JP4004505B2 - 流路部材及びセンサユニット - Google Patents

Description

本発明は、全反射減衰を利用した測定装置に用いられるセンサユニットと、このセンサユニットに組み込まれる流路部材に関する。

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。

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。

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。

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。ＳＰＲ測定装置は、この反射光の減衰を捉えることにより、センサ面上の試料の反応状況を測定する。

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、生理的食塩水や純粋、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る。また、センサ面にはリガンドとなる試料を固定させるためのリンカー膜が設けられており、流路にリガンド溶液を注入してリンカー膜にリガンドを固定（固定工程）させた後、アナライト溶液を注入してリガンドとアナライトとを接触（測定工程）させることにより、その相互作用を調べている。

また、特許文献１記載のＳＰＲ測定装置には、装置本体にプリズムと流路とが配置された測定ステージが設けられており、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。

通常、リガンドの固定が完了するまでには１時間程度を有し、数分程度で終了する測定と比べて非常に時間がかかる。特許文献１記載のＳＰＲ測定装置では、固定工程と測定工程とを同一の測定ステージ上で行うため、固定工程を行っている間は測定ステージが占有されてしまい、他のセンサユニットの測定工程を行うことができないなど、作業が滞りがちになってしまうという問題があった。

また、作業効率を上げるために、複数のセンサユニットの固定工程を先に行っておき、測定工程をまとめて行うことも考えられるが、センサユニットは、センサ面を露出させており、固定工程を行ったものを保存しておくと、センサ面が乾燥して試料が変性や失活を起こしたり、センサ面に不純物が付着するなどして、正確な測定を行うことができなくなってしまうことがあった。

これらの問題を解決するため、本出願人は、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た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、センサユニット自体に流路とプリズムとが設けられているので、複数のセンサユニットの固定工程と測定工程とを並列に行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。また、流路が設けられたことにより、固定工程を行ったものを保存しておく際に、液体を注入した状態で保存することができ、センサ面の乾燥などを防ぐことができる。
特許第３２９４６０５号公報

流路部材は、金属膜との密着性を高めるため、例えば、ゴムなどの弾性材料で成型されており、組み付けられた際に保持部材によって金属膜に押し付けられて弾性変形する。このような弾性変形の量をコントロールすることは難しく、変形した際にリンカー膜との位置がズレてしまったり、流路の形状が変わってしまうなどといった問題があった。

流路とリンカー膜との位置がズレて、両者が対面する面積（流路内に形成されるリンカー膜の面積）が変わってしまうと、リガンドの固定量が変化して測定精度に影響を与えてしまう。また、流路の形状が変わった場合にも、流路を流れる液体の流量や流速が変化して測定精度に影響を与えてしまう。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであって、全反射減衰を利用した測定装置に用いられるセンサユニットにあって、水密性を保ちながら、組み付け時の位置精度と寸法精度とを向上させた流路部材を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の流路部材は、試料の反応を検出するセンサ面を含む平面に当接して、前記平面と対向する対向面に設けられた溝部で前記センサ面を覆うことにより、前記試料が溶解した試料溶液を前記センサ面に送液する流路を形成し、少なくとも前記対向面と前記溝部との縁部を弾性のある軟質部材で構成し、それ以外の部分を前記軟質部材よりも硬い硬質部材で構成したことを特徴とする。

なお、前記軟質部材は、少なくとも前記平面に当接する前には、前記硬質部材によって形成される前記対向面よりもわずかに突出していることが好ましい。

また、前記軟質部材は、前記流路の内壁面全体を構成していることが好ましく、前記軟質部材の前記平面との当接部の厚みは、０．１〜１．０ｍｍであることが好適である。

さらに、前記軟質部材には、非特異吸着の少ない材料を用いることが好ましい。

また、前記流路は、前記平面によって閉塞される前記溝部と、前記溝部の両端に設けられた２つの貫通孔とによって略コの字型に形成されていることが好ましい。

また、前記軟質部材と前記硬質部材とに、それぞれ異なる樹脂材料を用いて、両者を二色成形法によって一体成形することが好ましい。さらにその樹脂材料は、前記軟質部材を非晶性ポリオレフィンエラストマーとし、前記硬質部材を晶性ポリオレフィンとすることが好適である。

なお、樹脂材料に代えて金属材料を前記硬質部材に用い、前記硬質部材と前記軟質部材とをインサート成形法によって一体成形するようにしてもよい。

また、本発明のセンサユニットは、全反射条件を満たすように光が照射された際に、その反射光の光強度を減衰させる薄膜層が設けられたプリズムと、このプリズムに当接して、前記プリズムと対向する対向面に設けられた溝部で前記薄膜層を覆うことにより、試料溶液を前記薄膜層に送液する流路部材とを備え、前記流路部材の少なくとも前記対向面と前記溝部との縁部を弾性のある軟質部材で構成し、前記流路部材の前記軟質部材以外の部分を前記軟質部材よりも硬い硬質部材で構成したことを特徴とする。

なお、前記プリズムと前記流路部材とが当接した状態で、前記流路部材を前記プリズムに固定する固定手段を設けることが好ましい。

本発明の流路部材によれば、水密性が必要となる対向面と溝部との縁部を弾性のある軟質部材で構成し、それ以外を軟質部材よりも硬い硬質部材で構成したので、水密性を保ちつつ、組み付け時の位置精度と寸法精度とを向上させることができる。

図１は、全反射減衰を利用した測定装置としてのＳＰＲ測定装置２の概略構成を示すブロック図である。ＳＰＲ測定装置２は、リガンドの固定（固定工程）を行う固定機４と、固定化したリガンドにアナライトを加えて両者の反応状況を測定（測定工程）する測定機６と、この測定機６によって得られたデータの解析（データ解析工程）を行うデータ解析機８とから構成されている。また、固定工程と測定工程とは、別体となったセンサユニット１２に対して行われ、複数の試料の測定が円滑に行われるようにされている。

図２は、センサユニット１２の概略構成を示す分解斜視図である。センサユニット１２は、上面に金属膜（薄膜層）１３が形成されたプリズム１４と、金属膜１３に液体を送液する流路１６が形成された流路部材４１と、プリズム１４の上面と流路部材４１の底面とを圧接させた状態で保持する保持部材（保持手段）４２と、この保持部材４２の上方に配置される蓋部材４３とから構成されている。

流路部材４１は、長尺状に成型されており、その長手方向に沿って３つの流路１６が設けられている。図３に示すように、各流路１６は、プリズム１４の上面（請求項記載の平面に相当）によって閉塞される溝部５０と、この溝部５０の一端から略垂直に設けられた注入部（貫通孔）５２と、他端から略垂直に設けられた排出部（貫通孔）５４とからなる略コの字型の送液管であり、注入部５２と排出部５４とには、液体を注入する注入口５２ａと、それを排出する排出口５４ａとが形成されている。流路１６の管径は１ｍｍ程度であり、注入口５２ａと排出口５４ａとの間隔（溝部５０の長さ）は、１０ｍｍ程度である。また、溝部５０によって開放された流路１６の底部は、プリズム１４の上面と圧接した際に、金属膜１３によって覆われて密閉される。以下、金属膜１３のうち、この開放部位で囲まれた部分（図４参照）を、センサセル１７と称す。なお、本例では、流路１６の数（センサセル１７の数）が３つの例を説明したが、流路１６の数は、３つに限らず、１つ又は２つであってもよいし、４つ以上でもよい。

流路部材４１は、各流路１６の内壁面全体を構成する弾性のある軟質部材５６と、この軟質部材５６以外の部分を構成する軟質部材５６よりも硬い硬質部材５８とから構成されており、注入部５２と排出部５４の内壁面を構成する軟質部材５６は、後述する固定機４のピペット対１９と測定機６のピペット対２６（ともに図５参照）とを水密に受け止める。また、軟質部材５６と硬質部材５８とは、同一金型内で異材料どうしを組み合わせて成形する、いわゆる二色成形法（ダブルモールド）によって一体成形されている。

軟質部材５６には、流路部材４１の硬質部材５８によって形成された底面（請求項記載の対向面に相当）よりもわずかに突出した突出部（当接部）５６ａが形成されている。この突出部５６ａは、保持部材４２によって流路部材４１がプリズム１４の上面に圧接された際に、弾性変形して金属膜１３との隙間を埋め、各流路１６の開放された底部をプリズム１４とともに水密に覆う。なお、軟質部材５６の厚みは、０．１ｍｍよりも薄いと軟質部材５６の弾性変形による水密の効果が得にくくなり、１．０ｍｍよりも厚いと軟質部材５６の弾性変形による位置ズレの弊害が大きくなるため、０．１〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。また、突出部５６ａの突出量は、突出部５６ａの弾性を考えると０．１ｍｍ程度が好適である。

また、流路１６の内壁面を構成し、流路１６を流れる試料溶液と接する軟質部材５６は、試料溶液中に溶解した試料の吸着を防止するため、非特異吸着の少ない材料であることが好ましい。すなわち、軟質部材５６の材料としては、非特異吸着が少ない弾性材料を用いることが好適であって、このような材料としては、例えば、非晶質ポリオレフィンエラストマーが知られている。なお、軟質部材５６と一体成形される硬質部材５８としては、例えば、ポリプロピレンなどの晶質ポリオレフィンが用いられる。

図２に示すように、プリズム１４の上面には、各流路１６と対面する短冊状の金属膜１３が、例えば、蒸着によって形成される。この金属膜１３には、例えば、金や銀が用いられ、その膜厚は、例えば、５０ｎｍである。なお、この膜厚は、金属膜１３の材料や、照射される光の波長などに応じて適宜選択される。

金属膜１３上の各流路１６に対応する位置（センサセル１７内）には、リガンドを固定させるためのリンカー膜２２が形成されている。以下、金属膜１３のうち、リンカー膜２２が形成された側の面をセンサ面１３ａ、この裏面（プリズム１４に接触している面）を光入射面１３ｂと称す。プリズム１４は、入射した光を光入射面１３ｂに向けて集光するものであり、金属膜１３は、全反射条件を満たすように光入射面１３ｂに光が入射した際に、センサ面１３ａでＳＰＲを発生させる。

プリズム１４の長辺側の両側面には、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、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の上面とが圧接した状態で保持される。さらに、プリズム１４の両端部には、突部１４ｂが設けられている。この突部１４ｂは、センサユニット１２を、図示せぬホルダに収納する際に用いられるものであり、ホルダに形成されたスリットと係合して、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。

なお、プリズム１４としては、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が用いられる。

保持部材４２の上面には、各流路１６の注入口５２ａ及び排出口５４ａに対応する位置に、ピペットなどの送液手段の先端部を進入させる受け入れ口４２ｂが形成されている。これらの受け入れ口４２ｂは、ピペットから吐出された液体が各注入口５２ａに導かれるように漏斗状に形成されている。また、各受け入れ口４２ｂは、保持部材４２が流路部材４１を挟み込んでプリズム１４と係合した際に、それぞれの注入口５２ａ及び排出口５４ａと当接して、流路１６と連結する。

また、各受け入れ口４２ｂの両脇には、円柱状のボス４２ｃが設けられている。これらのボス４２ｃは、蓋部材４３に形成された穴４３ａと嵌合して、蓋部材４３を位置決めする。蓋部材４３は、各受け入れ口４２ｂ及び各ボス４２ｃに対応する位置に穴が空けられた両面テープ４４によって、保持部材４２の上面に貼り付けられる。

蓋部材４３は、流路１６に通じる受け入れ口４２ｂを覆うことで、流路１６内に注入された液体の蒸発を防止する。この蓋部材４３は、例えば、ゴムやプラスチックなどの弾性材料で形成されており、各受け入れ口４２ｂに対応する位置には、十字型のスリット４３ｂが形成されている。これにより、蓋部材４３は、スリット４３ｂを弾性変形させてピペットの挿入を可能にするとともに、ピペットが抜かれた状態では初期状態を保持して受け入れ口４２ｂを塞ぐ。

図４に示すように、金属膜１３上に形成されたリンカー膜２２には、リガンドが固定されてアナライトとリガンドとの反応が生じる測定領域２２ａと、リガンドが固定されず、測定領域２２ａの信号測定に際しての参照信号を得るための参照領域２２ｂとが設けられている。この参照領域２２ｂは、リンカー膜２２を製膜する際に形成される。その形成方法としては、例えば、リンカー膜２２に対して表面処理を施し、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とにより、リンカー膜２２の半分が測定領域２２ａとなり、残りの半分が参照領域２２ｂとなる。

次に、図５に示す説明図を用いて、ＳＰＲの測定方法について説明する。

リンカー膜２２にリガンドを固定する固定工程は、センサユニット１２を固定機４にセットして行われる。固定機４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の各ピペット１９ａ、１９ｂは、注入口５２ａ、排出口５４ａ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。固定機４は、このピペット対１９を用いて、リガンドを溶媒に溶かしたリガンド溶液２１を、注入口５２ａから注入する。

固定機４は、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の前処理として、まず、リンカー膜２２に対して固定用バッファ液を送液してリンカー膜２２を湿らせた後、リンカー膜２２にリガンドが結合しやすくするリンカー膜２２の活性化処理を施す。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。固定機４は、この活性化処理の後、固定用バッファ液によって流路１６を洗浄する。

なお、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、純水などが使用される。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試料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用いられる場合が多い。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陽（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。

固定機４は、こうした活性化処理及び洗浄を行った後、流路１６にリガンド溶液２１を注入して、リガンド固定化処理を行う。リガンド溶液２１が流路１６へ注入されると、溶液中に拡散しているリガンド２１ａが徐々にリンカー膜２２に堆積して結合し、リンカー膜２２上にリガンド２１ａが固定される。なお、固定化には、通常１時間程度かかり、この間、センサユニット１２は、温度などの環境条件が所定の条件に設定された状態で保管される。また、固定化が進んでいる間、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２１ａとリンカー膜２２との結合が促進され、リガンド２１ａの固定量を増加させることができる。

固定機４は、リンカー膜２２へのリガンド２１ａの固定化が完了すると、リガンド溶液２１をピペット１９ｂによって吸い出して流路１６から排出させた後、流路１６に洗浄液を注入して固定化が完了したリンカー膜２２の洗浄を行う。また、固定機４は、必要に応じてブロッキング液を注入し、リガンドと結合しなかったリンカー膜２２の反応基を失活させるブロッキング処理を行う。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を行った場合には、再び流路１６が洗浄される。最終的な洗浄を行った後、固定機４は、流路１６に乾燥防止液を注入する。センサユニット１２は、リンカー膜２２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。

測定工程は、センサユニット１２を測定機６にセットして行われる。測定機６には、固定機４のピペット対１９と同様のピペット対２６と、センサユニット１２に光を照射してリガンドとアナライトとの反応状況を測定する測定部３１とが設けられている。ピペット対２６は、固定機４のピペット対１９と同様に、注入口５２ａから流路１６へ各種の液体を注入する。

測定部３１は、照明部３２と検出器３３とから構成されている。リガンドとアナライトとの反応状況は、共鳴角（金属膜１３に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、偏光板などからなる光学系３６とから構成され、配置位置及び設置角度は、照明光の入射角が全反射条件を満足するように調整される。

光源３４としては、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＬＤ（Laser Diode）、ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）などの発光素子が用いられる。光源３４は、こうした発光素子を１個使用し、この単一光源から光入射面１３ｂに向けて光を照射する。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（入射面に平行な振動電場を持つ直線偏光）のみを通過させる。なお、ＬＤを使用する場合など、光源３４が発する照射光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、拡散板を通過したことによって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を揃える。こうして拡散及び偏光された光は、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を光入射面１３ｂに入射させることができる。

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、様々な角度の光が入射するので、光入射面１３ｂでは、それらの光が、それぞれの入射角に応じた反射角で反射する。検出器３３は、これらの様々な反射角の光を受光する。この検出器３３には、例えば、ＣＣＤエリアセンサやフォトダイオードアレイが用いられ、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て光電変換し、それをＳＰＲ信号としてデータ解析機８に出力する。

また、リンカー膜２２の上には、測定領域２２ａと参照領域２２ｂとが形成されている。検出器３３は、測定領域２２ａに対応するＳＰＲ信号を測定信号として出力し、参照領域２２ｂに対応するＳＰＲ信号を参照信号として出力する。

測定機６が測定工程を行う際には、まず、流路１６に測定用バッファ液を注入する。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を注入する。なお、最初に測定用バッファ液を注入する前に、一度流路１６の洗浄を行うようにしてもよい。検出器３３による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液を注入した直後から開始され、アナライト溶液２７を注入した後、再び測定用バッファ液が注入されるまでの間行われる。これにより、基準レベルの検出、アナライトとリガンドとの反応状況、結合したアナライトとリガンドとの測定用バッファ液注入による脱離までのＳＰＲ信号を測定することができる。

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、純水などが使用される。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、リガンドやアナライト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、アナライト溶液２７中にＤＭＳＯが含まれる場合には、そのＤＭＳＯ濃度と同程度のＤＭＳＯ濃度を有する測定用バッファ液使用することが好ましい。

なお、アナライト溶液２７は、長時間（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）を行うことが好ましい。

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流路１６に注入して、このときのＤＭＳＯ濃度変化に応じた参照信号のレベルと測定信号のレベルの、それぞれの変化量を調べることにより求められる。

リガンドとアナライトとの反応状況は、検出器３３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、それに応じて反射光の共鳴角が変化を開始し、受光面内における反射光の減衰位置が移動し始める。測定機６は、こうして得た試料の反応状況を表すＳＰＲ信号を、データ解析機８に出力する。

なお、図５では、測定機６の構成が明確になるように、便宜的に光入射面１３ｂへの入射光線及びそこで反射する反射光線の向きが、流路１６内を流れる液体の方向と平行になるように、照明部３２と検出器３３とが配置されているが、図４に示すように、実際には、入射光線及び反射光線の向きが、液体の流れる方向と直交する方向（紙面に直交する方向）に照射されるように、照明部３２と検出部３３とが配置される。但し、測定部３１を、この図５に示すように配置して測定を行っても、何ら問題はない。

データ解析工程では、測定機６で得たＳＰＲ信号をデータ解析機８で解析して、アナライトの特性を定量分析する。データ解析機８は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーションなどに専用のソフトウェアをインストールしたものである。

データ解析機８は、測定機６が得た測定信号と参照信号との差や比を求めてデータ解析を行う。例えば、測定信号と参照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、センサユニット１２やリンカー膜２２などの個体差や、装置の機械的な変動や、液体の温度変化などといった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比の良好な精度の高い測定を行うことができる。

本発明のセンサユニット１２によれば、流路部材４１を、弾性のある軟質部材５６と、これよりも硬い硬質部材５８とから構成したので、保持部材４２によってプリズム１４に圧接された際に、軟質部材５６で水密性を保ちながら、硬質部材５８で流路１６の位置ズレや変形を防止することができる。

また、軟質部材５６及び硬質部材５８ともに樹脂材料を用いて、両者を二色成形法で一体成形するようにしたので、接着を必要とせず、例えば、接着不良による液漏れや、接着剤及び接着剤から揮発した溶剤などの試料溶液への混入といった不具合を防止することができる。

なお、上記実施形態では、軟質部材５６で流路１６の内壁面全体を構成するようにしているが、軟質部材５６は、流路１６の水密性を保つためのものであるから、最低限、流路部材４１の底面と溝部５０との縁部を構成するものであればよい。しかしながら、上記実施形態のように流路１６の内壁面全体を構成することにより、つなぎ目による送液の不具合などを抑えることができる。また、成形する面積が増えることによって、成形性を向上させることができるとともに、一体成形された軟質部材５６が硬質部材５８から剥がれ落ちることを抑えることができる。

また、上記実施形態では、軟質部材５６及び硬質部材５８ともに樹脂材料を用いるようにしているが、硬質部材５８には、金属材料を用いるようにしてもよい。硬質部材５８に金属材料を用いることにより、例えば、流路部材４１の温度制御を容易に行うことができるといった効果を得ることができる。なお、金属材料を用いる際には、二色成形法を用いることができないので、金型内に金属部品（インサート品）を装填した状態で樹脂を注入し、金属部品を溶融樹脂で包んで固化させることにより一体化した複合部品を作る、いわゆるインサート成形法によって、軟質部材５６と硬質部材５８とを一体成形することが好ましい。

さらに、上記実施形態では、プリズム１４と流路部材４１とが当接した状態を保持部材４２によって保持するようにしているが、図６及び図７に示す流路部材８０のように、硬質部材８２を成形する際に、プリズム１４の係合爪１４ａと係合する係合部８２ａを設けて、流路部材８０自体がプリズム１４に組み付くようにしてもよい。なお、本例においては、流路の内壁面全体を構成する軟質部材８４のうち、フランジ状に拡がった縁部８４ａが、請求項記載の当接部に相当するものであって、図中ｔで示される部分の厚みを、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが好ましい。

また、上記実施形態では、金属膜の表面にＳＰＲを発生させて、そのときの反射光の減衰を検出する、いわゆるＳＰＲセンサを例に説明したが、本発明のセンサユニットは、これに限ることなく、全反射減衰を利用した測定に用いられる他のセンサにも適用することができる。全反射減衰を利用するセンサとしては、ＳＰＲ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。

また、全反射減衰を利用した測定に用いられるセンサユニットに限らず、他の方式を用いて生体試料の相互作用などを測定するセンサユニット、及びこれに組み込まれる流路部材に本発明を適用してもよい。さらには、生体試料のみならず、液体試料をセンサ面に送液して、このセンサ面上で試料の反応状況を検出する他の如何なるセンサユニット、及びその流路部材に本発明を適用してもよい。

ＳＰＲ測定装置の概略構成を示すブロック図である。 センサユニットの概略構成を示す分解斜視図である。 流路部材の構成を示す断面図である。 センサセルと測定部との構成を概略的に示す説明図である。 ＳＰＲを利用した測定方法の概略を説明する説明図である。 流路部材の他の実施形態を示す外観斜視図である。 流路部材の他の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

２ ＳＰＲ測定装置
４ 固定機
６ 測定機
８ データ解析機
１２ センサユニット
１３ 金属膜（薄膜層）
１４ プリズム
１６ 流路
４１、８０ 流路部材
４２ 保持部材（保持手段）
５０ 溝部
５２ 注入部（貫通孔）
５４ 排出部（貫通孔）
５６、８４ 軟質部材
５６ａ 突出部（当接部）
５８、８２ 硬質部材
８２ａ 係合部（保持手段）
８４ａ 縁部（当接部）

Claims (10)

1. 試料の反応を検出するセンサ面を含む平面に当接して、前記平面と対向する対向面に設けられた溝部で前記センサ面を覆うことにより、前記試料が溶解した試料溶液を前記センサ面に送液する流路を形成する流路部材において、
   非特異吸着が少なく、かつ弾性を有する材料が用いられ、所定の厚みで前記対向面と前記溝部との縁部及び前記流路の内壁面全体を構成する軟質部材と、
   前記軟質部材よりも硬い材料が用いられるとともに、前記軟質部材と一体に成形され、前記軟質部材以外の部分を構成する硬質部材とからなることを特徴とする流路部材。
2. 前記軟質部材は、少なくとも前記平面に当接する前には、前記硬質部材によって形成される前記対向面よりもわずかに突出していることを特徴とする請求項１記載の流路部材。
3. 前記軟質部材の前記平面との当接部の厚みを、０．１〜１．０ｍｍとしたことを特徴とする請求項２記載の流路部材。
4. 前記流路は、前記平面によって閉塞される前記溝部と、前記溝部の両端に略垂直に設けられた２つに貫通孔とによって略コの字型に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の流路部材。
5. 前記軟質部材と前記硬質部材とには、それぞれ異なる樹脂材料が用いられており、両者は、二色成形法によって一体成形さ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項に記載の流路部材。
6. 前記軟質部材は、非晶質ポリオレフィンエラストマーであり、前記硬質部材は、晶質ポリオレフィンであることを特徴とする請求項５記載の流路部材。
7. 前記軟質部材には樹脂材料が、前記硬質部材には金属材料が、それぞれ用いられており、両者は、インサート成形法によって一体成形さ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項に記載の流路部材。
8. 前記軟質部材は、非晶質ポリオレフィンエラストマーであることを特徴とする請求項７記載の流路部材。
9. 全反射条件を満たすように光が照射された際に、その反射光の光強度を減衰させる薄膜層が設けられたプリズムと、このプリズムに当接して、前記プリズムと対向する対向面に設けられた溝部で前記薄膜層を覆うことにより、試料溶液を前記薄膜層に送液する流路を形成する流路部材とを備え、前記試料溶液に溶解した試料が前記薄膜層に接触した際に、その反応状況に応じて前記減衰の生じる前記光の入射角度が変化するセンサユニットにおいて、
   前記流路部材が、非特異吸着が少なく、かつ弾性を有する材料が用いられ、所定の厚みで前記対向面と前記溝部との縁部及び前記流路の内壁面全体を構成する軟質部材と、前記軟質部材よりも硬い材料が用いられるとともに、前記軟質部材と一体に成形され、前記軟質部材以外の部分を構成する硬質部材とからなることを特徴とするセンサユニット。
10. 前記プリズムと前記流路部材とが当接した状態を保持する保持手段を設けたことを特徴とする請求項９記載のセンサユニット。

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