JP2007155403A - Measuring instrument using total reflection return loss and measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、試料の反応状況を光の全反射減衰を利用して測定する全反射減衰を利用した測定装置及び方法に関するものである。 The present invention relates to a measuring apparatus and method using total reflection attenuation for measuring a reaction state of a sample using total reflection attenuation of light.
例えば、タンパク質やDNAなどの生化学物質の相互作用を調べたり、薬品のスクリーニングを行う場合において、試料の反応を測定する測定装置として、全反射減衰を利用した測定装置が知られている。 For example, a measurement device using total reflection attenuation is known as a measurement device for measuring the reaction of a sample when investigating the interaction of biochemical substances such as proteins and DNA, or when performing drug screening.
全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体ブロックの一面に形成された薄膜の表面であるセンサ面上において試料の反応を生じさせ、前記薄膜と誘電体ブロックとの界面に全反射条件を満たすように光を入射させ、その反射光の減衰状況を検出することにより前記反応を測定する。こうした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測定装置という)がある。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。 A measuring device using total reflection attenuation causes a sample reaction on the surface of a thin film formed on one surface of a transparent dielectric block, and causes a total reflection condition at the interface between the thin film and the dielectric block. The reaction is measured by making light incident so as to satisfy the above condition and detecting the attenuation of the reflected light. One of the measuring devices using such total reflection attenuation is a measuring device using a surface plasmon resonance phenomenon (hereinafter referred to as an SPR measuring device). The surface plasmon is a density wave of free electrons generated by collective vibration of free electrons in a metal and traveling along the surface of the metal.
SPR測定装置は、前記界面に向けて光を入射させる光源と、界面で反射した反射光を受光してその光強度を検出する光検出部とからなる測定部を備えており、前記薄膜として金属膜を使用したセンサユニットを用いる。SPR測定装置は、センサ面にSPRを発生させ、そこで生じる物質の反応状況を測定部によってSPRを検出することにより測定する。 The SPR measurement device includes a measurement unit including a light source that makes light incident on the interface and a light detection unit that receives reflected light reflected from the interface and detects the light intensity thereof. A sensor unit using a membrane is used. The SPR measurement device generates SPR on the sensor surface, and measures the reaction state of the substance generated there by detecting the SPR by the measurement unit.
前記界面に向けて、全反射条件を満足するように(臨界角以上の入射角で)光を入射させると、前記界面で全反射が起こるが、入射光のうちわずかな光は反射せずに金属膜内を通過して、センサ面に染み出す。この染み出した光波がエバネッセント波と呼ばれる。このエバネッセント波と表面プラズモンの振動数が一致して共鳴すると(SPRが発生すると)、反射光の強度が大きく減衰する。界面には、全反射条件を満たす様々な角度の入射光が入射され、それら様々な角度の入射光が界面で反射して光検出部の受光面に出力される。このため、SPRが発生する入射角(共鳴角)は、受光面上では暗線として捉えられる。 When light is incident toward the interface so as to satisfy the total reflection condition (at an incident angle greater than the critical angle), total reflection occurs at the interface, but only a small amount of incident light is not reflected. It passes through the metal film and oozes out to the sensor surface. This light wave that oozes out is called an evanescent wave. When the frequencies of the evanescent wave and the surface plasmon coincide and resonate (when SPR occurs), the intensity of the reflected light is greatly attenuated. Incident light with various angles that satisfy the total reflection condition is incident on the interface, and the incident light with various angles is reflected by the interface and output to the light receiving surface of the light detection unit. For this reason, the incident angle (resonance angle) at which SPR occurs is regarded as a dark line on the light receiving surface.
共鳴角は、エバネッセント波および表面プラズモンが伝播する媒質の屈折率に依存する。言い換えると、媒質の屈折率が変化すれば、共鳴角が変化する。センサ面と接する物質は、エバネッセント波および表面プラズモンを伝播させる媒質となるので、例えば、センサ面において、2種類の分子間の結合や解離などの化学反応が生じると、それが媒質の屈折率の変化として顕れて、共鳴角が変化する。SPR測定装置は、この共鳴角の変化を暗線の位置の変化を検出することにより分子間の相互作用を測定する。 The resonance angle depends on the refractive index of the medium through which the evanescent wave and the surface plasmon propagate. In other words, if the refractive index of the medium changes, the resonance angle changes. The substance in contact with the sensor surface becomes a medium for propagating evanescent waves and surface plasmons. For example, when a chemical reaction such as bonding or dissociation between two types of molecules occurs on the sensor surface, it is determined by the refractive index of the medium. It appears as a change, and the resonance angle changes. The SPR measurement device measures the interaction between molecules by detecting the change of the dark line and the change of the resonance angle.
生化学分野の実験や研究においては、タンパク質、DNA、薬品などが、リガンドやアナライトとして使用される。例えば、薬品のスクリーニングを行う場合には、リガンドとして、タンパク質などの生体物質を使用し、このリガンドにアナライトとなる複数種類の薬品を接触させて、それらの相互作用を調べる。 In experiments and research in the field of biochemistry, proteins, DNA, drugs and the like are used as ligands and analytes. For example, when screening a drug, a biological substance such as a protein is used as a ligand, and a plurality of kinds of drugs serving as analytes are brought into contact with the ligand, and their interaction is examined.
センサ面上にはリガンドを固定する固定膜が形成され、この固定膜にリガンドが固定される。この後、アナライトを含むアナライト溶液をセンサ面に送液してリガンドと接触させ、その際の反射光の暗線位置の変化を検出する。 A fixed film for fixing the ligand is formed on the sensor surface, and the ligand is fixed to the fixed film. Thereafter, an analyte solution containing the analyte is fed to the sensor surface and brought into contact with the ligand, and the change in the dark line position of the reflected light at that time is detected.
しかし、試料となるリガンドは高価であるので、固定膜の全面に十分な固定量を確保する程度に試料を用意することはコスト的に難しく、そのため、固定膜の面内で固定量が不均一になりがちである。固定量が少ない領域では、暗線位置の変化量が小さすぎて満足な測定信号が得られず結合反応を測定できないことが多い。また、固定膜に傷がある場合には、その部分の測定信号はエラーとなる。このように、固定膜上に傷があったり、リガンドの固定量が固定膜の膜面内で均一でない場合には、反射光の検出位置に応じて測定精度にバラツキが生じる。そこで、下記特許文献1のSPR測定装置では、前記界面のうち、前記固定膜に対応する領域内の予め定められた複数箇所で反射光の検出を行い、それら検出した複数の測定データを統計的に処理することで、前記測定精度のバラツキを解消するようにしている。
しかしながら、上記従来の方法では、検出位置は予め定められているため、必ずしも検出位置が、固定量の多い領域に設定されるとは限らない。暗線位置の変化量が大きい方が測定精度は上がるので、固定量の多い領域で確実に検出したいという要望がある。 However, in the above-described conventional method, since the detection position is determined in advance, the detection position is not necessarily set in an area having a large fixed amount. Since the measurement accuracy increases as the amount of change in the dark line position increases, there is a demand for reliable detection in a region with a large fixed amount.
また、例えば、リガンドの固定量を同じにして、異なる種類のアナライトとの反応を調べるなど、所望の固定量における複数種類の試料の結合反応を測定したいという要望もあり、上記方法では、こうした測定が不可能であった。 In addition, there is a demand to measure the binding reaction of multiple types of samples at a desired fixed amount, for example, by examining the reaction with different types of analytes with the same fixed amount of ligand. Measurement was impossible.
本発明の目的は、適切な検出位置で試料の結合反応を測定することである。 An object of the present invention is to measure the binding reaction of a sample at an appropriate detection position.
本発明の全反射減衰を利用した測定装置は、透明な誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成され、表面がリガンドとアナライトとの結合反応を検知するセンサ面となる薄膜と、前記センサ面上に形成され前記リガンドを固定するリガンド固定膜とを有するセンサユニットを用い、前記薄膜と前記誘電体ブロックとの界面に向けて全反射条件を満足するように光を入射させる光源と、前記界面で反射した反射光を受光してその光強度を検出する光検出部とを有し、前記反射光の光強度に基づいて全反射減衰が生じる共鳴角の変化を調べることにより前記結合反応を測定する全反射減衰を利用した測定装置において、前記界面のうち前記リガンド固定膜に対応する領域内で、前記反射光の光強度を検出する検出位置を移動させる検出位置移動手段と、前記リガンド固定膜にリガンドを固定した後、前記結合反応を測定する前に、前記検出位置を移動させながら前記光源と前記光検出部によって予備測定を行い、その結果に基づいて前記結合反応の測定に最適な検出位置を判定する最適検出位置判定手段とを備えたことを特徴とする。 The measurement apparatus using total reflection attenuation of the present invention includes a transparent dielectric block, a thin film formed on one surface of the dielectric block, and a surface serving as a sensor surface for detecting a binding reaction between a ligand and an analyte, A light source that uses a sensor unit that is formed on the sensor surface and has a ligand fixing film that fixes the ligand, and that makes light incident on the interface between the thin film and the dielectric block so as to satisfy a total reflection condition; A light detection unit that receives reflected light reflected from the interface and detects the intensity of the reflected light, and detects the coupling angle by examining a change in resonance angle at which total reflection attenuation occurs based on the light intensity of the reflected light. In a measurement apparatus using total reflection attenuation for measuring a reaction, detection for moving a detection position for detecting the light intensity of the reflected light within a region of the interface corresponding to the ligand-fixed film After the ligand is immobilized on the ligand-immobilizing film and before the binding reaction is measured, preliminary measurement is performed by the light source and the light detection unit while moving the detection position, based on the result. And an optimum detection position determining means for determining an optimum detection position for the measurement of the binding reaction.
ここで、前記検出位置移動手段は、光源及び光検出部と、前記センサユニットとの相対的な移動により、検出位置を移動させる。相対的な移動には、光源及び光検出部と、前記センサユニットのいずれか一方を移動させる場合と、両方を移動させる場合とが含まれる。 Here, the detection position moving means moves the detection position by relative movement of the light source and the light detection unit and the sensor unit. The relative movement includes a case where any one of the light source and the light detection unit and the sensor unit is moved, and a case where both are moved.
前記最適検出位置判定手段は、例えば、前記予備測定の結果、リガンド固定前と固定後の共鳴角変化が最大となる位置を最適検出位置と判定する。 The optimum detection position determination means determines, for example, a position where the change in the resonance angle before and after the ligand fixation becomes maximum as the optimum detection position as a result of the preliminary measurement.
前記検出位置移動手段は、例えば、前記測定の際に前記センサユニットが配置される測定ステージ内において、前記センサユニットを前記界面と平行な面内で移動させるセンサユニット移動機構である。 The detection position moving means is, for example, a sensor unit moving mechanism that moves the sensor unit in a plane parallel to the interface in a measurement stage where the sensor unit is arranged in the measurement.
前記センサユニット移動機構は、前記測定ステージ内に配置され、前記センサユニットが装着され、前記界面と平行な面内で移動自在に設けられたテーブルと、このテーブルを駆動する駆動部とからなることが好ましい。 The sensor unit moving mechanism is disposed in the measurement stage, and includes a table on which the sensor unit is mounted and provided so as to be movable in a plane parallel to the interface, and a drive unit that drives the table. Is preferred.
前記検出位置移動手段は、前記光源を含む照明光学系の少なくとも一部を変位させることで、前記界面に入射する入射光の入射位置を変化させる入射位置変更手段であることが好ましい。 The detection position moving means is preferably incident position changing means for changing an incident position of incident light incident on the interface by displacing at least a part of an illumination optical system including the light source.
前記入射位置変更手段は、例えば、前記入射光路内に配置され、姿勢変化により前記入射光の入射位置を変化させる可動ミラーである。 The incident position changing means is, for example, a movable mirror that is arranged in the incident optical path and changes the incident position of the incident light by a change in posture.
前記光源が発するスポット光を前記界面内の所定領域に入射させる照明部を備え、前記検出位置移動手段を、前記所定領域で反射する反射光のうち、特定位置で反射した反射光のみを前記光検出部に向けて出力する受光光学系と、この受光光学系を変位させることにより前記特定位置を移動させることにより前記検出位置を変化させる移動機構とから構成してもよい。 An illuminating unit that causes the spot light emitted from the light source to enter a predetermined area in the interface, and the detection position moving unit causes only the reflected light reflected at a specific position out of the reflected light reflected at the predetermined area to be the light. You may comprise from the light reception optical system output toward a detection part, and the moving mechanism which changes the said detection position by moving the said specific position by displacing this light reception optical system.
前記センサユニットは、前記センサ面へ液体を送液する流路が複数個形成された流路部材を備えていることが好ましい。 The sensor unit preferably includes a flow path member in which a plurality of flow paths for supplying liquid to the sensor surface are formed.
本発明の全反射減衰を利用した測定方法は、透明な誘電体ブロックと、この誘電体ブロックの一面に形成され、表面がリガンドとアナライトとの結合反応を検知するセンサ面となる薄膜と、前記センサ面上に形成され前記リガンドを固定するリガンド固定膜とを有するセンサユニットを用い、前記薄膜と誘電体ブロックとの界面に向けて全反射条件を満足するように光を入射させ、前記界面で反射した反射光を受光してその光強度を検出し、その光強度に基づいて全反射減衰が生じる共鳴角の変化を調べることにより前記結合反応を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、前記リガンドを固定した後、前記結合反応の測定をする前に、前記界面のうち前記リガンド固定膜に対応する領域内で前記反射光の光強度を検出する検出位置を移動させながら予備測定を行い、その結果に基づいて前記結合反応の測定に最適な検出位置を判定し、判定された最適検出位置で前記結合反応の測定を行うことを特徴とする。 The measurement method using total reflection attenuation according to the present invention includes a transparent dielectric block, a thin film formed on one surface of the dielectric block, and a surface serving as a sensor surface for detecting a binding reaction between a ligand and an analyte, Using a sensor unit having a ligand fixing film formed on the sensor surface and fixing the ligand, light is incident toward the interface between the thin film and the dielectric block so as to satisfy a total reflection condition, and the interface In the measuring method using total reflection attenuation, the reflected light reflected by the light is received and the light intensity is detected, and the change in the resonance angle at which total reflection attenuation occurs based on the light intensity is measured. A detection position for detecting the light intensity of the reflected light in a region corresponding to the ligand-fixed film in the interface after fixing the ligand and before measuring the binding reaction While moving to perform the preliminary measurement, the results are based on determining an optimal detection position for the measurement of the binding reaction, and wherein at the determined optimal detection position to perform the measurement of the binding reaction.
本発明は、試料の反応を検出するセンサ面となる薄膜上にリガンド固定膜を形成し、前記薄膜と誘電体ブロックとの界面に光を入射させ、その反射光の光強度に基づいて全反射減衰が生じる共鳴角の変化を調べることにより試料の結合反応を測定する全反射減衰を利用した測定方法において、リガンドを固定した後、前記結合反応の測定をする前に、前記界面のうち前記リガンド固定膜に対応する領域内で前記反射光の光強度を検出する検出位置を移動させながら予備測定を行い、その結果に基づいて前記結合反応の測定に最適な検出位置を判定し、判定された最適検出位置で前記結合反応の測定を行うようにしたから、適切な検出位置で試料の結合反応を測定することができる。 In the present invention, a ligand-fixed film is formed on a thin film serving as a sensor surface for detecting a reaction of a sample, light is incident on an interface between the thin film and a dielectric block, and total reflection is performed based on the light intensity of the reflected light. In a measurement method using total reflection attenuation that measures a binding reaction of a sample by examining a change in a resonance angle at which attenuation occurs, after fixing a ligand and before measuring the binding reaction, the ligand is included in the interface. Preliminary measurement was performed while moving the detection position for detecting the light intensity of the reflected light within the region corresponding to the fixed film, and the optimal detection position for the measurement of the binding reaction was determined based on the result. Since the binding reaction is measured at the optimal detection position, the binding reaction of the sample can be measured at an appropriate detection position.
図1に示すように、SPR測定装置には、リガンドとアナライトとの結合反応を検知するためのセンサユニット12が着脱自在にセットされる。SPR測定装置には、結合反応を測定する測定部と、前記流路16への前記試料溶液の注入と排出とを行う一対のピペット28a,28bを備えた分注ヘッド28とが設けられている。測定部は、センサユニット12に対して光を照射する照明部26と、センサユニット12で反射した反射光を受光して測定信号を出力する検出器27とからなる。
As shown in FIG. 1, a sensor unit 12 for detecting a binding reaction between a ligand and an analyte is detachably set in the SPR measurement device. The SPR measuring device is provided with a measuring unit for measuring a binding reaction, and a dispensing head 28 having a pair of pipettes 28a and 28b for injecting and discharging the sample solution to and from the channel 16. . The measurement unit includes an
図2に示すように、センサユニット12は、透明な誘電体であるプリズム14と、液体を送液する流路16が形成された流路部材18と、この流路部材18を、プリズム14の上面に圧接させ、流路部材18とプリズム14とを一体的に保持する保持部材19と、この保持部材19の上面に、両面テープ21によって取り付けられる蓋部材22とからなる。
As shown in FIG. 2, the sensor unit 12 includes a
流路部材18は、断面が四角形の長尺の各柱状をしており、弾性部材で形成されている。流路部材18の下面は、プリズム14の上面と対面して圧接される。流路16は、略U字形をした送液管であり、プリズム14の上面と対向して注入された液体をプリズム14の上面に沿って流す対向部分16cと、この対向部分16cの両端から流路部材18の上面18aに向けて流路部材18を縦方向に貫通する貫通部分16dとからなる。各貫通部分16dの上端には、それぞれ、ピペット28a,28bの先端が挿入され試料溶液の注入口及び排出口となる出入口16a,16bが形成される。
The flow path member 18 has a long column shape with a square cross section, and is formed of an elastic member. The lower surface of the flow path member 18 is pressed against the upper surface of the
流路16の管径は、例えば、約1mm程度であり、各出入口16a,16bの間隔は、例えば、約10mm程度である。対向部分16cは、流路部材18の底面に形成された溝であり、その底面に圧接されるプリズム14の上面によってその開放部位が覆われて封止される。流路部材18には、こうした流路16が、例えば、3つ設けられており、各流路16は、流路部材18の長手方向に沿って並べて配列されている。
The tube diameter of the flow path 16 is, for example, about 1 mm, and the interval between the
プリズム14には、その上面に、表面がセンサ面13aとなる金属膜13が蒸着によって形成される。この金属膜13は、流路部材18に形成された複数の流路16と対向するように短冊状に形成される。さらに、この金属膜13の上面には、各流路16に対応する部位に、リガンドを固定するリガンド固定膜となる複数のリンカー膜23が形成される。リンカー膜23は、センサユニット12の製造時に製膜される。このリンカー膜23を含むセンサ面13aと、各流路16とによってセンサセル17が構成される。
A
図1に示すように、リンカー膜23上には、リガンドが固定されアナライトとリガンドとの結合反応が生じる測定領域(act領域)23a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)23bとが形成される。ref領域23bは、リンカー膜23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23に対して表面処理を施して、リンカー膜23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23の半分がact領域23aとなり、残りの半分がref領域23bとなる。
As shown in FIG. 1, on the
このリンカー膜23には、流路16を通じて、まず、リガンドを含むリガンド溶液が送液されて、act領域23aにリガンドが固定される。アナライトとリガンドの結合反応は、リガンドを固定した後、流路16を通じて、アナライトを含むアナライト溶液がリンカー膜23に送液されて、アナライトが固定済みのリガンドと接触する。その際のSPR信号を検出することによりリガンドとアナライトの結合反応が測定される。
First, a ligand solution containing a ligand is fed to the
プリズム14は、例えば、断面が台形の棒状をしている。プリズム14の素材としては、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。
The
プリズム14と流路部材18とは、保持部材19によって一体的に保持される。プリズム14の長手方向の両側面には、保持部材19の係合部19a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18が、保持部材19とプリズム14とによって挟み込まれる。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。この突部14bは、センサユニット12をホルダ(図示せず)に収納する際に、その内壁と係合してその収納位置を位置決めする位置決め部材である。
The
保持部材19の上部には、各流路16の出入口16a,16bに対応する位置に、ピペット28a,28bの先端を誘い込む受け入れ口19bが形成されている。保持部材19が流路部材18を挟み込んでプリズム14と係合すると、各受け入れ口19bと、各出入口16a,16bとが連結される。また、これら各受け入れ口19bの両脇には、円筒形のボス19cが設けられている。これらのボス19cは、蓋部材22に形成された穴22aと嵌合して、蓋部材22を位置決めするためのものである。
In the upper part of the holding member 19, a receiving
蓋部材22は、流路16に通じる受け入れ口19bを覆うことで、流路16内の液体の蒸発を防止する。蓋部材22は、弾性部材、例えば、ゴムやプラスチックで形成されており、各受け入れ口19bに対応する位置に、十字形のスリット22bが形成されている。ピペット28a,28bは、スリット22bを押し広げながら挿入される。スリット22bは、ピペット28a,28bが引き抜かれると、弾性力によって初期状態に復帰して、受け入れ口19bを塞ぐ。
The lid member 22 covers the receiving
また、図示しないが、このセンサユニット12には、個々のユニットを識別できるように各ユニット毎の識別IDなどの情報を含むバーコードが記録されている。各センサユニット12に識別IDを記録しておけば、例えば、各センサユニット12毎の測定結果と、注入した試料溶液の種類などを対応付けてデータを管理することが可能になる。なお、バーコードを設ける代わりに、例えば、RFIDタグなどのICタグを設けてもよい。 Although not shown, a bar code including information such as an identification ID for each unit is recorded in the sensor unit 12 so that each unit can be identified. If an identification ID is recorded in each sensor unit 12, for example, it becomes possible to manage data by associating the measurement result for each sensor unit 12 with the type of sample solution injected. Instead of providing a barcode, for example, an IC tag such as an RFID tag may be provided.
センサユニット12がセットされる測定ステージには、センサユニット12を着脱自在に保持する装着部となるテーブル31が設けられている。センサユニット12は、図示しないハンドリング機構によって待機位置から測定ステージへ運ばれ、テーブル31にセットされる。テーブル31には、センサユニット12の底部と嵌合するガイドレール31aが設けられている。センサユニット12は、ガイドレール31aに沿ってスライド自在に設けられており、そのスライドによって、各センサセル17が選択的に測定位置に挿入される。センサユニット12のスライドは、前記ハンドリング機構によって行われる。
The measurement stage on which the sensor unit 12 is set is provided with a table 31 serving as a mounting portion that detachably holds the sensor unit 12. The sensor unit 12 is carried from the standby position to the measurement stage by a handling mechanism (not shown) and set on the table 31. The table 31 is provided with a
また、テーブル31は、後述するように、X方向及びY方向に移動可能になっており、この移動によって、光ビームの界面33への入射位置を変化させて、測定信号の検出位置が調整される。照明部26と検出器27は、このテーブル31を挟んで対向して配置される。
As will be described later, the table 31 is movable in the X direction and the Y direction. By this movement, the incident position of the light beam on the interface 33 is changed, and the detection position of the measurement signal is adjusted. The The
図3に示すように、照明部26は、プリズム14と金属膜13との界面33に向けて光を照射する。上述したとおり、リガンドとアナライトの反応状況は、共鳴角の変化として顕れるため、照明部26は、全反射条件を満足する様々な入射角の光ビームを前記界面33に入射させる。照明部26は、光源と、光学系からなり、光源としては、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。
As shown in FIG. 3, the
光学系は、コリメータレンズ,光ファイバー36,集光レンズ37などからなる。光ファイバー36から出射する発散光は、集光レンズ37によって界面33の特定の入射位置に収束する。これにより、様々な入射角の光ビームが界面33に照射される。この光ビームの入射位置は、反射光の光強度を検出して測定信号を得る検出位置Pとなる。また、act領域23aとref領域23bには、それぞれの領域に光ビームが照射されるが、それぞれの光ビームは、例えば、1つの光源からの光を分光して生成される。
The optical system includes a collimator lens, an
検出器27は、例えば、CCDエリアセンサやフォトダイオードアレイからなり、界面33上の検出位置Pで反射した反射光を受光してその反射光の光強度に応じたレベルの電気信号を測定信号として出力する。検出位置Pでは、様々な入射角で入射した光ビームが反射するので、検出器33は、これらの様々な反射角の光ビームを受光する。
The
SPRが発生する共鳴角は、金属膜13表面の媒質の屈折率に応じて決まる。図4のグラフに示すように、様々な入射角θで入射した光ビームのうち、共鳴角θspで入射した反射光Rsp(図3上ハッチングで示す)の光強度は、大きく減衰するので、検出器27の受光面27a上では、反射光Rspの受光位置(以下、暗線位置という)Dが暗線として検出される。図4のグラフに示すように、リガンドとアナライトとの反応が生じて、屈折率が変化すると、共鳴角θspが変化(θsp0→θsp1)し、受光面27a内で暗線位置Dが移動する。測定信号に基づいて、この暗線位置Dの変化を捉えることにより、リガンドとアナライトの結合反応が測定される。
The resonance angle at which SPR occurs is determined according to the refractive index of the medium on the surface of the
検出器27は、act領域23aに対応する測定信号をact信号として出力し、ref領域23bに対応する測定信号をref信号として出力する。信号処理部38は、act信号とref信号の差や比に基づいて、測定データを生成する。act信号とref信号とに基づいて測定データを生成することで、センサユニットや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。
The
コントローラ39は、分注ヘッド28,照明部26,検出器27,テーブル31など、SPR測定装置の各部を統括的に制御する。テーブル駆動部44は、モータやテーブル移動機構からなり、テーブル31をX−Y方向に移動させる。SPR測定装置は、アナライトとリガンドとの反応を測定する本測定と、この本測定を実行する検出位置を決定するための予備測定とを行う。本測定の際に、検出器27が出力する本測定データは、コントローラ39を通じて、データ解析部41に入力される。データ解析部41は、この測定データに基づいて、データ解析を行い、アナライトとリガンドの結合反応を解析する。予備測定の際に検出器27が出力する予備測定データは、コントローラ39を通じて、最適検出位置判定部42に出力される。最適検出位置判定部42は、この予備測定データに基づいて、本測定信号の検出位置Pの最適位置を判定する。
The
図5に示すように、リンカー膜23へのリガンド46の固定量を膜面内で均一にすることは難しいため、リンカー膜23内において、リガンド46の固定量が多い(密度が高い)部分と、リガンド46の固定量が少ない(密度が低い)部分とが生じる。固定量の多寡は、アナライトとリガンドとの結合量に影響するため、リンカー膜23に対応する界面33内の検出位置Pに応じて、共鳴角の変化量を表すレゾナンスシグナル(RU)が異なる。すなわち、固定量の少ない検出位置P1に比べて、固定量の多い検出位置P2の方が、レゾナンスシグナルが大きい。測定精度を向上させるためには、できるだけ固定量の多い部分で検出することが好ましい。最適検出位置判定部42は、リンカー膜23へリガンドを固定した後、予備測定によって得られる予備測定データに基づいて、最適検出位置を判定する。
As shown in FIG. 5, since it is difficult to make the amount of
図6に示すように、予備測定では、テーブル31をX−Y方向に移動させながら、界面33のうち、リンカー膜23に対応する領域内を走査して、その走査結果に基づいて最適な検出位置Pを探査する。テーブル31を移動させるとそれに応じてセンサユニット12が移動するので、照明部26の光ビームの入射位置、すなわち、界面33における検出位置Pが移動する。これに伴って、検出器27によって各々の検出位置Pにおける予備測定信号が取得され、その予備測定データが、最適検出位置判定部42に順次入力される。最適検出位置判定部42は、予備測定データに基づいて、リガンド固定前と固定後の共鳴角θspの変化が最大となる検出位置を調べて、その位置を最適検出位置と判定する。
As shown in FIG. 6, in the preliminary measurement, while moving the table 31 in the XY direction, the region corresponding to the
以下、上記構成による作用について、図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。センサユニット12の1つのセンサセル17を測定位置にセットした後、本測定を行う前に予備測定が行われる。予備測定では、まず、リガンドを固定する前に、検出器27によって測定信号を検出して、リガンド固定前の共鳴角θspが測定される。この後、分注ヘッド28によってリガンド溶液を流路16へ注入して、リンカー膜23へリガンドを送液してリガンドを固定する。リガンドを固定した後、テーブル31を移動させながら、界面33のうち、リンカー膜23に対応する領域内で検出位置Pを変化させ、各々の検出位置Pの予備測定データを取得する。最適検出位置判定部42は、これら各検出位置Pの予備測定データに基づいて、リガンド固定前の共鳴角θspを基準として、リガンド固定後の共鳴角変化が最大となる最適検出位置を判定する。
Hereinafter, the operation of the above configuration will be described with reference to the flowchart shown in FIG. After setting one sensor cell 17 of the sensor unit 12 to the measurement position, a preliminary measurement is performed before performing the main measurement. In the preliminary measurement, first, before the ligand is fixed, the measurement signal is detected by the
本測定は、検出位置Pを最適検出位置に設定して行われる。本測定では、分注ヘッド28によって流路16へアナライト溶液が注入されて測定信号が取得される。検出位置Pが最適検出位置に設定されているので、精度の高い本測定データが得られる。こうして、1つのセンサセル17の本測定が終了した後、次のセンサセル17を測定位置に挿入して、上述した手順で予備測定及び本測定を行う。1つのセンサユニット12内のすべてのセンサセル17の測定が終了した後、次のセンサユニット12が測定ステージへセットされて測定が行われる。 This measurement is performed with the detection position P set as the optimum detection position. In this measurement, the analyte solution is injected into the flow path 16 by the dispensing head 28, and a measurement signal is acquired. Since the detection position P is set to the optimum detection position, highly accurate main measurement data can be obtained. Thus, after the main measurement of one sensor cell 17 is completed, the next sensor cell 17 is inserted into the measurement position, and the preliminary measurement and the main measurement are performed in the above-described procedure. After measurement of all sensor cells 17 in one sensor unit 12 is completed, the next sensor unit 12 is set on the measurement stage and measurement is performed.
上記実施形態では、予備測定に際して、センサユニットを移動させることにより、検出位置を変化させるようにしているが、図8に示すように、照明部26を、界面33と平行な面内で平行移動させて検出位置Pを変化させてもよい。
In the above-described embodiment, the detection position is changed by moving the sensor unit in the preliminary measurement. However, as shown in FIG. 8, the
ただし、この場合には、照明部26を移動させると、照明部26と検出器27との相対位置が変化するため、検出位置P1と検出位置P2との間で共鳴角θspの変化が無くても、暗線位置Dが受光面27a上で移動(D1→D2)してしまう。そのため、受光面27aにおける見かけ上の暗線位置Dの移動量だけでは、共鳴角θspの変化に基づく暗線位置Dの移動量を特定することができない。そのため、図9のグラフに示すように、照明部26の移動量と、それに応じた受光面27a上の反射光の受光位置の移動量との対応関係を示すテーブルデータを予め記憶したメモリを設けておく必要がある。最適検出位置判定部42は、検出器27によって取得される予備測定データを上記テーブルデータに基づいて補正することにより、共鳴角θspの変化に基づく暗線位置Dの移動量を算出して、共鳴角θspの変化量を特定する。
However, in this case, since the relative position between the
また、上記実施形態では、1つのセンサユニット12内の複数のセンサセル17を1チャンネルずつ順番に測定する例で説明したが、例えば、図10に示すように、1つのセンサユニット12内の複数のセンサセル17に対する測定処理を同時に行う、いわゆるマルチチャンネル測定を行ってもよい。このようなマルチチャンネル測定を行う場合には、1つの光源からの光ビームを、各チャンネルの数に応じて分光してもよいし、チャンネルの数に応じた数の複数の光源を用いてもよい。 In the above-described embodiment, the example in which the plurality of sensor cells 17 in one sensor unit 12 are measured one by one in order has been described. For example, as illustrated in FIG. You may perform what is called multichannel measurement which performs the measurement process with respect to the sensor cell 17 simultaneously. When performing such multi-channel measurement, the light beam from one light source may be dispersed according to the number of each channel, or a plurality of light sources corresponding to the number of channels may be used. Good.
また、図10に示す例では、光源から界面33へ至る光ビームの入射光路上に、光源とともに照明光学系を構成する反射ミラー板51が配置されており、この反射ミラー板51によって、検出位置Pを変化させる。反射ミラー板51は、各センサセル17へ向かう各光ビームを反射する長尺の反射面51aを備えている。反射ミラー板51には、各リンカー膜23のact領域23bに向かう光ビームの入射光路上に、それぞれ可動ミラーユニット52が配されている。
In the example shown in FIG. 10, the
図11に示すように、可動ミラーユニット52には、反射面53aを持ち、X軸及びY軸周りに回転自在なミラー部53を備えている。このミラー部53の姿勢変化により、光ビームBの向きを変化させて、界面33における入射位置を変化させる。各可動ミラーユニット52は、それぞれミラー駆動部54によって駆動され、各チャンネル毎に独立に制御される。これにより、各チャンネル毎に、最適検出位置が設定される。
As shown in FIG. 11, the
このように、可動ミラーユニット52によって光ビームの向きを変化させる場合も、照明部を平行移動させる場合と同様に、ミラー部53と検出器27との相対位置が変化するので、共鳴角θspの変化がなくても、ミラー部53の姿勢変化によって受光面27aの暗線位置Dが変化してしまう。このため、ミラー部53の姿勢変化量と、それに応じた受光面27a上の反射光の受光位置の移動量との対応関係に基づいて、検出器27によって検出される暗線位置Dの変化量を補正して、共鳴角θspの変化量を特定する必要がある。
As described above, when the direction of the light beam is changed by the
また、図13に示すSPR測定装置のように、受光光学系61を移動させることにより、検出位置Pを変化させてもよい。図13(A)は、界面33から受光光学系61へ至る光路を側面から見た側面図であり、図13(B)は、前記光路を上面から見た上面図である。この場合の照明部62には、act領域23aに対応する界面33内の特定点に光を入射させる光ビームではなく、図13(B)に示すように、所定の面積を持つ領域Aに光を照射するスポット光を発する光源が用いられる。こうしたスポット光を発する光源としては、例えば、LEDなどが好ましい。領域Aは、act領域23aの全域の大半をカバーする面積に設定される。
Further, the detection position P may be changed by moving the light receiving
受光光学系61は、領域Aで反射する反射光のうち、ある点で反射した反射光を受光する。受光光学系61を移動させると、反射光の反射位置、すなわち検出位置Pが変化する。こうして、領域A内を走査することにより、最適な検出位置を特定する。
The light receiving
受光光学系61は、コリメータレンズ62,集光レンズ63,ピンホール64が形成された絞り板66,検出器27からなる。領域Aで反射した反射光は、コリメータレンズ62によって平行光化された後、集光レンズ63によってピンホール64に向けて集光される。領域A内の一点と、ピンホール64とは、ともに共焦点になるように、すなわち、コリメータレンズ62及び集光レンズ63からなる対物レンズに対して光学的に共益の位置関係になるように配置される。
The light receiving
こうすると、一方の共焦点となる領域Aの一点から出た反射光が、他方の共焦点となるピンホール64に向けて集光されるので、このピンホール64を通過した反射光を、検出器27の受光面27aで受光することにより、領域A内の一点からの反射光が検出される。こうした受光光学系61を、D1方向及びD2方向に変位させることで、領域A内で検出位置Pを変化させることができる。受光光学系61は、変位機構67によって移動される。この変位機構67は、コントローラによって制御される。
As a result, the reflected light emitted from one point of the confocal region A is collected toward the
上記実施形態では、最適検出位置判定において、リンカー膜のうち、リガンド固定量が最も多い位置を最適検出位置と判定する例で説明しているが、最適検出位置は、固定量が多い位置でなくてもよい。例えば、特定のリガンド固定量における複数種類のアナライトの反応を調べたいという場合には、特定の固定量の位置を最適検出位置としてもよい。 In the above embodiment, in the optimum detection position determination, an example is described in which the position of the linker film with the largest amount of ligand fixation is determined as the optimum detection position in the linker film. May be. For example, when it is desired to examine the reactions of a plurality of types of analytes at a specific ligand fixation amount, the position of the specific fixation amount may be set as the optimum detection position.
上記実施形態では、3つのセンサセルを1列に並べたセンサユニットを使用した例で説明しているが、1ユニットに含まれるセンサセルの数は3つに限らず、1つでもよいし、3つ以上設けてもよい。 In the above embodiment, an example is described in which a sensor unit in which three sensor cells are arranged in one row is used. However, the number of sensor cells included in one unit is not limited to three, and may be one or three. You may provide above.
また、センサユニットとして、金属膜、流路、プリズムを一体化した例で説明したが、これらのうち、プリズムや流路部材をセンサユニットの構成要素から除いて、装置側に設けてもよい。 Moreover, although the example which integrated the metal film, the flow path, and the prism was demonstrated as a sensor unit, among these, you may remove a prism and a flow path member from the component of a sensor unit, and may provide in an apparatus side.
また、本実施形態では、センサ面上にSPRを発生させて、そのときの反射光の減衰を検出するSPRセンサを例に説明したが、本発明は、SPRセンサに限らず、他の全反射減衰を利用した測定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センサの他に、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。この反射光の減衰を検出することにより、前記センサ面上の反応が測定される。 Further, in the present embodiment, the SPR sensor that generates SPR on the sensor surface and detects the attenuation of the reflected light at that time has been described as an example. However, the present invention is not limited to the SPR sensor, but other total reflections. It can also be applied to measurements using attenuation. As a sensor using total reflection attenuation, for example, a leakage mode sensor is known in addition to the SPR sensor. The leakage mode sensor is composed of a dielectric, and a thin film composed of a clad layer and an optical waveguide layer that are sequentially layered thereon. One surface of the thin film serves as a sensor surface, and the other surface receives light. It becomes a surface. When light is incident on the light incident surface so as to satisfy the total reflection condition, a part of the light is transmitted through the cladding layer and taken into the optical waveguide layer. In this optical waveguide layer, when the waveguide mode is excited, the reflected light at the light incident surface is greatly attenuated. The incident angle at which the waveguide mode is excited changes according to the refractive index of the medium on the sensor surface, similar to the resonance angle of SPR. By detecting the attenuation of the reflected light, the reaction on the sensor surface is measured.
12 センサユニット
13 金属膜
13a センサ面
14 プリズム
16 流路
17 センサセル
18 流路部材
23 リンカー膜
23a act領域
23b ref領域
26 照明部
27 検出器
27a 受光面
31 テーブル
12
14 prism 16 flow path 17 sensor cell 18
Claims (9)
前記界面のうち前記リガンド固定膜に対応する領域内で、前記反射光の光強度を検出する検出位置を移動させる検出位置移動手段と、
前記リガンド固定膜にリガンドを固定した後、前記結合反応を測定する前に、前記検出位置を移動させながら前記光源と前記光検出部によって予備測定を行い、その結果に基づいて前記結合反応の測定に最適な検出位置を判定する最適検出位置判定手段とを備えたことを特徴とする全反射減衰を利用した測定装置。 A transparent dielectric block, a thin film formed on one surface of the dielectric block, the surface serving as a sensor surface for detecting a binding reaction between the ligand and the analyte, and a ligand formed on the sensor surface and fixing the ligand Using a sensor unit having a fixed film, a light source that makes light incident toward the interface between the thin film and the dielectric block so as to satisfy the total reflection condition, and the reflected light reflected by the interface are received and A measuring device using a total reflection attenuation that measures the coupling reaction by examining a change in a resonance angle at which total reflection attenuation occurs based on the light intensity of the reflected light. ,
A detection position moving means for moving a detection position for detecting the light intensity of the reflected light within a region corresponding to the ligand-fixing film in the interface;
After the ligand is immobilized on the ligand-immobilized membrane, before the binding reaction is measured, a preliminary measurement is performed by the light source and the light detection unit while moving the detection position, and the binding reaction is measured based on the result. A measuring apparatus using total reflection attenuation, comprising: an optimum detection position determination means for determining an optimum detection position.
前記リガンドを固定した後、前記結合反応の測定をする前に、前記界面のうち前記リガンド固定膜に対応する領域内で前記反射光の光強度を検出する検出位置を移動させながら予備測定を行い、その結果に基づいて前記結合反応の測定に最適な検出位置を判定し、
判定された最適検出位置で前記結合反応の測定を行うことを特徴とする全反射減衰を利用した測定方法。 A transparent dielectric block, a thin film formed on one surface of the dielectric block, the surface serving as a sensor surface for detecting a binding reaction between the ligand and the analyte, and a ligand formed on the sensor surface and fixing the ligand Using a sensor unit having a fixed film, light is incident toward the interface between the thin film and the dielectric block so as to satisfy the total reflection condition, and the reflected light reflected at the interface is received and the light intensity is measured. In a measurement method using total reflection attenuation, which detects and measures the binding reaction by examining a change in resonance angle at which total reflection attenuation occurs based on the light intensity,
After immobilizing the ligand and before measuring the binding reaction, perform a preliminary measurement while moving the detection position for detecting the light intensity of the reflected light within the region corresponding to the ligand-immobilized film in the interface. And determining the optimum detection position for the measurement of the binding reaction based on the result,
A measurement method using total reflection attenuation, wherein the binding reaction is measured at the determined optimum detection position.
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