送液装置、バイオセンサー、及び、送液方法
【課題】 ピペットを用いて流路内に試料を送液する際に、送液圧力の変動を抑制可能な送液装置、この送液装置を備えたバイオセンサー、及び、送液方法を提供する。
【解決手段】 吐出ポンプ２７と吸引ポンプ２８との間の単位時間あたりの吐出量と吸引量との差分Ｓと、この差分Ｓをキャンセルするための吐出ポンプ２７及び吸引ポンプ２８の動作速度α、β（補正後動作速度α、β）を記憶しておき、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８の駆動時には、補正後動作速度α、βをメモリから読み出して、この補正後動作速度α、βで吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８を駆動させる。
【解決手段】 吐出ポンプ２７と吸引ポンプ２８との間の単位時間あたりの吐出量と吸引量との差分Ｓと、この差分Ｓをキャンセルするための吐出ポンプ２７及び吸引ポンプ２８の動作速度α、β（補正後動作速度α、β）を記憶しておき、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８の駆動時には、補正後動作速度α、βをメモリから読み出して、この補正後動作速度α、βで吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８を駆動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピペットを用いて流路内に試料を送液する送液装置と、その送液方法、及びこの送液装置を備えたバイオセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質やＤＮＡなどの生化学物質間における相互作用の測定や、薬品のスクリーニングなどを行う際に、全反射減衰を利用して試料の反応を測定するバイオセンサーが知られている。例えば、特許文献１などで知られるＳＰＲ測定装置では、透明な誘電体上に形成された金属膜の表面をセンサ面として、このセンサ面上へ試料を供給して反応させた後、プリズムを介してセンサ面の裏面側から全反射条件を満たすように金属膜を照射し、その反射光を測定している。
【０００３】
このようなバイオセンサーの場合、センサ面上に試料を供給する必要があるが、特許文献１に記載の技術では、ポンプやバルブなどに接続された配管（チューブ）を介して、試料を保管する容器から直接流路に試料を送り込むようにしている。この方法では、配管内に付着した試料が後に注入する試料に混入してしまう、いわゆるコンタミネーションが生じやすいという問題があった。
【０００４】
そこで、１のピペットを用いて流路の入口から試料を注入すると共に、他のピペット用いて流路の出口から試料を吸引することにより試料をセンサ面へ供給することが考えられる。この方法によれば、ピペットチップを交換することにより前述のコンタミネーションの問題は解消するが、ピペットからの吐出量とピペットへの吸引量とが異なると、送液圧力が変動し、送液不良の原因となることがある。
【特許文献１】特許第３２９４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、ピペットを用いて流路内に試料を送液する際に、送液圧力の変動を抑制可能な送液装置、この送液装置を備えたバイオセンサー、及び、送液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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の送液装置は、供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液装置であって、前記供給口及び排出口の各々へ挿入されるピペット対と、前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプと、前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプと、前記吐出ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吐出量と、前記吸引ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御する動作速度制御手段と、を備えている。
【０００７】
上記送液装置では、測定ユニットの供給口及び排出口へピペットを挿入して、一方のピペットから試料を吐出すると共に、他方のピペットへ試料を吸引することにより、流路へ試料を送液する。ピペット対のうちの一方のピペットは、吐出ポンプによってピペット内の試料が吐出され、ピペット対のうちの他方のピペットは、吸引ポンプによってピペット内へと試料が吸引される。
【０００８】
ここで、本願においての吐出・吸引とは、その時々の動作が吐出・吸引であるということを意味し、必ずしもピペットやポンプが、それぞれ吐出専用や吸引専用に設けられているということには限定されない。
【０００９】
ところで、吐出ポンプと吸引ポンプは、送液圧力を一定にするために、単位時間あたりの吐出・吸引量を同一にする必要がある。しかしながら、各ポンプによる送液量には、ケーシングサイズの誤差等により、誤差が発生してしまうことがある。
【００１０】
そこで、上記送液装置の動作速度制御手段で、吐出ポンプによるピペットからの単位時間あたりの吐出量と、吸引ポンプによるピペットからの単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように、吐出ポンプ及び吸引ポンプの動作速度を制御する。例えば、吐出ポンプによる吐出量が吸引ポンプによる吸引量よりも多い場合には、規定の動作速度よりも吐出ポンプの動作速度が遅く、または、吸引ポンプの動作速度が速くなるように、各々のポンプを制御する。
【００１１】
このように、動作速度で吐出量・吸引量を調整して、各ポンプの吐出量・吸引量の誤差を補正することにより、送液圧力の変動を抑制することができる。
【００１２】
なお、第１の形態の送液装置の前記動作速度制御手段は、前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの少なくとも一方の補正後動作速度を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成することができる。
【００１３】
記憶手段に記憶する補正後動作速度は、吐出ポンプの動作速度でも、吸引ポンプの動作速度でも、その両者であってもよい。補正後動作速度で前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプを駆動させることにより、１のピペットチップからの吐出量と、他のピペットチップへの吸引量との誤差調整を行うことができる。
【００１４】
また、第１の形態の送液装置が、前記ピペット対を複数有し、前記動作速度制御手段は、複数の前記ピペット対の各々について前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吸引ポンプの各々の補正後動作速度、を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成することもできる。
【００１５】
このように、ピペット対を複数有するマルチチャンネルの送液装置の場合には、吸引ポンプ側のみ補正後動作速度で駆動させることにより、簡単に誤差調整を行うことができる。
【００１６】
本発明の第２の態様のバイオセンサーは、光の全反射減衰を利用して試料の反応状態を測定するバイオセンサーであって、供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され平坦な金属膜上にリガンドが固定されたセンサ面と、を有する測定ユニットと、前記測定ユニットの前記センサ面へ前記試料を送液する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の送液装置と、前記センサーチップの前記金属膜へ向かって光を出射する光学部材と、前記金属膜で反射された前記光を受光する受光部材と、を備えている。
【００１７】
上記バイオセンサーによれば、送液装置での送液圧力の変動が抑制されているので、送液不良が生じにくく、信頼性の高いバイオセンサーを得ることができる。
【００１８】
本発明の第３の形態の送液方法は、供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液方法であって、前記供給口及び排出口の各々へピペット対を挿入し、前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプによる単位時間あたりの吐出量と、前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプによる単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御するものである。
【００１９】
上記送液方法によれば、吐出ポンプ及び吸引ポンプの動作速度で各々の吐出量・吸引量の誤差を補正することにより、送液圧力の変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は上記構成としたので、送液圧力の変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
本発明のバイオセンサー１０は、金属膜の表面に発生する表面プラズモン共鳴を利用して、リガンドＤとアナライトＡとの相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。
【００２３】
図１に示すように、バイオセンサー１０は、トレイ保持部１２、搬送部1４、容器載置台１６、液体吸排部２０、光学測定部５４、及び、制御部６０を備えている。
【００２４】
トレイ保持部1２は、載置台１２Ａ、及び、ベルト１２Ｂを含んで構成されている。載置台1２Ａは、矢印Ｙ方向に架け渡されたベルト１２Ｂに取り付けられており、ベルト１２Ｂの回転により矢印Ｙ方向に移動可能とされている。載置台１２Ａ上には、トレイＴが載置される。トレイＴには、センサースティック４０が収納されている。センサースティック４０は、リガンドＤの固定されるチップであり、詳細については後述する。載置台１２Ａの下には、センサースティック４０を後述するスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げる、押上機構１２Ｄが配置されている。
【００２５】
センサースティック４０は、図２及び図３に示すように、誘電体ブロック４２、流路部材４４、保持部材４６、接着部材４８、及び、蒸発防止部材４９、で構成されている。
【００２６】
誘電体ブロック４２は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部４２Ａ、及び、プリズム部４２Ａの両端部にプリズム部４２Ａと一体的に形成された被保持部４２Ｂを備えている。プリズム部４２Ａの互いに平行な２面の内の広い側の上面には、図４にも示すように金属膜５０が形成されている。この金属膜５０上に、バイオセンサー１０で解析するリガンドＤが固定される。誘電体ブロック４２は、いわゆるプリズムとして機能し、バイオセンサー１０での測定の際には、プリズム部４２Ａの対向する互いに平行でない２つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から金属膜５０との界面で全反射された光ビームが出射される。
【００２７】
金属膜５０の表面には、図４に示すように、リンカー層５０Ａが形成されている。リンカー層５０Ａは、リガンドＤを金属膜５０上に固定化するための層である。リンカー層５０Ａ上には、リガンドＤが固定されアナライトＡとリガンドＤとの反応が生じる測定領域（Ｅ１）と、リガンドＤが固定されず、前記測定領域Ｅ１の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（Ｅ２）とが形成される。この参照領域Ｅ２は、上述したリンカー層５０Ａを製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー層５０Ａに対して表面処理を施して、リガンドＤと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー層５０Ａの半分が測定領域Ｅ１となり、残りの半分が参照領域Ｅ２となる。このように、結合基を失活させるためには、上記、ブロッキングに用いたエタノールアミン−ヒドロクロライドを用いることができる。参照領域Ｅ２の別の構成方法としては、参照領域Ｅ２にカルボキシルメチルデキストランの代わりに、例えば、アルキルチオールを配するようにすれば、アルキル基を表面に配することが出来、アルキル基は、アミノカップリング法でリガンド結合させることは出来ないので、参照領域Ｅ２として使うことができる。
【００２８】
図５にも示すように、液体流路４５に露出されたリンカー層５０Ａの、参照領域Ｅ２以外の部分には、リガンドＤが固定されている。参照領域Ｅ２にはリガンドＤは固定されていない。参照領域Ｅ２、及び、参照領域Ｅ２よりも上流側に位置する測定領域Ｅ１には、各々光ビームＬ２、Ｌ１が入射される。参照領域Ｅ２は、リガンドＤの固定された測定領域Ｅ１から得られるデータを補正するために設けられた領域である。
【００２９】
プリズム部４２Ａの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材５２と係合される係合凸部４２Ｃが、下側の端辺に沿ってプリズム部４２Ａの上面と垂直な仮想面の延長上に構成される垂直凸部４２Ｄが、各々７箇所に形成されている。また、誘電体ブロック４２の下面の長手方向に沿った中央部には、係合溝４２Ｅが形成されている。
【００３０】
流路部材４４は、誘電体ブロック４２よりもわずかに狭幅の直方体状とされ、図３に示すように、誘電体ブロック４２の金属膜５０上に６個並べて配置されている。各々の流路部材４４の下面には流路溝４４Ａが形成されており、上面に形成された供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと連通されて、金属膜５０との間に、液体流路４５が構成される。したがって、１本のセンサースティック４０には、独立した６個の液体流路４５が構成される。流路部材４４の側壁には、保持部材４６の内側の図示しない凹部に圧入されて保持部材４６との密着性を確保するための凸部４４Ｂが形成されている。
【００３１】
なお、液体流路４５には、蛋白質を含む液体が供給されることが想定されるので、流路部材４４への蛋白質の固着を防止するため、流路部材４４の材料としては、蛋白質に対する非特異吸着性を有しないことが好ましい。
【００３２】
保持部材４６は、長尺とされ、上面板４６Ａ及び２枚の側面板４６Ｂで構成されている。側面板４６Ｂには、誘電体ブロック４２の係合凸部４２Ｃと係合される係合孔４６Ｃが形成されている。保持部材４６は、６個の流路部材４４を間に挟んで係合孔４６Ｃと係合凸部４２Ｃとが係合されて、誘電体ブロック４２に取り付けられる。これにより、流路部材４４は、誘電体ブロック４２に取り付けられる。上面板４６Ａには、流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと対向する位置に、流路部材４４に向けて狭くなるテーパー状のピペット挿入孔４６Ｄが形成されている。また、隣り合うピペット挿入孔４６Ｄとピペット挿入孔４６Ｄとの間には、位置決め用のボス４６Ｅが形成されている。
【００３３】
保持部材４６の上面には、蒸発防止部材４９が接着部材４８を介して接着されている。接着部材４８のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置にはピペット挿入用の孔４８Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４８Ｅが形成されている。また、蒸発防止部材４９のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置には十字状の切り込みであるスリット４９Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４９Ｅが形成されている。ボス４６Ｅを孔４８Ｅ及び４９Ｅに挿通させて、蒸発防止部材４９を保持部材５２の上面に接着することにより、蒸発防止部材４９のスリット４９Ｄと流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂとが対向するように構成される。ピペットチップＣＰの非挿入時には、スリット４９Ｄ部分が供給口４５Ａを覆い、液体流路４５に供給されている液体の蒸発が防止される。
【００３４】
図１に示すように、バイオセンサー１０の搬送部１４は、上部ガイドレール１４Ａ、下部ガイドレール１４Ｂ、及び、スティック保持部材１４Ｃ、を含んで構成されている。上部ガイドレール１４Ａ及び下部ガイドレール１４Ｂは、トレイ保持部１２及び光学測定部５４の上部で、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向に水平に配置されている。上部ガイドレール１４Ａには、スティック保持部材１４Ｃが取り付けられている。スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０の両端部の被保持部４２Ｂを保持可能とされていると共に、上部ガイドレール１４Ａに沿って移動可能とされている。スティック保持部材１４Ｃに保持されたセンサースティック４０の係合溝４２Ｅと下部ガイドレール１４Ｂとが係合され、スティック保持部材１４Ｃが矢印Ｘ方向に移動することにより、センサースティック４０が光学測定部５４上の測定部５６に搬送される。また、測定部５６には、測定時にセンサースティック４０を押さえる押さえ部材５８が備えられている。押さえ部材５８は、図示しない駆動機構によりＺ方向に移動可能とされ、測定部５６に配置されたセンサースティック４０を上側から押圧する。
【００３５】
容器載置台１６には、アナライト溶液プレート１７、バッファー液ストック容器１８、廃液容器１９が載置されている。アナライト溶液プレート１７は、マトリクス状に区画されており、各種のアナライト溶液がストックされている。バッファー液ストック容器１８は、容器１８Ａ〜１８Ｅで構成されており、各種のバッファ液がストックされている。容器１８Ａ〜１８Ｅには、後述するピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。廃液容器１９は、複数の容器１９Ａ〜１９Ｅで構成されており、バッファー液ストック容器と同様にピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。
【００３６】
液体吸排部２０は、ヘッド２４、及び、吸排駆動部２６を含んで構成されている。ヘッド２４は、図示しない搬送レールに沿って矢印Ｙ方向に移動可能とされている。また、ヘッド２４は、ヘッド２４内部の図示しない駆動機構により、鉛直方向（矢印Ｚ方向）にも移動可能とされている。ヘッド２４は、図６に示すように、一対のピペット部２４Ａ、２４Ｂを備えている。ピペット部２４Ａ、２４Ｂには、先端部にピペットチップＣＰが取り付けられ、個々にＺ方向の長さを調整可能とされている。ピペットチップＣＰは、図示しないピペットチップストッカーに多数ストックされており、必要に応じて交換可能とされている。
【００３７】
吸排駆動部２６は、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８で構成されている。吐出ポンプ２７は、シリンジポンプで構成されており、吐出シリンダ２７Ａ、吐出ピストン２７Ｂ、及び、吐出ピストン２７Ｂを駆動させる吐出モータ２７Ｃを備えている。また、吸引ポンプ２８も、シリンジポンプで構成されており、吸引シリンダ２８Ａ、吸引ピストン２８Ｂ、及び、吸引ピストン２８Ｂを駆動させる吸引モータ２８Ｃを備えている。吐出モータ２７Ｃ及び吸引モータ２８Ｃは、後述する制御部６０内の吐出用ドライバ６０Ｄ、吸引用ドライバ６０Ｅと接続されている。
【００３８】
光学測定部５４は、図７に示すように、光源５４Ａ、第１光学系５４Ｂ、第２光学系５４Ｃ、受光部５４Ｄ、信号処理部５４Ｅ、を含んで構成されている。光源５４Ａからは、発散状態の光ビームＬが出射される。光ビームＬは、第１光学系５４Ｂを介して、２本の光ビームＬ１、Ｌ２となり、測定部５６に配置された誘電体ブロック４２の測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２に入射される。測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２において、光ビームＬ１、Ｌ２は、金属膜５０と誘電体ブロック４２との界面に対して種々の入射角成分を含み、かつ全反射角以上の角度で入射される。光ビームＬ１、Ｌ２は、誘電体ブロック４２と金属膜５０との界面で全反射される。全反射された光ビームＬ１、Ｌ２も、種々の反射角成分をもって反射される。この全反射された光ビームＬ１、Ｌ２は、第２光学系５４Ｃを経て受光部５４Ｄで受光されて、各々光電変換され、光検出信号が信号処理部５４Ｅへ出力される。信号処理部５４Ｅでは、入力された光検出信号に基づいて所定の処理が行なわれ、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２の全反射減衰角のデータ（以下「全反射減衰角データ」という）が求められる。この全反射減衰角データが制御部６０へ出力される。
【００３９】
制御部６０は、バイオセンサー１０の全体を制御する機能を有し、図７に示すように、光源５４Ａ、信号処理部５４Ｅ、及び、バイオセンサー１０の図示しない駆動系と接続されている。
【００４０】
また、制御部６０は、図８に示すように、ＣＰＵ６０Ａ、ＲＯＭ６０Ｂ、ＲＡＭ６０Ｃ、吐出用ドライバ６０Ｄ、吸引用ドライバ６０Ｅ、メモリ６０Ｆ、インターフェース６０Ｈ、６０Ｉ、６０Ｊを備え、これらは、バス６０Ｇで互いに接続されている。吐出用ドライバ６０Ｄは吐出モータ２７Ｃと接続され、吸引用ドライバ６０Ｅは吸引モータ２８Ｃと接続されている。制御部６０には、インターフェース６０Ｈを介して、各種の情報を表示する表示部６２、各種の指示、情報を入力するための入力部６４と接続され、インターフェース６０Ｉを介して、信号処理部５４Ｅ、光源５４Ａが接続され、インターフェース６０Ｊを介してヘッド２４が接続されている。ＲＯＭ６０Ｂには、ヘッド２４、吐出ポンプ２７、及び、吸引ポンプ２８の制御用プログラム等が格納されている。
【００４１】
メモリ６０Ｆには、図９に示すように、吐出ポンプ２７と吸引ポンプ２８との間の単位時間あたりの吐出量と吸引量との差分Ｓと、この差分Ｓをキャンセルするための吐出ポンプ２７及び吸引ポンプ２８の動作速度α、β（補正後動作速度α、β）が対応づけられた補正テーブルＴが記憶されている。ここでの差分Ｓは、シリンジポンプのシリンダの内径の誤差に起因するものである。また、補正後動作速度α、βは、必ずしも速度そのものである必要はなく、パルスモータのパルス数や、速度の増減割合であってもよい。また、吐出ポンプ２７または吸引ポンプ２８のいずれかのみの補正後動作速度のみであってもよい。本実施形態のバイオセンサー１０での差分Ｓは、予め測定により求められており、採用する動作速度α、βは選択されている。各々の値を、Ｓ１、α１、β１とする。
【００４２】
次に、バイオセンサー１０での、測定について説明する。
【００４３】
バイオセンサー１０の載置台１２Ａには、リガンドＤが固定化され、液体流路４５に保存液Ｃが充填されたセンサースティック４０入りのトレイがセットされている。また、アナライト溶液プレート１７には、所定のアナライト溶液がセットされている。
【００４４】
まず、押上機構１２Ｄにより、１のセンサースティック４０がスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げられ、スティック保持部材１４Ｃにより保持される。そして、スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０を保持したまま下部ガイドレール１４Ｂに沿って移動して、センサースティック４０を測定部５６へ搬送する。測定部５６へ搬送されたセンサースティック４０は、所定の測定位置に位置決めされて押さえ部材５８により、上部から押圧され固定される。
【００４５】
入力部６４から測定開始の指示が入力されると、制御部６０では、図１０に示す測定処理が実行される。
【００４６】
まず、ステップＳ１２で、光源５４Ａへ光ビームＬの出射指示信号を出力する。これにより、光源５４Ａから光ビームＬが出射される。出射された光ビームＬは、第１光学系５４Ｂで２本の光ビームＬ１、Ｌ２となり、液体流路４５の測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ各々入射される。また、ステップＳ１４で、受光部５４Ｄ及び信号処理部５４Ｅへ、作動指示信号を出力する。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２で全反射され第２光学系５４Ｃを経た光ビームＬ１、Ｌ２は、受光部５４Ｄで受光され、受光された光は、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２毎に光電変換されて光検出信号が信号処理部５４Ｅへ出力される。信号処理部５４Ｅでは、光検出信号に所定の処理が加えられ、全反射減衰角データが生成され、制御部６０へ出力される。
【００４７】
制御部６０では、ステップＳ１６で、所定時間経過したかどうかを判断し、所定時間の経過後、ステップＳ１８で、入力された全反射減衰角データをメモリ６０Ｆへ記憶する。そして、ステップＳ２０で、測定領域Ｅ１からの光検出信号により得られる全反射減衰角データを、参照領域Ｅ２からの光検出信号により得られる全反射減衰角データで補正して、リガンドＤとアナライト溶液ＹＡ中のアナライトＡとの結合状態を示す結合状態データを生成する。そして、ステップＳ２２で、結合状態データを表示部６２へ出力する。これにより、所定時間毎の結合状態データがメモリ６０Ｆへ記憶されると共に、表示部６２へ表示される。表示部６２へは、時間毎の結合状態データがグラフ化されて出力される。この測定処理は、測定処理終了信号を受けるまで継続される。
【００４８】
一方、入力部６４からアナライト供給開始の指示が入力されると、制御部６０では、図１１に示すアナライト供給処理が実行される。
【００４９】
まず、ステップＳ３０で、アナライト溶液ＹＡをピペットチップＣＰＡへ吸引することにより、アナライト溶液ＹＡを取得する。すなわち、ヘッド２４をアナライト溶液ＹＡのセットされたアナライト溶液プレート１７の上部に移動させ、ピペット部２４Ａを下側に下降させて、ピペット部２４Ａに取り付けられているピペットチップＣＰＡの先端のみをアナライト溶液ＹＡが貯留されたセルへ挿入する。そして、吐出モータ２７Ｃにより吐出ピストン２７Ｂを吐出シリンダ２７Ａ内が負圧になるように駆動させ、ピペットチップＣＰＡ内にアナライト溶液ＹＡを吸引する。
【００５０】
次に、ステップＳ３１で、ヘッド２４をセンサースティック４０上へ移動させ、ステップＳ３２で、ピペットチップＣＰＡを供給口４５Ａへ挿入し、ピペットチップＣＰＢを排出口４５Ｂへ挿入する。
【００５１】
ステップＳ３３で、メモリ６０Ｆから補正後動作速度α１、β１を読み出し、ステップＳ３４で、補正後動作速度α１、β１で吐出モータ２７Ｃ、吸引モータ２８Ｃが駆動されるように吐出用ドライバ６０Ｄ、吸引用ドライバ６０Ｅへ指示を出力する。これにより、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８が駆動されて、ピペットチップＣＰＡからアナライト溶液ＹＡが吐出されて液体流路４５内へ注入され、ピペットチップＣＰＢへ液体流路４５に充填されていたバッファー液が吸引される。
【００５２】
ステップＳ３５で、所定量のアナライト溶液ＹＡを供給するための所定時間が経過するまで待機し、所定時間経過後に、ステップＳ３６で、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８を停止させる。
【００５３】
ステップＳ３７で、ピペットチップＣＰＡ、ピペットチップＣＰＢを、供給口４５Ａ、排出口４５Ｂから抜き出し、ステップＳ３８で、ピペットチップＣＰＢへ吸引したバッファー液を、廃液容器１９へ排出して、本アナライト供給処理が終了する。
【００５４】
一方、測定処理も、測定終了指示信号を受けて終了される。
【００５５】
本実施形態では、液体流路４５へのアナライト溶液ＹＡの送液を、補正後動作速度α１、β１で吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８を駆動させて行うので、単位時間あたりの液体流路４５への吐出量と液体流路４５からの吸引量との誤差がキャンセルされ、送液圧力の変動を抑制することができる。そして、送液圧力の変動が抑制されるので、送液不良が生じにくくなり、バイオセンサー１０の信頼性を高くすることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、アナライト溶液ＹＡの送液時における排出ポンプ２７、吸引ポンプ２８の動作速度の補正について説明したが、その他の液体、例えば、バッファー液や洗浄液などの送液の場合でも、同様に制御を行うことにより、送液圧力の変動を抑制することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、ヘッド２４に一対のピペット部２４Ａ、２４Ｂが設けられた例について説明したが、複数対のピペット部を設け、一度に複数の液体流路４５へ送液するマルチチャネル構成としてもよい。この場合には、例えば、図１２に示すように、ヘッド７４に６対、１２本のピペット部７４Ａ〜Ｌを設ける。そして、供給口４５Ａへ挿入する側のピペット部７４Ａ、７４Ｃ、７４Ｅ、７４Ｇ、７４Ｉ、７４Ｋ、の各吐出ポンプ２７を１つの吐出用ドライバ６０Ｄで駆動させる。一方、排出口４５Ｂへ挿入する側のピペット部７４Ｂ、７４Ｄ、７４Ｆ、７４Ｈ、７４Ｊ、７４Ｌ、の各吸引ポンプ２８は、各々に対応する吸引用ドライバ６０Ｅで駆動させる。
【００５８】
吐出量と吸引量との差分Ｓをキャンセルするための補正後動作速度については、図１３に示すように、ピペット対ごとに、吸引ポンプ２８の補正後動作速度βのみを記憶しておき、対応する各吸引用ドライバ６０Ｅを用いて各吸引ポンプ２８を各々の補正後動作速度βで駆動させる。
【００５９】
マルチチャネル構成の場合には、上記のように、吸引ポンプ２８側の動作速度のみを調整することにより、簡易な構成で吐出量と吸引量の誤差をキャンセルすることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、液体流路４５への各種液体の供給を、液体をピペットチップＣＰＡ側から吐出させピペットチップＣＰＢ側で吸引することにより行ったが、所望により液体をピペットチップＣＰＢ側からピペットチップＣＰＡ側へ逆流できる構成としてもよい。この場合には、吐出ポンプ２７には吸引動作、吸引ポンプ２８には吐出動作を行わせ、各々の補正後動作速度α、βとして、前述の補正テーブルＴの負の値を採用することにより、逆流時にも誤差を補正して送液圧力の変動を抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、バイオセンサーとして、表面プラズモンセンサーを一例として説明したが、バイオセンサーとしては、表面プラズモンセンサーに限定されるものではない。その他の例えば、水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した光学的測定技術など、あらゆるバイオセンサーを用いてのアナライトの回収に本発明は適用することができる。
【００６２】
また、全反射減衰を利用する他のバイオセンサーとしては、漏洩モード検出器をあげることができる。漏洩モードセンサは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を透過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において、導波モードが励起されると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。導波モードが励起される入射角は、表面プラズモン共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態のバイオセンサーの全体斜視図である。
【図２】本実施形態のセンサースティックの斜視図である。
【図３】本実施形態のセンサースティックの分解斜視図である。
【図４】本実施形態のセンサースティックの１の液体流路部分の断面図である。
【図５】本実施形態のセンサースティックの測定領域及び参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。
【図６】本実施形態の液体吸排部の概略構成図である。
【図７】本実施形態のバイオセンサーの光学測定部付近の概略図である。
【図８】本実施形態の制御部とその周辺の概略ブロック図である。
【図９】本実施形態の補正テーブルである。
【図１０】本実施形態の測定処理のフローチャートである。
【図１１】本実施形態のアナライト供給処理のフローチャートである。
【図１２】本実施形態の液体吸排部の変形例を示す概略構成図である。
【図１３】本実施形態の補正テーブルの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ バイオセンサー
２０ 液体吸排部
２４Ａ ピペット部
２４Ｂ ピペット部
２４ ヘッド
２６ 吸排駆動部
２７ 吐出ポンプ
２８ 吸引ポンプ
４０ センサースティック
４４ 流路部材
４５ 液体流路
４５Ａ 供給口
４５Ｂ 排出口
６０Ｆ メモリ
６０Ｅ 吸引用ドライバ
６０ 制御部
６０Ｄ 吐出用ドライバ
７４Ａ ピペット部
７４Ｂ ピペット部
７４ ヘッド
ＣＰＡ ピペットチップ
ＣＰＢ ピペットチップ
Ｓ 差分
Ｔ 補正テーブル
α 補正後動作速度
β 補正後動作速度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピペットを用いて流路内に試料を送液する送液装置と、その送液方法、及びこの送液装置を備えたバイオセンサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンパク質やＤＮＡなどの生化学物質間における相互作用の測定や、薬品のスクリーニングなどを行う際に、全反射減衰を利用して試料の反応を測定するバイオセンサーが知られている。例えば、特許文献１などで知られるＳＰＲ測定装置では、透明な誘電体上に形成された金属膜の表面をセンサ面として、このセンサ面上へ試料を供給して反応させた後、プリズムを介してセンサ面の裏面側から全反射条件を満たすように金属膜を照射し、その反射光を測定している。
【０００３】
このようなバイオセンサーの場合、センサ面上に試料を供給する必要があるが、特許文献１に記載の技術では、ポンプやバルブなどに接続された配管（チューブ）を介して、試料を保管する容器から直接流路に試料を送り込むようにしている。この方法では、配管内に付着した試料が後に注入する試料に混入してしまう、いわゆるコンタミネーションが生じやすいという問題があった。
【０００４】
そこで、１のピペットを用いて流路の入口から試料を注入すると共に、他のピペット用いて流路の出口から試料を吸引することにより試料をセンサ面へ供給することが考えられる。この方法によれば、ピペットチップを交換することにより前述のコンタミネーションの問題は解消するが、ピペットからの吐出量とピペットへの吸引量とが異なると、送液圧力が変動し、送液不良の原因となることがある。
【特許文献１】特許第３２９４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記事実を考慮してなされたものであり、ピペットを用いて流路内に試料を送液する際に、送液圧力の変動を抑制可能な送液装置、この送液装置を備えたバイオセンサー、及び、送液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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様の送液装置は、供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液装置であって、前記供給口及び排出口の各々へ挿入されるピペット対と、前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプと、前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプと、前記吐出ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吐出量と、前記吸引ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御する動作速度制御手段と、を備えている。
【０００７】
上記送液装置では、測定ユニットの供給口及び排出口へピペットを挿入して、一方のピペットから試料を吐出すると共に、他方のピペットへ試料を吸引することにより、流路へ試料を送液する。ピペット対のうちの一方のピペットは、吐出ポンプによってピペット内の試料が吐出され、ピペット対のうちの他方のピペットは、吸引ポンプによってピペット内へと試料が吸引される。
【０００８】
ここで、本願においての吐出・吸引とは、その時々の動作が吐出・吸引であるということを意味し、必ずしもピペットやポンプが、それぞれ吐出専用や吸引専用に設けられているということには限定されない。
【０００９】
ところで、吐出ポンプと吸引ポンプは、送液圧力を一定にするために、単位時間あたりの吐出・吸引量を同一にする必要がある。しかしながら、各ポンプによる送液量には、ケーシングサイズの誤差等により、誤差が発生してしまうことがある。
【００１０】
そこで、上記送液装置の動作速度制御手段で、吐出ポンプによるピペットからの単位時間あたりの吐出量と、吸引ポンプによるピペットからの単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように、吐出ポンプ及び吸引ポンプの動作速度を制御する。例えば、吐出ポンプによる吐出量が吸引ポンプによる吸引量よりも多い場合には、規定の動作速度よりも吐出ポンプの動作速度が遅く、または、吸引ポンプの動作速度が速くなるように、各々のポンプを制御する。
【００１１】
このように、動作速度で吐出量・吸引量を調整して、各ポンプの吐出量・吸引量の誤差を補正することにより、送液圧力の変動を抑制することができる。
【００１２】
なお、第１の形態の送液装置の前記動作速度制御手段は、前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの少なくとも一方の補正後動作速度を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成することができる。
【００１３】
記憶手段に記憶する補正後動作速度は、吐出ポンプの動作速度でも、吸引ポンプの動作速度でも、その両者であってもよい。補正後動作速度で前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプを駆動させることにより、１のピペットチップからの吐出量と、他のピペットチップへの吸引量との誤差調整を行うことができる。
【００１４】
また、第１の形態の送液装置が、前記ピペット対を複数有し、前記動作速度制御手段は、複数の前記ピペット対の各々について前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吸引ポンプの各々の補正後動作速度、を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成することもできる。
【００１５】
このように、ピペット対を複数有するマルチチャンネルの送液装置の場合には、吸引ポンプ側のみ補正後動作速度で駆動させることにより、簡単に誤差調整を行うことができる。
【００１６】
本発明の第２の態様のバイオセンサーは、光の全反射減衰を利用して試料の反応状態を測定するバイオセンサーであって、供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され平坦な金属膜上にリガンドが固定されたセンサ面と、を有する測定ユニットと、前記測定ユニットの前記センサ面へ前記試料を送液する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の送液装置と、前記センサーチップの前記金属膜へ向かって光を出射する光学部材と、前記金属膜で反射された前記光を受光する受光部材と、を備えている。
【００１７】
上記バイオセンサーによれば、送液装置での送液圧力の変動が抑制されているので、送液不良が生じにくく、信頼性の高いバイオセンサーを得ることができる。
【００１８】
本発明の第３の形態の送液方法は、供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液方法であって、前記供給口及び排出口の各々へピペット対を挿入し、前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプによる単位時間あたりの吐出量と、前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプによる単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御するものである。
【００１９】
上記送液方法によれば、吐出ポンプ及び吸引ポンプの動作速度で各々の吐出量・吸引量の誤差を補正することにより、送液圧力の変動を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は上記構成としたので、送液圧力の変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００２２】
本発明のバイオセンサー１０は、金属膜の表面に発生する表面プラズモン共鳴を利用して、リガンドＤとアナライトＡとの相互作用を測定する、いわゆる表面プラズモンセンサーである。
【００２３】
図１に示すように、バイオセンサー１０は、トレイ保持部１２、搬送部1４、容器載置台１６、液体吸排部２０、光学測定部５４、及び、制御部６０を備えている。
【００２４】
トレイ保持部1２は、載置台１２Ａ、及び、ベルト１２Ｂを含んで構成されている。載置台1２Ａは、矢印Ｙ方向に架け渡されたベルト１２Ｂに取り付けられており、ベルト１２Ｂの回転により矢印Ｙ方向に移動可能とされている。載置台１２Ａ上には、トレイＴが載置される。トレイＴには、センサースティック４０が収納されている。センサースティック４０は、リガンドＤの固定されるチップであり、詳細については後述する。載置台１２Ａの下には、センサースティック４０を後述するスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げる、押上機構１２Ｄが配置されている。
【００２５】
センサースティック４０は、図２及び図３に示すように、誘電体ブロック４２、流路部材４４、保持部材４６、接着部材４８、及び、蒸発防止部材４９、で構成されている。
【００２６】
誘電体ブロック４２は、光ビームに対して透明な透明樹脂等で構成されており、断面が台形の棒状とされたプリズム部４２Ａ、及び、プリズム部４２Ａの両端部にプリズム部４２Ａと一体的に形成された被保持部４２Ｂを備えている。プリズム部４２Ａの互いに平行な２面の内の広い側の上面には、図４にも示すように金属膜５０が形成されている。この金属膜５０上に、バイオセンサー１０で解析するリガンドＤが固定される。誘電体ブロック４２は、いわゆるプリズムとして機能し、バイオセンサー１０での測定の際には、プリズム部４２Ａの対向する互いに平行でない２つの側面の内の一方から光ビームが入射され、他方から金属膜５０との界面で全反射された光ビームが出射される。
【００２７】
金属膜５０の表面には、図４に示すように、リンカー層５０Ａが形成されている。リンカー層５０Ａは、リガンドＤを金属膜５０上に固定化するための層である。リンカー層５０Ａ上には、リガンドＤが固定されアナライトＡとリガンドＤとの反応が生じる測定領域（Ｅ１）と、リガンドＤが固定されず、前記測定領域Ｅ１の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（Ｅ２）とが形成される。この参照領域Ｅ２は、上述したリンカー層５０Ａを製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー層５０Ａに対して表面処理を施して、リガンドＤと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー層５０Ａの半分が測定領域Ｅ１となり、残りの半分が参照領域Ｅ２となる。このように、結合基を失活させるためには、上記、ブロッキングに用いたエタノールアミン−ヒドロクロライドを用いることができる。参照領域Ｅ２の別の構成方法としては、参照領域Ｅ２にカルボキシルメチルデキストランの代わりに、例えば、アルキルチオールを配するようにすれば、アルキル基を表面に配することが出来、アルキル基は、アミノカップリング法でリガンド結合させることは出来ないので、参照領域Ｅ２として使うことができる。
【００２８】
図５にも示すように、液体流路４５に露出されたリンカー層５０Ａの、参照領域Ｅ２以外の部分には、リガンドＤが固定されている。参照領域Ｅ２にはリガンドＤは固定されていない。参照領域Ｅ２、及び、参照領域Ｅ２よりも上流側に位置する測定領域Ｅ１には、各々光ビームＬ２、Ｌ１が入射される。参照領域Ｅ２は、リガンドＤの固定された測定領域Ｅ１から得られるデータを補正するために設けられた領域である。
【００２９】
プリズム部４２Ａの両側面には、上側の端辺に沿って保持部材５２と係合される係合凸部４２Ｃが、下側の端辺に沿ってプリズム部４２Ａの上面と垂直な仮想面の延長上に構成される垂直凸部４２Ｄが、各々７箇所に形成されている。また、誘電体ブロック４２の下面の長手方向に沿った中央部には、係合溝４２Ｅが形成されている。
【００３０】
流路部材４４は、誘電体ブロック４２よりもわずかに狭幅の直方体状とされ、図３に示すように、誘電体ブロック４２の金属膜５０上に６個並べて配置されている。各々の流路部材４４の下面には流路溝４４Ａが形成されており、上面に形成された供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと連通されて、金属膜５０との間に、液体流路４５が構成される。したがって、１本のセンサースティック４０には、独立した６個の液体流路４５が構成される。流路部材４４の側壁には、保持部材４６の内側の図示しない凹部に圧入されて保持部材４６との密着性を確保するための凸部４４Ｂが形成されている。
【００３１】
なお、液体流路４５には、蛋白質を含む液体が供給されることが想定されるので、流路部材４４への蛋白質の固着を防止するため、流路部材４４の材料としては、蛋白質に対する非特異吸着性を有しないことが好ましい。
【００３２】
保持部材４６は、長尺とされ、上面板４６Ａ及び２枚の側面板４６Ｂで構成されている。側面板４６Ｂには、誘電体ブロック４２の係合凸部４２Ｃと係合される係合孔４６Ｃが形成されている。保持部材４６は、６個の流路部材４４を間に挟んで係合孔４６Ｃと係合凸部４２Ｃとが係合されて、誘電体ブロック４２に取り付けられる。これにより、流路部材４４は、誘電体ブロック４２に取り付けられる。上面板４６Ａには、流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂと対向する位置に、流路部材４４に向けて狭くなるテーパー状のピペット挿入孔４６Ｄが形成されている。また、隣り合うピペット挿入孔４６Ｄとピペット挿入孔４６Ｄとの間には、位置決め用のボス４６Ｅが形成されている。
【００３３】
保持部材４６の上面には、蒸発防止部材４９が接着部材４８を介して接着されている。接着部材４８のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置にはピペット挿入用の孔４８Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４８Ｅが形成されている。また、蒸発防止部材４９のピペット挿入孔４６Ｄと対向する位置には十字状の切り込みであるスリット４９Ｄが形成され、ボス４６Ｅと対向する位置には位置決め用の孔４９Ｅが形成されている。ボス４６Ｅを孔４８Ｅ及び４９Ｅに挿通させて、蒸発防止部材４９を保持部材５２の上面に接着することにより、蒸発防止部材４９のスリット４９Ｄと流路部材４４の供給口４５Ａ及び排出口４５Ｂとが対向するように構成される。ピペットチップＣＰの非挿入時には、スリット４９Ｄ部分が供給口４５Ａを覆い、液体流路４５に供給されている液体の蒸発が防止される。
【００３４】
図１に示すように、バイオセンサー１０の搬送部１４は、上部ガイドレール１４Ａ、下部ガイドレール１４Ｂ、及び、スティック保持部材１４Ｃ、を含んで構成されている。上部ガイドレール１４Ａ及び下部ガイドレール１４Ｂは、トレイ保持部１２及び光学測定部５４の上部で、矢印Ｙ方向と直交する矢印Ｘ方向に水平に配置されている。上部ガイドレール１４Ａには、スティック保持部材１４Ｃが取り付けられている。スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０の両端部の被保持部４２Ｂを保持可能とされていると共に、上部ガイドレール１４Ａに沿って移動可能とされている。スティック保持部材１４Ｃに保持されたセンサースティック４０の係合溝４２Ｅと下部ガイドレール１４Ｂとが係合され、スティック保持部材１４Ｃが矢印Ｘ方向に移動することにより、センサースティック４０が光学測定部５４上の測定部５６に搬送される。また、測定部５６には、測定時にセンサースティック４０を押さえる押さえ部材５８が備えられている。押さえ部材５８は、図示しない駆動機構によりＺ方向に移動可能とされ、測定部５６に配置されたセンサースティック４０を上側から押圧する。
【００３５】
容器載置台１６には、アナライト溶液プレート１７、バッファー液ストック容器１８、廃液容器１９が載置されている。アナライト溶液プレート１７は、マトリクス状に区画されており、各種のアナライト溶液がストックされている。バッファー液ストック容器１８は、容器１８Ａ〜１８Ｅで構成されており、各種のバッファ液がストックされている。容器１８Ａ〜１８Ｅには、後述するピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。廃液容器１９は、複数の容器１９Ａ〜１９Ｅで構成されており、バッファー液ストック容器と同様にピペットチップＣＰを挿入可能な開口Ｋが形成されている。
【００３６】
液体吸排部２０は、ヘッド２４、及び、吸排駆動部２６を含んで構成されている。ヘッド２４は、図示しない搬送レールに沿って矢印Ｙ方向に移動可能とされている。また、ヘッド２４は、ヘッド２４内部の図示しない駆動機構により、鉛直方向（矢印Ｚ方向）にも移動可能とされている。ヘッド２４は、図６に示すように、一対のピペット部２４Ａ、２４Ｂを備えている。ピペット部２４Ａ、２４Ｂには、先端部にピペットチップＣＰが取り付けられ、個々にＺ方向の長さを調整可能とされている。ピペットチップＣＰは、図示しないピペットチップストッカーに多数ストックされており、必要に応じて交換可能とされている。
【００３７】
吸排駆動部２６は、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８で構成されている。吐出ポンプ２７は、シリンジポンプで構成されており、吐出シリンダ２７Ａ、吐出ピストン２７Ｂ、及び、吐出ピストン２７Ｂを駆動させる吐出モータ２７Ｃを備えている。また、吸引ポンプ２８も、シリンジポンプで構成されており、吸引シリンダ２８Ａ、吸引ピストン２８Ｂ、及び、吸引ピストン２８Ｂを駆動させる吸引モータ２８Ｃを備えている。吐出モータ２７Ｃ及び吸引モータ２８Ｃは、後述する制御部６０内の吐出用ドライバ６０Ｄ、吸引用ドライバ６０Ｅと接続されている。
【００３８】
光学測定部５４は、図７に示すように、光源５４Ａ、第１光学系５４Ｂ、第２光学系５４Ｃ、受光部５４Ｄ、信号処理部５４Ｅ、を含んで構成されている。光源５４Ａからは、発散状態の光ビームＬが出射される。光ビームＬは、第１光学系５４Ｂを介して、２本の光ビームＬ１、Ｌ２となり、測定部５６に配置された誘電体ブロック４２の測定領域Ｅ１と参照領域Ｅ２に入射される。測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２において、光ビームＬ１、Ｌ２は、金属膜５０と誘電体ブロック４２との界面に対して種々の入射角成分を含み、かつ全反射角以上の角度で入射される。光ビームＬ１、Ｌ２は、誘電体ブロック４２と金属膜５０との界面で全反射される。全反射された光ビームＬ１、Ｌ２も、種々の反射角成分をもって反射される。この全反射された光ビームＬ１、Ｌ２は、第２光学系５４Ｃを経て受光部５４Ｄで受光されて、各々光電変換され、光検出信号が信号処理部５４Ｅへ出力される。信号処理部５４Ｅでは、入力された光検出信号に基づいて所定の処理が行なわれ、測定領域Ｅ１及び参照領域Ｅ２の全反射減衰角のデータ（以下「全反射減衰角データ」という）が求められる。この全反射減衰角データが制御部６０へ出力される。
【００３９】
制御部６０は、バイオセンサー１０の全体を制御する機能を有し、図７に示すように、光源５４Ａ、信号処理部５４Ｅ、及び、バイオセンサー１０の図示しない駆動系と接続されている。
【００４０】
また、制御部６０は、図８に示すように、ＣＰＵ６０Ａ、ＲＯＭ６０Ｂ、ＲＡＭ６０Ｃ、吐出用ドライバ６０Ｄ、吸引用ドライバ６０Ｅ、メモリ６０Ｆ、インターフェース６０Ｈ、６０Ｉ、６０Ｊを備え、これらは、バス６０Ｇで互いに接続されている。吐出用ドライバ６０Ｄは吐出モータ２７Ｃと接続され、吸引用ドライバ６０Ｅは吸引モータ２８Ｃと接続されている。制御部６０には、インターフェース６０Ｈを介して、各種の情報を表示する表示部６２、各種の指示、情報を入力するための入力部６４と接続され、インターフェース６０Ｉを介して、信号処理部５４Ｅ、光源５４Ａが接続され、インターフェース６０Ｊを介してヘッド２４が接続されている。ＲＯＭ６０Ｂには、ヘッド２４、吐出ポンプ２７、及び、吸引ポンプ２８の制御用プログラム等が格納されている。
【００４１】
メモリ６０Ｆには、図９に示すように、吐出ポンプ２７と吸引ポンプ２８との間の単位時間あたりの吐出量と吸引量との差分Ｓと、この差分Ｓをキャンセルするための吐出ポンプ２７及び吸引ポンプ２８の動作速度α、β（補正後動作速度α、β）が対応づけられた補正テーブルＴが記憶されている。ここでの差分Ｓは、シリンジポンプのシリンダの内径の誤差に起因するものである。また、補正後動作速度α、βは、必ずしも速度そのものである必要はなく、パルスモータのパルス数や、速度の増減割合であってもよい。また、吐出ポンプ２７または吸引ポンプ２８のいずれかのみの補正後動作速度のみであってもよい。本実施形態のバイオセンサー１０での差分Ｓは、予め測定により求められており、採用する動作速度α、βは選択されている。各々の値を、Ｓ１、α１、β１とする。
【００４２】
次に、バイオセンサー１０での、測定について説明する。
【００４３】
バイオセンサー１０の載置台１２Ａには、リガンドＤが固定化され、液体流路４５に保存液Ｃが充填されたセンサースティック４０入りのトレイがセットされている。また、アナライト溶液プレート１７には、所定のアナライト溶液がセットされている。
【００４４】
まず、押上機構１２Ｄにより、１のセンサースティック４０がスティック保持部材１４Ｃの位置まで押し上げられ、スティック保持部材１４Ｃにより保持される。そして、スティック保持部材１４Ｃは、センサースティック４０を保持したまま下部ガイドレール１４Ｂに沿って移動して、センサースティック４０を測定部５６へ搬送する。測定部５６へ搬送されたセンサースティック４０は、所定の測定位置に位置決めされて押さえ部材５８により、上部から押圧され固定される。
【００４５】
入力部６４から測定開始の指示が入力されると、制御部６０では、図１０に示す測定処理が実行される。
【００４６】
まず、ステップＳ１２で、光源５４Ａへ光ビームＬの出射指示信号を出力する。これにより、光源５４Ａから光ビームＬが出射される。出射された光ビームＬは、第１光学系５４Ｂで２本の光ビームＬ１、Ｌ２となり、液体流路４５の測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２へ各々入射される。また、ステップＳ１４で、受光部５４Ｄ及び信号処理部５４Ｅへ、作動指示信号を出力する。これにより、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２で全反射され第２光学系５４Ｃを経た光ビームＬ１、Ｌ２は、受光部５４Ｄで受光され、受光された光は、測定領域Ｅ１、参照領域Ｅ２毎に光電変換されて光検出信号が信号処理部５４Ｅへ出力される。信号処理部５４Ｅでは、光検出信号に所定の処理が加えられ、全反射減衰角データが生成され、制御部６０へ出力される。
【００４７】
制御部６０では、ステップＳ１６で、所定時間経過したかどうかを判断し、所定時間の経過後、ステップＳ１８で、入力された全反射減衰角データをメモリ６０Ｆへ記憶する。そして、ステップＳ２０で、測定領域Ｅ１からの光検出信号により得られる全反射減衰角データを、参照領域Ｅ２からの光検出信号により得られる全反射減衰角データで補正して、リガンドＤとアナライト溶液ＹＡ中のアナライトＡとの結合状態を示す結合状態データを生成する。そして、ステップＳ２２で、結合状態データを表示部６２へ出力する。これにより、所定時間毎の結合状態データがメモリ６０Ｆへ記憶されると共に、表示部６２へ表示される。表示部６２へは、時間毎の結合状態データがグラフ化されて出力される。この測定処理は、測定処理終了信号を受けるまで継続される。
【００４８】
一方、入力部６４からアナライト供給開始の指示が入力されると、制御部６０では、図１１に示すアナライト供給処理が実行される。
【００４９】
まず、ステップＳ３０で、アナライト溶液ＹＡをピペットチップＣＰＡへ吸引することにより、アナライト溶液ＹＡを取得する。すなわち、ヘッド２４をアナライト溶液ＹＡのセットされたアナライト溶液プレート１７の上部に移動させ、ピペット部２４Ａを下側に下降させて、ピペット部２４Ａに取り付けられているピペットチップＣＰＡの先端のみをアナライト溶液ＹＡが貯留されたセルへ挿入する。そして、吐出モータ２７Ｃにより吐出ピストン２７Ｂを吐出シリンダ２７Ａ内が負圧になるように駆動させ、ピペットチップＣＰＡ内にアナライト溶液ＹＡを吸引する。
【００５０】
次に、ステップＳ３１で、ヘッド２４をセンサースティック４０上へ移動させ、ステップＳ３２で、ピペットチップＣＰＡを供給口４５Ａへ挿入し、ピペットチップＣＰＢを排出口４５Ｂへ挿入する。
【００５１】
ステップＳ３３で、メモリ６０Ｆから補正後動作速度α１、β１を読み出し、ステップＳ３４で、補正後動作速度α１、β１で吐出モータ２７Ｃ、吸引モータ２８Ｃが駆動されるように吐出用ドライバ６０Ｄ、吸引用ドライバ６０Ｅへ指示を出力する。これにより、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８が駆動されて、ピペットチップＣＰＡからアナライト溶液ＹＡが吐出されて液体流路４５内へ注入され、ピペットチップＣＰＢへ液体流路４５に充填されていたバッファー液が吸引される。
【００５２】
ステップＳ３５で、所定量のアナライト溶液ＹＡを供給するための所定時間が経過するまで待機し、所定時間経過後に、ステップＳ３６で、吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８を停止させる。
【００５３】
ステップＳ３７で、ピペットチップＣＰＡ、ピペットチップＣＰＢを、供給口４５Ａ、排出口４５Ｂから抜き出し、ステップＳ３８で、ピペットチップＣＰＢへ吸引したバッファー液を、廃液容器１９へ排出して、本アナライト供給処理が終了する。
【００５４】
一方、測定処理も、測定終了指示信号を受けて終了される。
【００５５】
本実施形態では、液体流路４５へのアナライト溶液ＹＡの送液を、補正後動作速度α１、β１で吐出ポンプ２７、吸引ポンプ２８を駆動させて行うので、単位時間あたりの液体流路４５への吐出量と液体流路４５からの吸引量との誤差がキャンセルされ、送液圧力の変動を抑制することができる。そして、送液圧力の変動が抑制されるので、送液不良が生じにくくなり、バイオセンサー１０の信頼性を高くすることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、アナライト溶液ＹＡの送液時における排出ポンプ２７、吸引ポンプ２８の動作速度の補正について説明したが、その他の液体、例えば、バッファー液や洗浄液などの送液の場合でも、同様に制御を行うことにより、送液圧力の変動を抑制することができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、ヘッド２４に一対のピペット部２４Ａ、２４Ｂが設けられた例について説明したが、複数対のピペット部を設け、一度に複数の液体流路４５へ送液するマルチチャネル構成としてもよい。この場合には、例えば、図１２に示すように、ヘッド７４に６対、１２本のピペット部７４Ａ〜Ｌを設ける。そして、供給口４５Ａへ挿入する側のピペット部７４Ａ、７４Ｃ、７４Ｅ、７４Ｇ、７４Ｉ、７４Ｋ、の各吐出ポンプ２７を１つの吐出用ドライバ６０Ｄで駆動させる。一方、排出口４５Ｂへ挿入する側のピペット部７４Ｂ、７４Ｄ、７４Ｆ、７４Ｈ、７４Ｊ、７４Ｌ、の各吸引ポンプ２８は、各々に対応する吸引用ドライバ６０Ｅで駆動させる。
【００５８】
吐出量と吸引量との差分Ｓをキャンセルするための補正後動作速度については、図１３に示すように、ピペット対ごとに、吸引ポンプ２８の補正後動作速度βのみを記憶しておき、対応する各吸引用ドライバ６０Ｅを用いて各吸引ポンプ２８を各々の補正後動作速度βで駆動させる。
【００５９】
マルチチャネル構成の場合には、上記のように、吸引ポンプ２８側の動作速度のみを調整することにより、簡易な構成で吐出量と吸引量の誤差をキャンセルすることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、液体流路４５への各種液体の供給を、液体をピペットチップＣＰＡ側から吐出させピペットチップＣＰＢ側で吸引することにより行ったが、所望により液体をピペットチップＣＰＢ側からピペットチップＣＰＡ側へ逆流できる構成としてもよい。この場合には、吐出ポンプ２７には吸引動作、吸引ポンプ２８には吐出動作を行わせ、各々の補正後動作速度α、βとして、前述の補正テーブルＴの負の値を採用することにより、逆流時にも誤差を補正して送液圧力の変動を抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、バイオセンサーとして、表面プラズモンセンサーを一例として説明したが、バイオセンサーとしては、表面プラズモンセンサーに限定されるものではない。その他の例えば、水晶発振子マイクロバランス（ＱＣＭ）測定技術、金のコロイド粒子から超微粒子までの機能化表面を使用した光学的測定技術など、あらゆるバイオセンサーを用いてのアナライトの回収に本発明は適用することができる。
【００６２】
また、全反射減衰を利用する他のバイオセンサーとしては、漏洩モード検出器をあげることができる。漏洩モードセンサは、誘電体と、この上に順に層設されたクラッド層と光導波層とによって構成された薄膜とからなり、この薄膜の一方の面がセンサ面となり、他方の面が光入射面となる。光入射面に全反射条件を満たすように光を入射させると、その一部が前記クラッド層を透過して前記光導波層に取り込まれる。そして、この光導波層において、導波モードが励起されると、前記光入射面における反射光が大きく減衰する。導波モードが励起される入射角は、表面プラズモン共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態のバイオセンサーの全体斜視図である。
【図２】本実施形態のセンサースティックの斜視図である。
【図３】本実施形態のセンサースティックの分解斜視図である。
【図４】本実施形態のセンサースティックの１の液体流路部分の断面図である。
【図５】本実施形態のセンサースティックの測定領域及び参照領域へ光ビームが入射している状態を示す図である。
【図６】本実施形態の液体吸排部の概略構成図である。
【図７】本実施形態のバイオセンサーの光学測定部付近の概略図である。
【図８】本実施形態の制御部とその周辺の概略ブロック図である。
【図９】本実施形態の補正テーブルである。
【図１０】本実施形態の測定処理のフローチャートである。
【図１１】本実施形態のアナライト供給処理のフローチャートである。
【図１２】本実施形態の液体吸排部の変形例を示す概略構成図である。
【図１３】本実施形態の補正テーブルの変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０ バイオセンサー
２０ 液体吸排部
２４Ａ ピペット部
２４Ｂ ピペット部
２４ ヘッド
２６ 吸排駆動部
２７ 吐出ポンプ
２８ 吸引ポンプ
４０ センサースティック
４４ 流路部材
４５ 液体流路
４５Ａ 供給口
４５Ｂ 排出口
６０Ｆ メモリ
６０Ｅ 吸引用ドライバ
６０ 制御部
６０Ｄ 吐出用ドライバ
７４Ａ ピペット部
７４Ｂ ピペット部
７４ ヘッド
ＣＰＡ ピペットチップ
ＣＰＢ ピペットチップ
Ｓ 差分
Ｔ 補正テーブル
α 補正後動作速度
β 補正後動作速度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液装置であって、
前記供給口及び排出口の各々へ挿入されるピペット対と、
前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプと、
前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプと、
前記吐出ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吐出量と、前記吸引ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御する動作速度制御手段と、
を備えた送液装置。
【請求項２】
前記動作速度制御手段は、前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの少なくとも一方の補正後動作速度、を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の送液装置。
【請求項３】
前記ピペット対を複数有し、
前記動作速度制御手段は、複数の前記ピペット対の各々について前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吸引ポンプの各々の補正後動作速度、を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の送液装置。
【請求項４】
光の全反射減衰を利用して試料の反応状態を測定するバイオセンサーであって、
供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され平坦な金属膜上にリガンドが固定されたセンサ面と、を有する測定ユニットと、
前記測定ユニットの前記センサ面へ前記試料を送液する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の送液装置と、
前記センサーチップの前記金属膜へ向かって光を出射する光学部材と、
前記金属膜で反射された前記光を受光する受光部材と、
を備えた、バイオセンサー。
【請求項５】
供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液方法であって、
前記供給口及び排出口の各々へピペット対を挿入し、
前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプによる単位時間あたりの吐出量と、前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプによる単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御する、
送液方法。
【請求項１】
供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液装置であって、
前記供給口及び排出口の各々へ挿入されるピペット対と、
前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプと、
前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプと、
前記吐出ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吐出量と、前記吸引ポンプによる前記ピペットからの単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御する動作速度制御手段と、
を備えた送液装置。
【請求項２】
前記動作速度制御手段は、前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの少なくとも一方の補正後動作速度、を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の送液装置。
【請求項３】
前記ピペット対を複数有し、
前記動作速度制御手段は、複数の前記ピペット対の各々について前記吐出量と前記吸引量の差分をキャンセルするための前記吸引ポンプの各々の補正後動作速度、を記憶する記憶手段と、前記補正後動作速度で前記吸引ポンプを駆動させるポンプドライバと、を含んで構成されていること、を特徴とする請求項１に記載の送液装置。
【請求項４】
光の全反射減衰を利用して試料の反応状態を測定するバイオセンサーであって、
供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され平坦な金属膜上にリガンドが固定されたセンサ面と、を有する測定ユニットと、
前記測定ユニットの前記センサ面へ前記試料を送液する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の送液装置と、
前記センサーチップの前記金属膜へ向かって光を出射する光学部材と、
前記金属膜で反射された前記光を受光する受光部材と、
を備えた、バイオセンサー。
【請求項５】
供給口及び排出口を有する流路と、前記流路中に露出され試料の反応を検出するためのセンサ面と、を有する測定ユニットの、前記センサ面へ前記試料を送液する送液方法であって、
前記供給口及び排出口の各々へピペット対を挿入し、
前記ピペット対のうちの一方のピペットから試料を吐出させる吐出ポンプによる単位時間あたりの吐出量と、前記ピペット対のうちの他方のピペットへ試料を吸引させる吸引ポンプによる単位時間あたりの吸引量と、の差分がキャンセルされるように前記吐出ポンプ及び前記吸引ポンプの動作速度を制御する、
送液方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００７−９３４４４（Ｐ２００７−９３４４４Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８４５２９（Ｐ２００５−２８４５２９）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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