JP2008089321A

JP2008089321A - バイオセンサ検出装置

Info

Publication number: JP2008089321A
Application number: JP2006267353A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Ogura; 信彦小倉
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17
Also published as: WO2008041524A1; EP2081011A1; US20100027005A1

Abstract

【課題】バイオセンサ検出装置において、装置構成の複雑化および装置サイズの大型化を抑制しつつ測定における処理能力を高める。
【解決手段】複数の領域に区画されたバイオセンサ１０中の各測定領域Ｒの全てで反射された光束Ｌｒそれぞれを同時に分光可能な１つ以上の分光器２０によって分光された各光束Ｌｓの全てを、１つ以上の受光器３０で同時に受光して各光束Ｌｓのスペクトル強度分布を個別に取得可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明はバイオセンサ検出装置に関し、詳しくは、バイオセンサで反射された光束のスペクトル強度分布を取得するバイオセンサ検出装置に関するものである。

従来より、医薬品開発等において、特定のタンパクと、医薬品の候補となる化合物との間の相互作用を調べる研究が行なわれている。また、上記相互作用を定量測定するための装置も知られている。上記のような装置に使用されるセンサとして、例えば、特定のタンパクと種類が異なる多数の化合物それぞれとの間の相互作用を同時に定量可能とするバイオセンサが知られている。このバイオセンサは、例えば、基板層、基板層に積層された２次元格子層、および２次元格子層の表面に固定化された特異的結合物質等から構成されたものである。上記格子層の断面は、方形波形状やサイン波形状等の周期的な繰り返しパターンを成している。

上記バイオセンサ上には、多数の開口を有するマイクロタイタープレートが積層されて上記タイタープレートの開口毎に区画されたバイオセンサ上の領域が個別の測定領域となり、化合物間（例えば、上記特定のタンパクと化合物と間）の相互作用を生じさせる領域となる。そして、上記測定領域に白色光が照射され、この白色光の照射を受けた測定領域で反射された測定対象となる光束を分光分析することにより上記化合物間の相互作用の状態を定量することができる。

すなわち、化合物間の相互作用の状態に応じて、上記測定領域で反射した光束のスペクトル強度分布のピーク波長がシフトするので、そのピーク波長のシフト量を測定することで上記相互作用の状態を定量することができる。

上記バイオセンサ上へ多数の開口を有するマイクロタイタープレートを積層して区画された多数の測定領域を有するバイオセンサ反応容器を利用した測定によれば、バイオセンサ上で同時に起こる数千の個々の相互作用の状態の定量分析をすることも可能である。

また、上記多数の測定領域での定量を実行する装置として、８つの測定チャンネルを有するバイオセンサ検出装置が知られている（引用文献１参照）。上記バイオセンサ検出装置は、８行×１２列に区画された各測定領域を有するバイオセンサ反応容器で生じる上記化合物間の相互作用を定量するものであり、上記バイオセンサ反応容器の各行の1列目に配された８つの測定領域を上記８チャンネルで同時測定し、その後、上記８チャンネルを用いて２列目〜１２列目まで順次測定するものである。

このバイオセンサ検出装置は、各チャンネル毎に、各測定領域へ照明光である白色光を照射する照明用光ファイバ、上記白色光の照射を受けた各測定領域で反射した各光束を導光する検出用光ファイバ、および上記検出用光ファイバから射出された各光束を分光する分光器、上記分光された光束のスペクトル強度分布を測定する受光器からなる分光測定部をそれぞれ個別に備えている。そして、上記８チャンネルでの測定（８つの分光測定部を用いた測定）を順次１列目〜１２列目まで行なうことにより上記バイオセンサ上の測定領域の全てを測定する。なお、上記１列目〜１２列目までを順次測定するときのバイオセンサと分光測定部との相対移動は、機械的な移動により実行される。
米国特許第７０２３５４４号明細書

ところで、近年のバイオ技術の進歩に伴い非常に多くの化合物間の相互作用の定量を短時間で実行すること、すなわち上記定量測定における処理能力を高めることが求められている。例えば上記各チャンネル毎に分光測定部を有する８チャンネルのバイオセンサ検出装置の定量測定における処理能力を高めるには、チャンネル数を増やしたりチャンネルを高速走査させたりすることが考えられる。しかしながら、上記バイオセンサ検出装置のチャンネル数を増加させると、チャンネル数の増加に応じて分光測定部の数が増加する。また、チャンネルの走査速度を高速化すれば、その高速化の度合いに応じて走査機構への負荷も増大する。そのため、バイオセンサ検出装置の処理能力を高めようとすると装置構成が複雑化するとともに装置サイズが大きくなるという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、装置構成の複雑化および装置サイズの大型化を抑制しつつ測定における処理能力を高めることができるバイオセンサ検出装置を提供することを目的とするものである。

本発明のバイオセンサ検出装置は、複数の領域に区画されたバイオセンサ中の各測定領域の全てで反射された光束それぞれを同時に分光可能な１つ以上の分光器と、前記分光器で分光された各光束の全てを同時に受光して各光束のスペクトル強度分布を個別に取得可能な１つ以上の受光器とを備えたことを特徴とするものである。

前記分光器は、１つの回折格子とすることができる。なお、上記回折格子はグレーティングともいう。

前記受光器は、多数の受光素子を１つの基板上に２次元配置してなるものとすることができる。

前記バイオセンサ検出装置は、前記反射されたそれぞれの光束を一端から入射させてこの光束を前記分光器へ導く個別の検出用光ファイバを備えたものとすることができる。

前記分光器および前記受光器はそれぞれ１つずつ備えられたものすることができる。

本発明のバイオセンサ検出装置によれば、複数の領域に区画されたバイオセンサ中の各測定領域の全てで反射された光束それぞれを同時に分光可能とする１つ以上の分光器と、上記分光器で分光された各光束の全てを同時に受光して各光束のスペクトル強度分布を個別に取得可能とする１つ以上の受光器とを備えるようにしたので、従来のバイオセンサ検出装置のように、バイオセンサ中の各測定領域に対応させた個別の分光器、および上記個別の分光器に対応させた個別の受光器を備えることなく測定を行なうことができ、装置に搭載する分光器の数および受光器の数を低減することができる。

さらに、バイオセンサ中の各測定領域の全てで反射された光束それぞれを分光器により同時に分光可能で、かつ、上記分光器で分光された各光束の全てを同時に受光器により受光して各光束のスペクトル強度分布を個別に取得することができるので、従来のバイオセンサ検出装置ように分光器とバイオセンサとを相対移動させることなく上記バイオセンサ中の測定領域の全てで生じた化合物間の相互作用を定量することができる。これにより、従来のバイオセンサ検出装置に搭載されていた、分光器および受光器で構成される分光測定器とバイオセンサとを相対移動させる機構を不要とすることができ、上記相対移動に要する時間も省略できるので測定における単位時間当たりの処理数を増大させることができる。

上記のことにより、上記バイオセンサ検出装置は、装置構成の複雑化および装置サイズの大型化を抑制しつつ測定における処理能力を高めることができる。

また、分光器を、１つの回折格子とすれば、上記装置構成の複雑化および装置サイズの大型化をより確実に抑制することができる。

また、受光器を、多数の受光素子を１つの基板上に２次元配置してなるものとすれば、装置構成の複雑化および装置サイズの大型化をより確実に抑制することができる。

さらに、反射されたそれぞれの光束を一端から入射させて該光束を分光器へ導く個別の検出用光ファイバを備えるようにすれば、測定領域で反射した各光束をより確実に分光器へ入射させることができ、また、各測定領域で反射した光束同士の混ざり合いによるＳ/Ｎの低下を防止することができるので、より正確な定量を行なうことができる。

なお、分光器および受光器をそれぞれ１つずつ備えるようにすれば、装置構成の複雑化および装置サイズの大型化をさらに確実に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態によるバイオセンサ検出装置の概略構成を示す概念図、図２は上記バイオセンサ検出装置の変形例を示す概念図である。

上記図１に示す本発明の実施の形態による上記バイオセンサ検出装置１００は、複数の領域に区画されたバイオセンサ１０中の各測定領域Ｒ１、Ｒ２、・・・（以後、まとめて測定領域Ｒともいう）の全てで反射された光束Ｌｒ１、Ｌｒ２、・・・（以後、まとめて光束Ｌｒともいう）それぞれを同時に分光可能とする１つの分光器２０と、分光器２０で分光された各光束Ｌｓ１、Ｌｓ２、・・・（以後、まとめて光束Ｌｓともいう）の全てを同時に受光して各光束のスペクトル強度分布を個別に取得可能とする１つの受光器３０とを備えている。

このバイオセンサ検出装置１００は、上記バイオセンサ１０と分光器２０との間に、白色光Ｌｗの照射を受けて上記測定領域Ｒ１、Ｒ２、・・・それぞれの下面側１１で反射した各光束Ｌｒ１、Ｌｒ２、・・・を一端から入射させて上記光束Ｌｒ１、Ｌｒ２、・・・を分光器２０へ導く個別の光ファイバである検出用光ファイバＦｋ１、Ｆｋ２、・・・（以後、まとめて検出用光ファイバＦｋともいう）と、上記検出用光ファイバＦｋ１、Ｆｋ２、・・・から射出された各光束Ｌｒ１、Ｌｒ２、・・・をコリメートして分光器２０の所定領域へ入射させるコリメートレンズＣｐ１、Ｃｐ２、・・・（以後、まとめてコリメートレンズＣｐともいう）を各検出用光ファイバＦｋ１、Ｆｋ２、・・・毎に備えている。

さらに上記バイオセンサ検出装置１００は、照明光である上記白色光Ｌｗを発する光源５１、上記光源５１から発せられた白色光Ｌｗを集光させる集光レンズ５２、上記集光レンズ５２で集光された白色光Ｌｗが一端Ｔａから入射されて、この白色光Ｌｗを他端Ｔ２へ伝播させ上記他端Ｔｂから測定領域Ｒ１、Ｒ２、・・・それぞれへ向けて射出し各測定領域Ｒ１、Ｒ２、・・・それぞれを下面側１１から個別に照明する照明用光ファイバＦｓ１、Ｆｓ２、・・・（以後、まとめて照明用光ファイバＦｓともいう）を有する照明システム５０を備えている。

分光器２０は、ここでは長尺の回折格子であり、入射した複数の光束それぞれを同時に分光し、受光器３０上の互に異なる領域へ入射させる。なお、上記分光器２０は、回折格子を採用する場合に限らず、プリズム等他の方式を採用したものであってもよい。

なお、上記分光器２０は、１つ備える場合に限らず、後述するように２つ以上の分光器２０ａ、２０ｂ、・・・を備えるようにしてもよい。

受光器３０は、多数の受光素子を１つの基板上に２次元配置してなるものを採用することができる。ここでは、受光器３０として２次元ＣＣＤを採用する。この受光器３０は分光器２０で分光された光束を受光して、各受光素子の位置と各受光素子の受光光量とから上記光束の光量分布を求めることができる。そして、上記光量分布がスペクトル強度分布に対応するものとなる。すなわち、上記分光された光束を受光した各受光素子の位置が波長に対応し各受光素子の受光光量が各波長に応じた光の強度を示すので、上記光量分布から上記分光された光束のスペクトル強度分布を求めることができる。

なお、上記受光器３０は、１つ備える場合に限らず、後述するように２つ以上の受光器３０ａ、３０ｂ、・・・を備えるようにしてもよい。

バイオセンサ１０は、高屈折率の材料を含む１次元格子層と、上記１次元格子層を支持する上記高屈折率の材料よりも屈折率の低い低屈折率材料層と、上記１次元格子層上の低屈折率材料層の側とは反対側の表面に固定化された１つ以上の特異的結合物質とを主な構成要素とするものである。ここでは、バイオセンサ１０は、８行×１２列の合計９６の測定領域を有するもの、すなわち標準化された９６フォーマットからなるものとするが、その他の標準化された３８４の測定領域を有する３８４フォーマット、あるいは１１５６の測定領域を有する１１５６フォーマット等を採用してもよい。なお、上記バイオセンサ１０上の各測定領域は、例えばバイオセンサ１０上へ多数の開口を有するマイクロタイタープレートを積層する等の従来より知られている方式を用いて区画することができる。

なお、上記バイオセンサ１０は、米国特許第７０２３５４４号明細書に記載されているバイオセンサと同様の構成からなるものである。

上記のように、ここでは８行×１２列の合計９６の測定領域が区画されたバイオセンサ１０を用いる。したがって、バイオセンサ検出装置１００には、９６本の照明用光ファイバＦｓ、９６本の検出用光ファイバＦｋ、および９６個のコリメートレンズＣｐが設けられている。

また、分光器２０である長尺の回折格子上には、互に異なる光束を分光するための９６の領域が設けられており、分光器２０で同時に分光された９６の光束Ｌｓ１、Ｌｓ２、・・・は受光器３０である２次元ＣＣＤ上の９６の互に異なる領域で同時に受光される。

次に、上記バイオセンサ検出装置１００を用いた実施の形態の作用について説明する。

照明システム５０から各照明用光ファイバＦｓを通して射出された白色光Ｌｗの光束それぞれは、各測定領域Ｒの全てを上記測定領域Ｒの下面側１１から個別に同時に照明する。上記白色光Ｌｗの照明を受けて各測定領域Ｒで反射した光束Ｌｒの全ては、各検出用光ファイバＦｋおよびコリメートレンズＣｐを通して、分光器２０に同時に入射する。上記分光器２０で分光された各光束Ｌｓの全ては、受光器３０に同時に入射しこの受光器３０により各光束Ｌｓのスペクトル強度分布が得られる。

上記各測定領域Ｒにおいて、例えばタンパクと化合物との間の相互作用が生じると、その相互作用の状態に応じて各測定領域Ｒで反射した光束のスペクトル強度分布のピーク波長がシフトするので、そのピーク波長のシフト量を測定することにより上記相互作用の状態を定量することができる。

上記のようにして、バイオセンサ１０中の各測定領域Ｒの全ての相互作用の状態を同時に定量することができる。

上記のように本発明によれば、装置構成の複雑化および装置サイズの大型化を抑制しつつ測定における処理能力を高めることができる。

なお、上記実施の形態のうちバイオセンサ１０中の１つの測定領域を測定する個別の作用については、米国特許第７０２３５４４号明細書を参照することができる。

図２に上記バイオセンサ検出装置１００の変形例を示す。なお、上記図２は、図１における各部と共通の構成要素については図１と同一の符号を用いて示したものであり、上記共通の構成要素については説明を省略する。

図２に示すバイオセンサ検出装置１０１は、上記１つの分光器２０の代わりに２つ以上の分光器２０ａ、２０ｂ、・・・を備え、バイオセンサ１０中の各測定領域Ｒの全てで反射された光束Ｌｒそれぞれを上記２つ以上の分光器２０ａ、２０ｂ、・・・を用いて同時に分光するようにしたものである。さらに、上記１つの受光器３０の代わりに２つ以上の受光器３０ａ、３０ｂ、・・・を備え、上記分光器２０ａ、２０ｂ、・・・で分光された各光束Ｌｓの全てを２つ以上の受光器３０ａ、３０ｂ、・・・で同時に受光して各光束のスペクトル強度分布を個別に取得するようにしたものである。バイオセンサ検出装置１０１のその他の構成および作用は上記バイオセンサ検出装置１００と同様である。

さらに、図１に示す１つの分光器２０で分光した各光束Ｌｓを図２に示す２つ以上の受光器３０ａ、３０ｂ、・・・を用いて同時に受光するようにしてもよいし、あるいは図２に示す２つ以上の分光器２０ａ、２０ｂ、・・・を用いて分光した各光束Ｌｓを図１に示す１つの受光器３０で同時に受光するようにしてもよい。

本発明の実施の形態によるバイオセンサ検出装置の概略構成を示す概念図本発明の実施の形態によるバイオセンサ検出装置の変形例を示す概念図

符号の説明

１０バイオセンサ
２０分光器
３０受光器
５０照明システム
１００バイオセンサ検出装置
Ｒ測定領域
Ｌｗ白色光
Ｆｋ検出用光ファイバ
Ｃｐコリメートレンズ

Claims

複数の領域に区画されたバイオセンサ中の各測定領域の全てで反射された光束それぞれを同時に分光可能な１つ以上の分光器と、
前記分光器で分光された各光束の全てを同時に受光して各光束のスペクトル強度分布を個別に取得可能な１つ以上の受光器とを備えたことを特徴とするバイオセンサ検出装置。
前記分光器が、１つの回折格子であることを特徴とする請求項１記載のバイオセンサ検出装置。
前記受光器が、多数の受光素子を１つの基板上に２次元配置してなるものであることを特徴とする請求項１または２記載のバイオセンサ検出装置。
前記反射されたそれぞれの光束を一端から入射させて該光束を前記分光器へ導く個別の検出用光ファイバを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のバイオセンサ検出装置。
前記分光器および前記受光器がそれぞれ１つずつ備えられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のバイオセンサ検出装置。