上記構成の表面プラズモンセンサーにおいて、光ビームを金属膜に対して全反射角以上の特定入射角θSPで入射させると、該金属膜に接している試料中に電界分布をもつエバネッセント波が生じ、このエバネッセント波によって金属膜と試料との界面に表面プラズモンが励起される。エバネッセント光の波数ベクトルが表面プラズモンの波数と等しくて波数整合が成立しているとき、両者は共鳴状態となり、光のエネルギーが表面プラズモンに移行するので、誘電体ブロックと金属膜との界面で全反射した光の強度が鋭く低下する。この光強度の低下が、一般に上記光検出手段により暗線として検出される。
【０００５】
この光強度の低下が生じる全反射角以上の特定入射角θSP（以後全反射減衰角θSPと記載）より表面プラズモンの波数が解ると、試料の誘電率が求められる。すなわち表面プラズモンの波数をＫSP、表面プラズモンの角周波数をω、ｃを真空中の光速、εｍとεｓをそれぞれ金属、試料の誘電率とすると、以下の関係がある。
【０００６】
【数１】
【０００７】
試料の誘電率εｓが分かれば、所定の較正曲線等に基づいて試料の屈折率等が分かるので、結局、全反射減衰角θSPを知ることにより、試料の誘電率つまりは屈折率に関連する特性を求めることができる。
【０００８】
ところで、プリズムと金属膜との界面に光ビームが種々の角度で入射する成分が含まれるように、比較的太い光ビームを上記界面に発散光状態で入射させることがある（例えば特許文献２、３参照）。この場合、種々の角度成分を有する収束光を入射させる場合と比較して、光量集中による発熱がない、光量のバラツキが少ない等といった利点を有する。しかしながら、測定対象となるセンサー面が小さい場合には、光ビームの入射角度範囲が狭くなり、試料の屈折率によっては、暗線が検出されず測定ができないということも生じうる。
【特許文献１】特開平６−１６７４４３号公報
【特許文献２】特表平７−５０２８１５号公報
【特許文献３】特開２０００−３５６５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、センサー面に発散光状態で光ビームを入射させることにより、発熱、光量バラツキを抑制できると共に、小さいセンサー面でも確実に測定可能なバイオセンサー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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様のバイオセンサーは、金属膜を備えたセンシング面へ全反射されるように光を入射させ、反射光の光量が減衰される暗線位置により、リガンドとアナライトとの相互作用を測定するバイオセンサーであって、前記センシング面の形成されたセンサーチップと、前記センシング面へ発散状態の光ビームを照射する発散光照射手段と、前記センシング面で反射された反射光を受光する受光手段と、前記受光手段で受光した反射光に基づいて前記暗線位置を検出する検出手段と、前記測定の前に、前記センシング面と前記発散光照射手段とを相対移動させて前記センシング面へ照射される前記光ビームの入射角度範囲を前記検出手段で前記暗線位置を検出可能な入射角度範囲に調整する入射角度範囲調整手段と、を備えている。
【００１１】
本発明の第１の態様のバイオセンサーは、発散光照射手段でセンサーチップのセンシング面へ発散状態の光ビームを照射する。センシング面へは、種々の入射角度で光ビームが入射するが、センシング面が小さい場合には、光ビームの入射角度の範囲は狭いものとなり、暗線が検出されない場合も生じうる。
【００１２】
そこで、本発明では、測定の前に入射角度範囲調整手段で、センシング面と発散光照射手段とを相対移動させて、センシング面へ照射される光ビームの入射角度範囲を検出手段で暗線位置を検出可能な入射角度範囲に調整する。
【００１３】
このように入射角度範囲調整手段を備えることにより、発散状態の光ビームを用いて確実に測定することができる。
【００１４】
なお、本願においてリガンドとは、生理活性のある高分子物質をいい、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、糖類などが例示されるがそれらに限られない。
【００１５】
また、本願においてアナライトとは、リガンドと相互作用をするか否か試験される目的をもってリガンドに供給されるすべての化合物をいう。
【００１６】
また、本発明のバイオセンサーは、全反射減衰を利用したものであるが、全反射減衰を利用した測定としては、表面プラズモン共鳴、漏洩モード検出を用いることができる。
【００１７】
第１の態様のバイオセンサーは、前記センサーチップを保持しつつ移動可能とされた保持部材をさらに備え、前記入射角度範囲調整手段は、前記保持部材の移動により前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とすることができる。
【００１８】
ここでの保持部材の移動は、光ビームの入射角が変化する方向への移動であればよく、上下方向への移動、回転移動、金属膜と同一平面上での平行移動などの移動とすることができる。
【００１９】
上記構成によれば、センサーチップを保持する保持部材を移動させることにより、入射角度範囲を調整して、確実に測定を行うことができる。
【００２０】
また、第１の態様のバイオセンサーは、前記入射角度範囲調整手段が、前記発散光照射手段を移動させることにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とすることもできる。
【００２１】
ここでの発散光照射手段の移動は、光ビームの入射角が変化する方向への移動であればよく、上下方向への移動、回転移動、金属膜と同一平面上での平行移動などの移動とすることができる。
【００２２】
上記構成によれば、発散光照射手段を移動させることにより、入射角度範囲を調整して、確実に測定を行うことができる。
【００２３】
また、第１の態様のバイオセンサーは、前記入射角度範囲調整手段が、前記発散光照射手段から出射される発散状態の光ビームを偏向することにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とすることもできる。
【００２４】
なお、光ビームの偏向は、例えば、可動式の偏向用ミラー等をセンシング面と発散光照射手段との間に配置することにより行うことができる。
【００２５】
上記構成によれば、光ビームを偏向することにより、入射角度範囲を調整して、確実に測定を行うことができる。
【００２６】
また、第１の態様のバイオセンサーは、前記センシング面と前記受光手段との間に配置され、前記暗線位置の変動範囲外の反射光を遮光するアパーチャをさらに備えたこと、を特徴とすることができる。
【００２７】
上記アパーチャを備えることにより、測定に必要ない反射光が受光手段へ入射されるのが防止され、精度よく暗線を検出して測定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上記構成としたので、センサー面に発散光状態で光ビームを入射させることにより、発熱、光量バラツキを抑制できると共に、小さいセンサー面でも確実に測定をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００３０】
本発明のバイオセンサーは、表面プラズモンセンサー１０として構成されている。表面プラズモンセンサー１０は、金属膜の表面に発生する表面プラズモン共鳴を利用して、リガンドＤとアナライトＡとの相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。
【００３１】
図１に示すように、表面プラズモンセンサー１０は、トレイ保持部１２、搬送部１４、容器載置台１６、液体吸排部２０、測定部５６、光学測定部３０、及び、制御部６０を備えている。
【００３２】
トレイ保持部１２は、載置台１２Ａ、及び、ベルト１２Ｂを含んで構成されている。載置台１２Ａは、矢印Ｙ方向に架け渡されたベルト１２Ｂに取り付けられており、ベルト１２Ｂの回転により矢印Ｙ方向に移動可能とされている。載置台１２Ａ上には、トレイＴが２枚、位置決めして載置される。トレイＴには、センサースティック４０が８本収納されている。センサースティック４０は、リガンドＤの固定されるチップであり、詳細については後述する。載置台１２Ａの下には、センサースティック４０を後述するスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げる、押上機構１２Ｄが配置されている。
【００３３】
センサースティック４０は、図２及び図３に示すように、誘電体ブロック４２、流路部材４４、保持部材４６、接着部材４８、及び、蒸発防止部材４９、で構成されている。
【００３４】
誘電体ブロック４２は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部４２Ａ、及び、プリズム部４２Ａの両端部にプリズム部４２Ａと一体的に形成された被保持部４２Ｂを備えている。プリズム部４２Ａの互いに平行な２面の内の広い側の上面には、図４にも示すように金属膜５０が形成されている。この金属膜５０上に、表面プラズモンセンサー１０で解析するリガンドＤが固定される。誘電体ブロック４２は、いわゆるプリズムとして機能し、表面プラズモンセンサー１０での測定の際には、プリズム部４２Ａの対向する互いに平行でない２つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から金属膜５０との界面で全反射された光ビームが出射される。
【００３５】
金属膜５０の表面には、図４に示すように、リンカー層５０Ａが形成されている。リンカー層５０Ａは、リガンドＤを金属膜５０上に固定化するための層である。リンカー層５０Ａ上には、リガンドＤが固定されアナライトＡとリガンドＤとの反応が生じる測定領域（Ｅ１）と、リガンドＤが固定されず、前記測定領域Ｅ１の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（Ｅ２）とが形成される。この参照領域Ｅ２は、上述したリンカー層５０Ａを製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー層５０Ａに対して表面処理を施して、リガンドＤと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー層５０Ａの半分が測定領域Ｅ１となり、残りの半分が参照領域Ｅ２となる。このように、結合基を失活させるためには、上記、ブロッキングに用いたエタノールアミン−ヒドロクロライドを用いることができる。参照領域Ｅ２の別の構成方法としては、参照領域Ｅ２にカルボキシルメチルデキストランの代わりに、例えば、アルキルチオールを配するようにすれば、アルキル基を表面に配することが出来、アルキル基は、アミノカップリング法でリガンド結合させることは出来ないので、参照領域Ｅ２として使うことができる。
【００３６】
図５にも示すように、液体流路４５に露出されたリンカー層５０Ａの、参照領域Ｅ２以外の部分には、リガンドＤが固定されている。参照領域Ｅ２にはリガンドＤは固定されていない。参照領域Ｅ２、及び、参照領域Ｅ２よりも上流側に位置する測定領域Ｅ１には、各々光ビームＬ２、Ｌ１が入射される。参照領域Ｅ２は、リガンドＤの固定された測定領域Ｅ１から得られるデータを補正するために設けられた領域である。
【００３７】
プリズム部４２Ａの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材４６と係合される係合凸部４２Ｃが、下側の端辺に沿ってプリズム部４２Ａの上面と垂直な仮想面の延長上に構成される垂直凸部４２Ｄが、各々７箇所に形成されている。また、誘電体ブロック４２の下面の長手方向に沿った中央部には、係合溝４２Ｅが形成されている。
【００３８】
流路部材４４は、誘電体ブロック４２よりもわずかに狭幅の直方体状とされ、図３に示すように、誘電体ブロック４２の金属膜５０上に６個並べて配置されている。各々の流路部材４４の下面には流路溝４４Ａが形成されており、上面に形成された供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと連通されて、金属膜５０との間に、液体流路４５が構成される。したがって、１本のセンサースティック４０には、独立した６個の液体流路４５が構成される。流路部材４４の側壁には、保持部材４６の内側の図示しない凹部に圧入されて保持部材４６との密着性を確保するための凸部４４Ｂが形成されている。
【００３９】
なお、液体流路４５には、蛋白質を含む液体が供給されることが想定されるので、流路壁への蛋白質の固着を防止するため、流路部材４４の材料としては、蛋白質に対する非特異吸着性を有しないことが好ましい。
【００４０】
保持部材４６は、長尺とされ、上面板４６Ａ及び２枚の側面板４６Ｂで構成されている。側面板４６Ｂには、誘電体ブロック４２の係合凸部４２Ｃと係合される係合孔４６Ｃが形成されている。保持部材４６は、６個の流路部材４４を間に挟んで係合孔４６Ｃと係合凸部４２Ｃとが係合されて、誘電体ブロック４２に取り付けられる。これにより、流路部材４４は、誘電体ブロック４２に取り付けられる。上面板４６Ａには、流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと対向する位置に、流路部材４４に向けて狭くなるテーパー状のピペット挿入孔４６Ｄが形成されている。また、隣り合うピペット挿入孔４６Ｄとピペット挿入孔４６Ｄとの間には、位置決め用のボス４６Ｅが形成されている。
【００４１】
保持部材４６の上面には、蒸発防止部材４９が接着部材４８を介して接着されている。接着部材４８のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置にはピペット挿入用の孔４８Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４８Ｅが形成されている。また、蒸発防止部材４９のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置には十字状の切り込みであるスリット４９Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４９Ｅが形成されている。ボス４６Ｅを孔４８Ｅ及び４９Ｅに挿通させて、蒸発防止部材４９を保持部材４６の上面に接着することにより、蒸発防止部材４９のスリット４９Ｄと流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂとが対向するように構成される。ピペットチップＣＰの非挿入時には、スリット４９Ｄ部分が供給口４５Ａを覆い、液体流路４５に供給されている液体の蒸発が防止される。
【００４２】
図１に示すように、表面プラズモンセンサー１０の搬送部１４は、上部ガイドレール１４Ａ、下部ガイドレール１４Ｂ、及び、スティック保持部材１４Ｃ、を含んで構成されている。上部ガイドレール１４Ａ及び下部ガイドレール７４Ｂは、トレイ保持部１２及び光学測定部３０の上部で、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向に水平に配置されている。上部ガイドレール１４Ａには、スティック保持部材１４Ｃが取り付けられている。スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０の両端部の被保持部４２Ｂを保持可能とされていると共に、上部ガイドレール１４Ａに沿って移動可能とされている。スティック保持部材１４Ｃに保持されたセンサースティック４０の係合溝４２Ｅと下部ガイドレール７４Ｂとが係合され、スティック保持部材１４Ｃが矢印Ｘ方向に移動することにより、センサースティック４０が光学測定部３０上の測定部５６に搬送される。
【００４３】
測定部５６には、図６にも示すように、センサースティック４０を保持する保持部材５８が配置されている。保持部材５８は、下部ガイドレール１４Ｂの延長として構成されるレール部５８Ａ、及び、センサースティック４０を上側から押さえる押さえ部材５８Ｂを含んで構成されている。保持部材５８は、図示しない駆動機構により、センサースティック４０を保持した状態で、下部ガイドレール１４Ｂと直交するＹ方向に移動可能とされている。また、押さえ部材５８Ｂは、図示しない他の駆動機構によりＺ方向にも移動可能とされている。
【００４４】
図１に示すように、容器載置台１６には、アナライト溶液プレート１７、回収液ストック容器１８、供給液ストック容器１９が載置されている。アナライト溶液プレート１７は、９６に区画されており、各種のアナライト溶液をストック可能とされている。回収液ストック容器１８は、回収容器１８Ａ〜１８Ｅで構成されており、回収容器１８Ａ〜１８Ｅには、後述するピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。供給液ストック容器１９は、複数のストック容器１９Ａ〜１９Ｅで構成されており、回収容器と同様にピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。
【００４５】
液体吸排部２０は、上部ガイドレール１４Ａ、及び、ガイドレール１６Ｂよりも上方で、矢印Ｙ方向に架け渡された横断レール２２、及び、ヘッド２４を含んで構成されている。横断レール２２は、図示しない駆動機構により、矢印Ｘ方向移動可能とされている。また、ヘッド２４は、横断レール２２に取り付けられ、矢印Ｙ方向に移動可能とされている。また、ヘッド２４は、図示しない駆動機構により、鉛直方向（矢印Ｚ方向）にも移動可能とされている。ヘッド２４は、２本のピペット部２４Ａ、２４Ｂを備え、ピペット部２４Ａ、２４Ｂには、先端部にピペットチップＣＰが取り付けられる。
【００４６】
なお、本実施形態においてはセンサースティック４０への液体供給はピペットチップＣＰにより行われるが、ピペットチップの代わりに、一端が上記各溶液プレートに接続され、他端がセンサースティック４０に接続可能とされたインジェクションチューブを設け、送液ポンプにより液体の供給を行ってもよい。
【００４７】
光学測定部３０は、図７に示すように、発散光照射手段として、光源３１、コリメータレンズ３２、分光部３４、集光レンズ３６を備えている。光源３１は、ＬＥＤ、ＬＤなどの発光素子で構成され発散光を出射する。コリメータレンズ３２は、光源３１から発散光状態で出射された光ビームＬを平行光化する。分光部３４は、平行光化された光ビームＬを２本の光ビームＬ１、Ｌ２に分光する。集光レンズ３６は、分光された光ビームＬ１、Ｌ２を各々集光する。集光レンズ３６は、光ビームＬ１、Ｌ２が測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２よりも手前で収束するように配置されており、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２へは、種々の入射角成分を含み、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２で全反射角以上の角度で反射する光ビームＬ１、Ｌ２が発散状態で入射される。このとき、光ビームＬ１、Ｌ２のＭ１、Ｍ２部分が測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２へ照射されている。Ｍ１、Ｍ２部分の入射角度範囲をθ１とする。
【００４８】
光学測定部３０は、光ビームＬ１、Ｌ２が反射される側に、コリメータレンズ３７、イメージセンサ３８、信号処理部３９、を備えている。コリメータレンズ３７、イメージセンサ３８、信号処理部３９は、光ビームＬ１、Ｌ２毎に１セットずつ備えられている。コリメータレンズ３７は、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２で全反射された光ビームＬ１、Ｌ２を平行光化する。イメージセンサ３８は、平行光化された光ビームＬ１、Ｌ２を受光する。信号処理部３９へは、イメージセンサ３８で受光された光が光電変換されて出力され、信号処理部３９では、入力された信号に基づいて、暗線Ｕが検出される。検出された暗線Ｕに対応する光ビームＬ１、Ｌ２の反射角度（暗線角度）に基づいて、アナライトとリガンドとの結合状態データが生成され、制御部６０へ出力される。
【００４９】
ここで、暗線とは、金属膜５０で全反射された光ビームＬ１、Ｌ２の光強度が小さくなる部分をいい、アナライトとリガンドとの反応状態に応じて移動する。
【００５０】
制御部６０は、表面プラズモンセンサー１０の全体を制御する機能を有し、図７に示すように、光源３１、信号処理部３９、及び、表面プラズモンセンサー１０の図示しない駆動系と接続されている。制御部６０は、図８示すように、バスＢを介して互いに接続される、ＣＰＵ６０Ａ、ＲＯＭ６０Ｂ、ＲＡＭ６０Ｃ、メモリ６０Ｄ、及び、インターフェースＩ／Ｆ６０Ｅ、を有し、各種の情報を表示する表示部６２、各種の指示、情報を入力するための入力部６４と接続されている。
【００５１】
メモリ６０Ｄには、表面プラズモンセンサー１０を制御するための各種プログラムや、各種データが記録されている。
【００５２】
次に、表面プラズモンセンサー１０での、測定について説明する。
【００５３】
表面プラズモンセンサー１０の載置台１２Ａには、リガンドＤが固定化され液体流路４５に保存液Ｃが充填されたセンサースティック４０入りのトレイがセットされている。また、アナライト溶液プレート１７、供給液ストック容器１９には、所定のアナライト溶液、供給液（バッファー液、解離液、洗浄液、など）がセットされている。
【００５４】
まず、押上機構１２Ｄにより、１つのセンサースティック４０がスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げられ、スティック保持部材１４Ｃにより保持される。そして、スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０を保持したまま下部ガイドレール１４Ｂに沿って移動して、センサースティック４０を測定部５６へ搬送する。測定部５６へ搬送されたセンサースティック４０は、レール部５８Ａ上に載置され、押さえ部材５８Ｂにより上部から押圧されて保持される。
【００５５】
入力部６４から測定開始の指示が入力されると、制御部６０では、図９に示す測定処理が実行される。
【００５６】
まず、ステップＳ１２で、光源３１へ光ビームＬの出射指示信号を出力する。これにより、光源３１から光ビームＬが出射される。出射された光ビームＬは、コリメータレンズ３２、分光部３４、集光レンズ３６を経て、液体流路４５の測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ各々発散状態で入射される。また、ステップＳ１４で、イメージセンサ３８及び信号処理部３９へ、作動指示信号を出力する。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２で全反射されコリメータレンズ３７を経た光ビームＬ１、Ｌ２は、イメージセンサ３８で受光され、受光された光は、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２毎に光電変換されて信号処理部３９へ出力される。
【００５７】
ステップＳ１６で、入力された信号に基づいて、暗線Ｕが検出されているかどうかを判断する。ここで暗線Ｕが検出されているかどうかを判断するのは、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２における屈折率、光ビームＬ１、Ｌ２の入射角度によっては、暗線Ｕを検出できない場合もあるからである。すなわち、図７に示すように、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へは、発散状態で光ビームＬ１、Ｌ２が入射されるので、収束させて入射する場合と比較して、入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲θ１が狭くなる。例えば、図１０にも示すように、集光レンズ３６で集光される光ビームＬ１、Ｌ２の入射角度範囲はθ０であるのに対し、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲θ１は、θ１＜θ０となる。通常、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２は、数ｍｍ以下の幅であるため、入射角度範囲θ１は狭くなり、アナライト溶液の屈折率変化等によって暗線Ｕが検出されない場合が生じうるのである。
【００５８】
暗線Ｕが検出されていない場合には、ステップＳ１８で、保持部材５８（レール部５８Ａ及び押さえ部材５８Ｂ）を、図１０に示すようにＹ方向に所定量移動させる。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射される光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲がθ１からθ２に変化する。例えば、入射角度範囲θ１を入射角度α１〜α２の範囲とすると、入射角度範囲θ２は、α３〜α４の範囲となり、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ入射する光ビームＭ１、Ｍ２の入射角度範囲が変化する。そして、再びステップＳ１６で、暗線Ｕが検出されているかどうかを判断する。ステップＳ１８は、暗線Ｕが検出されるまで続けられる。
【００５９】
暗線Ｕが検出されると、ステップＳ２０でアナライト溶液ＹＡの供給指示信号を出力する。これにより、ヘッド２４で、液体流路４５へアナライト溶液ＹＡが供給される。アナライト溶液ＹＡの供給は、アナライト溶液ＹＡが吸引されているピペット部２４Ａ側のピペットチップＣＰＡの先端を液体流路４５の供給口４５Ａへ挿入し、ピペット部２４Ｂ側のピペットチップＣＰＢの先端を液体流路４５の排出口４５Ｂへ挿入して、ピペットチップＣＰＡから液体流路４５へアナライト溶液ＹＡを注入すると共に、ピペットチップＣＰＢで液体流路４５から押し出される保存液を吸引することにより行う。これにより、リガンドＤへアナライトＡが供給され、リガンドＤとアナライトＡとが結合する。
【００６０】
次に、ステップＳ２２で、暗線Ｕに対応する光ビームＬ１、Ｌ２の反射角度（暗線角度Ｄ）を求める。そして、ステップＳ２４で、暗線角度Ｄに基づいて、アナライトとリガンドとの結合状態を示す結合状態データを生成し、ステップＳ２６で結合状態データを表示部６２に表示する。ステップＳ２８で、所定時間経過したかどうかを判断し、所定時間の経過後に、ステップＳ２４へ戻って上記の処理を繰り返す。これにより、図１１に示すように、時間経過に伴うアナライトＡとリガンドＤとの結合状態がグラフ化されて出力される。この測定処理は、測定処理終了信号を受けるまで継続される。
【００６１】
本実施形態によれば、暗線Ｕが検出されるまで保持部材５８を移動させて、光ビームＬ１、Ｌ２の測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２への入射角度範囲を調整するので、発散状態の光ビームを用いても確実に測定をすることができる。
【００６２】
なお、本実施形態では、保持部材５８をＹ方向に移動させて入射角度範囲θを調整したが、図１２に示すように、Ｚ方向に移動させたり、図１３に示すように、レール部５８Ａを回転中心としてＲ方向に回転させたりして、入射角度範囲θを調整してもよい。
【００６３】
また、本実施形態では、保持部材５８を移動させたが、発散光照射手段としての、光源３１、コリメータレンズ３２、分光部３４、集光レンズ３６を、Ｙ方向、Ｚ方向に移動さたり、Ｒ方向に回転させたりして、入射角度範囲θを調整してもよい。
【００６４】
さらに、集光レンズ３６と誘電体ブロック４２との間にミラーを配置して、光ビームＬ１、Ｌ２を偏向することにより、入射角度範囲θを調整してもよい。
【００６５】
また、図１４に示すように、コリメータレンズ３７とイメージセンサ３８の間にアパーチャ３３を配置して、光ビームＭ１、Ｍ２の外側の光ビームを遮光するようにしてもよい。アパーチャ３３を備えることにより、測定に必要ない反射光がイメージセンサ３８へ入射されるのが防止され、精度よく暗線Ｕを検出して測定することができる。
【００６６】
なお、本実施形態では、バイオセンサーとて表面プラズモンセンサーを例に説明したが、本発明のバイオセンサーは、全反射減衰を利用する他のバイオセンサー、例えば、漏洩モードセンサーとしても構成することもできる。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、表面プラズモン共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本実施形態の表面プラズモンセンサーの全体斜視図である。
【図２】本実施形態のセンサースティックの斜視図である。
【図３】本実施形態のセンサースティックの分解斜視図である。
【図４】本実施形態のセンサースティックの１の液体流路部分の断面図である。
【図５】本実施形態のセンサースティックの測定領域及び参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。
【図６】本実施形態のセンサースティックが保持部材で保持されている状態を示す図である。
【図７】本実施形態の表面プラズモンセンサーの光学測定部付近の概略図である。
【図８】本実施形態の制御部とその周辺の概略ブロック図である。
【図９】本実施形態の測定処理のフローチャートである。
【図１０】センサースティックの移動に伴う入射角度範囲の変化を説明する図である。
【図１１】本実施形態での測定結果の一例を示すグラフである。
【図１２】センサースティックの他の方向の移動に伴う入射角度範囲の変化を説明する図である。
【図１３】センサースティックの回転移動に伴う入射角度範囲の変化を説明する図である。
【図１４】本実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 表面プラズモンセンサー
３０ 光学測定部
３１ 光源
３２ コリメータレンズ
３３ アパーチャ
３４ 分光部
３６ 集光レンズ
３７ コリメータレンズ
３８ イメージセンサ
３９ 信号処理部
４０ センサースティック
４２ 誘電体ブロック
５０ 金属膜
５８Ａ レール部
５８Ｂ 部材
５８ 保持部材
６０ 制御部
Ｅ１ 測定領域
Ｅ２ 参照領域
Ｌ１、Ｌ２ 光ビーム
Ｍ１、Ｍ２ 光ビーム
Ｕ 暗線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属膜を備えたセンシング面へ全反射されるように光を入射させ、反射光の光量が減衰される暗線位置により、リガンドとアナライトとの相互作用を測定するバイオセンサーであって、
前記センシング面の形成されたセンサーチップと、
前記センシング面へ発散状態の光ビームを照射する発散光照射手段と、
前記センシング面で反射された反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した反射光に基づいて前記暗線位置を検出する検出手段と、
前記測定の前に、前記センシング面と前記発散光照射手段とを相対移動させて前記センシング面へ照射される前記光ビームの入射角度範囲を前記検出手段で前記暗線位置を検出可能な入射角度範囲に調整する入射角度範囲調整手段と、
を備えた、バイオセンサー。
【請求項２】
前記センサーチップを保持しつつ移動可能とされた保持部材をさらに備え、
前記入射角度範囲調整手段は、前記保持部材の移動により前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項３】
前記入射角度範囲調整手段は、前記発散光照射手段を移動させることにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項４】
前記入射角度範囲調整手段は、前記発散光照射手段から出射される発散状態の光ビームを偏向することにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項５】
前記センシング面と前記受光手段との間に配置され、前記暗線位置の変動範囲外の反射光を遮光するアパーチャをさらに備えたこと、を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバイオセンサー。
【請求項１】
金属膜を備えたセンシング面へ全反射されるように光を入射させ、反射光の光量が減衰される暗線位置により、リガンドとアナライトとの相互作用を測定するバイオセンサーであって、
前記センシング面の形成されたセンサーチップと、
前記センシング面へ発散状態の光ビームを照射する発散光照射手段と、
前記センシング面で反射された反射光を受光する受光手段と、
前記受光手段で受光した反射光に基づいて前記暗線位置を検出する検出手段と、
前記測定の前に、前記センシング面と前記発散光照射手段とを相対移動させて前記センシング面へ照射される前記光ビームの入射角度範囲を前記検出手段で前記暗線位置を検出可能な入射角度範囲に調整する入射角度範囲調整手段と、
を備えた、バイオセンサー。
【請求項２】
前記センサーチップを保持しつつ移動可能とされた保持部材をさらに備え、
前記入射角度範囲調整手段は、前記保持部材の移動により前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項３】
前記入射角度範囲調整手段は、前記発散光照射手段を移動させることにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項４】
前記入射角度範囲調整手段は、前記発散光照射手段から出射される発散状態の光ビームを偏向することにより前記センシング面へ照射される前記発散光の入射角度範囲を調整すること、を特徴とする請求項１に記載のバイオセンサー。
【請求項５】
前記センシング面と前記受光手段との間に配置され、前記暗線位置の変動範囲外の反射光を遮光するアパーチャをさらに備えたこと、を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のバイオセンサー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−３４８８（Ｐ２００７−３４８８Ａ）
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８７２００（Ｐ２００５−１８７２００）
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（０００００５２０１）富士フイルムホールディングス株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（０００００５２０１）富士フイルムホールディングス株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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