生体分子検出装置および生体分子検出方法
【課題】高感度な測定が可能な生体分子検出装置を提供する。
【解決手段】配向制御光１１７の照射方向を周期的に切り替えることにより、溶液中のバインディング分子１５の配向方向を周期的に切り替えた。溶液中の蛍光分子１４が発生する蛍光１２３からバインディング分子１５の配向周期に同期した成分を抽出して検出することにより、簡便な構成で検出対象物質の濃度を正確に測定することができる。
【解決手段】配向制御光１１７の照射方向を周期的に切り替えることにより、溶液中のバインディング分子１５の配向方向を周期的に切り替えた。溶液中の蛍光分子１４が発生する蛍光１２３からバインディング分子１５の配向周期に同期した成分を抽出して検出することにより、簡便な構成で検出対象物質の濃度を正確に測定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液中の検出対象物質を検出する技術に係り、特に、検体内の生体分子、ウイルス、核酸、蛋白質および細菌等を検出することが可能な生体分子検出装置および生体分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医師や技師等が診療の現場で生体分子検出を行い、その場で測定結果を得て診断や治療に役立てる生体分子検出法が注目されている。生体分子検出法は、抗原抗体反応等の特異的な反応を利用した高い選択性により、血液、尿、汗といった複数成分を有する体液の中から、検出対象物質だけを選択的に検出する方法である。このような生体分子検出法は、特に、ウイルス、核酸、蛋白質および細菌等の生体分子の微量検出、検査、定量および分析などに広く用いられている。
【０００３】
生体分子検出法として、ラジオイムノアッセイが実用化されている。ラジオイムノアッセイは、アイソトープで標識された抗原または抗体を用い、その抗原または抗体と特異的に結合する抗体または抗原の有無を検出するものである。ラジオイムノアッセイは、アイソトープの放射線量を測定することにより抗体または抗原等の検出対象物質を定量するもので、高感度な測定が可能である。
【０００４】
放射性物質を用いない生体分子検出法として蛍光イムノアッセイがある。蛍光イムノアッセイとしては、予め反応層に抗体を固定しておき（抗体が固定された反応層を固相という）、当該反応層に、測定対象溶液および蛍光分子で標識された抗体を流し、反応層近傍の蛍光を測定することにより、抗体に特異的に結合した抗原の濃度を測定する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、固相を利用した蛍光イムノアッセイは、固相を作成するのにコストがかかるという問題があった。固相を用いず液体中で生体分子検出を行う（すなわち、液相のみを用いる）方法として、蛍光偏光法を利用して抗原抗体反応を確認する方法がある。蛍光偏光法は、蛍光標識した分子に別の分子が結合し分子の大きさが変化することにより生じる、ブラウン運動の変化に基づく蛍光偏光度の値の変化を検出する方法である。蛍光偏光法を利用した生体分子検出法は、検体中の検出対象物質の簡便かつ迅速な検知法として知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２０３９７号公報
【特許文献２】特開２００８−２９８７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の蛍光偏光法は、ランダムな運動であるブラウン運動の変化を利用しているため、測定感度に限界があるという問題がある。また、特許文献２の方法では、ブラウン運動の変化による影響を受ける程度に蛍光寿命が長い必要がある。しかし、蛍光寿命は検体内の成分によって影響を受けるため、特許文献２の方法による測定結果は、ばらつきが生じることがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高感度測定が可能な生体分子検出装置および生体分子検出方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る生体分子検出装置は、
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、第１の複合体と検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出装置であって、
特定方向の直線偏光成分を有し蛍光分子を励起する励起光を照射する光源と、
蛍光分子から発生する蛍光を検出する受光部と、
溶液中の第２の複合体を周期的に切り換えて配向させる配向制御手段と、
受光部によって検出された上記蛍光の内、第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出する同期成分抽出手段と、
同期成分抽出手段によって抽出された上記成分に基づいて検出対象物質の検出または定量を行う演算部とを具備する構成をとる。
【００１０】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、配向制御手段は、第２の複合体が有する蛍光分子の遷移モーメントが励起光の上記直線偏光成分の振動方向と平行となる第１の方向、および、上記遷移モーメントが上記振動方向と垂直となる第２の方向に、第２の複合体を切り換えて配向させるものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、第２の複合体を切り換えて配向させる周期は、検出対象物質の分子量または体積と、検出対象物質と特異的に結合する物質および蛍光分子の分子量または体積と、配向制御手段による配向制御の強度とに基づいて決定されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、配向制御手段は、励起光と波長が異なる光を照射して第２の複合体を配向させる配向制御光源を備えることが好ましい。この場合において、配向制御光源は、励起光と波長が異なる上記光を溶液に対し複数の位置から照射するものであることが好ましい。
【００１３】
さらに、配向制御手段が配向制御光源を備える場合において、溶液を保持する溶液保持部であって少なくとも一面に平面を有する溶液保持部を備えることが好ましい。この場合において、配向制御光源は、溶液を通って溶液保持部の上記平面から出射する方向に、励起光と波長が異なる上記光を照射し、かつ、溶液と上記平面との界面において励起光と波長が異なる上記光に焦点を結ばせるものであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、受光部は、光を分光する分光手段を備えることが好ましい。この場合において、分光手段は、特性の異なる複数のフィルタであり、受光部は、蛍光の波長に応じて複数のフィルタを切り替えるものであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る生体分子検出方法は、
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、第１の複合体と検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出方法であって、
特定方向の直線偏光成分を有し蛍光分子を励起する励起光を照射するステップと、
溶液中の第２の複合体を周期的に切り換えて配向させるステップと、
蛍光分子から発生する蛍光を検出するステップと、
検出された上記蛍光の内、第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出するステップと、
抽出された上記成分に基づいて検出対象物質の検出または定量を行うステップとを具備する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高感度な生体分子検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図２Ａ】励起光の振動方向と蛍光分子の遷移モーメントとが互いに平行な場合を表した模式図である。
【図２Ｂ】励起光の振動方向と蛍光分子の遷移モーメントとが互いに垂直な場合を表した模式図である。
【図３Ａ】フリー分子(抗原が結合していない蛍光分子および抗体)を表した模式図である。
【図３Ｂ】バインディング分子(抗原が結合した蛍光分子および抗体)を表した模式図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の外観斜視図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の開閉部を開けた状態の外観斜視図である。
【図５】生体分子検出装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図６】配向制御用光源部から照射される配向制御光の照射方向の切り替えを上面から見た模式図である。
【図７Ａ】配向制御光のある照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図である。
【図７Ｂ】図７Ａにおける照射方向と直交する配向制御光の照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図である。
【図８】実施の形態１に係る生体分子検出装置における受光部の詳細な構成を表した模式図である。
【図９】検体の準備から廃棄までの流れを模式的に表した図である。
【図１０Ａ】実施の形態１に係る生体分子検出装置における配向制御信号およびＰＤ出力を示したグラフである。
【図１０Ｂ】実施の形態１に係る生体分子検出装置におけるロックインアンプ出力を示したグラフである。
【図１１Ａ】実施の形態２に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図１１Ｂ】実施の形態２に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図１２】実施の形態２に係る生体分子検出装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態２に係る生体分子検出装置における受光部の詳細な構成を表した模式図である。
【図１４Ａ】実施の形態２における一方の検出対象物質についてのＰＤ出力を表したグラフである。
【図１４Ｂ】実施の形態２における他方の検出対象物質についてのＰＤ出力を表したグラフである。
【図１５Ａ】一方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向とランダム偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１５Ｂ】他方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向とランダム偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１６Ａ】一方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向と２方向に直線偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１６Ｂ】他方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向と２方向に直線偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１７Ａ】配向制御信号の小さい周波数に同期した蛍光成分を検出する例を示す図である。
【図１７Ｂ】配向制御信号の大きい周波数に同期した蛍光成分を検出する例を示す図である。
【図１８Ａ】配向制御光の偏光軸の変化に伴うバインディング分子の配向の変化を説明するための概念図（１）である。
【図１８Ｂ】配向制御光の偏光軸の変化に伴うバインディング分子の配向の変化を説明するための概念図（２）である。
【図１８Ｃ】配向制御光の偏光軸の変化に伴うバインディング分子の配向の変化を説明するための概念図（３）である。
【図１９】試薬カップの多点に直線偏光した配向制御光を底面から入射させる場合を示す概念図である。
【図２０】直線偏光した配向制御光を所定の方向から多点に入射させるための配向制御用光源部の構造を示す概念図である。
【図２１】直線偏光した配向制御光を所定の方向から多点に入射させるための光学系の一例を示す概念図である。
【図２２】直線偏光した配向制御光を所定の方向から多点に入射させるための光学系の別の例を示す概念図である。
【図２３】マイクロレンズアレイを示す概念図である。
【図２４】試薬カップの形状の一例を示す概念図である。
【図２５】集光された配向制御光の焦点と試薬カップとの位置関係の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。生体分子検出には様々な特異的な反応が利用されるが、各実施の形態では、抗原および抗体の特異的な反応を利用し、当該抗体に標識された蛍光分子から発生する蛍光を基に、抗体と反応した抗原を検出する装置を例にとって説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置における抗原抗体反応の概要を示した模式図である。図１Ａおよび１Ｂを用いて、液中での抗原抗体反応について説明する。実施の形態１では、１種類の抗体を使用し、均一溶液中で１種類の抗原を検出する。ここでは、円筒形の試薬カップ１０の中に乾燥した抗体１２が入れられている場合を考える。抗体１２は、蛍光分子１４で標識されている。
【００２０】
本実施の形態において、検体は、全血から分離した血漿１６である。試薬カップ１０に血漿１６を分注して撹拌すると、抗体１２と特異的に結合する抗原１８が血漿１６中に存在する場合は、抗体１２と抗原１８との間で抗原抗体反応が起こり、図１Ｂに示すように抗体１２および抗原１８が特異的に結合して血漿溶液中に存在する。
【００２１】
本実施の形態では、検体として全血から分離した血漿１６を用い、検出対象物質である抗原１８としてＰＳＡ（Ｐｒｏｓｔａｔｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｎｔｉｇｅｎ）を検出する場合を考え、検出対象物質と特異的に結合する物質である抗体１２として抗ＰＳＡ抗体を用いた場合について示す。蛍光分子１４としては、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社の商品名）を用いた。Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８は、波長６１０ｎｍ程度にピークを持ち、５５０ｎｍ−７００ｎｍ程度の波長を持った蛍光を発する。
【００２２】
抗体１２は、抗原１８に対して十分に多い量が入れられているため、一部の抗体１２は抗原抗体反応をしないまま血漿１６中に残る。以下、抗原抗体反応で結合した抗体１２および抗原１８ならびに蛍光分子１４の複合体をバインディング分子、抗原抗体反応をせず液中に漂っている抗体１２および蛍光分子１４の複合体をフリー分子と呼ぶ。バインディング分子およびフリー分子は、血漿１６中に混在している。なお、血漿１６中には抗原１８以外の成分も存在するが、説明を簡単にするため、図１Ａおよび１Ｂでは抗原１８以外の成分は省略してある。
【００２３】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、液相であることによりフリー分子およびバインディング分子が混在している溶液に対し、励起光を照射し、蛍光分子１４から発生する蛍光を受光して、抗原１８の検出および定量を行う。従って、抗原１８を含むバインディング分子から発生する蛍光のみを検出することが望ましい。しかしながら、フリー分子およびバインディング分子は溶液中に混在しているため、溶液に励起光を照射すると、フリー分子に付随する蛍光分子１４からも蛍光が発生する。この蛍光はバインディング分子に付随する蛍光分子１４から発生する蛍光との関係で不要成分となる。そこで、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、バインディング分子の配向を光により切り替えつつ蛍光を検出し、配向の切り替えに伴う蛍光強度の変化に基づいて全蛍光データの中からバインディング分子に付随する蛍光分子１４から発生する蛍光の寄与分を算出する。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置において、バインディング分子から発生する蛍光の寄与分とフリー分子から発生する蛍光の寄与分とを算出する原理を説明するために、直線偏光した励起光による蛍光分子１４の励起効率について図２Ａおよび２Ｂを用いて説明する。
【００２５】
図２Ａは、励起光１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに平行な場合を表す模式図、図２Ｂは、励起光１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが垂直な場合を表す模式図である。本明細書では、説明を分かりやすくするため、蛍光分子１４の長手方向（楕円で示された蛍光分子１４の長軸方向）と遷移モーメントの方向とは互いに平行となっているものとする。つまり図２Ａおよび２Ｂは、蛍光分子１４の向き（楕円で示された蛍光分子１４の長軸方向）と遷移モーメントの向きとが一致している場合を描いた図である。なお本明細書において、光の「振動方向」とは電場の振動方向を意味し、光が偏光している場合にはその偏光方向と同義である。
【００２６】
蛍光分子１４は、光エネルギーを吸収すると励起状態に遷移し、基底状態に戻る過程で蛍光を発する。一般に、直線偏光した励起光で蛍光分子１４を励起すると、蛍光分子１４は当該励起光の振動方向と同じ方向に偏光した蛍光を発する。蛍光分子１４から発生する蛍光の偏光度は、蛍光分子１４の回転運動の速度に依存する。すなわち蛍光分子１４が回転運動していなければ、蛍光分子１４は当該励起光の振動方向と同じ方向に偏光した蛍光を発し、蛍光分子１４が速い回転運動をしているほど、蛍光分子１４から発生する蛍光の偏光度は小さい。
【００２７】
蛍光分子１４が励起される場合、蛍光分子１４の分子構造によって決まる遷移モーメントという蛍光分子１４内のベクトルが励起光１９と相互作用する。遷移モーメントは、蛍光分子１４内で、ある固有の方向を持っており、遷移モーメントの方向と励起光１９の振動方向との関係が蛍光分子１４の励起効率を決定する。具体的には、蛍光分子１４は、遷移モーメントの方向と平行な方向に振動する光を選択的に吸収する。従って、図２Ａおよび２Ｂに示すように、励起光１９が紙面上下に振動しながら紙面左から右に進行して蛍光分子１４に当たる場合、直線偏光した励起光１９の振動方向が蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と平行な場合（図２Ａ）に最も励起効率が高くなり、直線偏光した励起光１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とのなす角の角度が大きくなるほど励起効率は下がり、直線偏光した励起光１９の振動方向が蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と直交している場合（図２Ｂ）に励起効率が０となる。遷移モーメントの向きは、蛍光分子１４の向きによって変わるため、溶液中における蛍光分子１４の向きは、蛍光分子１４の励起効率に影響を与える。
【００２８】
溶液中における蛍光分子１４の向きを考えるため、図３Ａおよび３Ｂを用いて、溶液中におけるフリー分子１３およびバインディング分子１５の運動について説明する。図３Ａは、フリー分子１３を構成する抗体１２および蛍光分子１４を示した模式図である。図３Ｂは、バインディング分子を構成する抗体１２、抗原１８および蛍光分子１４を示した模式図である。
【００２９】
フリー分子１３およびバインディング分子１５は、溶液中で不規則に運動（ブラウン運動）しており、溶液中の移動および回転運動を行っている。溶液中での分子のブラウン運動は、絶対温度、分子の体積、分子の分子量（質量）および溶媒の粘度等の影響を受けることが知られている。バインディング分子１５は、抗原１８の分だけフリー分子１３より体積が大きく、溶液中でブラウン運動しにくい。溶液中でフリー分子１３およびバインディング分子１５のブラウン運動のしやすさが異なることを利用して、ブラウン運動の変化からバインディング分子１５の検出を行う方法が知られているが、ブラウン運動というランダムな運動を利用しているため、検出感度に限界がある。
【００３０】
そこで、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、レーザーを利用して溶液中のバインディング分子１５を周期的に配向させ、配向周期に合った信号のみを検出することでバインディング分子１５から発生する蛍光の寄与分の算出を行う。
【００３１】
溶液中のフリー分子１３およびバインディング分子１５にレーザーを照射すると、溶液中のフリー分子１３およびバインディング分子１５は、外力を受ける。レーザーによりバインディング分子１５が受ける外力をＦｂ、フリー分子１３が受ける外力をＦｆとすると、フリー分子１３およびバインディング分子１５は、抗原１８の有無により体積および分子量が互いに異なるため、レーザーを照射された場合に受ける外力の大きさも互いに異なり、Ｆｂ＞Ｆｆとなる。
【００３２】
また、フリー分子１３およびバインディング分子１５では、体積または分子量等の差異により溶液中でのこれらの分子のブラウン運動のしやすさが互いに異なる。フリー分子１３の方が、バインディング分子１５より体積および分子量が小さいため、ブラウン運動をしやすい。バインディング分子１５を配向させるために必要な力をＢｂ、フリー分子１３を配向させるために必要な力をＢｆとすると、Ｂｂ＞Ｂｆとなる。Ｆｂ＞Ｂｂであればバインディング分子１５は配向し、Ｆｆ＜Ｂｆであればフリー分子１３は配向しない。
【００３３】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、バインディング分子１５のみを周期的に配向させ、配向周期に合った信号のみを検出することでバインディング分子１５から発生する蛍光の寄与分の算出を行う。バインディング分子１５を配向させ、フリー分子１３を配向させないために、Ｆｂ＞Ｂｂ、Ｆｆ＜Ｂｆとなるように溶液の絶対温度、分子の体積、分子量、溶媒の粘度およびレーザーの強度等の要因を決定する。分子の体積および分子量は検出対象物質により決定されることが多く、溶液の粘度は検体に依存することが多いため、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、主に溶液の絶対温度およびレーザーの強度を変更しながらバインディング分子１５のみを配向させるような条件の調整を行う。そのため、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、溶液の温度を調節する機能とレーザーの強度を調節する機能とを有している。
【００３４】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置１００の構成について説明する。図４Ａは、生体分子検出装置１００の外観斜視図である。生体分子検出装置１００の側面には、表示部１０２、ユーザー入力部１０４および開閉部１０６がある。表示部１０２は、測定結果等を表示する。ユーザー入力部１０４は、ユーザーがモードの設定および検体情報の入力等を行う部分である。開閉部１０６は、上蓋の開閉が可能な構成となっており、検体のセット時には上蓋が開けられ、測定時には上蓋が閉じられる。この構成により、外部の光が測定に影響を与えることを防いでいる。
【００３５】
図４Ｂは、開閉部１０６が開いた場合における生体分子検出装置１００の外観斜視図である。開閉部１０６を開くと、中には試薬カップ１０８および保持台１１０がある。試薬カップ１０８は、保持台１１０に保持されており、保持台１１０から着脱可能となっている。試薬カップ１０８は、溶液を入れる円柱状の容器である。ユーザーは、試薬カップ１０８に検体を分注し、上蓋を閉じて測定を行う。図示しないが、生体分子検出装置１００内には試薬タンクおよび分注部があり、測定が開始されると、分注部は試薬タンク内から試薬を吸い上げて試薬カップ１０８内に分注する。
【００３６】
図５は、生体分子検出装置１００の主要な構成を説明するための機能ブロック図である。生体分子検出装置１００は、表示部１０２、ユーザー入力部１０４、試薬カップ１０８、試薬タンク１１２、分注部１１４、配向制御用光源部１１６、励起光源部１１８、ＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔｏ Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）１２０、ＦＧ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２２、受光部１２４、増幅部１２６、ロックインアンプ１２７、Ａ／Ｄ変換部１２８、サンプリングクロック発生部１３０、ＣＰＵ１３２およびダイクロイックミラー１３８を有する。
【００３７】
試薬カップ１０８は、試薬タンク１１２に保存してある試薬と患者等から採取した検体とを反応させる容器である。試薬カップ１０８は、生体分子検出装置１００から着脱可能となっている。試薬カップ１０８の容量は、例えば約１２０μＬである。
【００３８】
試薬タンク１１２は複数種類の試薬を貯めておくタンクである。フリー分子１３は試薬タンク１１２中に試薬として保存されている。
【００３９】
分注部１１４は、着脱可能なピペットや吸引器によって構成される。分注部１１４は、ＣＰＵ１３２からの命令に従い、測定に使用する試薬を試薬タンク１１２からピペットで吸い上げ、試薬カップ１０８へ分注する。
【００４０】
配向制御用光源部１１６は、配向制御光１１７をＡＯＤ１２０に向けて照射し、試薬カップ１０８内の溶液中に存在するバインディング分子に外力を加えてバインディング分子を配向させる。つまり本明細書において、配向制御用光源部１１６が本発明における配向制御手段に相当する。配向制御光１１７としては、例えば、波長９８０ｎｍ、出力７００ｍＷのレーザーを用いる。配向制御光１１７は、蛍光分子１４が吸収しない波長のレーザーであり、蛍光分子１４の色素が壊れる等の影響を与えない程の強度を有する。配向制御光１１７は、試薬カップ１０８の溶液全体を照らす程度の幅を有している。
【００４１】
励起光源部１１８は、内部に備えた偏光子により直線偏光した励起光１１９を、ダイクロイックミラー１３８を介して試薬カップ１０８に向けて照射して蛍光分子１４を励起する。励起光としては、例えば波長５３２ｎｍ、出力１０ｍＷの光を用いる。
【００４２】
ダイクロイックミラー１３８は、特定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させるミラーである。ダイクロイックミラー１３８は、配向制御光１１７を反射し、励起光１１９を透過させる。
【００４３】
ＡＯＤ１２０は、音響光学効果を利用して入力電圧に基づいて内部の屈折率を変化させることで入射した光の進行方向を切り替える。ＡＯＤ１２０は、ＦＧ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２２から出力された電圧信号（以下このＡＯＤ１２０への出力信号を配向制御信号という）によって入力される電圧に基づいて、内部の屈折率を変化させて配向制御光１１７の進行方向を切り替える。換言すれば、配向制御光１１７の進行方向は、ＦＧ１２２が発生させる配向制御信号によって決まる。ＡＯＤ１２０は、配向制御光１１７の進行方向を、試薬カップ１０８に照射させる方向（図中では矢印１３４で示す）と、ダイクロイックミラー１３８に照射させる方向（図中では矢印１３６で示す）とで交互に切り替える。
【００４４】
ＦＧ１２２は、様々な周波数と波形をもった電圧信号を発生させることのできる装置で、ＣＰＵ１３２から出力された命令を受けて、ＡＯＤ１２０、ロックインアンプ１２７およびサンプリングクロック発生部１３０へ電圧信号を出力する。
【００４５】
ＣＰＵ１３２は、ＦＧ１２２に対して出力する配向制御信号を指定することで、ＡＯＤ１２０が配向制御光１１７の進行方向を切り替えるタイミングを制御する。
【００４６】
受光部１２４は、フィルタやフォトダイオード等によって構成される。受光部１２４は、試薬カップ１０８の下部に設けられ、試薬カップ１０８内の蛍光分子１４から発生する蛍光１２３を試薬カップ１０８の下部で受光し、受光した光の信号をアナログ電気信号（アナログ蛍光データ）に変換して増幅部１２６へ出力する。
【００４７】
増幅部１２６は、受光部１２４から出力されたアナログ蛍光データを増幅してロックインアンプ１２７へ出力する。
【００４８】
ロックインアンプ１２７は、アナログ蛍光データを直流に周波数変換する。ロックインアンプ１２７には、ＦＧ１２２から参照信号である方形波が入力される。ロックインアンプ１２７は、増幅部１２６から出力されたアナログ蛍光データから、参照信号の周波数と等しい周波数成分の検出を行う。具体的には、ロックインアンプ１２７は、参照信号の周波数と等しい周波数成分のみを同期検波により直流信号に変換し、内部に設けられたローパスフィルタにより直流信号のみを通過させる。ロックインアンプ１２７は、直流信号をＡ／Ｄ変換部１２８へ出力する。つまり本明細書において、ロックインアンプ１２７が本発明における同期成分抽出手段に相当する。
【００４９】
サンプリングクロック発生部１３０は、ＦＧ１２２から出力された電圧信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換部１２８がアナログ蛍光データをサンプリングするタイミングを指定するサンプリングクロックをＡ／Ｄ変換部１２８に出力する。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換部１２８は、サンプリングクロック発生部１３０から出力されたサンプリングクロックに基づいて、ロックインアンプ１２７から出力されたアナログ蛍光データのサンプリングを行い、サンプリングしたアナログ蛍光データをデジタルデータに変換してＣＰＵ１３２へ出力する。
【００５１】
ＣＰＵ１３２は、Ａ／Ｄ変換部１２８から出力されたデジタルデータの演算を行い、その結果を表示部１０２へ出力する。また、ＣＰＵ１３２は、ユーザー入力部１０４から入力を受けて、配向制御用光源部１１６、励起光源部１１８、分注部１１４およびＦＧ１２２の動作の指示命令を行う。具体的には、ＣＰＵ１３２は、配向制御用光源部１１６および励起光源部１１８に対してはそのＯＮ／ＯＦＦ命令を行い、分注部１１４に対しては使用する試薬を指定する命令および分注動作開始命令を行い、ＦＧ１２２に対しては出力する電圧信号の波形の指示命令および出力命令を行う。
【００５２】
図６は、配向制御用光源部１１６から照射されるレーザーの照射方向の切り替えを説明するため、生体分子検出装置１００の内部を上面側から見た模式図である。
【００５３】
配向制御用光源部１１６から照射される配向制御光１１７は、ＡＯＤ１２０を通って試薬カップ１０８へ照射される。配向制御光１１７は、試薬カップ１０８の溶液全体を照らす程度の幅を持っている。
【００５４】
ＡＯＤ１２０は、配向制御用光源部１１６から照射された配向制御光１１７の照射方向を２方向で交互に切り替える。具体的には、ＡＯＤ１２０は、ＦＧ１２２から５Ｖの配向制御信号が出力された場合には、配向制御光１１７を矢印１３４の方向へ進ませ、ＦＧ１２２から０Ｖの配向制御信号が出力された場合には、配向制御光１１７を矢印１３６の方向へ進ませる。
【００５５】
矢印１３４の方向に進んだ配向制御光１１７は、そのまま試薬カップ１０８の側面に入射する。矢印１３６の方向に進んだ配向制御光１１７は、ダイクロイックミラー１３８によって反射され、矢印１３４の方向と垂直な方向に進んで試薬カップ１０８の側面に入射する。上面から見た試薬カップ１０８を時計の文字盤に例えると、矢印１３４の方向へ進んだ配向制御光１１７は９時の位置から入射して３時の方向へ進行し、矢印１３６の方向へ進んだ配向制御光１１７は６時の位置から入射して１２時の方向へ進行する。すなわち、矢印１３４の方向へ進んだ配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ入射する方向と、矢印１３６の方向へ進んだ配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ入射する方向とは互いに直交する。
【００５６】
ダイクロイックミラー１３８は、配向制御光１１７に用いた波長の光のみを反射し、その他の波長の光を透過させる。励起光源部１１８から照射された励起光１１９は、ダイクロイックミラー１３８を透過し、ダイクロイックミラー１３８で反射した配向制御光１１７と同じ方向に進行して試薬カップ１０８の側面へ入射する。
【００５７】
このような構成により、生体分子検出装置１００は、ＦＧ１２２からの配向制御信号の入力によりＡＯＤ１２０を制御することで、配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ入射する方向を、角度が互いに９０度異なる２つの方向で交互に切り替えることができる。
【００５８】
ＡＯＤ１２０と試薬カップ１０８との間には遮光板１４０があり、生体分子検出装置１００は、矢印１３４および矢印１３６が示す方向以外に進行する配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ照射されないように構成されている。また、配向制御光１１７は、矢印１３４および矢印１３６のいずれの方向に進行した場合においても、円柱状の試薬カップ１０８の側面へ入射する。試薬カップ１０８は円柱であるため、配向制御光１１７の進行方向が切り替わっても、配向制御光１１７が入射する試薬カップ１０８の側面の形状は同じである。
【００５９】
配向制御光１１７の照射方向の切り替えに対する試薬カップ１０８内のバインディング分子の動きについて、図７Ａおよび７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、配向制御光１１７の一方の照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図であり、図７Ｂは、配向制御光１１７の他方の照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図である。図７Ａおよび７Ｂは、試薬カップ１０８を上面から見た図である。なお、本明細書において、フリー分子およびバインディング分子に関して「配向方向」とは、配向の切り替えが完了した状態における抗体および蛍光分子が並んだ方向を意味するものとする。
【００６０】
配向制御光１１７を照射された試薬カップ１０８内のバインディング分子１５は、配向制御光１１７によって外力を受けて特定の方向に配向する。配向制御光１１７による外力は、配向制御光１１７がバインディング分子１５に当たって散乱する反作用として生じるものであり、配向制御光１１７が進行する方向とバインディング分子１５の溶液中での向き（バインディング分子１５の長手方向（蛍光分子１４、抗体１２、抗原１８が並んだ方向））との関係によって力を及ぼす方向が決まる。
【００６１】
通常フリー分子およびバインディング分子は、溶液中でランダムな方向を向いて分散している。しかしながら図７Ａのように、紙面左から右に進行する配向制御光１１７を照射されたバインディング分子１５は、配向制御光１１７によって回転するような方向（回転方向）の力を受け、配向制御光１１７の照射範囲内で、配向制御光１１７の外力がバインディング分子１５に及ぼす様々な方向への回転方向の力が釣り合う方向を向いて安定する。換言すれば、バインディング分子１５は、配向制御光１１７の進行方向とバインディング分子１５の長手方向とが同じ方向を向いていない場合は、右回転または左回転の外力を受けるが、配向制御光１１７の進行方向とバインディング分子１５の長手方向とが同じ方向を向いている場合は、右回転および左回転の外力が釣り合うため、安定する。試薬カップ１０８内のバインディング分子１５は、配向制御光１１７を照射されると全て同一方向（配向制御光１１７の進行方向とバインディング分子１５の長手方向とが平行となる方向）を向いて配向する。すなわち、全てのバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントが同一方向を向くように揃う。一方、試薬カップ１０８内のフリー分子１３は、配向制御光１１７によって受ける外力より、ブラウン運動を行う力の方が強いため配向されず、溶液中でブラウン運動を行う。
【００６２】
そして図７Ｂのように、配向制御光１１７の進行方向が紙面左右から紙面上下に切り替わると、紙面右を向いて配向していたバインディング分子１５は、左回転する方向の力を受ける。紙面下から上に進行する配向制御光１１７を受けたバインディング分子１５は、紙面左から右へ進行する配向制御光１１７によって配向した方向に対して垂直な方向を向いて安定する。この場合も、全てのバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントが同一方向を向くように揃う。また、試薬カップ１０８内のフリー分子１３は、配向制御光１１７によって受ける外力より、ブラウン運動を行う力の方が強いため配向されず、溶液中でブラウン運動を行う。このように、配向制御光１１７の照射方向を変えることにより、溶液内でのバインディング分子１５の配向方向を切り替えることができる。
【００６３】
本実施の形態では、矢印１３４の方向に進んだ配向制御光１１７によって配向されたバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向は、直線偏光された励起光１１９が振動する方向と平行であり、蛍光分子１４の励起効率が最大となる。また、矢印１３６の方向に進んだ配向制御光１１７によって配向されたバインディング分子に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向は、直線偏光された励起光１１９が振動する方向と垂直となり、蛍光分子１４の励起効率が０となる。従って、ＡＯＤ１２０による配向制御光１１７の照射方向の切り替えは、直線偏光された励起光１１９に対するバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率を、最大と最小（励起できない場合）との間で切り替えることになる。ＡＯＤ１２０に入力される配向制御信号が５Ｖの場合は、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率が最大となり、ＡＯＤ１２０に入力される配向制御信号が０Ｖの場合は、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率が最小となる。
【００６４】
続いて図８を用いて受光部１２４の詳細な構成について説明する。図８は、受光部１２４の詳細な構成を表した模式図である。受光部１２４は、レンズ１４２、フィルタ１４４、偏光子１４６、レンズ１４８およびＰＤ（フォトダイオード）１５０を含む。受光部１２４は、試薬カップ１０８の底面側から蛍光を受光する。
【００６５】
試薬カップ１０８内の蛍光分子１４から発生して、受光部１２４の紙面左側部分に入射した蛍光１４７および受光部１２４の紙面右側部分に入射した蛍光１４９は、レンズ１４２によって集光、平行化され、フィルタ１４４、偏光子１４６およびレンズ１４８を通ってＰＤ１５０へ入射する。なお、図示しないが蛍光１４７と蛍光１４９との間にも蛍光が存在し、それらの挙動は当業者であれば予測可能であるので説明を省略する。
【００６６】
フィルタ１４４は、蛍光分子１４から発生する蛍光以外の光をカットするバンドパスフィルタであり、励起光等の蛍光以外の光がＰＤ１５０へ入射することを防いでいる。
【００６７】
偏光子１４６は、直線偏光した励起光１１９の振動方向と同じ方向に偏光した光のみを透過させる。試薬カップ１０８内で散乱された励起光や、フリー分子およびバインディング分子の配向方向を切り替えている途中で蛍光分子１４から発光した蛍光は、その振動方向が元々の励起光の振動方向と異なっているため、偏光子１４６を透過できない。
【００６８】
ＰＤ１５０は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）によって構成され、レンズ１４８によって集光された蛍光を受光し、蛍光の強度に応じた電荷を発生させて増幅部１２６へ出力する。
【００６９】
このようにして受光部１２４は、配向の切り替えが完了した蛍光分子１４から発生した蛍光を電荷に変換する。また、受光部１２４は、試薬カップ１０８の底面側で蛍光を受光するため、配向制御光１１７および励起光１１９の影響を受けにくい。本明細書において、「配向の切り替えが完了した」とは、配向制御光の照射方向の切り替え後、配向制御光による外力に対して分子が安定状態になったことを意味する。
【００７０】
続いて生体分子検出装置１００の測定時における動作について説明する。図９は、検体の準備から廃棄までの流れを模式的に表した図である。
【００７１】
測定の準備にあたり、まず患者から採集した全血１５６を５０μＬ遠心分離し、血漿１６を分離する。分離して取り出した血漿１６を、生体分子検出装置１００の検体セット部１５２にセットする。ここまでの作業はユーザーが行う。
【００７２】
生体分子検出装置１００は、検体セット部１５２にセットされた血漿を、試薬カップストック部１６０にストックしてある未使用の試薬カップ１０８の中に分注する。続いて、生体分子検出装置１００は、試薬タンク１１２の中にある抗ＰＳＡ抗体をピペット１５８で吸い上げ、試薬カップ１０８の中に分注する。試薬カップ１０８内に血漿および抗ＰＳＡ抗体を入れた生体分子検出装置１００は、試薬カップ１０８を３７℃で温調しながら、内蔵したボルテックスミキサーによって振動させ、抗原抗体反応を起こさせる。その後、生体分子検出装置１００は、励起光の照射および蛍光の検出を行い、蛍光の検出終了後に試薬カップ１０８を内蔵のごみ箱１５４へ廃棄する。
【００７３】
測定の際にＦＧ１２２が出力する配向制御信号、測定の際にＰＤ１５０が出力するＰＤ出力の例を図１０Ａに、および測定の際にロックインアンプ１２７が出力するロックインアンプ出力の例を図１０Ｂに示す。なお、ここでは説明を容易にするため、ＰＤ出力およびロックインアンプ出力については、グラフを模式的に示してある。
【００７４】
ＦＧ１２２から出力される配向制御信号は、測定前は０Ｖとなっている。配向制御信号は、０〜Ｔ（秒）までの間は５Ｖの信号を出力し、Ｔ〜２Ｔ（秒）までの間は０Ｖの信号を出力する周期２Ｔの方形波である。測定前においては、配向制御信号が０Ｖであるから配向制御光１３６が試薬カップ１０８に照射され、すべてのバインディング分子が同一方向に配向している。
【００７５】
生体分子検出装置１００は、時刻Ｔ１で配向制御信号を５Ｖにすると共に、励起光を試薬カップ１０８に向けて照射する。その後配向制御信号が５Ｖになると、ＡＯＤ１２０が配向制御光１１７の進行方向を切り替え、配向制御光１１７が進行する方向が矢印１３６の方向から矢印１３４の方向に切り替わる。配向制御光１１７の進行方向の切り替えに伴い、試薬カップ１０８に対する配向制御光１１７の照射方向も９０度切り替わる。
【００７６】
配向制御光１１７の照射方向が切り替わったことに伴い、バインディング分子１５の配向方向が切り替わり、励起光１１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに垂直でなくなると蛍光１２３が発生する。配向を切り替える途中のバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４から発生した蛍光は、大半が偏光していないため偏光子１４６によって遮断される。
【００７７】
配向の切り替えが完了したバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４では、遷移モーメントの方向が励起光１１９の振動方向と平行となり励起効率が最大となる。配向の切り替えが完了したバインディング分子１５に付随する蛍光分子から発生する蛍光は、励起光と同じ方向に偏光しているため、偏光子１４６によって遮断されずＰＤ１５０に到達する。
【００７８】
時刻Ｔ１で励起光１１９が試薬カップ１０８に照射された瞬間において、ＰＤ出力はｉｚの値を出力する。ＰＤ出力ｉｚは、溶液中の一部のフリー分子１３に付随する蛍光分子１４から発生する蛍光と、装置等由来のノイズ成分を含んだ値である。バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４は、配向制御信号が０Ｖの場合には励起されないため、ＰＤ出力に寄与しない。
【００７９】
配向制御信号が０Ｖから５Ｖに変わり、配向の切り替えが完了したバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４が発生する蛍光１２３がＰＤに到達することにより、ＰＤ出力もｉｚから増加していく。配向を切り替える途中のバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４から発生した蛍光１２３は、大半が偏光していないため偏光子１４６によって遮断される。配向の切り替えが完了したバインディング分子１５が増加することに伴ってＰＤ出力は増加し、全てのバインディング分子１５の配向の切り替えが完了すると値ｉｔで飽和する。
【００８０】
配向制御信号は、５Ｖの出力がＴ秒間続いた後０Ｖとなる。このＴ秒は、少なくとも全てのバインディング分子１５の配向の切り替えが完了する以上の期間、すなわちＰＤ出力が値ｉｔで飽和をする以上の期間を取る。全てのバインディング分子１５の配向の切り替えが完了し、時刻Ｔ２になると配向制御信号が５Ｖから０Ｖに変わる。配向制御信号が５Ｖから０Ｖに変わると、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と励起光１１９の振動方向とが互いに垂直となり、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率が０となって蛍光１２３が発生しなくなる。そのため、ＰＤ出力は徐々に減少してｉｚとなる。この場合においても、配向を切り替える途中のバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４から発生した蛍光１２３は、大半が偏光していないため偏光子１４６によって遮断される。
【００８１】
時刻Ｔ２から時間Ｔが経過し、時刻Ｔ３で再び配向制御信号が５Ｖとなると、ＰＤ出力も増加して値ｉｔで飽和する。ここで、配向制御信号を０Ｖとする期間は、配向制御信号を５Ｖとしていた期間と同じＴ秒とした。これは、配向制御光１１７の出力が一定という条件下では、溶液中のバインディング分子１５の配向の切り替えが完了するまでに要する時間は、配向制御信号を０Ｖから５Ｖにする場合と、配向制御信号を５Ｖから０Ｖにする場合とで、ほぼ同じだからである。
【００８２】
時刻Ｔ３から時間Ｔが経過し、時刻Ｔ４で配向制御信号が０Ｖとなることに伴い、ＰＤ出力も減少して値ｉｚとなる。なお、配向制御信号の１周期は２Ｔであるため、Ｔ４−Ｔ３＝Ｔ３−Ｔ２＝Ｔ２−Ｔ１＝Ｔである。つまり、ＰＤ出力は配向制御信号と同様に周期２Ｔで値の増減を繰り返す周期的な出力となる。
【００８３】
ロックインアンプ１２７は、入力された信号から参照信号と同期して増減を繰り返す成分を検出する。生体分子検出装置１００では、配向制御信号と同じ信号が参照信号としてロックインアンプ１２７に入力されている。すなわち、ロックインアンプ１２７は、ＰＤ出力から配向制御信号に同期した成分を検出する。ＰＤ出力は、配向制御信号と同様に周期２Ｔの周期的な信号であるが、ＰＤ出力の周期的な成分に寄与しているものは、配向制御信号により配向されるバインディング分子１５に付随した蛍光分子１４から発生した蛍光である。従って、ロックインアンプ１２７により、配向制御信号と同期した成分を抽出すると、ＰＤ出力の中からバインディング分子１５による寄与分を抽出することができる。ロックインアンプ出力は、当初は増減を繰り返す不安定な出力であるが、徐々に値Ｓに収束する。値Ｓが、バインディング分子１５に付随した蛍光分子１４から発生した蛍光の総量によるＰＤ出力である。
【００８４】
ＣＰＵ１３２は、ロックインアンプ出力Ｓから検出対象物質の濃度Ｃを算出する。具体的には、次式（１）によって求める。
Ｃ＝ｆ（Ｓ）・・・（１）
【００８５】
ここで、ｆ（Ｓ）は、検量線関数である。生体分子検出装置１００は、あらかじめ測定項目ごとに異なる検量線関数を持っておき、測定値Ｓを診断値Ｃに変換する。ＣＰＵ１３２は、得られた診断値Ｃを表示部１０２へ出力する。
【００８６】
以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置１００によれば、配向制御光１１７の照射方向の切り替えにより、溶液中のバインディング分子１５の配向方向を切り替えることが可能な構成とした。配向制御光１１７によるバインディング分子１５の配向方向は、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに平行となる方向、またはバインディング分子１５に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに垂直となる方向の２つである。すなわち生体分子検出装置１００では、配向制御光１１７の照射方向の切り替えにより、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４が、直線偏光した励起光により励起される場合と励起されない場合とを切り替えることが可能となる。
【００８７】
また、ロックインアンプ１２７は、受光した蛍光データの中から、配向制御光１１７の照射方向の切り替えを指示する配向制御信号と同期した成分を検出するため、配向制御光１１７により配向されるバインディング分子１５に付随する蛍光の寄与分を算出することができ、簡便な構成で検出対象物質の濃度を正確に測定することができる。
【００８８】
また、以上の構成において、生体分子検出装置１００は、配向制御光１１７による外力によって、バインディング分子１５の配向を全て同じ方向に切り替えるため、ブラウン運動というランダムな運動を利用して測定する場合に比べて、高感度な測定をすることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、蛍光分子としてＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５６８を用いたが、蛍光分子はこれらに限られない。蛍光分子は、遷移モーメントを有し、励起光によって励起され、ＰＤで検出可能な光を発生するものであれば何でもよい。
【００９０】
なお、本実施の形態では、抗原抗体反応を利用する場合を例にとって説明したが、検出対象物質と検出対象物質に特異的に結合する物質との組み合わせは、ここで説明した場合に限られない。例えば本願発明は、抗原を用いて抗体を検出する場合や、特定の核酸を用いて当該核酸とハイブリダイゼーションをする核酸を検出する場合、核酸を用いて核酸結合性たんぱく質を結合する場合、リガンドを用いてレセプターを検出する場合、糖を用いてレクチンを検出する場合、プロテアーゼ検出を利用する場合、高次構造変化を用いる場合等にも適用することができる。
【００９１】
また、配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間は、バインディング分子の分子量、体積、溶媒の粘度、または溶液の温度等に基づいて変化させることが望ましい。バインディング分子に対する配向制御光１１７の照射方向が切り替わり始めた時から配向の切り替えが完了するまでに要する時間は、バインディング分子の分子量、体積、溶媒の粘度、または溶液の温度等によって決まる溶液中におけるバインディング分子の回転しやすさによって決まる。バインディング分子が溶液中で回転しにくい場合は、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が長くなるため、配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間を、配向の切り替えが完了する程度まで長くすることが望ましい。また、バインディング分子の分子量が大きいほど配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間を長くし、バインディング分子の分子量が小さいほど配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間を短くすることが望ましい。
【００９２】
また、本実施の形態では、配向制御光１１７として波長９８０ｎｍ、出力７００ｍＷのレーザーを用いたが、配向制御光として用いるレーザーはこれに限られない。配向制御光１１７の波長および出力は、フリー分子およびバインディング分子の体積、分子量、溶媒の粘度、絶対温度等に起因する溶液中でのフリー分子およびバインディング分子の回転しやすさに基づいて、バインディング分子のみを配向する出力とすることが望ましい。
【００９３】
（実施の形態２）
図１１Ａおよび１１Ｂは、本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を示した模式図である。実施の形態２では、２種類の抗体を使用し、均一溶液中で２種類の抗原を検出する。
【００９４】
試薬カップ２０の中に、抗体２２および抗体２６が入れられている場合を考える。抗体２２および抗体２６は、それぞれ蛍光分子２４および蛍光分子２８で標識されている。
【００９５】
試薬カップ２０の中に検体３０を入れて撹拌すると、抗体２２と特異的に結合する抗原３２が検体中に存在する場合は、抗体２２と抗原３２との間で抗原抗体反応が起こり、抗体２２および抗原３２が特異的に結合する。同様に抗体２６と特異的に結合する抗原３４が検体中に存在する場合は、抗体２６と抗原３４の間で抗原抗体反応が起こり、抗体２６および抗原３４が特異的に結合する。
【００９６】
実施の形態１で説明した場合と同様に、一部の抗体は、抗原抗体反応をしないまま溶液中に存在する。以下、抗原抗体反応をした抗体２２、抗原３２および蛍光分子２４をバインディング分子１、抗原抗体反応をしなかった抗体２２および蛍光分子２４をフリー分子１と呼ぶ。抗原抗体反応をした抗体２６、抗原３４および蛍光分子２８をバインディング分子２、抗原抗体反応をしなかった抗体２６および蛍光分子２８をフリー分子２と呼ぶ。本実施の形態では、検出対象物質である抗原３２はＰＳＡ、抗原３４はＳＣＣ（Ｓｑｕａｍｏｕｓ Ｃｅｌｌ Ｃａｒｃｉｎｏｍａ）抗原とする。また、抗体２２としてＰＳＡと特異的に結合する抗ＰＳＡ抗体を用い、抗体２６としてＳＣＣ抗原と特異的に結合するＳＣＣ抗体を用いる。蛍光分子２４として、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社の商品名）を用い、蛍光分子２８として、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５５５（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社の商品名）を用いた。Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５５５は、５４０−７００ｎｍ程度の波長を持った蛍光を発し、５７０ｎｍ程度の波長の蛍光を最も強く発する。
【００９７】
本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置は、２種類のフリー分子および２種類のバインディング分子が混在する溶液に励起光を照射し、目的のバインディング分子の検出または定量を行う。
【００９８】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置２００の主要な構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１で示した生体分子検出装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
生体分子検出装置２００は、実施の形態１で示した生体分子検出装置１００の構成に対して、受光部２０２、分注部２０４、試薬タンク２０６およびＣＰＵ２０８が主に異なる。
【０１００】
分注部２０４は、複数の抗体がそれぞれ別の容器に入った試薬タンク２０６から２種類の抗体を吸い上げ、試薬カップ１０８内へ分注する。
【０１０１】
受光部２０２は、試薬カップ１０８内の蛍光分子から発生した蛍光を検出するものであるが、ＣＰＵ２０８からの命令（Ｓ１）を受けて、蛍光分子２４から発生した蛍光と蛍光分子２８から発生した蛍光とを分離して受光できるように構成されている。
【０１０２】
ＣＰＵ２０８は、Ａ／Ｄ変換部１２８から出力されたデジタルデータの演算を行い、その結果を表示部１０２へ出力する。また、ＣＰＵ２０８は、ユーザー入力部１０４から入力を受けて、配向制御用光源部１１６、励起光源部１１８、分注部２０４、ＦＧ１２２および受光部２０２の動作の指示命令を行う。具体的には、ＣＰＵ２０８は、配向制御用光源部１１６および励起光源部１１８に対してはそのＯＮ／ＯＦＦ命令を行い、分注部２０４に対しては使用する試薬を指定する命令および分注動作開始命令を行い、ＦＧ１２２に対しては出力する電圧信号の波形の指示命令および出力命令を行い、受光部２０２に対してはフィルタの切り替え命令を行う。
【０１０３】
受光部２０２の構成について、図１３を用いて具体的に説明する。図１３は、実施の形態２に係る生体分子検出装置２００における受光部２０２の詳細な構成を表した模式図である。受光部２０２内のフィルタ切替部２１０は、フィルタ２１２およびフィルタ２１４の２種類のフィルタを備えている。２種類のフィルタは、可動式となっており、レンズ１４２によって集光、平行化された光が通るフィルタを切り替えることができる。
【０１０４】
試薬カップ１０８内の蛍光分子１４から発生して、受光部２０２の紙面左側部分に入射した蛍光２１６および受光部２０２の紙面右側部分に入射した蛍光２１８は、レンズ１４２によって集光され、フィルタ２１２またはフィルタ２１４を通って偏光子１４６へ入射し、レンズ１４８を通ってＰＤ１５０へ入射する。なお、図示しないが蛍光２１６と蛍光２１８との間にも蛍光が存在し、それらの挙動は当業者であれば予測可能であるので説明を省略する。
【０１０５】
フィルタ切替部２１０は、ＣＰＵ２０８からの命令を受けて、使用するフィルタを切り替える。本実施の形態では、フィルタ２１２として、ＳｐＲｅｄ−Ａフィルタ（Ｓｅｍｒｏｃｋ社の商品名）セットの受光側フィルタを用いる。ＳｐＲｅｄ−Ａフィルタセットの受光側フィルタは、６０５ｎｍ−６５０ｎｍ程度の波長の光を透過するバンドパスフィルタである。一方フィルタ２１４としては、ＳｐＯｒ−Ａフィルタ（Ｓｅｍｒｏｃｋ社の商品名）セットの受光側フィルタを用いる。ＳｐＯｒ−Ａフィルタセットの受光側フィルタは、５７５−６００ｎｍ程度の波長の光を透過するバンドパスフィルタである。
【０１０６】
続いて生体分子検出装置２００の測定動作について説明する。生体分子検出装置２００の測定動作は基本的には、実施の形態１で説明した生体分子検出装置１００の測定動作と同じであるが、細かな点で異なる。フリー分子とバインディング分子を分離して検出できる理由については、実施の形態１で説明したため、ここでは２種類のバインディング分子を分離して検出する方法を説明する。
【０１０７】
生体分子検出装置２００は、まず２種類のバインディング分子のどちらを先に検出するか決定する。これは、ユーザーが、ユーザー入力部１０４を通して入力する等して任意に決定することができる。ここでは、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８を蛍光分子として持つバインディング分子１から先に検出する。ＣＰＵ２０８は、受光部２０２内のフィルタ切替部２１０に、フィルタ２１２の使用を指示する命令を出す。フィルタ切替部２１０は、ＣＰＵ２０８からの命令を受け、レンズ１４２で集光、平行化された光が通る位置にフィルタ２１２を移動させる。配向制御信号が５Ｖに変わり、試薬カップ１０８に向けて励起光が照射されると、溶液内の蛍光分子２４および蛍光分子２８は、蛍光を発生する。蛍光分子２４および蛍光分子２８から発生した蛍光は、レンズ１４２によって集光、平行化され、フィルタ２１２へ入射する。フィルタ２１２は、６０５ｎｍ−６５０ｎｍ程度の波長の光のみを通すため、蛍光分子２４から発生した蛍光は当該フィルタを透過し、蛍光分子２８から発生した蛍光は当該フィルタによりほぼ全て遮断される。このようにして、受光部２０２は、蛍光分子２４から発生した蛍光のみを検出することができる。
【０１０８】
実施の形態１と同様に、生体分子検出装置２００によって配向制御信号の数周期分の測定を行い、蛍光分子２４から発生した蛍光の検出を行った結果のＰＤ出力を、図１４Ａに示す。なお、図１４Ａにおいては、計算を容易にするためグラフを模式的に示してある。ＰＤ出力は、配向制御信号の周期と同じ周期を有する信号を出力する。図示しないが、ロックインアンプは、ＰＤ出力の中から配向制御信号の周期に同期した成分を検出して、値Ｓ１を出力する。
【０１０９】
続いて、ＣＰＵ２０８は、得られた値Ｓ１から、バインディング分子１の濃度を算出する。具体的には、実施の形態１と同様に検量線関数ｆ１（Ｓ）を用いて、測定値Ｓ１から濃度Ｃ１に変換する。ＣＰＵ２０８は、得られた濃度Ｃ１を表示部１０２へ出力する。
【０１１０】
次に、生体分子検出装置２００は、バインディング分子２の測定を行う。ＣＰＵ２０８は、受光部２０２内のフィルタ切替部２１０に、フィルタ２１４の使用を指示する命令を出す。フィルタ切替部２１０は、ＣＰＵ２０８からの命令を受け、レンズ１４２で集光、平行化された光が通る位置にフィルタ２１４を移動させる。フィルタ２１４は、５７５ｎｍ−６００ｎｍ程度の波長の光のみを通すため、蛍光分子２４から発生した蛍光は当該フィルタにより遮断され、蛍光分子２８から発生した蛍光は当該フィルタを透過する。このようにして、受光部２０２は、蛍光分子２８から発生した蛍光のみを検出することができる。
【０１１１】
生体分子検出装置２００によって配向制御信号の数周期分の測定を行い、蛍光分子２８から発生した蛍光の検出を行った結果のＰＤ出力を、図１４Ｂに示す。なお、図１４Ｂにおいては、計算を容易にするためグラフを模式的に示してある。ＰＤ出力は、配向制御信号の周期と同じ周期を有する信号を出力する。
【０１１２】
バインディング分子２を測定する場合の配向制御信号の切り替えタイミングは、バインディング分子１を測定する場合と異なる。これは、バインディング分子１、フリー分子１、バインディング分子２およびフリー分子２それぞれの体積および分子量が異なるため、それぞれの分子が配向の切り替えが完了するまでに要する時間が異なるためである。
【０１１３】
図１４Ａおよび１４Ｂに示したように、バインディング分子１を測定する場合と、バインディング分子２を測定する場合とでは、ＰＤ出力の増加および減少が切り替わるタイミングは同じだが、ＰＤ出力の最大値および最小値は互いに異なる。これは、バインディング分子１とバインディング分子２との溶液中での濃度の違いおよびフリー分子１とフリー分子２との溶液中での濃度の違いに起因する。
【０１１４】
続いて、ＣＰＵ２０８は、得られた値Ｓ２からバインディング分子２の濃度を求める。具体的には、検量線関数ｆ２（Ｓ）を用いて、測定値Ｓ２から濃度Ｃ２に変換する。ＣＰＵ２０８は、得られた濃度Ｃ２を、表示部１０２へ出力する。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置２００によれば、実施の形態１で説明した生体分子検出装置１００の構成に加え、検出対象物質と特異的に結合する物質として２種類の抗体および蛍光分子を用い、フィルタ切替部２１０を２種類のフィルタの切り替えが可能な構成とした。そのため、検出対象物質を含むバインディング分子に付随する蛍光分子に対応したフィルタを使用することで、検出対象物質を含むバインディング分子に付随する蛍光分子から発生する蛍光のみを検出することができ、一の検体に含まれる２種類の検出対象物質のそれぞれの濃度を正確に測定することができる。
【０１１６】
なお、本実施の形態では、蛍光分子としてＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５６８およびＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５５５を用いたが、蛍光分子はこれらに限られない。複数の検出対象物質のそれぞれとそれぞれ特異的に結合する複数の物質を、フィルタで分離できる程度に蛍光波長、励起波長または蛍光寿命が互いに異なる複数の蛍光分子でそれぞれ標識すれば良い。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、抗原抗体反応を利用する場合を例にとって説明したが、検出対象物質と検出対象物質に特異的に結合する物質との組み合わせは、これに限られない。例えば本願発明は、抗原を用いて抗体を検出する場合や、特定の核酸と当該核酸とハイブリダイゼーションをする核酸、核酸と核酸結合性たんぱく質、リガンドとレセプター、糖とレクチン、プロテアーゼ検出、高次構造変化等にも適用することができる。
【０１１８】
また、本実施の形態では検出対象物質が２種類の場合について説明したが、検出対象物質の種類は、それより多くても良い。その場合においても、複数の検出対象物質のそれぞれとそれぞれ特異的に結合する複数の物質を用い、互いに異なる複数の蛍光分子で当該複数の物質をそれぞれ標識し、それぞれの蛍光分子から発生する蛍光を、それぞれの蛍光に対応した複数のフィルタで分離して検出することで、それぞれの検出対象物質を互いに分離して検出することができる。
【０１１９】
なお、検出対象物質の種類が増えるほど蛍光分子の種類も増え、複数の蛍光分子から発生する複数の蛍光が混在することになるため、フィルタのみで蛍光を分離することが困難となる場合がある。その場合は、励起光の種類を増やすことで蛍光の分離を容易にすることができる。蛍光分子の吸光度は励起光の波長に依存し、蛍光分子の種類ごとに吸収しやすい波長帯がある。そのため、励起光の波長を変えることで、一部の蛍光分子のみが蛍光を発生するようになり、フィルタでの蛍光の分離が容易となる。また、より狭い通過帯域を持つバンドパスフィルタを用いることで、目的の蛍光分子から発生する蛍光を検出しやすくすることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態では、受光部において光を分光する分光手段としてフィルタを用いたが、必ずしもフィルタを用いる必要はない。例えば、回折格子やプリズムを用いて光を分光して、特定の波長を有する光のみをフォトダイオードで受光してもよい。
【０１２１】
（実施の形態１および実施の形態２の設計変更）
なお、以上説明した本発明に係る各実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。本発明に係る生体分子検出装置は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。
【０１２２】
例えば、溶液中のバインディング分子の配向の切り替えは、レーザーによるものに限られず、バインディング分子のみを配向できれば、磁気的な方法や電気的な方法としても良い。また、配向制御光の照射方向は、必ずしもＡＯＤで切り替える必要はない。例えば、配向制御用光源部を複数設けて光源自体を切り替えることにより配向制御光を照射する方向を切り替えても良く、また駆動式ミラー等を使って配向制御光の照射方向を切り替えても良い。また、配向制御光として直線偏光したレーザーを用いてバインディング分子を配向させ、λ／２波長板や電気信号で制御可能な液晶位相変調デバイスを用いることでレーザーが直線偏光する方向を切り替えることでバインディング分子の配向方向を切り替えても良い。
【０１２３】
また、本発明に係る各実施の形態では、配向制御光１１７の進行方向を、バインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに平行となる方向、および、バインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに垂直となる方向の互いに直交する２つの方向で配向制御光の照射方向を交互に切り替えたが、必ずしもこの互いに直交する２つの方向で切り替える必要はない。例えば、検出対象物質の定量を行いたい場合は、設定すべき配向制御光の２つの照射方向のうち一方が、バインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが垂直となる方向、すなわち直線偏光した励起光が蛍光分子を励起不可能な方向であれば良い。この場合、励起光が蛍光分子を励起できない方向に蛍光分子を配向させれば、蛍光が発生しないためＰＤ出力は一部のフリー分子による出力および装置等に起因するノイズのみとなる。すると、配向制御光１１７の照射をもう一方の方向に切り替えた時、配向の切り替えが完了したバインディング分子に付随する蛍光分子から発生する蛍光のみがＰＤ出力の変化となって表れる。換言すれば、バインディング分子に付随する蛍光分子の発光を一旦リセットすることができるため、不要な蛍光を受光することがなくなり、不要な蛍光によるノイズがなくなる。
【０１２４】
この場合、配向制御光１１７が進行する２つの方向が互いに直交していれば、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が最大となって、最もＳ／Ｎが良くなる。一方で、例えば配向制御光１１７が進行する２つの方向の成す角度が６０度であれば、配向制御光１１７の２つの進行方向が互いに直交する場合と比べ、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が短くなり、測定に要する時間も短くなる。このように配向制御光１１７が進行する２つの方向の成す角度が９０度より小さいほど、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が短くなり、測定時間も短くなる。
【０１２５】
また、溶液中に検出対象物質が存在するか否か、すなわちバインディング分子が存在するかしないかのみを測定したい場合は、バインディング分子の配向の切り替えに時間差が生じる程度だけ角度をつけた２つの方向で配向制御光１１７の照射方向を交互に切り替えれば良く、必ずしもバインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに垂直となる方向が含まれていなくても良い。バインディング分子の配向の切り替えに時間差が生じれば、その差は蛍光データに表れるため、バインディング分子の存在を確認できる。
【０１２６】
また、本発明に係る各実施の形態では、生体分子検出装置内に試薬カップを１つ設ける場合を説明したが、必ずしも試薬カップは１つである必要はなく、装置内に複数の試薬カップを設けて複数の検体をセットできる構成としても良い。その場合は、装置が試薬カップを順に測定位置に移動させて測定を行う構成とすれば、自動で複数の検体を測定することができる。
【０１２７】
なお、本発明に係る各実施の形態では、蛍光分子で標識化された抗体を用いた例を説明したが、必ずしも蛍光分子で標識済みの抗体を用いる必要はない。例えば、抗体および抗原の結合と、抗体および蛍光分子の結合とを同時に試薬カップ内で行っても良い。この場合、ユーザーが抗体および蛍光分子をそれぞれ別の試薬タンクに用意しておき、測定時に生体分子検出装置が、抗体、蛍光分子および検体をそれぞれ試薬カップへ分注して、反応させる。
【０１２８】
また、配向制御用光源部１１６や励起光源部１１８は、着脱可能な構成として、検出対象物質および蛍光分子等に応じて、適切なものに交換できるような構成としても良い。
【０１２９】
配向制御の方向を切り替える所定の時間間隔は、検出対象物質、検出対象物質と特異的に結合する物質および蛍光分子それぞれの分子量または体積と、配向制御手段の外力の強度とに基づいて、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間を求め、その時間を所定の時間間隔とすることが望ましい。このような場合、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了した後も同一方向に配向制御光を照射することがなくなり、消費電力を削減することができる。また、不要な時まで測定を続けることがなくなり、測定時間を短くすることができる。
【０１３０】
全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間は、ＰＤ出力やＡ／Ｄ変換部出力に基づいて求めてもよい。例えば、測定を何周期か繰り返せば、それぞれの出力が飽和するまでにどのくらいの時間を要するかおおよそ分かるため、それぞれの出力が飽和するまでに要する時間を加算平均等して、算出した時間を所定の時間間隔として決めれば良い。
【０１３１】
配向制御光により分子の配向制御を行う場合には、磁力等によって分子の配向を制御する場合に比べ複雑な機構が必要ない。例えば、磁力を用いて分子の配向を制御するためには、それぞれの分子が磁性を持ったものであるか、磁性を持った分子を用意して配向を制御したい分子に結合させる必要があり、測定にあたって準備が煩雑となる。
【０１３２】
なお、本発明に係る各実施の形態では、検体として全血から分離した血漿を用いる場合を例にとって説明したが、検体は全血から分離した血漿に限られず、検出対象物質が溶液中に分散していれば尿や隋液等の体液を検体とすることもできる。
【０１３３】
なお、本発明に係る各実施の形態では、バインディング分子は配向し、フリー分子は配向しない場合を例にとって説明したが、フリー分子は必ずしも配向しないわけではない。配向制御光によりフリー分子が配向される場合においても、フリー分子とバインディング分子とでは体積および分子量が互いに異なり、配向する速度が互いに異なる。そのため、配向制御光の照射方向を切り替えた場合においても、これらの分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が互いに異なるため、蛍光が発生する周期も互いに異なる。そのため、配向制御信号が切り替わってからバインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間の２倍を１周期とする参照信号をロックインアンプに入力すれば、バインディング分子に付随する蛍光分子から発生する蛍光成分を検出することができる。
【０１３４】
また、本発明に係る各実施の形態では、抗原、抗体および蛍光分子が液体中に分散している液相で測定ができるため、抗原等を反応層に固定して測定を行う固相での測定に比べ、前処理が簡単であるという利点がある。また、抗原およびフリー分子が固相に固定されていないため、抗原およびフリー分子が溶液中を自由に動き回ることができ、固相での測定に比べて反応が早いという利点もある。
【０１３５】
また、本発明に係る各実施の形態は、従来の蛍光偏光法のようにブラウン運動の変化による蛍光の偏光度の変化を調べるものではないため、検体の成分が蛍光分子の蛍光寿命に影響を与えたとしても測定に与える影響は少ない。
【０１３６】
また、本発明に係る各実施の形態では、一方向に直線偏光した励起光１１９を溶液に照射する場合、すなわち偏光面が単一の励起光１１９を溶液に照射する場合を例にとって説明したが、励起光１１９は必ずしも単一の偏光面を有する直線偏光した光である必要はない。実施の形態１および実施の形態２の効果と同様の効果を奏するためには、励起光１１９が特定方向の直線偏光成分を少なくとも１つ有していれば良い。ここで、特定方向の直線偏光成分を有する光とは、蛍光分子の配向方向の変化により、蛍光分子の遷移モーメントの方向と励起光の当該直線偏光成分の振動方向との関係が変化して、当該直線偏光成分による蛍光分子の励起効率に変化が生じる光である。例えば、ランダム偏光した励起光を照射し、受光部の前に検光子を設けて、蛍光分子から発生した蛍光から特定方向の直線偏光成分のみを受光するように構成しても良い。ここでランダム偏光とは、光の振動方向がランダムであり、様々な方向に振動する直線偏光成分が存在することをいう。
【０１３７】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、それぞれ配向制御光１３６、１３４を照射した際の蛍光分子１４の配向方向とランダム偏光した励起光２３０の振動方向とを表した概念図である。励起光２３０の振動方向２３２ａ〜２３２ｄは、励起光２３０の進行方向に対して垂直な平面内における光の振動方向を表す。図１５Ａおよび図１５Ｂでは、振動方向２３２ａ〜２３２ｄによって励起光２３０の振動方向が様々な方向であることを表しているが、実際は、図示した成分だけでなく、あらゆる角度方向のより多くの成分が含まれている。一般に、溶液中で静止した蛍光分子を直線偏光した励起光で励起すると、蛍光分子は、励起光の偏光方向と同一の方向に偏光した蛍光を発生する。ランダム偏光した励起光２３０によって配向したバインディング分子が励起されると、バインディング分子に付随する蛍光分子１４からもランダム偏光した蛍光２３４が発生する。
【０１３８】
検光子２３６は、蛍光分子１４から発生したランダム偏光した蛍光２３４のうち特定の方向に振動する成分を透過させ、それ以外の方向に振動する成分を遮断する。換言すれば、検光子２３６を透過した光は特定の方向にのみ振動する光となる。図１５Ａおよび１５Ｂにおいて検光子２３６を透過可能な特定の方向に振動する蛍光２３４の成分とは、振動方向２３２ａに振動する成分である。従って、検光子２３６を透過した蛍光２３４の振動方向は、図１５ＡおよびＢにおいて振動方向２３２ａのみとなる。蛍光２３４に含まれる振動方向２３２ａに振動する成分は、励起光２３０のうち振動方向２３２ａに直線偏光した励起光成分によって励起されて発生する。つまり、励起光２３０に含まれる振動方向２３２ａに直線偏光した励起光成分によって励起されて発生した蛍光成分のみをフォトダイオード２３８に到達させることができる。従って、このような構成にすることで、励起光２３０としてランダム偏光した光を用いても、特定の方向に振動する励起光を用いて測定を行った実施の形態１と同様の測定を行うことができる。なお、検光子２３６が透過させる特定の方向に振動する蛍光２３４の成分とは、必ずしもここで示した方向に振動する成分に限られず、蛍光分子１４の配向方向の変化に伴い蛍光分子１４に対する励起効率に差が生じる成分であれば何でも良い。
【０１３９】
また、図１５Ａおよび図１５Ｂでは励起光２３０がいずれの方向に振動する場合においても振幅が一定である例を示したが、必ずしも全ての方向において振幅が一定である必要はない。フォトダイオード２３８が受光する蛍光２３４の成分は、ランダム偏光した蛍光２３４のうち特定方向に振動する成分のみであるので、その他の方向に振動する成分は遮断される。
【０１４０】
図１５Ａに示すように、配向制御信号が０Ｖの場合、配向制御光１３６により配向した蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と検光子２３６を透過可能な光の振動方向とは垂直となる。この場合、励起光２３０に含まれる振動方向２３２ａに振動する成分による蛍光分子１４の励起効率は最小となる。従って、蛍光分子１４から発生する蛍光２３４のうち、検光子２３６を通ってフォトダイオード２３８に到達する成分は最小となる。
【０１４１】
一方、図１５Ｂに示すように、配向制御信号が５Ｖの場合、配向制御光１３４により配向した蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と検光子２３６を透過可能な光の振動方向とは平行となる。この場合、励起光２３０に含まれる振動方向２３２ａに振動する成分による蛍光分子１４の励起効率は最大となる。従って、蛍光分子１４から発生する蛍光２３４のうち、検光子２３６を通ってフォトダイオード２３８に到達する成分は最大となる。
【０１４２】
このような構成とした場合においても、配向制御信号を０Ｖから５Ｖに変化させると、蛍光分子１４の配向方向が変化し、蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と検光子２３６を透過可能な光の振動方向とが徐々に平行に近づく。それに伴い、励起光２３０に含まれる、検光子２３６を透過可能な方向に振動する成分による蛍光分子１４の励起効率が増加し、蛍光分子１４から発生する蛍光２３４の成分であって検光子２３６を透過可能な方向に振動する成分が増加する。すなわち、フォトダイオード２３８において検出する蛍光強度は、実施の形態１と同様に徐々に増加する。この場合、配向制御光の切り替えに伴いバインディング分子１５の配向のみが切り替わることにより、フォトダイオード２３８が受光する蛍光強度が変化する。そのため、このような構成とした場合においても、配向制御信号を０Ｖから５Ｖに変化させた際の、時間に対するフォトダイオード出力のグラフは、図１０Ａと同様の形状となる。つまり、この場合においてもフォトダイオード出力のグラフについて実施の形態１と同様の計算を行うことにより、検出対象物質の濃度を測定することができる。
【０１４３】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂに示す概念図のように、互いに直交する２つの方向にそれぞれ直線偏光した２つの成分のみを有する励起光２４０を用いてもよい。励起光２４０は、進行方向に対して垂直な平面内において振動方向２４２ａ、２４２ｂにそれぞれ直線偏光した２つの成分のみを有する。つまり、振動方向２４２ａと振動方向２４２ｂとは互いに直交している。このような励起光２４０によって励起された蛍光分子１４は、励起光２４０の振動方向と同一方向に振動する成分を有する蛍光２４４を発する。すなわち、蛍光２４４は振動方向２４２ａ、２４２ｂにそれぞれ直線偏光した２つの成分を有する。
【０１４４】
図１６Ａは、配向制御信号が０Ｖの場合の概念図である。配向制御信号が０Ｖの場合、配向制御光１３６が照射される。配向制御光１３６を照射された蛍光分子１４は、遷移モーメントの方向が振動方向２４２ｂと同一の方向となるように配向する。つまり、配向制御信号が０Ｖの場合の蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と励起光２４０の一方の成分の振動方向２４２ｂとは互いに平行である。
【０１４５】
偏光ビームスプリッタ２４６は、蛍光２４４のうち振動方向２４２ａに振動する直線偏光成分２４４ａを透過させ、振動方向２４２ｂに振動する直線偏光成分２４４ｂを反射する。偏光ビームスプリッタ２４６を透過した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ａは、フォトダイオード２４８に到達する。偏光ビームスプリッタ２４６で反射した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂは、フォトダイオード２５０に到達する。
【０１４６】
図１６Ｂは、配向制御信号が５Ｖの場合の概念図である。配向制御信号が５Ｖの場合、配向制御光１３４が照射される。配向制御光１３４を照射された蛍光分子１４は、遷移モーメントの方向が振動方向２４２ａと同一の方向となるように配向する。つまり、配向制御信号が５Ｖの場合の蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と励起光２４０の他方の成分の振動方向２４２ａとは互いに平行である。
【０１４７】
偏光ビームスプリッタ２４６を透過した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ａに着目する。この場合、励起光２４０の一方の成分の振動方向２４２ａと蛍光分子１４の遷移モーメントの方向との関係は実施の形態１の場合の関係と同様になる。そして、フォトダイオード２４８の出力の時間変化は、実施の形態１において説明した図１０Ａに示したグラフと同様のグラフとなる。つまり、配向制御光の照射方向の切り替えに伴いバインディング分子の配向方向が切り替わり始め、フォトダイオード２４８の出力は増加する。そして、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了した時刻において、フォトダイオード２４８の出力は最大値となる。そして、配向制御信号は５Ｖの出力がＴ秒間続いた後０Ｖとなる。配向制御信号が５Ｖから０Ｖに切り替わると、バインディング分子の配向方向が再度切り替わり、フォトダイオード２４８の出力は減少する。
【０１４８】
一方、偏光ビームスプリッタ２４６で反射した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂに着目する。この場合、配向制御光の照射方向が切り替わるまでは、励起光２４０の他方の成分の振動方向２４２ｂと蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに平行であるため、励起光２４０の当該他方の成分による蛍光分子１４の励起効率は、それまでは最大の状態である。すなわち、配向制御光の照射方向が切り替わるまでは、蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂの量が最大であるため、偏光ビームスプリッタ２４６で反射する蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂを受光するフォトダイオード２５０の出力もそれまでは最大となる。配向制御光の照射方向の切り替えに伴いバインディング分子の配向方向が切り替わり始め、フォトダイオード２５０の出力は減少する。そして、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了した時刻において、フォトダイオード２５０の出力は最小値となる。配向制御信号は５Ｖの出力がＴ秒間続いた後０Ｖとなる。配向制御信号が５Ｖから０Ｖに切り替わると、バインディング分子の配向方向が再度切り替わり、フォトダイオード２５０の出力は増加する。これは、励起光２４０の当該他方の成分の振動方向２４２ｂと蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに平行となる状態に戻るためである。
【０１４９】
そして、フォトダイオード２４８の出力およびフォトダイオード２５０の出力を用いて、受光データを正規化する。２つのフォトダイオードの出力を用いて受光データを正規化することで、フリー分子およびバインディング分子の濃度ばらつきや、光学系の励起パワー変動などの影響を低減させることができる。
【０１５０】
そして、正規化した受光データからバインディング分子の濃度を算出する。
【０１５１】
また、本発明に係る各実施の形態では、飽和した蛍光強度の値を基にバインディング分子の濃度を求めたが、必ずしもそのような方法で求める必要はない。例えば、配向制御光の照射方向の切り替え後蛍光強度が飽和する前に配向制御光の照射方向が元に戻るような高い周波数を用いてロックイン検波を行ってもよい。
【０１５２】
図１７Ａは、蛍光強度が飽和する程度に配向制御信号が５Ｖとなっている期間が充分長い配向制御信号の出力、および当該配向制御信号を用いて検出された蛍光強度を示すグラフであり、図１７Ｂは、蛍光強度が飽和しない程度に配向制御信号が５Ｖとなっている期間が短い配向制御信号の出力、および当該配向制御信号を用いて検出された蛍光強度を示すグラフである。図１７Ａにおいては、配向制御信号の周期ｔ１が充分長く、配向制御信号が５Ｖとなっている期間が長いため、全てのバインディング分子が配向して、蛍光強度は最大値となり、ロックインアンプの出力は最大値ｉ１となる。一方、図１７Ｂは配向制御信号の周期ｔ２が短く、全てのバインディング分子が配向する前に配向制御信号が０Ｖになるため、蛍光強度は理論上の最大値とならず、ロックインアンプ出力はｉ２となる。ｉ２はｉ１より小さい。
【０１５３】
また、本発明に係る各実施の形態では、配向制御用光源部は必ずしも１つの照射方向に対して１つである必要はなく、複数の配向制御用光源部を設けて、同一方向に複数の配向制御光を照射しても良い。
【０１５４】
また、本発明に係る各実施の形態のように、配向制御光を照射する方向を変えることにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する光学系においては、配向制御光のビーム径を細長く絞った場合に配向制御光で照射できる範囲が減少してしまうことを回避する観点から、配向制御光をある方向から同時に多点に照射して照射範囲をより広くするために、光学系を複数段用意しても良い。複数段の光学系は、少なくとも試薬カップに配向制御光が入射する前の段階で光路が複数存在していればよい。例えば、光源も含めた同様の光学系を３段重ねれば、３つの配向制御用光源部からそれぞれ配向制御光が照射され、試薬カップへある方向から３点に配向制御光を照射することができる。また例えば、光源が１つであっても２次元レーザーアレイやマイクロレンズアレイ等を用いて配向制御光を分岐すれば、分岐した分だけの複数の点で配向制御光を照射することができる。このような場合、配向制御光を同時に多点に照射することができ、複数の箇所で蛍光分子の遷移モーメントを回転させることができる。
【０１５５】
また、本発明に係る各実施の形態では、配向制御光を照射する方向を切り替えることにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する場合について説明したが、蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する方法はこれに限られない。例えば、蛍光分子の遷移モーメントが直線偏光した光の振動方向に追従する現象を利用して、直線偏光した配向制御光の振動方向を制御することにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御してもよい。
【０１５６】
直線偏光した配向制御光の振動方向を制御することにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する方法としては、例えば、一方向に直線偏光した配向制御光を用い、当該配向制御光の偏光軸を回動させてバインディング分子の配向を制御し、蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する方法が挙げられる。直線偏光した配向制御光を照射されたバインディング分子は、配向制御光の偏光軸によって決まる特定の方向に配向する。直線偏光した配向制御光の偏光軸の制御は、λ／２波長板を用いることにより実施できる。λ／２波長板は、光の互いに直交する２成分間の光路差を１／２波長にする機能を有する位相板であり、光の偏光軸を回転操作するために用いられる。λ／２波長板の光学軸方向と平行な方向に直線偏光した光はλ／２波長板を素通りするが、λ／２波長板の光学軸方向と４５度の角度をなす方向に直線偏光した光は偏光軸が９０度回転された状態で透過する。つまり、直線偏光した配向制御光に対するλ／２波長板の角度を切り替えることにより、配向制御光を素通りさせる場合と配向制御光の偏光軸を９０度回転させて配向制御光を透過させる場合とを切り替えることができる。すなわち、λ／２波長板を用いて直線偏光した配向制御光の偏光軸を回転させることにより、バインディング分子を２つの方向へ配向させることができる。
【０１５７】
また、直線偏光した配向制御光の振動方向を制御することにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する場合において、進行方向に垂直な平面での配向制御光の断面形状はどのようなものであっても良い。例えば、図１８Ａに示すように、偏光軸３５２を有する直線偏光した配向制御光３５０が照射される場合を考える。この場合、配向制御光３５０は、進行方向に垂直な方向の断面形状が略長方形である。このとき、配向制御光３５０の中心に位置するバインディング分子３５４と配向制御光３５０の周縁部に位置するバインディング分子３５６の挙動を考える。
【０１５８】
図１８Ｂに示すように、配向制御光３５０を回転させると偏光軸３５２も回転し、回転軸（偏光軸３５２の回転中心）上に位置するバインディング分子３５４は、偏光軸３５２の回転にすぐに追従して回転する。一方、配向制御光３５０の周縁部に位置するバインディング分子３５６は、偏光軸３５２の回転にすぐには追従できず、偏光軸３５２から離れることになる。その後しばらくすると、バインディング分子３５６も、配向制御光３５０に引き込まれ、偏光軸３５２の回転に追従して回転を開始する。そして、図１８Ｃのように、配向制御光３５０の偏光軸３５２を図１８Ａの場合における偏光軸３５２に対して９０度回転させた場合、偏光軸３５２の回転の終了と同時にバインディング分子３５４の配向の切り替えは完了し、一方、バインディング分子３５６が偏光軸３５２の回転にすぐには追従できないためバインディング分子３５６の配向の切り替えはバインディング分子３５４の配向の切り替えの完了後しばらくしてから完了する。つまり、回転軸上に位置するバインディング分子３５４の動きは、配向制御光３５０の偏光軸３５２の回転に同期して自転する挙動となるが、配向制御光３５０の周縁部に位置するバインディング分子３５６の動きは、配向制御光３５０の偏光軸３５２の回転に同期せずかつ回転軸を中心として公転するような動きとなる。
【０１５９】
このように、配向制御光３５０の偏光軸３５２の回転に追従できないバインディング分子が存在すると測定に影響を与えることがある。そこで、このような影響を低減するため、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させることが好ましい。例えば図１９（試薬カップ１０８の上面図）に示すように、３６０ａ〜３６０ｉの９点にそれぞれ対応した９本の配向制御光を試薬カップ１０８入射させるような態様でも良い。このようにすると、配向制御光の偏光軸の中心に位置するバインディング分子の数が増えるため、測定への影響を低減することができる。なお、ここでは９点に配向制御光を入射させる例を示したが、配向制御光を同時に入射させる点は９点に限られず、９点より多くても少なくても良い。配向制御光を絞るほど、多くの点に入射させることが望ましい。これにより、複数箇所で配向制御光の回転に同期してバインディング分子を回転させることができる。その結果、突発的な蛍光強度の変動を低下させることができ、相対的な散らばりを表す指標である変動係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を改善することができる。
【０１６０】
このように、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させるための配向制御用光源部４０２の構造について図２０に示す。配向制御用光源部４０２は、３×３の２次元レーザーアレイである。配向制御用光源部４０２は、発光点４０４ａ〜４０４ｉの９点が発光する。発光点の大きさは縦が１μｍで横が１００μｍである。発光点の間の距離は約１００μｍである。
【０１６１】
図２０に示される配向制御用光源部４０２を用いた光学系の一例を図２１に示す。なお図２１では、配向制御光および励起光の光学系以外の構成要素は省略して描いてある。
【０１６２】
配向制御用光源部４０２から出力された直線偏光した配向制御光４２２は、コリメータレンズ４０６を通って焦点において平行光線となる。コリメータレンズ４０６を通った配向制御光４２２は、ビームエキスパンダ４０８およびビームエキスパンダ４１０を通ってλ／２波長板４１２に入射する。ビームエキスパンダ４０８およびビームエキスパンダ４１０を通った配向制御光４２２は、特定の倍率の平行光束に広げられる。λ／２波長板４１２は回転ステージ上にあり、回転可能となっている。これにより配向制御光４２２の振動方向を回転することができる。λ／２波長板４１２を透過した配向制御光４２２は、ダイクロイックミラー４１８で反射してレンズ４２０により集光されて試薬カップ１０８の底面から上方に向かって入射する。
【０１６３】
光源部４１４から出力された励起光４２４は、レンズ４２６を通ってダイクロイックミラー４１６により反射される。ダイクロイックミラー４１６により反射された励起光４２４は、ダイクロイックミラー４１８を透過してレンズ４２０により集光されて試薬カップ１０８の底面から上方に向かって入射する。
【０１６４】
図２１に示される光学系において、コリメータレンズ４０６の焦点距離を３．１ｍｍ、レンズ４２０の焦点距離を４ｍｍとすると、倍率は１．２９倍となる。そのため、試薬カップ１０８の底面において、配向制御光４２２の大きさは約１．３μｍ×１３０μｍとなり、ピッチは約１２９μｍとなる。
【０１６５】
また、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させるための別の光学系の例について図２２を用いて説明する。なお図２２においても、配向制御光および励起光の光学系以外は省略して描いてある。また、図２１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６６】
図２２に示される光学系において、配向制御用光源部１１６は実施の形態１と同様のものである。配向制御光４３２は、コリメータレンズ４０６、ビームエキスパンダ４０８およびビームエキスパンダ４１０を通り、マイクロレンズアレイ４２８へ入射する。マイクロレンズアレイ４２８は、図２３に示されるように、複数のマイクロレンズ４２８ａを格子状に並べたものである。マイクロレンズアレイ４２８を通った配向制御光４３２は、複数の光源から照射された光のように、異なる位置で焦点を結ぶ複数の光束となる。配向制御光４３２は、ピンホールアレイ４３０によって絞られ、ダイクロイックミラー４１８で反射し、レンズ４２０を通って試薬カップ１０８の底面から上方に向かって入射する。このようにマイクロレンズアレイを用いても、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させることができる。
【０１６７】
また、上記各実施の形態では試薬カップを円柱状の形状としたが、試薬カップは必ずしも円柱状の形状とする必要は無い。例えば、図２４に示されるように、四角柱状の形状を有し、内部に四角柱状の溶液保持部を有する試薬カップ４３２を用いても良い。このような四角柱状の溶液保持部を有する試薬カップ４３２は、特に、配向制御光の進行方向に働く配向制御光による圧力を利用してバインディング分子を試薬カップ４３２の内部側壁面に押しつける場合に適している。これは、バインディング分子の質量が軽い場合に起こる現象であり、配向制御光による圧力を受けてバインディング分子が溶液中を移動することが原因である。この場合、溶液保持部が四角柱であると、バインディング分子は溶液と試薬カップ４３２との界面に押しつけられながら配向する。当該界面が平面でありかつ配向制御光による圧力が当該界面に垂直な方向に作用する場合には、バインディング分子は当該界面に平行な方向に移動して配向制御光の照射範囲の外に出ることがない。
【０１６８】
また、バインディング分子を試薬カップ４３２の内部側壁面に押しつける場合には、配向制御光の焦点の位置を工夫することによりこれらの分子をより容易に配向させることができる。図２５は、集光された配向制御光の焦点と試薬カップとの位置関係の一例を示す図である。配向制御光４３４は、レンズ４３６に入射し、血漿１６と試薬カップの側壁部４３２ｂとの界面（側壁部４３２ｂの内部側壁面）において焦点４３４ａを結ぶ。配向制御光４３４の焦点４３４ａの位置では、配向制御光４３４の強度が最も強いため、より強い圧力でバインディング分子を押しつけることができる。従って、図２５のように配向制御光４３４を入射させると、焦点４３４ａの位置においてバインディング分子を側壁部４３２ｂの内部側壁面に押しつけつつ、より効率的にバインディング分子を配向させることができる。この場合においても、直線偏光した配向制御光４３４の振動方向を回転させることで、バインディング分子の配向方向を焦点４３４ａの位置において変化させることができる。
【０１６９】
なお、溶液保持部は必ずしも四角柱状の形状を有している必要はなく、少なくとも一面に平面を有していれば良い。その平面において焦点を結ぶように配向制御光を照射すれば、バインディング分子は、当該平面に平行な方向に移動して配向制御光の照射範囲の外に出ることがなく平面に押しつけられながら配向する。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明に係る生体分子検出装置および生体分子検出方法は、例えば、検出対象物質と、その検出対象物質に特異的に結合する物質との相互作用を利用して、検出対象物質の検出又は定量を行う装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１２ 抗体
１３ フリー分子
１４ 蛍光分子
１５ バインディング分子
１６ 血漿
１８ 抗原
１００ ２００ 生体分子検出装置
１１６ 配向制御用光源部
１１７ 配向制御光
１１８ 励起光源部
１１９ 励起光
１２０ ＡＯＤ
１２３ 蛍光
１２４ 受光部
１４４ ２１２ ２１４ フィルタ
１４６ 偏光子
１５０ ＰＤ
２０２ 受光部
２１０ フィルタ切替部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液中の検出対象物質を検出する技術に係り、特に、検体内の生体分子、ウイルス、核酸、蛋白質および細菌等を検出することが可能な生体分子検出装置および生体分子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、医師や技師等が診療の現場で生体分子検出を行い、その場で測定結果を得て診断や治療に役立てる生体分子検出法が注目されている。生体分子検出法は、抗原抗体反応等の特異的な反応を利用した高い選択性により、血液、尿、汗といった複数成分を有する体液の中から、検出対象物質だけを選択的に検出する方法である。このような生体分子検出法は、特に、ウイルス、核酸、蛋白質および細菌等の生体分子の微量検出、検査、定量および分析などに広く用いられている。
【０００３】
生体分子検出法として、ラジオイムノアッセイが実用化されている。ラジオイムノアッセイは、アイソトープで標識された抗原または抗体を用い、その抗原または抗体と特異的に結合する抗体または抗原の有無を検出するものである。ラジオイムノアッセイは、アイソトープの放射線量を測定することにより抗体または抗原等の検出対象物質を定量するもので、高感度な測定が可能である。
【０００４】
放射性物質を用いない生体分子検出法として蛍光イムノアッセイがある。蛍光イムノアッセイとしては、予め反応層に抗体を固定しておき（抗体が固定された反応層を固相という）、当該反応層に、測定対象溶液および蛍光分子で標識された抗体を流し、反応層近傍の蛍光を測定することにより、抗体に特異的に結合した抗原の濃度を測定する装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、固相を利用した蛍光イムノアッセイは、固相を作成するのにコストがかかるという問題があった。固相を用いず液体中で生体分子検出を行う（すなわち、液相のみを用いる）方法として、蛍光偏光法を利用して抗原抗体反応を確認する方法がある。蛍光偏光法は、蛍光標識した分子に別の分子が結合し分子の大きさが変化することにより生じる、ブラウン運動の変化に基づく蛍光偏光度の値の変化を検出する方法である。蛍光偏光法を利用した生体分子検出法は、検体中の検出対象物質の簡便かつ迅速な検知法として知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１２０３９７号公報
【特許文献２】特開２００８−２９８７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の蛍光偏光法は、ランダムな運動であるブラウン運動の変化を利用しているため、測定感度に限界があるという問題がある。また、特許文献２の方法では、ブラウン運動の変化による影響を受ける程度に蛍光寿命が長い必要がある。しかし、蛍光寿命は検体内の成分によって影響を受けるため、特許文献２の方法による測定結果は、ばらつきが生じることがある。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高感度測定が可能な生体分子検出装置および生体分子検出方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る生体分子検出装置は、
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、第１の複合体と検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出装置であって、
特定方向の直線偏光成分を有し蛍光分子を励起する励起光を照射する光源と、
蛍光分子から発生する蛍光を検出する受光部と、
溶液中の第２の複合体を周期的に切り換えて配向させる配向制御手段と、
受光部によって検出された上記蛍光の内、第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出する同期成分抽出手段と、
同期成分抽出手段によって抽出された上記成分に基づいて検出対象物質の検出または定量を行う演算部とを具備する構成をとる。
【００１０】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、配向制御手段は、第２の複合体が有する蛍光分子の遷移モーメントが励起光の上記直線偏光成分の振動方向と平行となる第１の方向、および、上記遷移モーメントが上記振動方向と垂直となる第２の方向に、第２の複合体を切り換えて配向させるものであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、第２の複合体を切り換えて配向させる周期は、検出対象物質の分子量または体積と、検出対象物質と特異的に結合する物質および蛍光分子の分子量または体積と、配向制御手段による配向制御の強度とに基づいて決定されることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、配向制御手段は、励起光と波長が異なる光を照射して第２の複合体を配向させる配向制御光源を備えることが好ましい。この場合において、配向制御光源は、励起光と波長が異なる上記光を溶液に対し複数の位置から照射するものであることが好ましい。
【００１３】
さらに、配向制御手段が配向制御光源を備える場合において、溶液を保持する溶液保持部であって少なくとも一面に平面を有する溶液保持部を備えることが好ましい。この場合において、配向制御光源は、溶液を通って溶液保持部の上記平面から出射する方向に、励起光と波長が異なる上記光を照射し、かつ、溶液と上記平面との界面において励起光と波長が異なる上記光に焦点を結ばせるものであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る生体分子検出装置において、受光部は、光を分光する分光手段を備えることが好ましい。この場合において、分光手段は、特性の異なる複数のフィルタであり、受光部は、蛍光の波長に応じて複数のフィルタを切り替えるものであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る生体分子検出方法は、
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、第１の複合体と検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出方法であって、
特定方向の直線偏光成分を有し蛍光分子を励起する励起光を照射するステップと、
溶液中の第２の複合体を周期的に切り換えて配向させるステップと、
蛍光分子から発生する蛍光を検出するステップと、
検出された上記蛍光の内、第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出するステップと、
抽出された上記成分に基づいて検出対象物質の検出または定量を行うステップとを具備する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高感度な生体分子検出をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図１Ｂ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図２Ａ】励起光の振動方向と蛍光分子の遷移モーメントとが互いに平行な場合を表した模式図である。
【図２Ｂ】励起光の振動方向と蛍光分子の遷移モーメントとが互いに垂直な場合を表した模式図である。
【図３Ａ】フリー分子(抗原が結合していない蛍光分子および抗体)を表した模式図である。
【図３Ｂ】バインディング分子(抗原が結合した蛍光分子および抗体)を表した模式図である。
【図４Ａ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の外観斜視図である。
【図４Ｂ】実施の形態１に係る生体分子検出装置の開閉部を開けた状態の外観斜視図である。
【図５】生体分子検出装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図６】配向制御用光源部から照射される配向制御光の照射方向の切り替えを上面から見た模式図である。
【図７Ａ】配向制御光のある照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図である。
【図７Ｂ】図７Ａにおける照射方向と直交する配向制御光の照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図である。
【図８】実施の形態１に係る生体分子検出装置における受光部の詳細な構成を表した模式図である。
【図９】検体の準備から廃棄までの流れを模式的に表した図である。
【図１０Ａ】実施の形態１に係る生体分子検出装置における配向制御信号およびＰＤ出力を示したグラフである。
【図１０Ｂ】実施の形態１に係る生体分子検出装置におけるロックインアンプ出力を示したグラフである。
【図１１Ａ】実施の形態２に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図１１Ｂ】実施の形態２に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を説明するための模式図である。
【図１２】実施の形態２に係る生体分子検出装置の主要な構成を示すブロック図である。
【図１３】実施の形態２に係る生体分子検出装置における受光部の詳細な構成を表した模式図である。
【図１４Ａ】実施の形態２における一方の検出対象物質についてのＰＤ出力を表したグラフである。
【図１４Ｂ】実施の形態２における他方の検出対象物質についてのＰＤ出力を表したグラフである。
【図１５Ａ】一方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向とランダム偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１５Ｂ】他方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向とランダム偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１６Ａ】一方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向と２方向に直線偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１６Ｂ】他方から配向制御光を照射した場合における、蛍光分子の遷移モーメントの方向と２方向に直線偏光した励起光の振動方向との関係を表す概念図である。
【図１７Ａ】配向制御信号の小さい周波数に同期した蛍光成分を検出する例を示す図である。
【図１７Ｂ】配向制御信号の大きい周波数に同期した蛍光成分を検出する例を示す図である。
【図１８Ａ】配向制御光の偏光軸の変化に伴うバインディング分子の配向の変化を説明するための概念図（１）である。
【図１８Ｂ】配向制御光の偏光軸の変化に伴うバインディング分子の配向の変化を説明するための概念図（２）である。
【図１８Ｃ】配向制御光の偏光軸の変化に伴うバインディング分子の配向の変化を説明するための概念図（３）である。
【図１９】試薬カップの多点に直線偏光した配向制御光を底面から入射させる場合を示す概念図である。
【図２０】直線偏光した配向制御光を所定の方向から多点に入射させるための配向制御用光源部の構造を示す概念図である。
【図２１】直線偏光した配向制御光を所定の方向から多点に入射させるための光学系の一例を示す概念図である。
【図２２】直線偏光した配向制御光を所定の方向から多点に入射させるための光学系の別の例を示す概念図である。
【図２３】マイクロレンズアレイを示す概念図である。
【図２４】試薬カップの形状の一例を示す概念図である。
【図２５】集光された配向制御光の焦点と試薬カップとの位置関係の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。生体分子検出には様々な特異的な反応が利用されるが、各実施の形態では、抗原および抗体の特異的な反応を利用し、当該抗体に標識された蛍光分子から発生する蛍光を基に、抗体と反応した抗原を検出する装置を例にとって説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１Ａおよび図１Ｂは、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置における抗原抗体反応の概要を示した模式図である。図１Ａおよび１Ｂを用いて、液中での抗原抗体反応について説明する。実施の形態１では、１種類の抗体を使用し、均一溶液中で１種類の抗原を検出する。ここでは、円筒形の試薬カップ１０の中に乾燥した抗体１２が入れられている場合を考える。抗体１２は、蛍光分子１４で標識されている。
【００２０】
本実施の形態において、検体は、全血から分離した血漿１６である。試薬カップ１０に血漿１６を分注して撹拌すると、抗体１２と特異的に結合する抗原１８が血漿１６中に存在する場合は、抗体１２と抗原１８との間で抗原抗体反応が起こり、図１Ｂに示すように抗体１２および抗原１８が特異的に結合して血漿溶液中に存在する。
【００２１】
本実施の形態では、検体として全血から分離した血漿１６を用い、検出対象物質である抗原１８としてＰＳＡ（Ｐｒｏｓｔａｔｅ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ａｎｔｉｇｅｎ）を検出する場合を考え、検出対象物質と特異的に結合する物質である抗体１２として抗ＰＳＡ抗体を用いた場合について示す。蛍光分子１４としては、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社の商品名）を用いた。Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８は、波長６１０ｎｍ程度にピークを持ち、５５０ｎｍ−７００ｎｍ程度の波長を持った蛍光を発する。
【００２２】
抗体１２は、抗原１８に対して十分に多い量が入れられているため、一部の抗体１２は抗原抗体反応をしないまま血漿１６中に残る。以下、抗原抗体反応で結合した抗体１２および抗原１８ならびに蛍光分子１４の複合体をバインディング分子、抗原抗体反応をせず液中に漂っている抗体１２および蛍光分子１４の複合体をフリー分子と呼ぶ。バインディング分子およびフリー分子は、血漿１６中に混在している。なお、血漿１６中には抗原１８以外の成分も存在するが、説明を簡単にするため、図１Ａおよび１Ｂでは抗原１８以外の成分は省略してある。
【００２３】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、液相であることによりフリー分子およびバインディング分子が混在している溶液に対し、励起光を照射し、蛍光分子１４から発生する蛍光を受光して、抗原１８の検出および定量を行う。従って、抗原１８を含むバインディング分子から発生する蛍光のみを検出することが望ましい。しかしながら、フリー分子およびバインディング分子は溶液中に混在しているため、溶液に励起光を照射すると、フリー分子に付随する蛍光分子１４からも蛍光が発生する。この蛍光はバインディング分子に付随する蛍光分子１４から発生する蛍光との関係で不要成分となる。そこで、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、バインディング分子の配向を光により切り替えつつ蛍光を検出し、配向の切り替えに伴う蛍光強度の変化に基づいて全蛍光データの中からバインディング分子に付随する蛍光分子１４から発生する蛍光の寄与分を算出する。
【００２４】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置において、バインディング分子から発生する蛍光の寄与分とフリー分子から発生する蛍光の寄与分とを算出する原理を説明するために、直線偏光した励起光による蛍光分子１４の励起効率について図２Ａおよび２Ｂを用いて説明する。
【００２５】
図２Ａは、励起光１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに平行な場合を表す模式図、図２Ｂは、励起光１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが垂直な場合を表す模式図である。本明細書では、説明を分かりやすくするため、蛍光分子１４の長手方向（楕円で示された蛍光分子１４の長軸方向）と遷移モーメントの方向とは互いに平行となっているものとする。つまり図２Ａおよび２Ｂは、蛍光分子１４の向き（楕円で示された蛍光分子１４の長軸方向）と遷移モーメントの向きとが一致している場合を描いた図である。なお本明細書において、光の「振動方向」とは電場の振動方向を意味し、光が偏光している場合にはその偏光方向と同義である。
【００２６】
蛍光分子１４は、光エネルギーを吸収すると励起状態に遷移し、基底状態に戻る過程で蛍光を発する。一般に、直線偏光した励起光で蛍光分子１４を励起すると、蛍光分子１４は当該励起光の振動方向と同じ方向に偏光した蛍光を発する。蛍光分子１４から発生する蛍光の偏光度は、蛍光分子１４の回転運動の速度に依存する。すなわち蛍光分子１４が回転運動していなければ、蛍光分子１４は当該励起光の振動方向と同じ方向に偏光した蛍光を発し、蛍光分子１４が速い回転運動をしているほど、蛍光分子１４から発生する蛍光の偏光度は小さい。
【００２７】
蛍光分子１４が励起される場合、蛍光分子１４の分子構造によって決まる遷移モーメントという蛍光分子１４内のベクトルが励起光１９と相互作用する。遷移モーメントは、蛍光分子１４内で、ある固有の方向を持っており、遷移モーメントの方向と励起光１９の振動方向との関係が蛍光分子１４の励起効率を決定する。具体的には、蛍光分子１４は、遷移モーメントの方向と平行な方向に振動する光を選択的に吸収する。従って、図２Ａおよび２Ｂに示すように、励起光１９が紙面上下に振動しながら紙面左から右に進行して蛍光分子１４に当たる場合、直線偏光した励起光１９の振動方向が蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と平行な場合（図２Ａ）に最も励起効率が高くなり、直線偏光した励起光１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とのなす角の角度が大きくなるほど励起効率は下がり、直線偏光した励起光１９の振動方向が蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と直交している場合（図２Ｂ）に励起効率が０となる。遷移モーメントの向きは、蛍光分子１４の向きによって変わるため、溶液中における蛍光分子１４の向きは、蛍光分子１４の励起効率に影響を与える。
【００２８】
溶液中における蛍光分子１４の向きを考えるため、図３Ａおよび３Ｂを用いて、溶液中におけるフリー分子１３およびバインディング分子１５の運動について説明する。図３Ａは、フリー分子１３を構成する抗体１２および蛍光分子１４を示した模式図である。図３Ｂは、バインディング分子を構成する抗体１２、抗原１８および蛍光分子１４を示した模式図である。
【００２９】
フリー分子１３およびバインディング分子１５は、溶液中で不規則に運動（ブラウン運動）しており、溶液中の移動および回転運動を行っている。溶液中での分子のブラウン運動は、絶対温度、分子の体積、分子の分子量（質量）および溶媒の粘度等の影響を受けることが知られている。バインディング分子１５は、抗原１８の分だけフリー分子１３より体積が大きく、溶液中でブラウン運動しにくい。溶液中でフリー分子１３およびバインディング分子１５のブラウン運動のしやすさが異なることを利用して、ブラウン運動の変化からバインディング分子１５の検出を行う方法が知られているが、ブラウン運動というランダムな運動を利用しているため、検出感度に限界がある。
【００３０】
そこで、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、レーザーを利用して溶液中のバインディング分子１５を周期的に配向させ、配向周期に合った信号のみを検出することでバインディング分子１５から発生する蛍光の寄与分の算出を行う。
【００３１】
溶液中のフリー分子１３およびバインディング分子１５にレーザーを照射すると、溶液中のフリー分子１３およびバインディング分子１５は、外力を受ける。レーザーによりバインディング分子１５が受ける外力をＦｂ、フリー分子１３が受ける外力をＦｆとすると、フリー分子１３およびバインディング分子１５は、抗原１８の有無により体積および分子量が互いに異なるため、レーザーを照射された場合に受ける外力の大きさも互いに異なり、Ｆｂ＞Ｆｆとなる。
【００３２】
また、フリー分子１３およびバインディング分子１５では、体積または分子量等の差異により溶液中でのこれらの分子のブラウン運動のしやすさが互いに異なる。フリー分子１３の方が、バインディング分子１５より体積および分子量が小さいため、ブラウン運動をしやすい。バインディング分子１５を配向させるために必要な力をＢｂ、フリー分子１３を配向させるために必要な力をＢｆとすると、Ｂｂ＞Ｂｆとなる。Ｆｂ＞Ｂｂであればバインディング分子１５は配向し、Ｆｆ＜Ｂｆであればフリー分子１３は配向しない。
【００３３】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、バインディング分子１５のみを周期的に配向させ、配向周期に合った信号のみを検出することでバインディング分子１５から発生する蛍光の寄与分の算出を行う。バインディング分子１５を配向させ、フリー分子１３を配向させないために、Ｆｂ＞Ｂｂ、Ｆｆ＜Ｂｆとなるように溶液の絶対温度、分子の体積、分子量、溶媒の粘度およびレーザーの強度等の要因を決定する。分子の体積および分子量は検出対象物質により決定されることが多く、溶液の粘度は検体に依存することが多いため、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、主に溶液の絶対温度およびレーザーの強度を変更しながらバインディング分子１５のみを配向させるような条件の調整を行う。そのため、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置は、溶液の温度を調節する機能とレーザーの強度を調節する機能とを有している。
【００３４】
本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置１００の構成について説明する。図４Ａは、生体分子検出装置１００の外観斜視図である。生体分子検出装置１００の側面には、表示部１０２、ユーザー入力部１０４および開閉部１０６がある。表示部１０２は、測定結果等を表示する。ユーザー入力部１０４は、ユーザーがモードの設定および検体情報の入力等を行う部分である。開閉部１０６は、上蓋の開閉が可能な構成となっており、検体のセット時には上蓋が開けられ、測定時には上蓋が閉じられる。この構成により、外部の光が測定に影響を与えることを防いでいる。
【００３５】
図４Ｂは、開閉部１０６が開いた場合における生体分子検出装置１００の外観斜視図である。開閉部１０６を開くと、中には試薬カップ１０８および保持台１１０がある。試薬カップ１０８は、保持台１１０に保持されており、保持台１１０から着脱可能となっている。試薬カップ１０８は、溶液を入れる円柱状の容器である。ユーザーは、試薬カップ１０８に検体を分注し、上蓋を閉じて測定を行う。図示しないが、生体分子検出装置１００内には試薬タンクおよび分注部があり、測定が開始されると、分注部は試薬タンク内から試薬を吸い上げて試薬カップ１０８内に分注する。
【００３６】
図５は、生体分子検出装置１００の主要な構成を説明するための機能ブロック図である。生体分子検出装置１００は、表示部１０２、ユーザー入力部１０４、試薬カップ１０８、試薬タンク１１２、分注部１１４、配向制御用光源部１１６、励起光源部１１８、ＡＯＤ（Ａｃｏｕｓｔｏ Ｏｐｔｉｃ Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ）１２０、ＦＧ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２２、受光部１２４、増幅部１２６、ロックインアンプ１２７、Ａ／Ｄ変換部１２８、サンプリングクロック発生部１３０、ＣＰＵ１３２およびダイクロイックミラー１３８を有する。
【００３７】
試薬カップ１０８は、試薬タンク１１２に保存してある試薬と患者等から採取した検体とを反応させる容器である。試薬カップ１０８は、生体分子検出装置１００から着脱可能となっている。試薬カップ１０８の容量は、例えば約１２０μＬである。
【００３８】
試薬タンク１１２は複数種類の試薬を貯めておくタンクである。フリー分子１３は試薬タンク１１２中に試薬として保存されている。
【００３９】
分注部１１４は、着脱可能なピペットや吸引器によって構成される。分注部１１４は、ＣＰＵ１３２からの命令に従い、測定に使用する試薬を試薬タンク１１２からピペットで吸い上げ、試薬カップ１０８へ分注する。
【００４０】
配向制御用光源部１１６は、配向制御光１１７をＡＯＤ１２０に向けて照射し、試薬カップ１０８内の溶液中に存在するバインディング分子に外力を加えてバインディング分子を配向させる。つまり本明細書において、配向制御用光源部１１６が本発明における配向制御手段に相当する。配向制御光１１７としては、例えば、波長９８０ｎｍ、出力７００ｍＷのレーザーを用いる。配向制御光１１７は、蛍光分子１４が吸収しない波長のレーザーであり、蛍光分子１４の色素が壊れる等の影響を与えない程の強度を有する。配向制御光１１７は、試薬カップ１０８の溶液全体を照らす程度の幅を有している。
【００４１】
励起光源部１１８は、内部に備えた偏光子により直線偏光した励起光１１９を、ダイクロイックミラー１３８を介して試薬カップ１０８に向けて照射して蛍光分子１４を励起する。励起光としては、例えば波長５３２ｎｍ、出力１０ｍＷの光を用いる。
【００４２】
ダイクロイックミラー１３８は、特定波長の光を反射し、その他の波長の光を透過させるミラーである。ダイクロイックミラー１３８は、配向制御光１１７を反射し、励起光１１９を透過させる。
【００４３】
ＡＯＤ１２０は、音響光学効果を利用して入力電圧に基づいて内部の屈折率を変化させることで入射した光の進行方向を切り替える。ＡＯＤ１２０は、ＦＧ（Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）１２２から出力された電圧信号（以下このＡＯＤ１２０への出力信号を配向制御信号という）によって入力される電圧に基づいて、内部の屈折率を変化させて配向制御光１１７の進行方向を切り替える。換言すれば、配向制御光１１７の進行方向は、ＦＧ１２２が発生させる配向制御信号によって決まる。ＡＯＤ１２０は、配向制御光１１７の進行方向を、試薬カップ１０８に照射させる方向（図中では矢印１３４で示す）と、ダイクロイックミラー１３８に照射させる方向（図中では矢印１３６で示す）とで交互に切り替える。
【００４４】
ＦＧ１２２は、様々な周波数と波形をもった電圧信号を発生させることのできる装置で、ＣＰＵ１３２から出力された命令を受けて、ＡＯＤ１２０、ロックインアンプ１２７およびサンプリングクロック発生部１３０へ電圧信号を出力する。
【００４５】
ＣＰＵ１３２は、ＦＧ１２２に対して出力する配向制御信号を指定することで、ＡＯＤ１２０が配向制御光１１７の進行方向を切り替えるタイミングを制御する。
【００４６】
受光部１２４は、フィルタやフォトダイオード等によって構成される。受光部１２４は、試薬カップ１０８の下部に設けられ、試薬カップ１０８内の蛍光分子１４から発生する蛍光１２３を試薬カップ１０８の下部で受光し、受光した光の信号をアナログ電気信号（アナログ蛍光データ）に変換して増幅部１２６へ出力する。
【００４７】
増幅部１２６は、受光部１２４から出力されたアナログ蛍光データを増幅してロックインアンプ１２７へ出力する。
【００４８】
ロックインアンプ１２７は、アナログ蛍光データを直流に周波数変換する。ロックインアンプ１２７には、ＦＧ１２２から参照信号である方形波が入力される。ロックインアンプ１２７は、増幅部１２６から出力されたアナログ蛍光データから、参照信号の周波数と等しい周波数成分の検出を行う。具体的には、ロックインアンプ１２７は、参照信号の周波数と等しい周波数成分のみを同期検波により直流信号に変換し、内部に設けられたローパスフィルタにより直流信号のみを通過させる。ロックインアンプ１２７は、直流信号をＡ／Ｄ変換部１２８へ出力する。つまり本明細書において、ロックインアンプ１２７が本発明における同期成分抽出手段に相当する。
【００４９】
サンプリングクロック発生部１３０は、ＦＧ１２２から出力された電圧信号に基づいて、Ａ／Ｄ変換部１２８がアナログ蛍光データをサンプリングするタイミングを指定するサンプリングクロックをＡ／Ｄ変換部１２８に出力する。
【００５０】
Ａ／Ｄ変換部１２８は、サンプリングクロック発生部１３０から出力されたサンプリングクロックに基づいて、ロックインアンプ１２７から出力されたアナログ蛍光データのサンプリングを行い、サンプリングしたアナログ蛍光データをデジタルデータに変換してＣＰＵ１３２へ出力する。
【００５１】
ＣＰＵ１３２は、Ａ／Ｄ変換部１２８から出力されたデジタルデータの演算を行い、その結果を表示部１０２へ出力する。また、ＣＰＵ１３２は、ユーザー入力部１０４から入力を受けて、配向制御用光源部１１６、励起光源部１１８、分注部１１４およびＦＧ１２２の動作の指示命令を行う。具体的には、ＣＰＵ１３２は、配向制御用光源部１１６および励起光源部１１８に対してはそのＯＮ／ＯＦＦ命令を行い、分注部１１４に対しては使用する試薬を指定する命令および分注動作開始命令を行い、ＦＧ１２２に対しては出力する電圧信号の波形の指示命令および出力命令を行う。
【００５２】
図６は、配向制御用光源部１１６から照射されるレーザーの照射方向の切り替えを説明するため、生体分子検出装置１００の内部を上面側から見た模式図である。
【００５３】
配向制御用光源部１１６から照射される配向制御光１１７は、ＡＯＤ１２０を通って試薬カップ１０８へ照射される。配向制御光１１７は、試薬カップ１０８の溶液全体を照らす程度の幅を持っている。
【００５４】
ＡＯＤ１２０は、配向制御用光源部１１６から照射された配向制御光１１７の照射方向を２方向で交互に切り替える。具体的には、ＡＯＤ１２０は、ＦＧ１２２から５Ｖの配向制御信号が出力された場合には、配向制御光１１７を矢印１３４の方向へ進ませ、ＦＧ１２２から０Ｖの配向制御信号が出力された場合には、配向制御光１１７を矢印１３６の方向へ進ませる。
【００５５】
矢印１３４の方向に進んだ配向制御光１１７は、そのまま試薬カップ１０８の側面に入射する。矢印１３６の方向に進んだ配向制御光１１７は、ダイクロイックミラー１３８によって反射され、矢印１３４の方向と垂直な方向に進んで試薬カップ１０８の側面に入射する。上面から見た試薬カップ１０８を時計の文字盤に例えると、矢印１３４の方向へ進んだ配向制御光１１７は９時の位置から入射して３時の方向へ進行し、矢印１３６の方向へ進んだ配向制御光１１７は６時の位置から入射して１２時の方向へ進行する。すなわち、矢印１３４の方向へ進んだ配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ入射する方向と、矢印１３６の方向へ進んだ配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ入射する方向とは互いに直交する。
【００５６】
ダイクロイックミラー１３８は、配向制御光１１７に用いた波長の光のみを反射し、その他の波長の光を透過させる。励起光源部１１８から照射された励起光１１９は、ダイクロイックミラー１３８を透過し、ダイクロイックミラー１３８で反射した配向制御光１１７と同じ方向に進行して試薬カップ１０８の側面へ入射する。
【００５７】
このような構成により、生体分子検出装置１００は、ＦＧ１２２からの配向制御信号の入力によりＡＯＤ１２０を制御することで、配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ入射する方向を、角度が互いに９０度異なる２つの方向で交互に切り替えることができる。
【００５８】
ＡＯＤ１２０と試薬カップ１０８との間には遮光板１４０があり、生体分子検出装置１００は、矢印１３４および矢印１３６が示す方向以外に進行する配向制御光１１７が試薬カップ１０８へ照射されないように構成されている。また、配向制御光１１７は、矢印１３４および矢印１３６のいずれの方向に進行した場合においても、円柱状の試薬カップ１０８の側面へ入射する。試薬カップ１０８は円柱であるため、配向制御光１１７の進行方向が切り替わっても、配向制御光１１７が入射する試薬カップ１０８の側面の形状は同じである。
【００５９】
配向制御光１１７の照射方向の切り替えに対する試薬カップ１０８内のバインディング分子の動きについて、図７Ａおよび７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、配向制御光１１７の一方の照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図であり、図７Ｂは、配向制御光１１７の他方の照射方向とバインディング分子の配向方向とを表した模式図である。図７Ａおよび７Ｂは、試薬カップ１０８を上面から見た図である。なお、本明細書において、フリー分子およびバインディング分子に関して「配向方向」とは、配向の切り替えが完了した状態における抗体および蛍光分子が並んだ方向を意味するものとする。
【００６０】
配向制御光１１７を照射された試薬カップ１０８内のバインディング分子１５は、配向制御光１１７によって外力を受けて特定の方向に配向する。配向制御光１１７による外力は、配向制御光１１７がバインディング分子１５に当たって散乱する反作用として生じるものであり、配向制御光１１７が進行する方向とバインディング分子１５の溶液中での向き（バインディング分子１５の長手方向（蛍光分子１４、抗体１２、抗原１８が並んだ方向））との関係によって力を及ぼす方向が決まる。
【００６１】
通常フリー分子およびバインディング分子は、溶液中でランダムな方向を向いて分散している。しかしながら図７Ａのように、紙面左から右に進行する配向制御光１１７を照射されたバインディング分子１５は、配向制御光１１７によって回転するような方向（回転方向）の力を受け、配向制御光１１７の照射範囲内で、配向制御光１１７の外力がバインディング分子１５に及ぼす様々な方向への回転方向の力が釣り合う方向を向いて安定する。換言すれば、バインディング分子１５は、配向制御光１１７の進行方向とバインディング分子１５の長手方向とが同じ方向を向いていない場合は、右回転または左回転の外力を受けるが、配向制御光１１７の進行方向とバインディング分子１５の長手方向とが同じ方向を向いている場合は、右回転および左回転の外力が釣り合うため、安定する。試薬カップ１０８内のバインディング分子１５は、配向制御光１１７を照射されると全て同一方向（配向制御光１１７の進行方向とバインディング分子１５の長手方向とが平行となる方向）を向いて配向する。すなわち、全てのバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントが同一方向を向くように揃う。一方、試薬カップ１０８内のフリー分子１３は、配向制御光１１７によって受ける外力より、ブラウン運動を行う力の方が強いため配向されず、溶液中でブラウン運動を行う。
【００６２】
そして図７Ｂのように、配向制御光１１７の進行方向が紙面左右から紙面上下に切り替わると、紙面右を向いて配向していたバインディング分子１５は、左回転する方向の力を受ける。紙面下から上に進行する配向制御光１１７を受けたバインディング分子１５は、紙面左から右へ進行する配向制御光１１７によって配向した方向に対して垂直な方向を向いて安定する。この場合も、全てのバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントが同一方向を向くように揃う。また、試薬カップ１０８内のフリー分子１３は、配向制御光１１７によって受ける外力より、ブラウン運動を行う力の方が強いため配向されず、溶液中でブラウン運動を行う。このように、配向制御光１１７の照射方向を変えることにより、溶液内でのバインディング分子１５の配向方向を切り替えることができる。
【００６３】
本実施の形態では、矢印１３４の方向に進んだ配向制御光１１７によって配向されたバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向は、直線偏光された励起光１１９が振動する方向と平行であり、蛍光分子１４の励起効率が最大となる。また、矢印１３６の方向に進んだ配向制御光１１７によって配向されたバインディング分子に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向は、直線偏光された励起光１１９が振動する方向と垂直となり、蛍光分子１４の励起効率が０となる。従って、ＡＯＤ１２０による配向制御光１１７の照射方向の切り替えは、直線偏光された励起光１１９に対するバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率を、最大と最小（励起できない場合）との間で切り替えることになる。ＡＯＤ１２０に入力される配向制御信号が５Ｖの場合は、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率が最大となり、ＡＯＤ１２０に入力される配向制御信号が０Ｖの場合は、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率が最小となる。
【００６４】
続いて図８を用いて受光部１２４の詳細な構成について説明する。図８は、受光部１２４の詳細な構成を表した模式図である。受光部１２４は、レンズ１４２、フィルタ１４４、偏光子１４６、レンズ１４８およびＰＤ（フォトダイオード）１５０を含む。受光部１２４は、試薬カップ１０８の底面側から蛍光を受光する。
【００６５】
試薬カップ１０８内の蛍光分子１４から発生して、受光部１２４の紙面左側部分に入射した蛍光１４７および受光部１２４の紙面右側部分に入射した蛍光１４９は、レンズ１４２によって集光、平行化され、フィルタ１４４、偏光子１４６およびレンズ１４８を通ってＰＤ１５０へ入射する。なお、図示しないが蛍光１４７と蛍光１４９との間にも蛍光が存在し、それらの挙動は当業者であれば予測可能であるので説明を省略する。
【００６６】
フィルタ１４４は、蛍光分子１４から発生する蛍光以外の光をカットするバンドパスフィルタであり、励起光等の蛍光以外の光がＰＤ１５０へ入射することを防いでいる。
【００６７】
偏光子１４６は、直線偏光した励起光１１９の振動方向と同じ方向に偏光した光のみを透過させる。試薬カップ１０８内で散乱された励起光や、フリー分子およびバインディング分子の配向方向を切り替えている途中で蛍光分子１４から発光した蛍光は、その振動方向が元々の励起光の振動方向と異なっているため、偏光子１４６を透過できない。
【００６８】
ＰＤ１５０は、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）によって構成され、レンズ１４８によって集光された蛍光を受光し、蛍光の強度に応じた電荷を発生させて増幅部１２６へ出力する。
【００６９】
このようにして受光部１２４は、配向の切り替えが完了した蛍光分子１４から発生した蛍光を電荷に変換する。また、受光部１２４は、試薬カップ１０８の底面側で蛍光を受光するため、配向制御光１１７および励起光１１９の影響を受けにくい。本明細書において、「配向の切り替えが完了した」とは、配向制御光の照射方向の切り替え後、配向制御光による外力に対して分子が安定状態になったことを意味する。
【００７０】
続いて生体分子検出装置１００の測定時における動作について説明する。図９は、検体の準備から廃棄までの流れを模式的に表した図である。
【００７１】
測定の準備にあたり、まず患者から採集した全血１５６を５０μＬ遠心分離し、血漿１６を分離する。分離して取り出した血漿１６を、生体分子検出装置１００の検体セット部１５２にセットする。ここまでの作業はユーザーが行う。
【００７２】
生体分子検出装置１００は、検体セット部１５２にセットされた血漿を、試薬カップストック部１６０にストックしてある未使用の試薬カップ１０８の中に分注する。続いて、生体分子検出装置１００は、試薬タンク１１２の中にある抗ＰＳＡ抗体をピペット１５８で吸い上げ、試薬カップ１０８の中に分注する。試薬カップ１０８内に血漿および抗ＰＳＡ抗体を入れた生体分子検出装置１００は、試薬カップ１０８を３７℃で温調しながら、内蔵したボルテックスミキサーによって振動させ、抗原抗体反応を起こさせる。その後、生体分子検出装置１００は、励起光の照射および蛍光の検出を行い、蛍光の検出終了後に試薬カップ１０８を内蔵のごみ箱１５４へ廃棄する。
【００７３】
測定の際にＦＧ１２２が出力する配向制御信号、測定の際にＰＤ１５０が出力するＰＤ出力の例を図１０Ａに、および測定の際にロックインアンプ１２７が出力するロックインアンプ出力の例を図１０Ｂに示す。なお、ここでは説明を容易にするため、ＰＤ出力およびロックインアンプ出力については、グラフを模式的に示してある。
【００７４】
ＦＧ１２２から出力される配向制御信号は、測定前は０Ｖとなっている。配向制御信号は、０〜Ｔ（秒）までの間は５Ｖの信号を出力し、Ｔ〜２Ｔ（秒）までの間は０Ｖの信号を出力する周期２Ｔの方形波である。測定前においては、配向制御信号が０Ｖであるから配向制御光１３６が試薬カップ１０８に照射され、すべてのバインディング分子が同一方向に配向している。
【００７５】
生体分子検出装置１００は、時刻Ｔ１で配向制御信号を５Ｖにすると共に、励起光を試薬カップ１０８に向けて照射する。その後配向制御信号が５Ｖになると、ＡＯＤ１２０が配向制御光１１７の進行方向を切り替え、配向制御光１１７が進行する方向が矢印１３６の方向から矢印１３４の方向に切り替わる。配向制御光１１７の進行方向の切り替えに伴い、試薬カップ１０８に対する配向制御光１１７の照射方向も９０度切り替わる。
【００７６】
配向制御光１１７の照射方向が切り替わったことに伴い、バインディング分子１５の配向方向が切り替わり、励起光１１９の振動方向と蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに垂直でなくなると蛍光１２３が発生する。配向を切り替える途中のバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４から発生した蛍光は、大半が偏光していないため偏光子１４６によって遮断される。
【００７７】
配向の切り替えが完了したバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４では、遷移モーメントの方向が励起光１１９の振動方向と平行となり励起効率が最大となる。配向の切り替えが完了したバインディング分子１５に付随する蛍光分子から発生する蛍光は、励起光と同じ方向に偏光しているため、偏光子１４６によって遮断されずＰＤ１５０に到達する。
【００７８】
時刻Ｔ１で励起光１１９が試薬カップ１０８に照射された瞬間において、ＰＤ出力はｉｚの値を出力する。ＰＤ出力ｉｚは、溶液中の一部のフリー分子１３に付随する蛍光分子１４から発生する蛍光と、装置等由来のノイズ成分を含んだ値である。バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４は、配向制御信号が０Ｖの場合には励起されないため、ＰＤ出力に寄与しない。
【００７９】
配向制御信号が０Ｖから５Ｖに変わり、配向の切り替えが完了したバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４が発生する蛍光１２３がＰＤに到達することにより、ＰＤ出力もｉｚから増加していく。配向を切り替える途中のバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４から発生した蛍光１２３は、大半が偏光していないため偏光子１４６によって遮断される。配向の切り替えが完了したバインディング分子１５が増加することに伴ってＰＤ出力は増加し、全てのバインディング分子１５の配向の切り替えが完了すると値ｉｔで飽和する。
【００８０】
配向制御信号は、５Ｖの出力がＴ秒間続いた後０Ｖとなる。このＴ秒は、少なくとも全てのバインディング分子１５の配向の切り替えが完了する以上の期間、すなわちＰＤ出力が値ｉｔで飽和をする以上の期間を取る。全てのバインディング分子１５の配向の切り替えが完了し、時刻Ｔ２になると配向制御信号が５Ｖから０Ｖに変わる。配向制御信号が５Ｖから０Ｖに変わると、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と励起光１１９の振動方向とが互いに垂直となり、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の励起効率が０となって蛍光１２３が発生しなくなる。そのため、ＰＤ出力は徐々に減少してｉｚとなる。この場合においても、配向を切り替える途中のバインディング分子１５に付随する蛍光分子１４から発生した蛍光１２３は、大半が偏光していないため偏光子１４６によって遮断される。
【００８１】
時刻Ｔ２から時間Ｔが経過し、時刻Ｔ３で再び配向制御信号が５Ｖとなると、ＰＤ出力も増加して値ｉｔで飽和する。ここで、配向制御信号を０Ｖとする期間は、配向制御信号を５Ｖとしていた期間と同じＴ秒とした。これは、配向制御光１１７の出力が一定という条件下では、溶液中のバインディング分子１５の配向の切り替えが完了するまでに要する時間は、配向制御信号を０Ｖから５Ｖにする場合と、配向制御信号を５Ｖから０Ｖにする場合とで、ほぼ同じだからである。
【００８２】
時刻Ｔ３から時間Ｔが経過し、時刻Ｔ４で配向制御信号が０Ｖとなることに伴い、ＰＤ出力も減少して値ｉｚとなる。なお、配向制御信号の１周期は２Ｔであるため、Ｔ４−Ｔ３＝Ｔ３−Ｔ２＝Ｔ２−Ｔ１＝Ｔである。つまり、ＰＤ出力は配向制御信号と同様に周期２Ｔで値の増減を繰り返す周期的な出力となる。
【００８３】
ロックインアンプ１２７は、入力された信号から参照信号と同期して増減を繰り返す成分を検出する。生体分子検出装置１００では、配向制御信号と同じ信号が参照信号としてロックインアンプ１２７に入力されている。すなわち、ロックインアンプ１２７は、ＰＤ出力から配向制御信号に同期した成分を検出する。ＰＤ出力は、配向制御信号と同様に周期２Ｔの周期的な信号であるが、ＰＤ出力の周期的な成分に寄与しているものは、配向制御信号により配向されるバインディング分子１５に付随した蛍光分子１４から発生した蛍光である。従って、ロックインアンプ１２７により、配向制御信号と同期した成分を抽出すると、ＰＤ出力の中からバインディング分子１５による寄与分を抽出することができる。ロックインアンプ出力は、当初は増減を繰り返す不安定な出力であるが、徐々に値Ｓに収束する。値Ｓが、バインディング分子１５に付随した蛍光分子１４から発生した蛍光の総量によるＰＤ出力である。
【００８４】
ＣＰＵ１３２は、ロックインアンプ出力Ｓから検出対象物質の濃度Ｃを算出する。具体的には、次式（１）によって求める。
Ｃ＝ｆ（Ｓ）・・・（１）
【００８５】
ここで、ｆ（Ｓ）は、検量線関数である。生体分子検出装置１００は、あらかじめ測定項目ごとに異なる検量線関数を持っておき、測定値Ｓを診断値Ｃに変換する。ＣＰＵ１３２は、得られた診断値Ｃを表示部１０２へ出力する。
【００８６】
以上説明したように、本発明の実施の形態１に係る生体分子検出装置１００によれば、配向制御光１１７の照射方向の切り替えにより、溶液中のバインディング分子１５の配向方向を切り替えることが可能な構成とした。配向制御光１１７によるバインディング分子１５の配向方向は、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに平行となる方向、またはバインディング分子１５に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに垂直となる方向の２つである。すなわち生体分子検出装置１００では、配向制御光１１７の照射方向の切り替えにより、バインディング分子１５に付随する蛍光分子１４が、直線偏光した励起光により励起される場合と励起されない場合とを切り替えることが可能となる。
【００８７】
また、ロックインアンプ１２７は、受光した蛍光データの中から、配向制御光１１７の照射方向の切り替えを指示する配向制御信号と同期した成分を検出するため、配向制御光１１７により配向されるバインディング分子１５に付随する蛍光の寄与分を算出することができ、簡便な構成で検出対象物質の濃度を正確に測定することができる。
【００８８】
また、以上の構成において、生体分子検出装置１００は、配向制御光１１７による外力によって、バインディング分子１５の配向を全て同じ方向に切り替えるため、ブラウン運動というランダムな運動を利用して測定する場合に比べて、高感度な測定をすることができる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、蛍光分子としてＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５６８を用いたが、蛍光分子はこれらに限られない。蛍光分子は、遷移モーメントを有し、励起光によって励起され、ＰＤで検出可能な光を発生するものであれば何でもよい。
【００９０】
なお、本実施の形態では、抗原抗体反応を利用する場合を例にとって説明したが、検出対象物質と検出対象物質に特異的に結合する物質との組み合わせは、ここで説明した場合に限られない。例えば本願発明は、抗原を用いて抗体を検出する場合や、特定の核酸を用いて当該核酸とハイブリダイゼーションをする核酸を検出する場合、核酸を用いて核酸結合性たんぱく質を結合する場合、リガンドを用いてレセプターを検出する場合、糖を用いてレクチンを検出する場合、プロテアーゼ検出を利用する場合、高次構造変化を用いる場合等にも適用することができる。
【００９１】
また、配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間は、バインディング分子の分子量、体積、溶媒の粘度、または溶液の温度等に基づいて変化させることが望ましい。バインディング分子に対する配向制御光１１７の照射方向が切り替わり始めた時から配向の切り替えが完了するまでに要する時間は、バインディング分子の分子量、体積、溶媒の粘度、または溶液の温度等によって決まる溶液中におけるバインディング分子の回転しやすさによって決まる。バインディング分子が溶液中で回転しにくい場合は、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が長くなるため、配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間を、配向の切り替えが完了する程度まで長くすることが望ましい。また、バインディング分子の分子量が大きいほど配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間を長くし、バインディング分子の分子量が小さいほど配向制御信号を５Ｖまたは０Ｖとする期間を短くすることが望ましい。
【００９２】
また、本実施の形態では、配向制御光１１７として波長９８０ｎｍ、出力７００ｍＷのレーザーを用いたが、配向制御光として用いるレーザーはこれに限られない。配向制御光１１７の波長および出力は、フリー分子およびバインディング分子の体積、分子量、溶媒の粘度、絶対温度等に起因する溶液中でのフリー分子およびバインディング分子の回転しやすさに基づいて、バインディング分子のみを配向する出力とすることが望ましい。
【００９３】
（実施の形態２）
図１１Ａおよび１１Ｂは、本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置の抗原抗体反応の概要を示した模式図である。実施の形態２では、２種類の抗体を使用し、均一溶液中で２種類の抗原を検出する。
【００９４】
試薬カップ２０の中に、抗体２２および抗体２６が入れられている場合を考える。抗体２２および抗体２６は、それぞれ蛍光分子２４および蛍光分子２８で標識されている。
【００９５】
試薬カップ２０の中に検体３０を入れて撹拌すると、抗体２２と特異的に結合する抗原３２が検体中に存在する場合は、抗体２２と抗原３２との間で抗原抗体反応が起こり、抗体２２および抗原３２が特異的に結合する。同様に抗体２６と特異的に結合する抗原３４が検体中に存在する場合は、抗体２６と抗原３４の間で抗原抗体反応が起こり、抗体２６および抗原３４が特異的に結合する。
【００９６】
実施の形態１で説明した場合と同様に、一部の抗体は、抗原抗体反応をしないまま溶液中に存在する。以下、抗原抗体反応をした抗体２２、抗原３２および蛍光分子２４をバインディング分子１、抗原抗体反応をしなかった抗体２２および蛍光分子２４をフリー分子１と呼ぶ。抗原抗体反応をした抗体２６、抗原３４および蛍光分子２８をバインディング分子２、抗原抗体反応をしなかった抗体２６および蛍光分子２８をフリー分子２と呼ぶ。本実施の形態では、検出対象物質である抗原３２はＰＳＡ、抗原３４はＳＣＣ（Ｓｑｕａｍｏｕｓ Ｃｅｌｌ Ｃａｒｃｉｎｏｍａ）抗原とする。また、抗体２２としてＰＳＡと特異的に結合する抗ＰＳＡ抗体を用い、抗体２６としてＳＣＣ抗原と特異的に結合するＳＣＣ抗体を用いる。蛍光分子２４として、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社の商品名）を用い、蛍光分子２８として、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５５５（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｂｅｓ社の商品名）を用いた。Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５５５は、５４０−７００ｎｍ程度の波長を持った蛍光を発し、５７０ｎｍ程度の波長の蛍光を最も強く発する。
【００９７】
本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置は、２種類のフリー分子および２種類のバインディング分子が混在する溶液に励起光を照射し、目的のバインディング分子の検出または定量を行う。
【００９８】
図１２は、本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置２００の主要な構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１で示した生体分子検出装置１００と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
生体分子検出装置２００は、実施の形態１で示した生体分子検出装置１００の構成に対して、受光部２０２、分注部２０４、試薬タンク２０６およびＣＰＵ２０８が主に異なる。
【０１００】
分注部２０４は、複数の抗体がそれぞれ別の容器に入った試薬タンク２０６から２種類の抗体を吸い上げ、試薬カップ１０８内へ分注する。
【０１０１】
受光部２０２は、試薬カップ１０８内の蛍光分子から発生した蛍光を検出するものであるが、ＣＰＵ２０８からの命令（Ｓ１）を受けて、蛍光分子２４から発生した蛍光と蛍光分子２８から発生した蛍光とを分離して受光できるように構成されている。
【０１０２】
ＣＰＵ２０８は、Ａ／Ｄ変換部１２８から出力されたデジタルデータの演算を行い、その結果を表示部１０２へ出力する。また、ＣＰＵ２０８は、ユーザー入力部１０４から入力を受けて、配向制御用光源部１１６、励起光源部１１８、分注部２０４、ＦＧ１２２および受光部２０２の動作の指示命令を行う。具体的には、ＣＰＵ２０８は、配向制御用光源部１１６および励起光源部１１８に対してはそのＯＮ／ＯＦＦ命令を行い、分注部２０４に対しては使用する試薬を指定する命令および分注動作開始命令を行い、ＦＧ１２２に対しては出力する電圧信号の波形の指示命令および出力命令を行い、受光部２０２に対してはフィルタの切り替え命令を行う。
【０１０３】
受光部２０２の構成について、図１３を用いて具体的に説明する。図１３は、実施の形態２に係る生体分子検出装置２００における受光部２０２の詳細な構成を表した模式図である。受光部２０２内のフィルタ切替部２１０は、フィルタ２１２およびフィルタ２１４の２種類のフィルタを備えている。２種類のフィルタは、可動式となっており、レンズ１４２によって集光、平行化された光が通るフィルタを切り替えることができる。
【０１０４】
試薬カップ１０８内の蛍光分子１４から発生して、受光部２０２の紙面左側部分に入射した蛍光２１６および受光部２０２の紙面右側部分に入射した蛍光２１８は、レンズ１４２によって集光され、フィルタ２１２またはフィルタ２１４を通って偏光子１４６へ入射し、レンズ１４８を通ってＰＤ１５０へ入射する。なお、図示しないが蛍光２１６と蛍光２１８との間にも蛍光が存在し、それらの挙動は当業者であれば予測可能であるので説明を省略する。
【０１０５】
フィルタ切替部２１０は、ＣＰＵ２０８からの命令を受けて、使用するフィルタを切り替える。本実施の形態では、フィルタ２１２として、ＳｐＲｅｄ−Ａフィルタ（Ｓｅｍｒｏｃｋ社の商品名）セットの受光側フィルタを用いる。ＳｐＲｅｄ−Ａフィルタセットの受光側フィルタは、６０５ｎｍ−６５０ｎｍ程度の波長の光を透過するバンドパスフィルタである。一方フィルタ２１４としては、ＳｐＯｒ−Ａフィルタ（Ｓｅｍｒｏｃｋ社の商品名）セットの受光側フィルタを用いる。ＳｐＯｒ−Ａフィルタセットの受光側フィルタは、５７５−６００ｎｍ程度の波長の光を透過するバンドパスフィルタである。
【０１０６】
続いて生体分子検出装置２００の測定動作について説明する。生体分子検出装置２００の測定動作は基本的には、実施の形態１で説明した生体分子検出装置１００の測定動作と同じであるが、細かな点で異なる。フリー分子とバインディング分子を分離して検出できる理由については、実施の形態１で説明したため、ここでは２種類のバインディング分子を分離して検出する方法を説明する。
【０１０７】
生体分子検出装置２００は、まず２種類のバインディング分子のどちらを先に検出するか決定する。これは、ユーザーが、ユーザー入力部１０４を通して入力する等して任意に決定することができる。ここでは、Ａｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ ５６８を蛍光分子として持つバインディング分子１から先に検出する。ＣＰＵ２０８は、受光部２０２内のフィルタ切替部２１０に、フィルタ２１２の使用を指示する命令を出す。フィルタ切替部２１０は、ＣＰＵ２０８からの命令を受け、レンズ１４２で集光、平行化された光が通る位置にフィルタ２１２を移動させる。配向制御信号が５Ｖに変わり、試薬カップ１０８に向けて励起光が照射されると、溶液内の蛍光分子２４および蛍光分子２８は、蛍光を発生する。蛍光分子２４および蛍光分子２８から発生した蛍光は、レンズ１４２によって集光、平行化され、フィルタ２１２へ入射する。フィルタ２１２は、６０５ｎｍ−６５０ｎｍ程度の波長の光のみを通すため、蛍光分子２４から発生した蛍光は当該フィルタを透過し、蛍光分子２８から発生した蛍光は当該フィルタによりほぼ全て遮断される。このようにして、受光部２０２は、蛍光分子２４から発生した蛍光のみを検出することができる。
【０１０８】
実施の形態１と同様に、生体分子検出装置２００によって配向制御信号の数周期分の測定を行い、蛍光分子２４から発生した蛍光の検出を行った結果のＰＤ出力を、図１４Ａに示す。なお、図１４Ａにおいては、計算を容易にするためグラフを模式的に示してある。ＰＤ出力は、配向制御信号の周期と同じ周期を有する信号を出力する。図示しないが、ロックインアンプは、ＰＤ出力の中から配向制御信号の周期に同期した成分を検出して、値Ｓ１を出力する。
【０１０９】
続いて、ＣＰＵ２０８は、得られた値Ｓ１から、バインディング分子１の濃度を算出する。具体的には、実施の形態１と同様に検量線関数ｆ１（Ｓ）を用いて、測定値Ｓ１から濃度Ｃ１に変換する。ＣＰＵ２０８は、得られた濃度Ｃ１を表示部１０２へ出力する。
【０１１０】
次に、生体分子検出装置２００は、バインディング分子２の測定を行う。ＣＰＵ２０８は、受光部２０２内のフィルタ切替部２１０に、フィルタ２１４の使用を指示する命令を出す。フィルタ切替部２１０は、ＣＰＵ２０８からの命令を受け、レンズ１４２で集光、平行化された光が通る位置にフィルタ２１４を移動させる。フィルタ２１４は、５７５ｎｍ−６００ｎｍ程度の波長の光のみを通すため、蛍光分子２４から発生した蛍光は当該フィルタにより遮断され、蛍光分子２８から発生した蛍光は当該フィルタを透過する。このようにして、受光部２０２は、蛍光分子２８から発生した蛍光のみを検出することができる。
【０１１１】
生体分子検出装置２００によって配向制御信号の数周期分の測定を行い、蛍光分子２８から発生した蛍光の検出を行った結果のＰＤ出力を、図１４Ｂに示す。なお、図１４Ｂにおいては、計算を容易にするためグラフを模式的に示してある。ＰＤ出力は、配向制御信号の周期と同じ周期を有する信号を出力する。
【０１１２】
バインディング分子２を測定する場合の配向制御信号の切り替えタイミングは、バインディング分子１を測定する場合と異なる。これは、バインディング分子１、フリー分子１、バインディング分子２およびフリー分子２それぞれの体積および分子量が異なるため、それぞれの分子が配向の切り替えが完了するまでに要する時間が異なるためである。
【０１１３】
図１４Ａおよび１４Ｂに示したように、バインディング分子１を測定する場合と、バインディング分子２を測定する場合とでは、ＰＤ出力の増加および減少が切り替わるタイミングは同じだが、ＰＤ出力の最大値および最小値は互いに異なる。これは、バインディング分子１とバインディング分子２との溶液中での濃度の違いおよびフリー分子１とフリー分子２との溶液中での濃度の違いに起因する。
【０１１４】
続いて、ＣＰＵ２０８は、得られた値Ｓ２からバインディング分子２の濃度を求める。具体的には、検量線関数ｆ２（Ｓ）を用いて、測定値Ｓ２から濃度Ｃ２に変換する。ＣＰＵ２０８は、得られた濃度Ｃ２を、表示部１０２へ出力する。
【０１１５】
以上説明したように、本発明の実施の形態２に係る生体分子検出装置２００によれば、実施の形態１で説明した生体分子検出装置１００の構成に加え、検出対象物質と特異的に結合する物質として２種類の抗体および蛍光分子を用い、フィルタ切替部２１０を２種類のフィルタの切り替えが可能な構成とした。そのため、検出対象物質を含むバインディング分子に付随する蛍光分子に対応したフィルタを使用することで、検出対象物質を含むバインディング分子に付随する蛍光分子から発生する蛍光のみを検出することができ、一の検体に含まれる２種類の検出対象物質のそれぞれの濃度を正確に測定することができる。
【０１１６】
なお、本実施の形態では、蛍光分子としてＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５６８およびＡｌｅｘａ Ｆｌｕｏｒ５５５を用いたが、蛍光分子はこれらに限られない。複数の検出対象物質のそれぞれとそれぞれ特異的に結合する複数の物質を、フィルタで分離できる程度に蛍光波長、励起波長または蛍光寿命が互いに異なる複数の蛍光分子でそれぞれ標識すれば良い。
【０１１７】
なお、本実施の形態では、抗原抗体反応を利用する場合を例にとって説明したが、検出対象物質と検出対象物質に特異的に結合する物質との組み合わせは、これに限られない。例えば本願発明は、抗原を用いて抗体を検出する場合や、特定の核酸と当該核酸とハイブリダイゼーションをする核酸、核酸と核酸結合性たんぱく質、リガンドとレセプター、糖とレクチン、プロテアーゼ検出、高次構造変化等にも適用することができる。
【０１１８】
また、本実施の形態では検出対象物質が２種類の場合について説明したが、検出対象物質の種類は、それより多くても良い。その場合においても、複数の検出対象物質のそれぞれとそれぞれ特異的に結合する複数の物質を用い、互いに異なる複数の蛍光分子で当該複数の物質をそれぞれ標識し、それぞれの蛍光分子から発生する蛍光を、それぞれの蛍光に対応した複数のフィルタで分離して検出することで、それぞれの検出対象物質を互いに分離して検出することができる。
【０１１９】
なお、検出対象物質の種類が増えるほど蛍光分子の種類も増え、複数の蛍光分子から発生する複数の蛍光が混在することになるため、フィルタのみで蛍光を分離することが困難となる場合がある。その場合は、励起光の種類を増やすことで蛍光の分離を容易にすることができる。蛍光分子の吸光度は励起光の波長に依存し、蛍光分子の種類ごとに吸収しやすい波長帯がある。そのため、励起光の波長を変えることで、一部の蛍光分子のみが蛍光を発生するようになり、フィルタでの蛍光の分離が容易となる。また、より狭い通過帯域を持つバンドパスフィルタを用いることで、目的の蛍光分子から発生する蛍光を検出しやすくすることができる。
【０１２０】
また、本実施の形態では、受光部において光を分光する分光手段としてフィルタを用いたが、必ずしもフィルタを用いる必要はない。例えば、回折格子やプリズムを用いて光を分光して、特定の波長を有する光のみをフォトダイオードで受光してもよい。
【０１２１】
（実施の形態１および実施の形態２の設計変更）
なお、以上説明した本発明に係る各実施の形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。本発明に係る生体分子検出装置は、上記各実施の形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。
【０１２２】
例えば、溶液中のバインディング分子の配向の切り替えは、レーザーによるものに限られず、バインディング分子のみを配向できれば、磁気的な方法や電気的な方法としても良い。また、配向制御光の照射方向は、必ずしもＡＯＤで切り替える必要はない。例えば、配向制御用光源部を複数設けて光源自体を切り替えることにより配向制御光を照射する方向を切り替えても良く、また駆動式ミラー等を使って配向制御光の照射方向を切り替えても良い。また、配向制御光として直線偏光したレーザーを用いてバインディング分子を配向させ、λ／２波長板や電気信号で制御可能な液晶位相変調デバイスを用いることでレーザーが直線偏光する方向を切り替えることでバインディング分子の配向方向を切り替えても良い。
【０１２３】
また、本発明に係る各実施の形態では、配向制御光１１７の進行方向を、バインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに平行となる方向、および、バインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに垂直となる方向の互いに直交する２つの方向で配向制御光の照射方向を交互に切り替えたが、必ずしもこの互いに直交する２つの方向で切り替える必要はない。例えば、検出対象物質の定量を行いたい場合は、設定すべき配向制御光の２つの照射方向のうち一方が、バインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが垂直となる方向、すなわち直線偏光した励起光が蛍光分子を励起不可能な方向であれば良い。この場合、励起光が蛍光分子を励起できない方向に蛍光分子を配向させれば、蛍光が発生しないためＰＤ出力は一部のフリー分子による出力および装置等に起因するノイズのみとなる。すると、配向制御光１１７の照射をもう一方の方向に切り替えた時、配向の切り替えが完了したバインディング分子に付随する蛍光分子から発生する蛍光のみがＰＤ出力の変化となって表れる。換言すれば、バインディング分子に付随する蛍光分子の発光を一旦リセットすることができるため、不要な蛍光を受光することがなくなり、不要な蛍光によるノイズがなくなる。
【０１２４】
この場合、配向制御光１１７が進行する２つの方向が互いに直交していれば、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が最大となって、最もＳ／Ｎが良くなる。一方で、例えば配向制御光１１７が進行する２つの方向の成す角度が６０度であれば、配向制御光１１７の２つの進行方向が互いに直交する場合と比べ、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が短くなり、測定に要する時間も短くなる。このように配向制御光１１７が進行する２つの方向の成す角度が９０度より小さいほど、バインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が短くなり、測定時間も短くなる。
【０１２５】
また、溶液中に検出対象物質が存在するか否か、すなわちバインディング分子が存在するかしないかのみを測定したい場合は、バインディング分子の配向の切り替えに時間差が生じる程度だけ角度をつけた２つの方向で配向制御光１１７の照射方向を交互に切り替えれば良く、必ずしもバインディング分子に付随する蛍光分子の遷移モーメントの方向と直線偏光した励起光の振動方向とが互いに垂直となる方向が含まれていなくても良い。バインディング分子の配向の切り替えに時間差が生じれば、その差は蛍光データに表れるため、バインディング分子の存在を確認できる。
【０１２６】
また、本発明に係る各実施の形態では、生体分子検出装置内に試薬カップを１つ設ける場合を説明したが、必ずしも試薬カップは１つである必要はなく、装置内に複数の試薬カップを設けて複数の検体をセットできる構成としても良い。その場合は、装置が試薬カップを順に測定位置に移動させて測定を行う構成とすれば、自動で複数の検体を測定することができる。
【０１２７】
なお、本発明に係る各実施の形態では、蛍光分子で標識化された抗体を用いた例を説明したが、必ずしも蛍光分子で標識済みの抗体を用いる必要はない。例えば、抗体および抗原の結合と、抗体および蛍光分子の結合とを同時に試薬カップ内で行っても良い。この場合、ユーザーが抗体および蛍光分子をそれぞれ別の試薬タンクに用意しておき、測定時に生体分子検出装置が、抗体、蛍光分子および検体をそれぞれ試薬カップへ分注して、反応させる。
【０１２８】
また、配向制御用光源部１１６や励起光源部１１８は、着脱可能な構成として、検出対象物質および蛍光分子等に応じて、適切なものに交換できるような構成としても良い。
【０１２９】
配向制御の方向を切り替える所定の時間間隔は、検出対象物質、検出対象物質と特異的に結合する物質および蛍光分子それぞれの分子量または体積と、配向制御手段の外力の強度とに基づいて、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間を求め、その時間を所定の時間間隔とすることが望ましい。このような場合、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了した後も同一方向に配向制御光を照射することがなくなり、消費電力を削減することができる。また、不要な時まで測定を続けることがなくなり、測定時間を短くすることができる。
【０１３０】
全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間は、ＰＤ出力やＡ／Ｄ変換部出力に基づいて求めてもよい。例えば、測定を何周期か繰り返せば、それぞれの出力が飽和するまでにどのくらいの時間を要するかおおよそ分かるため、それぞれの出力が飽和するまでに要する時間を加算平均等して、算出した時間を所定の時間間隔として決めれば良い。
【０１３１】
配向制御光により分子の配向制御を行う場合には、磁力等によって分子の配向を制御する場合に比べ複雑な機構が必要ない。例えば、磁力を用いて分子の配向を制御するためには、それぞれの分子が磁性を持ったものであるか、磁性を持った分子を用意して配向を制御したい分子に結合させる必要があり、測定にあたって準備が煩雑となる。
【０１３２】
なお、本発明に係る各実施の形態では、検体として全血から分離した血漿を用いる場合を例にとって説明したが、検体は全血から分離した血漿に限られず、検出対象物質が溶液中に分散していれば尿や隋液等の体液を検体とすることもできる。
【０１３３】
なお、本発明に係る各実施の形態では、バインディング分子は配向し、フリー分子は配向しない場合を例にとって説明したが、フリー分子は必ずしも配向しないわけではない。配向制御光によりフリー分子が配向される場合においても、フリー分子とバインディング分子とでは体積および分子量が互いに異なり、配向する速度が互いに異なる。そのため、配向制御光の照射方向を切り替えた場合においても、これらの分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間が互いに異なるため、蛍光が発生する周期も互いに異なる。そのため、配向制御信号が切り替わってからバインディング分子の配向の切り替えが完了するまでに要する時間の２倍を１周期とする参照信号をロックインアンプに入力すれば、バインディング分子に付随する蛍光分子から発生する蛍光成分を検出することができる。
【０１３４】
また、本発明に係る各実施の形態では、抗原、抗体および蛍光分子が液体中に分散している液相で測定ができるため、抗原等を反応層に固定して測定を行う固相での測定に比べ、前処理が簡単であるという利点がある。また、抗原およびフリー分子が固相に固定されていないため、抗原およびフリー分子が溶液中を自由に動き回ることができ、固相での測定に比べて反応が早いという利点もある。
【０１３５】
また、本発明に係る各実施の形態は、従来の蛍光偏光法のようにブラウン運動の変化による蛍光の偏光度の変化を調べるものではないため、検体の成分が蛍光分子の蛍光寿命に影響を与えたとしても測定に与える影響は少ない。
【０１３６】
また、本発明に係る各実施の形態では、一方向に直線偏光した励起光１１９を溶液に照射する場合、すなわち偏光面が単一の励起光１１９を溶液に照射する場合を例にとって説明したが、励起光１１９は必ずしも単一の偏光面を有する直線偏光した光である必要はない。実施の形態１および実施の形態２の効果と同様の効果を奏するためには、励起光１１９が特定方向の直線偏光成分を少なくとも１つ有していれば良い。ここで、特定方向の直線偏光成分を有する光とは、蛍光分子の配向方向の変化により、蛍光分子の遷移モーメントの方向と励起光の当該直線偏光成分の振動方向との関係が変化して、当該直線偏光成分による蛍光分子の励起効率に変化が生じる光である。例えば、ランダム偏光した励起光を照射し、受光部の前に検光子を設けて、蛍光分子から発生した蛍光から特定方向の直線偏光成分のみを受光するように構成しても良い。ここでランダム偏光とは、光の振動方向がランダムであり、様々な方向に振動する直線偏光成分が存在することをいう。
【０１３７】
図１５Ａおよび図１５Ｂは、それぞれ配向制御光１３６、１３４を照射した際の蛍光分子１４の配向方向とランダム偏光した励起光２３０の振動方向とを表した概念図である。励起光２３０の振動方向２３２ａ〜２３２ｄは、励起光２３０の進行方向に対して垂直な平面内における光の振動方向を表す。図１５Ａおよび図１５Ｂでは、振動方向２３２ａ〜２３２ｄによって励起光２３０の振動方向が様々な方向であることを表しているが、実際は、図示した成分だけでなく、あらゆる角度方向のより多くの成分が含まれている。一般に、溶液中で静止した蛍光分子を直線偏光した励起光で励起すると、蛍光分子は、励起光の偏光方向と同一の方向に偏光した蛍光を発生する。ランダム偏光した励起光２３０によって配向したバインディング分子が励起されると、バインディング分子に付随する蛍光分子１４からもランダム偏光した蛍光２３４が発生する。
【０１３８】
検光子２３６は、蛍光分子１４から発生したランダム偏光した蛍光２３４のうち特定の方向に振動する成分を透過させ、それ以外の方向に振動する成分を遮断する。換言すれば、検光子２３６を透過した光は特定の方向にのみ振動する光となる。図１５Ａおよび１５Ｂにおいて検光子２３６を透過可能な特定の方向に振動する蛍光２３４の成分とは、振動方向２３２ａに振動する成分である。従って、検光子２３６を透過した蛍光２３４の振動方向は、図１５ＡおよびＢにおいて振動方向２３２ａのみとなる。蛍光２３４に含まれる振動方向２３２ａに振動する成分は、励起光２３０のうち振動方向２３２ａに直線偏光した励起光成分によって励起されて発生する。つまり、励起光２３０に含まれる振動方向２３２ａに直線偏光した励起光成分によって励起されて発生した蛍光成分のみをフォトダイオード２３８に到達させることができる。従って、このような構成にすることで、励起光２３０としてランダム偏光した光を用いても、特定の方向に振動する励起光を用いて測定を行った実施の形態１と同様の測定を行うことができる。なお、検光子２３６が透過させる特定の方向に振動する蛍光２３４の成分とは、必ずしもここで示した方向に振動する成分に限られず、蛍光分子１４の配向方向の変化に伴い蛍光分子１４に対する励起効率に差が生じる成分であれば何でも良い。
【０１３９】
また、図１５Ａおよび図１５Ｂでは励起光２３０がいずれの方向に振動する場合においても振幅が一定である例を示したが、必ずしも全ての方向において振幅が一定である必要はない。フォトダイオード２３８が受光する蛍光２３４の成分は、ランダム偏光した蛍光２３４のうち特定方向に振動する成分のみであるので、その他の方向に振動する成分は遮断される。
【０１４０】
図１５Ａに示すように、配向制御信号が０Ｖの場合、配向制御光１３６により配向した蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と検光子２３６を透過可能な光の振動方向とは垂直となる。この場合、励起光２３０に含まれる振動方向２３２ａに振動する成分による蛍光分子１４の励起効率は最小となる。従って、蛍光分子１４から発生する蛍光２３４のうち、検光子２３６を通ってフォトダイオード２３８に到達する成分は最小となる。
【０１４１】
一方、図１５Ｂに示すように、配向制御信号が５Ｖの場合、配向制御光１３４により配向した蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と検光子２３６を透過可能な光の振動方向とは平行となる。この場合、励起光２３０に含まれる振動方向２３２ａに振動する成分による蛍光分子１４の励起効率は最大となる。従って、蛍光分子１４から発生する蛍光２３４のうち、検光子２３６を通ってフォトダイオード２３８に到達する成分は最大となる。
【０１４２】
このような構成とした場合においても、配向制御信号を０Ｖから５Ｖに変化させると、蛍光分子１４の配向方向が変化し、蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と検光子２３６を透過可能な光の振動方向とが徐々に平行に近づく。それに伴い、励起光２３０に含まれる、検光子２３６を透過可能な方向に振動する成分による蛍光分子１４の励起効率が増加し、蛍光分子１４から発生する蛍光２３４の成分であって検光子２３６を透過可能な方向に振動する成分が増加する。すなわち、フォトダイオード２３８において検出する蛍光強度は、実施の形態１と同様に徐々に増加する。この場合、配向制御光の切り替えに伴いバインディング分子１５の配向のみが切り替わることにより、フォトダイオード２３８が受光する蛍光強度が変化する。そのため、このような構成とした場合においても、配向制御信号を０Ｖから５Ｖに変化させた際の、時間に対するフォトダイオード出力のグラフは、図１０Ａと同様の形状となる。つまり、この場合においてもフォトダイオード出力のグラフについて実施の形態１と同様の計算を行うことにより、検出対象物質の濃度を測定することができる。
【０１４３】
また、図１６Ａおよび図１６Ｂに示す概念図のように、互いに直交する２つの方向にそれぞれ直線偏光した２つの成分のみを有する励起光２４０を用いてもよい。励起光２４０は、進行方向に対して垂直な平面内において振動方向２４２ａ、２４２ｂにそれぞれ直線偏光した２つの成分のみを有する。つまり、振動方向２４２ａと振動方向２４２ｂとは互いに直交している。このような励起光２４０によって励起された蛍光分子１４は、励起光２４０の振動方向と同一方向に振動する成分を有する蛍光２４４を発する。すなわち、蛍光２４４は振動方向２４２ａ、２４２ｂにそれぞれ直線偏光した２つの成分を有する。
【０１４４】
図１６Ａは、配向制御信号が０Ｖの場合の概念図である。配向制御信号が０Ｖの場合、配向制御光１３６が照射される。配向制御光１３６を照射された蛍光分子１４は、遷移モーメントの方向が振動方向２４２ｂと同一の方向となるように配向する。つまり、配向制御信号が０Ｖの場合の蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と励起光２４０の一方の成分の振動方向２４２ｂとは互いに平行である。
【０１４５】
偏光ビームスプリッタ２４６は、蛍光２４４のうち振動方向２４２ａに振動する直線偏光成分２４４ａを透過させ、振動方向２４２ｂに振動する直線偏光成分２４４ｂを反射する。偏光ビームスプリッタ２４６を透過した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ａは、フォトダイオード２４８に到達する。偏光ビームスプリッタ２４６で反射した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂは、フォトダイオード２５０に到達する。
【０１４６】
図１６Ｂは、配向制御信号が５Ｖの場合の概念図である。配向制御信号が５Ｖの場合、配向制御光１３４が照射される。配向制御光１３４を照射された蛍光分子１４は、遷移モーメントの方向が振動方向２４２ａと同一の方向となるように配向する。つまり、配向制御信号が５Ｖの場合の蛍光分子１４の遷移モーメントの方向と励起光２４０の他方の成分の振動方向２４２ａとは互いに平行である。
【０１４７】
偏光ビームスプリッタ２４６を透過した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ａに着目する。この場合、励起光２４０の一方の成分の振動方向２４２ａと蛍光分子１４の遷移モーメントの方向との関係は実施の形態１の場合の関係と同様になる。そして、フォトダイオード２４８の出力の時間変化は、実施の形態１において説明した図１０Ａに示したグラフと同様のグラフとなる。つまり、配向制御光の照射方向の切り替えに伴いバインディング分子の配向方向が切り替わり始め、フォトダイオード２４８の出力は増加する。そして、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了した時刻において、フォトダイオード２４８の出力は最大値となる。そして、配向制御信号は５Ｖの出力がＴ秒間続いた後０Ｖとなる。配向制御信号が５Ｖから０Ｖに切り替わると、バインディング分子の配向方向が再度切り替わり、フォトダイオード２４８の出力は減少する。
【０１４８】
一方、偏光ビームスプリッタ２４６で反射した蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂに着目する。この場合、配向制御光の照射方向が切り替わるまでは、励起光２４０の他方の成分の振動方向２４２ｂと蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに平行であるため、励起光２４０の当該他方の成分による蛍光分子１４の励起効率は、それまでは最大の状態である。すなわち、配向制御光の照射方向が切り替わるまでは、蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂの量が最大であるため、偏光ビームスプリッタ２４６で反射する蛍光２４４の直線偏光成分２４４ｂを受光するフォトダイオード２５０の出力もそれまでは最大となる。配向制御光の照射方向の切り替えに伴いバインディング分子の配向方向が切り替わり始め、フォトダイオード２５０の出力は減少する。そして、全てのバインディング分子の配向の切り替えが完了した時刻において、フォトダイオード２５０の出力は最小値となる。配向制御信号は５Ｖの出力がＴ秒間続いた後０Ｖとなる。配向制御信号が５Ｖから０Ｖに切り替わると、バインディング分子の配向方向が再度切り替わり、フォトダイオード２５０の出力は増加する。これは、励起光２４０の当該他方の成分の振動方向２４２ｂと蛍光分子１４の遷移モーメントの方向とが互いに平行となる状態に戻るためである。
【０１４９】
そして、フォトダイオード２４８の出力およびフォトダイオード２５０の出力を用いて、受光データを正規化する。２つのフォトダイオードの出力を用いて受光データを正規化することで、フリー分子およびバインディング分子の濃度ばらつきや、光学系の励起パワー変動などの影響を低減させることができる。
【０１５０】
そして、正規化した受光データからバインディング分子の濃度を算出する。
【０１５１】
また、本発明に係る各実施の形態では、飽和した蛍光強度の値を基にバインディング分子の濃度を求めたが、必ずしもそのような方法で求める必要はない。例えば、配向制御光の照射方向の切り替え後蛍光強度が飽和する前に配向制御光の照射方向が元に戻るような高い周波数を用いてロックイン検波を行ってもよい。
【０１５２】
図１７Ａは、蛍光強度が飽和する程度に配向制御信号が５Ｖとなっている期間が充分長い配向制御信号の出力、および当該配向制御信号を用いて検出された蛍光強度を示すグラフであり、図１７Ｂは、蛍光強度が飽和しない程度に配向制御信号が５Ｖとなっている期間が短い配向制御信号の出力、および当該配向制御信号を用いて検出された蛍光強度を示すグラフである。図１７Ａにおいては、配向制御信号の周期ｔ１が充分長く、配向制御信号が５Ｖとなっている期間が長いため、全てのバインディング分子が配向して、蛍光強度は最大値となり、ロックインアンプの出力は最大値ｉ１となる。一方、図１７Ｂは配向制御信号の周期ｔ２が短く、全てのバインディング分子が配向する前に配向制御信号が０Ｖになるため、蛍光強度は理論上の最大値とならず、ロックインアンプ出力はｉ２となる。ｉ２はｉ１より小さい。
【０１５３】
また、本発明に係る各実施の形態では、配向制御用光源部は必ずしも１つの照射方向に対して１つである必要はなく、複数の配向制御用光源部を設けて、同一方向に複数の配向制御光を照射しても良い。
【０１５４】
また、本発明に係る各実施の形態のように、配向制御光を照射する方向を変えることにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する光学系においては、配向制御光のビーム径を細長く絞った場合に配向制御光で照射できる範囲が減少してしまうことを回避する観点から、配向制御光をある方向から同時に多点に照射して照射範囲をより広くするために、光学系を複数段用意しても良い。複数段の光学系は、少なくとも試薬カップに配向制御光が入射する前の段階で光路が複数存在していればよい。例えば、光源も含めた同様の光学系を３段重ねれば、３つの配向制御用光源部からそれぞれ配向制御光が照射され、試薬カップへある方向から３点に配向制御光を照射することができる。また例えば、光源が１つであっても２次元レーザーアレイやマイクロレンズアレイ等を用いて配向制御光を分岐すれば、分岐した分だけの複数の点で配向制御光を照射することができる。このような場合、配向制御光を同時に多点に照射することができ、複数の箇所で蛍光分子の遷移モーメントを回転させることができる。
【０１５５】
また、本発明に係る各実施の形態では、配向制御光を照射する方向を切り替えることにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する場合について説明したが、蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する方法はこれに限られない。例えば、蛍光分子の遷移モーメントが直線偏光した光の振動方向に追従する現象を利用して、直線偏光した配向制御光の振動方向を制御することにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御してもよい。
【０１５６】
直線偏光した配向制御光の振動方向を制御することにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する方法としては、例えば、一方向に直線偏光した配向制御光を用い、当該配向制御光の偏光軸を回動させてバインディング分子の配向を制御し、蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する方法が挙げられる。直線偏光した配向制御光を照射されたバインディング分子は、配向制御光の偏光軸によって決まる特定の方向に配向する。直線偏光した配向制御光の偏光軸の制御は、λ／２波長板を用いることにより実施できる。λ／２波長板は、光の互いに直交する２成分間の光路差を１／２波長にする機能を有する位相板であり、光の偏光軸を回転操作するために用いられる。λ／２波長板の光学軸方向と平行な方向に直線偏光した光はλ／２波長板を素通りするが、λ／２波長板の光学軸方向と４５度の角度をなす方向に直線偏光した光は偏光軸が９０度回転された状態で透過する。つまり、直線偏光した配向制御光に対するλ／２波長板の角度を切り替えることにより、配向制御光を素通りさせる場合と配向制御光の偏光軸を９０度回転させて配向制御光を透過させる場合とを切り替えることができる。すなわち、λ／２波長板を用いて直線偏光した配向制御光の偏光軸を回転させることにより、バインディング分子を２つの方向へ配向させることができる。
【０１５７】
また、直線偏光した配向制御光の振動方向を制御することにより蛍光分子の遷移モーメントの方向を制御する場合において、進行方向に垂直な平面での配向制御光の断面形状はどのようなものであっても良い。例えば、図１８Ａに示すように、偏光軸３５２を有する直線偏光した配向制御光３５０が照射される場合を考える。この場合、配向制御光３５０は、進行方向に垂直な方向の断面形状が略長方形である。このとき、配向制御光３５０の中心に位置するバインディング分子３５４と配向制御光３５０の周縁部に位置するバインディング分子３５６の挙動を考える。
【０１５８】
図１８Ｂに示すように、配向制御光３５０を回転させると偏光軸３５２も回転し、回転軸（偏光軸３５２の回転中心）上に位置するバインディング分子３５４は、偏光軸３５２の回転にすぐに追従して回転する。一方、配向制御光３５０の周縁部に位置するバインディング分子３５６は、偏光軸３５２の回転にすぐには追従できず、偏光軸３５２から離れることになる。その後しばらくすると、バインディング分子３５６も、配向制御光３５０に引き込まれ、偏光軸３５２の回転に追従して回転を開始する。そして、図１８Ｃのように、配向制御光３５０の偏光軸３５２を図１８Ａの場合における偏光軸３５２に対して９０度回転させた場合、偏光軸３５２の回転の終了と同時にバインディング分子３５４の配向の切り替えは完了し、一方、バインディング分子３５６が偏光軸３５２の回転にすぐには追従できないためバインディング分子３５６の配向の切り替えはバインディング分子３５４の配向の切り替えの完了後しばらくしてから完了する。つまり、回転軸上に位置するバインディング分子３５４の動きは、配向制御光３５０の偏光軸３５２の回転に同期して自転する挙動となるが、配向制御光３５０の周縁部に位置するバインディング分子３５６の動きは、配向制御光３５０の偏光軸３５２の回転に同期せずかつ回転軸を中心として公転するような動きとなる。
【０１５９】
このように、配向制御光３５０の偏光軸３５２の回転に追従できないバインディング分子が存在すると測定に影響を与えることがある。そこで、このような影響を低減するため、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させることが好ましい。例えば図１９（試薬カップ１０８の上面図）に示すように、３６０ａ〜３６０ｉの９点にそれぞれ対応した９本の配向制御光を試薬カップ１０８入射させるような態様でも良い。このようにすると、配向制御光の偏光軸の中心に位置するバインディング分子の数が増えるため、測定への影響を低減することができる。なお、ここでは９点に配向制御光を入射させる例を示したが、配向制御光を同時に入射させる点は９点に限られず、９点より多くても少なくても良い。配向制御光を絞るほど、多くの点に入射させることが望ましい。これにより、複数箇所で配向制御光の回転に同期してバインディング分子を回転させることができる。その結果、突発的な蛍光強度の変動を低下させることができ、相対的な散らばりを表す指標である変動係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を改善することができる。
【０１６０】
このように、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させるための配向制御用光源部４０２の構造について図２０に示す。配向制御用光源部４０２は、３×３の２次元レーザーアレイである。配向制御用光源部４０２は、発光点４０４ａ〜４０４ｉの９点が発光する。発光点の大きさは縦が１μｍで横が１００μｍである。発光点の間の距離は約１００μｍである。
【０１６１】
図２０に示される配向制御用光源部４０２を用いた光学系の一例を図２１に示す。なお図２１では、配向制御光および励起光の光学系以外の構成要素は省略して描いてある。
【０１６２】
配向制御用光源部４０２から出力された直線偏光した配向制御光４２２は、コリメータレンズ４０６を通って焦点において平行光線となる。コリメータレンズ４０６を通った配向制御光４２２は、ビームエキスパンダ４０８およびビームエキスパンダ４１０を通ってλ／２波長板４１２に入射する。ビームエキスパンダ４０８およびビームエキスパンダ４１０を通った配向制御光４２２は、特定の倍率の平行光束に広げられる。λ／２波長板４１２は回転ステージ上にあり、回転可能となっている。これにより配向制御光４２２の振動方向を回転することができる。λ／２波長板４１２を透過した配向制御光４２２は、ダイクロイックミラー４１８で反射してレンズ４２０により集光されて試薬カップ１０８の底面から上方に向かって入射する。
【０１６３】
光源部４１４から出力された励起光４２４は、レンズ４２６を通ってダイクロイックミラー４１６により反射される。ダイクロイックミラー４１６により反射された励起光４２４は、ダイクロイックミラー４１８を透過してレンズ４２０により集光されて試薬カップ１０８の底面から上方に向かって入射する。
【０１６４】
図２１に示される光学系において、コリメータレンズ４０６の焦点距離を３．１ｍｍ、レンズ４２０の焦点距離を４ｍｍとすると、倍率は１．２９倍となる。そのため、試薬カップ１０８の底面において、配向制御光４２２の大きさは約１．３μｍ×１３０μｍとなり、ピッチは約１２９μｍとなる。
【０１６５】
また、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させるための別の光学系の例について図２２を用いて説明する。なお図２２においても、配向制御光および励起光の光学系以外は省略して描いてある。また、図２１と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１６６】
図２２に示される光学系において、配向制御用光源部１１６は実施の形態１と同様のものである。配向制御光４３２は、コリメータレンズ４０６、ビームエキスパンダ４０８およびビームエキスパンダ４１０を通り、マイクロレンズアレイ４２８へ入射する。マイクロレンズアレイ４２８は、図２３に示されるように、複数のマイクロレンズ４２８ａを格子状に並べたものである。マイクロレンズアレイ４２８を通った配向制御光４３２は、複数の光源から照射された光のように、異なる位置で焦点を結ぶ複数の光束となる。配向制御光４３２は、ピンホールアレイ４３０によって絞られ、ダイクロイックミラー４１８で反射し、レンズ４２０を通って試薬カップ１０８の底面から上方に向かって入射する。このようにマイクロレンズアレイを用いても、配向制御光を所定の方向から同時に多点に入射させることができる。
【０１６７】
また、上記各実施の形態では試薬カップを円柱状の形状としたが、試薬カップは必ずしも円柱状の形状とする必要は無い。例えば、図２４に示されるように、四角柱状の形状を有し、内部に四角柱状の溶液保持部を有する試薬カップ４３２を用いても良い。このような四角柱状の溶液保持部を有する試薬カップ４３２は、特に、配向制御光の進行方向に働く配向制御光による圧力を利用してバインディング分子を試薬カップ４３２の内部側壁面に押しつける場合に適している。これは、バインディング分子の質量が軽い場合に起こる現象であり、配向制御光による圧力を受けてバインディング分子が溶液中を移動することが原因である。この場合、溶液保持部が四角柱であると、バインディング分子は溶液と試薬カップ４３２との界面に押しつけられながら配向する。当該界面が平面でありかつ配向制御光による圧力が当該界面に垂直な方向に作用する場合には、バインディング分子は当該界面に平行な方向に移動して配向制御光の照射範囲の外に出ることがない。
【０１６８】
また、バインディング分子を試薬カップ４３２の内部側壁面に押しつける場合には、配向制御光の焦点の位置を工夫することによりこれらの分子をより容易に配向させることができる。図２５は、集光された配向制御光の焦点と試薬カップとの位置関係の一例を示す図である。配向制御光４３４は、レンズ４３６に入射し、血漿１６と試薬カップの側壁部４３２ｂとの界面（側壁部４３２ｂの内部側壁面）において焦点４３４ａを結ぶ。配向制御光４３４の焦点４３４ａの位置では、配向制御光４３４の強度が最も強いため、より強い圧力でバインディング分子を押しつけることができる。従って、図２５のように配向制御光４３４を入射させると、焦点４３４ａの位置においてバインディング分子を側壁部４３２ｂの内部側壁面に押しつけつつ、より効率的にバインディング分子を配向させることができる。この場合においても、直線偏光した配向制御光４３４の振動方向を回転させることで、バインディング分子の配向方向を焦点４３４ａの位置において変化させることができる。
【０１６９】
なお、溶液保持部は必ずしも四角柱状の形状を有している必要はなく、少なくとも一面に平面を有していれば良い。その平面において焦点を結ぶように配向制御光を照射すれば、バインディング分子は、当該平面に平行な方向に移動して配向制御光の照射範囲の外に出ることがなく平面に押しつけられながら配向する。
【産業上の利用可能性】
【０１７０】
本発明に係る生体分子検出装置および生体分子検出方法は、例えば、検出対象物質と、その検出対象物質に特異的に結合する物質との相互作用を利用して、検出対象物質の検出又は定量を行う装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０１７１】
１２ 抗体
１３ フリー分子
１４ 蛍光分子
１５ バインディング分子
１６ 血漿
１８ 抗原
１００ ２００ 生体分子検出装置
１１６ 配向制御用光源部
１１７ 配向制御光
１１８ 励起光源部
１１９ 励起光
１２０ ＡＯＤ
１２３ 蛍光
１２４ 受光部
１４４ ２１２ ２１４ フィルタ
１４６ 偏光子
１５０ ＰＤ
２０２ 受光部
２１０ フィルタ切替部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、前記第１の複合体と前記検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する前記検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出装置であって、
特定方向の直線偏光成分を有し前記蛍光分子を励起する励起光を照射する光源と、
前記蛍光分子から発生する蛍光を検出する受光部と、
前記溶液中の前記第２の複合体を周期的に切り換えて配向させる配向制御手段と、
前記受光部によって検出された前記蛍光の内、前記第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出する同期成分抽出手段と、
該同期成分抽出手段によって抽出された前記成分に基づいて前記検出対象物質の検出または定量を行う演算部とを備えたことを特徴とする生体分子検出装置。
【請求項２】
前記配向制御手段が、前記第２の複合体が有する前記蛍光分子の遷移モーメントが前記励起光の前記直線偏光成分の振動方向と平行となる第１の方向、および、前記遷移モーメントが前記振動方向と垂直となる第２の方向に、前記第２の複合体を切り換えて配向させるものであることを特徴とする請求項１に記載の生体分子検出装置。
【請求項３】
前記第２の複合体を切り換えて配向させる周期が、前記検出対象物質の分子量または体積と、前記検出対象物質と特異的に結合する物質および前記蛍光分子の分子量または体積と、前記配向制御手段による配向制御の強度とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の生体分子検出装置。
【請求項４】
前記配向制御手段が、前記励起光と波長が異なる光を照射して前記第２の複合体を配向させる配向制御光源を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
【請求項５】
前記配向制御光源が、前記励起光と波長が異なる前記光を前記溶液に対し複数の位置から照射するものであることを特徴とする請求項４に記載の生体分子検出装置。
【請求項６】
前記溶液を保持する溶液保持部であって少なくとも一面に平面を有する溶液保持部を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の生体分子検出装置。
【請求項７】
前記配向制御光源が、前記溶液を通って前記溶液保持部の前記平面から出射する方向に、前記励起光と波長が異なる前記光を照射し、かつ、前記溶液と前記平面との界面において前記励起光と波長が異なる前記光に焦点を結ばせるものであることを特徴とする請求項６に記載の生体分子検出装置。
【請求項８】
前記受光部が、光を分光する分光手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
【請求項９】
前記分光手段が、特性の異なる複数のフィルタであり、
前記受光部が、前記蛍光の波長に応じて前記複数のフィルタを切り替えるものであることを特徴とする請求項８に記載の生体分子検出装置。
【請求項１０】
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、前記第１の複合体と前記検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する前記検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出方法であって、
特定方向の直線偏光成分を有し前記蛍光分子を励起する励起光を照射するステップと、
前記溶液中の前記第２の複合体を周期的に切り換えて配向させるステップと、
前記蛍光分子から発生する蛍光を検出するステップと、
検出された前記蛍光の内、前記第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出するステップと、
抽出された前記成分に基づいて前記検出対象物質の検出または定量を行うステップとを備えたことを特徴とする生体分子検出方法。
【請求項１】
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、前記第１の複合体と前記検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する前記検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出装置であって、
特定方向の直線偏光成分を有し前記蛍光分子を励起する励起光を照射する光源と、
前記蛍光分子から発生する蛍光を検出する受光部と、
前記溶液中の前記第２の複合体を周期的に切り換えて配向させる配向制御手段と、
前記受光部によって検出された前記蛍光の内、前記第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出する同期成分抽出手段と、
該同期成分抽出手段によって抽出された前記成分に基づいて前記検出対象物質の検出または定量を行う演算部とを備えたことを特徴とする生体分子検出装置。
【請求項２】
前記配向制御手段が、前記第２の複合体が有する前記蛍光分子の遷移モーメントが前記励起光の前記直線偏光成分の振動方向と平行となる第１の方向、および、前記遷移モーメントが前記振動方向と垂直となる第２の方向に、前記第２の複合体を切り換えて配向させるものであることを特徴とする請求項１に記載の生体分子検出装置。
【請求項３】
前記第２の複合体を切り換えて配向させる周期が、前記検出対象物質の分子量または体積と、前記検出対象物質と特異的に結合する物質および前記蛍光分子の分子量または体積と、前記配向制御手段による配向制御の強度とに基づいて決定されることを特徴とする請求項１または２に記載の生体分子検出装置。
【請求項４】
前記配向制御手段が、前記励起光と波長が異なる光を照射して前記第２の複合体を配向させる配向制御光源を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
【請求項５】
前記配向制御光源が、前記励起光と波長が異なる前記光を前記溶液に対し複数の位置から照射するものであることを特徴とする請求項４に記載の生体分子検出装置。
【請求項６】
前記溶液を保持する溶液保持部であって少なくとも一面に平面を有する溶液保持部を備えることを特徴とする請求項４または５に記載の生体分子検出装置。
【請求項７】
前記配向制御光源が、前記溶液を通って前記溶液保持部の前記平面から出射する方向に、前記励起光と波長が異なる前記光を照射し、かつ、前記溶液と前記平面との界面において前記励起光と波長が異なる前記光に焦点を結ばせるものであることを特徴とする請求項６に記載の生体分子検出装置。
【請求項８】
前記受光部が、光を分光する分光手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の生体分子検出装置。
【請求項９】
前記分光手段が、特性の異なる複数のフィルタであり、
前記受光部が、前記蛍光の波長に応じて前記複数のフィルタを切り替えるものであることを特徴とする請求項８に記載の生体分子検出装置。
【請求項１０】
検出対象物質に特異的に結合する物質と蛍光分子とを有する第１の複合体から発生する蛍光と、前記第１の複合体と前記検出対象物質とが結合した第２の複合体から発生する蛍光とを検出して、溶液中に存在する前記検出対象物質の検出または定量を行う生体分子検出方法であって、
特定方向の直線偏光成分を有し前記蛍光分子を励起する励起光を照射するステップと、
前記溶液中の前記第２の複合体を周期的に切り換えて配向させるステップと、
前記蛍光分子から発生する蛍光を検出するステップと、
検出された前記蛍光の内、前記第２の複合体が配向する周期に同期した成分を抽出するステップと、
抽出された前記成分に基づいて前記検出対象物質の検出または定量を行うステップとを備えたことを特徴とする生体分子検出方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１８Ｃ】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−９３３３９（Ｐ２０１２−９３３３９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３１０１（Ｐ２０１１−１２３１０１）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【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２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【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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