検体の光情報認識装置およびその認識方法
【課題】検体を高感度で測定することができる検体の光情報認識装置およびその認識方法を提供すること。
【解決手段】
この発明の検体の光情報認識装置は、測定対象の検体１２を収容する検体収容部１４と、検体１２を観察するための光を出力する光源１６および検体１２からの光情報を入手する光検出部１８とを備えた検体測定部２０と、検体収容部１４と検体測定部２０との間に光を伝播させるための光導波路２２とを備え、少なくとも２以上の測定条件で得た測定値より検体の光情報を認識する。この発明の検体の光情報認識装置は、上述した光導波路の先端と検体との間に介在する測定補助液とを備えてもよい。更に、検体収容部は、その縦断面形状が凹部形状であり、その凹部の開口深さは開口径以上である特徴を備えてもよい。検体収容部の底面近傍の少なくとも一部に、貫通穴が設けられている特徴を備えてもよい。
【解決手段】
この発明の検体の光情報認識装置は、測定対象の検体１２を収容する検体収容部１４と、検体１２を観察するための光を出力する光源１６および検体１２からの光情報を入手する光検出部１８とを備えた検体測定部２０と、検体収容部１４と検体測定部２０との間に光を伝播させるための光導波路２２とを備え、少なくとも２以上の測定条件で得た測定値より検体の光情報を認識する。この発明の検体の光情報認識装置は、上述した光導波路の先端と検体との間に介在する測定補助液とを備えてもよい。更に、検体収容部は、その縦断面形状が凹部形状であり、その凹部の開口深さは開口径以上である特徴を備えてもよい。検体収容部の底面近傍の少なくとも一部に、貫通穴が設けられている特徴を備えてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体の光情報認識装置およびその認識方法に関する。特に、本発明は、遺伝子、免疫系、タンパク質、アミノ酸、糖類の生体高分子に関する検査、解析、分析が要求される分野、例えば、工学分野、食品、農産、水産加工等の農学分野、薬学分野、衛生、保健、免疫、疫病、遺伝等の医学分野、化学若しくは生物学等の理学分野等、あらゆる分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体高分子に関する研究は、臨床検査、創薬や環境・食品検査分野への展開等様々な対象に対して行われているが、この生体高分子の持つ情報を高感度で解析する装置がますます重視されている。図１５は、従来の検体の光情報認識装置１０１を示すものである。以下、図１５を参照し、従来の検体の光情報認識装置を説明する。
【０００３】
従来の検体の光情報認識装置１０１は、測定対象の検体１０３を収容する検体収容部１０５と、検体１０３を観察するための光を出力する光源１０７および検体１０３からの光情報を入手する光検出部１０９とを備えた検体測定部１１１と、前記光源１０７から出力され、空間を伝搬されてきた光を検体１０３に照射させるために集光させる集光手段１１３とから構成されている。なお、検体収容部１０５は、図１６および図１７に示すように、プレートリーダ１０５ａ構造もしくはチップリーダ１０５ｂ構造からなる。
【０００４】
プレートリーダ１０５ａ構造は、図１６に示すように、検体収容部１０５に任意の間隔で複数の凹部が形成され、その凹部内に検体１０３が収容される構造である。チップリーダ１０５ｂは、図１７に示すように、検体収容部１０５の表面が平滑に形成され、その表面に任意の間隔を設けて検体１０３が配置される構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５４４５９９号公報
【特許文献２】米国特許第５７４４３０５号公報
【特許文献３】公報国際公開ＷＯ０２／０６３３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の検体の光情報認識装置では、以下に述べるような問題があった。まず、検体が収容される検体収容部について、上述のチップリーダでは、検体収容部が平面構造の測定系であり、サンプルがスポッティング直後に蒸発してしまう恐れもあるため、検体の反応性が低いという問題がある。また蒸発によって検体濃度や液面位置が変化するため、反応の進行具合等をリアルタイムに測定するといった用途に使用することは困難である。
また、検体を高密度に配置させると、この高密度化に比例して検体から入手できる光情報の測定感度が減少する等の感度における問題もある。さらに、検体から得られる光情報の入手手段は固定であるため、光情報を得るための検体の位置は、常に同位置であるとともに一箇所である。このため、検体の位置が任意の位置からずれてしまうと、検体から得られる光情報が少なくなり、測定感度が低下するという問題もある。
【０００７】
一方、上述のプレートリーダでは、１ウェルに数十〜数百μＬの液量を用いて、反応、測定を行うことから、使用サンプル量を極力少なくするというニーズに対して、感度が足りない、反応が不十分になる等の問題から、微量サンプルの測定が困難である。また、チップリーダと同様にプレートリーダでも、検体から得られる光情報の入手手段は固定であるため、光情報を得るための検体の位置は、常に同位置であるとともに一箇所である。このため、検体の位置が任意の位置からずれてしまうと、検体から得られる光情報が少なくなり、測定感度が低下するという問題も生じる。
【０００８】
次に検体収容部以外の課題について説明する。従来の検体の光情報認識装置では、光源から出力された光が空間を伝搬されて検体に照射される構成となっている。検体と光学測定系（光源もしくは光検出部）との間に空間（空気層）が存在すると、光が伝搬される際にフレネル反射等による光学的ノイズが発生してしまい、測定感度が低下するという問題があった。さらに、検体が空間に曝されているため、検体を検体収容部に収容した後、コンタミネーションが混入してしまう恐れがある。さらに、集光手段を用いて検体へ光を照射させるため、検体のサンプル量により光の集光位置を調整する必要があり、集光手段の位置調整を行わなければならない。この位置調整が困難であるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、検体を高感度で測定することができる検体の光情報認識装置およびその認識方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明の１つの態様は、測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部を備えた検体測定部と、該検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備え、少なくとも２以上の測定条件で得た測定値より検体の光情報を認識する検体の光情報認識装置である。
【００１１】
また、この発明の他の１つの態様は、測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部とを備えた検体測定部と、該検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備え、前記光導波路の先端と前記検体との間に測定補助液が介在される検体の光情報認識装置である。
【００１２】
さらに、この発明の他の１つの態様は、測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部を備えた検体測定部と、該検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備え、前記検体収容部は、少なくとも収容された検体が接触する表面と検体との親和性が、それ以外の面と検体との親和性以上である、検体の光情報認識装置である。
【００１３】
さらに、この発明の他の１つの態様は、上述した検体の光情報認識装置と、検体の光情報認識装置を作動させることにより検体の情報を入手する計測装置と、計測装置からの情報を解析し検体の光情報認識装置の制御を行なう制御・解析装置とを備えた検体測定システムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、検体の光情報認識装置において、前記検体収容部は、最終的に検体が収容される箇所以外の面と検体との親和性を、収容箇所の面と検体との親和性以下とすることによって、他の検体収容部に収納された検体への混入（コンタミネーション）を防止することができるとともに、検体の収納性が向上する他、壁面への検体の付着・凝集を防ぐことができ、反応性を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、検体収容部は、検体を収容するために縦断面形状が凹部形状であり、その凹部の開口深さは開口径以上に形成されている。この形状により、周辺部の光測定感度に寄与しない検体を低減し、測定感度を維持しながら検体量を大幅に削減することができる。
また凹部内壁の親水性を、それ以外の面以上に保つことで、この形状内に容易に検体を収容することができる。
また、検体収容部を貫通形状等、空気だまりを防止する形状とすることによっても、同様の効果が得られる。
特に検体収容部が貫通穴形状の場合、穴直径がφ1.5以下、もしくは同面積以下であり、穴形状に合わせて壁面の親疎水性を適切に選択することで、貫通穴であっても検体自体の表面張力によって検体は流れ落ちずに壁面もしくは貫通穴の底部によって保持される。
【００１６】
厳密な光測定を行うためには、光導波路先端と検体、とくに検体上面との距離を一定にすることが重要であり、このためには検体上面の位置を管理することが必要となる。
このための手段の一つとして、穴上部の開口をすり鉢形状とすることで、検体液面の位置を安定させることができる。つまり、供給された検体がすり鉢形状部分に多く存在する場合は、この部分の検体の重量によって、検体は穴内を下っていくが、次第にこの部分の容量が減少してゆくと、検体自体の表面張力・壁面との吸着力が勝り、検体の下降は止まり、静止する。
特に穴直径がφ1.5以下、もしくは同面積以下の場合、検体上面の位置を決める要因として、検体収容部及び検体の形状と物性、及び両者の親和関係が支配的であり、検体の重量の寄与は少ない。したがって、仮に検体の供給量が変動したとしても、収納された検体面の位置は、ほぼ一定に管理することができる。
【００１７】
更に、図１０に示すように、穴上部の開口をすり鉢形状とすることで、測定補助液の供給が容易となる。つまり光導波路先端構造の横に、ニードル等の非常に単純な供給手段を配置しても、検体と光導波路先端を十分に接近させることができる。またすり鉢形状部分の容積が大きいため、測定補助液の供給量が変動しても、測定条件の変化やコンタミ等の問題が起きないという利点がある。
更に正確に検体液面を管理するためには、検体下部を密閉構造とし、この部分の体積もしくは圧力を変化させることで、検体位置を変化させることができる。液面位置を検出するセンシング機能を用いて、検体液面位置を正確に制御することができる。
【００１８】
この検体収容部には検体の温度を制御するための温度制御手段が設けられ、検体を振動させ反応を促進させるための振動手段が設けられている。このため、検体のサンプル量が、ピペッティングにより攪拌が困難である容量レベル（ｎＬ）でも攪拌が可能となる。また、検体に接触して攪拌させる手段を利用せずに検体を攪拌することができるので、コンタミネーションの混入防止も可能となる。さらに、検体収容部を温度制御することにより、検体観察に適した温度制御もしくは検体の攪拌・反応に適した温度制御を行うことができる。このため、検体が最適な状態（観察温度、反応状態）で観察測定を行うことができる。
【００１９】
また、本発明によれば、検体収容部において、光導波路の先端と前記検体との間に測定補助液が介在されているため、検体に照射される光は空気層を伝搬せずに照射され、検体からの光情報も空気層を通らずに光導波路に結合する構造となっている。このため、フレネル反射を低減させることができるため、光導波路の先端を検体に接触させずに高感度の測定が可能となり、続けて（連続して）検体の測定を行なう場合でも、別の検体へのコンタミネーションの混入を防止することができる。さらに検体を空気層に接触させずに測定補助液で封止されている構造となっているため、検体の蒸発を防止することができる。さらに、光導波路もしくはそれが固定される部分を含んだ先端が先細り形状であるため、検体のサンプル量が少ない場合でも、光導波路の先端をより検体の近くに接近させることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、光導波路もしくはそれが固定される部分を含んだ先端が先細り形状であるため、検体収容部外はもちろんのこと、検体収容部内まで容易に走査することができる。
これは、検体が検体収容部内のどの位置に存在していたとしても（例えば検体が検体収容部の中心に位置していなくても）、光導波路の先端で検体の走査をすることにより、光を効率よく照射することができるとともに検体から最適な光情報を得ることができる。さらに光導波路は、その先端で検体を走査するために、可動構造となっている。このため、複数の場所、例えば検体からの距離、角度が異なる複数箇所において検体からの光情報を得ることができる。さらに、検体からの光情報は、波長、光強度等、複数の測定条件で得た測定値をもとに認識することもできる。この結果、検体が検体収容部内のどの位置にあっても測定値がばらつかず、高感度、高再現性のある測定が可能となる。
【００２１】
さらに、測定補助液は非水溶性であるため、検体に混合されることはない。この結果、光導波路を、検体により近い位置で、空気層を介さずに測定することが可能であり、さらに検体を乾燥させずに最適な状態に保つことが可能であるため、検体の高感度測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は本発明の検体の光情報認識装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｄ）は本発明の検体の光情報認識装置に用いられる検体収容部の一実施例を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は本発明の検体の光情報認識装置に用いられる光導波路の一実施例を示す概略図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の検体の光情報認識装置に用いられる光導波路の一実施例を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、本発明の検体の光情報認識装置の光導波路を用いたスキャン測定の一実施例を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の検体測定システムの一実施例を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の検体測定システムの測定装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図８】図８は、本発明の検体測定システムの測定装置の計測手段を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明の検体測定システムの測定装置のサンプル採取手段を示す概略図である。
【図１０】図１０は、検体収容部がすり鉢状開口部を備えている場合の説明図である。
【図１１】図１１は、この発明の検体収容部の形態例を示す図である。
【図１２】図１２は、この発明の液面制御方式の形態例を示す図である。
【図１３】図１３は、測定補助液、検体、検体収容部の１つの関係を示す断面図である。
【図１４】図１４は、検体収容部の他の構造を示す断面図である。
【図１５】図１５は、従来の検体の光情報認識装置を示す概略構成図である。
【図１６】図１６は、従来の検体収容部を示す概略断面図である。
【図１７】図１７は、従来の検体収容部の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明では、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００２４】
図１（ａ）から図１（ｃ）は、本発明に係る検体の光情報認識装置１０の一実施形態例の要部構成図が示されている。同図に示すように、本実施形態例の検体の光情報認識装置１０は、測定対象の検体１２を収容する検体収容部１４と、検体１２を観察するための光を出力する光源１６および検体１２からの光情報を入手する光検出部１８とを備えた検体測定部２０と、検体収容部１４と検体測定部２０との間に光を伝播させるための光導波路２２とを備え、光導波路２２と検体１２との間には測定補助液２４が介在されている。以下に各部について詳述する。
【００２５】
検体収容部１４は、一般的には金属・樹脂・ガラス等の切削加工、もしくは成形加工し、必要に応じて表面に所望のコーティングを施すことで製作することができるが、図２（ａ）に示すように、基板部３０の上にスライスされた図２（ｂ）に示す微細穴が形成された収容部３２を設置せることにより構成することもできる。基板部３０は、ポリマーコーティングによりその表面が親水性を有するように処理されている。また、スライスされた収容部３２は、その微細穴の内周面が基板部３０と同様にポリマーコーティングにより親水性を有するように表面処理することが可能である。なお、収容部３２は、光ファイバ等の光を伝搬させることが可能なガラス製の長尺体をスライスして利用することもできる。
光ファイバを利用すると、微細穴の内周面以外は、材質の特性上、疎水性を有することとなる。
【００２６】
上述のように、収容部３２の微細穴の内周面と、その底に配置される基板部３０には、ポリマーコーティングにより親水性を有するように表面処理することが可能である。この処理により、検体収容部１４の内表面への検体付着、凝集を防ぐことができる。また、収容部３２のスライス端面は、材質の特性上、疎水性を有するため、他のサンプル用微細穴へのコンタミネーションの混入を防止することができる。
【００２７】
また、検体収容部１４の収容部構造は、図２（ｄ）開口径より深さを大きくしたウェル形状となっている。なお、検体収容部１４の開口径は、例えば収容部３２の微細穴の設計により制御する。また、検体収容部１４の深さは、例えば図２（ｃ）に示すように、スライスされた収容部３２の積層段数により制御する。
【００２８】
例えば、ペプチドプロテインチップのような懸濁溶液測定を対象とすると、開口径より深さを大きくしたウェル形状（径：0.1mm，深：0.3mm）とすることで、空気との接触面積を少なくして蒸発防止を図り、かつ、サンプルの反応の自由度を確保することで高効率の反応を実現する。更に、この形状によって測定においても、単位測定面積あたりの測定容量を増やすことから高感度測定が可能となる。
【００２９】
図１１は、本発明の検体収容部の形態例である。すり鉢上の開口部の底部に検体を収容する貫通穴が設けられている。下部から空気が抜けられるため、上部から供給された検体は、（ｂ）のように開口部にある検体自体の重みによって下降してゆき、ほぼ一定の場所で止まるため、液面を一定に管理することができる。なおこのときの検体面の位置は、供給する検体の量によらず、ほぼ一定となる（（c）参照）。
【００３０】
図１２は、液面制御方式の形態例である。図１２に示すように、貫通穴の下にシリンダ構造を設け、圧力を変化されることによって液面位置を上下させることができる。透明体による検体収容部に、光透過式の液面位置認識センサーを儲け、このセンサ情報を用いてシリンダ動作を制御することによって、液面位置の正確な管理が可能となる。センサーによる液面位置情報を、液面位置制御へのフィードバックに用いずに、光導波路の位置補正に使用することもできる。どちらの方法によっても、光導波路先端と検体液面との距離を一定に管理することで、正確な分析が可能となる。
【００３１】
検体収容部１４には、さらに、基板部３０に温度制御手段、振動手段を設置した機能性薄膜としてもよい。これは、検体のサンプル量が微量で、検体の反応を促進させる場合に利用するものである。一般的に、検体のサンプル量が多ければ、ピペッティングにより攪拌することにより反応を促進させることができる。しかしながら、検体のサンプル量が微量の場合、ピペッティングにより攪拌を行うと、スケール的に攪拌が困難であることと共に、他の微細穴にコンタミネーションが混入してしまう。このため、温度制御手段により検体の反応に適した温度制御を行い、振動手段により検体の反応を促進させ、高効率の反応を行うことができる。
【００３２】
上述したように構成された検体収容部１４では、品質の安定、コストに有利な生産技術を確立することができる。更に、検体収容部１４の下面に、基板部３０として機能性薄膜等を用いる構成により、温調、振動による検体の最適反応系を実現することができる。
【００３３】
次に、検体測定部２０について説明する。
検体測定部２０は、検体１２を測定するための光を出力する光源１６と、検体１２から得られる光情報を入手する光検出部１８とからなる。なお、図１（ａ）では、光源１６から出力された光を検体１２に向かって透過させ、検体１２から得られる光情報を光源１６に向かって透過させずに伝搬方向を９０°変換させて光検出部１８に伝搬させるビームスプリッタ２６が設置されている。このビームスプリッタ２６は必要に応じて設置させれば良いものである。また、光源１６と光検出部１８の配置場所により、伝搬方向の変換角度は任意に設定すればよい。さらに、後述する光導波路２２を２芯光ファイバ構造にすると、ビームスプリッタ２６を使用する必要はない。
【００３４】
光導波路２２は、光ファイバと、検体測定部２０から出力された光を光ファイバに結合させるためのレンズ２８が設置されてなる。検体測定部２０から出力された光は、レンズ２８を介して集光され、光ファイバに結合される。光ファイバに結合された光は、光ファイバ内を伝搬し、光ファイバの検体１２側の端面から測定補助液２４を介して、検体１２に照射される。なお、光ファイバは、必要に応じて複数本配置させてもよい。光ファイバの設置構造、配置本数は特に限定されないが、バンドルファイバのように束状にすると、収容スペースが狭く好ましい。このように、光ファイバを複数本配置させることにより、より広範囲における検体の測定が可能になる。また、検体から得られる光情報を漏れなく入手することが可能となり、高感度の測定が可能となる。
【００３５】
測定補助液２４は、光導波路２２の検体１２側の端面と検体１２との間に介在される。
この測定補助液２４の屈折率を、例えば光導波路２２のコアと屈折率に等しくすることで、フレネル反射によるロスを排除することができる。また、検体との混合や蒸発を防ぐため、測定補助液２４は非水溶性で揮発性が低くものが望ましい。測定補助液２４は、例えば屈折率整合剤として用いられているシリコーンオイルが適している。なお、測定補助液２４は、検体の保護、測定補助を目的として検体１２と一緒に検体収容部１４に収容されるもので、上述した成分に限定されるものではない。また、測定補助液２４は、液状が好ましいが、ゲル状のものであっても構わない。
【００３６】
以下に測定補助液２４を介在させた検体１２の光情報認識装置およびその認識方法について詳述する。 図３に示すように、検体収容部１４のウェル開口部を測定補助液２４による液滴で覆い、液滴に光導波路２２の先端コア部２２ａが接触した状態で測定を行う。従来の空間結合による検体１２の蛍光測定では、検体１２と光学測定系（例えば光ファイバ先端）の間に空気層が存在するので、光学的な損失やノイズが高感度測定を妨げてきた。本実施形態による測定方法では、光導波路２２のコア部２２ａと測定補助液２４は同じ屈折率のため、両者の界面でのフレネル反射ロスが低減され、高感度測定を可能となる。また、検体１２は水溶液であることから、水性の測定補助液を用いると検体１２の溶液に溶け込んでしまい、希釈率の変化、光導波路先端部のコンタミネーション付着のリスクがある。そこで、用途に応じては非水溶性の測定補助液を用いることでコンタミネーション付着のリスクを回避する事が可能となる。
【００３７】
更に、光導波路２２の測定ヘッドを光ファイバ端面とすることで、極微小領域への光照射、受光が可能となり、対物レンズを用いた従来の光学系に比べ高感度測定を実現することができる。プレートリーダを用いた場合の両者の比較実験では、光ファイバを用いると、ペプチド反応液において０．１ｎＬの超微量サンプルでも測定が可能であった。
【００３８】
次に光導波路２２の光伝搬構造、測定補助液２４および検体１２の供給構造について説明する。
上述した測定補助液２４を介在させた検体１２の測定方法を実現するためには、光導波路２２として、図４に示す光ファイバ４０を利用する。この光ファイバ４０は、液滴供給用の孔２３から測定補助液２４を供給し、先端を台形形状に加工することでコア部２２ａへ瞬時に液滴形成する。この液滴は測定ウェル（検体収容部１４）を覆うことから、検体１２の蒸発を防止することができる。なお、光導波路２２の先端形状は、台形形状に限定されるものではなく、光導波路２２自体、もしくは光導波路２２が固定される隣接部材（例えばフェルール）を含んだ先端の形状が、円錐、角錐、もしくは楔形でもよい。特に、光導波路２２の先端に向かって、光の伝播方向に対し垂直方向の断面積をより小さくすると、検体収容部１４内の隅々に光導波路２２の先端を配置させることが可能となるため、より測定精度が高くなる。
【００３９】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、測定補助液２４および検体１２の供給行程および計測開始状態の一例を示すものである。まず、図３（ａ）に示すように、検体収容部１４内へ検体１２を注入する。次に、図３（ｂ）に示すように、上述した光ファイバ４０の測定補助液供給用の孔２３から光ファイバ先端に測定補助液２４を供給し液滴を形成する。しかる後、図３（ｃ）および図１（ｂ）に示すように、光ファイバ４０の先端を検体に接近させ、検体と測定補助液とを接触させる。
測定後、ファイバ４０の先端がウェルから離れると、ファイバ４０の先端に検体が付着しないため、他のウェルへのコンタミネーション混入を防止することができる。
測定補助液２４および検体１２の供給行程としては上記以外にも、収容した検体１２の上から測定補助液２４を供給した上で、光ファイバ４０を接近させ測定補助液２４と接触させる方法や、検体１２に光ファイバ４０を接近させ、両者の空隙に測定補助液２４を供給する方法であってもよい。
【００４０】
なお、上述では、検体の測定を一箇所のみで行なっているが、検体からの距離、角度が異なる位置に光導波路の先端を移動させて測定することもできる。つまり、複数箇所における検体の走査が可能な構造となっている。例えば、光導波路を移動させて同一の検体の測定を行なう場合、一回目は光導波路の先端を測定補助液内に位置させて行い、二回目は光導波路先端を図３の上方に移動させて測定補助液内に位置させないで行なえばよい。この二回の測定結果から検体の光情報を認識することができる。なお、この測定回数は上述のように二回に限定されるものではなく、適宜選択されるものである。
【００４１】
上述では、光導波路を移動させることにより複数箇所での測定について説明したが、光導波路を移動させずに、検体から測定する波長もしくは光強度を変える等の複数の測定条件により測定を行なうこともできる。この場合、光源、光検出器をコントロールすることにより可能となる。このように、少なくとも２以上の測定条件で得た測定値より検体の光情報を認識することが出来るので、より高感度の検体の測定を実施することができる。
【００４２】
なお、微小領域である単一細胞測定用ウェル（検体収容部１４）内の平面スキャンは、例えば、図５に示すような極微小四角錘形楔ファイバヘッド（φ６μｍ）を用い、稼動物をファイバ４２のみとすることにより非常に軽量となる。この結果、微小領域である単一細胞測定用ウェル内の平面スキャンを実施することが可能となる。
図１３は、測定補助液、検体、検体収容部の関係を示す断面図である。図１３（ａ）に示すように、検体収容部１４の中央には貫通孔が設けられている。図１３（ａ）においては、検体１２の上下に測定補助液２４が配置されている。検体１２の上に位置する測定補助液２４と検体１２の下に位置する測定補助液２４は同一補助液であっても、異なる補助液であってもよい。例えば、異なる補助液を使用する場合には、比重を変えた別の液を順番に注入する。同一補助液を使用する場合には、例えば、検体収容部のすり鉢部で混合した後、吸い込む。なお、図１３（ｂ）に示す場合は、検体１２の上側のみに測定補助液２４が配置されている。
図１４は、検体収容部の他の構造を示す断面図である。図１４（ａ）の場合は、断面形状において、平らな上面部を有する検体収容部１４の上面に検体１２が配置され、その上を検体の全体を覆うように測定補助液２４が配置される。図１４（ｂ）の場合は、断面形状において、楔形部分をその上面部に有する検体収容部２４を使用する。この場合には、楔形部分に検体１２が配置されその上に全体を覆うように測定補助液２４が配置される。図１４（ｃ）の場合は、断面形状において、半円形状部分をその上面部に有する検体収容部１４を使用する。この場合には、半円形状部分に検体１２が配置されその上に全体を覆うように測定補助液２４が配置される。図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示すように、検体は、検体収容部のそれぞれの形状に対応した形状で配置される。
【００４３】
次に上述した検体の光情報認識装置を利用した検体測定システム５０について説明する。
図６から図９は、検体、試薬の反応及び上述した図１ないし図５に示す光情報認識装置およびその認識方法を統合した検体の光情報認識測定システム５０を示すものである。この光情報認識測定システム５０は、図６に示すように、測定装置５２と、計測装置５４と、制御・解析装置５６とから構成される。特に、本実施形態では、全自動システムについて示している。各工程を自動化することで、測定の定量化、コンタミネーション混入の防止が図られる。以下に、反応・測定動作の概要について説明する。
【００４４】
測定装置５２の盤面は、図７に示すように、３次元回転ヘッド５８、反応基板６０、サンプル・試薬槽６２、洗浄槽６４、乾燥槽６６にて構成される。ヘッド部５８は、微量サンプルの採取用のピペット６８及び楔ファイバ測定部７０を保持していて、図７および図９に示すように、各工程に合わせて移動、回転動作が可能な構造となっている。サンプル・試薬槽６２には、対象サンプル（検体）及びペプチドライブラリが収納されていて、３次元回転ヘッド５８は、まずピペット６８の先端を洗浄及び乾燥後、所定のライブラリを取得し反応基板６０の所定のウェルへ分注する。
【００４５】
その後、ピペット６８の先端を洗浄及び乾燥しサンプルを取得し反応基板６０のライブラリが分注されたウェルへ分注する。ウェル内では、サンプル反応が温度制御手段もしくは振動手段（図示せず）により最適化された条件で行われる。３次元回転ヘッド５８は、回転し楔ファイバ測定部７０の先端より測定補助液でウェルをシールし、溶液の蒸発を防止すると共に反応の最適条件の安定化を図る。回転動作を取り入れることで、１ツールあたりの軸数を減らすことができ、可動部の軽量・小サイズ化が容易となる。またバックラッシュ等の少ない精密位置決め構造を容易に実現することができる。このとき、楔ファイバ測定部７０の先端は、図８に示すように、測定補助液と接していて測定スタンバイ状態または経時観察を開始している状態であり、反応終了時間まで測定を行う。測定終了後、ヘッド５８は上昇し、以降、反応、測定を繰り返すことで、全工程を実行する。ここで、単一細胞のような微小サンプルが対象の場合は、測定補助液によりシールされた状態で、楔ファイバ測定部７０をウェル内でスキャンして、最高値を取得する。
【００４６】
このように、微量サンプルにおける蒸発防止、反応条件の最適化・安定化、測定感度の高感度化を高効率反応基板及び計測法で実現する、全自動反応・計測システムである。
【００４７】
なお、アプリケーションによって測定対象である蛍光色素が異なる場合、色素毎に楔ファイバのヘッドを用意することで、マルチカラーに対応可能である。また、検体の蛍光色素に最適な特性を有する励起光を照射させるとより高感度な測定を行うことができる。
【００４８】
上述した検体の光情報認識測定システムでは、測定対象としているペプチドプロテイン解析、単一細胞リガンドスクリーニングのみならず１システムで広範囲に適用可能な汎用性のあるシステムである。適用例としては、幹細胞分化プロセスのリアルタイム解析、高特異性のＳＮＰｓの解析、投薬効果による細胞のリアル動態解析、ナノ蛍光体による細胞・蛋白質の高感度計測等と、多数考えられ高い汎用性を持つシステムとなる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 検体の光情報認識装置
１２ 検体
１４ 検体収容部
１６ 光源
１８ 光検出部
２０ 検体測定部
２２ 光導波路
２４ 測定補助液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体の光情報認識装置およびその認識方法に関する。特に、本発明は、遺伝子、免疫系、タンパク質、アミノ酸、糖類の生体高分子に関する検査、解析、分析が要求される分野、例えば、工学分野、食品、農産、水産加工等の農学分野、薬学分野、衛生、保健、免疫、疫病、遺伝等の医学分野、化学若しくは生物学等の理学分野等、あらゆる分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
生体高分子に関する研究は、臨床検査、創薬や環境・食品検査分野への展開等様々な対象に対して行われているが、この生体高分子の持つ情報を高感度で解析する装置がますます重視されている。図１５は、従来の検体の光情報認識装置１０１を示すものである。以下、図１５を参照し、従来の検体の光情報認識装置を説明する。
【０００３】
従来の検体の光情報認識装置１０１は、測定対象の検体１０３を収容する検体収容部１０５と、検体１０３を観察するための光を出力する光源１０７および検体１０３からの光情報を入手する光検出部１０９とを備えた検体測定部１１１と、前記光源１０７から出力され、空間を伝搬されてきた光を検体１０３に照射させるために集光させる集光手段１１３とから構成されている。なお、検体収容部１０５は、図１６および図１７に示すように、プレートリーダ１０５ａ構造もしくはチップリーダ１０５ｂ構造からなる。
【０００４】
プレートリーダ１０５ａ構造は、図１６に示すように、検体収容部１０５に任意の間隔で複数の凹部が形成され、その凹部内に検体１０３が収容される構造である。チップリーダ１０５ｂは、図１７に示すように、検体収容部１０５の表面が平滑に形成され、その表面に任意の間隔を設けて検体１０３が配置される構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５４４５９９号公報
【特許文献２】米国特許第５７４４３０５号公報
【特許文献３】公報国際公開ＷＯ０２／０６３３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の検体の光情報認識装置では、以下に述べるような問題があった。まず、検体が収容される検体収容部について、上述のチップリーダでは、検体収容部が平面構造の測定系であり、サンプルがスポッティング直後に蒸発してしまう恐れもあるため、検体の反応性が低いという問題がある。また蒸発によって検体濃度や液面位置が変化するため、反応の進行具合等をリアルタイムに測定するといった用途に使用することは困難である。
また、検体を高密度に配置させると、この高密度化に比例して検体から入手できる光情報の測定感度が減少する等の感度における問題もある。さらに、検体から得られる光情報の入手手段は固定であるため、光情報を得るための検体の位置は、常に同位置であるとともに一箇所である。このため、検体の位置が任意の位置からずれてしまうと、検体から得られる光情報が少なくなり、測定感度が低下するという問題もある。
【０００７】
一方、上述のプレートリーダでは、１ウェルに数十〜数百μＬの液量を用いて、反応、測定を行うことから、使用サンプル量を極力少なくするというニーズに対して、感度が足りない、反応が不十分になる等の問題から、微量サンプルの測定が困難である。また、チップリーダと同様にプレートリーダでも、検体から得られる光情報の入手手段は固定であるため、光情報を得るための検体の位置は、常に同位置であるとともに一箇所である。このため、検体の位置が任意の位置からずれてしまうと、検体から得られる光情報が少なくなり、測定感度が低下するという問題も生じる。
【０００８】
次に検体収容部以外の課題について説明する。従来の検体の光情報認識装置では、光源から出力された光が空間を伝搬されて検体に照射される構成となっている。検体と光学測定系（光源もしくは光検出部）との間に空間（空気層）が存在すると、光が伝搬される際にフレネル反射等による光学的ノイズが発生してしまい、測定感度が低下するという問題があった。さらに、検体が空間に曝されているため、検体を検体収容部に収容した後、コンタミネーションが混入してしまう恐れがある。さらに、集光手段を用いて検体へ光を照射させるため、検体のサンプル量により光の集光位置を調整する必要があり、集光手段の位置調整を行わなければならない。この位置調整が困難であるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、検体を高感度で測定することができる検体の光情報認識装置およびその認識方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は次のような構成をもって課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明の１つの態様は、測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部を備えた検体測定部と、該検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備え、少なくとも２以上の測定条件で得た測定値より検体の光情報を認識する検体の光情報認識装置である。
【００１１】
また、この発明の他の１つの態様は、測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部とを備えた検体測定部と、該検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備え、前記光導波路の先端と前記検体との間に測定補助液が介在される検体の光情報認識装置である。
【００１２】
さらに、この発明の他の１つの態様は、測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部を備えた検体測定部と、該検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備え、前記検体収容部は、少なくとも収容された検体が接触する表面と検体との親和性が、それ以外の面と検体との親和性以上である、検体の光情報認識装置である。
【００１３】
さらに、この発明の他の１つの態様は、上述した検体の光情報認識装置と、検体の光情報認識装置を作動させることにより検体の情報を入手する計測装置と、計測装置からの情報を解析し検体の光情報認識装置の制御を行なう制御・解析装置とを備えた検体測定システムである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、検体の光情報認識装置において、前記検体収容部は、最終的に検体が収容される箇所以外の面と検体との親和性を、収容箇所の面と検体との親和性以下とすることによって、他の検体収容部に収納された検体への混入（コンタミネーション）を防止することができるとともに、検体の収納性が向上する他、壁面への検体の付着・凝集を防ぐことができ、反応性を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明によれば、検体収容部は、検体を収容するために縦断面形状が凹部形状であり、その凹部の開口深さは開口径以上に形成されている。この形状により、周辺部の光測定感度に寄与しない検体を低減し、測定感度を維持しながら検体量を大幅に削減することができる。
また凹部内壁の親水性を、それ以外の面以上に保つことで、この形状内に容易に検体を収容することができる。
また、検体収容部を貫通形状等、空気だまりを防止する形状とすることによっても、同様の効果が得られる。
特に検体収容部が貫通穴形状の場合、穴直径がφ1.5以下、もしくは同面積以下であり、穴形状に合わせて壁面の親疎水性を適切に選択することで、貫通穴であっても検体自体の表面張力によって検体は流れ落ちずに壁面もしくは貫通穴の底部によって保持される。
【００１６】
厳密な光測定を行うためには、光導波路先端と検体、とくに検体上面との距離を一定にすることが重要であり、このためには検体上面の位置を管理することが必要となる。
このための手段の一つとして、穴上部の開口をすり鉢形状とすることで、検体液面の位置を安定させることができる。つまり、供給された検体がすり鉢形状部分に多く存在する場合は、この部分の検体の重量によって、検体は穴内を下っていくが、次第にこの部分の容量が減少してゆくと、検体自体の表面張力・壁面との吸着力が勝り、検体の下降は止まり、静止する。
特に穴直径がφ1.5以下、もしくは同面積以下の場合、検体上面の位置を決める要因として、検体収容部及び検体の形状と物性、及び両者の親和関係が支配的であり、検体の重量の寄与は少ない。したがって、仮に検体の供給量が変動したとしても、収納された検体面の位置は、ほぼ一定に管理することができる。
【００１７】
更に、図１０に示すように、穴上部の開口をすり鉢形状とすることで、測定補助液の供給が容易となる。つまり光導波路先端構造の横に、ニードル等の非常に単純な供給手段を配置しても、検体と光導波路先端を十分に接近させることができる。またすり鉢形状部分の容積が大きいため、測定補助液の供給量が変動しても、測定条件の変化やコンタミ等の問題が起きないという利点がある。
更に正確に検体液面を管理するためには、検体下部を密閉構造とし、この部分の体積もしくは圧力を変化させることで、検体位置を変化させることができる。液面位置を検出するセンシング機能を用いて、検体液面位置を正確に制御することができる。
【００１８】
この検体収容部には検体の温度を制御するための温度制御手段が設けられ、検体を振動させ反応を促進させるための振動手段が設けられている。このため、検体のサンプル量が、ピペッティングにより攪拌が困難である容量レベル（ｎＬ）でも攪拌が可能となる。また、検体に接触して攪拌させる手段を利用せずに検体を攪拌することができるので、コンタミネーションの混入防止も可能となる。さらに、検体収容部を温度制御することにより、検体観察に適した温度制御もしくは検体の攪拌・反応に適した温度制御を行うことができる。このため、検体が最適な状態（観察温度、反応状態）で観察測定を行うことができる。
【００１９】
また、本発明によれば、検体収容部において、光導波路の先端と前記検体との間に測定補助液が介在されているため、検体に照射される光は空気層を伝搬せずに照射され、検体からの光情報も空気層を通らずに光導波路に結合する構造となっている。このため、フレネル反射を低減させることができるため、光導波路の先端を検体に接触させずに高感度の測定が可能となり、続けて（連続して）検体の測定を行なう場合でも、別の検体へのコンタミネーションの混入を防止することができる。さらに検体を空気層に接触させずに測定補助液で封止されている構造となっているため、検体の蒸発を防止することができる。さらに、光導波路もしくはそれが固定される部分を含んだ先端が先細り形状であるため、検体のサンプル量が少ない場合でも、光導波路の先端をより検体の近くに接近させることができる。
【００２０】
また、本発明によれば、光導波路もしくはそれが固定される部分を含んだ先端が先細り形状であるため、検体収容部外はもちろんのこと、検体収容部内まで容易に走査することができる。
これは、検体が検体収容部内のどの位置に存在していたとしても（例えば検体が検体収容部の中心に位置していなくても）、光導波路の先端で検体の走査をすることにより、光を効率よく照射することができるとともに検体から最適な光情報を得ることができる。さらに光導波路は、その先端で検体を走査するために、可動構造となっている。このため、複数の場所、例えば検体からの距離、角度が異なる複数箇所において検体からの光情報を得ることができる。さらに、検体からの光情報は、波長、光強度等、複数の測定条件で得た測定値をもとに認識することもできる。この結果、検体が検体収容部内のどの位置にあっても測定値がばらつかず、高感度、高再現性のある測定が可能となる。
【００２１】
さらに、測定補助液は非水溶性であるため、検体に混合されることはない。この結果、光導波路を、検体により近い位置で、空気層を介さずに測定することが可能であり、さらに検体を乾燥させずに最適な状態に保つことが可能であるため、検体の高感度測定をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）から図１（ｃ）は本発明の検体の光情報認識装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｄ）は本発明の検体の光情報認識装置に用いられる検体収容部の一実施例を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は本発明の検体の光情報認識装置に用いられる光導波路の一実施例を示す概略図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の検体の光情報認識装置に用いられる光導波路の一実施例を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図５は、本発明の検体の光情報認識装置の光導波路を用いたスキャン測定の一実施例を示す概略図である。
【図６】図６は、本発明の検体測定システムの一実施例を示す概略図である。
【図７】図７は、本発明の検体測定システムの測定装置の一実施例を示す概略構成図である。
【図８】図８は、本発明の検体測定システムの測定装置の計測手段を示す概略図である。
【図９】図９は、本発明の検体測定システムの測定装置のサンプル採取手段を示す概略図である。
【図１０】図１０は、検体収容部がすり鉢状開口部を備えている場合の説明図である。
【図１１】図１１は、この発明の検体収容部の形態例を示す図である。
【図１２】図１２は、この発明の液面制御方式の形態例を示す図である。
【図１３】図１３は、測定補助液、検体、検体収容部の１つの関係を示す断面図である。
【図１４】図１４は、検体収容部の他の構造を示す断面図である。
【図１５】図１５は、従来の検体の光情報認識装置を示す概略構成図である。
【図１６】図１６は、従来の検体収容部を示す概略断面図である。
【図１７】図１７は、従来の検体収容部の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態例の説明では、従来例と同一名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略する。
【００２４】
図１（ａ）から図１（ｃ）は、本発明に係る検体の光情報認識装置１０の一実施形態例の要部構成図が示されている。同図に示すように、本実施形態例の検体の光情報認識装置１０は、測定対象の検体１２を収容する検体収容部１４と、検体１２を観察するための光を出力する光源１６および検体１２からの光情報を入手する光検出部１８とを備えた検体測定部２０と、検体収容部１４と検体測定部２０との間に光を伝播させるための光導波路２２とを備え、光導波路２２と検体１２との間には測定補助液２４が介在されている。以下に各部について詳述する。
【００２５】
検体収容部１４は、一般的には金属・樹脂・ガラス等の切削加工、もしくは成形加工し、必要に応じて表面に所望のコーティングを施すことで製作することができるが、図２（ａ）に示すように、基板部３０の上にスライスされた図２（ｂ）に示す微細穴が形成された収容部３２を設置せることにより構成することもできる。基板部３０は、ポリマーコーティングによりその表面が親水性を有するように処理されている。また、スライスされた収容部３２は、その微細穴の内周面が基板部３０と同様にポリマーコーティングにより親水性を有するように表面処理することが可能である。なお、収容部３２は、光ファイバ等の光を伝搬させることが可能なガラス製の長尺体をスライスして利用することもできる。
光ファイバを利用すると、微細穴の内周面以外は、材質の特性上、疎水性を有することとなる。
【００２６】
上述のように、収容部３２の微細穴の内周面と、その底に配置される基板部３０には、ポリマーコーティングにより親水性を有するように表面処理することが可能である。この処理により、検体収容部１４の内表面への検体付着、凝集を防ぐことができる。また、収容部３２のスライス端面は、材質の特性上、疎水性を有するため、他のサンプル用微細穴へのコンタミネーションの混入を防止することができる。
【００２７】
また、検体収容部１４の収容部構造は、図２（ｄ）開口径より深さを大きくしたウェル形状となっている。なお、検体収容部１４の開口径は、例えば収容部３２の微細穴の設計により制御する。また、検体収容部１４の深さは、例えば図２（ｃ）に示すように、スライスされた収容部３２の積層段数により制御する。
【００２８】
例えば、ペプチドプロテインチップのような懸濁溶液測定を対象とすると、開口径より深さを大きくしたウェル形状（径：0.1mm，深：0.3mm）とすることで、空気との接触面積を少なくして蒸発防止を図り、かつ、サンプルの反応の自由度を確保することで高効率の反応を実現する。更に、この形状によって測定においても、単位測定面積あたりの測定容量を増やすことから高感度測定が可能となる。
【００２９】
図１１は、本発明の検体収容部の形態例である。すり鉢上の開口部の底部に検体を収容する貫通穴が設けられている。下部から空気が抜けられるため、上部から供給された検体は、（ｂ）のように開口部にある検体自体の重みによって下降してゆき、ほぼ一定の場所で止まるため、液面を一定に管理することができる。なおこのときの検体面の位置は、供給する検体の量によらず、ほぼ一定となる（（c）参照）。
【００３０】
図１２は、液面制御方式の形態例である。図１２に示すように、貫通穴の下にシリンダ構造を設け、圧力を変化されることによって液面位置を上下させることができる。透明体による検体収容部に、光透過式の液面位置認識センサーを儲け、このセンサ情報を用いてシリンダ動作を制御することによって、液面位置の正確な管理が可能となる。センサーによる液面位置情報を、液面位置制御へのフィードバックに用いずに、光導波路の位置補正に使用することもできる。どちらの方法によっても、光導波路先端と検体液面との距離を一定に管理することで、正確な分析が可能となる。
【００３１】
検体収容部１４には、さらに、基板部３０に温度制御手段、振動手段を設置した機能性薄膜としてもよい。これは、検体のサンプル量が微量で、検体の反応を促進させる場合に利用するものである。一般的に、検体のサンプル量が多ければ、ピペッティングにより攪拌することにより反応を促進させることができる。しかしながら、検体のサンプル量が微量の場合、ピペッティングにより攪拌を行うと、スケール的に攪拌が困難であることと共に、他の微細穴にコンタミネーションが混入してしまう。このため、温度制御手段により検体の反応に適した温度制御を行い、振動手段により検体の反応を促進させ、高効率の反応を行うことができる。
【００３２】
上述したように構成された検体収容部１４では、品質の安定、コストに有利な生産技術を確立することができる。更に、検体収容部１４の下面に、基板部３０として機能性薄膜等を用いる構成により、温調、振動による検体の最適反応系を実現することができる。
【００３３】
次に、検体測定部２０について説明する。
検体測定部２０は、検体１２を測定するための光を出力する光源１６と、検体１２から得られる光情報を入手する光検出部１８とからなる。なお、図１（ａ）では、光源１６から出力された光を検体１２に向かって透過させ、検体１２から得られる光情報を光源１６に向かって透過させずに伝搬方向を９０°変換させて光検出部１８に伝搬させるビームスプリッタ２６が設置されている。このビームスプリッタ２６は必要に応じて設置させれば良いものである。また、光源１６と光検出部１８の配置場所により、伝搬方向の変換角度は任意に設定すればよい。さらに、後述する光導波路２２を２芯光ファイバ構造にすると、ビームスプリッタ２６を使用する必要はない。
【００３４】
光導波路２２は、光ファイバと、検体測定部２０から出力された光を光ファイバに結合させるためのレンズ２８が設置されてなる。検体測定部２０から出力された光は、レンズ２８を介して集光され、光ファイバに結合される。光ファイバに結合された光は、光ファイバ内を伝搬し、光ファイバの検体１２側の端面から測定補助液２４を介して、検体１２に照射される。なお、光ファイバは、必要に応じて複数本配置させてもよい。光ファイバの設置構造、配置本数は特に限定されないが、バンドルファイバのように束状にすると、収容スペースが狭く好ましい。このように、光ファイバを複数本配置させることにより、より広範囲における検体の測定が可能になる。また、検体から得られる光情報を漏れなく入手することが可能となり、高感度の測定が可能となる。
【００３５】
測定補助液２４は、光導波路２２の検体１２側の端面と検体１２との間に介在される。
この測定補助液２４の屈折率を、例えば光導波路２２のコアと屈折率に等しくすることで、フレネル反射によるロスを排除することができる。また、検体との混合や蒸発を防ぐため、測定補助液２４は非水溶性で揮発性が低くものが望ましい。測定補助液２４は、例えば屈折率整合剤として用いられているシリコーンオイルが適している。なお、測定補助液２４は、検体の保護、測定補助を目的として検体１２と一緒に検体収容部１４に収容されるもので、上述した成分に限定されるものではない。また、測定補助液２４は、液状が好ましいが、ゲル状のものであっても構わない。
【００３６】
以下に測定補助液２４を介在させた検体１２の光情報認識装置およびその認識方法について詳述する。 図３に示すように、検体収容部１４のウェル開口部を測定補助液２４による液滴で覆い、液滴に光導波路２２の先端コア部２２ａが接触した状態で測定を行う。従来の空間結合による検体１２の蛍光測定では、検体１２と光学測定系（例えば光ファイバ先端）の間に空気層が存在するので、光学的な損失やノイズが高感度測定を妨げてきた。本実施形態による測定方法では、光導波路２２のコア部２２ａと測定補助液２４は同じ屈折率のため、両者の界面でのフレネル反射ロスが低減され、高感度測定を可能となる。また、検体１２は水溶液であることから、水性の測定補助液を用いると検体１２の溶液に溶け込んでしまい、希釈率の変化、光導波路先端部のコンタミネーション付着のリスクがある。そこで、用途に応じては非水溶性の測定補助液を用いることでコンタミネーション付着のリスクを回避する事が可能となる。
【００３７】
更に、光導波路２２の測定ヘッドを光ファイバ端面とすることで、極微小領域への光照射、受光が可能となり、対物レンズを用いた従来の光学系に比べ高感度測定を実現することができる。プレートリーダを用いた場合の両者の比較実験では、光ファイバを用いると、ペプチド反応液において０．１ｎＬの超微量サンプルでも測定が可能であった。
【００３８】
次に光導波路２２の光伝搬構造、測定補助液２４および検体１２の供給構造について説明する。
上述した測定補助液２４を介在させた検体１２の測定方法を実現するためには、光導波路２２として、図４に示す光ファイバ４０を利用する。この光ファイバ４０は、液滴供給用の孔２３から測定補助液２４を供給し、先端を台形形状に加工することでコア部２２ａへ瞬時に液滴形成する。この液滴は測定ウェル（検体収容部１４）を覆うことから、検体１２の蒸発を防止することができる。なお、光導波路２２の先端形状は、台形形状に限定されるものではなく、光導波路２２自体、もしくは光導波路２２が固定される隣接部材（例えばフェルール）を含んだ先端の形状が、円錐、角錐、もしくは楔形でもよい。特に、光導波路２２の先端に向かって、光の伝播方向に対し垂直方向の断面積をより小さくすると、検体収容部１４内の隅々に光導波路２２の先端を配置させることが可能となるため、より測定精度が高くなる。
【００３９】
図３（ａ）から図３（ｃ）は、測定補助液２４および検体１２の供給行程および計測開始状態の一例を示すものである。まず、図３（ａ）に示すように、検体収容部１４内へ検体１２を注入する。次に、図３（ｂ）に示すように、上述した光ファイバ４０の測定補助液供給用の孔２３から光ファイバ先端に測定補助液２４を供給し液滴を形成する。しかる後、図３（ｃ）および図１（ｂ）に示すように、光ファイバ４０の先端を検体に接近させ、検体と測定補助液とを接触させる。
測定後、ファイバ４０の先端がウェルから離れると、ファイバ４０の先端に検体が付着しないため、他のウェルへのコンタミネーション混入を防止することができる。
測定補助液２４および検体１２の供給行程としては上記以外にも、収容した検体１２の上から測定補助液２４を供給した上で、光ファイバ４０を接近させ測定補助液２４と接触させる方法や、検体１２に光ファイバ４０を接近させ、両者の空隙に測定補助液２４を供給する方法であってもよい。
【００４０】
なお、上述では、検体の測定を一箇所のみで行なっているが、検体からの距離、角度が異なる位置に光導波路の先端を移動させて測定することもできる。つまり、複数箇所における検体の走査が可能な構造となっている。例えば、光導波路を移動させて同一の検体の測定を行なう場合、一回目は光導波路の先端を測定補助液内に位置させて行い、二回目は光導波路先端を図３の上方に移動させて測定補助液内に位置させないで行なえばよい。この二回の測定結果から検体の光情報を認識することができる。なお、この測定回数は上述のように二回に限定されるものではなく、適宜選択されるものである。
【００４１】
上述では、光導波路を移動させることにより複数箇所での測定について説明したが、光導波路を移動させずに、検体から測定する波長もしくは光強度を変える等の複数の測定条件により測定を行なうこともできる。この場合、光源、光検出器をコントロールすることにより可能となる。このように、少なくとも２以上の測定条件で得た測定値より検体の光情報を認識することが出来るので、より高感度の検体の測定を実施することができる。
【００４２】
なお、微小領域である単一細胞測定用ウェル（検体収容部１４）内の平面スキャンは、例えば、図５に示すような極微小四角錘形楔ファイバヘッド（φ６μｍ）を用い、稼動物をファイバ４２のみとすることにより非常に軽量となる。この結果、微小領域である単一細胞測定用ウェル内の平面スキャンを実施することが可能となる。
図１３は、測定補助液、検体、検体収容部の関係を示す断面図である。図１３（ａ）に示すように、検体収容部１４の中央には貫通孔が設けられている。図１３（ａ）においては、検体１２の上下に測定補助液２４が配置されている。検体１２の上に位置する測定補助液２４と検体１２の下に位置する測定補助液２４は同一補助液であっても、異なる補助液であってもよい。例えば、異なる補助液を使用する場合には、比重を変えた別の液を順番に注入する。同一補助液を使用する場合には、例えば、検体収容部のすり鉢部で混合した後、吸い込む。なお、図１３（ｂ）に示す場合は、検体１２の上側のみに測定補助液２４が配置されている。
図１４は、検体収容部の他の構造を示す断面図である。図１４（ａ）の場合は、断面形状において、平らな上面部を有する検体収容部１４の上面に検体１２が配置され、その上を検体の全体を覆うように測定補助液２４が配置される。図１４（ｂ）の場合は、断面形状において、楔形部分をその上面部に有する検体収容部２４を使用する。この場合には、楔形部分に検体１２が配置されその上に全体を覆うように測定補助液２４が配置される。図１４（ｃ）の場合は、断面形状において、半円形状部分をその上面部に有する検体収容部１４を使用する。この場合には、半円形状部分に検体１２が配置されその上に全体を覆うように測定補助液２４が配置される。図１４（ａ）から図１４（ｃ）に示すように、検体は、検体収容部のそれぞれの形状に対応した形状で配置される。
【００４３】
次に上述した検体の光情報認識装置を利用した検体測定システム５０について説明する。
図６から図９は、検体、試薬の反応及び上述した図１ないし図５に示す光情報認識装置およびその認識方法を統合した検体の光情報認識測定システム５０を示すものである。この光情報認識測定システム５０は、図６に示すように、測定装置５２と、計測装置５４と、制御・解析装置５６とから構成される。特に、本実施形態では、全自動システムについて示している。各工程を自動化することで、測定の定量化、コンタミネーション混入の防止が図られる。以下に、反応・測定動作の概要について説明する。
【００４４】
測定装置５２の盤面は、図７に示すように、３次元回転ヘッド５８、反応基板６０、サンプル・試薬槽６２、洗浄槽６４、乾燥槽６６にて構成される。ヘッド部５８は、微量サンプルの採取用のピペット６８及び楔ファイバ測定部７０を保持していて、図７および図９に示すように、各工程に合わせて移動、回転動作が可能な構造となっている。サンプル・試薬槽６２には、対象サンプル（検体）及びペプチドライブラリが収納されていて、３次元回転ヘッド５８は、まずピペット６８の先端を洗浄及び乾燥後、所定のライブラリを取得し反応基板６０の所定のウェルへ分注する。
【００４５】
その後、ピペット６８の先端を洗浄及び乾燥しサンプルを取得し反応基板６０のライブラリが分注されたウェルへ分注する。ウェル内では、サンプル反応が温度制御手段もしくは振動手段（図示せず）により最適化された条件で行われる。３次元回転ヘッド５８は、回転し楔ファイバ測定部７０の先端より測定補助液でウェルをシールし、溶液の蒸発を防止すると共に反応の最適条件の安定化を図る。回転動作を取り入れることで、１ツールあたりの軸数を減らすことができ、可動部の軽量・小サイズ化が容易となる。またバックラッシュ等の少ない精密位置決め構造を容易に実現することができる。このとき、楔ファイバ測定部７０の先端は、図８に示すように、測定補助液と接していて測定スタンバイ状態または経時観察を開始している状態であり、反応終了時間まで測定を行う。測定終了後、ヘッド５８は上昇し、以降、反応、測定を繰り返すことで、全工程を実行する。ここで、単一細胞のような微小サンプルが対象の場合は、測定補助液によりシールされた状態で、楔ファイバ測定部７０をウェル内でスキャンして、最高値を取得する。
【００４６】
このように、微量サンプルにおける蒸発防止、反応条件の最適化・安定化、測定感度の高感度化を高効率反応基板及び計測法で実現する、全自動反応・計測システムである。
【００４７】
なお、アプリケーションによって測定対象である蛍光色素が異なる場合、色素毎に楔ファイバのヘッドを用意することで、マルチカラーに対応可能である。また、検体の蛍光色素に最適な特性を有する励起光を照射させるとより高感度な測定を行うことができる。
【００４８】
上述した検体の光情報認識測定システムでは、測定対象としているペプチドプロテイン解析、単一細胞リガンドスクリーニングのみならず１システムで広範囲に適用可能な汎用性のあるシステムである。適用例としては、幹細胞分化プロセスのリアルタイム解析、高特異性のＳＮＰｓの解析、投薬効果による細胞のリアル動態解析、ナノ蛍光体による細胞・蛋白質の高感度計測等と、多数考えられ高い汎用性を持つシステムとなる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 検体の光情報認識装置
１２ 検体
１４ 検体収容部
１６ 光源
１８ 光検出部
２０ 検体測定部
２２ 光導波路
２４ 測定補助液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の検体を収容し、最終的に収納された検体が接する面と検体との親和性が、その他の面と検体との親和性以上である検体収容部と、
検体からの光を受光する光検出部を備えて、該検出部からの受光信号に基づき測定値を出力する検体測定部と、
前記検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備えた検体の光情報認識装置。
【請求項２】
測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部とを備えた検体測定部と、
前記検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路と、
前記光導波路の先端と前記検体との間に介在する測定補助液とを備えた請求項１に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項３】
前記検体測定部には、該検体を観察するための光を出力する光源がさらに備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項４】
前記検体収容部は、平面形状、もしくは測定対象の検体が自重で位置決めされるように任意の部位が窪んだ形状であって、検体収容部の表面と検体との親和性が、検体収容部の表面と前記測定補助液との親和性よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項５】
前記検体収容部は、その縦断面形状が凹部形状であり、その凹部の開口深さは開口径以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項６】
前記検体収容部の底面近傍の少なくとも一部に、貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項７】
前記貫通穴は、深さ方向に向かって一様な開口径を有するか、もしくは深さ方向に向かって開口径が異なる段付穴形状であることを特徴とする請求項６に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項８】
前記検体収容部は、その開口部が傾斜角度１０°以上の円錐、または多角すい状のすり鉢形状となっており、その底部に検体が最終的に収容される凹みが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項９】
前記検体収容部において、検体下部の空間の圧力を変化させることによって、検体収容位置を変化させる機能を持つ、請求項６または７に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１０】
前記検体収容部において、検体の液面位置を認識するセンシング機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１１】
前記検体収容部において、検体下部の空間の圧力を調整することによって、検体収容位置を変化させる機能を持ち、更に検体の液面位置を認識するセンシング機能を有することで、検体液面位置を制御できることを特徴とする、請求項６または７に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１２】
前記検体収容部には、検体の温度を制御するための温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１３】
前記検体収容部には、検体を振動させるための振動手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１４】
前記検体収容部は、微細貫通穴が形成された収容部と、前記収容部の微細貫通穴を塞ぐ基板部とが別体で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１５】
測定対象の検体以外の成分を前記検体収容部に供給するか、もしくは光導波路先端に供給する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１６】
前記光導波路は、光を伝搬させるとともに測定対象の検体もしくは前記検体以外の成分を流入出させる流入出手段を備えた光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１７】
前記光導波路、もしくはそれが固定される隣接部材を含んだ先端の形状が円錐、角錐、もしくは楔形であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１８】
前記検体以外の成分は、非水溶性であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１９】
前記検体以外の成分は、その屈折率が、前記光導波路の屈折率、もしくは検体の屈折率と等しいか、または、前記光導波路の屈折率と検体の屈折率の間の値であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項２０】
前記光導波路の先端と前記検体との間の少なくとも光路には空間が存在しないことを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項２１】
最終的に収納された検体が接する面と検体との親和性が、その他の面と検体との親和性以上である検体収容部に測定対象の検体を収容し、
少なくとも２以上の測定条件で前記検体から光導波路を介して光情報を入手し、
得られた光情報を基に検体の光情報の解析を行うステップを備えた検体の光情報認識方法。
【請求項２２】
前記少なくとも２以上の測定条件は、異なる２箇所以上の位置で検体から光情報を入手する、請求項２１に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２３】
測定対象の検体を検体収容部に収容し、
前記検体から得られる光情報を、該検体から光導波路の先端まで空間を伝搬させないで入手し、
得られた光情報を基に検体の光情報の解析を行うステップを備えた請求項２１に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２４】
測定対象の検体を検体収容部に収容し、
前記検体から空間を伝搬させて光情報を入手するとともに、前記検体から空間を伝搬させずに光情報を入手し、
前記検体から得られた複数の光情報から該検体の光情報の解析を行うステップを備えた検体の光情報認識方法。
【請求項２５】
前記検体から光情報を出力させるための光を照射する、請求項２２、２４または２５に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２６】
前記光導波路の先端で検体を走査し、得られる複数の光情報から該検体の解析を行う、請求項２１、２３または２４に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２７】
請求項１から２０の何れか１項に記載の検体の光情報認識装置と、検体の光情報認識装置を作動させることにより検体の情報を入手する計測装置と、計測装置からの情報を解析し検体の光情報認識装置の制御を行なう制御・解析装置とを備えたことを特徴とする検体測定システム。
【請求項２８】
検体収容部へ検体を供給する機能をもつ検体供給手段と、光情報取得のための光導波路とを、総計で２つ以上有し、必要な手段を、それらの固定部の回転を含む動作によって適宜選択することを特徴とする検体測定システム。
【請求項１】
測定対象の検体を収容し、最終的に収納された検体が接する面と検体との親和性が、その他の面と検体との親和性以上である検体収容部と、
検体からの光を受光する光検出部を備えて、該検出部からの受光信号に基づき測定値を出力する検体測定部と、
前記検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路とを備えた検体の光情報認識装置。
【請求項２】
測定対象の検体を収容する検体収容部と、検体からの光情報を入手する光検出部とを備えた検体測定部と、
前記検体収容部と該検体測定部との間に光を伝搬させるための光導波路と、
前記光導波路の先端と前記検体との間に介在する測定補助液とを備えた請求項１に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項３】
前記検体測定部には、該検体を観察するための光を出力する光源がさらに備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項４】
前記検体収容部は、平面形状、もしくは測定対象の検体が自重で位置決めされるように任意の部位が窪んだ形状であって、検体収容部の表面と検体との親和性が、検体収容部の表面と前記測定補助液との親和性よりも低いことを特徴とする請求項２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項５】
前記検体収容部は、その縦断面形状が凹部形状であり、その凹部の開口深さは開口径以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項６】
前記検体収容部の底面近傍の少なくとも一部に、貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項７】
前記貫通穴は、深さ方向に向かって一様な開口径を有するか、もしくは深さ方向に向かって開口径が異なる段付穴形状であることを特徴とする請求項６に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項８】
前記検体収容部は、その開口部が傾斜角度１０°以上の円錐、または多角すい状のすり鉢形状となっており、その底部に検体が最終的に収容される凹みが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項９】
前記検体収容部において、検体下部の空間の圧力を変化させることによって、検体収容位置を変化させる機能を持つ、請求項６または７に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１０】
前記検体収容部において、検体の液面位置を認識するセンシング機能を有することを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１１】
前記検体収容部において、検体下部の空間の圧力を調整することによって、検体収容位置を変化させる機能を持ち、更に検体の液面位置を認識するセンシング機能を有することで、検体液面位置を制御できることを特徴とする、請求項６または７に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１２】
前記検体収容部には、検体の温度を制御するための温度制御手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１３】
前記検体収容部には、検体を振動させるための振動手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１４】
前記検体収容部は、微細貫通穴が形成された収容部と、前記収容部の微細貫通穴を塞ぐ基板部とが別体で構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１５】
測定対象の検体以外の成分を前記検体収容部に供給するか、もしくは光導波路先端に供給する手段を有することを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１６】
前記光導波路は、光を伝搬させるとともに測定対象の検体もしくは前記検体以外の成分を流入出させる流入出手段を備えた光ファイバであることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１７】
前記光導波路、もしくはそれが固定される隣接部材を含んだ先端の形状が円錐、角錐、もしくは楔形であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１８】
前記検体以外の成分は、非水溶性であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項１９】
前記検体以外の成分は、その屈折率が、前記光導波路の屈折率、もしくは検体の屈折率と等しいか、または、前記光導波路の屈折率と検体の屈折率の間の値であることを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項２０】
前記光導波路の先端と前記検体との間の少なくとも光路には空間が存在しないことを特徴とする請求項１または２に記載の検体の光情報認識装置。
【請求項２１】
最終的に収納された検体が接する面と検体との親和性が、その他の面と検体との親和性以上である検体収容部に測定対象の検体を収容し、
少なくとも２以上の測定条件で前記検体から光導波路を介して光情報を入手し、
得られた光情報を基に検体の光情報の解析を行うステップを備えた検体の光情報認識方法。
【請求項２２】
前記少なくとも２以上の測定条件は、異なる２箇所以上の位置で検体から光情報を入手する、請求項２１に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２３】
測定対象の検体を検体収容部に収容し、
前記検体から得られる光情報を、該検体から光導波路の先端まで空間を伝搬させないで入手し、
得られた光情報を基に検体の光情報の解析を行うステップを備えた請求項２１に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２４】
測定対象の検体を検体収容部に収容し、
前記検体から空間を伝搬させて光情報を入手するとともに、前記検体から空間を伝搬させずに光情報を入手し、
前記検体から得られた複数の光情報から該検体の光情報の解析を行うステップを備えた検体の光情報認識方法。
【請求項２５】
前記検体から光情報を出力させるための光を照射する、請求項２２、２４または２５に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２６】
前記光導波路の先端で検体を走査し、得られる複数の光情報から該検体の解析を行う、請求項２１、２３または２４に記載の検体の光情報認識方法。
【請求項２７】
請求項１から２０の何れか１項に記載の検体の光情報認識装置と、検体の光情報認識装置を作動させることにより検体の情報を入手する計測装置と、計測装置からの情報を解析し検体の光情報認識装置の制御を行なう制御・解析装置とを備えたことを特徴とする検体測定システム。
【請求項２８】
検体収容部へ検体を供給する機能をもつ検体供給手段と、光情報取得のための光導波路とを、総計で２つ以上有し、必要な手段を、それらの固定部の回転を含む動作によって適宜選択することを特徴とする検体測定システム。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−６４７０２（Ｐ２０１１−６４７０２Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７７７１０（Ｐ２０１０−２７７７１０）
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【分割の表示】特願２００６−５３１４６６（Ｐ２００６−５３１４６６）の分割
【原出願日】平成１７年８月１日（２００５．８．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１４日（２０１０．１２．１４）
【分割の表示】特願２００６−５３１４６６（Ｐ２００６−５３１４６６）の分割
【原出願日】平成１７年８月１日（２００５．８．１）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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