本発明の第1の実施の形態を、図1~図5を参 照しながら説明する。

 図1は、この実施の形態に係る検出装置の 全体構成を示したものである。図示の検出装 置は、励起光照射系(以下、単に「励起系」� �称する。)10と、測定系(測定装置)20と、試料� ��容部40とを備える。そして、この試料収容� �40に後述の試料が収容される。

 前記励起系10は、前記試料収容部40の所定 位置に収容される試料に励起光を照射するた めのものであり、励起光源12と、分光機構14� �、変調機構16と、ダイクロイックミラー17と� ��集光レンズ18とを備える。

 前記励起光源12としては、例えば白色光� �出力するキセノンランプや紫外光を出力す� �水銀ランプが好適である。この励起光源12か ら発せられる光は前記分光機構14で分光され� ��前記変調機構16で周期的に変調されて測定� �好適な励起光Leとなる。

 前記ダイクロイックミラー17は、前記測� �系20と前記試料収容部40との間に位置し、後� ��のように前記測定系20から送られてくる測� �光はそのまま透過させる一方、前記励起光� �12から送られてくる励起光Leを90°反射させて 前記測定光と同軸で前記試料収容器40側に導� ��。前記集光レンズ18は、前記ダイクロイッ� �ミラー17で反射した後の励起光Leを特定領域� ��に集光して前記試料収容部40に収容された� �料に照射する。この励起光を前記試料が吸� �して発熱することにより、その温度変化分� �け当該試料の屈折率が変化する。

 前記測定系20は、前記試料の屈折率を測� �するための測定光L2を当該試料に照射し、か つ、その測定光の位相変化によって前記屈折 率を測定するものである。この実施の形態で は、前記測定系20は、測定光源22と必要な光� �系、さらには光検出器36及び信号処理装置38� ��備えている。

 前記測定光源22は、例えば出力1mWのHe-Neレ ーザ発生器からなり、この測定光源22から照� ��される測定光は、図1に示されるように、λ/ 2波長板23で偏光面の調節を受けた後、偏光ビ ームスプリッタ24によって、互いに直交する2 つの偏光、すなわち、参照光L1と測定光L2と� �分光される。

 前記参照光L1は、音響光学変調器25Aによ� �て光周波数のシフト(周波数変換)を受けた後 、ミラー26Aで反射して偏光ビームスプリッタ 28に入力される。また、前記測定光L2は、音� �光学変調器25Bによって光周波数のシフト(周� ��数変換)を受けた後、ミラー26Bで反射して前 記偏光ビームスプリッタ28に入力され、この� ��プリッタ28で前記参照光L1と合成される。

 前記参照光L1は、前記偏光ビームスプリ� �タ30をそのまま透過してミラー34で180°反射� �ることにより前記偏光ビームスプリッタ30に 戻る。このとき、前記偏光ビームスプリッタ 30と前記ミラー34との間には1/4波長板33が介在 していて、この1/4波長板33を往復で通過する� ��記参照光L1の偏光面を90°回転させる。従っ� ��、前記偏光ビームスプリッタ30に戻った参� �光L1は前記試料収容部40と反対の側に90°反射 する。この参照光L1は、偏光板35を通じて光� �出器36に入力される。

 一方、前記測定光L2は、前記偏光ビーム� �プリッタ30で前記試料収容部40側に90°反射さ れ、1/4波長板32、前記ダイクロイックミラー1 7、及び前記集光レンズ18を通じて試料収容部 40へ導かれる。この測定光L2は後述のように� �料に入射され、さらに180°反射して、前記1/4 波長板32を通じて前記偏光ビームスプリッタ3 0に戻る。この測定光L2は、前記1/4波長板32の� ��復透過によってその偏光面が90°回転した状 態にあるので、今度は当該偏光ビームスプリ ッタ30をそのまま透過して前記参照光L1と合� �し、前記偏光板35および前記光検出器36へ向� ��う。

 前記偏光板35では、前記参照光L1と前記測 定光L2とが互いに干渉し、その干渉光の光強� ��が前記光検出器36によって電気信号(測定信� ��)に変換される。

 前記信号処理装置38は、前記測定信号を� �定のサンプリング周期をおいてサンプリン� �し、その測定信号に基づいて前記測定光L2(� �定光)の位相変化を演算する。さらに、この� ��号処理装置38は、前記位相変化の時間的変� �に関するデータを作成し、かつ、後述のよ� �に、当該データに基づいて前記試料S内にお� ��る相互作用の有無を自動的に判断する。

 ここで、前記干渉光強度S1は、次の(1)式で� �される。
 S1=C1+C2・cos(2π・fb・t+φ) …(1)

 同式において、C1、C2は前記偏光ビームス プリッタ等の光学系や試料Sの透過率により� �まる定数、φは前記参照光L1と前記測定光L2� �光路長差による位相差、fbは前記参照光L1と� ��記測定光L2の周波数差である。この(1)式よ� �、前記干渉光強度S1の変化(前記励起光を照� �しない或いはその光強度が小さいときとそ� �光強度が大きいときとの差)から、前記位相� ��φの変化が求まることがわかる。前記信号� �理装置38は、(1)式に基づいて前記位相差φの� ��化を算出する。

 前記励起光Leの強度が例えばチョッパの� �転により周波数fで周期的に強度変調されて� ��ると、試料Sの屈折率も前記周波数fで変化� �、測定光L2の光路長も前記周波数fで変化し(� ��照光L1の光路長は一定)、前記位相差φも周� �数fで変化する。従って、前記位相差φの変� �を前記周波数fの成分(前記励起信号の強度変 調周期と同周期成分)について測定(算出)すれ ば、周波数fの成分を有しないノイズの影響� �除去しつつ試料Sの屈折率変化のみを測定す� ��ことが可能である。この測定は、前記位相� ��φの測定のS/N比を向上させる。

 また、前記励起光源12にレーザダイオー� �やLEDなどが用いられる場合、その励起光源12 の電源を電気回路でコントロールすることに より前記変調を行うことも可能である。

 前記試料収容部40は、図2に示すように、� ��台41と、試料収容器であるマイクロアレイ42 と、移送手段であるマニピュレータ44とを備� ��、前記基台41上には、自動分注装置46、ヒー タ47、及びミラー48が設置されている。

 前記マイクロアレイ42は、前記自動分注� �置46から分注される試料を収容するものであ り、図2~図4に示すような平坦な基板により構 成される。このマイクロアレイ42の上面部に� ��、縦横に並ぶ複数(図4(a)に示す例では5×5=25� ��)の試料収容凹部42aが形成され、各試料収容 凹部42a内に図4(b)に示すような試料Sが分注さ� ��る。本発明では試料収容器の具体的な材質� ��問わないが、この実施の形態に係るマイク� ��アレイ42は、前記励起光Le及び測定光L2を透� ��させる材質を有する必要がある。具体的に� ��、合成石英、石英、PDMSなどが好適である。

 前記マニピュレータ44は、前記マイクロ� �レイ42の外形に対応する形状の窓44aを有し、 この窓44a内に前記マイクロアレイ42が嵌まり� ��んだ状態で同アレイ42を保持する。換言す� �ば、このマイクロアレイ42を上下に開放した 状態で同アレイ42を四方外側から保持する。

 前記自動分注装置46は、前記基台41上に立 設され、前記試料Sを適量(すなわち前記各試� ��収容凹部42aを満たす量)だけ滴下する。

 前記ミラー48は、前記自動分注装置46から 水平方向に離れた位置で前記基台41上に設置� ��れ、前記測定系20から下向きに導入される� �定光L2を上向きに180°反射させる。

 前記ヒータ47は、本発明に係る温度調節� �構を構成するもので、前記ミラー48のすぐ上 に配設され、このヒータ47上に移送されるマ� ��クロアレイ42を所定温度まで加熱する。こ� �加熱温度は、前記試料Sにおける生体小分子� ��そのアプタマーとの相互作用を促進させる� ��度(反応温度)に設定されている。このヒー� �47において前記励起光Le及び前記測定光L2が� �射される位置には切欠部47aが形成され、こ� �切欠部47aにおいて前記ミラー48が上方に開放 されている。

 なお、本発明に係る温度調節機構は、前� ��ヒータ47に限らない。逆に試料の温度を低� �させる冷却器も含まれ得る。

 前記マニピュレータ44は、前記自動分注� �置46による分注位置、前記ヒータ47上の加熱� ��置、及び前記ミラー48上の励起光Le及び測定 光L2の照射位置の順に前記マイクロアレイ42� �搬送する。

 次に、この検出装置の作用を説明する。

 前記試料収容部40では、マイクロアレイ42 を保持するマニピュレータ44が同アレイ42を� �ず分注位置に移送する。そして、前記マイ� �ロアレイ42の各試料収容凹部42aが順に前記自 動分注装置46の直下に位置するように同アレ� ��42を走査する。これらの分注位置で、前記� �動分注装置46から各試料収容凹部42a内に試料 Sが分注される。

 全ての試料収容凹部42aへの試料Sの分注が 完了した後、前記マニピュレータ44は前記マ� ��クロアレイ42を前記ヒータ47上の加熱位置へ 移送する。この加熱位置は、前記マイクロア レイ42が前記ヒータ47に直接接触する位置で� �ってもよいし、当該ヒータ47から若干離間す る位置であってもよい。この加熱位置に前記 マイクロアレイ42が所定時間保持されること� ��より、各試料収容凹部42a内の試料Sにおける 反応(生体小分子とそのアプタマーとの相互� �用)が促される。

 その後、前記マニピュレータ44は、前記� �イクロアレイ42を図4(b)に示すような前記励� �光Le及び前記測定光L2の照射位置(前記ヒータ 47の切欠部47aに対応する位置であって前記ミ� ��ー48の直上位置)へ移送する。そして、前記� ��イクロアレイ42の各試料収容凹部42a内の試� �Sに対して順に前記励起光Le及び前記測定光L2 が照射されるように、前記マイクロアレイ42� ��走査する。

 この照射位置では、前記励起系10から前� �試料収容部40に導かれる励起光Leが前記試料S に入射され、透過する。このとき、試料Sが� �記励起光Leを吸収して発熱する(光熱効果)。� ��方、前記測定系20から試料収容部40に導入さ れる測定光L2は、前記励起光Leと同軸で前記� �試料収容凹部42aに入射され、その凹部42a内� �試料Sを透過する。さらに、この測定光L2は� �ラー48で上向きに反射して前記試料Sをさら� �透過する。このとき、前記光熱効果による� �熱の量に応じて前記試料Sでの屈折率が変わ� ��、該屈折率に応じて前記位相差φが変わっ� �いるので、当該発熱の量に応じて前記測定� �20に戻る測定光L2とこの測定系20における前� �参照光L1との干渉光強度が変わる。この干渉 光強度に対応する測定信号が前記測定系20の� ��検出器36により生成され、信号処理装置38に 入力される。

 この信号処理装置38は、前記測定信号を� �定のサンプリング周期で取り込み、この測� �信号の時間変化を示すデータ、例えば図5に� ��すように経過時間と信号強度との関係を示� ��グラフを作成する。ここで、前記試料S中に 生体小分子が存在しない場合、すなわち当該 生体小分子とそのアプタマーとの相互作用が 生じていない場合は、時間経過とともに前記 信号強度が低下していくのに対し、前記相互 作用が生じていると時間経過にかかわらず信 号強度はほぼ一定値を維持する。そこで、こ の信号処理装置38は、前記信号強度の時間減� ��率を求め、その時間減衰率が一定以下の場� ��に前記相互作用が存在していると判断する� ��これにより、前記試料S中の生体小分子の有 無の検出が実現される。

 この時間減衰率は、前記グラフに基づい� ��測定者が判定することも可能であるが、こ� ��実施の形態では前記信号処理装置38が自動� �に前記時間減衰率を演算して前記相互作用� �有無を判定する。その具体例としては、前� �信号処理装置38がサンプリング周期毎に取り 込んだ信号強度に基づいて当該信号強度の時 間変化を表す直線近似式を演算し、その直線 の傾きが一定以下の場合に前記相互作用が生 じていると判断することが考えられる。また 、前記直線近似式からの各サンプリング信号 のばらつきが過度に大きい場合に測定不良と 判断するようにしてもよい。

 このような方法及び装置によれば、前記� ��料Sにおいて検出対象となる生体小分子やそ のアプタマーへの標識等を行うことなく、当 該試料Sにおける生体小分子とそのアプタマ� �との相互作用の有無を検出することができ� �。これにより、分子量の小さい生体小分子� �高感度で検出することが可能になる。

 次に、第2の実施の形態を図6及び図7を参� ��しながら説明する。なお、装置全体の構成� ��前記図1に示したものと同等であるので、こ こでは省略する。

 この第2の実施の形態では、前記第1の実� �の形態のように試料収容器であるマイクロ� �レイ42そのものを移送する手段に代え、図6� �示されるように試料を特定方向に流すため� �流路60をもったマイクロリアクタ50が使用さ� ��る。すなわち、このマイクロリアクタ50は� �試料収容器としての役割と、試料を移送方� �に案内する手段としての役割を兼ねる。

 このマイクロリアクタ50は、下側基板52と 、その上に重ねられる上側基板54とを備える� ��これらの基板52,54は、前記マイクロアレイ42 と同様に前記励起光Le及び前記測定光L2を透� �する材料により形成されている。

 前記流路60は、前記下側基板52の上面部に 形成された溝により構成されている。そして 、この下側基板52の上に前記上側基板54が載� �られて接合されることにより、前記流路60が 封止されている。

 この流路60は、その上流側から順に、第1� ��給部61N及び第2供給部61Pと、各供給部61N,61P� �下流側の供給流路62N,62Pと、これらの供給流� ��62N,62Pが合流する合流流路64と、検出対象と� ��る生体小分子とそのアプタマーとを反応さ� ��るための反応部65と、前記励起光Le及び前記 測定光L2が基板厚み方向に照射される光照射� ��66と、試料排出部68とを有する。

 前記第1供給部61Nは、検出されるべき生体 小分子が含まれる可能性のある第1液体(つま� ��検出の対象となる液体)が供給される部分で あり、前記第2供給部61Pは前記生体小分子と� �相互作用が可能なアプタマーを含む液体が� �給される部分であり、前記第1液体と前記第2 液体とが前記合流流路64で合流することによ� ��試料が生成される。

 前記供給部61N,61Pに対応して前記上側基板 54に同基板54を厚み方向に貫通する供給孔57が 形成され、同様に、前記試料排出部68に対応� ��て前記上側基板54に排出孔58が形成されてい る。前記供給孔57には、それぞれ、試料移送� ��段としての生体小分子供給用シリンジ及び� ��プタマー供給用シリンジが接続される。こ� ��らのシリンジは、前記供給孔57を通じて前� �第1供給部61N及び第2供給部61Pにそれぞれ前記 第1液体及び前記第2液体を供給する。

 前記上側基板54には、前記反応部65の上方 に位置するようにヒータ56が組み込まれてい� ��。このヒータ56は、前記試料を、前記生体� �分子とアプタマーとの反応温度(相互作用の� ��めの温度)まで加熱する。また、この加熱時 間すなわち反応時間を十分に確保するために (例えば10分)、前記反応部65が蛇行してその流 路長を稼いでいる。

 前記光照射部66は、直線状をなし、その� �手方向(すなわち試料の流れ方向)に並ぶ複数 の位置(図例では3つの位置A,B,C)に前記励起光L e及び前記測定光L2の照射位置が設定されてい る。そして、これらの照射位置に対して順に 前記励起光Le及び前記測定光L2が照射される� �うに、当該光Le,L2の照射位置またはマイクロ リアクタ50が動かされる。

 また、下側基板52の底面には、前記測定� �L2を180°反射させるための反射膜(例えば誘電 多層膜)がコーティングされている。この反� �膜は、前記測定光L2の反射によって当該測定 光L2に前記試料S内を往復させる。

 なお、前記流路60の寸法は適宜設定可能� �あるが、一般には幅200μm程度、深さ100μm程� �が好適である。試料の送液は比較的ゆっく� �とした速度であることが好ましく、例えば0. 5mm/sec程度が好適である。

 このマイクロリアクタ50では、前記試料� �生成、相互作用、及び光熱効果の測定が全� �行われるため、生体小分子の検出がコンパ� �トな構成で効率よく行われる。

 この第2の実施の形態での信号処理は例え ば次のようにして行われる。前記試料中に検 出対象となる生体小分子が存在しない場合、 すなわち当該試料中で生体小分子とそのアプ タマーとの相互作用が生じていない場合、前 記励起光Leの照射による光熱効果は時間経過� ��ともに減衰していくため、測定開始位置で� ��る位置Aからその下流側の位置Bさらには位� �Cに向かうに従って検出信号の強度は低下し� ��いく。しかしながら、前記試料中に前記相� ��作用が生じた部分が存在している場合、そ� ��部分については光熱効果の減衰がほとんど� ��いため、当該部分が位置B及び位置Cを通過� �た時に信号強度が一時的に高くなる。すな� �ち、その信号強度の時間変化は例えば図7(a)� ��ようになる。

 ただし、各位置A~Cでの検出信号には時間� ��なずれがあるので、そのずれ分を補正して� ��位置A~Cでの検出信号を同図(b)に示すように� ��ね合わせると、前記相互作用が生じた部分( 同図P)においてのみ信号強度が著しく高くな� ��。従って、この局所的に信号強度が高い部� ��で相互作用が生じていることを把握するこ� ��ができ、これにより、前記試料中に前記生� ��小分子が存在することを確認することがで� ��る。

 前記信号処理装置38は、前記図7(b)に示さ� ��るような重ね合わせデータの出力に加え、� ��の重ね合わせデータでのピーク値の大小か� ��相互作用の有無ひいては前記生体小分子の� ��無を自動的に判定する。なお、この第2の実 施の形態においても、前記第1の実施の形態� �同様に励起光Le及び測定光L2の照射位置を単� ��の位置にのみ設定し、その時間変化を監視� ��るようにしてもよい。あるいは、前記光照� ��部66での試料の流れ速度と同等の速度で前� �励起光Le及び測定光L2の照射位置を追従させ� ��ようにしてもよい。

 また、本発明において、前記励起光によ� ��試料の光熱効果を測定する方法は前記のよ� ��な光干渉法に限られない。例えば、熱レン� ��法のように、溶媒の屈折率の変化に伴う測� ��光の強度変化を測定する方法も利用可能で� ��る。