分注装置及び全反射減衰を利用した測定装置
【課題】 液体を分注する際に、吸引した液体の温度が変化することを防止した分注装置を提供すること。
【解決手段】 ピペットヘッド８７とともにピペットを構成するピペットチップ６２には、吸引した液体の温度を測定する温度センサ９１と、吸引した液体を加熱又は冷却するシート状のペルチエ素子９２とが設けられている。各端子９４、９５を介して温度センサ９１とペルチエ素子９２とが接続される温度制御部９０は、温度センサ９１の測定結果を基にして、ペルチエ素子９２の通電のＯＮ／ＯＦＦ、及び通電の向きを制御してピペットチップ６２が吸引した液体を加熱又は冷却し、吸引した液体の温度が任意の値で一定となるように保つ。これにより、ピペットが液体を分注する際の、液体の温度変化が防止される。
【解決手段】 ピペットヘッド８７とともにピペットを構成するピペットチップ６２には、吸引した液体の温度を測定する温度センサ９１と、吸引した液体を加熱又は冷却するシート状のペルチエ素子９２とが設けられている。各端子９４、９５を介して温度センサ９１とペルチエ素子９２とが接続される温度制御部９０は、温度センサ９１の測定結果を基にして、ペルチエ素子９２の通電のＯＮ／ＯＦＦ、及び通電の向きを制御してピペットチップ６２が吸引した液体を加熱又は冷却し、吸引した液体の温度が任意の値で一定となるように保つ。これにより、ピペットが液体を分注する際の、液体の温度変化が防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の分注を行う分注装置、及びこの分注装置を備えた表面プラズモン共鳴などの全反射減衰を利用した測定装置に関するものである。
【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。また、この減衰が発生する光の入射角度（共鳴角）は、金属膜上の屈折率に応じて変化する。すなわち、ＳＰＲ測定装置は、金属膜からの反射光を捉えて共鳴角を検出することにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。
【０００６】
ところで、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、生理的食塩水や純水、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ている。なお、この流路とプリズムは、装置本体に設けられた測定ステージに配置されており、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。
【０００７】
特許文献１では、ポンプやバルブなどに接続された配管（チューブ）を介して、試料溶液を保管する容器から直接流路に試料溶液を送り込むようにしているが、この方法では、配管内に付着した試料が後に注入する試料溶液中に混入してしまう、いわゆるコンタミネーションが生じやすいという問題があった。このため、先端を交換可能なチップ状にし、注入する液体毎にチップを交換することによって、コンタミネーションを防止したピペットを用いて、容器に保管された試料溶液を流路に分注するＳＰＲ測定装置も提案されてきている。
【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】
共鳴角に影響する金属膜上の屈折率は、試料の反応状況の他に、温度によっても変化する。測定時に温度が変化すると、試料以外の要因で共鳴角が変化することになり、測定誤差を生じさせてしまう。そのため、ＳＰＲ測定装置では、予め保管された試料溶液や測定時のセンサユニットの温度を一定に保つように調節し、温度による測定誤差を防止している。
【０００９】
しかしながら、ピペットを用いて試料溶液の分注を行うと、ピペットが試料溶液を吸引して保持した際に、試料溶液の温度が変化してしまうという問題がある。この温度変化によって、試料溶液を注入した直後においては、測定結果にノイズが乗ってしまうので、センサユニットの温度調節によって試料溶液の温度が馴染むまで待たなければならず、測定時間を無駄に延長させてしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、試料溶液などの液体を分注する際に、吸引した液体の温度変化を防止した分注装置と、この分注装置を備えた全反射減衰を利用した測定装置と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】
上記課題を達成するため、本発明の分注装置は、先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットに液体を吸引・吐出させるポンプと、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を測定する温度センサと、この温度センサの測定結果に基にして、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を一定に保つ温度調節手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
なお、前記温度センサは、前記ピペットチップに取り付けられることが好ましく、前記ピペットチップが吸引した液体に接触して、その温度を直接測定することが好適である。
【００１３】
また、前記ピペットチップに取り付けられた前記温度センサは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記温度調節手段に接続されることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記温度センサは、熱電対、測温抵抗体、サーミスタのいずれかであることが好ましい。
【００１５】
なお、前記温度センサは、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を非接触で測定する放射温度計であってもよい。
【００１６】
また、前記温度調節手段は、通電によって前記ピペットチップが吸引した液体を加熱するヒータと、前記温度センサの測定結果を基にして前記ヒータを制御する制御部とからなることが好ましい。
【００１７】
さらに、ヒータは、前記ピペットチップに取り付けられていることが好ましく、通電の向きを変えることによって前記ピペットチップが吸引した液体の冷却も可能なペルチエ素子を用いることが好適である。
【００１８】
また、前記ピペットチップに取り付けられた前記ヒータは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記制御部に接続されることが好ましい。
【００１９】
なお、前記ヒータは、前記ピペットチップに向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発生器であってもよい。
【００２０】
また、前記ヘッド部を、前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構を設けるようにしてもよい。
【００２１】
さらに、前記ヘッド部は、複数の前記ピペットチップを保持することが好ましい。
【００２２】
また、本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、一面に薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に試料溶液を送液する流路が形成された流路部材とからなるセンサユニットに対して、全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する検出手段とを備えるとともに、先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットチップに前記試料溶液を吸引・吐出させるポンプとによって、前記流路に前記試料溶液を注入する分注手段と、前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を測定する温度センサと、この温度センサの測定結果を基にして、前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を一定に保つ温度調節手段とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の分注装置、及び全反射減衰を利用した測定装置によれば、ピペットチップが吸引した液体の温度を測定する温度センサと、この温度センサの測定結果を基にして、ピペットチップが吸引した液体の温度を一定に保つ温度調節手段とを備えたので、液体を分注する際に、吸引した液体の温度変化を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】
【００２４】
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。
【００２５】
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）１３が形成されたプリズム（誘電体ブロック）１４と、金属膜１３に液体を送液する流路１６が形成された流路部材４１と、プリズム１４の上面と流路部材４１の底面とを圧接させた状態で保持する保持部材４２と、この保持部材４２の上方に配置される蓋部材４３とから構成されている。
【００２６】
流路部材４１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１６が設けられている。流路１６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１６ａと、それを排出する排出口１６ｂとを有している。流路１６の管径は約１ｍｍ程度であり、注入口１６ａと排出口１６ｂとの間隔は、約１０ｍｍ程度である。また、流路１６の底部は開放されており、この開放部位は、プリズム１４と圧接した際に、金属膜１３によって覆われて密閉される。以下、金属膜１３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１７と称す。
【００２７】
流路部材４１は、金属膜１３との密着性を高めるため、例えば、ゴムやＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの弾性材料で成型されている。これにより、流路部材４１は、プリズム１４の上面と圧接された際に、弾性変形して金属膜１３との接触面の隙間を埋め、各流路１６の開放された底部をプリズム１４とともに水密に覆う。なお、本例では、流路１６の数が３つの例を説明したが、流路１６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。
【００２８】
プリズム１４の上面には、各流路１６と対面する短冊状の金属膜１３が、例えば、蒸着によって形成される。この金属膜１３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１３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。
【００２９】
金属膜１３上の各流路１６に対応する位置（センサセル１７内）には、リガンドを固定させるためのリンカー膜２２が形成されている。以下、金属膜１３のうち、リンカー膜２２が形成された側の面をセンサ面１３ａ、この裏面（プリズム１４に接触している面）を光入射面１３ｂと称す。プリズム１４は、入射した光を光入射面１３ｂに向けて集光するものであり、金属膜１３は、全反射条件を満たすように光入射面１３ｂに光が入射した際に、センサ面１３ａでＳＰＲを発生させる。
【００３０】
プリズム１４の長辺側の両側面には、保持部材４２の係合部４２ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、流路部材４１が保持部材４２とプリズム１４とによって挟み込まれ、その底面とプリズム１４の上面とが圧接した状態で保持される。さらに、プリズム１４の両端部には、突部１４ｂが設けられている。後述するように、センサユニット１２は、ホルダ５２（図４参照）に収納された状態で、固定が行われる。突部１４ｂは、ホルダ５２と係合することによって、センサユニット１２をホルダ５２内の所定の収納位置に位置決めする。
【００３１】
なお、プリズム１４には、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を用いることができる。
【００３２】
保持部材４２の上面には、各流路１６の注入口１６ａ及び排出口１６ｂに対応する位置に、ピペットなどの送液手段の先端部を進入させる受け入れ口４２ｂが形成されている。これらの受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出された液体が各注入口１６ａに導かれるように漏斗状に形成されている。また、各受け入れ口４２ｂは、保持部材４２が流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合した際に、それぞれの注入口１６ａ及び排出口１６ｂと当接して、流路１６と連結する。
【００３３】
また、各受け入れ口４２ｂの両脇には、円柱状のボス４２ｃが設けられている。これらのボス４２ｃは、蓋部材４３に形成された穴４３ａと嵌合して、蓋部材４３を位置決めする。蓋部材４３は、各受け入れ口４２ｂ及び各ボス４２ｃに対応する位置に穴が空けられた両面テープ４４によって、保持部材４２の上面に貼り付けられる。
【００３４】
蓋部材４３は、流路１６に通じる受け入れ口４２ｂを覆うことで、流路１６内に注入された液体の蒸発を防止する。この蓋部材４３は、例えば、ゴムやプラスチックなどの弾性材料で形成されており、各受け入れ口４２ｂに対応する位置には、十字型のスリット４３ｂが形成されている。これにより、蓋部材４３は、スリット４３ｂを弾性変形させてピペットの挿入を可能にするとともに、ピペットが抜かれた状態では初期状態を保持して受け入れ口４２ｂを塞ぐ。
【００３５】
図３に示すように、金属膜１３上に形成されたリンカー膜２２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）２２ａと、リガンドが固定されず、ａｃｔ領域２２ａ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）２２ｂとが設けられている。このｒｅｆ領域２２ｂは、リンカー膜２２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２２に対して表面処理を施し、リンカー膜２２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２２の半分がａｃｔ領域２２ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２２ｂとなる。
【００３６】
図４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５０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５１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５１に載置された状態で固定工程の処理が施される。
【００３７】
センサユニット１２は、ホルダ５２に収納された状態で、載置スペース５１に載置される。ホルダ５２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５２には、センサユニット１２の突部１４ｂ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５２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５２から取り出す場合には、この開口から押し上げ部材８１ａ（図５参照）を挿入して、センサユニット１２を押し上げる。
【００３８】
載置スペース５１には、ホルダ５２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５３が設けられている。また、各台座５３には、ホルダ５２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。
【００３９】
また、固定機４には、３組のピペット対１９を連装したピペットヘッド（ヘッド部）５４と、各ピペット対１９に液体を吸引・吐出させるポンプ５５とが設けられている。ピペットヘッド５４は、ホルダ５２を介して載置スペース５１に配列された各センサユニット１２にアクセスし、液体の注入や排出を行う。各ピペット対１９は、１対のピペット１９ａ、１９ｂ（図８参照）からなり、各ピペット１９ａ、１９ｂは、各センサユニット１２の注入口１６ａ、排出口１６ｂのそれぞれに挿入される。なお、各ピペット１９ａ、１９ｂは、先端に小孔が形成された略円錐筒状のピペットチップ６２を、ピペットヘッド５４に装着することによって構成される。また、ピペットヘッド５４には、ピペット対１９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１６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。
【００４０】
ポンプ５５は、ピペットヘッド５４に、各流路１６への液体の注入と、各流路１６からの吸い出しとを行わせる。この際、各ピペット対１９は、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。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おり、ポンプ５５による吸引や吐出の動作は、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１９毎にそれぞれ決定される。なお、ポンプ５５には、例えば、シリンダとピストンとからなる、いわゆるシリンジポンプなどを用いることができる。
【００４１】
筐体ベース５０には、ピペットヘッド５４をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させるヘッド移動機構５６が設けられている。ヘッド移動機構５６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５４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５４をＹ方向に移動自在に保持するガイドレール５８を含むＹ方向移動機構と、ガイドレール５８を両端で保持し、ガイドレール５８ごとピペットヘッド５４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５６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５６を駆動して、ピペットヘッド５４の前後左右上下の位置を制御する。
【００４２】
また、筐体ベース５０の上には、載置スペース５１の他に、流路１６に注入する種々の液体を保管する複数の液保管部６１と、ピペットチップ６２を保管するピペットチップ保管部６３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６４とが設けられている。
【００４３】
液保管部６１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６１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５４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５４が流路１６へ液体を注入する場合には、各液保管部６１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５１に移動して各流路１６に注入する。
【００４４】
ピペットチップ保管部６３に保管されたピペットチップ６２は、ピペットヘッド５４に着脱自在に保持される。ピペットチップ６２は、液体と直接接触するので、このピペットチップ６２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。ピペットヘッド５４には、ピペットチップ６２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６２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５４は、ピペットチップ６２の交換を行う際に、まず、使用済みのピペットチップ６２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６３にアクセスして未使用のピペットチップ６２をピックアップする。
【００４５】
ウエルプレート６４は、各ピペット１９ａ、１９ｂ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。
【００４６】
また、固定機４が固定工程を行う際には、筐体ベース５０がカバーによって覆われて、載置スペース５１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５１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。
【００４７】
図５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７１、ピックアップ機構７２、ヘッド移動機構７３、測定ステージ７４からなり、これらの各部は、筐体７５に収容されている。ホルダ搬送機構７１は、搬送ベルト７６と、この搬送ベルト７６に取り付けられたキャリッジ７７と、このキャリッジ７７に取り付けられた、ホルダ５２を載置するプレート７８とから構成されている。ホルダ搬送機構７１は、ホルダ５２が載置されたプレート７８をＸ方向に移動させることにより、ホルダ５２に収納された各センサユニット１２を、ピックアップ機構７２がピックアップするピックアップ位置に運ぶ。
【００４８】
ピックアップ機構７２は、ホルダ５２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５２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８１と、この押し上げ機構８１によってホルダ５２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８２とから構成されている。上述したとおり、ホルダ５２の底部には開口が設けられており、プレート７８は、この開口を露呈させるように枠状に成形されている。押し上げ機構８１は、プレート７８を介してホルダ５２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８１ａと、この押し上げ部材８１ａを駆動して上下に昇降させる押し上げ部材駆動機構８１ｂとからなる。
【００４９】
ハンドリングヘッド８２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８２は、ヘッド本体８２ａがナット８４を介してボールネジ８６に取り付けられており、ホルダ５２の上方のピックアップ位置と測定ステージ７４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８２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７４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５２に戻す。
【００５０】
測定ステージ７４には、センサユニット１２が配置される位置の下方に、照明部３２と検出器（検出手段）３３とからなる測定部３１が設けられている。センサユニット１２は、複数のセンサセル１７を有しており、測定はセンサセル１７毎に行われる。ハンドリングヘッド８２は、センサユニット１２を各センサセル１７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１７を、照明部３２の光路上の測定位置に順次進入させる。なお、この図、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１３ａで反射する反射光線の向きと、各センサセル１７の配列方向、すなわち、各流路１６水平部分の流れ方向とが直交するように、照明部３２及び検出器３３が配置される。
【００５１】
リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（センサ面１３ａ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３２は、例えば、光源３４と、集光レンズ、拡散板、偏光板などからなる光学系３６とから構成（図８参照）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。
【００５２】
光源３４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３４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１３ｂに向けて光を照射する。拡散板は、光源３４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３４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１４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１３ｂに入射させることができる。
【００５３】
検出器３３は、光入射面１３ｂ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１３ｂには、様々な角度の光が入射するので、光入射面１３ｂ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３３は、これらの様々な反射角の光を受光する。この検出器３３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１３ｂ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。
【００５４】
また、図３に示すように、リンカー膜２２の上には、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂとが形成されている。検出器３３は、ａｃｔ領域２２ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。
【００５５】
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。なお、ウエルプレート８８に保管されたアナライト溶液や、測定位置あるセンサユニット１２は、アナライト溶液の温度変化による測定誤差を防止するため、図示せぬ温度調節器によって、予め一定の温度に保たれる。
【００５６】
測定機６には、固定機４のピペット対１９と同様の機能を有するピペット対２６が設けられており、センサユニット１２の各注入口１６ａから流路１６へ各種の液体を注入する。ヘッド移動機構７３は、このピペット対２６を有するピペットヘッド８７を、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させながら、ピペットヘッド８７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７３は、固定機４のヘッド移動機構５６とほぼ同様の構成である。ピペットヘッド８７は、測定対象となるセンサセル１７にアクセスし、ポンプ８９による吸引・吐出によって、流路１６への液体の注入及び排出を行う。なお、ピペットヘッド８７は、測定対象となる特定のセンサセル１７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５４とは異なり、ピペット対２６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２６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６２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。
【００５７】
図６は、ピペットヘッド８７の構成を概略的に示す説明図である。ピペットヘッド８７とともにピペット対２６を構成する各ピペットチップ６２には、吸引した液体の温度を測定する温度センサ９１と、吸引した液体を加熱又は冷却するシート状のペルチエ素子（ヒータ）９２とが設けられている。温度センサ９１、及びペルチエ素子９２は、それぞれ導線９３を介して、ピペットヘッド８７との接触端に形成された端子９４に接続されている。なお、図６においては、それぞれ１本の導線９３のみが記載されているが、電気部品である温度センサ９１、及びペルチエ素子９２には、通常２本の導線が設けられており、導線９３、及び端子９４も、それぞれ２つずつ設けられているものとする。
【００５８】
温度センサ９１には、例えば、熱電対、測温抵抗体（白金センサ）、サーミスタなどの接触型のセンサを用いることができる。なお、図示では、ピペットチップ６２の内壁面よりも温度センサ９１が突出して設けられているが、温度センサ９１は、内壁面に対して面一に設けるようにしてもよい。また、その取り付け位置は、吸引した液体の温度を測定できる任意の位置でよい。
【００５９】
ピペットヘッド８７の各端子９４と対面する位置には、ピペットヘッド８７がピペットチップ６２を保持した際に、それぞれの端子９４と接触する端子９５が設けられている。なお、各端子９４、及び９５の位置ズレを防止するため、例えば、ピペットヘッド８７にキーを設け、ピペットチップ６２に嵌合するキー溝を設けるなどして、ピペットヘッド８７に対してピペットチップ６２が位置決めできることが好ましい。
【００６０】
各端子９４、及び９５を介して電気的にピペットヘッド８７に接続された温度センサ９１、及びペルチエ素子９２は、このピペットヘッド８７を介して温度制御部９０に接続される。温度制御部９０は、温度センサ９１の測定結果を基にして、ペルチエ素子９２の通電のＯＮ／ＯＦＦ、及び通電の向きを制御してピペットチップ６２が吸引した液体を加熱又は冷却し、吸引した液体の温度が任意の値で一定となるように保つ。
【００６１】
図７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１００、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）１０１、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）１０２、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１０３、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）１０４、モニタ１０５、通信Ｉ／Ｆ１０６、信号処理部１０７などから構成されている。入力装置１００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。ＣＰＵ１０１は、データ解析機８の各部を統括的に制御する。ＲＯＭ１０２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。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１や信号処理部１０７が演算を行う際などに作業用メモリとして使用される。ＨＤＤ１０４は、周知のデータストレージデバイスであり、このＨＤＤ１０４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、ＨＤＤ１０４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／Ｆ１０６は、検出器３３から出力されたＳＰＲ信号などを受信する。信号処理部１０７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。
【００６２】
次に、図８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。
【００６３】
リンカー膜２２にリガンドを固定する固定工程は、ホルダ５２を介してセンサユニット１２を固定機４の載置スペース５１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５６を駆動し、ピペット対１９を用いて、リガンド２１ａを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１を、注入口１６ａから注入する。
【００６４】
固定機４は、リガンド溶液２１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２２に対して固定用バッファ液を送液してリンカー膜２２を湿らせた後、リンカー膜２２にリガンドが結合しやすくするリンカー膜２２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２２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１６を洗浄する。
【００６５】
なお、固定用バッファ液や、リガンド溶液２１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２１ａの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンド２１ａ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２２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２２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。
【００６６】
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１６にリガンド溶液２１を注入して、リガンド固定化処理を行う。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中に拡散しているリガンド２１ａが沈殿してリンカー膜２２に徐々に堆積する。これにより、接触したリガンド２１ａがリンカー膜２２と結合し、リンカー膜２２上にリガンド２１ａ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１６内のリガンド溶液２１を静置しておいてもよいが、流路１６内のリガンド溶液２１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２１ａとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンド２１ａの固定量を増加させることができる。
【００６７】
固定機４は、リンカー膜２２へのリガンド２１ａの固定化が完了すると、リガンド溶液２１をピペット１９ｂによって吸い出して流路１６から排出させた後、流路１６に洗浄液を注入して固定化が完了したリンカー膜２２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２１ａと結合しなかったリンカー膜２２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１６が洗浄される。最終的な洗浄を行った後、固定機４は、流路１６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２２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５１や他の保管場所に保管される。
【００６８】
測定工程は、センサユニット１２をホルダ５２ごと測定機６のプレート７８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７８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７２を駆動して、所定のセンサユニット１２を測定ステージ７４に運ぶ。
【００６９】
測定ステージ７４にセンサユニット１２を運んだ測定機６は、ヘッド移動機構７３を駆動して、まず、流路１６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２７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１６の洗浄を行うようにしてもよい。この際、ピペット対２６に吸引された各種の液体の温度が、温度センサ９１によって測定され、その温度が任意の値で一定となるようにペルチエ素子９２と温度制御部９０とによって調節される。
【００７０】
検出器３３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２７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。
【００７１】
測定用バッファ液や、アナライト溶液２７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２７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。
【００７２】
なお、アナライト溶液２７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２７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。
【００７３】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液２７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１６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。
【００７４】
リガンドとアナライトとの反応状況は、検出器３３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１３ａ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。
【００７５】
なお、図８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１３ｂ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１６内を流れる液体の方向と平行になるように、照明部３２と検出器３３とが配置されているが、図３及び図５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３２と検出部３３とが配置される。但し、測定部３１を、この図８に示すように配置して測定を行っても、何ら問題はない。
【００７６】
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／Ｆ１０６を介して検出器３３からＳＰＲ信号を受け取り、このＳＰＲ信号を信号処理部１０７に送る。
【００７７】
信号処理部１０７は、ＲＯＭ１０２やＨＤＤ１０４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２２などの個体差や、装置の機械的な変動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１０７は、解析結果をモニタ１０５に表示するとともに、ＨＤＤ１０４に記録する。
【００７８】
本実施形態のＳＰＲ測定装置２によれば、測定機６がセンサユニット１２の測定を行う際に、流路１６に注入するアナライト溶液２７などの液体の温度が、各ピペットチップ６２に設けられた温度センサ９１によって測定され、その温度が任意の値で一定となるように温度制御部９０とペルチエ素子９２とによって調節される。これにより、ウエルプレート８８などで一定の温度に調節されたアナライト溶液２７などの液体の温度が、ピペット対２６で各流路１６に分注される際に変化することが防止されるので、注入直後のＳＰＲ信号にノイズが乗ることがないとともに、液体の温度が一定となるまでの無駄な測定時間の延長もない。
【００７９】
また、ピペットチップ６２に設けられた温度センサ９１とペルチエ素子９２との電気的な接続は、ピペットヘッド８７がピペットチップ６２を保持した際に、ピペットチップ６２とピペットヘッド８７とに設けられた各端子９４、９５の接触によって行われるので、ピペットチップ６２の交換時に配線などを行う必要がない。なお、端子９４、９５の代わりに、コネクタなどを設けて接続するようにしてもよい。
【００８０】
なお、上記実施形態では、シート状のペルチエ素子９２を、ピペットチップ６２の外面に巻き付け、液体の加熱及び冷却を可能にしているが、加熱のみで充分な場合には、ヒータとして、例えば、電気抵抗体を薄膜状に成形したシート状のヒータを用いてもよいし、ニクロム線などの電熱線を外面や内部に巻き付けるようにしてもよい。さらには、図９に示すようように、マグネトロン（マイクロ波発生器）１１０からピペットチップ６２に向けてマイクロ波を照射し、マイクロ波による共振作用で液体を加熱するようにしてもよい。なお、マイクロ波発生器としては、マグネトロン１１０の他に、クライストロンやガン・ダイオードなどを用いることができる。
【００８１】
また、上記実施形態では、接触型の温度センサ９１で液体の温度を直接測定するようにしているが、これに限らず、図１０に示すように、ピペットチップ６２が吸引した液体の温度を非接触で測定する放射温度計１１２を用いるようにしてもよい。マグネトロン１１０や放射温度計１１２のように、非接触の方式を用いることにより、ピペットチップ６２毎に温度センサ９１やペルチエ素子９２を設ける必要がないので、ランニングコストを抑えることができる。なお、マグネトロン１１０や放射温度計１１２は、ピペットヘッド８７がピペットチップ６２を保持した際に、ピペットチップ６２と対面するように、ピペットヘッド８７に取り付けてもよいし、測定機６内の任意の位置に設置して、測定の直前にヘッド移動機構７３によってアクセスさせるようにしてもよい。
【００８２】
なお、上記実施形態では、誘電体ブロックとしてプリズム１４を示しているが、誘電体ブロックには、この他に、光学ガラスや光学プラスチックなどを板状にしたものや、これらの板状のものとプリズムとを光学面平滑剤（例えば、光学マッチングオイル）で一体化させたものなどを含めるものとする。
【００８３】
また、上記実施形態では、測定機６のピペット対２６に本発明を適用しているが、固定機４のピペット対１９に本発明を適用してもよいし、さらには、ピペットを用いる他の分注装置に本発明を適用してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、全反射減衰を利用した測定装置の一例として、ＳＰＲ測定装置を示したが、全反射減衰を利用した測定装置としては、この他に、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】
【００８５】
【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】１つのセンサセルを抜き出して説明する説明図である。
【図４】固定機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図５】測定機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】ピペットチップの構成を概略的に示す説明図である。
【図７】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８】ＳＰＲ測定方法の説明図である。
【図９】マグネトロンを用いた例を示す説明図である。
【図１０】放射温度計を用いた例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
２ ＳＰＲ測定装置（全反射減衰を利用した測定装置）
４ 固定機
６ 測定機
８ データ解析機
１２ センサユニット
１３ 金属膜（薄膜層）
１４ プリズム（誘電体ブロック）
３２ 照明部
３３ 検出器（検出手段）
３４ 光源
５５、８９ ポンプ
６２ ピペットチップ
７３ ヘッド移動機構
９０ 温度制御部（制御部）
９１ 温度センサ
９２ ペルチエ素子（ヒータ）
９４、９５ 端子
１１０ マグネトロン（マイクロ波発生器）
１１２ 放射温度計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体の分注を行う分注装置、及びこの分注装置を備えた表面プラズモン共鳴などの全反射減衰を利用した測定装置に関するものである。
【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。また、この減衰が発生する光の入射角度（共鳴角）は、金属膜上の屈折率に応じて変化する。すなわち、ＳＰＲ測定装置は、金属膜からの反射光を捉えて共鳴角を検出することにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。
【０００６】
ところで、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、生理的食塩水や純水、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ている。なお、この流路とプリズムは、装置本体に設けられた測定ステージに配置されており、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。
【０００７】
特許文献１では、ポンプやバルブなどに接続された配管（チューブ）を介して、試料溶液を保管する容器から直接流路に試料溶液を送り込むようにしているが、この方法では、配管内に付着した試料が後に注入する試料溶液中に混入してしまう、いわゆるコンタミネーションが生じやすいという問題があった。このため、先端を交換可能なチップ状にし、注入する液体毎にチップを交換することによって、コンタミネーションを防止したピペットを用いて、容器に保管された試料溶液を流路に分注するＳＰＲ測定装置も提案されてきている。
【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】
共鳴角に影響する金属膜上の屈折率は、試料の反応状況の他に、温度によっても変化する。測定時に温度が変化すると、試料以外の要因で共鳴角が変化することになり、測定誤差を生じさせてしまう。そのため、ＳＰＲ測定装置では、予め保管された試料溶液や測定時のセンサユニットの温度を一定に保つように調節し、温度による測定誤差を防止している。
【０００９】
しかしながら、ピペットを用いて試料溶液の分注を行うと、ピペットが試料溶液を吸引して保持した際に、試料溶液の温度が変化してしまうという問題がある。この温度変化によって、試料溶液を注入した直後においては、測定結果にノイズが乗ってしまうので、センサユニットの温度調節によって試料溶液の温度が馴染むまで待たなければならず、測定時間を無駄に延長させてしまう。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、試料溶液などの液体を分注する際に、吸引した液体の温度変化を防止した分注装置と、この分注装置を備えた全反射減衰を利用した測定装置と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】
上記課題を達成するため、本発明の分注装置は、先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットに液体を吸引・吐出させるポンプと、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を測定する温度センサと、この温度センサの測定結果に基にして、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を一定に保つ温度調節手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
なお、前記温度センサは、前記ピペットチップに取り付けられることが好ましく、前記ピペットチップが吸引した液体に接触して、その温度を直接測定することが好適である。
【００１３】
また、前記ピペットチップに取り付けられた前記温度センサは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記温度調節手段に接続されることが好ましい。
【００１４】
さらに、前記温度センサは、熱電対、測温抵抗体、サーミスタのいずれかであることが好ましい。
【００１５】
なお、前記温度センサは、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を非接触で測定する放射温度計であってもよい。
【００１６】
また、前記温度調節手段は、通電によって前記ピペットチップが吸引した液体を加熱するヒータと、前記温度センサの測定結果を基にして前記ヒータを制御する制御部とからなることが好ましい。
【００１７】
さらに、ヒータは、前記ピペットチップに取り付けられていることが好ましく、通電の向きを変えることによって前記ピペットチップが吸引した液体の冷却も可能なペルチエ素子を用いることが好適である。
【００１８】
また、前記ピペットチップに取り付けられた前記ヒータは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記制御部に接続されることが好ましい。
【００１９】
なお、前記ヒータは、前記ピペットチップに向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発生器であってもよい。
【００２０】
また、前記ヘッド部を、前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構を設けるようにしてもよい。
【００２１】
さらに、前記ヘッド部は、複数の前記ピペットチップを保持することが好ましい。
【００２２】
また、本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、一面に薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に試料溶液を送液する流路が形成された流路部材とからなるセンサユニットに対して、全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する検出手段とを備えるとともに、先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットチップに前記試料溶液を吸引・吐出させるポンプとによって、前記流路に前記試料溶液を注入する分注手段と、前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を測定する温度センサと、この温度センサの測定結果を基にして、前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を一定に保つ温度調節手段とを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の分注装置、及び全反射減衰を利用した測定装置によれば、ピペットチップが吸引した液体の温度を測定する温度センサと、この温度センサの測定結果を基にして、ピペットチップが吸引した液体の温度を一定に保つ温度調節手段とを備えたので、液体を分注する際に、吸引した液体の温度変化を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】
【００２４】
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。
【００２５】
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）１３が形成されたプリズム（誘電体ブロック）１４と、金属膜１３に液体を送液する流路１６が形成された流路部材４１と、プリズム１４の上面と流路部材４１の底面とを圧接させた状態で保持する保持部材４２と、この保持部材４２の上方に配置される蓋部材４３とから構成されている。
【００２６】
流路部材４１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１６が設けられている。流路１６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１６ａと、それを排出する排出口１６ｂとを有している。流路１６の管径は約１ｍｍ程度であり、注入口１６ａと排出口１６ｂとの間隔は、約１０ｍｍ程度である。また、流路１６の底部は開放されており、この開放部位は、プリズム１４と圧接した際に、金属膜１３によって覆われて密閉される。以下、金属膜１３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１７と称す。
【００２７】
流路部材４１は、金属膜１３との密着性を高めるため、例えば、ゴムやＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などの弾性材料で成型されている。これにより、流路部材４１は、プリズム１４の上面と圧接された際に、弾性変形して金属膜１３との接触面の隙間を埋め、各流路１６の開放された底部をプリズム１４とともに水密に覆う。なお、本例では、流路１６の数が３つの例を説明したが、流路１６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。
【００２８】
プリズム１４の上面には、各流路１６と対面する短冊状の金属膜１３が、例えば、蒸着によって形成される。この金属膜１３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１３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。
【００２９】
金属膜１３上の各流路１６に対応する位置（センサセル１７内）には、リガンドを固定させるためのリンカー膜２２が形成されている。以下、金属膜１３のうち、リンカー膜２２が形成された側の面をセンサ面１３ａ、この裏面（プリズム１４に接触している面）を光入射面１３ｂと称す。プリズム１４は、入射した光を光入射面１３ｂに向けて集光するものであり、金属膜１３は、全反射条件を満たすように光入射面１３ｂに光が入射した際に、センサ面１３ａでＳＰＲを発生させる。
【００３０】
プリズム１４の長辺側の両側面には、保持部材４２の係合部４２ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、流路部材４１が保持部材４２とプリズム１４とによって挟み込まれ、その底面とプリズム１４の上面とが圧接した状態で保持される。さらに、プリズム１４の両端部には、突部１４ｂが設けられている。後述するように、センサユニット１２は、ホルダ５２（図４参照）に収納された状態で、固定が行われる。突部１４ｂは、ホルダ５２と係合することによって、センサユニット１２をホルダ５２内の所定の収納位置に位置決めする。
【００３１】
なお、プリズム１４には、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を用いることができる。
【００３２】
保持部材４２の上面には、各流路１６の注入口１６ａ及び排出口１６ｂに対応する位置に、ピペットなどの送液手段の先端部を進入させる受け入れ口４２ｂが形成されている。これらの受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出された液体が各注入口１６ａに導かれるように漏斗状に形成されている。また、各受け入れ口４２ｂは、保持部材４２が流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合した際に、それぞれの注入口１６ａ及び排出口１６ｂと当接して、流路１６と連結する。
【００３３】
また、各受け入れ口４２ｂの両脇には、円柱状のボス４２ｃが設けられている。これらのボス４２ｃは、蓋部材４３に形成された穴４３ａと嵌合して、蓋部材４３を位置決めする。蓋部材４３は、各受け入れ口４２ｂ及び各ボス４２ｃに対応する位置に穴が空けられた両面テープ４４によって、保持部材４２の上面に貼り付けられる。
【００３４】
蓋部材４３は、流路１６に通じる受け入れ口４２ｂを覆うことで、流路１６内に注入された液体の蒸発を防止する。この蓋部材４３は、例えば、ゴムやプラスチックなどの弾性材料で形成されており、各受け入れ口４２ｂに対応する位置には、十字型のスリット４３ｂが形成されている。これにより、蓋部材４３は、スリット４３ｂを弾性変形させてピペットの挿入を可能にするとともに、ピペットが抜かれた状態では初期状態を保持して受け入れ口４２ｂを塞ぐ。
【００３５】
図３に示すように、金属膜１３上に形成されたリンカー膜２２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）２２ａと、リガンドが固定されず、ａｃｔ領域２２ａ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）２２ｂとが設けられている。このｒｅｆ領域２２ｂは、リンカー膜２２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２２に対して表面処理を施し、リンカー膜２２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２２の半分がａｃｔ領域２２ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２２ｂとなる。
【００３６】
図４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５０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５１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５１に載置された状態で固定工程の処理が施される。
【００３７】
センサユニット１２は、ホルダ５２に収納された状態で、載置スペース５１に載置される。ホルダ５２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５２には、センサユニット１２の突部１４ｂ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５２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５２から取り出す場合には、この開口から押し上げ部材８１ａ（図５参照）を挿入して、センサユニット１２を押し上げる。
【００３８】
載置スペース５１には、ホルダ５２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５３が設けられている。また、各台座５３には、ホルダ５２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。
【００３９】
また、固定機４には、３組のピペット対１９を連装したピペットヘッド（ヘッド部）５４と、各ピペット対１９に液体を吸引・吐出させるポンプ５５とが設けられている。ピペットヘッド５４は、ホルダ５２を介して載置スペース５１に配列された各センサユニット１２にアクセスし、液体の注入や排出を行う。各ピペット対１９は、１対のピペット１９ａ、１９ｂ（図８参照）からなり、各ピペット１９ａ、１９ｂは、各センサユニット１２の注入口１６ａ、排出口１６ｂのそれぞれに挿入される。なお、各ピペット１９ａ、１９ｂは、先端に小孔が形成された略円錐筒状のピペットチップ６２を、ピペットヘッド５４に装着することによって構成される。また、ピペットヘッド５４には、ピペット対１９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１６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。
【００４０】
ポンプ５５は、ピペットヘッド５４に、各流路１６への液体の注入と、各流路１６からの吸い出しとを行わせる。この際、各ピペット対１９は、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。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おり、ポンプ５５による吸引や吐出の動作は、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１９毎にそれぞれ決定される。なお、ポンプ５５には、例えば、シリンダとピストンとからなる、いわゆるシリンジポンプなどを用いることができる。
【００４１】
筐体ベース５０には、ピペットヘッド５４をＸ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させるヘッド移動機構５６が設けられている。ヘッド移動機構５６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５４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５４をＹ方向に移動自在に保持するガイドレール５８を含むＹ方向移動機構と、ガイドレール５８を両端で保持し、ガイドレール５８ごとピペットヘッド５４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５６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５６を駆動して、ピペットヘッド５４の前後左右上下の位置を制御する。
【００４２】
また、筐体ベース５０の上には、載置スペース５１の他に、流路１６に注入する種々の液体を保管する複数の液保管部６１と、ピペットチップ６２を保管するピペットチップ保管部６３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６４とが設けられている。
【００４３】
液保管部６１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６１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５４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５４が流路１６へ液体を注入する場合には、各液保管部６１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５１に移動して各流路１６に注入する。
【００４４】
ピペットチップ保管部６３に保管されたピペットチップ６２は、ピペットヘッド５４に着脱自在に保持される。ピペットチップ６２は、液体と直接接触するので、このピペットチップ６２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。ピペットヘッド５４には、ピペットチップ６２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６２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５４は、ピペットチップ６２の交換を行う際に、まず、使用済みのピペットチップ６２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６３にアクセスして未使用のピペットチップ６２をピックアップする。
【００４５】
ウエルプレート６４は、各ピペット１９ａ、１９ｂ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。
【００４６】
また、固定機４が固定工程を行う際には、筐体ベース５０がカバーによって覆われて、載置スペース５１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５１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。
【００４７】
図５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７１、ピックアップ機構７２、ヘッド移動機構７３、測定ステージ７４からなり、これらの各部は、筐体７５に収容されている。ホルダ搬送機構７１は、搬送ベルト７６と、この搬送ベルト７６に取り付けられたキャリッジ７７と、このキャリッジ７７に取り付けられた、ホルダ５２を載置するプレート７８とから構成されている。ホルダ搬送機構７１は、ホルダ５２が載置されたプレート７８をＸ方向に移動させることにより、ホルダ５２に収納された各センサユニット１２を、ピックアップ機構７２がピックアップするピックアップ位置に運ぶ。
【００４８】
ピックアップ機構７２は、ホルダ５２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５２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８１と、この押し上げ機構８１によってホルダ５２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８２とから構成されている。上述したとおり、ホルダ５２の底部には開口が設けられており、プレート７８は、この開口を露呈させるように枠状に成形されている。押し上げ機構８１は、プレート７８を介してホルダ５２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８１ａと、この押し上げ部材８１ａを駆動して上下に昇降させる押し上げ部材駆動機構８１ｂとからなる。
【００４９】
ハンドリングヘッド８２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８２は、ヘッド本体８２ａがナット８４を介してボールネジ８６に取り付けられており、ホルダ５２の上方のピックアップ位置と測定ステージ７４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８２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７４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５２に戻す。
【００５０】
測定ステージ７４には、センサユニット１２が配置される位置の下方に、照明部３２と検出器（検出手段）３３とからなる測定部３１が設けられている。センサユニット１２は、複数のセンサセル１７を有しており、測定はセンサセル１７毎に行われる。ハンドリングヘッド８２は、センサユニット１２を各センサセル１７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１７を、照明部３２の光路上の測定位置に順次進入させる。なお、この図、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１３ａで反射する反射光線の向きと、各センサセル１７の配列方向、すなわち、各流路１６水平部分の流れ方向とが直交するように、照明部３２及び検出器３３が配置される。
【００５１】
リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（センサ面１３ａ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３２は、例えば、光源３４と、集光レンズ、拡散板、偏光板などからなる光学系３６とから構成（図８参照）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。
【００５２】
光源３４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３４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１３ｂに向けて光を照射する。拡散板は、光源３４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３４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１４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１３ｂに入射させることができる。
【００５３】
検出器３３は、光入射面１３ｂ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１３ｂには、様々な角度の光が入射するので、光入射面１３ｂ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３３は、これらの様々な反射角の光を受光する。この検出器３３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１３ｂ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。
【００５４】
また、図３に示すように、リンカー膜２２の上には、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂとが形成されている。検出器３３は、ａｃｔ領域２２ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。
【００５５】
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。なお、ウエルプレート８８に保管されたアナライト溶液や、測定位置あるセンサユニット１２は、アナライト溶液の温度変化による測定誤差を防止するため、図示せぬ温度調節器によって、予め一定の温度に保たれる。
【００５６】
測定機６には、固定機４のピペット対１９と同様の機能を有するピペット対２６が設けられており、センサユニット１２の各注入口１６ａから流路１６へ各種の液体を注入する。ヘッド移動機構７３は、このピペット対２６を有するピペットヘッド８７を、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向に移動させながら、ピペットヘッド８７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７３は、固定機４のヘッド移動機構５６とほぼ同様の構成である。ピペットヘッド８７は、測定対象となるセンサセル１７にアクセスし、ポンプ８９による吸引・吐出によって、流路１６への液体の注入及び排出を行う。なお、ピペットヘッド８７は、測定対象となる特定のセンサセル１７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５４とは異なり、ピペット対２６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２６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６２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。
【００５７】
図６は、ピペットヘッド８７の構成を概略的に示す説明図である。ピペットヘッド８７とともにピペット対２６を構成する各ピペットチップ６２には、吸引した液体の温度を測定する温度センサ９１と、吸引した液体を加熱又は冷却するシート状のペルチエ素子（ヒータ）９２とが設けられている。温度センサ９１、及びペルチエ素子９２は、それぞれ導線９３を介して、ピペットヘッド８７との接触端に形成された端子９４に接続されている。なお、図６においては、それぞれ１本の導線９３のみが記載されているが、電気部品である温度センサ９１、及びペルチエ素子９２には、通常２本の導線が設けられており、導線９３、及び端子９４も、それぞれ２つずつ設けられているものとする。
【００５８】
温度センサ９１には、例えば、熱電対、測温抵抗体（白金センサ）、サーミスタなどの接触型のセンサを用いることができる。なお、図示では、ピペットチップ６２の内壁面よりも温度センサ９１が突出して設けられているが、温度センサ９１は、内壁面に対して面一に設けるようにしてもよい。また、その取り付け位置は、吸引した液体の温度を測定できる任意の位置でよい。
【００５９】
ピペットヘッド８７の各端子９４と対面する位置には、ピペットヘッド８７がピペットチップ６２を保持した際に、それぞれの端子９４と接触する端子９５が設けられている。なお、各端子９４、及び９５の位置ズレを防止するため、例えば、ピペットヘッド８７にキーを設け、ピペットチップ６２に嵌合するキー溝を設けるなどして、ピペットヘッド８７に対してピペットチップ６２が位置決めできることが好ましい。
【００６０】
各端子９４、及び９５を介して電気的にピペットヘッド８７に接続された温度センサ９１、及びペルチエ素子９２は、このピペットヘッド８７を介して温度制御部９０に接続される。温度制御部９０は、温度センサ９１の測定結果を基にして、ペルチエ素子９２の通電のＯＮ／ＯＦＦ、及び通電の向きを制御してピペットチップ６２が吸引した液体を加熱又は冷却し、吸引した液体の温度が任意の値で一定となるように保つ。
【００６１】
図７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１００、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）１０１、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）１０２、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１０３、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）１０４、モニタ１０５、通信Ｉ／Ｆ１０６、信号処理部１０７などから構成されている。入力装置１００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。ＣＰＵ１０１は、データ解析機８の各部を統括的に制御する。ＲＯＭ１０２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。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１や信号処理部１０７が演算を行う際などに作業用メモリとして使用される。ＨＤＤ１０４は、周知のデータストレージデバイスであり、このＨＤＤ１０４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、ＨＤＤ１０４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／Ｆ１０６は、検出器３３から出力されたＳＰＲ信号などを受信する。信号処理部１０７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。
【００６２】
次に、図８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。
【００６３】
リンカー膜２２にリガンドを固定する固定工程は、ホルダ５２を介してセンサユニット１２を固定機４の載置スペース５１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５６を駆動し、ピペット対１９を用いて、リガンド２１ａを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１を、注入口１６ａから注入する。
【００６４】
固定機４は、リガンド溶液２１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２２に対して固定用バッファ液を送液してリンカー膜２２を湿らせた後、リンカー膜２２にリガンドが結合しやすくするリンカー膜２２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２２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１６を洗浄する。
【００６５】
なお、固定用バッファ液や、リガンド溶液２１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２１ａの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンド２１ａ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２２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２２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。
【００６６】
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１６にリガンド溶液２１を注入して、リガンド固定化処理を行う。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中に拡散しているリガンド２１ａが沈殿してリンカー膜２２に徐々に堆積する。これにより、接触したリガンド２１ａがリンカー膜２２と結合し、リンカー膜２２上にリガンド２１ａ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１６内のリガンド溶液２１を静置しておいてもよいが、流路１６内のリガンド溶液２１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２１ａとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンド２１ａの固定量を増加させることができる。
【００６７】
固定機４は、リンカー膜２２へのリガンド２１ａの固定化が完了すると、リガンド溶液２１をピペット１９ｂによって吸い出して流路１６から排出させた後、流路１６に洗浄液を注入して固定化が完了したリンカー膜２２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２１ａと結合しなかったリンカー膜２２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１６が洗浄される。最終的な洗浄を行った後、固定機４は、流路１６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２２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５１や他の保管場所に保管される。
【００６８】
測定工程は、センサユニット１２をホルダ５２ごと測定機６のプレート７８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７８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７２を駆動して、所定のセンサユニット１２を測定ステージ７４に運ぶ。
【００６９】
測定ステージ７４にセンサユニット１２を運んだ測定機６は、ヘッド移動機構７３を駆動して、まず、流路１６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２７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１６の洗浄を行うようにしてもよい。この際、ピペット対２６に吸引された各種の液体の温度が、温度センサ９１によって測定され、その温度が任意の値で一定となるようにペルチエ素子９２と温度制御部９０とによって調節される。
【００７０】
検出器３３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２７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。
【００７１】
測定用バッファ液や、アナライト溶液２７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２７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。
【００７２】
なお、アナライト溶液２７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２７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。
【００７３】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液２７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１６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。
【００７４】
リガンドとアナライトとの反応状況は、検出器３３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１３ａ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。
【００７５】
なお、図８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１３ｂ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１６内を流れる液体の方向と平行になるように、照明部３２と検出器３３とが配置されているが、図３及び図５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３２と検出部３３とが配置される。但し、測定部３１を、この図８に示すように配置して測定を行っても、何ら問題はない。
【００７６】
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／Ｆ１０６を介して検出器３３からＳＰＲ信号を受け取り、このＳＰＲ信号を信号処理部１０７に送る。
【００７７】
信号処理部１０７は、ＲＯＭ１０２やＨＤＤ１０４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２２などの個体差や、装置の機械的な変動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１０７は、解析結果をモニタ１０５に表示するとともに、ＨＤＤ１０４に記録する。
【００７８】
本実施形態のＳＰＲ測定装置２によれば、測定機６がセンサユニット１２の測定を行う際に、流路１６に注入するアナライト溶液２７などの液体の温度が、各ピペットチップ６２に設けられた温度センサ９１によって測定され、その温度が任意の値で一定となるように温度制御部９０とペルチエ素子９２とによって調節される。これにより、ウエルプレート８８などで一定の温度に調節されたアナライト溶液２７などの液体の温度が、ピペット対２６で各流路１６に分注される際に変化することが防止されるので、注入直後のＳＰＲ信号にノイズが乗ることがないとともに、液体の温度が一定となるまでの無駄な測定時間の延長もない。
【００７９】
また、ピペットチップ６２に設けられた温度センサ９１とペルチエ素子９２との電気的な接続は、ピペットヘッド８７がピペットチップ６２を保持した際に、ピペットチップ６２とピペットヘッド８７とに設けられた各端子９４、９５の接触によって行われるので、ピペットチップ６２の交換時に配線などを行う必要がない。なお、端子９４、９５の代わりに、コネクタなどを設けて接続するようにしてもよい。
【００８０】
なお、上記実施形態では、シート状のペルチエ素子９２を、ピペットチップ６２の外面に巻き付け、液体の加熱及び冷却を可能にしているが、加熱のみで充分な場合には、ヒータとして、例えば、電気抵抗体を薄膜状に成形したシート状のヒータを用いてもよいし、ニクロム線などの電熱線を外面や内部に巻き付けるようにしてもよい。さらには、図９に示すようように、マグネトロン（マイクロ波発生器）１１０からピペットチップ６２に向けてマイクロ波を照射し、マイクロ波による共振作用で液体を加熱するようにしてもよい。なお、マイクロ波発生器としては、マグネトロン１１０の他に、クライストロンやガン・ダイオードなどを用いることができる。
【００８１】
また、上記実施形態では、接触型の温度センサ９１で液体の温度を直接測定するようにしているが、これに限らず、図１０に示すように、ピペットチップ６２が吸引した液体の温度を非接触で測定する放射温度計１１２を用いるようにしてもよい。マグネトロン１１０や放射温度計１１２のように、非接触の方式を用いることにより、ピペットチップ６２毎に温度センサ９１やペルチエ素子９２を設ける必要がないので、ランニングコストを抑えることができる。なお、マグネトロン１１０や放射温度計１１２は、ピペットヘッド８７がピペットチップ６２を保持した際に、ピペットチップ６２と対面するように、ピペットヘッド８７に取り付けてもよいし、測定機６内の任意の位置に設置して、測定の直前にヘッド移動機構７３によってアクセスさせるようにしてもよい。
【００８２】
なお、上記実施形態では、誘電体ブロックとしてプリズム１４を示しているが、誘電体ブロックには、この他に、光学ガラスや光学プラスチックなどを板状にしたものや、これらの板状のものとプリズムとを光学面平滑剤（例えば、光学マッチングオイル）で一体化させたものなどを含めるものとする。
【００８３】
また、上記実施形態では、測定機６のピペット対２６に本発明を適用しているが、固定機４のピペット対１９に本発明を適用してもよいし、さらには、ピペットを用いる他の分注装置に本発明を適用してもよい。
【００８４】
また、上記実施形態では、全反射減衰を利用した測定装置の一例として、ＳＰＲ測定装置を示したが、全反射減衰を利用した測定装置としては、この他に、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】
【００８５】
【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】１つのセンサセルを抜き出して説明する説明図である。
【図４】固定機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図５】測定機の構成を概略的に示す斜視図である。
【図６】ピペットチップの構成を概略的に示す説明図である。
【図７】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８】ＳＰＲ測定方法の説明図である。
【図９】マグネトロンを用いた例を示す説明図である。
【図１０】放射温度計を用いた例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８６】
２ ＳＰＲ測定装置（全反射減衰を利用した測定装置）
４ 固定機
６ 測定機
８ データ解析機
１２ センサユニット
１３ 金属膜（薄膜層）
１４ プリズム（誘電体ブロック）
３２ 照明部
３３ 検出器（検出手段）
３４ 光源
５５、８９ ポンプ
６２ ピペットチップ
７３ ヘッド移動機構
９０ 温度制御部（制御部）
９１ 温度センサ
９２ ペルチエ素子（ヒータ）
９４、９５ 端子
１１０ マグネトロン（マイクロ波発生器）
１１２ 放射温度計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットチップに液体を吸引・吐出させるポンプとを備えた分注装置において、
前記ピペットチップが吸引した液体の温度を測定する温度センサと、
この温度センサの測定結果を基にして、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を一定に保つ温度調節手段とを設けたことを特徴とする分注装置。
【請求項２】
前記温度センサは、前記ピペットチップに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
【請求項３】
前記温度センサは、前記ピペットチップが吸引した液体に接触して、その温度を直接測定することを特徴とする請求項２記載の分注装置。
【請求項４】
前記ピペットチップに取り付けられた前記温度センサは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記温度調節手段に接続されることを特徴とする請求項２又は３記載の分注装置。
【請求項５】
前記温度センサは、熱電対、測温抵抗体、サーミスタのいずれかであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項６】
前記温度センサは、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を非接触で測定する放射温度計であることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
【請求項７】
前記温度調節手段は、通電によって前記ピペットチップが吸引した液体を加熱するヒータと、前記温度センサの測定結果を基にして前記ヒータを制御する制御部とからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項８】
前記ヒータは、前記ピペットチップに取り付けられていることを特徴とする請求項７記載の分注装置。
【請求項９】
前記ヒータとして、通電の向きを変えることによって前記ピペットチップが吸引した液体の冷却も可能なペルチエ素子を用いたことを特徴とする請求項８記載の分注装置。
【請求項１０】
前記ピペットチップに取り付けられた前記ヒータは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記制御部に接続されることを特徴とする請求項８又は９記載の分注装置。
【請求項１１】
前記ヒータは、前記ピペットチップに向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発生器であることを特徴とする請求項７記載の分注装置。
【請求項１２】
前記ヘッド部を、前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項１３】
前記ヘッド部は、複数の前記ピペットチップを保持することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項１４】
一面に薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に試料溶液を送液する流路が形成された流路部材とからなるセンサユニットに対して、全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する検出手段とを備えた全反射減衰を利用した測定装置において、
先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットチップに前記試料溶液を吸引・吐出させるポンプとによって、前記流路に前記試料溶液を注入する分注手段と、
前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を測定する温度センサと、
この温度センサの測定結果を基にして、前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を一定に保つ温度調節手段とを設けたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項１】
先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットチップに液体を吸引・吐出させるポンプとを備えた分注装置において、
前記ピペットチップが吸引した液体の温度を測定する温度センサと、
この温度センサの測定結果を基にして、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を一定に保つ温度調節手段とを設けたことを特徴とする分注装置。
【請求項２】
前記温度センサは、前記ピペットチップに取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
【請求項３】
前記温度センサは、前記ピペットチップが吸引した液体に接触して、その温度を直接測定することを特徴とする請求項２記載の分注装置。
【請求項４】
前記ピペットチップに取り付けられた前記温度センサは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記温度調節手段に接続されることを特徴とする請求項２又は３記載の分注装置。
【請求項５】
前記温度センサは、熱電対、測温抵抗体、サーミスタのいずれかであることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項６】
前記温度センサは、前記ピペットチップが吸引した液体の温度を非接触で測定する放射温度計であることを特徴とする請求項１記載の分注装置。
【請求項７】
前記温度調節手段は、通電によって前記ピペットチップが吸引した液体を加熱するヒータと、前記温度センサの測定結果を基にして前記ヒータを制御する制御部とからなることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項８】
前記ヒータは、前記ピペットチップに取り付けられていることを特徴とする請求項７記載の分注装置。
【請求項９】
前記ヒータとして、通電の向きを変えることによって前記ピペットチップが吸引した液体の冷却も可能なペルチエ素子を用いたことを特徴とする請求項８記載の分注装置。
【請求項１０】
前記ピペットチップに取り付けられた前記ヒータは、前記ヘッド部が前記ピペットチップを保持した際に、前記ピペットチップと前記ヘッド部とに設けられた端子を介して前記制御部に接続されることを特徴とする請求項８又は９記載の分注装置。
【請求項１１】
前記ヒータは、前記ピペットチップに向けてマイクロ波を照射するマイクロ波発生器であることを特徴とする請求項７記載の分注装置。
【請求項１２】
前記ヘッド部を、前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項１３】
前記ヘッド部は、複数の前記ピペットチップを保持することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の分注装置。
【請求項１４】
一面に薄膜層が形成された誘電体ブロックと、前記薄膜層に試料溶液を送液する流路が形成された流路部材とからなるセンサユニットに対して、全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する検出手段とを備えた全反射減衰を利用した測定装置において、
先端に小孔が形成されたピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部と、前記ピペットチップに前記試料溶液を吸引・吐出させるポンプとによって、前記流路に前記試料溶液を注入する分注手段と、
前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を測定する温度センサと、
この温度センサの測定結果を基にして、前記ピペットチップが吸引した前記試料溶液の温度を一定に保つ温度調節手段とを設けたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４２８５８（Ｐ２００６−２４２８５８Ａ）
【公開日】平成１８年９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６１２３７（Ｐ２００５−６１２３７）
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【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９月１４日（２００６．９．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月４日（２００５．３．４）
【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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