生体物質分析方法並びにそれに用いられる生体物質分析セル、チップおよび装置
【課題】生体物質分析において、センサ部における被検物質の検出を迅速かつ高効率にし、分析の迅速化および高感度化を可能とする。
【解決手段】被検物質Ａを検出する生体物質分析において、試料供給空間１２ａを有する反応槽１２と、反応槽１２の内壁の所定領域に設けられた音響整合層１４と、反応槽１２内に設けられたセンサ部１５とを備えた生体物質分析セル１０を用いて、音響整合層１４および試料供給空間１２ａの界面１４ａと、音響整合層１４に対向する反応槽１２の内壁との間で、定在波Ｕを生じせしめるように超音波を照射し、定在波Ｕの捕捉力によって被検物質Ａを濃縮せしめ、この濃縮せしめた被検物質Ａをセンサ部１５で検出する。
【解決手段】被検物質Ａを検出する生体物質分析において、試料供給空間１２ａを有する反応槽１２と、反応槽１２の内壁の所定領域に設けられた音響整合層１４と、反応槽１２内に設けられたセンサ部１５とを備えた生体物質分析セル１０を用いて、音響整合層１４および試料供給空間１２ａの界面１４ａと、音響整合層１４に対向する反応槽１２の内壁との間で、定在波Ｕを生じせしめるように超音波を照射し、定在波Ｕの捕捉力によって被検物質Ａを濃縮せしめ、この濃縮せしめた被検物質Ａをセンサ部１５で検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料中にある被検物質を反応槽に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析方法並びに生体物質分析セル、チップおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、臨床検査、食品検査、環境検査など幅広い分野において、糖、タンパク質、核酸などの生体物質の分析、定量が日常的に行われている。一般的な生体物質の分析、定量方法としては、対象とする生体物質の種類によって多種、多様のものがあるが、これらの方法には、生体物質と親和性のある物質との反応を利用したものがある。例えば、抗原抗体反応を利用した特定物質の定量方法は、イムノアッセイとして、感度の高い、信頼性のある方法として確立しており、臨床検査など幅広い分野において、汎用されている。しかしながら、市販の試薬キットを用いても、その繁雑な反応は各々時間がかかり、試料が多いときには迅速な検査は困難であった。これは、特定の温度における運動エネルギーが、互いの分子を衝突させる頻度で反応速度を律速するためである。
【０００３】
抗原抗体反応などにおいて特に一方が固定化されている場合、分子衝突頻度は極端に低下し、反応速度もそれに応じて低下する。これを改善すべく、反応時に超音波を作用させ、反応速度を高める方法は、例えば特許文献１から３に示されているように従来報告されている。この場合、超音波は、固定化されていない抗原または抗体に作用し、固定化された抗体または抗原への衝突頻度を上昇させて結合反応を促進させるものと考えられる。
【０００４】
特許文献１および２は、超音波の振動で分子の振動を起こして、周囲の物質との衝突率を上げて反応速度を上げるという発明である。さらに、特許文献２では、周波数を変調することで振動状態を乱して、より広範囲に並進移動させることを特徴としている。特許文献３は、微小電圧を短時間（数十秒あるいは１５秒間）印加することで、免疫物質の電気分解を起こさずに抗原抗体反応を促進できるという発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−５４３１５号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７９２７号公報
【特許文献３】特開平９−１０１３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２に示されている方法では、免疫物質自体の濃度が低い場合に、振動させても周囲にある他方の免疫物質量が少ないため、結局反応速度が向上しにくいという問題がある。また、このような低濃度の場合には、センサ部で検出できる免疫物質の量がその物質の拡散速度に依存しているため、検出感度の大幅な向上は望めないと考えられる。また、特許文献３に示されている方法では、免疫診断の対象となる生体物質（血液、尿、唾液など）には一般的に塩が含まれており、物質自体の電気応答性が高いため、そもそも電場を使った免疫反応促進はこれらの物質に悪影響を及ぼす可能性があるため好ましくない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、被検物質を反応槽に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析において、センサ部における被検物質の反応を迅速かつ高効率にし、被検物質の迅速かつ感度の高い分析測定を可能とする生体物質分析方法並びにそれに用いられる生体物質分析セル、チップおよび装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る生体物質分析方法は、
試料供給空間を有する反応槽と、反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層と、反応槽内に設けられたセンサ部とを備えた生体物質分析セルを用いて、
被検物質を含有する液体試料を試料供給空間に供給し、
音響整合層および試料供給空間の界面と、音響整合層に対向する反応槽の内壁との間で、節が上記界面に位置するような定在波を生じせしめるように超音波を照射し、
上記節の方向に働く捕捉力によって、被検物質を上記界面に濃縮せしめ、
濃縮せしめた被検物質を、センサ部に固定された、被検物質と特異的に結合する固定化結合物質で検出することを特徴とするものである。
【０００９】
本明細書において、「試料供給空間」とは、反応槽により形成される空間であって、液体試料を貯留したり、液体試料とセンサ部とを接触させたりするための空間を意味し、流路のようなものも含むものとする。
【００１０】
「音響整合層」とは、反応槽に供給された液体試料の音響インピーダンスと同等の音響インピーダンスを有する材料からなる層を意味する。
【００１１】
「節が音響整合層と試料供給空間との界面に位置する」とは、定在波のある節が当該界面に含まれるもしくは当該界面の近傍にあること、より具体的には、定在波のある節が、当該界面から音響整合層側にλｍ／４未満の距離および試料供給空間側にｄ／２以内の距離の範囲に属することを意味する。なお、λｍとは音響整合層内における超音波の波長、ｄとは使用する標識の粒径を表す。
【００１２】
本明細書において、標識の「粒径」とは、標識である粒子に外接する最小の球の直径の最頻球径とする。最頻球径は、シスメックス株式会社製ゼータサイザー（品番：Nano-ZS）を使い動的光散乱法に基づいて、試料温度２５℃にて粒径測定を行うことにより求めた。測定条件として設定するパラメータは、粒子の屈折率と溶媒の屈折率である。例えば、血漿中でポリスチレン粒子を分散させた場合、ポリスチレンの屈折率１．５９、血漿の屈折率１．３４７を用いた。溶媒の屈折率は、デジタル屈折計（株式会社アタゴ製、RX-5000α）を用いて測定した。粒径測定は、粒子が分散状態でなければならないので、測定する実際の試料液中に粒子を分散させて測定することが望ましい。なぜなら、粒子は実際の試料液中で分散状態を保つように設計するためである。実際の試料液とは異なる溶媒中ではｐＨや塩濃度などの違いにより粒子が凝集して正確な粒径を測定することができなくなる。これは当業者ならば容易に想起することである。
【００１３】
「節方向に働く捕捉力」とは、定在波の音響放射圧ポテンシャルに基づき、直近の節近傍に物質を集めるように定在波中の物質に働く力である。
【００１４】
「固定化結合物質」とは、特異的に結合する対の物質のうちの一方であって、セル（担体）に固定されたものを意味するものとする。なお、「特異的に結合する対の物質」とは、抗原および抗体、もしくはタンパク質および補因子等のように、一方の物質と他方の物質とが特異的に認識し合って結合する関係にある対の物質を意味する。
【００１５】
さらに、本発明に係る生体物質分析セルは、
被検物質を含有する液体試料が供給される試料供給空間を形成する反応槽を備えた生体物質分析セルにおいて、
反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
音響整合層の試料供給空間側の表面上に設けられたセンサ部であって、被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴するものである。
【００１６】
本発明に係る生体物質分析セルにおいて、音響整合層に対向する反応槽の内壁面上に音響整合層に対向するように、または音響整合層の試料供給空間側とは反対側の面と接するように、反射層を備えることが好ましい。
【００１７】
センサ部は、誘電体層および／または金属層を有するものであることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る生体物質分析チップは、
被検物質を含有する液体試料が流下される流路と、流路に接続された、流路に液体試料を流入するための流入口と、流路に接続された、流路に流入された液体試料を流すための空気口とを形成する流路部材を備えた生体物質分析チップにおいて、
流入口と空気口との間の流路部材の内壁面の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
音響整合層の流路側の表面上および／またはこの表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部であって、被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴するものである。
【００１９】
本明細書において、センサ部が「音響整合層の内壁面上および／または音響整合層の内壁面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられた」とは、センサ部が、音響整合層の真上にある場合、音響整合層よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置にある内壁上にある場合、および上記音響整合層の真上と上記ずれた位置にある内壁上とにまたがるようにある場合を含むものとする。なお、「流路長さ方向」とは流路に沿った長さ方向を意味し、「音響整合層よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置」とは、液体試料中のある分子が、音響整合層の近傍を通過した後、液体試料の流れに沿って通過しうる内壁の位置を言うものとする。
【００２０】
本発明に係る生体物質分析チップにおいて、音響整合層に対向する流路部材の内壁面上に音響整合層に対向するように、または音響整合層の流路側とは反対側の面と接するように、反射層を備えることが好ましい。
【００２１】
センサ部は、誘電体層および／または金属層を有するものであることが好ましい。
【００２２】
さらに、生体物質分析チップは、音響整合層よりも上流側の流路部材の内壁面上に配置された標識結合物質を備え、
この標識結合物質は、被検物質と特異的に結合する第１の修飾化結合物質、および被検物質と競合して固定化結合物質と特異的に結合する第２の修飾化結合物質のうちいずれか一方の修飾化結合物質と、この一方の修飾化結合物質が修飾された標識粒子とからなるものであることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明に係る生体物質分析装置は、
上記に記載の生体物質分析セルもしくは生体物質分析チップと、
音響整合層と試料供給空間もしくは流路との界面に対して、この界面の法線方向から超音波を照射する超音波照射手段と、
この超音波によって上記界面上に定在波が生じると共に、定在波の節が上記界面に位置するように、超音波照射手段を制御する超音波制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る生体物質分析方法は、反応槽に形成される定在波の節が音響整合層と試料供給空間との界面に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部に反応させることが可能となる。この結果、液体試料中にある被検物質を反応槽に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００２５】
本発明に係る生体物質分析セル、チップおよび装置は、反応槽に形成される定在波の節が音響整合層と反応槽との界面に位置することができるように、試料供給空間もしくは流路の内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部に反応させることが可能となる。この結果、液体試料中にある被検物質を反応槽もしくは流路部材に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態の生体物質分析装置を示す概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層の設置の一実施形態を示す概略端面図である。
【図２Ｂ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層の設置の他の実施形態を示す概略端面図である。
【図２Ｃ】本発明の生体物質分析セルにおける金属層の設置の一実施形態を示す概略端面図である。
【図３Ａ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層、反射層および試料供給空間の一実施形態の位置関係を示す概略端面図である。
【図３Ｂ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層、反射層および試料供給空間の他の実施形態の位置関係を示す概略端面図である。
【図３Ｃ】音響整合層と試料供給空間との界面および定在波の節の位置関係を示す概略部分端面図である。
【図４Ａ】定在波の節の位置が、音響整合層と試料供給空間との界面から音響整合層の内部側にずれた様子を示す概略部分端面図である。
【図４Ｂ】定在波の節の位置が、音響整合層と試料供給空間との界面から試料供給空間側にずれた様子を示す概略部分端面図である。
【図５】定在波と定在波の振幅および音響放射圧ポテンシャルとの関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層の設置の他の実施形態を示す概略端面図である。
【図７Ａ】第２の実施形態の生体物質分析装置を示す概略上面図である。
【図７Ｂ】第２の実施形態の生体物質分析装置を示す概略断面図である。
【図８】第２の実施形態の生体物質分析チップを用いた生体物質分析方法の工程を示す概略図である。
【図９】第３の実施形態の生体物質分析チップを用いた生体物質分析方法の工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２８】
「生体物質分析方法および装置の第１の実施形態」
まず、生体物質分析方法および装置の第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、特異的に結合する対の物質の具体例として抗原および抗体を用いて、被検物質を抗原、この被検物質と特異的に結合する結合物質を抗体として、蛍光標識を用いたサンドイッチ法によって分析する場合について説明する。
【００２９】
本実施形態の生体物質分析方法は、図１に示す生体物質分析装置３０、すなわち、試料供給空間１２ａを有する反応槽１２と、反応槽１２の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層１４と、音響整合層１４に対向する反応槽１２の内壁面上に音響整合層１４に対向するように設けられた反射層１６と、音響整合層１４の試料供給空間１２ａ側の表面上に設けられたセンサ部１５とを備えた生体物質分析セル１０を含む装置を用いて、蛍光標識された抗原Ａを含有する液体試料Ｓを試料供給空間１２ａに供給し、音響整合層１４および試料供給空間１２ａの界面（整合界面１４ａ）と、音響整合層１４に対向する反応槽１２の内壁との間で、節が整合界面１４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、上記節の方向に働く捕捉力によって、抗原Ａを整合界面１４ａに濃縮せしめ、濃縮せしめた抗原Ａをセンサ部１５に固定された固定化抗体Ｂ１でセンサ部１５に固定し、この固定された抗原Ａを標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出して、抗原Ａの存在の有無および／または量を分析することを特徴とするものである。
【００３０】
抗原Ａを蛍光標識する方法は、特に制限されず蛍光色素、量子ドット等を用いることができる。抗原Ａの標識としては、抗原Ａ（被検物質）と特異的に結合する第１の修飾化抗体（修飾化結合物質）、および抗原Ａ（被検物質）と競合して固定化抗体（固定化結合物質）と特異的に結合する第２の修飾化抗体（修飾化結合物質）のうちいずれか一方の修飾化抗体（修飾化結合物質）と、この一方の修飾化抗体（修飾化結合物質）が修飾された標識粒子とからなる標識抗体ＢＦ（標識結合物質）であることが好ましい。標識粒子（例えばポリスチレン粒子）の内部には複数の蛍光色素、量子ドット等を包含させることができ、感度よく分析を行うことができる。超音波で濃縮する際の標識粒子の大きさは、定在波の捕捉力が物質の体積に比例することや拡散速度の観点から、０．０５μｍ〜１０ｍｍ程度が好ましく、０．１μｍ〜１ｍｍがさらに好ましい。したがって、扱う免疫物質がこれより小さい場合や反応速度をさらに上げるためには、このようなサイズの標識粒子に免疫物質の一方を修飾して免疫測定を行う必要がある。サンドイッチ法を用いる本実施形態においては、標識抗体ＢＦは、第１の修飾化抗体Ｂ２と、この修飾化抗体に表面を修飾されかつ複数の蛍光色素を包含する蛍光粒子Ｆとからなる。また、抗原Ａを標識するタイミングは、特に制限されず、試料供給空間１２ａに供給する前に抗原Ａと標識とを反応させてもよいし、供給した後に試料供給空間１２ａ内で反応させてもよい。
【００３１】
蛍光信号の検出は、図１に示すように、光源１９を用いて励起光Ｌｅをセンサ部１５に照射して標識抗体ＢＦから蛍光を生じせしめ、この蛍光を目視或いは光検出器により検出することにより行われる。
【００３２】
図１に示す生体物質分析装置３０は、具体的に、試料供給空間１２ａを有する反応槽１２と、反応槽１２の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層１４と、反応槽１２内に設けられたセンサ部１５とを備えた生体物質分析セル１０と、音響整合層１４と試料供給空間１２ａとの界面（整合界面１４ａ）に対して、この整合界面１４ａの法線方向から超音波を照射する超音波照射手段１７と、この超音波によって整合界面１４ａ上に定在波Ｕが生じると共に、定在波Ｕの節が整合界面１４ａに位置するように、超音波照射手段１７を制御する超音波制御手段１８とを備えたものである。
【００３３】
生体物質分析セル１０は、液体試料Ｓを供給するための試料供給空間１２ａを形成する反応槽１２と音響整合層１４と反射層１６とセンサ部１５とを備えたものである。セル１０の形状は特に限定されるものではなく、一般的に使用されている角型セルや円筒セル等を用いることができる。また、生体物質分析セル１０は、その試料供給空間１２ａの形状が流路となっているような生体物質分析チップであってもよい。生体物質分析チップを用いた実施形態については第２および第３の実施形態で詳細に記載する。
【００３４】
音響整合層１４は、反応槽１２の内壁と試料供給空間１２ａに供給された液体試料Ｓとの音響インピーダンス（Ｚ：Ｚ＝ｃ（物質中の音速）×ρ（物質の密度））の整合を取る役割（音響整合機能）を担うための層であるため、供給される液体試料Ｓと同等の音響インピーダンスを有する材料からなる層である。音響整合層１４の材料としては特に限定されないが、一般的に生体物質の分析を行う場合の液体試料Ｓは水（Ｚ＝１．４８×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））を溶媒とするため、ポリマー等の誘電体材料が挙げられ、軟質のポリエチレン（Ｚ＝１．７５×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））やゴム材料が好ましく、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）等のシリコーンゴム、天然ゴム（Ｚ＝１．５０×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））、スチレン−ブタジエン−ゴム（Ｚ＝１．７６×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））がより好ましく、特に形状の加工性や厚さの制御性の容易さの観点からＰＤＭＳ（Ｚ＝１．０６×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））が好ましい。
【００３５】
音響整合層１４は、生体物質分析セル１０の反応槽１２の内壁の所定領域に、音響整合層１４の表面が試料供給空間１２ａに現れるように、つまり音響整合層１４の表面が試料供給空間１２ａに供給された液体試料Ｓと接触するように反応槽１２に設けられ、かつ反応槽１２の他の部分の内壁に対向するように設けられている。これにより、音響整合層１４とこれに対向する内壁との間で超音波が繰返し反射することが可能となり、この間で定在波Ｕを生じさせることが可能となる。このとき、音響整合層１４と液体試料Ｓとは音響整合が取れているため、この定在波Ｕの節が音響整合層１４と試料供給空間１２ａ（もしくは液体試料Ｓ）との界面（整合界面１４ａ）に位置することが可能となる。定在波Ｕの節についての詳細は後述する。例えば、生体物質分析セル１０が、角型セルや円筒セルであった場合、これらのセルの側面部分に音響整合層１４を設ければよい。音響整合層１４は、図２Ａに示すように反応槽１２の内壁に埋め込まれるように形成されてもよいし、図２Ｂに示すように反応槽１２の内壁面上に形成されてもよい。図２Ｂのような場合には、超音波は反応槽１２を介して音響整合層１４に照射される。
【００３６】
センサ部１５は、抗原Ａを検出するための固定化抗体Ｂ１が固定されている音響整合層１４上の領域である。センサ部１５は、１つであっても複数であっても構わない。異なる種類の固定化抗体が固定されたセンサ部１５が複数ある場合には、複数の抗原を検出することができるため、いわゆる多項目アレイ分析測定が可能となる。固定化抗体Ｂ１は、抗原Ａに対して特異的に結合する抗体である。このような抗体は、特に制限されるものではなく、検出条件（特に抗原Ａ）に応じて適宜選択することができる。例えば、抗原ＡがｈＣＧ抗原（分子量３８０００ Ｄａ）の場合、この抗原Ａと特異的に結合するモノクロナール抗体等を用いることができる。固定化方法としては、音響整合層１４に対して物理的に吸着させる方法、音響整合層１４に表面修飾を施すことによってカルボキシル基、アミノ基、チオール基、などの官能基を導入し、そこに静電的にまたは化学結合を介して固定化する方法などが挙げられる。化学結合の方法として例えば、音響整合層１４をカルボキシル基化し、更に活性化させることによって抗体のアミノ基と結合させる、所謂アミンカップリング法を用いることができる。
【００３７】
また、センサ部１５は、図２Ｃに示すように、誘電体層１３および／または金属層を備えるように構成してもよい。誘電体層１３を音響整合層１４の表面に備えた場合には、音響整合層の材料に免疫物質（例えば抗体）等を固定するのが困難な場合に、これらの物質を固定する固定層として用いることができる。また、金属層を音響整合層１４の表面に接するように備えた場合には、金属層に生じるプラズモンを利用した高感度の分析方法と組み合わせることができる。例えば、金属層が金属材料のベタ膜である場合には、表面プラズモン共鳴法、表面プラズモン増強蛍光法やＳＰＣＥ（surface plasmon-coupled emission）法と組み合わせることができ、金属層が配列された金属微粒子からなる層である場合には、局在表面プラズモン共鳴法と組み合わせることができる。ただし、音響整合層１４の表面に接するように誘電体層１３および／または金属層を備える場合には、誘電体層１３の材料として音響整合機能を担いうる上記材料を用いたり、金属層を薄くしたりして、音響整合層１４の音響整合機能に影響を与えないようにする必要がある。
【００３８】
反射層１６は、超音波をより効率的に反射させる（つまり、定在波Ｕをより効率的に生じせしめる）ため、音響整合層１４に対向するように設けられている層である。反射層１６は、超音波の反射率を上げるため、反射層１６および液体試料Ｓ（水）の音響インピーダンスの差が大きくなるような材料を用いることが好ましい。その材料としては、ガラス等の誘電材料、アルミニウム等の金属材料を挙げることができる。反射層１６も、音響整合層１４と同様に、反応槽１２の内壁に埋め込まれるように形成されてもよいし、反応槽１２の内壁面上に形成されてもよい。
【００３９】
音響整合層１４の厚さＤｍ、反射層１６の厚さＤｒおよび整合界面１４ａから対向する内壁までの距離Ｄｓは、定在波Ｕの節が整合界面１４ａに位置するように、つまり整合界面１４ａが超音波の進行方向に垂直で定在波Ｕの節を含むように適宜設計される。すなわち、反射層１６を設けない場合には図３Ａに示すように、音響整合層１４の厚さＤｍおよび距離Ｄｓのそれぞれが、それぞれの媒質中における超音波の波長λｍおよびλｓの１／４の奇数倍であることが好ましく、特にそれぞれが波長λｍおよびλｓの１／４であることが好ましい。一方、反射層１６を設けた場合には図３Ｂに示すように、音響整合層１４の厚さＤｍおよび整合界面１４ａから反射層１６までの距離Ｗ（実効的な試料供給空間幅Ｗ＝Ｄｓ−Ｄｒ）のそれぞれが、それぞれの媒質中における超音波の波長λｍおよびλｓの１／４の奇数倍であることが好ましく、特にそれぞれが波長λｍおよびλｓの１／４であることが好ましい。例えば、反射層１６を設けた場合で音響整合層１４の厚さＤｍがλｍ／４、実効的な試料供給空間幅Ｗが３λｓ／４である場合には、超音波照射手段１７と反射層１６の間に図３Ｃに示すような定在波Ｕが生成される。
【００４０】
しかしながら、本発明においては、節近傍に存在する物質には節へ濃縮されるように捕捉力が働くため、厳密に整合界面１４ａが超音波の進行方向に垂直で定在波Ｕの節を含むように設計される必要はない。すなわち、節の位置が整合界面１４ａから音響整合層１４側にずれ、かつその整合界面１４ａからのずれがλｍ／４より小さい場合には、図４Ａに示すように、節近傍にある物質は、腹から節方向に働く捕捉力によって移動するので、結果的に整合界面１４ａに濃縮することができる。また、節の位置が整合界面１４ａから試料供給空間１２ａ側にずれ、かつその整合界面１４ａからのずれがｄ／２（ｄは、使用する標識の粒径である。）以内の場合には、液体中でのブラウン運動や被検物質と固定化結合物質との電気的引力等により、被検物質をセンサ部１５で検出することができ、ある程度反応速度を向上することができる。したがって、本明細書において、「定在波Ｕの節が音響整合層１４と試料供給空間１２ａとの界面（整合界面１４ａ）に位置する」とは、定在波Ｕのある節が、整合界面１４ａから音響整合層１４側にλｍ／４未満の距離および試料供給空間１２ａ側にｄ／２以内の距離の範囲に属することを意味するものとする。
【００４１】
定在波Ｕの節の数は、特に限定されないが、効率的に抗原Ａをセンサ部１５上に濃縮させるために、試料供給空間１２ａに１つとなるように設計することが好ましい。
【００４２】
超音波照射手段１７は、例えば超音波振動子である。超音波振動子は、圧電セラミクス、またはフッ化ポリビニルピロリドンのような高分子フィルムのような圧電素子であり、例えばＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ３ 系 ・ソフト材Ｃ−８２（商品名、株式会社富士セラミックス）を用いることが好ましい。また超音波振動子は、単振動子であってもアレイ振動子であってもよい。共振周波数は、１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚが好ましく、特に３ＭＨｚ程度が好ましい。超音波照射手段１７は、流路内の液体試料Ｓに直接接していても良いが、装置を繰り返し使う場合を考慮すると、超音波照射手段１７は反応槽１２或いは音響整合層１４を介して試料供給空間１２ａに超音波を照射することが好ましい（図２Ａ〜Ｃ）。
【００４３】
超音波制御手段１８は、超音波照射手段１７により照射された超音波によって、上述したように整合界面１４ａ上に定在波Ｕが生じると共に、定在波Ｕの節が上記界面に位置するように、超音波照射手段１７を制御するものである。超音波照射手段１７の制御は、定在波Ｕを形成する際、個別具体的な分析条件に基づいた微調整をするためのものである。超音波制御手段１８は、電源、超音波用の発振回路、変調回路および出力回路等を有する個別のユニットとすることもできる。また、超音波制御手段１８は、必要に応じて超音波の波形を自由に加工し得る回路等、付加的な回路を設けることもできる。例えば、超音波制御手段１８は、マルチファンクションジェネレータＷＦ１９７４（株式会社エヌエフ回路設計ブロック製）を用いることができる。駆動電圧の波形は正弦波、方形波、三角波、ランプ波など任意の波形を用いることができる。
【００４４】
以下、本実施形態の生体物質分析方法および生体物質分析装置３０の作用を説明する。
【００４５】
免疫物質（特異的に結合する対の物質）のうち一方の物質（抗体Ｂ１）を二次元のセンサ部１５上に固定し、その反応の特異性を利用して他方の物質（抗原Ａ）をセンサ部１５で検出して、この他方の物質（抗原Ａ）の量を定性的または定量的に分析するアッセイ法において、上記反応の速さは下記式（１）のLangmuirの吸着式によって表される。
【００４６】
式（１）：
【数１】
ここで、θは、センサ部１５上の、抗原Ａ（被検物質）と結合できるサイト数（固定化抗体Ｂ１の数）に対する、抗原Ａ（被検物質）の結合しているサイト数（抗原Ａと結合した固定化抗体Ｂ１の数）の割合、つまりセンサ部１５上における抗原Ａの占有率を表す。ｋａ、ｋｄは、それぞれ免疫物質（特異的に結合する対の物質）に依存する結合速度定数、解離速度定数を表す。Ｃは、液体試料中の抗原Ａ（被検物質）の濃度を表す。
【００４７】
上記アッセイ法において、反応速度を向上させるとはｄθ／ｄｔを大きくすることを意味する。上記式から定数ｋａを大きくし定数ｋｄを小さくすれば、反応速度を向上させることができるが、これは反応に関与する免疫物質の性質で決まってしまうために、免疫物質を選択した後では改善することはできない物理量である。一方、抗原Ａがセンサ部１５に結合すると液体試料Ｓ中の抗原濃度Ｃが減少するため、ｄθ／ｄｔは減少し、反応速度が減少する。流路などを用いて、液体試料Ｓを流下させて、上記の結合により濃度Ｃが減少するより前に、液体試料Ｓを供給すれば、濃度低下を防ぎ、反応速度を維持することができる。すなわち、液体試料Ｓの流下により反応の拡散律速を防ぐことができる。しかし、拡散律速を防ぐことができても、反応速度は供給する抗原濃度Ｃで決まってしまうために、これ以上の反応速度向上は望めない。そこで、本発明は、整合界面１４ａに定在波Ｕの節が位置するように試料供給空間１２ａに超音波を照射することにより、この節近傍にある物質に働く捕捉力によって迅速かつ効率的にセンサ部１５上に抗原Ａを輸送し、濃縮することで、センサ部１５における実効的な抗原濃度Ｃを上げている。これにより、抗原濃度Ｃの低い液体試料Ｓを用いても短時間で占有率θが大きく増大し、暗電流のような装置ノイズ等によるノイズ信号よりも十分大きな信号を検出することができるため、分析測定の迅速化かつ高感度化が達成できる。
【００４８】
この捕捉力は、図５に示すように直近の節の方向に働く力であり、その大きさＦ０は、下記式（２）に示すように物質Ｍの体積Ｖおよび音波周波数ｆ等に比例する。
【００４９】
式（２）：
【数２】
ここで、Ｆ０は捕捉力の大きさ、ｚは図５中の定在波Ｕ端部からの距離、ρ０は媒質の密度、ｃ０は媒質における音速、Ｖは物質Ｍの体積、Ｐ０は音圧、ｆは音波周波数、λは音波の波長を表す。図５中の要素２０は定在波Ｕの固定端を表す。或いは、捕捉力の大きさは、図５に示す音響放射圧ポテンシャルの勾配に比例するともいえる。したがって、定在波Ｕの腹の位置に近い物質Ｍほど捕捉力Ｆ０は大きくなり、節の位置ではほとんど働かない。ここで、音響放射圧ポテンシャルとは、定在波音響場中の力学的なポテンシャルを意味する。
【００５０】
また、物質Ｍが捕捉力により捕捉される捕捉空間Ｙの大きさは、超音波の波長の半分程度である。ここで、「捕捉空間」とは、定在波Ｕの節の位置を中心として形成される空間であって、定在波Ｕ中に存在する物質に対して働く捕捉力によって、ある特定の節に上記物質を捕捉することができる範囲を意味するものとする。捕捉力とは、音響放射圧ポテンシャルに基づき、直近の節近傍に物質を集めるように定在波中の物質に働く力である。つまり、捕捉空間とは、捕捉力が発生する基となる音響放射圧ポテンシャルについて、ある極大値に対応する位置から隣の極大値に対応する位置までの範囲（図５中のＹ）ということもできる。例えば、超音波の周波数が１ＭＨｚの場合には、蒸留水における音速を用いて、波長λが１．５ｍｍと得られる。したがって、このときの捕捉空間Ｙの大きさは７５０μｍとなる。これは、周波数を掃引することで、捕捉空間Ｙの大きさを連続的に変化させることができることを意味する。
【００５１】
一般的にサンドイッチ型のアッセイ法における反応は、抗原Ａをセンサ部１５に固定する前に標識する場合、抗原Ａと標識抗体ＢＦとを反応させる一次反応、標識抗体ＢＦ-抗原Ａの複合体と固定化抗体Ｂ１とを反応させる二次反応の二段階に分けられる。一次反応は、十分に高濃度の標識抗体ＢＦと抗原Ａとを液体試料Ｓ中で反応させるために、反応効率がよく、短時間で約９０％以上が結合する。これに対して、二次反応は、液体試料Ｓ中の上記複合体中の抗原Ａと二次元平面のセンサ部１５上の固定化抗体Ｂ１との反応なので、反応効率が悪く、数％以下の結合率となる。このため、二次反応の反応効率を上げることが非常に重要で、本発明において実現するセンサ部１５上への複合体（抗原Ａ）の輸送および複合体（抗原Ａ）の濃縮は非常に高い効果を示す。整合界面１４ａから対向する内壁までの距離Ｄｓ（もしくは実効的な試料供給空間幅Ｗ）が３λｓ／４のとき、試料供給空間１２ａ内に節は２つ形成される（図３Ｃ）。このとき、複合体（抗原Ａ）はセンサ部１５近傍と、センサ部１５からλｓ／２離れた位置の二箇所に濃縮される。センサ部１５から離れた位置に濃縮された複合体（抗原Ａ）は、センサ部１５上の固定化抗体Ｂ１と結合することができず、センサ部１５上の反応には寄与しないが、元々二次反応の反応効率は数％以下と非常に低いために、このような状況でもセンサ部１５近傍の濃縮によって十分に複合体（抗原Ａ）と固定化抗体Ｂ１との反応速度を向上することができる。
【００５２】
以上により、本実施形態に係る生体物質分析方法は、反応槽１２に形成される定在波Ｕの節が音響整合層１４と試料供給空間１２ａとの界面（整合界面１４ａ）に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部１５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部１５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を反応槽１２に設けられたセンサ部１５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析が可能となる。
【００５３】
また、本発明に係る生体物質分析セル１０および装置３０は、反応槽１２に形成される定在波Ｕの節が整合界面１４ａに位置することができるように、試料供給空間１２ａの内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層１４を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部１５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部１５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を反応槽１２に設けられたセンサ部１５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析が可能となる。
【００５４】
（第１の実施形態の設計変更）
上記実施形態においては、抗原Ａの標識として蛍光標識を用いたが、標識としてはその他の光応答性標識（例えば、燐光、散乱光などの標識）を用いてもよい。また、放射性同位体を用いた放射免疫測定(ＲＩＡ)、酵素を用いた酵素免疫測定(ＥＩＡ)、化学発光酵素免疫測定(ＣＬＥＩＡ)などの種々の免疫測定法と組み合わせても良い。
【００５５】
また、図６に示すように音響整合層１４は反射層１６側に設けることもできる。この場合には、センサ部１５も音響整合層１４表面になる。さらに、音響整合層１４は、超音波照射手段１７側と反射層１６側の両方に設けてもよい。この場合には、いずれか又は両方の音響整合層１４上にセンサ部１５を設けることができる。
【００５６】
「生体物質分析方法および装置の第２の実施形態」
次に、生体物質分析方法および装置の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態においても、特異的に結合する対の物質の具体例として抗原および抗体を用いて、被検物質を抗原、この被検物質と特異的に結合する結合物質を抗体として、蛍光標識を用いたサンドイッチ法によって分析する場合について説明する。なお、第１の実施形態と同様の要素については、同一の符号を付し、特に必要のない限り詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の生体物質分析方法は、図７ＡおよびＢに示す生体物質分析装置７０、すなわち、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と流入口５４ａと空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０であって、流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた音響整合層６４とセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０を含む装置７０を用いて、蛍光標識された抗原Ａを含有する液体試料Ｓを流路５２に供給し、音響整合層６４および流路５２の界面（整合界面６４ａ）と、音響整合層６４に対向する流路部材５４の内壁との間で、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、上記節の方向に働く捕捉力によって、抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮せしめ、濃縮せしめた抗原Ａをセンサ部６５に固定された固定化抗体Ｂ１でセンサ部６５に固定し、この固定された抗原Ａを標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出して、抗原Ａの存在の有無および／または量を分析することを特徴とするものである。
【００５８】
図７ＡおよびＢに示す生体物質分析装置７０は、具体的に、生体物質分析チップ５０と、整合界面６４ａに対して、この整合界面６４ａの法線方向から超音波を照射する超音波照射手段６７と、この超音波によって整合界面６４ａ上に定在波Ｕが生じると共に、定在波Ｕの節が整合界面６４ａに位置するように、超音波照射手段６７を制御する超音波制御手段６８とを備えたものである。
【００５９】
生体物質分析チップ５０は、図７ＡおよびＢに示すように、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と、流路５２に接続された、流路５２に液体試料Ｓを流入するための流入口５４ａと、流路５２に接続された、流路５２に流入された液体試料Ｓを流すための空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０において、流入口５４ａと空気口５４ｂとの間の流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層６４と、音響整合層６４の流路５２側の表面上および／またはこの表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部６５であって、抗原Ａと特異的に結合する固定化抗体Ｂ１が表面に固定されたセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０である。
【００６０】
また、流路５２の上流側には、抗原Ａと特異的に結合する修飾化抗体Ｂ２とこの修飾化抗体Ｂ２が表面修飾された蛍光粒子Ｆとからなる標識抗体ＢＦを物理吸着させてある所定領域（標識抗体吸着エリア５７）がある。これにより、別途抗原を標識する作業を行う必要がない。
【００６１】
流路部材５４は、樹脂から形成されたものが好ましく、この場合は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンを含む非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）等の樹脂を用いることがより好ましい。
【００６２】
音響整合層６４、反射層６６、誘電体層および金属膜並びに超音波照射手段６７および超音波制御手段６８は、第１の実施形態と同様である。
【００６３】
センサ部６５は、本実施形態においては、音響整合層６４の流路５２側の表面上に設けられている。
【００６４】
以下、上記生体物質分析チップ５０を用いた本実施形態の生体物質分析方法によって、血液（全血）中に被検物質である抗原Ａを含むか否について、サンドイッチ法によるアッセイを行う手順について図８を参照して説明する。
Ｓｔｅｐ１：流入口５４ａから検査対象である血液（全血）Ｓｏを注入する。ここでは、この血液Ｓｏ中に被検物質である抗原Ａが含まれている場合について説明する。図中において血液Ｓｏは網掛け領域で示している。
Ｓｔｅｐ２：血液Ｓｏはメンブレンフィルター５５により濾過され、赤血球、白血球などの大きな分子が残渣となる。
Ｓｔｅｐ３：血漿Ｓ（メンブレンフィルター５５で血球分離された血液）が毛細管現象で流路５２に染み出す。または反応を早め、検出時間を短縮するために、空気口５４ｂにポンプを接続し、血漿Ｓをポンプの吸引、押し出し操作によって流下させてもよい。図中において血漿Ｓは斜線領域で示している。
Ｓｔｅｐ４：流路５２に染み出した血漿Ｓと標識抗体ＢＦ（修飾化抗体Ｂ２が付与された蛍光粒子Ｆ）とが混ぜ合わされ、血漿Ｓ中の抗原Ａが標識抗体ＢＦと結合する。
Ｓｔｅｐ５：血漿Ｓは流路５２に沿って空気口５４ｂ側へと徐々に流れ、標識抗体ＢＦと結合した抗原Ａが、センサ部６５上に固定されている固定化抗体Ｂ１と結合し、抗原Ａが固定化抗体Ｂ１と標識抗体ＢＦで挟み込まれたいわゆるサンドイッチ構造が形成される。この際、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮せしめ、センサ部６５における抗原Ａと固定化抗体Ｂ１との反応を迅速かつ高効率に行う。
Ｓｔｅｐ６：センサ部６５に固定されなかった標識抗体ＢＦの一部がセンサ部６５上に残っている場合があっても、後続の血漿Ｓが洗浄の役割を担い、流路５２中に浮遊或いはセンサ部６５上に非特異吸着している標識抗体ＢＦを洗い流す。センサ部６５上を通過した血漿Ｓは廃液溜め５６に溜められる。
【００６５】
以上により、本実施形態に係る生体物質分析方法も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が音響整合層６４と流路５２との界面（整合界面６４ａ）に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００６６】
また、本発明に係る生体物質分析チップ５０および装置も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が整合界面６４ａに位置することができるように、流路５２の内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層６４を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００６７】
「生体物質分析方法および装置の第３の実施形態」
次に、生体物質分析方法および装置の第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態においても、特異的に結合する対の物質の具体例として抗原および抗体を用いて、被検物質を抗原、この被検物質と特異的に結合する結合物質を抗体として、蛍光標識を用いたサンドイッチ法によって分析する場合について説明する。
【００６８】
本実施形態の生体物質分析方法および装置は、第２の実施形態のものと、チップ５０内のセンサ部６５が、音響整合層６４の流路５２側の表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられている点で異なる。それ以外の第２の実施形態と同様の要素については、同一の符号を付し、特に必要のない限り詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の生体物質分析方法は、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と流入口５４ａと空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０であって、流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた音響整合層６４とセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０を含む装置を用いて、蛍光標識された抗原Ａを含有する液体試料Ｓを流路５２に供給し、音響整合層６４および流路５２の界面（整合界面６４ａ）と、音響整合層６４に対向する流路部材５４の内壁との間で、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、上記節の方向に働く捕捉力によって、抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮せしめ、濃縮せしめた抗原Ａをセンサ部６５に固定された固定化抗体Ｂ１でセンサ部６５に固定し、この固定された抗原Ａを標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出して、抗原Ａの存在の有無および／または量を分析することを特徴とするものである。
【００７０】
本実施形態の生体物質分析チップ５０は、図９に示すように、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と、流路５２に接続された、流路５２に液体試料Ｓを流入するための流入口５４ａと、流路５２に接続された、流路５２に流入された液体試料Ｓを流すための空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０において、流入口５４ａと空気口５４ｂとの間の流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層６４と、音響整合層６４の流路５２側の表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部６５であって、抗原Ａと特異的に結合する固定化抗体Ｂ１が表面に固定されたセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０である。
【００７１】
センサ部６５は、本実施形態においては、音響整合層６４の流路５２側の表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられている。つまり、センサ部６５は、音響整合層６４よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置にある内壁上にある場合、或いは上記音響整合層６４の真上と上記ずれた位置にある内壁上とにまたがるようにある場合のいずれであってもよい。なお、「流路長さ方向」とは流路５２に沿った長さ方向を意味し、「音響整合層６４よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置」とは、液体試料Ｓ中のある分子が、音響整合層６４の近傍を通過した後、液体試料Ｓの流れに沿って通過しうる内壁の位置を言うものとする。
【００７２】
以下、上記生体物質分析チップ５０を用いた本実施形態の生体物質分析方法によって、血液（全血）中に被検物質である抗原Ａを含むか否について、サンドイッチ法によるアッセイを行う手順について図９を参照して説明する。本実施形態の生体物質分析方法は、第２の実施形態の分析方法と途中の工程（図８のＳｔｅｐ３）までは同様の手順により行われる。したがって、以下では図８のＳｔｅｐ３と同様の手順を経た後の手順について説明する。
Ｓｔｅｐ１：流路５２に染み出した血漿Ｓと標識抗体ＢＦ（修飾化抗体Ｂ２が付与された蛍光粒子Ｆ）とが混ぜ合わされ、血漿Ｓ中の抗原Ａが標識抗体ＢＦと結合する。一方、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射する。
Ｓｔｅｐ２：そして、センサ部６５における抗原Ａと固定化抗体Ｂ１との反応を迅速かつ高効率に行いうるように、センサ部６５の上流側で抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮しておく。
Ｓｔｅｐ３：血漿Ｓは流路５２に沿って空気口５４ｂ側へと徐々に流れ、標識抗体ＢＦと結合した抗原Ａが、センサ部６５上に固定されている固定化抗体Ｂ１と結合し、抗原Ａが固定化抗体Ｂ１と標識抗体ＢＦで挟み込まれたいわゆるサンドイッチ構造が形成される。センサ部６５に固定されなかった標識抗体ＢＦの一部がセンサ部６５上に残っている場合があっても、後続の血漿Ｓが洗浄の役割を担い、流路５２中に浮遊或いはセンサ部６５上に非特異吸着している標識抗体ＢＦを洗い流す。センサ部６５上を通過した血漿Ｓは廃液溜め５６に溜められる。
【００７３】
以上により、本実施形態に係る生体物質分析方法も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が音響整合層６４と流路５２との界面（整合界面６４ａ）に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００７４】
また、本発明に係る生体物質分析チップ５０および装置も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が整合界面６４ａに位置することができるように、流路５２の内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層６４を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００７５】
（第１から第３の実施形態の設計変更）
本発明の実施形態は、上記で説明した第１から第３の実施形態に限られるものではない。例えば、これらの実施形態では、サンドイッチ法を用いて説明したが、競合法を用いた分析測定においても同様の効果を奏する。また、これらの実施形態では特異的に結合する対の物質として抗原および抗体を用いて抗原抗体反応を利用して説明したが、本発明はタンパク質−補因子反応を利用した分析測定においても同様の効果を奏する。
第２の実施形態および第３の実施形態を組み合わせた実施形態、つまりセンサ部の上流側およびセンサ部上で定在波Ｕを生じせしめ二段階に渡り被検物質を濃縮する方法は、より迅速かつ高効率に被検物質を濃縮することができるため好ましい。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 生体物質分析セル
１２ 反応槽
１２ａ 試料供給空間
１３ 誘電体層
１４、６４ 音響整合層
１４ａ、６４ａ 整合界面
１５、６５ センサ部
１６、６６ 反射層
１７、６７ 超音波照射手段
１８、６８ 超音波制御手段
１９ 光源
３０、７０ 生体物質分析装置
５０ 生体物質分析チップ
５２ 流路
５４ 流路部材
Ａ 被検物質（抗原）
Ｂ１ 固定化結合物質（固定化抗体）
Ｂ２ 修飾化結合物質（修飾化抗体）
Ｓ 液体試料
Ｕ 定在波
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体試料中にある被検物質を反応槽に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析方法並びに生体物質分析セル、チップおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、臨床検査、食品検査、環境検査など幅広い分野において、糖、タンパク質、核酸などの生体物質の分析、定量が日常的に行われている。一般的な生体物質の分析、定量方法としては、対象とする生体物質の種類によって多種、多様のものがあるが、これらの方法には、生体物質と親和性のある物質との反応を利用したものがある。例えば、抗原抗体反応を利用した特定物質の定量方法は、イムノアッセイとして、感度の高い、信頼性のある方法として確立しており、臨床検査など幅広い分野において、汎用されている。しかしながら、市販の試薬キットを用いても、その繁雑な反応は各々時間がかかり、試料が多いときには迅速な検査は困難であった。これは、特定の温度における運動エネルギーが、互いの分子を衝突させる頻度で反応速度を律速するためである。
【０００３】
抗原抗体反応などにおいて特に一方が固定化されている場合、分子衝突頻度は極端に低下し、反応速度もそれに応じて低下する。これを改善すべく、反応時に超音波を作用させ、反応速度を高める方法は、例えば特許文献１から３に示されているように従来報告されている。この場合、超音波は、固定化されていない抗原または抗体に作用し、固定化された抗体または抗原への衝突頻度を上昇させて結合反応を促進させるものと考えられる。
【０００４】
特許文献１および２は、超音波の振動で分子の振動を起こして、周囲の物質との衝突率を上げて反応速度を上げるという発明である。さらに、特許文献２では、周波数を変調することで振動状態を乱して、より広範囲に並進移動させることを特徴としている。特許文献３は、微小電圧を短時間（数十秒あるいは１５秒間）印加することで、免疫物質の電気分解を起こさずに抗原抗体反応を促進できるという発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−５４３１５号公報
【特許文献２】特開平１０−２６７９２７号公報
【特許文献３】特開平９−１０１３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１および２に示されている方法では、免疫物質自体の濃度が低い場合に、振動させても周囲にある他方の免疫物質量が少ないため、結局反応速度が向上しにくいという問題がある。また、このような低濃度の場合には、センサ部で検出できる免疫物質の量がその物質の拡散速度に依存しているため、検出感度の大幅な向上は望めないと考えられる。また、特許文献３に示されている方法では、免疫診断の対象となる生体物質（血液、尿、唾液など）には一般的に塩が含まれており、物質自体の電気応答性が高いため、そもそも電場を使った免疫反応促進はこれらの物質に悪影響を及ぼす可能性があるため好ましくない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、被検物質を反応槽に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析において、センサ部における被検物質の反応を迅速かつ高効率にし、被検物質の迅速かつ感度の高い分析測定を可能とする生体物質分析方法並びにそれに用いられる生体物質分析セル、チップおよび装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る生体物質分析方法は、
試料供給空間を有する反応槽と、反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層と、反応槽内に設けられたセンサ部とを備えた生体物質分析セルを用いて、
被検物質を含有する液体試料を試料供給空間に供給し、
音響整合層および試料供給空間の界面と、音響整合層に対向する反応槽の内壁との間で、節が上記界面に位置するような定在波を生じせしめるように超音波を照射し、
上記節の方向に働く捕捉力によって、被検物質を上記界面に濃縮せしめ、
濃縮せしめた被検物質を、センサ部に固定された、被検物質と特異的に結合する固定化結合物質で検出することを特徴とするものである。
【０００９】
本明細書において、「試料供給空間」とは、反応槽により形成される空間であって、液体試料を貯留したり、液体試料とセンサ部とを接触させたりするための空間を意味し、流路のようなものも含むものとする。
【００１０】
「音響整合層」とは、反応槽に供給された液体試料の音響インピーダンスと同等の音響インピーダンスを有する材料からなる層を意味する。
【００１１】
「節が音響整合層と試料供給空間との界面に位置する」とは、定在波のある節が当該界面に含まれるもしくは当該界面の近傍にあること、より具体的には、定在波のある節が、当該界面から音響整合層側にλｍ／４未満の距離および試料供給空間側にｄ／２以内の距離の範囲に属することを意味する。なお、λｍとは音響整合層内における超音波の波長、ｄとは使用する標識の粒径を表す。
【００１２】
本明細書において、標識の「粒径」とは、標識である粒子に外接する最小の球の直径の最頻球径とする。最頻球径は、シスメックス株式会社製ゼータサイザー（品番：Nano-ZS）を使い動的光散乱法に基づいて、試料温度２５℃にて粒径測定を行うことにより求めた。測定条件として設定するパラメータは、粒子の屈折率と溶媒の屈折率である。例えば、血漿中でポリスチレン粒子を分散させた場合、ポリスチレンの屈折率１．５９、血漿の屈折率１．３４７を用いた。溶媒の屈折率は、デジタル屈折計（株式会社アタゴ製、RX-5000α）を用いて測定した。粒径測定は、粒子が分散状態でなければならないので、測定する実際の試料液中に粒子を分散させて測定することが望ましい。なぜなら、粒子は実際の試料液中で分散状態を保つように設計するためである。実際の試料液とは異なる溶媒中ではｐＨや塩濃度などの違いにより粒子が凝集して正確な粒径を測定することができなくなる。これは当業者ならば容易に想起することである。
【００１３】
「節方向に働く捕捉力」とは、定在波の音響放射圧ポテンシャルに基づき、直近の節近傍に物質を集めるように定在波中の物質に働く力である。
【００１４】
「固定化結合物質」とは、特異的に結合する対の物質のうちの一方であって、セル（担体）に固定されたものを意味するものとする。なお、「特異的に結合する対の物質」とは、抗原および抗体、もしくはタンパク質および補因子等のように、一方の物質と他方の物質とが特異的に認識し合って結合する関係にある対の物質を意味する。
【００１５】
さらに、本発明に係る生体物質分析セルは、
被検物質を含有する液体試料が供給される試料供給空間を形成する反応槽を備えた生体物質分析セルにおいて、
反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
音響整合層の試料供給空間側の表面上に設けられたセンサ部であって、被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴するものである。
【００１６】
本発明に係る生体物質分析セルにおいて、音響整合層に対向する反応槽の内壁面上に音響整合層に対向するように、または音響整合層の試料供給空間側とは反対側の面と接するように、反射層を備えることが好ましい。
【００１７】
センサ部は、誘電体層および／または金属層を有するものであることが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る生体物質分析チップは、
被検物質を含有する液体試料が流下される流路と、流路に接続された、流路に液体試料を流入するための流入口と、流路に接続された、流路に流入された液体試料を流すための空気口とを形成する流路部材を備えた生体物質分析チップにおいて、
流入口と空気口との間の流路部材の内壁面の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
音響整合層の流路側の表面上および／またはこの表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部であって、被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴するものである。
【００１９】
本明細書において、センサ部が「音響整合層の内壁面上および／または音響整合層の内壁面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられた」とは、センサ部が、音響整合層の真上にある場合、音響整合層よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置にある内壁上にある場合、および上記音響整合層の真上と上記ずれた位置にある内壁上とにまたがるようにある場合を含むものとする。なお、「流路長さ方向」とは流路に沿った長さ方向を意味し、「音響整合層よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置」とは、液体試料中のある分子が、音響整合層の近傍を通過した後、液体試料の流れに沿って通過しうる内壁の位置を言うものとする。
【００２０】
本発明に係る生体物質分析チップにおいて、音響整合層に対向する流路部材の内壁面上に音響整合層に対向するように、または音響整合層の流路側とは反対側の面と接するように、反射層を備えることが好ましい。
【００２１】
センサ部は、誘電体層および／または金属層を有するものであることが好ましい。
【００２２】
さらに、生体物質分析チップは、音響整合層よりも上流側の流路部材の内壁面上に配置された標識結合物質を備え、
この標識結合物質は、被検物質と特異的に結合する第１の修飾化結合物質、および被検物質と競合して固定化結合物質と特異的に結合する第２の修飾化結合物質のうちいずれか一方の修飾化結合物質と、この一方の修飾化結合物質が修飾された標識粒子とからなるものであることが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明に係る生体物質分析装置は、
上記に記載の生体物質分析セルもしくは生体物質分析チップと、
音響整合層と試料供給空間もしくは流路との界面に対して、この界面の法線方向から超音波を照射する超音波照射手段と、
この超音波によって上記界面上に定在波が生じると共に、定在波の節が上記界面に位置するように、超音波照射手段を制御する超音波制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る生体物質分析方法は、反応槽に形成される定在波の節が音響整合層と試料供給空間との界面に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部に反応させることが可能となる。この結果、液体試料中にある被検物質を反応槽に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００２５】
本発明に係る生体物質分析セル、チップおよび装置は、反応槽に形成される定在波の節が音響整合層と反応槽との界面に位置することができるように、試料供給空間もしくは流路の内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部に反応させることが可能となる。この結果、液体試料中にある被検物質を反応槽もしくは流路部材に設けられたセンサ部で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１の実施形態の生体物質分析装置を示す概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層の設置の一実施形態を示す概略端面図である。
【図２Ｂ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層の設置の他の実施形態を示す概略端面図である。
【図２Ｃ】本発明の生体物質分析セルにおける金属層の設置の一実施形態を示す概略端面図である。
【図３Ａ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層、反射層および試料供給空間の一実施形態の位置関係を示す概略端面図である。
【図３Ｂ】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層、反射層および試料供給空間の他の実施形態の位置関係を示す概略端面図である。
【図３Ｃ】音響整合層と試料供給空間との界面および定在波の節の位置関係を示す概略部分端面図である。
【図４Ａ】定在波の節の位置が、音響整合層と試料供給空間との界面から音響整合層の内部側にずれた様子を示す概略部分端面図である。
【図４Ｂ】定在波の節の位置が、音響整合層と試料供給空間との界面から試料供給空間側にずれた様子を示す概略部分端面図である。
【図５】定在波と定在波の振幅および音響放射圧ポテンシャルとの関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明の生体物質分析セルにおける音響整合層の設置の他の実施形態を示す概略端面図である。
【図７Ａ】第２の実施形態の生体物質分析装置を示す概略上面図である。
【図７Ｂ】第２の実施形態の生体物質分析装置を示す概略断面図である。
【図８】第２の実施形態の生体物質分析チップを用いた生体物質分析方法の工程を示す概略図である。
【図９】第３の実施形態の生体物質分析チップを用いた生体物質分析方法の工程を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２８】
「生体物質分析方法および装置の第１の実施形態」
まず、生体物質分析方法および装置の第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態においては、特異的に結合する対の物質の具体例として抗原および抗体を用いて、被検物質を抗原、この被検物質と特異的に結合する結合物質を抗体として、蛍光標識を用いたサンドイッチ法によって分析する場合について説明する。
【００２９】
本実施形態の生体物質分析方法は、図１に示す生体物質分析装置３０、すなわち、試料供給空間１２ａを有する反応槽１２と、反応槽１２の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層１４と、音響整合層１４に対向する反応槽１２の内壁面上に音響整合層１４に対向するように設けられた反射層１６と、音響整合層１４の試料供給空間１２ａ側の表面上に設けられたセンサ部１５とを備えた生体物質分析セル１０を含む装置を用いて、蛍光標識された抗原Ａを含有する液体試料Ｓを試料供給空間１２ａに供給し、音響整合層１４および試料供給空間１２ａの界面（整合界面１４ａ）と、音響整合層１４に対向する反応槽１２の内壁との間で、節が整合界面１４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、上記節の方向に働く捕捉力によって、抗原Ａを整合界面１４ａに濃縮せしめ、濃縮せしめた抗原Ａをセンサ部１５に固定された固定化抗体Ｂ１でセンサ部１５に固定し、この固定された抗原Ａを標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出して、抗原Ａの存在の有無および／または量を分析することを特徴とするものである。
【００３０】
抗原Ａを蛍光標識する方法は、特に制限されず蛍光色素、量子ドット等を用いることができる。抗原Ａの標識としては、抗原Ａ（被検物質）と特異的に結合する第１の修飾化抗体（修飾化結合物質）、および抗原Ａ（被検物質）と競合して固定化抗体（固定化結合物質）と特異的に結合する第２の修飾化抗体（修飾化結合物質）のうちいずれか一方の修飾化抗体（修飾化結合物質）と、この一方の修飾化抗体（修飾化結合物質）が修飾された標識粒子とからなる標識抗体ＢＦ（標識結合物質）であることが好ましい。標識粒子（例えばポリスチレン粒子）の内部には複数の蛍光色素、量子ドット等を包含させることができ、感度よく分析を行うことができる。超音波で濃縮する際の標識粒子の大きさは、定在波の捕捉力が物質の体積に比例することや拡散速度の観点から、０．０５μｍ〜１０ｍｍ程度が好ましく、０．１μｍ〜１ｍｍがさらに好ましい。したがって、扱う免疫物質がこれより小さい場合や反応速度をさらに上げるためには、このようなサイズの標識粒子に免疫物質の一方を修飾して免疫測定を行う必要がある。サンドイッチ法を用いる本実施形態においては、標識抗体ＢＦは、第１の修飾化抗体Ｂ２と、この修飾化抗体に表面を修飾されかつ複数の蛍光色素を包含する蛍光粒子Ｆとからなる。また、抗原Ａを標識するタイミングは、特に制限されず、試料供給空間１２ａに供給する前に抗原Ａと標識とを反応させてもよいし、供給した後に試料供給空間１２ａ内で反応させてもよい。
【００３１】
蛍光信号の検出は、図１に示すように、光源１９を用いて励起光Ｌｅをセンサ部１５に照射して標識抗体ＢＦから蛍光を生じせしめ、この蛍光を目視或いは光検出器により検出することにより行われる。
【００３２】
図１に示す生体物質分析装置３０は、具体的に、試料供給空間１２ａを有する反応槽１２と、反応槽１２の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層１４と、反応槽１２内に設けられたセンサ部１５とを備えた生体物質分析セル１０と、音響整合層１４と試料供給空間１２ａとの界面（整合界面１４ａ）に対して、この整合界面１４ａの法線方向から超音波を照射する超音波照射手段１７と、この超音波によって整合界面１４ａ上に定在波Ｕが生じると共に、定在波Ｕの節が整合界面１４ａに位置するように、超音波照射手段１７を制御する超音波制御手段１８とを備えたものである。
【００３３】
生体物質分析セル１０は、液体試料Ｓを供給するための試料供給空間１２ａを形成する反応槽１２と音響整合層１４と反射層１６とセンサ部１５とを備えたものである。セル１０の形状は特に限定されるものではなく、一般的に使用されている角型セルや円筒セル等を用いることができる。また、生体物質分析セル１０は、その試料供給空間１２ａの形状が流路となっているような生体物質分析チップであってもよい。生体物質分析チップを用いた実施形態については第２および第３の実施形態で詳細に記載する。
【００３４】
音響整合層１４は、反応槽１２の内壁と試料供給空間１２ａに供給された液体試料Ｓとの音響インピーダンス（Ｚ：Ｚ＝ｃ（物質中の音速）×ρ（物質の密度））の整合を取る役割（音響整合機能）を担うための層であるため、供給される液体試料Ｓと同等の音響インピーダンスを有する材料からなる層である。音響整合層１４の材料としては特に限定されないが、一般的に生体物質の分析を行う場合の液体試料Ｓは水（Ｚ＝１．４８×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））を溶媒とするため、ポリマー等の誘電体材料が挙げられ、軟質のポリエチレン（Ｚ＝１．７５×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））やゴム材料が好ましく、ＰＤＭＳ（Polydimethylsiloxane）等のシリコーンゴム、天然ゴム（Ｚ＝１．５０×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））、スチレン−ブタジエン−ゴム（Ｚ＝１．７６×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））がより好ましく、特に形状の加工性や厚さの制御性の容易さの観点からＰＤＭＳ（Ｚ＝１．０６×１０６ Ｎ・ｓ・ｍ−３（室温））が好ましい。
【００３５】
音響整合層１４は、生体物質分析セル１０の反応槽１２の内壁の所定領域に、音響整合層１４の表面が試料供給空間１２ａに現れるように、つまり音響整合層１４の表面が試料供給空間１２ａに供給された液体試料Ｓと接触するように反応槽１２に設けられ、かつ反応槽１２の他の部分の内壁に対向するように設けられている。これにより、音響整合層１４とこれに対向する内壁との間で超音波が繰返し反射することが可能となり、この間で定在波Ｕを生じさせることが可能となる。このとき、音響整合層１４と液体試料Ｓとは音響整合が取れているため、この定在波Ｕの節が音響整合層１４と試料供給空間１２ａ（もしくは液体試料Ｓ）との界面（整合界面１４ａ）に位置することが可能となる。定在波Ｕの節についての詳細は後述する。例えば、生体物質分析セル１０が、角型セルや円筒セルであった場合、これらのセルの側面部分に音響整合層１４を設ければよい。音響整合層１４は、図２Ａに示すように反応槽１２の内壁に埋め込まれるように形成されてもよいし、図２Ｂに示すように反応槽１２の内壁面上に形成されてもよい。図２Ｂのような場合には、超音波は反応槽１２を介して音響整合層１４に照射される。
【００３６】
センサ部１５は、抗原Ａを検出するための固定化抗体Ｂ１が固定されている音響整合層１４上の領域である。センサ部１５は、１つであっても複数であっても構わない。異なる種類の固定化抗体が固定されたセンサ部１５が複数ある場合には、複数の抗原を検出することができるため、いわゆる多項目アレイ分析測定が可能となる。固定化抗体Ｂ１は、抗原Ａに対して特異的に結合する抗体である。このような抗体は、特に制限されるものではなく、検出条件（特に抗原Ａ）に応じて適宜選択することができる。例えば、抗原ＡがｈＣＧ抗原（分子量３８０００ Ｄａ）の場合、この抗原Ａと特異的に結合するモノクロナール抗体等を用いることができる。固定化方法としては、音響整合層１４に対して物理的に吸着させる方法、音響整合層１４に表面修飾を施すことによってカルボキシル基、アミノ基、チオール基、などの官能基を導入し、そこに静電的にまたは化学結合を介して固定化する方法などが挙げられる。化学結合の方法として例えば、音響整合層１４をカルボキシル基化し、更に活性化させることによって抗体のアミノ基と結合させる、所謂アミンカップリング法を用いることができる。
【００３７】
また、センサ部１５は、図２Ｃに示すように、誘電体層１３および／または金属層を備えるように構成してもよい。誘電体層１３を音響整合層１４の表面に備えた場合には、音響整合層の材料に免疫物質（例えば抗体）等を固定するのが困難な場合に、これらの物質を固定する固定層として用いることができる。また、金属層を音響整合層１４の表面に接するように備えた場合には、金属層に生じるプラズモンを利用した高感度の分析方法と組み合わせることができる。例えば、金属層が金属材料のベタ膜である場合には、表面プラズモン共鳴法、表面プラズモン増強蛍光法やＳＰＣＥ（surface plasmon-coupled emission）法と組み合わせることができ、金属層が配列された金属微粒子からなる層である場合には、局在表面プラズモン共鳴法と組み合わせることができる。ただし、音響整合層１４の表面に接するように誘電体層１３および／または金属層を備える場合には、誘電体層１３の材料として音響整合機能を担いうる上記材料を用いたり、金属層を薄くしたりして、音響整合層１４の音響整合機能に影響を与えないようにする必要がある。
【００３８】
反射層１６は、超音波をより効率的に反射させる（つまり、定在波Ｕをより効率的に生じせしめる）ため、音響整合層１４に対向するように設けられている層である。反射層１６は、超音波の反射率を上げるため、反射層１６および液体試料Ｓ（水）の音響インピーダンスの差が大きくなるような材料を用いることが好ましい。その材料としては、ガラス等の誘電材料、アルミニウム等の金属材料を挙げることができる。反射層１６も、音響整合層１４と同様に、反応槽１２の内壁に埋め込まれるように形成されてもよいし、反応槽１２の内壁面上に形成されてもよい。
【００３９】
音響整合層１４の厚さＤｍ、反射層１６の厚さＤｒおよび整合界面１４ａから対向する内壁までの距離Ｄｓは、定在波Ｕの節が整合界面１４ａに位置するように、つまり整合界面１４ａが超音波の進行方向に垂直で定在波Ｕの節を含むように適宜設計される。すなわち、反射層１６を設けない場合には図３Ａに示すように、音響整合層１４の厚さＤｍおよび距離Ｄｓのそれぞれが、それぞれの媒質中における超音波の波長λｍおよびλｓの１／４の奇数倍であることが好ましく、特にそれぞれが波長λｍおよびλｓの１／４であることが好ましい。一方、反射層１６を設けた場合には図３Ｂに示すように、音響整合層１４の厚さＤｍおよび整合界面１４ａから反射層１６までの距離Ｗ（実効的な試料供給空間幅Ｗ＝Ｄｓ−Ｄｒ）のそれぞれが、それぞれの媒質中における超音波の波長λｍおよびλｓの１／４の奇数倍であることが好ましく、特にそれぞれが波長λｍおよびλｓの１／４であることが好ましい。例えば、反射層１６を設けた場合で音響整合層１４の厚さＤｍがλｍ／４、実効的な試料供給空間幅Ｗが３λｓ／４である場合には、超音波照射手段１７と反射層１６の間に図３Ｃに示すような定在波Ｕが生成される。
【００４０】
しかしながら、本発明においては、節近傍に存在する物質には節へ濃縮されるように捕捉力が働くため、厳密に整合界面１４ａが超音波の進行方向に垂直で定在波Ｕの節を含むように設計される必要はない。すなわち、節の位置が整合界面１４ａから音響整合層１４側にずれ、かつその整合界面１４ａからのずれがλｍ／４より小さい場合には、図４Ａに示すように、節近傍にある物質は、腹から節方向に働く捕捉力によって移動するので、結果的に整合界面１４ａに濃縮することができる。また、節の位置が整合界面１４ａから試料供給空間１２ａ側にずれ、かつその整合界面１４ａからのずれがｄ／２（ｄは、使用する標識の粒径である。）以内の場合には、液体中でのブラウン運動や被検物質と固定化結合物質との電気的引力等により、被検物質をセンサ部１５で検出することができ、ある程度反応速度を向上することができる。したがって、本明細書において、「定在波Ｕの節が音響整合層１４と試料供給空間１２ａとの界面（整合界面１４ａ）に位置する」とは、定在波Ｕのある節が、整合界面１４ａから音響整合層１４側にλｍ／４未満の距離および試料供給空間１２ａ側にｄ／２以内の距離の範囲に属することを意味するものとする。
【００４１】
定在波Ｕの節の数は、特に限定されないが、効率的に抗原Ａをセンサ部１５上に濃縮させるために、試料供給空間１２ａに１つとなるように設計することが好ましい。
【００４２】
超音波照射手段１７は、例えば超音波振動子である。超音波振動子は、圧電セラミクス、またはフッ化ポリビニルピロリドンのような高分子フィルムのような圧電素子であり、例えばＰＺＴ−Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ３ 系 ・ソフト材Ｃ−８２（商品名、株式会社富士セラミックス）を用いることが好ましい。また超音波振動子は、単振動子であってもアレイ振動子であってもよい。共振周波数は、１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚが好ましく、特に３ＭＨｚ程度が好ましい。超音波照射手段１７は、流路内の液体試料Ｓに直接接していても良いが、装置を繰り返し使う場合を考慮すると、超音波照射手段１７は反応槽１２或いは音響整合層１４を介して試料供給空間１２ａに超音波を照射することが好ましい（図２Ａ〜Ｃ）。
【００４３】
超音波制御手段１８は、超音波照射手段１７により照射された超音波によって、上述したように整合界面１４ａ上に定在波Ｕが生じると共に、定在波Ｕの節が上記界面に位置するように、超音波照射手段１７を制御するものである。超音波照射手段１７の制御は、定在波Ｕを形成する際、個別具体的な分析条件に基づいた微調整をするためのものである。超音波制御手段１８は、電源、超音波用の発振回路、変調回路および出力回路等を有する個別のユニットとすることもできる。また、超音波制御手段１８は、必要に応じて超音波の波形を自由に加工し得る回路等、付加的な回路を設けることもできる。例えば、超音波制御手段１８は、マルチファンクションジェネレータＷＦ１９７４（株式会社エヌエフ回路設計ブロック製）を用いることができる。駆動電圧の波形は正弦波、方形波、三角波、ランプ波など任意の波形を用いることができる。
【００４４】
以下、本実施形態の生体物質分析方法および生体物質分析装置３０の作用を説明する。
【００４５】
免疫物質（特異的に結合する対の物質）のうち一方の物質（抗体Ｂ１）を二次元のセンサ部１５上に固定し、その反応の特異性を利用して他方の物質（抗原Ａ）をセンサ部１５で検出して、この他方の物質（抗原Ａ）の量を定性的または定量的に分析するアッセイ法において、上記反応の速さは下記式（１）のLangmuirの吸着式によって表される。
【００４６】
式（１）：
【数１】
ここで、θは、センサ部１５上の、抗原Ａ（被検物質）と結合できるサイト数（固定化抗体Ｂ１の数）に対する、抗原Ａ（被検物質）の結合しているサイト数（抗原Ａと結合した固定化抗体Ｂ１の数）の割合、つまりセンサ部１５上における抗原Ａの占有率を表す。ｋａ、ｋｄは、それぞれ免疫物質（特異的に結合する対の物質）に依存する結合速度定数、解離速度定数を表す。Ｃは、液体試料中の抗原Ａ（被検物質）の濃度を表す。
【００４７】
上記アッセイ法において、反応速度を向上させるとはｄθ／ｄｔを大きくすることを意味する。上記式から定数ｋａを大きくし定数ｋｄを小さくすれば、反応速度を向上させることができるが、これは反応に関与する免疫物質の性質で決まってしまうために、免疫物質を選択した後では改善することはできない物理量である。一方、抗原Ａがセンサ部１５に結合すると液体試料Ｓ中の抗原濃度Ｃが減少するため、ｄθ／ｄｔは減少し、反応速度が減少する。流路などを用いて、液体試料Ｓを流下させて、上記の結合により濃度Ｃが減少するより前に、液体試料Ｓを供給すれば、濃度低下を防ぎ、反応速度を維持することができる。すなわち、液体試料Ｓの流下により反応の拡散律速を防ぐことができる。しかし、拡散律速を防ぐことができても、反応速度は供給する抗原濃度Ｃで決まってしまうために、これ以上の反応速度向上は望めない。そこで、本発明は、整合界面１４ａに定在波Ｕの節が位置するように試料供給空間１２ａに超音波を照射することにより、この節近傍にある物質に働く捕捉力によって迅速かつ効率的にセンサ部１５上に抗原Ａを輸送し、濃縮することで、センサ部１５における実効的な抗原濃度Ｃを上げている。これにより、抗原濃度Ｃの低い液体試料Ｓを用いても短時間で占有率θが大きく増大し、暗電流のような装置ノイズ等によるノイズ信号よりも十分大きな信号を検出することができるため、分析測定の迅速化かつ高感度化が達成できる。
【００４８】
この捕捉力は、図５に示すように直近の節の方向に働く力であり、その大きさＦ０は、下記式（２）に示すように物質Ｍの体積Ｖおよび音波周波数ｆ等に比例する。
【００４９】
式（２）：
【数２】
ここで、Ｆ０は捕捉力の大きさ、ｚは図５中の定在波Ｕ端部からの距離、ρ０は媒質の密度、ｃ０は媒質における音速、Ｖは物質Ｍの体積、Ｐ０は音圧、ｆは音波周波数、λは音波の波長を表す。図５中の要素２０は定在波Ｕの固定端を表す。或いは、捕捉力の大きさは、図５に示す音響放射圧ポテンシャルの勾配に比例するともいえる。したがって、定在波Ｕの腹の位置に近い物質Ｍほど捕捉力Ｆ０は大きくなり、節の位置ではほとんど働かない。ここで、音響放射圧ポテンシャルとは、定在波音響場中の力学的なポテンシャルを意味する。
【００５０】
また、物質Ｍが捕捉力により捕捉される捕捉空間Ｙの大きさは、超音波の波長の半分程度である。ここで、「捕捉空間」とは、定在波Ｕの節の位置を中心として形成される空間であって、定在波Ｕ中に存在する物質に対して働く捕捉力によって、ある特定の節に上記物質を捕捉することができる範囲を意味するものとする。捕捉力とは、音響放射圧ポテンシャルに基づき、直近の節近傍に物質を集めるように定在波中の物質に働く力である。つまり、捕捉空間とは、捕捉力が発生する基となる音響放射圧ポテンシャルについて、ある極大値に対応する位置から隣の極大値に対応する位置までの範囲（図５中のＹ）ということもできる。例えば、超音波の周波数が１ＭＨｚの場合には、蒸留水における音速を用いて、波長λが１．５ｍｍと得られる。したがって、このときの捕捉空間Ｙの大きさは７５０μｍとなる。これは、周波数を掃引することで、捕捉空間Ｙの大きさを連続的に変化させることができることを意味する。
【００５１】
一般的にサンドイッチ型のアッセイ法における反応は、抗原Ａをセンサ部１５に固定する前に標識する場合、抗原Ａと標識抗体ＢＦとを反応させる一次反応、標識抗体ＢＦ-抗原Ａの複合体と固定化抗体Ｂ１とを反応させる二次反応の二段階に分けられる。一次反応は、十分に高濃度の標識抗体ＢＦと抗原Ａとを液体試料Ｓ中で反応させるために、反応効率がよく、短時間で約９０％以上が結合する。これに対して、二次反応は、液体試料Ｓ中の上記複合体中の抗原Ａと二次元平面のセンサ部１５上の固定化抗体Ｂ１との反応なので、反応効率が悪く、数％以下の結合率となる。このため、二次反応の反応効率を上げることが非常に重要で、本発明において実現するセンサ部１５上への複合体（抗原Ａ）の輸送および複合体（抗原Ａ）の濃縮は非常に高い効果を示す。整合界面１４ａから対向する内壁までの距離Ｄｓ（もしくは実効的な試料供給空間幅Ｗ）が３λｓ／４のとき、試料供給空間１２ａ内に節は２つ形成される（図３Ｃ）。このとき、複合体（抗原Ａ）はセンサ部１５近傍と、センサ部１５からλｓ／２離れた位置の二箇所に濃縮される。センサ部１５から離れた位置に濃縮された複合体（抗原Ａ）は、センサ部１５上の固定化抗体Ｂ１と結合することができず、センサ部１５上の反応には寄与しないが、元々二次反応の反応効率は数％以下と非常に低いために、このような状況でもセンサ部１５近傍の濃縮によって十分に複合体（抗原Ａ）と固定化抗体Ｂ１との反応速度を向上することができる。
【００５２】
以上により、本実施形態に係る生体物質分析方法は、反応槽１２に形成される定在波Ｕの節が音響整合層１４と試料供給空間１２ａとの界面（整合界面１４ａ）に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部１５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部１５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を反応槽１２に設けられたセンサ部１５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析が可能となる。
【００５３】
また、本発明に係る生体物質分析セル１０および装置３０は、反応槽１２に形成される定在波Ｕの節が整合界面１４ａに位置することができるように、試料供給空間１２ａの内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層１４を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部１５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部１５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を反応槽１２に設けられたセンサ部１５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析が可能となる。
【００５４】
（第１の実施形態の設計変更）
上記実施形態においては、抗原Ａの標識として蛍光標識を用いたが、標識としてはその他の光応答性標識（例えば、燐光、散乱光などの標識）を用いてもよい。また、放射性同位体を用いた放射免疫測定(ＲＩＡ)、酵素を用いた酵素免疫測定(ＥＩＡ)、化学発光酵素免疫測定(ＣＬＥＩＡ)などの種々の免疫測定法と組み合わせても良い。
【００５５】
また、図６に示すように音響整合層１４は反射層１６側に設けることもできる。この場合には、センサ部１５も音響整合層１４表面になる。さらに、音響整合層１４は、超音波照射手段１７側と反射層１６側の両方に設けてもよい。この場合には、いずれか又は両方の音響整合層１４上にセンサ部１５を設けることができる。
【００５６】
「生体物質分析方法および装置の第２の実施形態」
次に、生体物質分析方法および装置の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態においても、特異的に結合する対の物質の具体例として抗原および抗体を用いて、被検物質を抗原、この被検物質と特異的に結合する結合物質を抗体として、蛍光標識を用いたサンドイッチ法によって分析する場合について説明する。なお、第１の実施形態と同様の要素については、同一の符号を付し、特に必要のない限り詳細な説明は省略する。
【００５７】
本実施形態の生体物質分析方法は、図７ＡおよびＢに示す生体物質分析装置７０、すなわち、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と流入口５４ａと空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０であって、流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた音響整合層６４とセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０を含む装置７０を用いて、蛍光標識された抗原Ａを含有する液体試料Ｓを流路５２に供給し、音響整合層６４および流路５２の界面（整合界面６４ａ）と、音響整合層６４に対向する流路部材５４の内壁との間で、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、上記節の方向に働く捕捉力によって、抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮せしめ、濃縮せしめた抗原Ａをセンサ部６５に固定された固定化抗体Ｂ１でセンサ部６５に固定し、この固定された抗原Ａを標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出して、抗原Ａの存在の有無および／または量を分析することを特徴とするものである。
【００５８】
図７ＡおよびＢに示す生体物質分析装置７０は、具体的に、生体物質分析チップ５０と、整合界面６４ａに対して、この整合界面６４ａの法線方向から超音波を照射する超音波照射手段６７と、この超音波によって整合界面６４ａ上に定在波Ｕが生じると共に、定在波Ｕの節が整合界面６４ａに位置するように、超音波照射手段６７を制御する超音波制御手段６８とを備えたものである。
【００５９】
生体物質分析チップ５０は、図７ＡおよびＢに示すように、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と、流路５２に接続された、流路５２に液体試料Ｓを流入するための流入口５４ａと、流路５２に接続された、流路５２に流入された液体試料Ｓを流すための空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０において、流入口５４ａと空気口５４ｂとの間の流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層６４と、音響整合層６４の流路５２側の表面上および／またはこの表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部６５であって、抗原Ａと特異的に結合する固定化抗体Ｂ１が表面に固定されたセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０である。
【００６０】
また、流路５２の上流側には、抗原Ａと特異的に結合する修飾化抗体Ｂ２とこの修飾化抗体Ｂ２が表面修飾された蛍光粒子Ｆとからなる標識抗体ＢＦを物理吸着させてある所定領域（標識抗体吸着エリア５７）がある。これにより、別途抗原を標識する作業を行う必要がない。
【００６１】
流路部材５４は、樹脂から形成されたものが好ましく、この場合は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンを含む非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）等の樹脂を用いることがより好ましい。
【００６２】
音響整合層６４、反射層６６、誘電体層および金属膜並びに超音波照射手段６７および超音波制御手段６８は、第１の実施形態と同様である。
【００６３】
センサ部６５は、本実施形態においては、音響整合層６４の流路５２側の表面上に設けられている。
【００６４】
以下、上記生体物質分析チップ５０を用いた本実施形態の生体物質分析方法によって、血液（全血）中に被検物質である抗原Ａを含むか否について、サンドイッチ法によるアッセイを行う手順について図８を参照して説明する。
Ｓｔｅｐ１：流入口５４ａから検査対象である血液（全血）Ｓｏを注入する。ここでは、この血液Ｓｏ中に被検物質である抗原Ａが含まれている場合について説明する。図中において血液Ｓｏは網掛け領域で示している。
Ｓｔｅｐ２：血液Ｓｏはメンブレンフィルター５５により濾過され、赤血球、白血球などの大きな分子が残渣となる。
Ｓｔｅｐ３：血漿Ｓ（メンブレンフィルター５５で血球分離された血液）が毛細管現象で流路５２に染み出す。または反応を早め、検出時間を短縮するために、空気口５４ｂにポンプを接続し、血漿Ｓをポンプの吸引、押し出し操作によって流下させてもよい。図中において血漿Ｓは斜線領域で示している。
Ｓｔｅｐ４：流路５２に染み出した血漿Ｓと標識抗体ＢＦ（修飾化抗体Ｂ２が付与された蛍光粒子Ｆ）とが混ぜ合わされ、血漿Ｓ中の抗原Ａが標識抗体ＢＦと結合する。
Ｓｔｅｐ５：血漿Ｓは流路５２に沿って空気口５４ｂ側へと徐々に流れ、標識抗体ＢＦと結合した抗原Ａが、センサ部６５上に固定されている固定化抗体Ｂ１と結合し、抗原Ａが固定化抗体Ｂ１と標識抗体ＢＦで挟み込まれたいわゆるサンドイッチ構造が形成される。この際、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮せしめ、センサ部６５における抗原Ａと固定化抗体Ｂ１との反応を迅速かつ高効率に行う。
Ｓｔｅｐ６：センサ部６５に固定されなかった標識抗体ＢＦの一部がセンサ部６５上に残っている場合があっても、後続の血漿Ｓが洗浄の役割を担い、流路５２中に浮遊或いはセンサ部６５上に非特異吸着している標識抗体ＢＦを洗い流す。センサ部６５上を通過した血漿Ｓは廃液溜め５６に溜められる。
【００６５】
以上により、本実施形態に係る生体物質分析方法も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が音響整合層６４と流路５２との界面（整合界面６４ａ）に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００６６】
また、本発明に係る生体物質分析チップ５０および装置も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が整合界面６４ａに位置することができるように、流路５２の内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層６４を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００６７】
「生体物質分析方法および装置の第３の実施形態」
次に、生体物質分析方法および装置の第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態においても、特異的に結合する対の物質の具体例として抗原および抗体を用いて、被検物質を抗原、この被検物質と特異的に結合する結合物質を抗体として、蛍光標識を用いたサンドイッチ法によって分析する場合について説明する。
【００６８】
本実施形態の生体物質分析方法および装置は、第２の実施形態のものと、チップ５０内のセンサ部６５が、音響整合層６４の流路５２側の表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられている点で異なる。それ以外の第２の実施形態と同様の要素については、同一の符号を付し、特に必要のない限り詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施形態の生体物質分析方法は、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と流入口５４ａと空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０であって、流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた音響整合層６４とセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０を含む装置を用いて、蛍光標識された抗原Ａを含有する液体試料Ｓを流路５２に供給し、音響整合層６４および流路５２の界面（整合界面６４ａ）と、音響整合層６４に対向する流路部材５４の内壁との間で、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射し、上記節の方向に働く捕捉力によって、抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮せしめ、濃縮せしめた抗原Ａをセンサ部６５に固定された固定化抗体Ｂ１でセンサ部６５に固定し、この固定された抗原Ａを標識した蛍光標識からの蛍光信号を検出して、抗原Ａの存在の有無および／または量を分析することを特徴とするものである。
【００７０】
本実施形態の生体物質分析チップ５０は、図９に示すように、抗原Ａを含有する液体試料Ｓが流下される流路５２と、流路５２に接続された、流路５２に液体試料Ｓを流入するための流入口５４ａと、流路５２に接続された、流路５２に流入された液体試料Ｓを流すための空気口５４ｂとを形成する流路部材５４を備えた生体物質分析チップ５０において、流入口５４ａと空気口５４ｂとの間の流路部材５４の内壁面の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層６４と、音響整合層６４の流路５２側の表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部６５であって、抗原Ａと特異的に結合する固定化抗体Ｂ１が表面に固定されたセンサ部６５とを備えた生体物質分析チップ５０である。
【００７１】
センサ部６５は、本実施形態においては、音響整合層６４の流路５２側の表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられている。つまり、センサ部６５は、音響整合層６４よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置にある内壁上にある場合、或いは上記音響整合層６４の真上と上記ずれた位置にある内壁上とにまたがるようにある場合のいずれであってもよい。なお、「流路長さ方向」とは流路５２に沿った長さ方向を意味し、「音響整合層６４よりも下流側で流路長さ方向にずれた位置」とは、液体試料Ｓ中のある分子が、音響整合層６４の近傍を通過した後、液体試料Ｓの流れに沿って通過しうる内壁の位置を言うものとする。
【００７２】
以下、上記生体物質分析チップ５０を用いた本実施形態の生体物質分析方法によって、血液（全血）中に被検物質である抗原Ａを含むか否について、サンドイッチ法によるアッセイを行う手順について図９を参照して説明する。本実施形態の生体物質分析方法は、第２の実施形態の分析方法と途中の工程（図８のＳｔｅｐ３）までは同様の手順により行われる。したがって、以下では図８のＳｔｅｐ３と同様の手順を経た後の手順について説明する。
Ｓｔｅｐ１：流路５２に染み出した血漿Ｓと標識抗体ＢＦ（修飾化抗体Ｂ２が付与された蛍光粒子Ｆ）とが混ぜ合わされ、血漿Ｓ中の抗原Ａが標識抗体ＢＦと結合する。一方、節が整合界面６４ａに位置するような定在波Ｕを生じせしめるように、超音波を照射する。
Ｓｔｅｐ２：そして、センサ部６５における抗原Ａと固定化抗体Ｂ１との反応を迅速かつ高効率に行いうるように、センサ部６５の上流側で抗原Ａを整合界面６４ａに濃縮しておく。
Ｓｔｅｐ３：血漿Ｓは流路５２に沿って空気口５４ｂ側へと徐々に流れ、標識抗体ＢＦと結合した抗原Ａが、センサ部６５上に固定されている固定化抗体Ｂ１と結合し、抗原Ａが固定化抗体Ｂ１と標識抗体ＢＦで挟み込まれたいわゆるサンドイッチ構造が形成される。センサ部６５に固定されなかった標識抗体ＢＦの一部がセンサ部６５上に残っている場合があっても、後続の血漿Ｓが洗浄の役割を担い、流路５２中に浮遊或いはセンサ部６５上に非特異吸着している標識抗体ＢＦを洗い流す。センサ部６５上を通過した血漿Ｓは廃液溜め５６に溜められる。
【００７３】
以上により、本実施形態に係る生体物質分析方法も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が音響整合層６４と流路５２との界面（整合界面６４ａ）に位置するように超音波を照射しかつ制御しているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００７４】
また、本発明に係る生体物質分析チップ５０および装置も、流路部材５４に形成される定在波Ｕの節が整合界面６４ａに位置することができるように、流路５２の内壁面の所定領域に超音波を透過せしめる音響整合層６４を備えているから、この節近傍において働く節方向への捕捉力により、被検物質をセンサ部６５近傍に濃縮せしめることが可能となり、迅速かつ高効率に被検物質をセンサ部６５に反応させることが可能となる。この結果、液体試料Ｓ中にある被検物質を流路部材５４に設けられたセンサ部６５で検出する生体物質分析において、迅速かつ感度の高い分析測定が可能となる。
【００７５】
（第１から第３の実施形態の設計変更）
本発明の実施形態は、上記で説明した第１から第３の実施形態に限られるものではない。例えば、これらの実施形態では、サンドイッチ法を用いて説明したが、競合法を用いた分析測定においても同様の効果を奏する。また、これらの実施形態では特異的に結合する対の物質として抗原および抗体を用いて抗原抗体反応を利用して説明したが、本発明はタンパク質−補因子反応を利用した分析測定においても同様の効果を奏する。
第２の実施形態および第３の実施形態を組み合わせた実施形態、つまりセンサ部の上流側およびセンサ部上で定在波Ｕを生じせしめ二段階に渡り被検物質を濃縮する方法は、より迅速かつ高効率に被検物質を濃縮することができるため好ましい。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 生体物質分析セル
１２ 反応槽
１２ａ 試料供給空間
１３ 誘電体層
１４、６４ 音響整合層
１４ａ、６４ａ 整合界面
１５、６５ センサ部
１６、６６ 反射層
１７、６７ 超音波照射手段
１８、６８ 超音波制御手段
１９ 光源
３０、７０ 生体物質分析装置
５０ 生体物質分析チップ
５２ 流路
５４ 流路部材
Ａ 被検物質（抗原）
Ｂ１ 固定化結合物質（固定化抗体）
Ｂ２ 修飾化結合物質（修飾化抗体）
Ｓ 液体試料
Ｕ 定在波
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料供給空間を有する反応槽と、該反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層と、前記反応槽内に設けられたセンサ部とを備えた生体物質分析セルを用いて、
被検物質を含有する液体試料を前記試料供給空間に供給し、
前記音響整合層および前記試料供給空間の界面と、前記音響整合層に対向する前記反応槽の内壁との間で、節が前記界面に位置するような定在波を生じせしめるように超音波を照射し、
前記節の方向に働く捕捉力によって、前記被検物質を前記界面に濃縮せしめ、
該濃縮せしめた前記被検物質を、前記センサ部に固定された、前記被検物質と特異的に結合する固定化結合物質で検出することを特徴とする生体物質分析方法。
【請求項２】
被検物質を含有する液体試料が供給される試料供給空間を形成する反応槽を備えた生体物質分析セルにおいて、
前記反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
該音響整合層の前記試料供給空間側の表面上に設けられたセンサ部であって、前記被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴する生体物質分析セル。
【請求項３】
前記音響整合層に対向する前記反応槽の内壁面上に前記音響整合層に対向するように、または前記音響整合層の前記試料供給空間側とは反対側の面と接するように、反射層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の生体物質分析セル。
【請求項４】
前記センサ部が、誘電体層および／または金属層を有するものであることを特徴とする請求項２または３に記載の生体物質分析セル。
【請求項５】
被検物質を含有する液体試料が流下される流路と、該流路に接続された、前記流路に前記液体試料を流入するための流入口と、前記流路に接続された、前記流路に流入された前記液体試料を流すための空気口とを形成する流路部材を備えた生体物質分析チップにおいて、
前記流入口と前記空気口との間の前記流路部材の内壁の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
該音響整合層の前記流路側の表面上および／または該表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部であって、前記被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴する生体物質分析チップ。
【請求項６】
前記音響整合層に対向する前記流路部材の内壁面上に前記音響整合層に対向するように、または前記音響整合層の前記流路側とは反対側の面と接するように、反射層を備えたことを特徴とする請求項５に記載の生体物質分析チップ。
【請求項７】
前記センサ部が、誘電体層および／または金属層を有するものであることを特徴とする請求項５または６に記載の生体物質分析チップ。
【請求項８】
前記音響整合層よりも上流側の前記流路部材の内壁面上に配置された標識結合物質を備え、
該標識結合物質が、前記被検物質と特異的に結合する第１の修飾化結合物質、および前記被検物質と競合して前記固定化結合物質と特異的に結合する第２の修飾化結合物質のうちいずれか一方の修飾化結合物質と、該一方の修飾化結合物質が修飾された標識粒子とからなるものであることを特徴とする請求項５から７いずれかに記載の生体物質分析チップ。
【請求項９】
請求項２から４いずれかに記載の生体物質分析セルと、
前記音響整合層と前記試料供給空間との界面に対して、該界面の法線方向から超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波によって前記界面上に定在波が生じると共に、該定在波の節が前記界面に位置するように、前記超音波照射手段を制御する超音波制御手段とを備えたことを特徴とする生体物質分析装置。
【請求項１０】
請求項５から８いずれかに記載の生体物質分析チップと、
前記音響整合層と前記流路との界面に対して、該界面の法線方向から超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波によって前記界面上に定在波が生じると共に、該定在波の節が前記界面に位置するように、前記超音波照射手段を制御する超音波制御手段とを備えたことを特徴とする生体物質分析装置。
【請求項１】
試料供給空間を有する反応槽と、該反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた音響整合層と、前記反応槽内に設けられたセンサ部とを備えた生体物質分析セルを用いて、
被検物質を含有する液体試料を前記試料供給空間に供給し、
前記音響整合層および前記試料供給空間の界面と、前記音響整合層に対向する前記反応槽の内壁との間で、節が前記界面に位置するような定在波を生じせしめるように超音波を照射し、
前記節の方向に働く捕捉力によって、前記被検物質を前記界面に濃縮せしめ、
該濃縮せしめた前記被検物質を、前記センサ部に固定された、前記被検物質と特異的に結合する固定化結合物質で検出することを特徴とする生体物質分析方法。
【請求項２】
被検物質を含有する液体試料が供給される試料供給空間を形成する反応槽を備えた生体物質分析セルにおいて、
前記反応槽の内壁であって他の内壁と対向するものの所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
該音響整合層の前記試料供給空間側の表面上に設けられたセンサ部であって、前記被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴する生体物質分析セル。
【請求項３】
前記音響整合層に対向する前記反応槽の内壁面上に前記音響整合層に対向するように、または前記音響整合層の前記試料供給空間側とは反対側の面と接するように、反射層を備えたことを特徴とする請求項２に記載の生体物質分析セル。
【請求項４】
前記センサ部が、誘電体層および／または金属層を有するものであることを特徴とする請求項２または３に記載の生体物質分析セル。
【請求項５】
被検物質を含有する液体試料が流下される流路と、該流路に接続された、前記流路に前記液体試料を流入するための流入口と、前記流路に接続された、前記流路に流入された前記液体試料を流すための空気口とを形成する流路部材を備えた生体物質分析チップにおいて、
前記流入口と前記空気口との間の前記流路部材の内壁の所定領域に設けられた、超音波を透過せしめる音響整合層と、
該音響整合層の前記流路側の表面上および／または該表面から流路長さ方向にずれた位置にある内壁面上に設けられたセンサ部であって、前記被検物質と特異的に結合する固定化結合物質が表面に固定されたセンサ部とを備えたことを特徴する生体物質分析チップ。
【請求項６】
前記音響整合層に対向する前記流路部材の内壁面上に前記音響整合層に対向するように、または前記音響整合層の前記流路側とは反対側の面と接するように、反射層を備えたことを特徴とする請求項５に記載の生体物質分析チップ。
【請求項７】
前記センサ部が、誘電体層および／または金属層を有するものであることを特徴とする請求項５または６に記載の生体物質分析チップ。
【請求項８】
前記音響整合層よりも上流側の前記流路部材の内壁面上に配置された標識結合物質を備え、
該標識結合物質が、前記被検物質と特異的に結合する第１の修飾化結合物質、および前記被検物質と競合して前記固定化結合物質と特異的に結合する第２の修飾化結合物質のうちいずれか一方の修飾化結合物質と、該一方の修飾化結合物質が修飾された標識粒子とからなるものであることを特徴とする請求項５から７いずれかに記載の生体物質分析チップ。
【請求項９】
請求項２から４いずれかに記載の生体物質分析セルと、
前記音響整合層と前記試料供給空間との界面に対して、該界面の法線方向から超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波によって前記界面上に定在波が生じると共に、該定在波の節が前記界面に位置するように、前記超音波照射手段を制御する超音波制御手段とを備えたことを特徴とする生体物質分析装置。
【請求項１０】
請求項５から８いずれかに記載の生体物質分析チップと、
前記音響整合層と前記流路との界面に対して、該界面の法線方向から超音波を照射する超音波照射手段と、
前記超音波によって前記界面上に定在波が生じると共に、該定在波の節が前記界面に位置するように、前記超音波照射手段を制御する超音波制御手段とを備えたことを特徴とする生体物質分析装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７４８５７（Ｐ２０１１−１７４８５７Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４００８８（Ｐ２０１０−４００８８）
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【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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