説明

生体サンプル分析装置

【課題】検出流路に塵埃が付着した生体サンプル分析プレートを使用しても生体サンプルを正確に検出できる生体サンプル分析装置を提供する。
【解決手段】生体サンプルを分析するための生体サンプル分析プレートと、前記生体サンプル分析プレートを回転させる回転手段と、前記生体サンプル分析プレートの測定面を照射するための塵埃検出用光源と、前記測定面よりの反射光を検出するための光検出器と、
前記光検出器からの検出信号が所定の閾値よりも大であれば塵埃検出信号を出力する塵埃検出器と、前記生体サンプル分析プレートの測定面の塵埃を除去する塵埃除去手段と、前記生体サンプル分析プレートの測定前に前記塵埃検出器信号が入力されたときに塵埃除去手段に塵埃除去指示を行なう塵埃制御部と、を備えた生体サンプル分析装置。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、蛍光標識を利用してDNAやタンパクその他の生体サンプルを検出して分析する生体サンプル分析装置に関し、特に、検出流路に付着した塵埃の有無を判別、除去することで、正確に生体サンプル検出を行う装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、DNAやタンパク質などの生体サンプルを検出する手法として、蛍光標識を利用する蛍光検出法が採用されている。励起光源や光学フィルタや受光素子等からなる光学ユニットにより、ラジオアイソトープを使わず、安全、安価に生体サンプルの測定が可能であることから、蛍光検出法は酵素免疫測定、電気泳動、共焦点走査型蛍光顕微鏡法など、様々な生体サンプルの検出に応用されている。
【0003】
蛍光検出法は、励起光を照射することで生体サンプルに標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出することで生体サンプルの有無や量を測定する方法である。例えばCy5は波長635nmの励起光に対して、波長670nmの蛍光を発する蛍光標識である。Cy5を標識した生体サンプルを検出するためには、生体サンプルへ635nmの励起光を照射し、生体サンプルからの光を670nm付近の光のみ透過する光学フィルタを介して受光素子で検出する。蛍光標識には様々なものがあり、それぞれ蛍光標識の励起波長と蛍光波長に対応した励起光源と光学フィルタを選定することで、様々な蛍光標識を標識した生体サンプルを検出できる。
【0004】
蛍光検出を行う場合、生体サンプルを支持する基板やセルが必要であるが、生体サンプルが微量な場合でも測定できるように微細な流路を形成した生体サンプル分析プレートと、前記生体サンプル分析プレートを用いて検出を行う生体サンプル分析装置が出てきている。
【0005】
この生体サンプル分析装置によれば、緩衝液と生体サンプルを注入した生体サンプル分析プレートを装置に装着すると、高速モータにより生体サンプル分析プレートを回転させて生体サンプル分析プレート内の密閉流路の一部へ緩衝液を充填し、前記緩衝液に対して生体サンプルを定量添加する。その後、緩衝液に所定の電位勾配をかけて生体サンプルを電気泳動させ、泳道中の生体サンプルに励起光を照射して蛍光の強度分布を検出することにより、生体サンプルの泳道状態を観察することができる(例えば、特許文献1参照。)。
【特許文献1】特開2007−187586号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来の生体サンプル分析装置では生体サンプル分析プレートの検出流路に塵埃が付着すると、生体サンプルに照射した励起光が塵埃により阻害されるため、生体サンプルの検出感度が低下する。そのため生体サンプルを正確に分析することができないという課題を有していた。
【0007】
本発明は、前述した問題を解決するためになされたものであり、検出流路に塵埃が付着した生体サンプル分析プレートを使用しても生体サンプルの正確な検出が得られる生体サンプル分析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】
【0008】
前記従来の課題を解決するために、本発明の生体サンプル分析装置は、生体サンプルを分析するための生体サンプル分析プレートと、前記生体サンプル分析プレートを回転させる回転手段と、前記生体サンプル分析プレートの測定面を照射するための塵埃検出用光源と、前記測定面よりの反射光を検出するための光検出器と、前記光検出器からの検出信号が所定の閾値よりも大であれば塵埃検出信号を出力する塵埃検出器と、前記生体サンプル分析プレートの測定面の塵埃を除去する塵埃除去手段と、前記生体サンプル分析プレートの測定前に前記塵埃検出器信号が入力されたときに塵埃除去手段に塵埃除去指示を行なう塵埃制御部と、を備えたことを特徴としたものである。
【発明の効果】
【0009】
本発明の生体サンプル分析装置によれば、検出流路に塵埃が付着した生体サンプル分析プレートを使用しても生体サンプルの検出感度が低下することなく正確に生体サンプルの検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下に、本発明の生体サンプル分析装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【0011】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1で使用する生体サンプル分析プレートの構成図である。生体サンプル分析プレート100は基板101とフィルム102から構成されており、微細な溝を形成させた基板101にフィルム102を貼り付けることで8つの独立した検出流路103a〜103hを形成している。本実施例では生体サンプルを検出流路103a〜103hで電気泳動させ、その移動度を測定して生体サンプルの分析を行う。検出流路103a〜103hは中心孔104を中心に同心円状に配置されているので、生体サンプル分析プレート100を回転させると1つの蛍光検出器で検出流路103a〜103hをスキャンすることができる。ここで基板101は光が透過しないよう黒色など不透明なものが良く、フィルム102は密閉流路中の蛍光を検出するためにできるだけ薄く、光の透過性の良いものが好ましい。また、生体サンプル分析プレート100のフィルム面は光を当てた時に散乱しないようにできるだけ滑らかな平面であるのが好ましい。
【0012】
図2は、本発明の実施の形態1における生体サンプル分析装置の主要な部分を示した構成図である。生体サンプル分析プレート100はフィルム面を蛍光検出器200へ向けて生体サンプル分析装置へ装着させている。本発明の生体サンプル分析装置は、生体サンプル分析プレートを回転させる機能と、生体サンプルに修飾させた蛍光を検出する機能と、検出流路に付着した塵埃を検出、除去する機能とを有する。
【0013】
まず、回転機能を有する部分から説明する。生体サンプル分析プレート100を回転軸1とクランパ2とで保持し、モータ3で回転軸1を回転させ、保持している生体サンプル分析プレート100を回転させる。モータ3の回転数は、コントローラ4よりモータ制御回路5に対して設定し、モータ3の回転数の制御を行う。また、生体サンプル分析プレート100が1回転したかどうかの確認にはインデックスセンサ6からの信号を用いる。インデックスセンサ6からの信号は回転軸1が1回転すると1個のパルスを発生し、インデックス検出回路7で2値化されコントローラ4へ信号が送られる。後に蛍光検出機能の部分については説明を行うが、蛍光検出を行う際にインデックスセンサ6の検出位置からスキャン動作を行うことで生体サンプル分析プレート100の検出流路103a〜103hのうち、どの検出流路をスキャンしているかの特定を行うこともできる。
【0014】
次に、蛍光を検出する機能を有する部分について説明を行う。本発明の実施の形態1においては、生体サンプルに標識させた蛍光標識がCy5であるとする。図2において蛍光検出ユニット200は複数の光学部品より構成され、生体サンプル分析装置100へ励起光を照射し、蛍光標識させた生体サンプルからの蛍光を検出する。この蛍光検出ユニット200の構成について励起光照射側、蛍光検出側の順に説明する。
【0015】
励起光発光素子201として生体サンプルに標識した蛍光標識Cy5の励起波長領域である発振波長635nmの半導体レーザを採用した。励起光発光素子201からの光を励起光集光用レンズ202で略平行光にし、励起フィルタ203を透過させる。励起フィルタ203では励起光発光素子201に含まれる波長成分のうち生体サンプルに標識させた蛍光標識の蛍光波長に相当する波長成分をカットし、励起波長成分のみを透過させる。そしてリレーレンズ204で略平行光の励起光を集光状態とし、45度の傾きで配置したダイクロイックミラー205で反射させ90度方向を変える。なお、ダイクロイックミラー205では、励起波長成分を反射し、蛍光波長成分を透過させる波長特性を持つ。対物レンズ206で、集光状態となった励起光を略平行光にして生体サンプル分析プレート100の検出流路へ励起光を照射する。このとき、リレーレンズ68による集光点を対物レンズ206の焦点位置とすることにより対物レンズ出射光は平行光となる。なお、励起光パワーの設定は、発光量制御回路8に対してコントローラ4より行う。発光量制御回路8はコントローラ4で設定した電流値で励起光発光素子201を駆動する。
【0016】
次に、蛍光検出の動作について説明する。励起光を照射した状態で生体サンプル分析プレート100を回転させると検出流路103a〜103hに励起光を順に当てることができる。このとき、検出流路中の生体サンプルに励起光が当たると生体サンプルに標識させた蛍光が蛍光を発する。発生した蛍光は、対物レンズ206によって平行光にされ、ダイクロイックミラー205を透過した後、蛍光フィルタ207で蛍光波長成分のみが透過する。この蛍光を蛍光集光用レンズ208で集光させ、スリット209で検出したい目的の領域以外の迷光成分を遮光する。受光素子210で受光した光は電気信号に変換されるため、光量検出回路9で変換された蛍光の微弱な電気信号を増幅する。このように、生体サンプルより発生した蛍光は電気信号として検出する。コントローラ4は光量検出回路9の蛍光の電気信号の信号処理を行い、図示していないホストコンピュータへ測定データを転送し、検出流路ごとに波形表示する。
【0017】
次に塵埃検出、除去機能を有する部分について説明する。図3は、検出流路中を電気泳動する生体サンプルを、30秒ごとに蛍光検出器200でスキャンし、結果を重ね合わせた図である。縦軸は検出強度であり、光量検出回路9の出力をAD変換した値を示す。横軸は検出流路の位置を測定ポイントで表示している。ここで、0は検出流路の始点を示し、200は終点を示す。検出流路の表面(フィルム面)に塵埃が付着していないときは、図3(a)のようにそれぞれの測定ポイントで同様な検出強度のピークが検出されるが、検出流路の表面に塵埃が付着しているときは図3(b)のピーク501のように検出強度が本来より低下する。
【0018】
これは、図3(b)の測定ポイント100〜120の間に塵埃が付着して、生体サンプルへ照射するための励起光を阻害しているためである。また、生体サンプルから発せられる蛍光を検出する動作においても、塵埃が集光を阻害するため検出感度が低下し、正確に生体サンプルの分析を行うことができない。別の場合では、塵埃が蛍光を発することもある。蛍光検出器では生体サンプルと同じように塵埃の蛍光を検出し混同してしまうため、正確に生体サンプルの分析を行うことができない。
【0019】
このように、検出流路に付着する塵埃が蛍光検出に与える影響は大きい。そのため、本発明では生体サンプル分析プレートの検出流路を測定する前に、塵埃による汚染の有無を検出し、汚染があれば、除去することで正確な蛍光検出を可能にしている。以下、本発明の生体サンプル分析装置の塵埃検出、除去動作について説明する。
【0020】
まず、塵埃検出の動作から説明する。塵埃検出動作では、生体サンプルの測定前に生体サンプル分析プレート100を低速で回転させながら、塵埃検出用光源300から発した照射光を生体サンプル分析プレート100の検出流路に当て、その反射光を蛍光検出ユニット200で検出する。これにより生体サンプル分析プレート100の検出流路103a〜103hの表面全てにわたって塵埃の有無を検出できる。
【0021】
ここで、塵埃検出用光源300の照射光は塵埃検出用発光素子301からの光をスリット302で制限し、塵埃検出用照射光集光レンズ303で略平行光としている。また、検出流路へ照射する光量の調整は発光量制御回路10に対してコントローラ4で設定し、発光量制御回路10がコントローラ4で設定した電流値で塵埃検出用発光素子301を駆動する。塵埃検出用発光素子301には生体サンプルに標識した蛍光標識の蛍光波長を含む波長特性の発光素子を選択し、塵埃検出用光源300の照射光の反射光を蛍光検出器で検出できるようにしている。
【0022】
塵埃検出用光源300の照射光を生体サンプル分析プレートの検出流路に当てる角度は、生体サンプル分析プレート100の水平面を反射面として塵埃検出用光源300を生体サンプルプレート100の検出流路に照射させたとき、反射光が対物レンズ206で集光されない角度である。前述した条件を満たせばどのような照射角度でも良いので、生体サンプルプレート100の検出流路が滑らかで鏡面状態であると考えれば入射角と反射角の関係から容易に照射角度の設定を行える。
【0023】
この構成において、塵埃の無い場合は検出流路の表面状態が滑らかであるため反射光が対物レンズ206に集光されることなく、スキャンを行っても検出波形のレベルは同じ出力レベルを保ったままである。しかし、図2のように検出流路の表面に塵埃500が付着している場合は検出流路の表面状態が凹凸となり照射光が様々な方向へ反射(散乱)するため、反射光の一部が対物レンズ206で集光される。そのため塵埃の付着しているところで検出波形のレベル変化が起きる。この検出波形を比較器11で予め決めておいた閾値と比較し、2値化してコントローラ4へ導入する。本実施例では検出流路に塵埃が付着していない生体サンプル分析プレートを10回転させた時の光量検出回路出力信号13の平均値を求め、前記平均値と、前記平均値に20%を乗じた値とを加算した値を閾値とした。

ここで、前述では塵埃検出用光源300を平行光の照射できる構成としていたが、実際には平行光を照射できる構成にしないで、LEDのみ、または半導体レーザのみに置き換えることも可能である。ここで気をつけなければいけないことは、平行光でない光を照射するため生体サンプル分析プレート100の検出流路の表面状態が滑らかな状態(塵埃が付着していない状態)であっても、照射光の反射光が対物レンズ206で集光されるということである。そのため、検出流路の表面状態が滑らかな状態での検出波形がオーバーレンジとならないよう塵埃検出用光源300の駆動電流、配置を考慮する必要がある。
【0024】
本発明の実施の形態1では、塵埃検出用光源300として700nm付近にピーク波長を持つLN216RPH(松下電器産業株式会社半導体社製)を用い、対物レンズ206のプレート100側の焦点位置から、下方(対物レンズ206側へ)10mm、そこから側方(回転軸1側へ)20mmをLN216RPHの発光の中心位置とし、塵埃検出動作を行った。LN216RPHの駆動電流を8mAとし、生体サンプル分析プレート100を6rpmで回転させながら塵埃検出動作を行ったときの実際の塵埃検出波形を図4に示す。生体サンプル分析プレートの検出流路の表面に塵埃が付着していた場合、図4のピーク502〜505のように塵埃の付着した測定ポイントで検出強度のレベルが高くなる。本図から塵埃有りと判断した波形は、502、503、504及び505である。
【0025】
次にコントローラ4で塵埃有と判断された場合に起こる塵埃除去動作について説明する。塵埃検出動作で塵埃有とコントローラ4が判断した場合、コントローラ4がクリーナ400を操作して塵埃除去動作を行う。クリーナ400はステッピングモータ401、ステッピングモータ401の回転軸402、回転軸402に接合されたアーム403、アーム403の先端に備えられたクリーニングブラシ404とから構成される。
【0026】
コントローラ4が塵埃除去を必要と判断したとき、クリーニングブラシ404が生体サンプル分析プレート100の検出流路の表面に接触していない場合、コントローラ4はクリーニングブラシ404が生体サンプル分析プレート100の検出流路の表面に接触する角度分のパルスをステッピングモータ制御回路12に与え、ステッピングモータ401を駆動させる。図2はクリーニングブラシ404が生体サンプル分析プレート100の検出流路の表面に接触しているときの状態を示している。この状態で、生体サンプル分析プレート100を回転させれば、生体サンプル分析プレート100の検出流路の表面に付着した塵埃をクリーニングブラシ404で物理的に除去することができる。
【0027】
また、生体サンプル分析プレート100は、クリーニングブラシ404が生体サンプル分析プレート100の検出流路の表面と接触してから少なくとも1周回転させるようにする。塵埃除去動作を行っている間も、塵埃検出動作を行うため、検出流路の表面に塵埃が付着している間は塵埃除去動作が継続して行われ、塵埃検出にて塵埃が検出されなくなれば、クリーニングブラシ404が検出流路の表面から離脱し、塵埃検出、除去動作が終了する。ここで、クリーニングブラシ404はアーム403から取り外せ、交換できる構成とするのが好ましい。また、クリーナ400は、前述した構成にしないでも、クリーニングブラシ404を任意に接触、非接触させることのできる構成であれば、置き換えることができる。また、クリーニングブラシ404は、ブラシのような形状にしないでもパッド形状など、検出流路の表面に接触させ生体サンプル分析プレート100を回転させることで物理的に塵埃除去できる形状であればよく、その素材も検出流路の表面を傷つけない素材であれば置き換えることも可能である。
【0028】
次に、塵埃検出、除去動作時のコントローラ4の処理について説明しておく。図5は、コントローラ4へ入力される電気信号のタイミング図である。図5において、13は光量検出回路9出力信号、14は比較器11出力信号、15はインデックス検出回路7出力信号を示す。また、図6に塵埃検出、除去動作時のコントローラ4のフローチャートを示す。
【0029】
コントローラ4はインデックス検出回路出力信号15のパルスをカウントする機能を有し、このカウント値と任意の整数n0を比較し、n≧n0になった時塵埃検出、除去動作を終了する。そのため、塵埃検出、除去動作でコントローラ4は初めにインデックス検出回路出力信号7でインデックス位置を確認し、インデックス検出回路出力信号15のパルスをカウントした値をクリア、任意の整数n0には1を代入しておく。その後、比較器出力信号14のパルスで発生する割り込みを有効にし、前述したように塵埃検出用光源300を点灯させ、蛍光検出器200で塵埃検出を行う。
【0030】
そして、1回目のインデックス検出回路出力信号15のパルスまでに比較器出力信号14のパルスが入らなければn≧n0となり塵埃検出、除去動作を終了する。
【0031】
1回目のインデックス検出回路出力信号15のパルスまでに比較器出力信号14のパルスが入ってきた場合は、割り込みが発生して、インデックス検出回路出力信号15のパルスのカウント値をクリアし、任意の整数n0に2を代入する。そして、クリーニングブラシ404を生体サンプル分析プレート100へ接触させる。これによりクリーニングブラシ404が生体サンプル分析プレート100に接触してから少なくとも1周は生体サンプル分析プレート100が回転し、塵埃除去を行う。
【0032】
その後、インデックス検出回路出力信号15のパルスを2回カウントする間に比較器出力信号14のパルスが発生しなければn≧n0となり、コントローラ4はクリーニングブラシ404を生体サンプル分析プレート100から離脱させ塵埃検出、除去動作を終了する。比較器出力信号14のパルスが発生した場合は前記パルスが発生してからさらにインデックス検出回路出力信号15のパルスを2回カウントするまで塵埃除去動作が継続する。ただし、検出流路の表面についたキズなどは塵埃除去動作を継続して行っても除くことができないため、ある程度塵埃検出動作が継続するとき(例えば、トータルのインデックス検出回路出力信号15のパルスカウントが4以上であるとき)はタイムアウトエラーを表示させ塵埃検出、塵埃除去動作を停止することが好ましい。
【0033】
本発明の効果を図7(a)、図7(b)を用いて説明する。図7(a)が塵埃除去動作前の塵埃検出波形、図7(b)が塵埃除去動作後の塵埃検出波形を示した図である。塵埃除去動作後の検出波形図7(b)では塵埃が完全に除去されたために、図7(a)において確認される501〜504のピーク(塵埃のピーク)が無くなっている。
【0034】
以上のように、本発明の生体サンプル分析装置においては、生体サンプル分析プレートの検出流路に付着した塵埃を検出、除去する機能を持ち、生体サンプル検出の前に塵埃検出、除去動作を行うことで正確に生体サンプルの検出を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【0035】
本発明にかかる生体サンプル分析装置は、生体サンプル分析プレートの検出流路に付着した塵埃を検出し、除去する機能を有し、蛍光標識を利用して生体サンプルを検出し、分析を行う装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の実施の形態1で使用する生体サンプル分析プレートの構成図
【図2】本発明の実施の形態1における生体サンプル分析装置の主要な部分を示した構成図
【図3】(a)検出流路の表面に塵埃が付着していないときの生体サンプル検出波形を示す図(b)検出流路の表面に塵埃が付着しているときの生体サンプル検出波形を示す図
【図4】検出流路の表面に塵埃が付着しているときの塵埃検出波形を示す図
【図5】コントローラ4へ入力される電気信号のタイミング図
【図6】塵埃検出、除去動作時のコントローラ4のフローチャート
【図7】(a)塵埃除去動作前の塵埃検出波形を示す図(b)塵埃除去動作後の塵埃検出波形を示す図
【符号の説明】
【0037】
1 モータ
2 クランパ
3 モータ
4 コントローラ
5 モータ制御回路
6 インデックスセンサ
7 インデックス検出回路
8 発光量制御回路
9 光量検出回路
10 発光量制御回路
11 比較器
12 モータ制御回路
13 光量検出回路出力信号
14 比較器出力信号
15 インデックス検出回路出力信号
100 生体サンプル分析プレート
101 基板
102 フィルム
103a〜103h 検出流路
104 中心孔
200 蛍光検出ユニット
201 励起光発光素子
202 励起光集光用レンズ
203 励起フィルタ
204 リレーレンズ
205 ダイクロイックミラー
206 対物レンズ
207 蛍光フィルタ
208 蛍光集光用レンズ
209 スリット
210 受光素子
300 塵埃検出用光源
301 塵埃検出用発光素子
302 スリット
303 塵埃検出用照射光集光レンズ
400 クリーナ
401 ステッピングモータ
402 回転軸
403 アーム
404 クリーニングブラシ
500 塵埃
501 塵埃が付着した測定ポイントでの生体サンプル検出波形
502〜505 塵埃検出波形のピーク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
生体サンプルを分析するための生体サンプル分析プレートと、
前記生体サンプル分析プレートを回転させる回転手段と、
前記生体サンプル分析プレートの測定面を照射するための塵埃検出用光源と、
前記測定面よりの反射光を検出するための光検出器と、
前記光検出器からの検出信号が所定の閾値よりも大であれば塵埃検出信号を出力する塵埃検出器と、
前記生体サンプル分析プレートの測定面の塵埃を除去する塵埃除去手段と、
前記生体サンプル分析プレートの測定前に前記塵埃検出器信号が入力されたときに塵埃除去手段に塵埃除去指示を行なう塵埃制御部と、
を備えた生体サンプル分析装置。
【請求項2】
前記生体サンプルは、蛍光標識されている請求項1に記載の生体サンプル分析装置。
【請求項3】
前記塵埃検出用光源の波長は、前記蛍光標識の蛍光波長を含む請求項2に記載の生体サンプル分析装置。
【請求項4】
前記塵埃検出用光源は、平行光である請求項1に記載の生体サンプル分析装置。
【請求項5】
前記光検出器で生体サンプルに標識させた蛍光標識を検出する請求項1に記載の生体サンプル分析装置。
【請求項6】
前記塵埃検出用光源は、前記反射光が前記光学ユニットに入射しない位置に配置されている請求項4に記載の生体サンプル分析装置。
【請求項7】
前記閾値は、清浄な前記生体サンプル分析プレートを10回転させたときの前記塵埃検出器に入力された信号の平均値にその略20%を加算する値とする請求項1に記載の生体サンプル分析装置。
【請求項8】
前記生体サンプル分析装置は、さらに前記生体サンプル分析プレートが一回転する毎に一個の回転位置パルスを出力するための回転検出器を備え、
前記塵埃制御部は、前記塵埃除去指示を行なった後の前記回転位置パルスから次の回転位置パルスの間に前記塵埃検出信号が無いときに前記塵埃除去手段に塵埃除去を解除する請求項1に記載の生体サンプル分析装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2009−186311(P2009−186311A)
【公開日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−26181(P2008−26181)
【出願日】平成20年2月6日(2008.2.6)
【出願人】(000005821)パナソニック株式会社 (73,050)
【Fターム(参考)】