測定装置
【課題】試料液を流通させる微小流路が設けられてなる交換自在のセンサチップを用い、その試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、使用済みのセンサチップを使用することを防止する。
【解決手段】試料液Ｓを流通させる微小流路１１が設けられ、この微小流路１１内の一部に、試料液Ｓ中の物質Ａと特異的に結合する物質１３を固定したセンサ部１４が配設されてなる交換自在のセンサチップ１０を用い、微小流路１１に接続させた配管３２、３３を介してポンプ３４により試料液Ｓを吸引して流通させ、その試料液Ｓ中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、測定動作に入る前に、微小流路１１における液体の有無を検出する検出手段５０、５２、４０等と、該検出手段５０、５２、４０等により液体が有ることが検出されたとき測定動作を中止させる制御手段４１とを設ける。
【解決手段】試料液Ｓを流通させる微小流路１１が設けられ、この微小流路１１内の一部に、試料液Ｓ中の物質Ａと特異的に結合する物質１３を固定したセンサ部１４が配設されてなる交換自在のセンサチップ１０を用い、微小流路１１に接続させた配管３２、３３を介してポンプ３４により試料液Ｓを吸引して流通させ、その試料液Ｓ中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、測定動作に入る前に、微小流路１１における液体の有無を検出する検出手段５０、５２、４０等と、該検出手段５０、５２、４０等により液体が有ることが検出されたとき測定動作を中止させる制御手段４１とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料液中に含まれる可能性が有る被検出物質について測定を行う装置、特に詳細には、試料液を流通させる微小流路を備えたセンサチップを用いる測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオ測定においては、抗原抗体反応などの生体分子反応を検出することにより、被検出物質である抗原（あるいは抗体）などの存在の有無、量を測定している。
【０００３】
例えば、互いに特異的に結合する２つの物質の一方（抗原、抗体、各種酵素、受容体など）を基板上に固定化し、他方の物質（これは被検出物質そのものであってもよいし、あるいは試料中で被検出物質と競合する競合物質であってもよい）を基板上に固定された固定層に結合させ、この結合反応を検出することにより、試料中における被検出物質の有無、量を測定することができる。具体的には、試料に含まれる被検出物質である抗原を検出するため、基板上にその抗原と特異的に結合する抗体を固定しておき、基板上に試料を供給することにより抗体に抗原を特異的に結合させ、次いで、抗原と特異的に結合する、標識が付与された標識抗体を添加し、抗原と結合させることにより、抗体―抗原―標識抗体の、所謂サンドイッチを形成し、標識からの信号を検出するサンドイッチ法や、標識された競合抗原を被検出物質である抗原と競合的に固定化抗体と結合させ、固定化抗体と結合した競合抗原に付与されている標識からの信号を検出する競合法などのイムノアッセイが知られている。
【０００４】
なお上記サンドイッチ法においては、被検出物質である抗原が上記「他方の物質」に相当し、競合法においては競合抗原が上記「他方の物質」に相当する。後者の競合法においては、固定化抗体と結合した競合抗原の量が多いほど、被検出物質である抗原の量が少ないという関係があるので、この関係に基づいて、競合抗原の量に対応する標識からの信号レベルにより抗原の量を求めることができる。
【０００５】
また、上述のようなバイオ測定に適用可能で、高感度かつ容易な測定法として蛍光検出法が広く用いられている。この蛍光検出法は、特定波長の光により励起されて蛍光を発する被検出物質を含むと考えられる試料に上記特定波長の励起光を照射し、そのとき蛍光を検出することによって被検出物質の存在を確認する方法である。また、被検出物質が蛍光体ではない場合、蛍光色素で標識されて被検出物質と特異的に結合する物質を試料に接触させ、その後上記と同様にして蛍光を検出することにより、この結合すなわち被検出物質の存在を確認することも広くなされている。
【０００６】
さらに、このような蛍光検出法において、感度を向上させるため、プラズモン共鳴による電場増強の効果を利用する方法が特許文献１などに提案されている。この方法は、透明な支持体上の所定領域に金属層を設けたセンサチップを用い、支持体と金属膜との界面に対して支持体の金属層形成面と反対の面側から、全反射角以上の入射角で励起光を入射させ、この励起光の照射により金属層に表面プラズモンを生じさせ、その電場増強作用によって蛍光を増強させることにより、Ｓ／Ｎを向上させるものである。
【０００７】
以上述べたようなバイオ測定においては測定時間の短縮化が望まれており、そこで、センサ部における反応を効率良く生じさせて、測定時間の短縮を図る方法が種々提案されている。例えば特許文献２には、交換自在の微小流路（マイクロ流路）型のセンサチップを用い、試料液を一定の高速で流下させることにより測定の高速化を図ることが提案されている。この種のセンサチップは、上述した蛍光検出による被検出物質の検出や定量分析を行うために適用することも可能である。
【０００８】
この交換自在のセンサチップは、多くの場合、使い捨ての形で使用されている。またこのセンサチップを用いて被検出物質の検出や定量分析を行う測定装置においては一般に、例えば特許文献３に記載されているように、微小流路に接続させた配管を介してポンプにより試料液を吸引して、微小流路中に流通させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３０７１４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０１２２１号公報
【特許文献３】特開２００８−１２８９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように使い捨てされるべきセンサチップが誤って再使用されると、測定結果が不正なものとなる、測定装置が故障する、といった問題が生じる。以下、この点について詳しく説明する。
【００１１】
前述したポンプの吸引量は、センサチップの試料液供給口に滴下されてから吸引された試料液が、センサチップ内の微小流路内に留まるだけの量に設定される。しかし、再使用センサチップにおいて残っている試料液は、前回の測定時に吸引されて微小流路の下流端近くまで進んでいるので、このような状態になっている再使用センサチップに対して試料液吸引操作がなされると、残っていた古い試料液が、吸引ポンプに接続している配管内や、最悪の場合は吸引ポンプ内まで進入してしまう。こうして吸引経路に進入した古い試料液は吸引異常を引き起こして、測定に供すべき新しい試料液が微小流路内のセンサ部に到達できない等の事態を招き、その場合は測定が不正になされてしまう。
【００１２】
さらに、上記の配管やポンプ内に古い試料液が残っていると、再使用センサチップに代えて次の新しいセンサチップが用いられた際にも、正しい測定が不可能になる。また、こうして古い試料液が残ってしまった測定装置は、常に吸引異常が発生する故障品となってしまう。
【００１３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、使用済みのセンサチップを再使用して測定を行ってしまうことを防止できる測定装置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】
【００１４】
本発明による測定装置は、
前述したように試料液を流通させる微小流路が設けられ、この微小流路内の一部に、試料液中の物質と特異的に結合する物質を固定したセンサ部が配設されてなる交換自在のセンサチップを用い、
前記微小流路に接続させた配管を介してポンプにより試料液を吸引して流通させ、その試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、
測定動作に入る前に、前記微小流路における液体の有無を検出する検出手段と、
この検出手段により液体が有ることが検出されたとき、測定動作を中止させる制御手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
なお上述の検出手段としては光検出によるもの、つまり、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出するものが好適に用いられる。
【００１６】
あるいは上述の検出手段として圧力検出によるもの、つまり、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出するものが用いられてもよい。なお、上述のように空気を吐出する手段としては試料吸引ポンプを兼用することができ、空気を吐出させるときはそのモータを、試料液吸引の場合とは逆回転させればよい。
【００１７】
また、本発明の測定装置においては、
前記検出手段の一つとして、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出する第１の検出手段が設けられ、
さらに前記検出手段の別のものとして、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出する第２の検出手段が設けられ、
それらの検出手段のうち第１の検出手段を先に作動させた後、その出力を利用して液体有無の判定を行い、この判定が不能であるときだけ次に第２の検出手段を作動させる液体検出処理制御手段が設けられることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の測定装置においては、測定動作に入る前に、センサチップの微小流路における液体の有無を検出し、それにより液体が有ることが検出されたときは測定動作を中止させるように構成されているので、微小流路に液体が有るセンサチップ、つまり使用済みのセンサチップを用いて測定がなされてしまうことを確実に防止可能となる。
【００１９】
なお上述の検出手段として、特に微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて液体の有無を検出するものが用いられた場合は、前述したように試料吸引ポンプを動作させて空気を吐出させる場合と比べると、液体有無の検出を迅速に実行できるようになる。したがって、このような検出手段は、多数の試料液についての測定を短時間内に行う上で有利なものであると言える。
【００２０】
一方、上述の検出手段として、微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて液体の有無を検出するものが用いられた場合は、該検出を上記のように光学的に行う場合と比べて、液体有無の検出をより正確に行うことができる。
【００２１】
そこで本発明の測定装置において特に、
前記検出手段の一つとして、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出する第１の検出手段が設けられ、
さらに検出手段の別のものとして、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出する第２の検出手段が設けられ、
それらの検出手段のうち第１の検出手段を先に作動させた後、その出力を利用して液体有無の判定を行い、この判定が不能であるときだけ次に第２の検出手段を作動させる液体検出処理制御手段が設けられた場合は、
液体の有無が容易に検出できる状況下では第１の検出手段だけを用いてこの検出を迅速に実行可能となり、第１の検出手段では液体有無の検出が難しい状況下では第２の検出手段も用いて、この検出を正確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による測定装置を示す概略構成図
【図２】上記測定装置に用いられる微小流路型センサチップを示す斜視図
【図３】図２のセンサチップにおける生体物質検出時の状態を説明する図
【図４】新しいセンサチップにおける試料液吸引の様子を説明する図
【図５】使用済みセンサチップにおける試料液吸引の様子を説明する図
【図６】図１の測定装置における、センサチップ内の液体検出に関連する処理の流れを示すフローチャート
【図７】図１の装置において微小流路を透過した検出光Ｌｄの受光量変化例を示すグラフ
【図８】図１の装置における、試料液吸引系内の圧力の変化例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による測定装置の概略構成を示すものである。本実施形態の測定装置は、先に述べた通りの微小流路型センサチップ（以下、単にセンサチップという）１０を用いて生体由来物質を検出する装置として構成されたものである。まず図２および図３も参照して、このセンサチップ１０について説明する。
【００２４】
図１および図２に示される通りセンサチップ１０は、試料液が流される微小流路１１を有する流路部材１２と、微小流路１１の一部であって、互いに特異的に結合する２つの物質のうちの一方の物質１３を壁面に固定しているセンサ部１４と、流路部材１２の上に固着された上板部材１７とを備えてなるものである。本実施形態では、抗原抗体反応においてサンドイッチ法によるアッセイを行う場合を例とし、そこで上記物質１３が、被検出物質である抗原Ａと特異的に結合する抗体であるとして説明する。
【００２５】
なお、抗体１３は直接微小流路１１の壁面に固定されてもよいが、後述するように表面プラズモンによる電場増強により蛍光を増強する場合は、この壁面の上に金属膜（図示せず）が形成され、その上に抗体１３が固定される。
【００２６】
上記上板部材１７は、図２に示されるように、上表面に開口した試料液流入口１６ａおよび試料液流出口１６ｂと、試料液流入口１６ａと微小流路１１の上流端とを連通させる開口１５ａと、試料液流出口１６ｂと微小流路１１の下流端とを連通させる開口１５ａとを有している。この上板部材１７と流路部材１２は、例えば超音波溶接により接合されている。
【００２７】
流路部材１２および上板部材１７はポリスチレン等の透明な誘電体材料からなり、射出成型によりそれぞれ成型されている。微小流路１１のサイズは、一例として幅が２ｍｍ、深さが２ｍｍ程度である。なお図１に明示される通り、本実施形態において、センサ部１４はその前後における微小流路１１よりも浅く、つまり深さが５０μｍ程度に形成されている。
【００２８】
また本例のセンサチップ１０においては、図３にも示すように、抗体１３が固定されている領域の上流側において微小流路１１の内面に、標識抗体２０が付着されている。標識抗体２０は、被検出物質に対して、前述の抗体１３とは異なるエピトープに特異的に結合する抗体２３と蛍光標識２２とから構成されたものである。ここでは蛍光標識２２として、多数の蛍光色素分子Ｆと該蛍光色素分子Ｆを内包する光透過材料２１とからなる蛍光微粒子が用いられている。
【００２９】
上記蛍光微粒子の大きさには特に制限はないが、直径数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度が好ましく、ここでは一例として直径100ｎｍのものが用いられている。光透過材料２１としては、具体的には、ポリスチレンやＳｉＯ2などが挙げられるが、蛍光色素分子Ｆを内包でき、かつ該蛍光色素分子Ｆからの蛍光を透過させて外部に放出できるものであれば特に制限されない。本例における標識抗体２０は、蛍光標識２２を、それよりも小さい抗体２３により表面修飾して構成されている。
【００３０】
次に図１に戻って測定装置について説明する。この測定装置は、上記センサチップ１０が例えば屈折率マッチングオイルを介して載置されるプリズム３０と、このプリズム３０とセンサチップ１０との界面に対して、全反射条件となる入射角で励起光Ｌ0を入射させる半導体レーザ等からなる光源３１と、センサチップ１０の試料液流出口１６ｂにノズル３２を介して一端が連通される配管３３と、この配管３３の他端に吸込口が接続された試料吸引ポンプ３４と、配管３３に介設された開放弁３５と、センサチップ１０のセンサ部１４の近傍部分から後述するようにして発せられる蛍光Ｌｆを検出する光検出器３６とを備えている。なお励起光Ｌ0は、表面プラズモンを誘起するように、上記界面に対してｐ偏光で入射させる。
【００３１】
さらにこの測定装置は、配管３３の内部圧力を検出する圧力センサ４０と、上記試料吸引ポンプ３４および開放弁３５の動作等を制御する制御部４１と、光検出器３６の光検出信号が入力される信号処理部４２と、この信号処理部４２が出力するデータを一時記憶するメモリ等からなる記憶部４３と、この記憶部４３からデータを読み出して所定の演算を行う演算部４４と、この演算部４４に接続された液晶パネル等からなる表示手段４５と、制御部４１に接続されて表示手段４５と共にユーザインターフェイスを構成する、例えばキーボードやマウス等からなる入力手段４６とを有している。
【００３２】
なお上記の説明において「○○部」と表記された要素は、それぞれ個別の回路等から構成されてもよいし、あるいはコンピュータシステムの一部として、所定のプログラムによって機能するソフトウェアから構成されてもよい。
【００３３】
さらにこの測定装置は、試料液を検出するための検出光Ｌｄを発する発光部５０と、連結部材５１を介してこの発光部５０と連結された受光部５２と、発光部５０を図中左右方向に移動自在に保持したレール５３と、装置使用者の手操作により所定の位置にセットされたセンサチップ１０を測定位置（図１に示される位置）まで送り込み、そしてこの測定位置から排出するチップ搬送手段６０とを有している。なお上記発光部５０は、検出光Ｌｄを発する例えば発光ダイオード等の発光素子とともに、レール５３に沿って往復移動する移動手段（図示せず）を内蔵している。また受光部５２は、検出光Ｌｄを検出する例えばフォトダイオード等の受光素子を内蔵している。
【００３４】
上記発光部５０および受光部５２の作動は前記制御部４１によって制御され、また受光部５２の光検出信号ＳＬは制御部４１に入力される。また、チップ搬送手段６０の作動も、制御部４１によって制御される。
【００３５】
次に、この測定装置による被検出物質の検出について説明する。ここでは一例として、血漿である試料液Ｓに含まれる可能性のある抗原Ａを検出する場合について説明する。まず、図１に示す試料液流入口１６ａに試料液Ｓが注入され、それとともに試料吸引ポンプ３４が駆動されて、試料液Ｓがセンサチップ１０の微小流路１１内に導入される。なお、この試料液Ｓの吸入については、後に詳しく説明する。また開放弁３５は、試料吸引ポンプ３４の駆動に先立って、それまでの開状態から閉状態に設定される。
【００３６】
微小流路１１に導入された試料液Ｓは、図３に模式的に示すように、該流路１１に吸着固定されている標識抗体２０と混ぜ合わされる。それにより、抗原Ａが標識抗体２０の抗体２３と結合し、さらに抗体２３と結合した抗原Ａが、センサ部１４の抗体１３と結合し、抗原Ａが抗体１３と抗体２３で挟み込まれたいわゆるサンドイッチが形成される。
【００３７】
このようにしてセンサ部１４の部分に吸着した抗原Ａは、以下の通りにして検出される。光源３１から発せられた励起光Ｌ0は、プリズム３０とセンサチップ１０の界面に対して、全反射条件となる入射角で入射する。すると、この場合は抗体１３と微小流路１１の壁面との間に介在している金属膜（図示せず）上の試料液Ｓ中にエバネッセント波が滲み出し、このエバネッセント波によって金属膜中に表面プラズモンが励起される。この表面プラズモンにより金属膜表面に電界分布が生じ、電場増強領域が形成される。
【００３８】
このとき、エバネッセント波の滲み出し領域内に蛍光標識２２が存在すると、その蛍光標識２２が励起されて蛍光Ｌｆが発生する。ここで、エバネッセント波の染み出し領域とほぼ同等の領域に存在する表面プラズモンによる電場増強効果により、蛍光Ｌｆは増強されたものとなる。光検出器３６は、この増強された蛍光Ｌｆを検出する。以上のようにして蛍光標識２２の存在を検出することは、すなわち、抗体１３と結合した抗原Ａの存在を検出することになる。
【００３９】
光検出器３６が出力する蛍光検出信号は信号処理部４２に送られ、そこで所定の時間間隔でサンプリングされ、またそのサンプリングされた信号は増幅やＡ／Ｄ変換等の処理にかけられて所定規格の蛍光測定データとされる。この蛍光測定データは、一旦記憶部４３に記憶される。演算部４４は記憶部４３から上記蛍光測定データを読み出し、それらの蛍光測定データに演算処理を加えて、最終的な測定結果として出力する。この測定結果は、例えば測定時間とそれに対応した演算値（例えばセンサ部１４における単位面積当たりの抗原Ａの固定量など）の関係等である。
【００４０】
なお微小流路１１中には、固定されている抗体１３と結合していない抗原Ａや標識抗体２０が浮遊しており、またセンサ部１４には標識抗体２０が非特異吸着している。これらを除去するため、蛍光Ｌｆの検出前に、適宜洗浄液を流路に導入するようにしてもよい。
【００４１】
また、例えば励起光Ｌ0として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、前述の金属膜として金（Ａｕ）膜を用いる場合、金属膜の厚みは５０ｎｍ±２０ｎｍが好適である。さらに好ましくは、４７ｎｍ±１０ｎｍである。なお、金属薄膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものが好ましい。
【００４２】
次に、この測定装置において、使用済みのセンサチップ１０を再使用して測定が不正になされることを防止する点について説明する。まず、この再使用がなされるときに生じる問題について、図４および図５を参照して説明する。なおこれらの図４および図５において、図１〜３中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は必要の無い限り省略する（以下、同様）。
【００４３】
図４は、新しいセンサチップ１０が使われるときの、試料液Ｓの吸引状態を示している。まず同図の（１）に示すようにセンサチップ１０の試料液流入口１６ａに試料液Ｓが注入され、それとともに試料吸引ポンプ３４が駆動されると、同図の（２）に示すように試料液Ｓが吸引されて微小流路１１内に導入される。このときの試料吸引ポンプ３４の吸入量は、試料液Ｓの前端がセンサチップ１０の試料液流出口１６ｂまでは到達しないで、微小流路１１内に留まるだけの量に設定される。したがってこの場合は、試料液Ｓが図１に示した配管３３や試料吸引ポンプ３４に進入することはない。
【００４４】
一方、センサチップ１０が使用済みのものである場合は図５の（１）に示すように、センサチップ１０の微小流路１１内に古い試料液Ｓ′が既に存在している。この状態下で試料吸引ポンプ３４が駆動されて、規定の吸入量で試料液を吸引すると、上記の古い試料液Ｓ′が試料液流出口１６ｂから流出して、配管３３や試料吸引ポンプ３４内に進入してしまうことがある。このような事態になると、測定が不正になされ、また測定装置の故障を招くことは先に詳しく説明した通りである。
【００４５】
以下、この問題を防止する点について説明する。図６は、本装置における測定操作つまり、抗原Ａの存在や存在量を検出する操作がなされるときの処理の流れを詳しく示すものであり、以下この図６を参照して説明する。まず処理が開始すると、例えば装置使用者の手操作によってセンサチップ１０が所定の供給位置にセットされ（図６のステップＳＰ１。以下同様）、次に図１の入力手段４６が操作されて、制御部４１に測定開始信号が入力される（ステップＳＰ２）。
【００４６】
すると制御部４１は、チップ搬送手段６０を作動させて、センサチップ１０を上記供給位置から図１に示す測定位置まで搬送させる（ステップＳＰ３）。次に制御部４１は、発光部５０の発光素子をＯＮ状態にさせるとともに、前述した移動手段を作動させて、それまでセンサ部１４の側方に離れた待機位置で待機していたこの発光部５０を、レール５３のほぼ全長に亘って移動させる。それにより、発光部５０の発光素子から発せられた検出光Ｌｄが、プリズム３０越しにセンサチップ１０の微小流路１１に沿って照射される（ステップＳＰ４）。
【００４７】
このとき、発光部５０とともに移動する受光部５２もＯＮ状態にされ、微小流路１１を透過した検出光Ｌｄがこの受光部５２によって受光される。発光部５０および受光部５２の移動に伴って該受光部５２から連続的に出力される光検出信号ＳＬは、制御部４１に入力される。制御部４１はこの信号を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号に基づいて透過光量値を取得する（ステップＳＰ５）。この透過光量値は例えば図７に折れ線ａ、ｂ、ｃあるいはｄで示すように、微小流路１１の長さ方向に離散した複数位置の各々を透過した検出光Ｌｄの光量を示すものとなる。
【００４８】
なお、この光量検出は、１つのセンサチップ１０について発光部５０および受光部５２を１回だけ片道移動させて行われる。つまり１回の光量検出では、図７中の１つの折れ線に沿った複数（同図の例ならば９個）の透過光量値が取得される。そしてこの透過光量値の取得後、発光部５０および受光部５２は元の待機位置に戻される。制御部４１は次に、上述のようにして取得した複数の透過光量値の標準偏差σおよび平均値ｍを算出する（ステップＳＰ６）。なお図７には、３つの折れ線ｂ、ｃおよびｄに沿った透過光量値の平均値ｍを併せて示してある。
【００４９】
次に制御部４１は、予め定めた標準偏差の閾値σ０と算出した標準偏差σとを比較し（ステップＳＰ７）、σ＜σ０であれば次にステップＳＰ８の処理を、そうでなければ次にステップＳＰ１０の処理を行う。すなわち、σ＜σ０とならないのは、例えば図７の折れ線ａに沿ったような透過光量値が取得された場合であり、このようなときは透過光量値に基づく残存試料液の検出は不可能と判断して、より正確に残存試料液を検出できるステップＳＰ１０以下の処理を行うようにしている。
【００５０】
σ＜σ０であった場合、制御部４１は次にステップＳＰ８において、透過光量値の平均値ｍと、予め記憶している所定の閾値Ｔｈ１とを比較する。なおこの閾値Ｔｈ１は例えば図７に示すようなものである。また本実施形態では、それよりも大きいもう１つの閾値Ｔｈ２も制御部４１に記憶されている。
【００５１】
ｍ＜Ｔｈ１である場合は、検出した透過光量値が明らかに低レベルであって、後述する理由により、微小流路１１に古い試料液Ｓ′は残っていないと考えられるので、制御部４１は先に述べた通常の測定動作（抗原Ａの存在や存在量を検出する操作）を開始させる（ステップＳＰ１２）。この測定動作が正常になされると、前述した通り図１の演算部４４から測定値が出力され、その測定値が表示手段４５において表示され、１つのセンサチップ１０に関する処理が終了する。なお、測定終了後のセンサチップ１０は、測定値が表示手段４５に表示されたことを確認した装置使用者が、入力手段４６から制御部４１にチップ排出指令信号を入力してチップ搬送手段６０を駆動させることにより、測定位置から排出される。あるいは、測定が終了したら自動的にチップ搬送手段６０を駆動させて、センサチップ１０を排出させてもよい。
【００５２】
上記ステップＳＰ８においてｍ＜Ｔｈ１ではないと判定された場合、制御部４１は次にステップＳＰ９において、透過光量値の平均値ｍと、閾値Ｔｈ１よりも大きい所定の閾値Ｔｈ２とを比較する。ここでＴｈ２＜ｍである場合は、検出された透過光量値が明らかに高レベルであって、微小流路１１に古い試料液Ｓ′が残っていると考えられる。つまり、微小流路１１に古い試料液Ｓ′が残っていない場合は、検出光Ｌｄが微小流路１１と流路部材１２との界面で多く反射するのに対し、古い試料液Ｓ′が残っていると検出光Ｌｄは上記界面で反射し難くなるので、より多くの検出光Ｌｄが微小流路１１を透過するようになる。
【００５３】
このようにＴｈ２＜ｍである場合、制御部４１は次にチップ搬送手段６０を駆動させて、センサチップ１０を測定位置から強制的に排出させ、測定を中止させる（ステップＳＰ１４）。制御部４１はさらに、センサチップ１０に異常が認められて測定が中止されたことを示す情報を出力し、それを表示手段４５に入力させる（ステップＳＰ１５）。そこで、表示手段４５において異常を示す表示がなされ、装置使用者はその表示を見て状況を把握することができる。
【００５４】
上記ステップＳＰ９において、Ｔｈ２＜ｍではないと判定された場合、つまり透過光量値の平均値ｍがさほど小さくもなく、そしてさほど大きくもない場合、制御部４１は、古い試料液Ｓ′の有無を検出するのは不能と判定し、次のステップＳＰ１０において、より精度の高い試料液検出を行わせる。すなわちここでは、試料吸引ポンプ３４のモータが試料液吸引の場合とは逆転され、それにより、配管３３およびノズル３２を介して微小流路１１内に向けて空気が吐出される。このとき配管３３の内部圧力（正圧）が圧力センサ４０によって検出され、その圧力検出信号Ｓｐが制御部４１に入力される。
【００５５】
圧力検出信号Ｓｐが示す上記内部圧力は、新しい正常なセンサチップ１０におけるように、その微小流路１１内に何も存在しない場合は、ほぼ一定の低い値を取り続ける。しかし微小流路１１内に古い試料液Ｓ′が存在していると、その内部圧力（正圧）値Ｐは概略図８に実線ｅで示すように変化する。つまり、微小流路１１内を上流側に進行する空気が、微小流路１１内の古い試料液Ｓ′と時間Ｔｃにおいて接すると、内部圧力値Ｐが急激に増大する。
【００５６】
そこで制御部４１は次にステップＳＰ１１において、予め定められた圧力（正圧）の閾値Ｐ０と、検出された内部圧力値Ｐとを比較し、それらの絶対値に関してＰ０＜Ｐでなければ古い試料液Ｓ′は存在しないと判断して、次に前述したステップＳＰ１２以下の処理、つまり通常の測定動作を行わせる。その一方、Ｐ０＜Ｐである場合は、微小流路１１内に古い試料液Ｓ′が存在すると考えられるので、制御部４１は次に前述したステップＳＰ１４、１５の処理を行って測定動作を中止させ、またそのときの状況を表示手段４５に表示させる。
【００５７】
なお、図８に実線ｅで示すように内部圧力が変化するとき、その微分値は同図に破線ｆで示すように変化する。したがって、上記のように内部圧力値Ｐと閾値Ｐ０とを比較する他、上記微分値と所定の閾値とを比較し、その結果に基づいて試料液Ｓ′の有無を検出することも可能である。
【００５８】
以上の説明から明らかな通り本実施形態においては、制御部４１が、本発明における制御手段および液体検出処理制御手段を構成している。また液体有無の検出を光学的に行う発光部５０、連結部材５１、受光部５２およびレール５３は、本発明における第１の検出手段を構成しており、液体有無の検出を圧力検出によって行う試料吸引ポンプ３４、配管３３、ノズル３２および圧力センサ４０は、本発明における第２の検出手段を構成している。
【００５９】
なお上述のような第１の検出手段および第２の検出手段の一方だけを設けて、それによって液体有無の検出を行うようにしてもよい。しかし本実施形態のようにすれば、液体の有無が容易に検出できる状況下では第１の検出手段だけを用いてこの検出を迅速に実行可能となり、第１の検出手段では液体有無の検出が難しい状況下では第２の検出手段も用いて、この検出を正確に行うことが可能になる。
【００６０】
なお上記の実施形態では、表面プラズモンによる電場増強を利用して蛍光強度を高めているが、通常の落射法による光照射を適用してもよい。その場合は、センサ部１４の部分に先に述べた金属膜を形成しておくことは不要になる。
【００６１】
さらに、本発明の測定装置が対象とする被検出物質（アナライト）は抗原や抗体の他、遺伝子、細胞などの固層化して観察できる生体由来物質であれば、特に制限がない。遺伝子、細胞を検出する場合は、それらに特異的に吸着する物質を微小流路の内壁に固定しておけばよい。反対に、遺伝子、細胞に特異的に吸着する物質を本発明の測定装置によって検出することも可能であり、その場合は遺伝子、細胞を微小流路の内壁に固定しておけばよい。
【００６２】
また、被検出物質、あるいは試料中で被検出物質と競合する競合物質と特異的に結合する物質は、センサ表面に直接固定されている必要はなく、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）、ＳｉＯ２等の誘電体膜、カルボキシメチルデキストラン等の高分子膜などを介して固定されていてもよい。
【００６３】
また、被検出物質、あるいはこの被検出物質と試料液中で競合する競合物質と、それと特異的に結合する物質との組合せも、上述した抗原と抗体に限られるものではなく、その他、アビジン・ビオチン反応、酵素・基質反応など、バイオアッセイに使われる反応により結合する物質の組合せが用いられる場合にも、本発明は同様に適用可能である。
【００６４】
さらに、免疫アッセイを適用する場合は、先に説明したサンドイッチアッセイだけではなく、競合法を適用することも可能である。
【００６５】
また標識物質は蛍光分子に限らず、蛍光ビーズ、金属微粒子など光応答性があるその他の物質からなるものも適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 微小流路型センサチップ
１１ 微小流路
１２ 流路部材
１３ 抗体
１４ センサ部
２０ 標識抗体
２２ 標識
２３ 抗体
３０ プリズム
３１ 光源
３２ ノズル
３３ 配管
３４ 試料吸引ポンプ
３６ 光検出器
４０ 圧力センサ
４１ 制御部
４４ 演算部
４５ 表示手段
４６ 入力手段
５０ 発光部
５１ 連結部材
５２ 受光部
５３ レール
６０ チップ搬送手段
Ａ 抗原
Ｌｄ 検出光
Ｌ0 励起光
Ｌｆ 蛍光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料液中に含まれる可能性が有る被検出物質について測定を行う装置、特に詳細には、試料液を流通させる微小流路を備えたセンサチップを用いる測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオ測定においては、抗原抗体反応などの生体分子反応を検出することにより、被検出物質である抗原（あるいは抗体）などの存在の有無、量を測定している。
【０００３】
例えば、互いに特異的に結合する２つの物質の一方（抗原、抗体、各種酵素、受容体など）を基板上に固定化し、他方の物質（これは被検出物質そのものであってもよいし、あるいは試料中で被検出物質と競合する競合物質であってもよい）を基板上に固定された固定層に結合させ、この結合反応を検出することにより、試料中における被検出物質の有無、量を測定することができる。具体的には、試料に含まれる被検出物質である抗原を検出するため、基板上にその抗原と特異的に結合する抗体を固定しておき、基板上に試料を供給することにより抗体に抗原を特異的に結合させ、次いで、抗原と特異的に結合する、標識が付与された標識抗体を添加し、抗原と結合させることにより、抗体―抗原―標識抗体の、所謂サンドイッチを形成し、標識からの信号を検出するサンドイッチ法や、標識された競合抗原を被検出物質である抗原と競合的に固定化抗体と結合させ、固定化抗体と結合した競合抗原に付与されている標識からの信号を検出する競合法などのイムノアッセイが知られている。
【０００４】
なお上記サンドイッチ法においては、被検出物質である抗原が上記「他方の物質」に相当し、競合法においては競合抗原が上記「他方の物質」に相当する。後者の競合法においては、固定化抗体と結合した競合抗原の量が多いほど、被検出物質である抗原の量が少ないという関係があるので、この関係に基づいて、競合抗原の量に対応する標識からの信号レベルにより抗原の量を求めることができる。
【０００５】
また、上述のようなバイオ測定に適用可能で、高感度かつ容易な測定法として蛍光検出法が広く用いられている。この蛍光検出法は、特定波長の光により励起されて蛍光を発する被検出物質を含むと考えられる試料に上記特定波長の励起光を照射し、そのとき蛍光を検出することによって被検出物質の存在を確認する方法である。また、被検出物質が蛍光体ではない場合、蛍光色素で標識されて被検出物質と特異的に結合する物質を試料に接触させ、その後上記と同様にして蛍光を検出することにより、この結合すなわち被検出物質の存在を確認することも広くなされている。
【０００６】
さらに、このような蛍光検出法において、感度を向上させるため、プラズモン共鳴による電場増強の効果を利用する方法が特許文献１などに提案されている。この方法は、透明な支持体上の所定領域に金属層を設けたセンサチップを用い、支持体と金属膜との界面に対して支持体の金属層形成面と反対の面側から、全反射角以上の入射角で励起光を入射させ、この励起光の照射により金属層に表面プラズモンを生じさせ、その電場増強作用によって蛍光を増強させることにより、Ｓ／Ｎを向上させるものである。
【０００７】
以上述べたようなバイオ測定においては測定時間の短縮化が望まれており、そこで、センサ部における反応を効率良く生じさせて、測定時間の短縮を図る方法が種々提案されている。例えば特許文献２には、交換自在の微小流路（マイクロ流路）型のセンサチップを用い、試料液を一定の高速で流下させることにより測定の高速化を図ることが提案されている。この種のセンサチップは、上述した蛍光検出による被検出物質の検出や定量分析を行うために適用することも可能である。
【０００８】
この交換自在のセンサチップは、多くの場合、使い捨ての形で使用されている。またこのセンサチップを用いて被検出物質の検出や定量分析を行う測定装置においては一般に、例えば特許文献３に記載されているように、微小流路に接続させた配管を介してポンプにより試料液を吸引して、微小流路中に流通させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３０７１４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１０１２２１号公報
【特許文献３】特開２００８−１２８９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように使い捨てされるべきセンサチップが誤って再使用されると、測定結果が不正なものとなる、測定装置が故障する、といった問題が生じる。以下、この点について詳しく説明する。
【００１１】
前述したポンプの吸引量は、センサチップの試料液供給口に滴下されてから吸引された試料液が、センサチップ内の微小流路内に留まるだけの量に設定される。しかし、再使用センサチップにおいて残っている試料液は、前回の測定時に吸引されて微小流路の下流端近くまで進んでいるので、このような状態になっている再使用センサチップに対して試料液吸引操作がなされると、残っていた古い試料液が、吸引ポンプに接続している配管内や、最悪の場合は吸引ポンプ内まで進入してしまう。こうして吸引経路に進入した古い試料液は吸引異常を引き起こして、測定に供すべき新しい試料液が微小流路内のセンサ部に到達できない等の事態を招き、その場合は測定が不正になされてしまう。
【００１２】
さらに、上記の配管やポンプ内に古い試料液が残っていると、再使用センサチップに代えて次の新しいセンサチップが用いられた際にも、正しい測定が不可能になる。また、こうして古い試料液が残ってしまった測定装置は、常に吸引異常が発生する故障品となってしまう。
【００１３】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、使用済みのセンサチップを再使用して測定を行ってしまうことを防止できる測定装置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】
【００１４】
本発明による測定装置は、
前述したように試料液を流通させる微小流路が設けられ、この微小流路内の一部に、試料液中の物質と特異的に結合する物質を固定したセンサ部が配設されてなる交換自在のセンサチップを用い、
前記微小流路に接続させた配管を介してポンプにより試料液を吸引して流通させ、その試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、
測定動作に入る前に、前記微小流路における液体の有無を検出する検出手段と、
この検出手段により液体が有ることが検出されたとき、測定動作を中止させる制御手段とが設けられたことを特徴とするものである。
【００１５】
なお上述の検出手段としては光検出によるもの、つまり、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出するものが好適に用いられる。
【００１６】
あるいは上述の検出手段として圧力検出によるもの、つまり、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出するものが用いられてもよい。なお、上述のように空気を吐出する手段としては試料吸引ポンプを兼用することができ、空気を吐出させるときはそのモータを、試料液吸引の場合とは逆回転させればよい。
【００１７】
また、本発明の測定装置においては、
前記検出手段の一つとして、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出する第１の検出手段が設けられ、
さらに前記検出手段の別のものとして、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出する第２の検出手段が設けられ、
それらの検出手段のうち第１の検出手段を先に作動させた後、その出力を利用して液体有無の判定を行い、この判定が不能であるときだけ次に第２の検出手段を作動させる液体検出処理制御手段が設けられることが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の測定装置においては、測定動作に入る前に、センサチップの微小流路における液体の有無を検出し、それにより液体が有ることが検出されたときは測定動作を中止させるように構成されているので、微小流路に液体が有るセンサチップ、つまり使用済みのセンサチップを用いて測定がなされてしまうことを確実に防止可能となる。
【００１９】
なお上述の検出手段として、特に微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて液体の有無を検出するものが用いられた場合は、前述したように試料吸引ポンプを動作させて空気を吐出させる場合と比べると、液体有無の検出を迅速に実行できるようになる。したがって、このような検出手段は、多数の試料液についての測定を短時間内に行う上で有利なものであると言える。
【００２０】
一方、上述の検出手段として、微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて液体の有無を検出するものが用いられた場合は、該検出を上記のように光学的に行う場合と比べて、液体有無の検出をより正確に行うことができる。
【００２１】
そこで本発明の測定装置において特に、
前記検出手段の一つとして、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出する第１の検出手段が設けられ、
さらに検出手段の別のものとして、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出する第２の検出手段が設けられ、
それらの検出手段のうち第１の検出手段を先に作動させた後、その出力を利用して液体有無の判定を行い、この判定が不能であるときだけ次に第２の検出手段を作動させる液体検出処理制御手段が設けられた場合は、
液体の有無が容易に検出できる状況下では第１の検出手段だけを用いてこの検出を迅速に実行可能となり、第１の検出手段では液体有無の検出が難しい状況下では第２の検出手段も用いて、この検出を正確に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態による測定装置を示す概略構成図
【図２】上記測定装置に用いられる微小流路型センサチップを示す斜視図
【図３】図２のセンサチップにおける生体物質検出時の状態を説明する図
【図４】新しいセンサチップにおける試料液吸引の様子を説明する図
【図５】使用済みセンサチップにおける試料液吸引の様子を説明する図
【図６】図１の測定装置における、センサチップ内の液体検出に関連する処理の流れを示すフローチャート
【図７】図１の装置において微小流路を透過した検出光Ｌｄの受光量変化例を示すグラフ
【図８】図１の装置における、試料液吸引系内の圧力の変化例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による測定装置の概略構成を示すものである。本実施形態の測定装置は、先に述べた通りの微小流路型センサチップ（以下、単にセンサチップという）１０を用いて生体由来物質を検出する装置として構成されたものである。まず図２および図３も参照して、このセンサチップ１０について説明する。
【００２４】
図１および図２に示される通りセンサチップ１０は、試料液が流される微小流路１１を有する流路部材１２と、微小流路１１の一部であって、互いに特異的に結合する２つの物質のうちの一方の物質１３を壁面に固定しているセンサ部１４と、流路部材１２の上に固着された上板部材１７とを備えてなるものである。本実施形態では、抗原抗体反応においてサンドイッチ法によるアッセイを行う場合を例とし、そこで上記物質１３が、被検出物質である抗原Ａと特異的に結合する抗体であるとして説明する。
【００２５】
なお、抗体１３は直接微小流路１１の壁面に固定されてもよいが、後述するように表面プラズモンによる電場増強により蛍光を増強する場合は、この壁面の上に金属膜（図示せず）が形成され、その上に抗体１３が固定される。
【００２６】
上記上板部材１７は、図２に示されるように、上表面に開口した試料液流入口１６ａおよび試料液流出口１６ｂと、試料液流入口１６ａと微小流路１１の上流端とを連通させる開口１５ａと、試料液流出口１６ｂと微小流路１１の下流端とを連通させる開口１５ａとを有している。この上板部材１７と流路部材１２は、例えば超音波溶接により接合されている。
【００２７】
流路部材１２および上板部材１７はポリスチレン等の透明な誘電体材料からなり、射出成型によりそれぞれ成型されている。微小流路１１のサイズは、一例として幅が２ｍｍ、深さが２ｍｍ程度である。なお図１に明示される通り、本実施形態において、センサ部１４はその前後における微小流路１１よりも浅く、つまり深さが５０μｍ程度に形成されている。
【００２８】
また本例のセンサチップ１０においては、図３にも示すように、抗体１３が固定されている領域の上流側において微小流路１１の内面に、標識抗体２０が付着されている。標識抗体２０は、被検出物質に対して、前述の抗体１３とは異なるエピトープに特異的に結合する抗体２３と蛍光標識２２とから構成されたものである。ここでは蛍光標識２２として、多数の蛍光色素分子Ｆと該蛍光色素分子Ｆを内包する光透過材料２１とからなる蛍光微粒子が用いられている。
【００２９】
上記蛍光微粒子の大きさには特に制限はないが、直径数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度が好ましく、ここでは一例として直径100ｎｍのものが用いられている。光透過材料２１としては、具体的には、ポリスチレンやＳｉＯ2などが挙げられるが、蛍光色素分子Ｆを内包でき、かつ該蛍光色素分子Ｆからの蛍光を透過させて外部に放出できるものであれば特に制限されない。本例における標識抗体２０は、蛍光標識２２を、それよりも小さい抗体２３により表面修飾して構成されている。
【００３０】
次に図１に戻って測定装置について説明する。この測定装置は、上記センサチップ１０が例えば屈折率マッチングオイルを介して載置されるプリズム３０と、このプリズム３０とセンサチップ１０との界面に対して、全反射条件となる入射角で励起光Ｌ0を入射させる半導体レーザ等からなる光源３１と、センサチップ１０の試料液流出口１６ｂにノズル３２を介して一端が連通される配管３３と、この配管３３の他端に吸込口が接続された試料吸引ポンプ３４と、配管３３に介設された開放弁３５と、センサチップ１０のセンサ部１４の近傍部分から後述するようにして発せられる蛍光Ｌｆを検出する光検出器３６とを備えている。なお励起光Ｌ0は、表面プラズモンを誘起するように、上記界面に対してｐ偏光で入射させる。
【００３１】
さらにこの測定装置は、配管３３の内部圧力を検出する圧力センサ４０と、上記試料吸引ポンプ３４および開放弁３５の動作等を制御する制御部４１と、光検出器３６の光検出信号が入力される信号処理部４２と、この信号処理部４２が出力するデータを一時記憶するメモリ等からなる記憶部４３と、この記憶部４３からデータを読み出して所定の演算を行う演算部４４と、この演算部４４に接続された液晶パネル等からなる表示手段４５と、制御部４１に接続されて表示手段４５と共にユーザインターフェイスを構成する、例えばキーボードやマウス等からなる入力手段４６とを有している。
【００３２】
なお上記の説明において「○○部」と表記された要素は、それぞれ個別の回路等から構成されてもよいし、あるいはコンピュータシステムの一部として、所定のプログラムによって機能するソフトウェアから構成されてもよい。
【００３３】
さらにこの測定装置は、試料液を検出するための検出光Ｌｄを発する発光部５０と、連結部材５１を介してこの発光部５０と連結された受光部５２と、発光部５０を図中左右方向に移動自在に保持したレール５３と、装置使用者の手操作により所定の位置にセットされたセンサチップ１０を測定位置（図１に示される位置）まで送り込み、そしてこの測定位置から排出するチップ搬送手段６０とを有している。なお上記発光部５０は、検出光Ｌｄを発する例えば発光ダイオード等の発光素子とともに、レール５３に沿って往復移動する移動手段（図示せず）を内蔵している。また受光部５２は、検出光Ｌｄを検出する例えばフォトダイオード等の受光素子を内蔵している。
【００３４】
上記発光部５０および受光部５２の作動は前記制御部４１によって制御され、また受光部５２の光検出信号ＳＬは制御部４１に入力される。また、チップ搬送手段６０の作動も、制御部４１によって制御される。
【００３５】
次に、この測定装置による被検出物質の検出について説明する。ここでは一例として、血漿である試料液Ｓに含まれる可能性のある抗原Ａを検出する場合について説明する。まず、図１に示す試料液流入口１６ａに試料液Ｓが注入され、それとともに試料吸引ポンプ３４が駆動されて、試料液Ｓがセンサチップ１０の微小流路１１内に導入される。なお、この試料液Ｓの吸入については、後に詳しく説明する。また開放弁３５は、試料吸引ポンプ３４の駆動に先立って、それまでの開状態から閉状態に設定される。
【００３６】
微小流路１１に導入された試料液Ｓは、図３に模式的に示すように、該流路１１に吸着固定されている標識抗体２０と混ぜ合わされる。それにより、抗原Ａが標識抗体２０の抗体２３と結合し、さらに抗体２３と結合した抗原Ａが、センサ部１４の抗体１３と結合し、抗原Ａが抗体１３と抗体２３で挟み込まれたいわゆるサンドイッチが形成される。
【００３７】
このようにしてセンサ部１４の部分に吸着した抗原Ａは、以下の通りにして検出される。光源３１から発せられた励起光Ｌ0は、プリズム３０とセンサチップ１０の界面に対して、全反射条件となる入射角で入射する。すると、この場合は抗体１３と微小流路１１の壁面との間に介在している金属膜（図示せず）上の試料液Ｓ中にエバネッセント波が滲み出し、このエバネッセント波によって金属膜中に表面プラズモンが励起される。この表面プラズモンにより金属膜表面に電界分布が生じ、電場増強領域が形成される。
【００３８】
このとき、エバネッセント波の滲み出し領域内に蛍光標識２２が存在すると、その蛍光標識２２が励起されて蛍光Ｌｆが発生する。ここで、エバネッセント波の染み出し領域とほぼ同等の領域に存在する表面プラズモンによる電場増強効果により、蛍光Ｌｆは増強されたものとなる。光検出器３６は、この増強された蛍光Ｌｆを検出する。以上のようにして蛍光標識２２の存在を検出することは、すなわち、抗体１３と結合した抗原Ａの存在を検出することになる。
【００３９】
光検出器３６が出力する蛍光検出信号は信号処理部４２に送られ、そこで所定の時間間隔でサンプリングされ、またそのサンプリングされた信号は増幅やＡ／Ｄ変換等の処理にかけられて所定規格の蛍光測定データとされる。この蛍光測定データは、一旦記憶部４３に記憶される。演算部４４は記憶部４３から上記蛍光測定データを読み出し、それらの蛍光測定データに演算処理を加えて、最終的な測定結果として出力する。この測定結果は、例えば測定時間とそれに対応した演算値（例えばセンサ部１４における単位面積当たりの抗原Ａの固定量など）の関係等である。
【００４０】
なお微小流路１１中には、固定されている抗体１３と結合していない抗原Ａや標識抗体２０が浮遊しており、またセンサ部１４には標識抗体２０が非特異吸着している。これらを除去するため、蛍光Ｌｆの検出前に、適宜洗浄液を流路に導入するようにしてもよい。
【００４１】
また、例えば励起光Ｌ0として７８０ｎｍに中心波長を有するレーザ光を用い、前述の金属膜として金（Ａｕ）膜を用いる場合、金属膜の厚みは５０ｎｍ±２０ｎｍが好適である。さらに好ましくは、４７ｎｍ±１０ｎｍである。なお、金属薄膜は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびこれらの合金からなる群より選択される少なくとも１種の金属を主成分とするものが好ましい。
【００４２】
次に、この測定装置において、使用済みのセンサチップ１０を再使用して測定が不正になされることを防止する点について説明する。まず、この再使用がなされるときに生じる問題について、図４および図５を参照して説明する。なおこれらの図４および図５において、図１〜３中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は必要の無い限り省略する（以下、同様）。
【００４３】
図４は、新しいセンサチップ１０が使われるときの、試料液Ｓの吸引状態を示している。まず同図の（１）に示すようにセンサチップ１０の試料液流入口１６ａに試料液Ｓが注入され、それとともに試料吸引ポンプ３４が駆動されると、同図の（２）に示すように試料液Ｓが吸引されて微小流路１１内に導入される。このときの試料吸引ポンプ３４の吸入量は、試料液Ｓの前端がセンサチップ１０の試料液流出口１６ｂまでは到達しないで、微小流路１１内に留まるだけの量に設定される。したがってこの場合は、試料液Ｓが図１に示した配管３３や試料吸引ポンプ３４に進入することはない。
【００４４】
一方、センサチップ１０が使用済みのものである場合は図５の（１）に示すように、センサチップ１０の微小流路１１内に古い試料液Ｓ′が既に存在している。この状態下で試料吸引ポンプ３４が駆動されて、規定の吸入量で試料液を吸引すると、上記の古い試料液Ｓ′が試料液流出口１６ｂから流出して、配管３３や試料吸引ポンプ３４内に進入してしまうことがある。このような事態になると、測定が不正になされ、また測定装置の故障を招くことは先に詳しく説明した通りである。
【００４５】
以下、この問題を防止する点について説明する。図６は、本装置における測定操作つまり、抗原Ａの存在や存在量を検出する操作がなされるときの処理の流れを詳しく示すものであり、以下この図６を参照して説明する。まず処理が開始すると、例えば装置使用者の手操作によってセンサチップ１０が所定の供給位置にセットされ（図６のステップＳＰ１。以下同様）、次に図１の入力手段４６が操作されて、制御部４１に測定開始信号が入力される（ステップＳＰ２）。
【００４６】
すると制御部４１は、チップ搬送手段６０を作動させて、センサチップ１０を上記供給位置から図１に示す測定位置まで搬送させる（ステップＳＰ３）。次に制御部４１は、発光部５０の発光素子をＯＮ状態にさせるとともに、前述した移動手段を作動させて、それまでセンサ部１４の側方に離れた待機位置で待機していたこの発光部５０を、レール５３のほぼ全長に亘って移動させる。それにより、発光部５０の発光素子から発せられた検出光Ｌｄが、プリズム３０越しにセンサチップ１０の微小流路１１に沿って照射される（ステップＳＰ４）。
【００４７】
このとき、発光部５０とともに移動する受光部５２もＯＮ状態にされ、微小流路１１を透過した検出光Ｌｄがこの受光部５２によって受光される。発光部５０および受光部５２の移動に伴って該受光部５２から連続的に出力される光検出信号ＳＬは、制御部４１に入力される。制御部４１はこの信号を所定の時間間隔でサンプリングし、サンプリングした信号に基づいて透過光量値を取得する（ステップＳＰ５）。この透過光量値は例えば図７に折れ線ａ、ｂ、ｃあるいはｄで示すように、微小流路１１の長さ方向に離散した複数位置の各々を透過した検出光Ｌｄの光量を示すものとなる。
【００４８】
なお、この光量検出は、１つのセンサチップ１０について発光部５０および受光部５２を１回だけ片道移動させて行われる。つまり１回の光量検出では、図７中の１つの折れ線に沿った複数（同図の例ならば９個）の透過光量値が取得される。そしてこの透過光量値の取得後、発光部５０および受光部５２は元の待機位置に戻される。制御部４１は次に、上述のようにして取得した複数の透過光量値の標準偏差σおよび平均値ｍを算出する（ステップＳＰ６）。なお図７には、３つの折れ線ｂ、ｃおよびｄに沿った透過光量値の平均値ｍを併せて示してある。
【００４９】
次に制御部４１は、予め定めた標準偏差の閾値σ０と算出した標準偏差σとを比較し（ステップＳＰ７）、σ＜σ０であれば次にステップＳＰ８の処理を、そうでなければ次にステップＳＰ１０の処理を行う。すなわち、σ＜σ０とならないのは、例えば図７の折れ線ａに沿ったような透過光量値が取得された場合であり、このようなときは透過光量値に基づく残存試料液の検出は不可能と判断して、より正確に残存試料液を検出できるステップＳＰ１０以下の処理を行うようにしている。
【００５０】
σ＜σ０であった場合、制御部４１は次にステップＳＰ８において、透過光量値の平均値ｍと、予め記憶している所定の閾値Ｔｈ１とを比較する。なおこの閾値Ｔｈ１は例えば図７に示すようなものである。また本実施形態では、それよりも大きいもう１つの閾値Ｔｈ２も制御部４１に記憶されている。
【００５１】
ｍ＜Ｔｈ１である場合は、検出した透過光量値が明らかに低レベルであって、後述する理由により、微小流路１１に古い試料液Ｓ′は残っていないと考えられるので、制御部４１は先に述べた通常の測定動作（抗原Ａの存在や存在量を検出する操作）を開始させる（ステップＳＰ１２）。この測定動作が正常になされると、前述した通り図１の演算部４４から測定値が出力され、その測定値が表示手段４５において表示され、１つのセンサチップ１０に関する処理が終了する。なお、測定終了後のセンサチップ１０は、測定値が表示手段４５に表示されたことを確認した装置使用者が、入力手段４６から制御部４１にチップ排出指令信号を入力してチップ搬送手段６０を駆動させることにより、測定位置から排出される。あるいは、測定が終了したら自動的にチップ搬送手段６０を駆動させて、センサチップ１０を排出させてもよい。
【００５２】
上記ステップＳＰ８においてｍ＜Ｔｈ１ではないと判定された場合、制御部４１は次にステップＳＰ９において、透過光量値の平均値ｍと、閾値Ｔｈ１よりも大きい所定の閾値Ｔｈ２とを比較する。ここでＴｈ２＜ｍである場合は、検出された透過光量値が明らかに高レベルであって、微小流路１１に古い試料液Ｓ′が残っていると考えられる。つまり、微小流路１１に古い試料液Ｓ′が残っていない場合は、検出光Ｌｄが微小流路１１と流路部材１２との界面で多く反射するのに対し、古い試料液Ｓ′が残っていると検出光Ｌｄは上記界面で反射し難くなるので、より多くの検出光Ｌｄが微小流路１１を透過するようになる。
【００５３】
このようにＴｈ２＜ｍである場合、制御部４１は次にチップ搬送手段６０を駆動させて、センサチップ１０を測定位置から強制的に排出させ、測定を中止させる（ステップＳＰ１４）。制御部４１はさらに、センサチップ１０に異常が認められて測定が中止されたことを示す情報を出力し、それを表示手段４５に入力させる（ステップＳＰ１５）。そこで、表示手段４５において異常を示す表示がなされ、装置使用者はその表示を見て状況を把握することができる。
【００５４】
上記ステップＳＰ９において、Ｔｈ２＜ｍではないと判定された場合、つまり透過光量値の平均値ｍがさほど小さくもなく、そしてさほど大きくもない場合、制御部４１は、古い試料液Ｓ′の有無を検出するのは不能と判定し、次のステップＳＰ１０において、より精度の高い試料液検出を行わせる。すなわちここでは、試料吸引ポンプ３４のモータが試料液吸引の場合とは逆転され、それにより、配管３３およびノズル３２を介して微小流路１１内に向けて空気が吐出される。このとき配管３３の内部圧力（正圧）が圧力センサ４０によって検出され、その圧力検出信号Ｓｐが制御部４１に入力される。
【００５５】
圧力検出信号Ｓｐが示す上記内部圧力は、新しい正常なセンサチップ１０におけるように、その微小流路１１内に何も存在しない場合は、ほぼ一定の低い値を取り続ける。しかし微小流路１１内に古い試料液Ｓ′が存在していると、その内部圧力（正圧）値Ｐは概略図８に実線ｅで示すように変化する。つまり、微小流路１１内を上流側に進行する空気が、微小流路１１内の古い試料液Ｓ′と時間Ｔｃにおいて接すると、内部圧力値Ｐが急激に増大する。
【００５６】
そこで制御部４１は次にステップＳＰ１１において、予め定められた圧力（正圧）の閾値Ｐ０と、検出された内部圧力値Ｐとを比較し、それらの絶対値に関してＰ０＜Ｐでなければ古い試料液Ｓ′は存在しないと判断して、次に前述したステップＳＰ１２以下の処理、つまり通常の測定動作を行わせる。その一方、Ｐ０＜Ｐである場合は、微小流路１１内に古い試料液Ｓ′が存在すると考えられるので、制御部４１は次に前述したステップＳＰ１４、１５の処理を行って測定動作を中止させ、またそのときの状況を表示手段４５に表示させる。
【００５７】
なお、図８に実線ｅで示すように内部圧力が変化するとき、その微分値は同図に破線ｆで示すように変化する。したがって、上記のように内部圧力値Ｐと閾値Ｐ０とを比較する他、上記微分値と所定の閾値とを比較し、その結果に基づいて試料液Ｓ′の有無を検出することも可能である。
【００５８】
以上の説明から明らかな通り本実施形態においては、制御部４１が、本発明における制御手段および液体検出処理制御手段を構成している。また液体有無の検出を光学的に行う発光部５０、連結部材５１、受光部５２およびレール５３は、本発明における第１の検出手段を構成しており、液体有無の検出を圧力検出によって行う試料吸引ポンプ３４、配管３３、ノズル３２および圧力センサ４０は、本発明における第２の検出手段を構成している。
【００５９】
なお上述のような第１の検出手段および第２の検出手段の一方だけを設けて、それによって液体有無の検出を行うようにしてもよい。しかし本実施形態のようにすれば、液体の有無が容易に検出できる状況下では第１の検出手段だけを用いてこの検出を迅速に実行可能となり、第１の検出手段では液体有無の検出が難しい状況下では第２の検出手段も用いて、この検出を正確に行うことが可能になる。
【００６０】
なお上記の実施形態では、表面プラズモンによる電場増強を利用して蛍光強度を高めているが、通常の落射法による光照射を適用してもよい。その場合は、センサ部１４の部分に先に述べた金属膜を形成しておくことは不要になる。
【００６１】
さらに、本発明の測定装置が対象とする被検出物質（アナライト）は抗原や抗体の他、遺伝子、細胞などの固層化して観察できる生体由来物質であれば、特に制限がない。遺伝子、細胞を検出する場合は、それらに特異的に吸着する物質を微小流路の内壁に固定しておけばよい。反対に、遺伝子、細胞に特異的に吸着する物質を本発明の測定装置によって検出することも可能であり、その場合は遺伝子、細胞を微小流路の内壁に固定しておけばよい。
【００６２】
また、被検出物質、あるいは試料中で被検出物質と競合する競合物質と特異的に結合する物質は、センサ表面に直接固定されている必要はなく、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ）、ＳｉＯ２等の誘電体膜、カルボキシメチルデキストラン等の高分子膜などを介して固定されていてもよい。
【００６３】
また、被検出物質、あるいはこの被検出物質と試料液中で競合する競合物質と、それと特異的に結合する物質との組合せも、上述した抗原と抗体に限られるものではなく、その他、アビジン・ビオチン反応、酵素・基質反応など、バイオアッセイに使われる反応により結合する物質の組合せが用いられる場合にも、本発明は同様に適用可能である。
【００６４】
さらに、免疫アッセイを適用する場合は、先に説明したサンドイッチアッセイだけではなく、競合法を適用することも可能である。
【００６５】
また標識物質は蛍光分子に限らず、蛍光ビーズ、金属微粒子など光応答性があるその他の物質からなるものも適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 微小流路型センサチップ
１１ 微小流路
１２ 流路部材
１３ 抗体
１４ センサ部
２０ 標識抗体
２２ 標識
２３ 抗体
３０ プリズム
３１ 光源
３２ ノズル
３３ 配管
３４ 試料吸引ポンプ
３６ 光検出器
４０ 圧力センサ
４１ 制御部
４４ 演算部
４５ 表示手段
４６ 入力手段
５０ 発光部
５１ 連結部材
５２ 受光部
５３ レール
６０ チップ搬送手段
Ａ 抗原
Ｌｄ 検出光
Ｌ0 励起光
Ｌｆ 蛍光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液を流通させる微小流路が設けられ、この微小流路内の一部に、試料液中の物質と特異的に結合する物質を固定したセンサ部が配設されてなる交換自在のセンサチップを用い、
前記微小流路に接続させた配管を介してポンプにより試料液を吸引して流通させ、その試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、
測定動作に入る前に、前記微小流路における液体の有無を検出する検出手段と、
この検出手段により液体が有ることが検出されたとき、測定動作を中止させる制御手段とが設けられたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記検出手段が、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記検出手段が、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
前記検出手段の一つとして、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出する第１の検出手段が設けられ、
前記検出手段の別のものとして、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出する第２の検出手段が設けられ、
それらの検出手段のうち第１の検出手段を先に作動させた後、その出力を利用して液体有無の判定を行い、この判定が不能であるときだけ次に第２の検出手段を作動させる液体検出処理制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項１】
試料液を流通させる微小流路が設けられ、この微小流路内の一部に、試料液中の物質と特異的に結合する物質を固定したセンサ部が配設されてなる交換自在のセンサチップを用い、
前記微小流路に接続させた配管を介してポンプにより試料液を吸引して流通させ、その試料液中に含まれ得る被検出物質に関する測定を行う測定装置において、
測定動作に入る前に、前記微小流路における液体の有無を検出する検出手段と、
この検出手段により液体が有ることが検出されたとき、測定動作を中止させる制御手段とが設けられたことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記検出手段が、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記検出手段が、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項４】
前記検出手段の一つとして、前記微小流路に光を照射し、該微小流路を透過した光を検出し、その検出光量に基づいて前記液体の有無を検出する第１の検出手段が設けられ、
前記検出手段の別のものとして、前記微小流路内に向けて空気を吐出し、そのとき該微小流路から戻って来る空気の圧力を検出し、その検出圧力に基づいて前記液体の有無を検出する第２の検出手段が設けられ、
それらの検出手段のうち第１の検出手段を先に作動させた後、その出力を利用して液体有無の判定を行い、この判定が不能であるときだけ次に第２の検出手段を作動させる液体検出処理制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０９０３７（Ｐ２０１１−２０９０３７Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７５６４６（Ｐ２０１０−７５６４６）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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