送液装置及びその送液方法並びに全反射減衰を利用した測定装置
【課題】 ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションを防止する。
【解決手段】 固定機１０には、ＬＤ６１とＰＤ６２とからなる液面センサ６０が設けられている。ＬＤ６１は、流路１６に注入された液体の液面に向けて検出光ＤＢを照射する。ＰＤ６２は、流路１６に注入された液体の液面が適正な位置にある際に、液面で反射した検出光ＤＢを受光するように配置されている。液面センサ６０は、液面の高さに応じて検出光ＤＢの受光状況を変化させることにより、液面の高さが適正な位置か否かを検出する。液面の高さは、流路１６に注入された液体の量に比例するので、このように液面の高さを検出することによって、送液不良の発生をオペレータに認識させることができる。これにより、ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションが防止される。
【解決手段】 固定機１０には、ＬＤ６１とＰＤ６２とからなる液面センサ６０が設けられている。ＬＤ６１は、流路１６に注入された液体の液面に向けて検出光ＤＢを照射する。ＰＤ６２は、流路１６に注入された液体の液面が適正な位置にある際に、液面で反射した検出光ＤＢを受光するように配置されている。液面センサ６０は、液面の高さに応じて検出光ＤＢの受光状況を変化させることにより、液面の高さが適正な位置か否かを検出する。液面の高さは、流路１６に注入された液体の量に比例するので、このように液面の高さを検出することによって、送液不良の発生をオペレータに認識させることができる。これにより、ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションが防止される。
【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溶液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表面プラズモン共鳴などの全反射減衰を利用した測定装置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測定装置が知られている。
【０００３】
このような全反射減衰を利用した測定装置の１つに、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）現象を利用した測定装置（以下、ＳＰＲ測定装置と称す）がある。なお、表面プラズモンとは、金属中の自由電子が集団的に振動することによって生じ、その金属の表面に沿って進む自由電子の粗密波である。
【０００４】
例えば、特許文献１などで知られるＫｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置を採用したＳＰＲ測定装置では、透明な誘電体（以下、プリズムと称す）上に形成された金属膜の表面をセンサ面として、このセンサ面上で試料を反応させた後、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。
【０００５】
全反射条件を満たすように金属膜に照射された光のうち、エバネッセント波と呼ばれるわずかな光は、反射せずに金属膜内を透過してセンサ面側に染み出す。この際、エバネッセント波の振動数と表面プラズモンの振動数とが一致するとＳＰＲが発生し、反射光の強度を大きく減衰させる。また、この減衰が発生する光の入射角度（共鳴角）は、金属膜上の屈折率に応じて変化する。すなわち、ＳＰＲ測定装置は、金属膜からの反射光を捉えて共鳴角を検出することにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。
【０００６】
ところで、タンパク質やＤＮＡなどの生体試料は、乾燥による変性や失活を防ぐため、生理的食塩水や純水、または各種のバッファ液などの溶媒に溶かされた試料溶液として扱われることが多い。特許文献１記載のＳＰＲ測定装置は、こうした生体試料の相互作用などを調べるものであり、センサ面の上には試料溶液を送液するための流路が設けられている。なお、この流路とプリズムは、装置本体に設けられた測定ステージに配置されており、ガラス基板上に金属膜を形成したチップ型のセンサユニットを測定ステージに装着することで、前述の測定が行われる。
【０００７】
特許文献１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、試料溶液を保管する容器から直接流路に試料溶液を送り込むようにしているが、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溶液中に混入してしまう、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。
【０００８】
この問題を解決するため、本出願人は、先端に小孔が形成された略円錐筒状のピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部とからなるピペットを用いて、容器に保管された試料溶液などの液体を流路に送液するＳＰＲ測定装置を提案している（例えば、特願２００４−２８７６１５号明細書参照）。このＳＰＲ測定装置では、送液する液体毎にピペットチップを交換することで、流路に液体を送り込む際に生じるコンタミネーションを防止することができる。
【０００９】
また、このＳＰＲ測定装置では、流路が形成された流路部材と、上面に金属膜が形成されたプリズムと、流路部材の底面とプリズムの上面とを接合させた状態（流路と金属膜とを対面させた状態）で保持する保持部材とからなるセンサユニットを用いている。流路は、流路部材を略Ｕ字状に刳り貫いて形成される送液管であり、その両端を流路部材の上面に露呈させている。ピペットを用いて流路内に液体を送り込む際には、流路の両端部のそれぞれにピペットの先端が挿し込まれるか、あるいは押し当てられる。このように２本のピペットを接続した後、一方のピペットで吸引して流路内の液体（もしくは空気）を排出させながら、他方のピペットで液体を吐出し、流路内の流体を入れ換えるようにして行われる。
【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】
【００１０】
しかしながら、ピペットを用いる方法では、挿し込みや押し当ての過不足などといったピペットの接続不良、及び先端からの液漏れなどに起因して、予め決められた液量よりも多くの液体が流路に注入されてしまうことがあった。流路に注入、及び排出する液量は、本来一定となるように制御されているため、不慮に多く注入された分は、次の液体を送液する際に排出しきれず、流路内に残ってしまう。このため、前後に送液した異種の液体が流路内で混ざり合ってしまい、いわゆるコンタミネーションの要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションを防止する送液装置と、その送液方法、及び全反射減衰を利用した測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を達成するため、本発明の送液装置は、複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットが着脱自在にセットされ、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれ、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入して前記試料を前記薄膜層に送り込むピペットと、前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、前記液面検出手段は、前記液面に向けて検出光を照射する発光部と、前記液面で反射した前記検出光を受光する受光部とからなることが好ましい。また、前記発光部は、指向性を有していることが好適である。
【００１４】
また、前記液面の高さが適正な位置ではないことを前記液面検出手段が検出した際に、通常の処理とは異なる異常検出処理を実施する異常制御手段を設けるようにしてもよい。この際、前記異常制御手段は、前記前記異常検出処理として、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを実施することが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の送液方法は、複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットに対して、前記各出入口の少なくとも１つにピペットを挿し込み、このピペットによって前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入した後、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出し、適正な位置にあると検出された際にのみ、次の前記液体を前記流路に送り込むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記液体の液面の高さが適正な位置ではないと検出された際には、少なくとも、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを含む異常検出処理を実施することが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するための薄膜層を一面に形成した誘電体ブロックとが対向して設けられたセンサユニットに対して、全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する光検出手段と、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれ、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入して前記試料を前記薄膜層に送り込むピペットと、前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、試料溶液を含む液体を流路に注入した際に、ピペットが挿し込まれる出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを液面検出手段によって検出するようにした。液面の高さは、流路に注入された液体の量に比例するので、この液面の高さが適正な位置にないときには、ピペットで液体を流路に注入する際に、送液不良が発生したと判断することができる。これにより、送液不良の発生をオペレータに認識させることが可能となるので、動作を停止させたり、送液をやり直したりすることによって、ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に示すように、ＳＰＲを利用した測定方法は、大きく分けて、固定工程と、測定工程（データ読み取り工程）と、データ解析工程との３つの工程からなる。ＳＰＲ測定装置は、固定工程を行う固定機１０と、測定工程を行う測定機１１と、測定機１１によって得られたデータを解析するデータ解析機とからなる。
【００２０】
測定は、ＳＰＲセンサであるセンサユニット１２を用いて行われる。センサユニット１２は、一方の面がＳＰＲが発生するセンサ面１３ａとなる金属膜（薄膜層）１３と、このセンサ面１３ａの裏面の光入射面１３ｂと接合されるプリズム（誘電体ブロック）１４と、前記センサ面１３ａと対向して配置され、リガンドやアナライトが送液される流路１６が形成された流路部材４１とを備えている。
【００２１】
金属膜１３としては、例えば、金や銀などが使用され、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。この膜厚は、金属膜の素材、照射される光の発光波長などに応じて適宜選択される。プリズム１４は、その上面に前記金属膜１３が形成される透明な誘電体であり、光入射面１３ｂに向けて、全反射条件を満たすように照射された光を集光する。流路１６は、略Ｕ字形に屈曲された送液管であり、液体を注入する注入口（出入口）１６ａと、それを排出する排出口（出入口）１６ｂとを持っている。流路１６の管径は、例えば、約１ｍｍ程度であり、注入口１６ａと排出口１６ｂの間隔は、例えば、約１０ｍｍ程度である。
【００２２】
また、流路１６の底部は、開放されており、この開放部位はセンサ面１３ａによって覆われて密閉される。これら流路１６とセンサ面１３ａによってセンサセル１７が構成される。後述するように、センサユニット１２は、こうしたセンサセル１７を複数個備えている（図３参照）。
【００２３】
固定工程は、センサ面１３ａにリガンドを固定する工程である。固定工程は、センサユニット１２を固定機１０にセットして行われる。固定機１０には、１対のピペット１９ａ、１９ｂからなるピペット対１９が設けられている。ピペット対１９は、各ピペット１９ａ、１９ｂが、注入口１６ａと排出口１６ｂのそれぞれに挿入される。各ピペット１９ａ、１９ｂは、それぞれが流路１６への液体の注入と、流路１６からの吸い出しを行う機能を備えており、一方が注入動作を行っているときには、他方が吸い出し動作を行うというように、互いに連動する。このピペット対１９を用いて、注入口１６ａから、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１が注入される。
【００２４】
センサ面１３ａのほぼ中央部には、リガンドと結合するリンカー膜２２が形成されている。このリンカー膜２２は、センサユニット１２の製造段階において予め形成される。リンカー膜２２は、リガンドを固定するための固定基となるので、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。
【００２５】
リガンド溶液２１を注入するリガンド固定化処理を行う前には、まず、リンカー膜２２に固定用バッファ液が送液され、リンカー膜２２を湿らせてリガンドを結合しやすくするリンカー膜２２の活性化処理が施される。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜２２としてカルボキシメチルデキストランが使用され、リガンド内のアミノ基をこのデキストランに直接共有結合させる。この場合の活性化液としては、Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）とＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）との混合液が使用される。この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路１６が洗浄される。
【００２６】
固定用バッファ液や、リガンド溶液２１の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度などは、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンドとして生体物質を使用する場合には、ｐＨを中性付近に調整した生理的食塩水が使用される場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜２２は、カルボキシメチルデキストランにより負（マイナス）に帯電するので、このリンカー膜２２と結合しやすいようにタンパク質を正（プラス）に帯電させるため、生理的とはいえない高濃度のリン酸塩を含む緩衝作用の強いリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ：phosphatic−buffered，saline）などが使用される場合もある。
【００２７】
こうした活性化処理及び洗浄が行われた後、センサセル１７へリガンド溶液２１が注入されてリガンド固定化処理が行われる。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中で拡散しているリガンド２１ａが徐々にリンカー膜２２へ近づいて、結合する。こうしてセンサ面１３ａにリガンド２１ａが固定される。固定化には、通常、約１時間程度かかり、この間、センサユニット１２は、温度を含む環境条件が所定の条件に設定された状態で保管される。なお、固定化が進行している間、流路１６内のリガンド溶液２１を静置しておいてもよいが、流路１６内のリガンド溶液２１を攪拌して流動させることが好ましい。こうすることで、リガンドとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。
【００２８】
センサ面１３ａへのリガンド２１ａの固定化が完了すると、前記流路１６からリガンド溶液２１が排出される。リガンド溶液２１は、ピペット１９ｂによって吸い出されて排出される。固定化が完了したセンサ面１３ａは、流路１６へ洗浄液が注入されて洗浄処理が行われる。この洗浄後、必要に応じて、ブロッキング液を流路１６へ注入して、リンカー膜２２のうち、リガンドが結合しなかった反応基を失活させるブロッキング処理が行われる。ブロッキング液としては、例えば、エタノールアミン−ヒドロクロライドが使用される。このブロッキング処理の後、再び流路１６が洗浄される。この後、流路１６には、乾燥防止液が注入される。こうして、センサユニット１２は、センサ面１３ａが乾燥防止液に浸された状態で、測定までの間保管される。
【００２９】
測定工程は、センサユニット１２を測定機１１にセットして行われる。測定機１１にも、固定機１０のピペット対１９と同様のピペット対２６が設けられている。このピペット対２６によって、注入口１６ａから、流路１６へ各種の液が注入される。測定工程では、まず、流路１６へ測定用バッファ液が注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液２７を注入し、その後、再び測定用バッファ液が注入される。なお、最初に測定用バッファ液を注入する前に、いったん流路１６の洗浄を行ってもよい。データの読み取りは、基準となる信号レベルを検出するために、最初に測定用バッファを注入した直後から開始され、アナライト溶液２７の注入後、再び測定用バッファが注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベル（ベースライン）の検出、アナライトとリガンドの反応状況（結合状況）、測定用バッファ液の注入による結合したアナライトとリガンドとの脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。
【００３０】
測定用バッファ液や、アナライト溶液２７の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、アナライトを溶けやすくするために、生理的食塩水にＤＭＳＯ（ジメチル−スルホ−オキシド）を含ませてもよい。このＤＭＳＯは、信号レベルに大きく影響する。上述したとおり測定用バッファ液は基準レベルの検出に用いられるので、アナライトの溶媒中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を持つ測定用バッファ液を使用することが好ましい。
【００３１】
なお、アナライト溶液２７は、長期間（例えば、１年）保管されることも多く、そうした場合には、経時変化によって、初期のＤＭＳＯ濃度と測定時のＤＭＳＯ濃度との間に濃度差が生じてしまう場合がある。厳密な測定を行う必要がある場合には、こうした濃度差をアナライト溶液２７を注入したときの参照信号（ｒｅｆ信号）のレベルから推定し、測定データに対して補正（ＤＭＳＯ濃度補正）が行われる。
【００３２】
ここで、参照信号（ｒｅｆ信号）とは、後述するように、センサ面上に設けられリガンドが固定されない参照領域に対応するＳＰＲ信号であり、リガンドが固定されアナライトとの反応を生じる測定領域の測定信号（ａｃｔ信号）と比較参照される信号である。測定に際しては、前記測定信号と参照信号の２つの信号が検出され、データ解析に際しては、例えば、それら２つのＳＰＲ信号の差分を取り、これを測定データとして解析がなされる。こうすることで、例えば、複数のセンサセル間の個体差や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比の良好な信号が得られるようにしている。
【００３３】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液２７を注入する前に、ＤＭＳＯ濃度が異なる複数種類の測定用バッファ液をセンサセル１７に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じた、ｒｅｆ信号のレベルとａｃｔ信号のレベルのそれぞれの変化量を調べることにより求められる。
【００３４】
測定部３１は、照明部３２と検出器（光検出手段）３３からなる。上述したとおり、リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（光入射面に対して照射された光の入射角）の変化として表れるので、照明部３２は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を光入射面１３ｂに対して照射する。照明部３２は、例えば、光源３４と、集光レンズ、拡散板、偏光板を含む光学系３６とからなり、配置位置および設置角度は、照明光の入射角が、上記全反射条件を満足するように調整される。
【００３５】
光源３４としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が使用される。こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から１つのセンサセル１７に向けて光が照射される。なお、複数のセンサセル１７を同時に測定するような場合には、単一光源からの光を分光して複数のセンサセル１７に照射してもよいし、各センサセル１７に対して発光素子が１つずつ割り当てられるように複数の発光素子を並べて使用してもよい。拡散板は、光源３４からの光を拡散して、発光面内の光量ムラを抑える。偏光板は、照射光のうち、ＳＰＲを生じさせるｐ偏光のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源が発する光線自体の偏光の向きが揃っている場合には、偏光板は不要である。また、偏光が揃っている光源を使用した場合でも、拡散板を通過することにより、偏光の向きが不揃いになってしまう場合には、偏光板を使用して偏光の向きが揃えられる。こうして拡散および偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム１４に照射される。これにより、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光線を光入射面１３ｂに入射させることができる。
【００３６】
検出器３３は、光入射面１３ｂで反射する光を受光して、その光強度に応じたレベルの電気信号を出力する。光入射面１３ｂには、様々な角度で光線が入射するので、光入射面１３ｂでは、それらの光線が、それぞれの入射角に応じて様々な反射角で反射する。検出器３３は、これらの様々な反射角の光線を受光する。センサ面１３ａ上の媒質に変化が生じると屈折率が変化して、反射光の光強度が減衰する光の入射角（ＳＰＲが発生する共鳴角）も変化する。センサ面１３ａ上にアナライトを送液すると、アナライトとリガンドの反応状況に応じてセンサ面１３ａ上の屈折率が変化するため、それに応じて共鳴角も変化する。
【００３７】
検出器３３は、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが使用され、光入射面１３ｂにおいて様々な反射角で反射する反射光を受光し、それらを光電変換してＳＰＲ信号として出力する。リガンドとアナライトの反応状況は、この受光面内における反射光の減衰位置の推移として表れる。例えば、アナライトがリガンドと接触する前後では、センサ面１３ａ上の屈折率が異なり、ＳＰＲが発生する共鳴角が異なる。そして、アナライトがリガンドと接触して反応を開始すると、それに応じて共鳴角が変化を開始し、前記受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。こうして得た反応状況を表すＳＰＲ信号が、データ解析機に出力される。データ解析工程では、測定機１１で得たＳＰＲ信号を解析して、アナライトの特性を分析する。
【００３８】
なお、測定部３１の構成が明確になるように、便宜的に、図１では、光入射面１３ｂへの入射光線およびそこで反射する反射光線の向きが、流路１６内の液体の流れ方向と平行になるように、照明部３２および検出器３３を配置した形態で示しているが、図２に示すように、実際には、入射光線および反射光線の向きが、前記流れ方向と直交する方向に照射されるように、照明部３２および検出器３３が配置される。もちろん、測定部３１をこの図１に示しているように配置して測定してもよい。
【００３９】
図２に示すように、リンカー膜２２上には、リガンドが固定されアナライトとリガンドとの反応が生じる測定領域（ａｃｔ領域）２２ａと、リガンドが固定されず、前記測定領域の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（ｒｅｆ領域）２２ｂとが形成される。このｒｅｆ領域２２ｂは、上述したリンカー膜２２を製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー膜２２に対して表面処理を施して、リンカー膜２２の半分程度の領域について、リガンドと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー膜２２の半分がａｃｔ領域２２ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２２ｂとなる。
【００４０】
検出器３３は、ａｃｔ領域２２ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。これらａｃｔ信号とｒｅｆ信号は、基準レベルの検出から結合反応を経て脱離に至るまで、ほぼ同時に計測される。データ解析は、こうして得られたａｃｔ信号とｒｅｆ信号の差や比を求めて行われる。データ解析機は、例えば、ａｃｔ信号とｒｅｆ信号との差分データを求め、この差分データを測定データとし、これに基づいて解析を行う。こうすることで、上述したとおり、センサユニットや各センサセルの個体差や、装置の機械的な変動や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることができるので、精度の高い測定が可能になる。
【００４１】
照明部３２及び検出器３３は、これら各ａｃｔ信号及びｒｅｆ信号の２チャンネルの計測を行うことができるように構成されている。例えば、照明部３２を、１個の発光素子を反射ミラーなどを用いて、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂのそれぞれに向けて入射する複数の光線に分光する。そして、各チャンネル用の複数のフォトダイオードアレイで構成した検出器３３により、各光線をそれぞれ受光する。
【００４２】
また、検出器３３として、ＣＣＤエリアセンサを用いた場合には、同時に受光した各チャンネルの反射光を画像処理によってａｃｔ信号とｒｅｆ信号として認識することもできる。しかし、こうした画像処理による方法が難しい場合には、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂに対して入射させるタイミングを微小時間ずらして、各チャンネルの信号を受光するようにしてもよい。入射タイミングをずらす方法としては、例えば、光路上に、配置角度が１８０度ずれた位置に２つの孔が形成された円板を配置し、この円板を回転させることにより、各チャンネルの入射タイミングがずらされる。各孔は、中心からの距離が各領域２２ａ、２２ｂの間隔だけ異なる位置に配置されており、これにより、一方の孔が光路内に進入したときには、ａｃｔ領域２２ａに光線が入射し、他方の孔が光路内に進入したときには、ｒｅｆ領域２２ｂに光線が入射する。
【００４３】
図３は、センサユニット１２の分解斜視図である。センサユニット１２は、流路１６が形成された流路部材４１と、蒸着によって上面に金属膜１３が形成されたプリズム１４と、流路部材４１の底面とプリズム１４の上面とを接合させた状態で保持する保持部材４２とからなる。金属膜１３の表面には、リガンドを固定化するリンカー膜２２が複数（本例では６つ）設けられている。各リンカー膜２２は、長尺状のプリズム１４と金属膜１３との長手方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられている。流路部材４１は、このリンカー膜２２毎に用意され、各流路１６と各リンカー膜２２とが対面するように金属膜１３上に並べて配置される。なお、本例では、リンカー膜２２及び流路部材４１の数が６つの例を示しているが、これらの数は、６つに限らず、５つ以下でもよいし、７つ以上でもよい。また、本例では、１つの流路１６が形成された流路部材４１を６つ用いるようにしているが、６つの流路１６が並べて形成された長尺状の流路部材を用いるようにしてもよい。
【００４４】
流路部材４１は、略直方体状に成形されており、流路１６は、その長手方向に沿って略Ｕ字型に形成されている。この流路１６は、その底面に接合される金属膜１３とともにセンサセル１７（図１参照）を構成する。そのため、流路部材４１は、金属膜１３との密着性を高めるために、例えば、ゴムやＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などといった弾性材料で成形されている。流路部材４１の底面をプリズム１４の上面に圧接させると、流路部材４１が弾性変形して金属膜１３との接合面の隙間を埋める。これにより、流路１６の開放された底部がプリズム１４の上面によって水密に覆われる。
【００４５】
プリズム１４の長手方向の両側面には、保持部材４２の係合部４２ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、各流路部材４１が保持部材４２とプリズム１４とによって挟み込まれ、その底面とプリズム１４の上面とが圧接された状態で保持される。また、プリズム１４の短辺方向の両端部には、突部１４ｂが設けられている。センサユニット１２は、図示を省略したホルダに収納された状態で、固定機１０や測定機１１にセットされる。突部１４ｂは、ホルダのスリットと嵌合することにより、センサユニット１２をホルダ内の所定の収納位置に位置決めする。
【００４６】
なお、プリズム１４には、例えば、ホウケイクラウン（ＢＫ７）やバリウムクラウン（Ｂａｋ４）などに代表される光学ガラスや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）などに代表される光学プラスチックなどを用いることができる。
【００４７】
保持部材４２の上面には、各流路１６の注入口１６ａおよび排出口１６ｂに対応する位置に、ピペット（１９ａ、１９ｂ、２６ａ、２６ｂ）の先端が進入する受け入れ口４２ｂが形成されている。各受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出される液体が各注入口１６ａへ導かれるように、漏斗形状をしている。保持部材４２が各流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合すると、各受け入れ口４２ｂの下面は、注入口１６ａおよび排出口１６ｂと接合して、各受け入れ口４２ｂと流路１６とが連結される。
【００４８】
なお、センサユニット１２のプリズム１４や保持部材４２などに、例えば、非接触式のＩＣメモリであるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグなどを取り付けるようにしてもよい。例えば、読み込み専用のＲＦＩＤタグにセンサユニット１２毎の固有のＩＤ番号を書き込んでおき、各工程を行う前にこのＩＤ番号を読み込むことで、センサユニット１２の識別を行うことができる。これにより、複数のセンサユニット１２に対して同時に固定や測定を行う場合にも、間違ったアナライトの注入や、測定結果の取り違えなどといった問題の発生を防止することができる。さらには、読み書き可能なＲＦＩＤタグを用いて、例えば、固定したリガンドの種類やリガンドを固定させた日時、及び反応させたアナライトの種類などを、各工程毎に書き込んでいくようにしてもよい。
【００４９】
図４は、固定機１０の構成を概略的に示す構成図である。固定機１０は、略円錐筒状に形成されたピペットチップ５０を着脱自在に保持するピペットヘッド５１と、ピペットチップ５０内を加圧又は減圧してピペットチップ５０に液体の吸引と吐出とを行わせるポンプ５２と、ピペットヘッド５１を前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構５３と、固定機１０の各部を統括的に制御するコントローラ５４とを有している。
【００５０】
ピペットヘッド５１には、略円筒状に突出した２つのノズル５５が形成されている。各ノズル５５の外径は、ピペットチップ５０の内径とほぼ一致している。ピペットチップ５０は、各ノズル５５に挿し込まれた際に、ノズル５５との機械的な嵌め合いによってピペットヘッド５１に保持される。すなわち、各ピペット１９ａ、１９ｂは、各ノズル５５にピペットチップ５０を挿し込むことによって構成される。また、ピペットヘッド５１には、図示を省略したリリース機構が設けられており、各ノズル５５に挿し込まれたピペットチップ５０を押し下げて、ピペットチップ５０をピペットヘッド５１から取り外す。ピペットチップ５０は、送液する液体と直接接触するので、このピペットチップ５０を介して異種の液体の混液が生じないように、送液毎に交換される。
【００５１】
各ピペット１９ａ、１９ｂ毎に設けられた２つのポンプ５２には、例えば、シリンダとピストンとからなる、いわゆるシリンジポンプを用いることができる。各ポンプ５２は、配管５６とピペットヘッド５１とを介して、それぞれ各ノズル５５に接続されている。各ポンプ５２は、各ノズル５５へと至る配管経路内を減圧することによって各ピペット１９ａ、１９ｂに液体を吸引させるとともに、配管経路内を加圧することによって各ピペット１９ａ、１９ｂに吸引した液体を吐出させる。また、各ポンプ５２は、例えば、コントローラ５４と電気的に接続されている。コントローラ５４は、図示を省略したポンプドライバなどを介して各ポンプ５２に駆動信号を送信し、吸い込みや吐き出しのタイミング、及び吸い込み量や吐き出し量などを制御する。
【００５２】
ヘッド移動機構５３は、例えば、搬送ベルト、プーリ、キャリッジ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、コントローラ５４の制御の下、ピペットヘッド５１を前後左右上下の３方向に移動させる。固定機１０には、流路１６へ注入する種々の液体（リガンド溶液、洗浄液、固定用バッファ液、乾燥防止液、活性化液、ブロッキング液など）を保管する複数の液保管部や、複数のピペットチップ５０を保管するピペットチップ保管部など（いずれも図示は省略）が設置されている。ヘッド移動機構５３は、これらの各部や固定機１０にセットされたセンサユニット１２などにピペットヘッド５１をアクセスさせる。
【００５３】
また、固定機１０には、レーザダイオード（請求項記載の発光部に相当、以下「ＬＤ」と称す）６１と、フォトダイオード（請求項記載の受光部に相当、以下「ＰＤ」と称す）６２とからなる液面センサ（液面検出手段）６０が設けられている。液面センサ６０は、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに対応して設けられており、流路１６に液体が注入された際に、注入口１６ａ、及び排出口１６ｂから見える液面の高さが適正な位置か否かを検出する。
【００５４】
各ＬＤ６１は、保持部材４２の受け入れ口４２ｂと、注入口１６ａ、及び排出口１６ｂとを介して、流路１６に注入された液体の液面ＬＳに向けて検出光ＤＢを照射する。一方、各ＰＤ６２は、図５（ａ）に示すように、流路１６に注入された液体の液面ＬＳが適正な位置にある際に、液面ＬＳで反射した検出光ＤＢを受光するように配置されている。図５（ｂ）に示すように、液面ＬＳの高さが適正な位置よりも高いと、液面ＬＳで反射した検出光ＤＢが、ＰＤ６２の受光面から外れる。また、図５（ｃ）に示すように、液面ＬＳの高さが適正な位置よりも低いと、検出光ＤＢが保持部材４２などによって遮られる。液面センサ６０は、このように液面ＬＳの高さに応じて検出光ＤＢの受光状況を変化させることにより、液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出する。
【００５５】
各ＬＤ６１と各ＰＤ６２とは、例えば、コントローラ５４に電気的に接続されている。コントローラ５４は、各ＬＤ６１に駆動信号を送信して各ＬＤ６１を発光させるとともに、各ＰＤ６２の出力電圧をモニタする。ＰＤ６２は、入射光量が大きいほど高い電圧を出力するので、液面ＬＳが適正な位置にないことを検出している間は低い電圧を出力し、検出光ＤＢを受光して液面ＬＳが適正な位置にあることを検出したことに応じて高い電圧を出力するようになる。コントローラ５４は、この出力電圧をモニタして、例えば、ＰＤ６２の出力電圧が所定のしきい値以上になった際に、液面ＬＳが適正な位置にあることを液面センサ６０が検出したと判断する。なお、このような比較演算回路（コンパレータなど）を、予め液面センサ６０に設けておき、適正な位置か否かをデジタル出力するようにしてもよい。
【００５６】
次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、上記構成による固定機１０の作用について説明する。センサユニット１２に固定工程を施す際には、まず、センサユニット１２を図示せぬホルダに収納し、そのホルダを固定機１０の所定の載置スペースにセットする。センサユニット１２がセットされた後、オペレータからの固定開始指示が入力されると、固定機１０が固定工程を開始する。
【００５７】
コントローラ５４は、固定開始指示が入力されたことに応答してヘッド移動機構５３を駆動し、ピペットヘッド５１をリンカー膜２２の活性化液を保管する液保管部に移動させる。ピペットヘッド５１を液保管部に移動させたコントローラ５４は、ポンプドライバを介してピペット１９ａのポンプ５２を駆動し、ピペット１９ａに所定量の活性化液を吸引させる。ピペット１９ａに活性化液を吸引させたコントローラ５４は、ピペットヘッド５１をセンサユニット１２に移動させ、各ピペット１９ａ、１９ｂのそれぞれを流路１６の注入口１６ａ、及び排出口１６ｂに挿入する。
【００５８】
各ピペット１９ａ、１９ｂを流路１６に挿入させたコントローラ５４は、ピペット１９ａが吐出を行い、ピペット１９ｂが吸引を行うように各ポンプ５２を駆動させる。ピペット１９ａは、ピペットチップ５０内に保持した活性化液を吐出して流路１６に注入し、ピペット１９ｂは、流路１６内の空気、もしくは予め注入されていた洗浄液などを吸引して流路１６から排出させる。これにより、流路１６内の流体が、空気又は洗浄液などから活性化液に入れ換えられ、リンカー膜２２が活性化される。
【００５９】
流路１６に活性化液を注入したコントローラ５４は、ヘッド移動機構５３を駆動してピペットヘッド５１を上昇させ、各ピペット１９ａ、１９ｂを流路１６から引き抜く。各ピペット１９ａ、１９ｂを流路１６から引き抜いたコントローラ５４は、液面センサ６０の各ＬＤ６１に駆動信号を送信して各ＬＤ６１を発光させるとともに、各ＰＤ６２の出力電圧をモニタして、流路１６に注入した活性化液の液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出する。液面ＬＳの高さは、流路１６に注入された活性化液の量に比例するので、この液面ＬＳの高さが適正な位置にないときには、各ピペット１９ａ、１９ｂで活性化液を流路１６に注入する際に、送液不良が発生したと判断することができる。
【００６０】
液面ＬＳの高さが適正な位置にあると各液面センサ６０が検出すると、コントローラ５４は、ピペットヘッド５１をピペットチップ保管部に移動させる。ピペットチップ保管部に移動したピペットヘッド５１は、活性化液に浸された各ピペットチップ５０をリリースし、未使用のピペットチップ５０を各ノズル５５に挿し込む。このように、ピペットチップ５０を交換することで、次に送液するリガンド溶液２１と活性化液とのピペットチップ５０を介したコンタミネーションが防止される。なお、流路１６から排出された液体がピペット１９ｂ内に保持されている際には、ピペットチップ５０の交換を行う前に、図示を省略した廃液タンクなどにピペットヘッド５１を移動させ、ピペット１９ｂ内の液体を廃液タンクに吐出させる。
【００６１】
ピペットチップ５０の交換を行わせたコントローラ５４は、リガンド溶液２１を保管する液保管部に移動して、ピペット１９ａにリガンド溶液２１を吸引させる。リガンド溶液２１を吸引させたコントローラ５４は、ピペットヘッド５１をセンサユニット１２に移動させ、活性化液と同様の手順で各ピペット１９ａ、１９ｂの流路１６への挿し込み、リガンド溶液２１の注入、及び各ピペット１９ａ、１９ｂの流路１６からの引き抜きを行い、リンカー膜２２にリガンド２１ａを固定させる固定化処理を施す。なお、各ピペット１９ａ、１９ｂを引き抜く前に、各ピペット１９ａ、１９ｂに吸引と吐出とを交互に繰り返して、流路１６内に注入したリガンド溶液２１を攪拌するようにしてもよい。こうすることで、リガンドとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。
【００６２】
一方、液面ＬＳの高さが適正な位置ではないと各液面センサ６０のいずれか一方でも検出すると、コントローラ５４は、例えば、警告音や警告灯などによってオペレータに異常を報知する、以降の動作を停止させる、流路１６内の活性化液を一度全て排出して注入をやり直すなどといった通常の処理とは異なる異常検出処理を実施する。また、これらの他に、異常が検出されたことを、例えば、コントローラ５４やセンサユニット１２のＲＦＩＤタグ（図示は省略）などに記録し、異常の有無を後から判別できるようにした状態で、適正時と同様の処理を続けるようにしてもよい。
【００６３】
このように異常検出処理を実施することにより、各ピペット１９ａ、１９ｂが流路１６に活性化液を注入する際に、送液不良を起こしたことをオペレータに認識させることができるので、各ピペット１９ａ、１９ｂの送液不良によって活性化液とリガンド溶液２１とのコンタミネーションが生じることが防止される。もちろん、リガンド溶液２１を注入した後に、リガンド溶液２１の液面ＬＳの高さが適正な位置か否かの検出を行うようにしてもよい。
【００６４】
なお、上記実施形態では、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに対応して液面センサ６０を設けるようにしているが、これに限らず、１つの液面センサ６０を移動させて、各注入口１６ａ、排出口１６ｂから見える液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出するようにしてもよい。また、上記実施形態では、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに各ピペット１９ａ、１９ｂを挿し込み、各ピペット１９ａ、１９ｂの吐出と吸引とを互いに連動させることによって、流路１６に液体を注入する固定機１０を示したが、これに限ることなく、例えば、図７に示すように、注入側のみをピペットにした固定機８０に、本発明を適用してもよい。なお、上記実施形態と機能・構成上同一であるものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６５】
固定機８０のピペットヘッド８１は、注入口１６ａに対応して設けられたピペット８２と、排出口１６ｂに対応して設けられた吸引管８３とを有している。ピペット８２は、上記実施形態のピペット１９ａ、１９ｂなどと同様に、ピペットヘッド８１から略円筒状に突出したノズル８４と、このノズル８４に交換可能に嵌入するピペットチップ８５とから構成される。ピペット８２は、接続されたポンプ５２の駆動に応じて液体の吸引と吐出とを行い、注入口１６ａに挿し込まれた際に、吸引した液体を流路１６に注入する。
【００６６】
吸引管８３は、ピペットヘッド８１から突出した略円筒状の管であり、ピペット８２と長さが略一致するように成形されている。吸引管８３は、排出口１６ｂに挿し込まれた際に、接続されたポンプ５２の駆動に応じてピペット８２が注入した液体を流路１６から吸い出し、ポンプ５２と配管８６とを介して廃液タンク８７に排出する。吸引管８３に接続されるポンプ５２は、各管内の流体を一方向に移動させるものであり、例えば、プランジャーポンプや遠心ポンプなどを用いることができる。
【００６７】
ピペットヘッド８１は、ピペット８２と吸引管８３とを、それぞれ注入口１６ａと排出口１６ｂとに挿し込み、ピペット８２で注入、吸引管８３で排出することによって、流路１６に液体を送液する。この際、ピペット８２で液体を注入した後、注入口１６ａから見える液面の高さが適正な位置か否かを液面センサ６０で検出することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
なお、上記２つの実施形態では、液面検出手段の発光部としてＬＤ６１を用いているが、発光部としては、この他にＬＥＤなどを用いることができる。さらには、電球や蛍光灯などを用いるようにしてもよいが、散乱光の影響を抑えるため、ＬＤやＬＥＤなどのように高い指向性を有する光源を用いることが好適である。
【００６９】
また、上記２つの実施形態では、液面検出手段の受光部にＰＤ６２を用いているが、これに限ることなく、例えば、ＣＣＤラインセンサなどのイメージセンサを用いるようにしてもよい。ＰＤ６２では、液面ＬＳが適正な位置にある際にのみ検出光ＤＢを受光して液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出していたが、ＣＣＤラインセンサなどを用いた際には、液面ＬＳの高さに応じて検出光ＤＢの受光位置を変え、この受光位置によって液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出することができる。
【００７０】
さらに、液面検出手段としては、ＬＤ６１とＰＤ６２とからなる液面センサ６０の他に、例えば、液面計などを用いることができる。液面計は、液面にフロートを浮かばせることによって液面の上昇・下降を指示する。この液面計を注入口１６ａや排出口１６ｂから挿入して液面の高さを測定することにより、液面の高さが適正な位置か否かを検出するようにしてもよい。
【００７１】
なお、上記２つの実施形態では、各ピペット１９ａ、１９ｂ、８２の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂに挿し込むことによって、流路１６に液体を注入するようにしているが、これに限らず、各ピペット１９ａ、１９ｂ、８２の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂに押し当てた状態で流路１６への注入を行うようにしてもよい。
【００７２】
また、上記２つの実施形態では、誘電体ブロックとしてプリズム１４を示しているが、誘電体ブロックには、この他に、光学ガラスや光学プラスチックなどを板状にしたものや、これらの板状のものとプリズムとを光学面平滑剤（例えば、光学マッチングオイル）で一体化させたものなどを含めるものとする。
【００７３】
さらに、上記２つの実施形態では、全反射減衰を利用した測定装置の一例として、ＳＰＲ測定装置を示したが、全反射減衰を利用した測定装置としては、この他に、例えば、漏洩モードセンサが知られている。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、ＳＰＲの共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射角の減衰を検出することにより、前記センサ面上の化学反応が測定される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】ＳＰＲ測定方法の説明図である。
【図２】１つのセンサセルを抜き出して説明する説明図である。
【図３】センサユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
【図４】固定機の構成を概略的に示す構成図である。
【図５】液面の高さに応じたＰＤの受光状況の変化を示す説明図である。
【図６】固定工程の手順を示すフローチャートである。
【図７】固定機の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０、８０ 固定機
１１ 測定機
１２ センサユニット
１３ 金属膜（薄膜層）
１４ プリズム（誘電体ブロック）
１６ 流路
１６ａ 注入口（出入口）
１６ｂ 排出口（出入口）
１９ ピペット対
１９ａ ピペット
１９ｂ ピペット
３２ 照明部
３３ 検出器（光検出手段）
３４ 光源
５４ コントローラ（異常制御手段）
６０ 液面センサ（液面検出手段）
６１ レーザダイオード（発光部）
６２ フォトダイオード（受光部）
８２ ピペット
８３ 吸引管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピペットを用いて流路内に試料溶液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表面プラズモン共鳴などの全反射減衰を利用した測定装置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測定装置が知られている。
【０００３】
このような全反射減衰を利用した測定装置の１つに、表面プラズモン共鳴（Surface Plasmon Resonance）現象を利用した測定装置（以下、ＳＰＲ測定装置と称す）がある。なお、表面プラズモンとは、金属中の自由電子が集団的に振動することによって生じ、その金属の表面に沿って進む自由電子の粗密波である。
【０００４】
例えば、特許文献１などで知られるＫｒｅｔｓｃｈｍａｎｎ配置を採用したＳＰＲ測定装置では、透明な誘電体（以下、プリズムと称す）上に形成された金属膜の表面をセンサ面として、このセンサ面上で試料を反応させた後、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。
【０００５】
全反射条件を満たすように金属膜に照射された光のうち、エバネッセント波と呼ばれるわずかな光は、反射せずに金属膜内を透過してセンサ面側に染み出す。この際、エバネッセント波の振動数と表面プラズモンの振動数とが一致するとＳＰＲが発生し、反射光の強度を大きく減衰させる。また、この減衰が発生する光の入射角度（共鳴角）は、金属膜上の屈折率に応じて変化する。すなわち、ＳＰＲ測定装置は、金属膜からの反射光を捉えて共鳴角を検出することにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。
【０００６】
ところで、タンパク質やＤＮＡなどの生体試料は、乾燥による変性や失活を防ぐため、生理的食塩水や純水、または各種のバッファ液などの溶媒に溶かされた試料溶液として扱われることが多い。特許文献１記載のＳＰＲ測定装置は、こうした生体試料の相互作用などを調べるものであり、センサ面の上には試料溶液を送液するための流路が設けられている。なお、この流路とプリズムは、装置本体に設けられた測定ステージに配置されており、ガラス基板上に金属膜を形成したチップ型のセンサユニットを測定ステージに装着することで、前述の測定が行われる。
【０００７】
特許文献１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、試料溶液を保管する容器から直接流路に試料溶液を送り込むようにしているが、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溶液中に混入してしまう、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。
【０００８】
この問題を解決するため、本出願人は、先端に小孔が形成された略円錐筒状のピペットチップと、このピペットチップを着脱自在に保持するヘッド部とからなるピペットを用いて、容器に保管された試料溶液などの液体を流路に送液するＳＰＲ測定装置を提案している（例えば、特願２００４−２８７６１５号明細書参照）。このＳＰＲ測定装置では、送液する液体毎にピペットチップを交換することで、流路に液体を送り込む際に生じるコンタミネーションを防止することができる。
【０００９】
また、このＳＰＲ測定装置では、流路が形成された流路部材と、上面に金属膜が形成されたプリズムと、流路部材の底面とプリズムの上面とを接合させた状態（流路と金属膜とを対面させた状態）で保持する保持部材とからなるセンサユニットを用いている。流路は、流路部材を略Ｕ字状に刳り貫いて形成される送液管であり、その両端を流路部材の上面に露呈させている。ピペットを用いて流路内に液体を送り込む際には、流路の両端部のそれぞれにピペットの先端が挿し込まれるか、あるいは押し当てられる。このように２本のピペットを接続した後、一方のピペットで吸引して流路内の液体（もしくは空気）を排出させながら、他方のピペットで液体を吐出し、流路内の流体を入れ換えるようにして行われる。
【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】
【００１０】
しかしながら、ピペットを用いる方法では、挿し込みや押し当ての過不足などといったピペットの接続不良、及び先端からの液漏れなどに起因して、予め決められた液量よりも多くの液体が流路に注入されてしまうことがあった。流路に注入、及び排出する液量は、本来一定となるように制御されているため、不慮に多く注入された分は、次の液体を送液する際に排出しきれず、流路内に残ってしまう。このため、前後に送液した異種の液体が流路内で混ざり合ってしまい、いわゆるコンタミネーションの要因となっていた。
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションを防止する送液装置と、その送液方法、及び全反射減衰を利用した測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を達成するため、本発明の送液装置は、複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットが着脱自在にセットされ、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれ、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入して前記試料を前記薄膜層に送り込むピペットと、前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
なお、前記液面検出手段は、前記液面に向けて検出光を照射する発光部と、前記液面で反射した前記検出光を受光する受光部とからなることが好ましい。また、前記発光部は、指向性を有していることが好適である。
【００１４】
また、前記液面の高さが適正な位置ではないことを前記液面検出手段が検出した際に、通常の処理とは異なる異常検出処理を実施する異常制御手段を設けるようにしてもよい。この際、前記異常制御手段は、前記前記異常検出処理として、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを実施することが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の送液方法は、複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットに対して、前記各出入口の少なくとも１つにピペットを挿し込み、このピペットによって前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入した後、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出し、適正な位置にあると検出された際にのみ、次の前記液体を前記流路に送り込むことを特徴とする。
【００１６】
また、前記液体の液面の高さが適正な位置ではないと検出された際には、少なくとも、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを含む異常検出処理を実施することが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するための薄膜層を一面に形成した誘電体ブロックとが対向して設けられたセンサユニットに対して、全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する光検出手段と、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれ、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入して前記試料を前記薄膜層に送り込むピペットと、前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、試料溶液を含む液体を流路に注入した際に、ピペットが挿し込まれる出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを液面検出手段によって検出するようにした。液面の高さは、流路に注入された液体の量に比例するので、この液面の高さが適正な位置にないときには、ピペットで液体を流路に注入する際に、送液不良が発生したと判断することができる。これにより、送液不良の発生をオペレータに認識させることが可能となるので、動作を停止させたり、送液をやり直したりすることによって、ピペットの送液不良に起因したコンタミネーションを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１に示すように、ＳＰＲを利用した測定方法は、大きく分けて、固定工程と、測定工程（データ読み取り工程）と、データ解析工程との３つの工程からなる。ＳＰＲ測定装置は、固定工程を行う固定機１０と、測定工程を行う測定機１１と、測定機１１によって得られたデータを解析するデータ解析機とからなる。
【００２０】
測定は、ＳＰＲセンサであるセンサユニット１２を用いて行われる。センサユニット１２は、一方の面がＳＰＲが発生するセンサ面１３ａとなる金属膜（薄膜層）１３と、このセンサ面１３ａの裏面の光入射面１３ｂと接合されるプリズム（誘電体ブロック）１４と、前記センサ面１３ａと対向して配置され、リガンドやアナライトが送液される流路１６が形成された流路部材４１とを備えている。
【００２１】
金属膜１３としては、例えば、金や銀などが使用され、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。この膜厚は、金属膜の素材、照射される光の発光波長などに応じて適宜選択される。プリズム１４は、その上面に前記金属膜１３が形成される透明な誘電体であり、光入射面１３ｂに向けて、全反射条件を満たすように照射された光を集光する。流路１６は、略Ｕ字形に屈曲された送液管であり、液体を注入する注入口（出入口）１６ａと、それを排出する排出口（出入口）１６ｂとを持っている。流路１６の管径は、例えば、約１ｍｍ程度であり、注入口１６ａと排出口１６ｂの間隔は、例えば、約１０ｍｍ程度である。
【００２２】
また、流路１６の底部は、開放されており、この開放部位はセンサ面１３ａによって覆われて密閉される。これら流路１６とセンサ面１３ａによってセンサセル１７が構成される。後述するように、センサユニット１２は、こうしたセンサセル１７を複数個備えている（図３参照）。
【００２３】
固定工程は、センサ面１３ａにリガンドを固定する工程である。固定工程は、センサユニット１２を固定機１０にセットして行われる。固定機１０には、１対のピペット１９ａ、１９ｂからなるピペット対１９が設けられている。ピペット対１９は、各ピペット１９ａ、１９ｂが、注入口１６ａと排出口１６ｂのそれぞれに挿入される。各ピペット１９ａ、１９ｂは、それぞれが流路１６への液体の注入と、流路１６からの吸い出しを行う機能を備えており、一方が注入動作を行っているときには、他方が吸い出し動作を行うというように、互いに連動する。このピペット対１９を用いて、注入口１６ａから、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１が注入される。
【００２４】
センサ面１３ａのほぼ中央部には、リガンドと結合するリンカー膜２２が形成されている。このリンカー膜２２は、センサユニット１２の製造段階において予め形成される。リンカー膜２２は、リガンドを固定するための固定基となるので、固定するリガンドの種類に応じて適宜選択される。
【００２５】
リガンド溶液２１を注入するリガンド固定化処理を行う前には、まず、リンカー膜２２に固定用バッファ液が送液され、リンカー膜２２を湿らせてリガンドを結合しやすくするリンカー膜２２の活性化処理が施される。例えば、アミンカップリング法では、リンカー膜２２としてカルボキシメチルデキストランが使用され、リガンド内のアミノ基をこのデキストランに直接共有結合させる。この場合の活性化液としては、Ｎ’−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミドヒドロクロリド（ＥＤＣ）とＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（ＮＨＳ）との混合液が使用される。この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路１６が洗浄される。
【００２６】
固定用バッファ液や、リガンド溶液２１の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度などは、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、リガンドとして生体物質を使用する場合には、ｐＨを中性付近に調整した生理的食塩水が使用される場合が多い。しかし、上記アミンカップリング法では、リンカー膜２２は、カルボキシメチルデキストランにより負（マイナス）に帯電するので、このリンカー膜２２と結合しやすいようにタンパク質を正（プラス）に帯電させるため、生理的とはいえない高濃度のリン酸塩を含む緩衝作用の強いリン酸緩衝溶液（ＰＢＳ：phosphatic−buffered，saline）などが使用される場合もある。
【００２７】
こうした活性化処理及び洗浄が行われた後、センサセル１７へリガンド溶液２１が注入されてリガンド固定化処理が行われる。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中で拡散しているリガンド２１ａが徐々にリンカー膜２２へ近づいて、結合する。こうしてセンサ面１３ａにリガンド２１ａが固定される。固定化には、通常、約１時間程度かかり、この間、センサユニット１２は、温度を含む環境条件が所定の条件に設定された状態で保管される。なお、固定化が進行している間、流路１６内のリガンド溶液２１を静置しておいてもよいが、流路１６内のリガンド溶液２１を攪拌して流動させることが好ましい。こうすることで、リガンドとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。
【００２８】
センサ面１３ａへのリガンド２１ａの固定化が完了すると、前記流路１６からリガンド溶液２１が排出される。リガンド溶液２１は、ピペット１９ｂによって吸い出されて排出される。固定化が完了したセンサ面１３ａは、流路１６へ洗浄液が注入されて洗浄処理が行われる。この洗浄後、必要に応じて、ブロッキング液を流路１６へ注入して、リンカー膜２２のうち、リガンドが結合しなかった反応基を失活させるブロッキング処理が行われる。ブロッキング液としては、例えば、エタノールアミン−ヒドロクロライドが使用される。このブロッキング処理の後、再び流路１６が洗浄される。この後、流路１６には、乾燥防止液が注入される。こうして、センサユニット１２は、センサ面１３ａが乾燥防止液に浸された状態で、測定までの間保管される。
【００２９】
測定工程は、センサユニット１２を測定機１１にセットして行われる。測定機１１にも、固定機１０のピペット対１９と同様のピペット対２６が設けられている。このピペット対２６によって、注入口１６ａから、流路１６へ各種の液が注入される。測定工程では、まず、流路１６へ測定用バッファ液が注入される。この後、アナライトを溶媒に溶かしたアナライト溶液２７を注入し、その後、再び測定用バッファ液が注入される。なお、最初に測定用バッファ液を注入する前に、いったん流路１６の洗浄を行ってもよい。データの読み取りは、基準となる信号レベルを検出するために、最初に測定用バッファを注入した直後から開始され、アナライト溶液２７の注入後、再び測定用バッファが注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベル（ベースライン）の検出、アナライトとリガンドの反応状況（結合状況）、測定用バッファ液の注入による結合したアナライトとリガンドとの脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。
【００３０】
測定用バッファ液や、アナライト溶液２７の溶媒（希釈液）としては、例えば、各種のバッファ液（緩衝液）の他、生理的食塩水に代表される生理的塩類溶液や、純水が使用される。これらの各液の種類、ｐＨ値、混合物の種類及びその濃度等は、リガンドの種類に応じて適宜決められる。例えば、アナライトを溶けやすくするために、生理的食塩水にＤＭＳＯ（ジメチル−スルホ−オキシド）を含ませてもよい。このＤＭＳＯは、信号レベルに大きく影響する。上述したとおり測定用バッファ液は基準レベルの検出に用いられるので、アナライトの溶媒中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を持つ測定用バッファ液を使用することが好ましい。
【００３１】
なお、アナライト溶液２７は、長期間（例えば、１年）保管されることも多く、そうした場合には、経時変化によって、初期のＤＭＳＯ濃度と測定時のＤＭＳＯ濃度との間に濃度差が生じてしまう場合がある。厳密な測定を行う必要がある場合には、こうした濃度差をアナライト溶液２７を注入したときの参照信号（ｒｅｆ信号）のレベルから推定し、測定データに対して補正（ＤＭＳＯ濃度補正）が行われる。
【００３２】
ここで、参照信号（ｒｅｆ信号）とは、後述するように、センサ面上に設けられリガンドが固定されない参照領域に対応するＳＰＲ信号であり、リガンドが固定されアナライトとの反応を生じる測定領域の測定信号（ａｃｔ信号）と比較参照される信号である。測定に際しては、前記測定信号と参照信号の２つの信号が検出され、データ解析に際しては、例えば、それら２つのＳＰＲ信号の差分を取り、これを測定データとして解析がなされる。こうすることで、例えば、複数のセンサセル間の個体差や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることが可能となり、Ｓ／Ｎ比の良好な信号が得られるようにしている。
【００３３】
ＤＭＳＯ濃度補正のための補正データは、アナライト溶液２７を注入する前に、ＤＭＳＯ濃度が異なる複数種類の測定用バッファ液をセンサセル１７に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じた、ｒｅｆ信号のレベルとａｃｔ信号のレベルのそれぞれの変化量を調べることにより求められる。
【００３４】
測定部３１は、照明部３２と検出器（光検出手段）３３からなる。上述したとおり、リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角（光入射面に対して照射された光の入射角）の変化として表れるので、照明部３２は、全反射条件を満足する様々な入射角の光を光入射面１３ｂに対して照射する。照明部３２は、例えば、光源３４と、集光レンズ、拡散板、偏光板を含む光学系３６とからなり、配置位置および設置角度は、照明光の入射角が、上記全反射条件を満足するように調整される。
【００３５】
光源３４としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が使用される。こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から１つのセンサセル１７に向けて光が照射される。なお、複数のセンサセル１７を同時に測定するような場合には、単一光源からの光を分光して複数のセンサセル１７に照射してもよいし、各センサセル１７に対して発光素子が１つずつ割り当てられるように複数の発光素子を並べて使用してもよい。拡散板は、光源３４からの光を拡散して、発光面内の光量ムラを抑える。偏光板は、照射光のうち、ＳＰＲを生じさせるｐ偏光のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源が発する光線自体の偏光の向きが揃っている場合には、偏光板は不要である。また、偏光が揃っている光源を使用した場合でも、拡散板を通過することにより、偏光の向きが不揃いになってしまう場合には、偏光板を使用して偏光の向きが揃えられる。こうして拡散および偏光された光は、集光レンズによって集光されてプリズム１４に照射される。これにより、光強度にバラツキがなく様々な入射角を持つ光線を光入射面１３ｂに入射させることができる。
【００３６】
検出器３３は、光入射面１３ｂで反射する光を受光して、その光強度に応じたレベルの電気信号を出力する。光入射面１３ｂには、様々な角度で光線が入射するので、光入射面１３ｂでは、それらの光線が、それぞれの入射角に応じて様々な反射角で反射する。検出器３３は、これらの様々な反射角の光線を受光する。センサ面１３ａ上の媒質に変化が生じると屈折率が変化して、反射光の光強度が減衰する光の入射角（ＳＰＲが発生する共鳴角）も変化する。センサ面１３ａ上にアナライトを送液すると、アナライトとリガンドの反応状況に応じてセンサ面１３ａ上の屈折率が変化するため、それに応じて共鳴角も変化する。
【００３７】
検出器３３は、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが使用され、光入射面１３ｂにおいて様々な反射角で反射する反射光を受光し、それらを光電変換してＳＰＲ信号として出力する。リガンドとアナライトの反応状況は、この受光面内における反射光の減衰位置の推移として表れる。例えば、アナライトがリガンドと接触する前後では、センサ面１３ａ上の屈折率が異なり、ＳＰＲが発生する共鳴角が異なる。そして、アナライトがリガンドと接触して反応を開始すると、それに応じて共鳴角が変化を開始し、前記受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。こうして得た反応状況を表すＳＰＲ信号が、データ解析機に出力される。データ解析工程では、測定機１１で得たＳＰＲ信号を解析して、アナライトの特性を分析する。
【００３８】
なお、測定部３１の構成が明確になるように、便宜的に、図１では、光入射面１３ｂへの入射光線およびそこで反射する反射光線の向きが、流路１６内の液体の流れ方向と平行になるように、照明部３２および検出器３３を配置した形態で示しているが、図２に示すように、実際には、入射光線および反射光線の向きが、前記流れ方向と直交する方向に照射されるように、照明部３２および検出器３３が配置される。もちろん、測定部３１をこの図１に示しているように配置して測定してもよい。
【００３９】
図２に示すように、リンカー膜２２上には、リガンドが固定されアナライトとリガンドとの反応が生じる測定領域（ａｃｔ領域）２２ａと、リガンドが固定されず、前記測定領域の信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域（ｒｅｆ領域）２２ｂとが形成される。このｒｅｆ領域２２ｂは、上述したリンカー膜２２を製膜する際に形成される。形成方法としては、例えば、リンカー膜２２に対して表面処理を施して、リンカー膜２２の半分程度の領域について、リガンドと結合する結合基を失活させる。これにより、リンカー膜２２の半分がａｃｔ領域２２ａとなり、残りの半分がｒｅｆ領域２２ｂとなる。
【００４０】
検出器３３は、ａｃｔ領域２２ａに対応するＳＰＲ信号をａｃｔ信号として出力し、ｒｅｆ領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号をｒｅｆ信号として出力する。これらａｃｔ信号とｒｅｆ信号は、基準レベルの検出から結合反応を経て脱離に至るまで、ほぼ同時に計測される。データ解析は、こうして得られたａｃｔ信号とｒｅｆ信号の差や比を求めて行われる。データ解析機は、例えば、ａｃｔ信号とｒｅｆ信号との差分データを求め、この差分データを測定データとし、これに基づいて解析を行う。こうすることで、上述したとおり、センサユニットや各センサセルの個体差や、装置の機械的な変動や、液体の温度変化など、外乱に起因するノイズをキャンセルすることができるので、精度の高い測定が可能になる。
【００４１】
照明部３２及び検出器３３は、これら各ａｃｔ信号及びｒｅｆ信号の２チャンネルの計測を行うことができるように構成されている。例えば、照明部３２を、１個の発光素子を反射ミラーなどを用いて、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂのそれぞれに向けて入射する複数の光線に分光する。そして、各チャンネル用の複数のフォトダイオードアレイで構成した検出器３３により、各光線をそれぞれ受光する。
【００４２】
また、検出器３３として、ＣＣＤエリアセンサを用いた場合には、同時に受光した各チャンネルの反射光を画像処理によってａｃｔ信号とｒｅｆ信号として認識することもできる。しかし、こうした画像処理による方法が難しい場合には、ａｃｔ領域２２ａとｒｅｆ領域２２ｂに対して入射させるタイミングを微小時間ずらして、各チャンネルの信号を受光するようにしてもよい。入射タイミングをずらす方法としては、例えば、光路上に、配置角度が１８０度ずれた位置に２つの孔が形成された円板を配置し、この円板を回転させることにより、各チャンネルの入射タイミングがずらされる。各孔は、中心からの距離が各領域２２ａ、２２ｂの間隔だけ異なる位置に配置されており、これにより、一方の孔が光路内に進入したときには、ａｃｔ領域２２ａに光線が入射し、他方の孔が光路内に進入したときには、ｒｅｆ領域２２ｂに光線が入射する。
【００４３】
図３は、センサユニット１２の分解斜視図である。センサユニット１２は、流路１６が形成された流路部材４１と、蒸着によって上面に金属膜１３が形成されたプリズム１４と、流路部材４１の底面とプリズム１４の上面とを接合させた状態で保持する保持部材４２とからなる。金属膜１３の表面には、リガンドを固定化するリンカー膜２２が複数（本例では６つ）設けられている。各リンカー膜２２は、長尺状のプリズム１４と金属膜１３との長手方向に沿って所定の間隔を隔てて設けられている。流路部材４１は、このリンカー膜２２毎に用意され、各流路１６と各リンカー膜２２とが対面するように金属膜１３上に並べて配置される。なお、本例では、リンカー膜２２及び流路部材４１の数が６つの例を示しているが、これらの数は、６つに限らず、５つ以下でもよいし、７つ以上でもよい。また、本例では、１つの流路１６が形成された流路部材４１を６つ用いるようにしているが、６つの流路１６が並べて形成された長尺状の流路部材を用いるようにしてもよい。
【００４４】
流路部材４１は、略直方体状に成形されており、流路１６は、その長手方向に沿って略Ｕ字型に形成されている。この流路１６は、その底面に接合される金属膜１３とともにセンサセル１７（図１参照）を構成する。そのため、流路部材４１は、金属膜１３との密着性を高めるために、例えば、ゴムやＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などといった弾性材料で成形されている。流路部材４１の底面をプリズム１４の上面に圧接させると、流路部材４１が弾性変形して金属膜１３との接合面の隙間を埋める。これにより、流路１６の開放された底部がプリズム１４の上面によって水密に覆われる。
【００４５】
プリズム１４の長手方向の両側面には、保持部材４２の係合部４２ａと係合する係合爪１４ａが設けられている。これらの係合により、各流路部材４１が保持部材４２とプリズム１４とによって挟み込まれ、その底面とプリズム１４の上面とが圧接された状態で保持される。また、プリズム１４の短辺方向の両端部には、突部１４ｂが設けられている。センサユニット１２は、図示を省略したホルダに収納された状態で、固定機１０や測定機１１にセットされる。突部１４ｂは、ホルダのスリットと嵌合することにより、センサユニット１２をホルダ内の所定の収納位置に位置決めする。
【００４６】
なお、プリズム１４には、例えば、ホウケイクラウン（ＢＫ７）やバリウムクラウン（Ｂａｋ４）などに代表される光学ガラスや、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、非晶性ポリオレフィン（ＡＰＯ）などに代表される光学プラスチックなどを用いることができる。
【００４７】
保持部材４２の上面には、各流路１６の注入口１６ａおよび排出口１６ｂに対応する位置に、ピペット（１９ａ、１９ｂ、２６ａ、２６ｂ）の先端が進入する受け入れ口４２ｂが形成されている。各受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出される液体が各注入口１６ａへ導かれるように、漏斗形状をしている。保持部材４２が各流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合すると、各受け入れ口４２ｂの下面は、注入口１６ａおよび排出口１６ｂと接合して、各受け入れ口４２ｂと流路１６とが連結される。
【００４８】
なお、センサユニット１２のプリズム１４や保持部材４２などに、例えば、非接触式のＩＣメモリであるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグなどを取り付けるようにしてもよい。例えば、読み込み専用のＲＦＩＤタグにセンサユニット１２毎の固有のＩＤ番号を書き込んでおき、各工程を行う前にこのＩＤ番号を読み込むことで、センサユニット１２の識別を行うことができる。これにより、複数のセンサユニット１２に対して同時に固定や測定を行う場合にも、間違ったアナライトの注入や、測定結果の取り違えなどといった問題の発生を防止することができる。さらには、読み書き可能なＲＦＩＤタグを用いて、例えば、固定したリガンドの種類やリガンドを固定させた日時、及び反応させたアナライトの種類などを、各工程毎に書き込んでいくようにしてもよい。
【００４９】
図４は、固定機１０の構成を概略的に示す構成図である。固定機１０は、略円錐筒状に形成されたピペットチップ５０を着脱自在に保持するピペットヘッド５１と、ピペットチップ５０内を加圧又は減圧してピペットチップ５０に液体の吸引と吐出とを行わせるポンプ５２と、ピペットヘッド５１を前後左右上下の３方向に移動させるヘッド移動機構５３と、固定機１０の各部を統括的に制御するコントローラ５４とを有している。
【００５０】
ピペットヘッド５１には、略円筒状に突出した２つのノズル５５が形成されている。各ノズル５５の外径は、ピペットチップ５０の内径とほぼ一致している。ピペットチップ５０は、各ノズル５５に挿し込まれた際に、ノズル５５との機械的な嵌め合いによってピペットヘッド５１に保持される。すなわち、各ピペット１９ａ、１９ｂは、各ノズル５５にピペットチップ５０を挿し込むことによって構成される。また、ピペットヘッド５１には、図示を省略したリリース機構が設けられており、各ノズル５５に挿し込まれたピペットチップ５０を押し下げて、ピペットチップ５０をピペットヘッド５１から取り外す。ピペットチップ５０は、送液する液体と直接接触するので、このピペットチップ５０を介して異種の液体の混液が生じないように、送液毎に交換される。
【００５１】
各ピペット１９ａ、１９ｂ毎に設けられた２つのポンプ５２には、例えば、シリンダとピストンとからなる、いわゆるシリンジポンプを用いることができる。各ポンプ５２は、配管５６とピペットヘッド５１とを介して、それぞれ各ノズル５５に接続されている。各ポンプ５２は、各ノズル５５へと至る配管経路内を減圧することによって各ピペット１９ａ、１９ｂに液体を吸引させるとともに、配管経路内を加圧することによって各ピペット１９ａ、１９ｂに吸引した液体を吐出させる。また、各ポンプ５２は、例えば、コントローラ５４と電気的に接続されている。コントローラ５４は、図示を省略したポンプドライバなどを介して各ポンプ５２に駆動信号を送信し、吸い込みや吐き出しのタイミング、及び吸い込み量や吐き出し量などを制御する。
【００５２】
ヘッド移動機構５３は、例えば、搬送ベルト、プーリ、キャリッジ、モータなどから構成される周知の移動機構であり、コントローラ５４の制御の下、ピペットヘッド５１を前後左右上下の３方向に移動させる。固定機１０には、流路１６へ注入する種々の液体（リガンド溶液、洗浄液、固定用バッファ液、乾燥防止液、活性化液、ブロッキング液など）を保管する複数の液保管部や、複数のピペットチップ５０を保管するピペットチップ保管部など（いずれも図示は省略）が設置されている。ヘッド移動機構５３は、これらの各部や固定機１０にセットされたセンサユニット１２などにピペットヘッド５１をアクセスさせる。
【００５３】
また、固定機１０には、レーザダイオード（請求項記載の発光部に相当、以下「ＬＤ」と称す）６１と、フォトダイオード（請求項記載の受光部に相当、以下「ＰＤ」と称す）６２とからなる液面センサ（液面検出手段）６０が設けられている。液面センサ６０は、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに対応して設けられており、流路１６に液体が注入された際に、注入口１６ａ、及び排出口１６ｂから見える液面の高さが適正な位置か否かを検出する。
【００５４】
各ＬＤ６１は、保持部材４２の受け入れ口４２ｂと、注入口１６ａ、及び排出口１６ｂとを介して、流路１６に注入された液体の液面ＬＳに向けて検出光ＤＢを照射する。一方、各ＰＤ６２は、図５（ａ）に示すように、流路１６に注入された液体の液面ＬＳが適正な位置にある際に、液面ＬＳで反射した検出光ＤＢを受光するように配置されている。図５（ｂ）に示すように、液面ＬＳの高さが適正な位置よりも高いと、液面ＬＳで反射した検出光ＤＢが、ＰＤ６２の受光面から外れる。また、図５（ｃ）に示すように、液面ＬＳの高さが適正な位置よりも低いと、検出光ＤＢが保持部材４２などによって遮られる。液面センサ６０は、このように液面ＬＳの高さに応じて検出光ＤＢの受光状況を変化させることにより、液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出する。
【００５５】
各ＬＤ６１と各ＰＤ６２とは、例えば、コントローラ５４に電気的に接続されている。コントローラ５４は、各ＬＤ６１に駆動信号を送信して各ＬＤ６１を発光させるとともに、各ＰＤ６２の出力電圧をモニタする。ＰＤ６２は、入射光量が大きいほど高い電圧を出力するので、液面ＬＳが適正な位置にないことを検出している間は低い電圧を出力し、検出光ＤＢを受光して液面ＬＳが適正な位置にあることを検出したことに応じて高い電圧を出力するようになる。コントローラ５４は、この出力電圧をモニタして、例えば、ＰＤ６２の出力電圧が所定のしきい値以上になった際に、液面ＬＳが適正な位置にあることを液面センサ６０が検出したと判断する。なお、このような比較演算回路（コンパレータなど）を、予め液面センサ６０に設けておき、適正な位置か否かをデジタル出力するようにしてもよい。
【００５６】
次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、上記構成による固定機１０の作用について説明する。センサユニット１２に固定工程を施す際には、まず、センサユニット１２を図示せぬホルダに収納し、そのホルダを固定機１０の所定の載置スペースにセットする。センサユニット１２がセットされた後、オペレータからの固定開始指示が入力されると、固定機１０が固定工程を開始する。
【００５７】
コントローラ５４は、固定開始指示が入力されたことに応答してヘッド移動機構５３を駆動し、ピペットヘッド５１をリンカー膜２２の活性化液を保管する液保管部に移動させる。ピペットヘッド５１を液保管部に移動させたコントローラ５４は、ポンプドライバを介してピペット１９ａのポンプ５２を駆動し、ピペット１９ａに所定量の活性化液を吸引させる。ピペット１９ａに活性化液を吸引させたコントローラ５４は、ピペットヘッド５１をセンサユニット１２に移動させ、各ピペット１９ａ、１９ｂのそれぞれを流路１６の注入口１６ａ、及び排出口１６ｂに挿入する。
【００５８】
各ピペット１９ａ、１９ｂを流路１６に挿入させたコントローラ５４は、ピペット１９ａが吐出を行い、ピペット１９ｂが吸引を行うように各ポンプ５２を駆動させる。ピペット１９ａは、ピペットチップ５０内に保持した活性化液を吐出して流路１６に注入し、ピペット１９ｂは、流路１６内の空気、もしくは予め注入されていた洗浄液などを吸引して流路１６から排出させる。これにより、流路１６内の流体が、空気又は洗浄液などから活性化液に入れ換えられ、リンカー膜２２が活性化される。
【００５９】
流路１６に活性化液を注入したコントローラ５４は、ヘッド移動機構５３を駆動してピペットヘッド５１を上昇させ、各ピペット１９ａ、１９ｂを流路１６から引き抜く。各ピペット１９ａ、１９ｂを流路１６から引き抜いたコントローラ５４は、液面センサ６０の各ＬＤ６１に駆動信号を送信して各ＬＤ６１を発光させるとともに、各ＰＤ６２の出力電圧をモニタして、流路１６に注入した活性化液の液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出する。液面ＬＳの高さは、流路１６に注入された活性化液の量に比例するので、この液面ＬＳの高さが適正な位置にないときには、各ピペット１９ａ、１９ｂで活性化液を流路１６に注入する際に、送液不良が発生したと判断することができる。
【００６０】
液面ＬＳの高さが適正な位置にあると各液面センサ６０が検出すると、コントローラ５４は、ピペットヘッド５１をピペットチップ保管部に移動させる。ピペットチップ保管部に移動したピペットヘッド５１は、活性化液に浸された各ピペットチップ５０をリリースし、未使用のピペットチップ５０を各ノズル５５に挿し込む。このように、ピペットチップ５０を交換することで、次に送液するリガンド溶液２１と活性化液とのピペットチップ５０を介したコンタミネーションが防止される。なお、流路１６から排出された液体がピペット１９ｂ内に保持されている際には、ピペットチップ５０の交換を行う前に、図示を省略した廃液タンクなどにピペットヘッド５１を移動させ、ピペット１９ｂ内の液体を廃液タンクに吐出させる。
【００６１】
ピペットチップ５０の交換を行わせたコントローラ５４は、リガンド溶液２１を保管する液保管部に移動して、ピペット１９ａにリガンド溶液２１を吸引させる。リガンド溶液２１を吸引させたコントローラ５４は、ピペットヘッド５１をセンサユニット１２に移動させ、活性化液と同様の手順で各ピペット１９ａ、１９ｂの流路１６への挿し込み、リガンド溶液２１の注入、及び各ピペット１９ａ、１９ｂの流路１６からの引き抜きを行い、リンカー膜２２にリガンド２１ａを固定させる固定化処理を施す。なお、各ピペット１９ａ、１９ｂを引き抜く前に、各ピペット１９ａ、１９ｂに吸引と吐出とを交互に繰り返して、流路１６内に注入したリガンド溶液２１を攪拌するようにしてもよい。こうすることで、リガンドとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンドの固定量を増加させることができる。
【００６２】
一方、液面ＬＳの高さが適正な位置ではないと各液面センサ６０のいずれか一方でも検出すると、コントローラ５４は、例えば、警告音や警告灯などによってオペレータに異常を報知する、以降の動作を停止させる、流路１６内の活性化液を一度全て排出して注入をやり直すなどといった通常の処理とは異なる異常検出処理を実施する。また、これらの他に、異常が検出されたことを、例えば、コントローラ５４やセンサユニット１２のＲＦＩＤタグ（図示は省略）などに記録し、異常の有無を後から判別できるようにした状態で、適正時と同様の処理を続けるようにしてもよい。
【００６３】
このように異常検出処理を実施することにより、各ピペット１９ａ、１９ｂが流路１６に活性化液を注入する際に、送液不良を起こしたことをオペレータに認識させることができるので、各ピペット１９ａ、１９ｂの送液不良によって活性化液とリガンド溶液２１とのコンタミネーションが生じることが防止される。もちろん、リガンド溶液２１を注入した後に、リガンド溶液２１の液面ＬＳの高さが適正な位置か否かの検出を行うようにしてもよい。
【００６４】
なお、上記実施形態では、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに対応して液面センサ６０を設けるようにしているが、これに限らず、１つの液面センサ６０を移動させて、各注入口１６ａ、排出口１６ｂから見える液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出するようにしてもよい。また、上記実施形態では、注入口１６ａと排出口１６ｂとのそれぞれに各ピペット１９ａ、１９ｂを挿し込み、各ピペット１９ａ、１９ｂの吐出と吸引とを互いに連動させることによって、流路１６に液体を注入する固定機１０を示したが、これに限ることなく、例えば、図７に示すように、注入側のみをピペットにした固定機８０に、本発明を適用してもよい。なお、上記実施形態と機能・構成上同一であるものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００６５】
固定機８０のピペットヘッド８１は、注入口１６ａに対応して設けられたピペット８２と、排出口１６ｂに対応して設けられた吸引管８３とを有している。ピペット８２は、上記実施形態のピペット１９ａ、１９ｂなどと同様に、ピペットヘッド８１から略円筒状に突出したノズル８４と、このノズル８４に交換可能に嵌入するピペットチップ８５とから構成される。ピペット８２は、接続されたポンプ５２の駆動に応じて液体の吸引と吐出とを行い、注入口１６ａに挿し込まれた際に、吸引した液体を流路１６に注入する。
【００６６】
吸引管８３は、ピペットヘッド８１から突出した略円筒状の管であり、ピペット８２と長さが略一致するように成形されている。吸引管８３は、排出口１６ｂに挿し込まれた際に、接続されたポンプ５２の駆動に応じてピペット８２が注入した液体を流路１６から吸い出し、ポンプ５２と配管８６とを介して廃液タンク８７に排出する。吸引管８３に接続されるポンプ５２は、各管内の流体を一方向に移動させるものであり、例えば、プランジャーポンプや遠心ポンプなどを用いることができる。
【００６７】
ピペットヘッド８１は、ピペット８２と吸引管８３とを、それぞれ注入口１６ａと排出口１６ｂとに挿し込み、ピペット８２で注入、吸引管８３で排出することによって、流路１６に液体を送液する。この際、ピペット８２で液体を注入した後、注入口１６ａから見える液面の高さが適正な位置か否かを液面センサ６０で検出することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
なお、上記２つの実施形態では、液面検出手段の発光部としてＬＤ６１を用いているが、発光部としては、この他にＬＥＤなどを用いることができる。さらには、電球や蛍光灯などを用いるようにしてもよいが、散乱光の影響を抑えるため、ＬＤやＬＥＤなどのように高い指向性を有する光源を用いることが好適である。
【００６９】
また、上記２つの実施形態では、液面検出手段の受光部にＰＤ６２を用いているが、これに限ることなく、例えば、ＣＣＤラインセンサなどのイメージセンサを用いるようにしてもよい。ＰＤ６２では、液面ＬＳが適正な位置にある際にのみ検出光ＤＢを受光して液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出していたが、ＣＣＤラインセンサなどを用いた際には、液面ＬＳの高さに応じて検出光ＤＢの受光位置を変え、この受光位置によって液面ＬＳの高さが適正な位置か否かを検出することができる。
【００７０】
さらに、液面検出手段としては、ＬＤ６１とＰＤ６２とからなる液面センサ６０の他に、例えば、液面計などを用いることができる。液面計は、液面にフロートを浮かばせることによって液面の上昇・下降を指示する。この液面計を注入口１６ａや排出口１６ｂから挿入して液面の高さを測定することにより、液面の高さが適正な位置か否かを検出するようにしてもよい。
【００７１】
なお、上記２つの実施形態では、各ピペット１９ａ、１９ｂ、８２の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂに挿し込むことによって、流路１６に液体を注入するようにしているが、これに限らず、各ピペット１９ａ、１９ｂ、８２の先端を注入口１６ａ、排出口１６ｂに押し当てた状態で流路１６への注入を行うようにしてもよい。
【００７２】
また、上記２つの実施形態では、誘電体ブロックとしてプリズム１４を示しているが、誘電体ブロックには、この他に、光学ガラスや光学プラスチックなどを板状にしたものや、これらの板状のものとプリズムとを光学面平滑剤（例えば、光学マッチングオイル）で一体化させたものなどを含めるものとする。
【００７３】
さらに、上記２つの実施形態では、全反射減衰を利用した測定装置の一例として、ＳＰＲ測定装置を示したが、全反射減衰を利用した測定装置としては、この他に、例えば、漏洩モードセンサが知られている。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、ＳＰＲの共鳴角と同様に、センサ面上の媒質の屈折率に応じて変化する。この反射角の減衰を検出することにより、前記センサ面上の化学反応が測定される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】ＳＰＲ測定方法の説明図である。
【図２】１つのセンサセルを抜き出して説明する説明図である。
【図３】センサユニットの概略構成を示す分解斜視図である。
【図４】固定機の構成を概略的に示す構成図である。
【図５】液面の高さに応じたＰＤの受光状況の変化を示す説明図である。
【図６】固定工程の手順を示すフローチャートである。
【図７】固定機の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０、８０ 固定機
１１ 測定機
１２ センサユニット
１３ 金属膜（薄膜層）
１４ プリズム（誘電体ブロック）
１６ 流路
１６ａ 注入口（出入口）
１６ｂ 排出口（出入口）
１９ ピペット対
１９ａ ピペット
１９ｂ ピペット
３２ 照明部
３３ 検出器（光検出手段）
３４ 光源
５４ コントローラ（異常制御手段）
６０ 液面センサ（液面検出手段）
６１ レーザダイオード（発光部）
６２ フォトダイオード（受光部）
８２ ピペット
８３ 吸引管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットが着脱自在にセットされ、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれるピペットによって、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入することにより、前記試料を前記センサ面に送り込む送液装置において、
前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段を設けたことを特徴とする送液装置。
【請求項２】
前記液面検出手段は、前記液面に向けて検出光を照射する発光部と、前記液面で反射した前記検出光を受光する受光部とからなることを特徴とする請求項１記載の送液装置。
【請求項３】
前記発光部は、指向性を有することを特徴とする請求項２記載の送液装置。
【請求項４】
前記液面の高さが適正な位置ではないことを前記液面検出手段が検出した際に、通常の処理とは異なる異常検出処理を実施する異常制御手段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の送液装置。
【請求項５】
前記異常制御手段は、前記異常検出処理として、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを実施することを特徴とする請求項４記載の送液装置。
【請求項６】
複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットに対して、前記各出入口の少なくとも１つにピペットを挿し込み、このピペットによって前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入することにより、前記試料を前記センサ面に送り込む送液方法において、
前記流路に前記試料溶液を含む液体を注入した後、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出し、
適正な位置にあると検出された際にのみ、次の前記液体を前記流路に送り込むことを特徴とする送液方法。
【請求項７】
前記液体の液面の高さが適正な位置ではないと検出された際には、少なくとも、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを含む異常検出処理を実施することを特徴とする請求項６記載の送液方法。
【請求項８】
複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するための薄膜層を一面に形成した誘電体ブロックとが対向して設けられたセンサユニットに対して全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する光検出手段と、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれ、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入して前記試料を前記薄膜層に送り込むピペットとを備えた全反射減衰を利用した測定装置において、
前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段を設けたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【請求項１】
複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットが着脱自在にセットされ、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれるピペットによって、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入することにより、前記試料を前記センサ面に送り込む送液装置において、
前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段を設けたことを特徴とする送液装置。
【請求項２】
前記液面検出手段は、前記液面に向けて検出光を照射する発光部と、前記液面で反射した前記検出光を受光する受光部とからなることを特徴とする請求項１記載の送液装置。
【請求項３】
前記発光部は、指向性を有することを特徴とする請求項２記載の送液装置。
【請求項４】
前記液面の高さが適正な位置ではないことを前記液面検出手段が検出した際に、通常の処理とは異なる異常検出処理を実施する異常制御手段を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の送液装置。
【請求項５】
前記異常制御手段は、前記異常検出処理として、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを実施することを特徴とする請求項４記載の送液装置。
【請求項６】
複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するためのセンサ面とが対向して設けられたセンサユニットに対して、前記各出入口の少なくとも１つにピペットを挿し込み、このピペットによって前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入することにより、前記試料を前記センサ面に送り込む送液方法において、
前記流路に前記試料溶液を含む液体を注入した後、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出し、
適正な位置にあると検出された際にのみ、次の前記液体を前記流路に送り込むことを特徴とする送液方法。
【請求項７】
前記液体の液面の高さが適正な位置ではないと検出された際には、少なくとも、異常の報知、動作の停止、注入処理のやり直しのいずれかを含む異常検出処理を実施することを特徴とする請求項６記載の送液方法。
【請求項８】
複数の出入口を有する流路と、試料の反応を検出するための薄膜層を一面に形成した誘電体ブロックとが対向して設けられたセンサユニットに対して全反射条件を満足するように光を照射する光源と、前記センサユニットからの反射光を受光して電気信号に光電変換する光検出手段と、前記各出入口の少なくとも１つに挿し込まれ、前記試料が溶解した試料溶液を前記流路に注入して前記試料を前記薄膜層に送り込むピペットとを備えた全反射減衰を利用した測定装置において、
前記試料溶液を含む液体を前記流路に注入した際に、前記ピペットが挿し込まれる前記出入口から見える液面の高さが、適正な位置か否かを検出する液面検出手段を設けたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３２２８９６（Ｐ２００６−３２２８９６Ａ）
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１４８４５８（Ｐ２００５−１４８４５８）
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００５２０１）富士フイルムホールディングス株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月３０日（２００６．１１．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２０日（２００５．５．２０）
【出願人】（０００００５２０１）富士フイルムホールディングス株式会社 (7,609)
【Ｆターム（参考）】
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