JP7093766B2 - 検体検出システム - Google Patents

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Description

本発明は、センサーチップ内に含まれる測定対象物質の検出を行う検体検出システムに関し、より詳しくは、測定対象物質が固定化されるセンサーチップの反応部の温度を厳密に制御することができる検体検出システムに関する。
従来、極微少な物質の検出を行う場合において、物質の物理的現象を応用することでこのような物質の検出を可能とした様々な検体検出方法が提案されている。
このような検体検出方法としては、例えば、試料液に含まれる測定対象物質である抗原と、標識物質で標識された抗体または抗原との抗原抗体反応を利用して、測定対象物質の有無やその量を測定する免疫測定法（イムノアッセイ）が知られている。
免疫測定法には、標識物質として酵素を用いた酵素免疫測定法（ＥＩＡ）や、標識物質として蛍光物質を用いた蛍光免疫測定法（ＦＩＡ）などがある。
例えば、蛍光免疫測定法を利用した検体検出装置としては、ナノメートルレベルなどの微細領域中で電子と光が共鳴することにより、高い光出力を得る現象（表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）現象）を応用し、例えば、生体内の極微少なアラナイトの検出を行うようにした表面プラズモン共鳴装置（以下、「ＳＰＲ装置」とも言う）が挙げられる。
また、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ）現象を応用した、表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ：Surface Plasmon-field enhanced Fluorescence Spectroscopy）の原理に基づき、ＳＰＲ装置よりもさらに高精度にアナライト検出を行えるようにした表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（以下、「ＳＰＦＳ装置」とも言う）も、このような検体検出装置の一つである。
この表面プラズモン励起増強蛍光分光法（ＳＰＦＳ）は、光源より照射したレーザー光などの励起光が、金属膜表面で全反射減衰（ＡＴＲ：Attenuated Total Reflectance）する条件において、金属膜表面に表面プラズモン光（疎密波）を発生させることによって、光源より照射した励起光が有するフォトン量を数十倍～数百倍に増やして、表面プラズモン光の電場増強効果を得るようになっている。
このようなＳＰＦＳ装置では、誘電体部材と、誘電体部材の上面に隣接する金属膜と、金属膜の上面に配置される液保持部材とを備えるセンサーチップが用いられる。このようなセンサーチップでは、金属膜上に、アナライトを捕捉するためのリガンドを有する反応部が設けられている。
液保持部材に、アナライトを含む試料液を供給することにより、アナライトがリガンドにより捕捉される（１次反応）。この状態で、蛍光物質で標識された２次抗体を含む液体（標識液）を液保持部材に導入する。溶液保持部材内では、抗原抗体反応（２次反応）によって、リガンドにより捕捉されているアナライトが蛍光物質で標識される。
この状態で、誘電体部材を介して表面プラズモン共鳴が生じる角度で励起光を金属膜に照射すると、金属膜表面に発生した表面プラズモン光により蛍光物質が励起され、蛍光物質から蛍光が生じる。この蛍光を検出することにより、アナライトの有無やその量を測定することができる。
ところで、１次反応や２次反応等の免疫反応の反応性は、一般的に、反応場の温度に依存して変化する。通常、ＳＰＦＳ装置を用いた検体検査は、ＳＰＦＳ装置を室温に設置して行われるが、免疫反応の促進や、反応効率の安定化の観点から、反応場を所定温度に制御することが求められている。
このため、特許文献１（特開２０１２－２１５４６５号公報）では、センサーチップの周囲の温度を測定する第１温度センサと、センサーチップと温調部との接触部分の温度を測定する第２温度センサとを用いて、センサーチップと接触し該センサーチップの温度を調整する温調部をフィードバック制御することにより、センサーチップの温度を調整することが提案されている。
具体的には、第１温度センサにより測定された周囲の温度と、センサーチップの反応部との間の温度勾配に基づいて、センサーチップと接触する温調部の伝熱体表面の温度を求める。そして、この求めた温度を目標値、第２温度センサにより測定されたセンサーチップと接触する温調部の伝熱体表面の温度を制御値として、伝熱体表面の温度を制御することで、センサーチップの温度を調整している。
特開２０１２－２１５４６５号公報
しかしながら、特許文献１に開示される方法では、例えば、周囲の温度が低い場合には、目標値を高く設定することにより、センサーチップの反応部の温度を一定に制御しようとしているため、センサーチップの温調部に近い部分と遠い部分（もしくは放熱しやすい部分）において、温度勾配や温度ムラが生じてしまう。
また、全自動式の検体検出装置を用いたセンサーチップによる検体検出では、検体検出装置内でセンサーチップに試料液や洗浄液などの液体を順次導入するため、センサーチップの反応部の温度は導入する液体の温度に影響を受けてしまう。
このため、導入する液体の温度に応じて、随時、温調部の制御条件を変更し、反応場の温度を一定に制御することが望ましい。しかし、特許文献１の装置で用いられているような接触型の温調部の場合、熱容量が大きく、温度の変化に対して敏感に追従することが難しい。
本発明では、センサーチップにおける温度勾配や温度ムラを抑制し、また、検体検出装置が設置された環境温度に寄らず、より高精度に反応部の温度を制御することができる検体検出システムを提供することを目的とする。
本発明は、前述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した検体検出システムは、
アナライトを捕捉する反応場を内部に有するセンサーチップを用いて、アナライトの検出を行う検体検出システムであって、
前記センサーチップに対して接触して配置される接触式温調ユニットと、
前記センサーチップに対して非接触に配置される非接触式温調ユニットと、を備え、
前記接触式温調ユニットは、第１温調手段と、該第１温調手段と前記センサーチップとの間の温度を測定する第１温度センサーとを備え、前記第１温度センサーの出力値と所定の第１温調手段目標温度とに基づき前記第１温調手段がフィードバック制御され、
前記非接触式温調ユニットは、第２温調手段と、前記第２温調手段と前記センサーチップとの間の温度を測定する第２温度センサーとを備え、前記第２温度センサーの出力値と所定の第２温調手段目標温度とに基づき前記第２温調手段がフィードバック制御される。
本発明によれば、温冷風などの非接触の温調手段を用いることにより、センサーチップにおける温度勾配や温度ムラを抑制することができるとともに、液体導入によるセンサーチップの温度変化にも敏感に対応することができ、反応部の温度を高精度に制御することができる。
また、検体検出装置が設置された環境の温度を測定し、この環境温度に基づいて温冷風などの非接触の温調手段の温度目標値を制御しているため、検体検出装置が設置された環境温度に寄らず、反応部の温度を高精度に制御することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（ＳＰＦＳ装置）の構成を説明するための模式図である。 図２は、本実施形態におけるＳＰＦＳ装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。 図３は、検体検出開始からの経過時間と第２温調手段目標温度Ｔ２との関係を説明するためのグラフである。 図４は、本実施形態におけるＳＰＦＳ装置を用いてセンサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。 図５は、比較例１として、センサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。 図６は、比較例２として、センサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。 図７は、比較例３として、センサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。 図８は、接触式温調ユニットの変形例を示す模式図である。 図９は、非接触式温調ユニットの変形例を示す模式図である。 図１０は、センサーチップの変形例を示す模式図である。
以下、本発明の実施の形態（実施例）を図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る表面プラズモン励起増強蛍光分光測定装置（ＳＰＦＳ装置）の構成を説明するための模式図である。
図１に示すように、ＳＰＦＳ装置１０は、励起光照射ユニット２０、蛍光検出ユニット３０、送液ユニット４０、搬送ユニット５０、接触式温調ユニット６０、非接触式温調ユニット７０及び制御部８０が筐体１２内に収容されている。なお、ＳＰＦＳ装置１０は、搬送ユニット５０のチップホルダー５４にセンサーチップ１００を装着した状態で使用される。
センサーチップ１００は、入射面１０２ａ、成膜面１０２ｂ及び出射面１０２ｃを有する誘電体部材１０２と、成膜面１０２ｂに形成された金属膜１０４と、成膜面１０２ｂまたは金属膜１０４上に固着された液保持部材である流路形成部材１０６と、試料液や標識液、洗浄液などが貯留される液貯留部材１０８とを有する。通常、センサーチップ１００は、検体検査毎に交換されるものである。
センサーチップ１００は、好ましくは各辺の長さが数ｍｍ～数ｃｍ程度の構造物であるが、「チップ」の範疇に含まれないようなより小型の構造物又はより大型の構造物であっても構わない。
誘電体部材１０２は、励起光αに対して透明な誘電体からなるプリズムとすることができる。誘電体部材１０２の入射面１０２ａは、励起光照射ユニット２０から照射される励起光αが誘電体部材１０２の内部に入射される面である。また、成膜面１０２ｂ上には、金属膜１０４が形成されている。誘電体部材１０２の内部に入射した励起光αは、この金属膜１０４と誘電体部材１０２の成膜面１０２ｂとの界面（以下、便宜上「金属膜１０４の裏面」という）において反射され、出射面１０２ｃを介して、励起光αは誘電体部材１０２の外部に出射される。
誘電体部材１０２の形状は特に限定されるものではなく、図１に示す誘電体部材１０２は、鉛直断面形状が略台形の六面体（截頭四角錐形状）からなるプリズムであるが、例えば、鉛直断面形状を三角形（いわゆる、三角プリズム）、半円形、半楕円形としたプリズムとすることもできる。
入射面１０２ａは、励起光αが励起光照射ユニット２０に戻らないように形成される。励起光αの光源が、例えば、レーザーダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう）である場合、励起光αがＬＤに戻ると、ＬＤの励起状態が乱れてしまい、励起光αの波長や出力が変動してしまう。このため、理想的な増強角を中心とする走査範囲において、励起光αが入射面１０２ａに対して垂直に入射しないように、入射面１０２ａの角度が設定される。
なお、センサーチップ１００の設計により、共鳴角（及びその極近傍にある増強角）が概ね決定される。設計要素は、誘電体部材１０２の屈折率、金属膜１０４の屈折率、金属膜１０４の膜厚、金属膜１０４の消衰係数、励起光αの波長などである。金属膜１０４上に固定化されたアナライトによって共鳴角及び増強角がシフトするが、その量は数度未満である。
誘電体部材１０２は、複屈折特性を少なからず有する。誘電体部材１０２の材料は、例えば、ガラス、セラミックスなどの各種の無機物、天然ポリマー、合成ポリマーなどが含まれ、化学的安定性、製造安定性、光学的透明性、低複屈折性に優れる材料が好ましい。
少なくとも、励起光αに対して光学的に透明で、かつ低複屈折な材料から形成されていれば、その材質は、上記のように特に限定されないが、安価で取り扱い性に優れるセンサーチップ１００を提供する上で、例えば、樹脂材料から形成されていることが好ましい。なお、誘電体部材１０２の製造方法は、特に限定されるものではないが、製造コストの観点から、金型を用いた射出成形が好ましい。
誘電体部材１０２を樹脂材料から形成する場合、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン類、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリ環状オレフィン類、ポリスチレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などを用いることができる。
金属膜１０４は、誘電体部材１０２の成膜面１０２ｂ上に形成される。これにより、成膜面１０２ｂに全反射条件で入射した励起光αの光子と、金属膜１０４中の自由電子との間で相互作用（表面プラズモン共鳴）が生じ、金属膜１０４の表面上に局在場光を生じさせることができる。
金属膜１０４の材料は、表面プラズモン共鳴を生じさせうる金属であれば、特に限定されるものではなく、例えば、金、銀、アルミニウム、銅、および白金からなる群から選ばれる少なくとも１種の金属からなり、より好ましくは金からなり、さらに、これら金属の合金から構成してもよい。このような金属は、酸化に対して安定であり、かつ、表面プラズモン光による電場増強が大きくなるため、金属膜１０４として好適である。
また、金属膜１０４の形成方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、スパッタリング法、蒸着法（抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法など）、電解メッキ、無電解メッキ法などが挙げられる。好ましくは、スパッタリング法、蒸着法を使用するのが、金属膜形成条件の調整が容易であるので望ましい。
金属膜１０４の厚さとしては、特に限定されるものではないが、好ましくは、５～５００ｎｍの範囲内とするのが好ましく、電場増強効果の観点から、より好ましくは、金、銀、銅、白金の場合には２０～７０ｎｍ、アルミニウムの場合には、１０～５０ｎｍ、これらの合金の場合には１０～７０ｎｍの範囲内であることが好ましい。
金属膜１０４の厚さが上記範囲内であれば、表面プラズモン光が発生し易く好適である。また、このような厚さを有する金属膜１０４であれば、大きさ（縦×横）の寸法、形状は、特に限定されない。
また、図１では図示しないが、金属膜１０４の誘電体部材１０２と対向しない面（以下、便宜上「金属膜１０４の表面」という）には、アナライトを捕捉するためのリガンドが固定化されている。リガンドを固定化することで、アナライトを選択的に検出することが可能となる。
本実施形態では、金属膜１０４上の所定の領域（反応場）に、リガンドが均一に固定化されている。リガンドの種類は、アナライトを捕捉することができれば特に限定されない。本実施形態では、リガンドは、アナライトに特異的な抗体またはその断片である。
流路形成部材１０６は、誘電体部材１０２の成膜面１０２ｂまたは金属膜１０４上に配置されている。また、流路形成部材１０６には、成膜面１０２ｂまたは金属膜１０４と対向する面に流路溝１１０が形成されている。流路形成部材１０６は、金属膜１０４上の反応場を覆うように配置され、流路形成部材１０６と誘電体部材１０２とにより、試料液や標識液、洗浄液などを送液するための流路１１２が形成される。
なお、流路形成部材１０６は、例えば、接着剤や透明な粘着シートによる接着、レーザー溶着、超音波溶着、クランプ部材を用いた圧着などにより誘電体部材１０２または金属膜１０４と接合することができる。また、流路溝１１０を形成せず、貫通孔が形成された粘着シートにより流路形成部材１０６と誘電体部材１０２または金属膜１０４とを接合することで、粘着シートの貫通孔を流路として用いることもできる。
また、流路形成部材１０６は、流路溝１１０の一端に形成された第１貫通孔１１０ａと、流路溝１１０の他端に形成された第２貫通孔１１０ｂとを有する。本実施形態において、第１貫通孔１１０ａ及び第２貫通孔１１０ｂは、それぞれ略円柱形状である。また、第１貫通孔１１０ａ及び第２貫通孔１１０ｂは、流路１１２へ試料液や標識液、洗浄液などを注入するための注入口及び試料液や標識液、洗浄液などを取り出すための取出口として機能する。
流路形成部材１０６の材料としては、少なくとも後述する蛍光γに対して光学的に透明な材料から形成されていれば、特に限定されるものではないが、安価で取り扱い性に優れるセンサーチップ１００を提供する上で、例えば、樹脂材料から形成されていることが好ましい。なお、流路形成部材１０６の製造方法は、特に限定されるものではないが、製造コストの観点から、金型を用いた射出成形が好ましい。
流路形成部材１０６を樹脂材料から形成する場合、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン類、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリ環状オレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などを用いることができる。
液貯留部材１０８は、試料液や標識液、洗浄液などを貯留するためのウェル１０８ａを有する。本実施形態において、液貯留部材１０８は流路形成部材１０６と一体に成形されている。
液貯留部材１０８のウェル１０８ａには、それぞれ、後述する１次反応及び２次反応に使用される試料液や標識液、洗浄液などが保管される。ウェル１０８ａの形状は、特に限定されるものではなく、保管する試料液や標識液、洗浄液などの量に応じて適宜設定することができる。また、図１に示すＳＰＦＳ装置１０では、ウェル１０８ａは１つだけ示しているが、検体検出で使用する液体の数に応じて複数のウェル１０８ａを設けることもできる。
なお、本実施形態では、液貯留部材１０８と流路形成部材１０６とを一体に成形しているが、液貯留部材１０８を流路形成部材１０６とは別体のチップとして構成することもできる。
液貯留部材１０８の材質は、特に限定されるものではないが、安価で取り扱い性に優れるセンサーチップ１００を提供する上で、例えば、樹脂材料から形成されていることが好ましい。なお、液貯留部材１０８の製造方法は、特に限定されるものではないが、製造コストの観点から、金型を用いた射出成形が好ましい。
液貯留部材１０８を樹脂材料から形成する場合、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン類、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）などのポリ環状オレフィン類、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのビニル系樹脂、ポリスチレン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド、ポリイミド、アクリル樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などを用いることができる。
このように構成されるセンサーチップ１００は、図１に示すように、ＳＰＦＳ装置１０の搬送ユニット５０のチップホルダー５４に装着され、ＳＰＦＳ装置１０によって検体検出が行われる。
次に、ＳＰＦＳ装置１０の各構成要素について説明する。前述するように、本実施形態におけるＳＰＦＳ装置１０は、励起光照射ユニット２０、蛍光検出ユニット３０、送液ユニット４０、搬送ユニット５０、接触式温調ユニット６０、非接触式温調ユニット７０及び制御部８０が筐体１２内に収容されている。
励起光照射ユニット２０は、チップホルダー５４に保持されたセンサーチップ１００に励起光αを照射する。後述するように、蛍光γの測定時には、励起光照射ユニット２０は、金属膜１０４に対する入射角が表面プラズモン共鳴を生じさせる角度となるように、金属膜１０４に対するＰ波のみを入射面１０２ａに向けて出射する。
ここで「励起光」とは、蛍光物質を直接または間接的に励起させる光である。例えば、励起光αは、誘電体部材１０２を介して金属膜１０４に表面プラズモン共鳴が生じる角度で照射されたときに、蛍光物質を励起させる局在場光を金属膜１０４の表面上に生じさせる光である。
励起光照射ユニット２０は、励起光αを誘電体部材１０２に向けて出射するための構成と、金属膜１０４の裏面に対する励起光αの入射角度を走査するための構成とを含む。本実施形態では、励起光照射ユニット２０は、光源ユニット２１、角度調整機構２２及び光源制御部２３を含む。
光源ユニット２１は、コリメートされ、かつ波長及び光量が一定の励起光αを、金属膜１０４裏面に対して照射スポットの形状が略円形となるように照射する。光源ユニット２１は、例えば、励起光αの光源、ビーム整形光学系、ＡＰＣ（Automatic Power-Control）機構及び温度調整機構（いずれも不図示）を含む。
光源の種類は、特に限定されるものではなく、例えば、レーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード、水銀灯、その他のレーザー光源が含まれる。光源から照射される光がビームでない場合には、光源から照射される光は、レンズや鏡、スリットなどによりビームに変換される。また、光源から照射される光が単色光でない場合には、光源から照射される光は、回折格子などにより単色光に変換される。さらに、光源から照射される光が直線偏光でない場合には、光源から照射される光は、偏光子などにより直線偏光の光に変換される。
ビーム整形光学系は、例えば、コリメーターやバンドパスフィルター、直線偏光フィルター、半波長板、スリット、ズーム手段などを含む。ビーム整形光学系は、これらの全てを含んでいてもよいし、一部のみを含んでいてもよい。
コリメーターは、光源から照射された励起光αをコリメートする。バンドパスフィルターは、光源から照射された励起光αを中心波長のみの狭帯域光にする。光源からの励起光αは、若干の波長分布幅を有しているためである。
直線偏光フィルターは、光源から照射された励起光αを完全な直線偏光の光にする。半波長板は、金属膜１０４にＰ波成分が入射するように励起光αの偏光方向を調整する。スリット及びズーム手段は、金属膜１０４裏面における照射スポットの形状が所定サイズの円形となるように、励起光αのビーム径や輪郭形状などを調整する。
ＡＰＣ機構は、光源の出力が一定となるように光源を制御する。より具体的には、ＡＰＣ機構は、励起光αから分岐させた光の光量を不図示のフォトダイオードなどで検出する。そして、ＡＰＣ機構は、回帰回路で投入エネルギーを制御することで、光源の出力を一定に制御する。
温度調整機構は、例えば、ヒーターやペルチェ素子などである。光源の出射光の波長及びエネルギーは、温度によって変動することがある。このため、温度調整機構で光源の温度を一定に保つことにより、光源の出射光の波長及びエネルギーを一定に制御する。
角度調整機構２２は、金属膜１０４への励起光αの入射角を調整する。角度調整機構２２は、誘電体部材１０２を介して金属膜１０４の所定の位置に向けて所定の入射角で励起光αを照射するために、励起光αの光軸とチップホルダー５４とを相対的に回転させる。
例えば、角度調整機構２２は、光源ユニット２１を励起光αの光軸と直交する軸（図１の紙面に対して垂直な軸）を中心として回動させる。このとき、入射角を走査しても金属膜１０４上での照射スポットの位置がほとんど変化しないように、回転軸の位置を設定する。回転中心の位置を、入射角の走査範囲の両端における２つの励起光αの光軸の交点近傍（成膜面１０２ｂ上の照射位置と入射面１０２ａとの間）に設定することで、照射位置のズレを極小化することができる。
金属膜１０４に対する励起光αの入射角のうち、プラズモン散乱光の最大光量を得られる角度が増強角である。増強角またはその近傍の角度に励起光αの入射角を設定することで、高強度の蛍光γを測定することが可能となる。
なお、センサーチップ１００の誘電体部材１０２の材料及び形状、金属膜１０４の膜厚、流路１１２内の試料液の屈折率などにより、励起光αの基本的な入射条件が決定されるが、流路１１２内のアナライトの種類及び量、誘電体部材１０２の形状誤差などにより、最適な入射条件はわずかに変動する。このため、検体検査毎に最適な増強角を求めることが好ましい。
光源制御部２３は、光源ユニット２１に含まれる各種機器を制御して、光源ユニット２１の励起光αの照射を制御する。光源制御部２３は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
蛍光検出ユニット３０は、金属膜１０４への励起光αの照射により励起された蛍光物質から生じる蛍光γを検出する。また、必要に応じて、蛍光検出ユニット３０は、金属膜１０４への励起光αの照射によって生じたプラズモン散乱光も検出する。蛍光検出ユニット３０は、例えば、受光ユニット３１、位置切替機構３７及びセンサー制御部３８を含む。
受光ユニット３１は、センサーチップ１００の金属膜１０４の法線方向（図１におけるｚ軸方向）に配置される。受光ユニット３１は、第１レンズ３２、光学フィルター３３、第２レンズ３４及び受光センサー３５を含む。
第１レンズ３２は、例えば、集光レンズであり、金属膜１０４上から生じる光を集光する。第２レンズ３４は、例えば、結像レンズであり、第１レンズ３２で集光された光を受光センサー３５の受光面に結像させる。両レンズ３２，３４の間の光路は、略平行な光路となっている。光学フィルター３３は、両レンズ３２，３４の間に配置されている。
光学フィルター３３は、蛍光成分のみを受光センサー３５に導き、高いＳ／Ｎで蛍光γを検出するために、励起光成分（プラズモン散乱光）を除去する。光学フィルター３３は、例えば、励起光反射フィルター、短波長カットフィルター及びバンドパスフィルターが含まれる。光学フィルター３３は、例えば、所定の光成分を反射する多層膜を含むフィルターであるが、所定の光成分を吸収する色ガラスフィルターであってもよい。
受光センサー３５は、蛍光γを検出する。受光センサー３５は、微少量のアナライトを標識した蛍光物質からの微弱な蛍光γを検出することが可能な、高い感度を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、光電子倍増管（ＰＭＴ）やアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、低ノイズのフォロダイオード（ＰＤ）などを用いることができる。
位置切替機構３７は、光学フィルター３３の位置を、受光ユニット３１における光路上または光路外に切り替える。具体的には、受光センサー３５が蛍光γを検出する時には、光学フィルター３３を受光ユニット３１の光路上に配置し、受光センサー３５がプラズモン散乱光を検出する時には、光学フィルター３３を受光ユニット３１の光路外に配置する。位置切替機構３７は、例えば、回転駆動部と、回転運動を利用して光学フィルター３３を水平方向に移動させる公知の機構（ターンテーブルやラックアンドピニオンなど）とによって構成される。
センサー制御部３８は、受光センサー３５の出力値の検出や、検出した出力値による受光センサー３５の感度の管理、適切な出力値を得るための受光センサー３５の感度の変更などを制御する。センサー制御部３８は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
送液ユニット４０は、チップホルダー５４に装着されたセンサーチップ１００の流路１１２内に、試料液や標識液、洗浄液などを供給する。送液ユニット４０は、シリンジポンプ４１、ピペットノズル４６、ピペットチップ４５及び送液ポンプ駆動機構４４を含む。
送液ユニット４０は、ピペットノズル４６の先端にピペットチップ４５を装着した状態で使用される。ピペットチップ４５が交換可能であると、ピペットチップ４５の洗浄が不要となり、不純物の混入などを防止することができる。
シリンジポンプ４１は、シリンジ４２と、シリンジ４２内を往復動作可能なプランジャー４３とによって構成される。プランジャー４３の往復運動によって、液体の吸引及び排出が定量的に行われる。
送液ポンプ駆動機構４４は、シリンジポンプ４１の駆動装置及びピペットチップ４５が装着されたピペットノズル４６の移動装置を含む。シリンジポンプ４１の駆動装置は、プランジャー４３を往復運動させるための装置であり、例えば、ステッピングモーターを含む。ステッピングモーターを含む駆動装置は、シリンジポンプ４１の送液量や送液速度を管理できるため、センサーチップ１００の残液量を管理する観点から好ましい。ピペットノズル４６の移動装置は、例えば、ピペットノズル４６を、ピペットノズル４６の軸方向（例えば垂直方向）と、軸方向を横断する方向（例えば水平方向）との二方向に自在に移動させる。ピペットノズル４６の移動装置は、例えば、ロボットアーム、２軸ステージまたは上下動自在なターンテーブルによって構成される。
ピペットチップ４５とセンサーチップ１００との相対的な高さを一定に調整し、センサーチップ１００内での残液量を一定に管理する観点からは、送液ユニット４０は、ピペットチップ４５の先端の位置を検出する機構をさらに有することが好ましい。
送液ユニット４０は、液貯留部材１０８より各種液体を吸引し、センサーチップ１００の流路１１２内に供給する。このとき、プランジャー４３を動かすことで、センサーチップ１００の流路１１２内を液体が往復し、流路１１２内の液体が攪拌される。これにより、液体の濃度の均一化や、流路１１２内における反応（例えば抗原抗体反応）の促進などを実現することができる。
このような操作を行うことから、センサーチップ１００の注入口（第１貫通孔１１０ａ）は、多層フィルム１１１等により保護されており、かつピペットチップ４５がこの多層フィルムを貫通した時に第１貫通孔１１０ａを密閉できるように、センサーチップ１００及びピペットチップ４５が構成されていることが好ましい。
流路１１２内の液体は、再びシリンジポンプ４１により吸引され、液貯留部材１０８などに排出される。これらの動作の繰り返しにより、各種液体による反応、洗浄などを実施し、流路１１２内の反応場に、蛍光物質で標識されたアナライトを固定化することができる。
搬送ユニット５０は、ユーザーによりチップホルダー５４に装着されたセンサーチップ１００を送液位置または測定位置に搬送し、固定する。ここで「送液位置」とは、送液ユニット４０がセンサーチップ１００の流路１１２内に液体を供給したり、流路１１２内の液体を除去したりする位置である。また、「測定位置」とは、励起光照射ユニット２０がセンサーチップ１００に励起光αを照射し、それに伴い発生する蛍光γを蛍光検出ユニット３０が検出する位置である。
なお、搬送ユニット５０は、後述する位置検出及び位置調整工程において、センサーチップ１００と励起光照射ユニット２０の光源ユニット２１との距離を変化させるためにも用いられる。
搬送ユニット５０は、搬送ステージ５２及びチップホルダー５４を含む。チップホルダー５４は、搬送ステージ５２に固定されており、センサーチップ１００を着脱可能に保持する。チップホルダー５４の形状は、センサーチップ１００を保持することが可能であり、かつ、励起光α及び蛍光γの光路を妨げない形状であれば、特に限定されるものではない。例えば、チップホルダー５４には、励起光α及び蛍光γが通過するための開口が設けられている。
搬送ステージ５２は、チップホルダー５４を一方向（図１におけるｘ軸方向）及びその逆方向に移動可能に構成される。搬送ステージ５２は、例えば、ステッピングモーターなどにより駆動される。
接触式温調ユニット６０は、センサーチップ１００に接触して配置される第１温調手段６１と、第１温調手段６１とセンサーチップ１００の反応場との間に配置される第１温度センサー６２とを有する。
第１温調手段６１は、後述する制御部８０により所定の温度となるように制御される。本実施形態において、第１温調手段６１は、温調素子６１ａと、伝熱部材６１ｂとを有している。
温調素子６１ａは、加熱素子であっても冷却素子であってもよい。このような温調素子６１ａとしては、特に限定されるものではないが、例えば、電気抵抗素子、カートリッジヒーター、ラバーヒーター、セラミックヒーターなどの赤外線ヒーター、ペルチェ素子などを用いることができる。
伝熱部材６１ｂは、励起光α及び蛍光γの光路を妨げない形状を有しており、温調素子６１ａからセンサーチップ１００へ熱を伝達する。このような伝熱部材６１ｂの材料としては、特に限定されるものではないが、例えば、銅やアルミニウムなど熱伝導率の高い金属を用いることができる。
本実施形態において、伝熱部材６１ｂは、誘電体部材１０２の下面１０２ｄと接触するとともに、液貯留部材１０８のウェル１０８ａとも接触するような形状としている。これにより、センサーチップ１００の反応場の温調と同時に、液貯留部材１０８のウェル１０８ａに保管された液体の温調も行うことができる。このため、センサーチップ１００の流路１１２に導入する液体を事前に温調することができ、流路１１２への液体導入に伴う反応場の温度の変化を抑制することができる。
第１温度センサー６２は、測定された温度に応じた信号（出力値）を後述する制御部８０へ送信可能なものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、サーミスタや熱電対などを用いることができる。
第１温度センサー６２は、第１温調手段６１とセンサーチップ１００との間の温度を測定可能な位置にあればよく、反応場を有するセンサーチップ１００に、より近接した位置に配置することが好ましい。例えば、伝熱部材６１ｂ上の誘電体部材１０２のいずれかの面に接触する位置、または、誘電体部材１２に近接した伝熱部材６１ｂの内部に設けることができる。
非接触式温調ユニット７０は、センサーチップ１００から離間して配置される第２温調手段７１と、第２温調手段７１とセンサーチップ１００との間に配置される第２温度センサー７２と、第２温調手段７１によって加熱または冷却された空気をセンサーチップ１００に送る送風手段７３とを有する。本実施形態において、非接触式温調ユニット７０は、センサーチップ１００が送液位置にある状態で、センサーチップ１００の温調が可能なように設けられている。
第２温調手段７１は、後述する制御部８０により所定の温度となるように制御される。なお、第２温調手段７１は、加熱素子であっても冷却素子であってもよい。このような第２温調手段７１としては、特に限定されるものではないが、例えば、電気抵抗素子、カートリッジヒーター、ラバーヒーター、セラミックヒーターなどの赤外線ヒーター、ペルチェ素子などを用いることができる。
第２温調手段７１により加熱または冷却された空気は、送風手段７３によりセンサーチップ１００に吹き付けられる。これにより、センサーチップ１００は非接触により加熱または冷却されることになる。送風手段７３としては、特に限定されるものではないが、例えば、軸流送風機や遠心送風機など公知の送風機を用いることができる。なお、送風手段７３としては、後述する制御部８０により圧力比を変更可能に構成されることが好ましい。
第２温度センサー７２は、測定された温度に応じた信号（出力値）を後述する制御部８０へ送信可能なものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、サーミスタや熱電対などを用いることができる。なお、第２温度センサー７２は、センサーチップ１００に吹き付けられる空気の温度が測定される。
制御部８０は、角度調整機構２２、光源制御部２３、位置切替機構３７、センサー制御部３８、搬送ステージ５２、第１温調手段６１、第２温調手段７１及び送風手段７３を制御する。制御部８０は、例えば、演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置及び出力装置を含む公知のコンピュータやマイコンなどによって構成される。
筐体１２は、励起光照射ユニット２０、蛍光検出ユニット３０、送液ユニット４０、搬送ユニット５０、接触式温調ユニット６０、非接触式温調ユニット７０及び制御部８０を収容可能なものであれば、特に限定されるものではない。筐体１２には、吸気口１３ａ及び排気口１３ｂが設けられている。これにより、筐体１２内に熱が蓄積されることを防止することができる。また、排熱の観点からは、吸気口１３ａ及び／または排気口１３ｂにファン１４を設けることが好ましい。これにより、筐体１２内の空気が排出され、筐体１２外の空気が吸引されることで、筐体１２内に熱が蓄積されることを防止することができる。
また、筐体１２の吸気口１３ａには、第３温度センサー１５が設けられる。このように、第３温度センサー１５を吸気口１３ａに設けることにより、第３温度センサー１５では、ＳＰＦＳ装置１０が設置される環境の温度（筐体１２外の温度）を測定することができる。
第３温度センサー１５は、測定された温度に応じた信号（出力値）を制御部８０へ送信可能なものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、サーミスタや熱電対などを用いることができる。なお、第３温度センサー１５では、ＳＰＦＳ装置１０が設置される環境の温度が測定できればよく、本実施形態では、第３温度センサー１５を筐体１２内に設けているが、第３温度センサー１５を筐体１２外に設けることもできる。
以下、ＳＰＦＳ装置１０を用いた検体検出の流れについて説明する。図２は、ＳＰＦＳ装置１０の動作手順の一例を示すフローチャート、図３は、検体検出開始からの経過時間と第２温調手段目標温度Ｔ２との関係を説明するためのグラフである。
先ずユーザーは、液貯留部材１０８にアナライトを含む試料液や標識液、洗浄液などが保管されるセンサーチップ１００を、搬送ユニット５０のチップホルダー５４に装着する（Ｓ１００）。
なお、ここで用いられる試料液は、検体を用いて調製された液体であり、例えば、検体と試薬とを混合して検体中に含有されるアナライトに蛍光物質を結合させるための処理をしたものが挙げられる。このような検体としては、例えば、血液、血清、血漿、尿、鼻孔液、唾液、便、体腔液（髄液、腹水、胸水等）などが挙げられる。
また、検体中に含有されるアナライトは、例えば、核酸（一本鎖であっても二本鎖であってもよいＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、ＰＮＡ（ペプチド核酸）等、またはヌクレオシド、ヌクレオチドおよびそれらの修飾分子）、タンパク質（ポリペプチド、オリゴペプチド等）、アミノ酸（修飾アミノ酸も含む。）、糖質（オリゴ糖、多糖類、糖鎖等）、脂質、またはこれらの修飾分子、複合体などが挙げられ、具体的には、ＡＦＰ（αフェトプロテイン）等のがん胎児性抗原や腫瘍マーカー、シグナル伝達物質、ホルモンなどであってもよく、特に限定されない。
制御部８０は、搬送ステージ５２を操作して、チップホルダー５４に装着されたセンサーチップ１００を送液位置まで移動する（Ｓ１１０）。
次いで、制御部８０は、接触式温調ユニット６０及び非接触式温調ユニット７０を操作して、センサーチップ１００の温調を開始する（Ｓ１２０）。センサーチップ１００の温調は以下のように行われる。
制御部８０には、反応場目標温度Ｔ、第１温調手段目標温度Ｔ１、第２温調手段目標温度Ｔ２が事前に記憶される。
反応場目標温度Ｔは、反応場に固定化されたリガンドの種類や、アナライトの種類などによって適宜変更される。反応場目標温度Ｔは、一般的には、２４℃～２６℃、もしくは、３５℃～３７℃に設定することができる。本実施形態において、反応場目標温度Ｔは３６℃である。また、ＳＰＦＳ装置１０は室温に設置され、本実施形態において環境温度ｔ３は２５℃である。
本実施形態において、接触式温調ユニット６０は、主に接触部を介した熱伝達により、センサーチップ１００の反応場を温調する役割を果たす。
第１温調手段目標温度Ｔ１は、反応場目標温度Ｔと近い温度に設定することが望ましい。第１温調手段目標温度Ｔ１と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ１｜は、誘電体部材１０２や伝熱部材６１ｂの材質及び形状などにより、熱伝達の温度勾配を考慮して適宜設定することができる。第１温調手段目標温度Ｔ１と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ１｜を熱伝達の温度勾配程度として、反応場目標温度Ｔと第１温調手段目標温度Ｔ１とを近い温度に設定することで、センサーチップ１００が第１温調手段６１により過剰に温調されることを防ぎ、反応場を反応場目標温度Ｔに安定して制御することができる。本実施形態において、第１温調手段目標温度Ｔ１は３６．５℃であり、第１温調手段目標温度Ｔ１と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ１｜は０．５℃である。
非接触式温調ユニット７０は、温風や冷風等をセンサーチップ１００に吹き付けることで、主にセンサーチップ１００が設置された部分の環境温度を制御し、これによりセンサーチップ１００を温調する効果や、センサーチップ１００からの放熱量を制御する効果により、反応場をより安定して温調する役割を果たす。さらには、流路１１２に導入される液体の温度が、導入時あるいは往復送液時に反応場目標温度Ｔにできるだけ近づくように、液体に対しても温調する役割を果たす。
第２温調手段目標温度Ｔ２は、後述するように、検体検出のステップ毎に変更することができる。第２温調手段目標温度Ｔ２の初期値としては、センサーチップ１００の反応場の温度を反応場目標温度Ｔへと迅速に近づけるため、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜が大きい方が好ましい。本実施形態において、第２温調手段目標温度Ｔ２は、後述するように、３７℃～４１℃の範囲としている。
なお、第３温度センサー１５で測定された温度と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ３｜が大きい場合には、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜を、より大きくすることにより、センサーチップ１００の反応場の温度を反応場目標温度Ｔへと迅速に近づけることができる。
第２温調手段目標温度Ｔ２の初期値は、第３温度センサー１５で測定された温度ｔ３とした場合、下記式（１）となるように設定することができる。
Figure 0007093766000001
また、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜と、第１温調手段目標温度Ｔ１と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ１｜とが、下記式（２）となるように設定することが好ましい。
Figure 0007093766000002
このように設定することにより、例えば、センサーチップ１００が設置された部分の環境温度を制御し、センサーチップ１００からの放熱量を制御する効果により、反応場をより安定して温調することができる。また、流路１１２内に液体を送液する際、導入する液体の温度が反応場目標温度Ｔと異なる場合や、往復送液中にピペットチップ４５内で液体の温度が変化する場合など、送液により反応場の温度を変化させてしまう可能性があるが、このような場合にも、非接触式温調ユニット７０により液体に対して温調することで、反応場の温度を安定して制御することができる。
制御部８０は、第１温度センサー６２からの信号（出力値）に基づき、第１温度センサー６２で測定される温度が第１温調手段目標温度Ｔ１となるように、第１温調手段６１をフィードバック制御する。
また、制御部８０は、第２温度センサー７２からの信号（出力値）に基づき、第２温度センサー７２で測定される温度が第２温調手段目標温度Ｔ２となるように、第２温調手段７１や送風手段７３をフィードバック制御する。
このようにセンサーチップ１００の温調が行われた状態で、制御部８０は、送液ユニット４０を操作して、液貯留部材１０８のウェル１０８ｃ内の洗浄液を流路１１２内に導入し、流路１１２を洗浄し、流路１１２内の保存試薬を除去する（Ｓ１３０）。洗浄に用いられた洗浄液は、送液ユニット４０により排出され、代わりに液貯留部材１０８のウェル１０８ｄ内の測定液を流路１１２内に導入する。なお、後工程の増強角検出（Ｓ１５０）の結果に影響がなければ、保存試薬洗浄液と測定液を兼用し、洗浄液を排出せずそのまま増強角測定を行うこともできる。
次いで、制御部８０は、搬送ステージ５２を操作して、チップホルダー５４に装着されたセンサーチップ１００を測定位置まで搬送する（Ｓ１４０）。そして、制御部８０は、励起光照射ユニット２０及び蛍光検出ユニット３０を操作して、センサーチップ１００に励起光αを照射するとともに、励起光αと同一波長のプラズモン散乱光を検出して、増強角を検出する（Ｓ１５０）。
具体的には、制御部８０は、励起光照射ユニット２０を操作して、金属膜１０４に対する励起光αの入射角を走査しつつ、蛍光検出ユニット３０を操作してプラズモン散乱光を検出する。この時、制御部８０は、位置切替機構３７を操作して、光学フィルター３３を受光ユニット３１の光路外に配置する。そして、制御部８０は、プラズモン散乱光の光量が最大の時の励起光αの入射角を増強角として決定する。
次いで、制御部８０は、励起光照射ユニット２０及び蛍光検出ユニット３０を操作して、適切な測定位置に配置されたセンサーチップ１００に励起光αを照射するとともに、受光センサー３５の出力値（光学ブランク値）を記録する（Ｓ１６０）。
この時、制御部８０は、角度調整機構２２を操作して、励起光αの入射角を増強角に設定する。また、制御部８０は、位置切替機構３７を操作して、光学フィルター３３を受光ユニット３１の光路内に配置する。
次いで、制御部８０は、搬送ステージ５２を操作して、センサーチップ１００を送液位置に移動させる（Ｓ１７０）。
そして制御部８０は、送液ユニット４０を操作して、流路１１２内の測定液を排出し、液貯留部材１０８のウェル１０８ａ内の試料液を流路１１２内に導入する（Ｓ１８０）。流路１１２内では、抗原抗体反応（１次反応）によって、金属膜１０４上の反応場にアナライトが捕捉される。
図３に示すように、１次反応工程では、流路１１２内の液交換がなく、かつ、反応時間が長いため、試料液は流路１１２内で反応場目標温度Ｔに温調される十分な時間が存在する。このため、制御部８０は、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜が、初期値よりも小さくなるように第２温調手段目標温度Ｔ２を変更し、液体導入時あるいは往復送液時に試料液に対して温調する効果を小さくする。
その後、流路１１２内の試料液は除去され、流路１１２内は洗浄液で洗浄される（Ｓ１９０）。洗浄液は、他の工程で使用する液よりもウェル１０８ｃ内の液量、流路に導入する液量が多いため、洗浄液はウェル１０８ｃ内で加温されにくく、洗浄液の導入により、反応場の温度が低下しやすい。このため、図３に示すように、制御部８０は、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜が、１次反応工程の時よりも大きくなるように第２温調手段目標温度Ｔ２を変更する。
このように、検体検出の各工程において、第２温調手段目標温度Ｔ２を適宜変更することによって、反応場の温度を迅速に反応場目標温度Ｔに近づけることができるとともに、反応場に導入される各種液体の液量や液温の違いの影響を低減させ、反応場の温度が反応場目標温度Ｔから外れてしまうようなことを防ぐことができる。なお、第２温調手段目標温度Ｔ２の変更は、各工程が始まるタイミングで行ってもよいし、各工程の途中で行ってもよい。
次いで、制御部８０は、送液ユニット４０を操作して、液貯留部材１０８のウェル１０８ｂ内の標識液を流路１１２内に導入する（Ｓ２００）。流路１１２内では、抗原抗体反応（２次反応）によって、金属膜１０４上に捕捉されているアナライトが蛍光物質で標識される。なお、標識液としては、蛍光物質で標識された２次抗体を含む液体を用いることができる。その後、流路１１２内の標識液は除去され、流路１１２内は洗浄液で洗浄され、洗浄液除去後、流路１１２内に測定液を導入する（Ｓ２１０）。
次いで、制御部８０は、搬送ステージ５２を操作して、センサーチップ１００を測定位置に移動させる（Ｓ２２０）。
次いで、制御部８０は、励起光照射ユニット２０及び蛍光検出ユニット３０を操作して、測定位置に配置されたセンサーチップ１００に励起光αを照射するとともに、リガンドに捕捉されているアナライトを標識する蛍光物質から放出された蛍光γを検出する（Ｓ２３０）。検出された蛍光γの強度に基づき、必要に応じて、アナライトの量や濃度などに換算することができる。
以上の手順により、試料溶液中のアナライトの存在またはその量を検出することができる。
なお、本実施形態では、１次反応（Ｓ１８０）の前に、増強角検出（Ｓ１５０）、光学ブランク値測定（Ｓ１６０）を実施しているが、１次反応（Ｓ１８０）の後に、増強角検出（Ｓ１５０）、光学ブランク値測定（Ｓ１６０）を実施するようにしてもよい。
また、励起光αの入射角があらかじめ決まっている場合は、増強角の検出（Ｓ１５０）を省略してもよい。
また、上記の説明では、アナライトとリガンドとを反応させる１次反応（Ｓ１８０）の後に、アナライトを蛍光物質で標識する２次反応（Ｓ２００）を行っている（２工程方式）。しかしながら、アナライトを蛍光物質で標識するタイミングは、特に限定されるものではない。
例えば、流路１１２内に試料液を導入する前に、試料液に標識液を添加してアナライトを予め蛍光物質で標識しておくこともできる。また、流路１１２内に試料液と標識液を同時に注入することで、蛍光物質で標識されたアナライトがリガンドに捕捉されることとなる。この場合、アナライトが蛍光物質で標識されるとともに、アナライトがリガンドに捕捉される。
いずれの場合も、流路１１２内に試料溶液を導入することで、１次反応及び２次反応の両方を完了することができる（１工程方式）。このように１工程方式を採用する場合は、抗原抗体反応の前に増強角検出（Ｓ１５０）が実施される。
また、本実施形態では、上述するように、１次反応工程（Ｓ１８０）と、２次反応工程（Ｓ２００）及び洗浄工程（Ｓ１３０，Ｓ１９０，Ｓ２１０）とでは、第２温調手段目標温度Ｔ２を変更している。より具体的には、流路１１２内に液体を導入する時間が短い工程ほど、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜が大きくなるように変更する。
このように、流路１１２内に液体を導入する時間が短い工程、すなわち、頻繁に液交換する工程では、液貯留部材１０８に保管された液体の温度と、反応場目標温度Ｔとの温度差が大きくなるため、第２温調手段目標温度Ｔ２と反応場目標温度Ｔとの差｜Ｔ－Ｔ２｜を大きくすることで、この温度差を迅速に解消することができる。
また、本実施形態では、上述するように、制御部８０により、第１温調手段６１や第２温調手段７１、送風手段７３をフィードバック制御しているが、接触式温調ユニット６０及び非接触式温調ユニット７０にそれぞれ温度制御部を設け、各温度制御部により第１温調手段６１や第２温調手段７１、送風手段７３をフィードバック制御するように構成することもできる。
（実施例）
図４は、本実施形態におけるＳＰＦＳ装置を用いてセンサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。
この実施例では、下記表１に示す条件でＳＰＦＳ装置１０を動作させ、経過時間と反応場温度を測定した。
なお、以下に示す実施例及び比較例において、第２温調手段目標温度Ｔ２は、検体検出開始～１次反応の途中（領域１）、１次反応の途中～１次反応終了（領域２）、１次反応後の洗浄開始～検体検出終了（領域３）でそれぞれ変更可能なように設定した。
Figure 0007093766000003
実施例１－１では、環境温度が比較的高く、反応場目標温度Ｔとの差が小さいため、第２温調手段目標温度Ｔ２は一定としている。
実施例１－２及び実施例１－３では、環境温度と反応場目標温度Ｔとの差が大きいため、検体検出の初期段階である領域１と、２次反応や洗浄など各工程に要する時間が短く、液交換の頻度が高い領域３において、第２温調手段目標温度Ｔ２を領域２よりも高く設定している。
また、実施例１－１，１－２，１－３のいずれの環境温度でも、反応場の温度がほぼ同一になった時点で領域１から領域２に移行し、領域２では第２温調手段目標温度Ｔ２を同一に設定している。
本実施例では、領域１及び領域３での第２温調手段目標温度Ｔ２は、第３温度センサー１５で測定された温度ｔ３を用いて、下記式（１）となるように設定している。
Figure 0007093766000004
本実施例では、
領域１では、ａ＝０，ｂ＝－０．１５，ｃ＝４１．５
領域３では、ａ＝－０．０１，ｂ＝０．２，ｃ＝４０となる条件で第２温調手段目標温度Ｔ２を設定し、制御している。
このように、環境温度に応じて第２温調手段目標温度Ｔ２を変更することにより、反応場の温度を反応場目標温度Ｔに迅速に近づけることができ、かつ、頻繁に液交換が生じても反応場の温度を安定させることができる。
また、接触式温調ユニット６０では、第１温調手段６１自身の熱容量が大きく、設定温度の変更に対して敏感に追従することが難しいが、非接触式温調ユニット７０では、設定温度の変更に対して敏感に追従した温風をセンサーチップ１００に吹き付けることが可能となり、反応途中で設定温度を変更する手段として好ましい。
さらに、ＳＰＦＳ装置１０とセンサーチップ１００とが同一環境に置かれていた場合には、環境温度ｔ３を測定することで、ＳＰＦＳ装置１０に導入されるセンサーチップ１００の初期温度がおおよそｔ３であると類推することができる。したがって、環境温度に応じて第２温調手段目標温度Ｔ２を設定することで、直接センサーチップ１００の温度を測定しなくとも、センサーチップ１００の反応場の初期温度を反映した温調制御が可能となり、センサーチップ１００の温度測定手段が不要で簡便な方法にて、反応場の温度を反応場目標温度Ｔにより迅速に、かつ安定して制御することができる。
（比較例１）
図５は、比較例１として、センサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。
この比較例１で使用したＳＰＦＳ装置は、上記実施形態におけるＳＰＦＳ装置１０と同一の装置構成であり、下記表２に示すように、各工程における第２温調手段目標温度Ｔ２を変更せずに温調を行っている。また、第２温調手段目標温度Ｔ２の設定値は、最も厳密な温度制御が必要な領域３において、反応場が反応場目標温度Ｔとなる値に設定した。
Figure 0007093766000005
比較例１－１は、実施例１－１と同一条件であるため、問題なく温調が行われた。
比較例１－２、比較例１－３では、第２温調手段目標温度Ｔ２が反応場目標温度Ｔよりも比較的高い値であるため、反応時間が長い１次反応中（領域２）において、非接触式温調ユニット７０による過度な加熱となり、反応場の温度が反応場目標温度Ｔよりも高くなりすぎてしまった。
（比較例２）
図６は、比較例２として、センサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。
この比較例２で使用したＳＰＦＳ装置は、上記実施形態におけるＳＰＦＳ装置１０と同一の装置構成であり、下記表３に示すように、環境温度によらず、第２温調手段目標温度Ｔ２を一定として温調を行っている。
Figure 0007093766000006
比較例２－１は、実施例１－１と同一条件であるため、問題なく温調が行われた。
比較例２－２、比較例２－３では、反応場目標温度Ｔと比較して環境温度が低いため、比較例２－１に比べて各領域での昇温速度が遅く、２次反応中（領域３）の反応場の温度は、反応場目標温度Ｔに達していない。
（比較例３）
図７は、比較例３として、センサーチップの温調を行った際の経過時間と反応場温度との関係を示すグラフである。
この比較例３で使用したＳＰＦＳ装置は、上記実施形態におけるＳＰＦＳ装置１０と同一の装置構成であり、下記表４に示すように、非接触式温調ユニット７０を動作させずに、接触式温調ユニット６０のみで温調を行っている。
Figure 0007093766000007
比較例３－１、比較例３－２、比較例３－３において、液交換時に反応場の温度が大きく下がってしまった。また、センサーチップ１００周辺の空気温度が低いため、往復送液時にピペットチップ４５内で液温が低下するとともに、接触式温調ユニット６０と接していない面側からの放熱が大きく、環境温度が低い比較例３－２や比較例３－３では、反応場の温度は反応場目標温度Ｔと大きく相違している。また、センサーチップ１００内で加熱側と放熱側との温度勾配も大きく発生してしまう。
（接触式温調ユニットの変形例）
図８は、接触式温調ユニットの変形例を示す模式図である。図８に示す接触式温調ユニット６０は、基本的には、図１に示す接触式温調ユニット６０と同様な構成であるため、同一の構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図８（ａ）に示すように、伝熱部材６１ｂは、流路形成部材１０６の上面１０６ａ、側面１０６ｂ、下面１０６ｃを覆うように構成することもできる。この場合、伝熱部材６１ｂは、複数に分割された部材により、流路形成部材１０６の上面１０６ａ、側面１０６ｂ、下面１０６ｃを挟み込むように配置してもよいし、一体の部材により、流路形成部材１０６に嵌め込むように配置してもよい。
図８（ｂ）に示すように、伝熱部材６１ｂは、誘電体部材１０２を覆うように構成することもできる。この場合、励起光αの光路を妨げないように、伝熱部材６１ｂは、誘電体部材１０２の入射面１０２ａ及び出射面１０２ｃと接触する部分に孔部６１ｂ'が設けられている。
図８（ｃ）に示すように、伝熱部材６１ｂは、誘電体部材１０２の下面１０２ｄのみと接触するように構成することもできる。
また、図示しないが、伝熱部材６１ｂを用いず、誘電体部材１０２の下面１０２ｄに温調素子６１ａを接触するように構成することもできる。
（非接触式温調ユニットの変形例）
図９は、非接触式温調ユニットの変形例を示す模式図である。図９に示す非接触式温調ユニット７０は、基本的には、図１に示す非接触式温調ユニット７０と同様な構成であるため、同一の構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図９（ａ）に示すように、非接触式温調ユニット７０は、センサーチップ１００に対して水平方向から、加熱または冷却された空気を吹き付けるように配置することもできる。このように、励起光照射ユニット２０や蛍光検出ユニット３０、搬送ユニット５０などと干渉しないように配置されれば、センサーチップ１００に対して、どのような方向から加熱または冷却された空気を吹き付けるようにしても構わない。
図９（ｂ）に示すように、非接触式温調ユニット７０は、ピペットチップ４５に対して、加熱または冷却された空気を吹き付けるとともに、センサーチップ１００にも、加熱または冷却された空気が当たるように配置することもできる。
この場合、図９（ｂ）に示すように、非接触式温調ユニット７０は、ピペットチップ用筐体７４をさらに備える。ピペットチップ用筐体７４は、ピペットチップ４５が貫通するピペットチップ用孔７４ａを有する。ピペットチップ４５は、ピペットチップ用孔７４ａを貫通した状態で、センサーチップ１００の第１貫通孔１１０ａに挿入される。
この状態で、非接触式温調ユニット７０から、加熱または冷却された空気を吹き付けることにより、ピペットチップ４５及びピペットチップ４５内に採取された液体を温調することができる。このため、センサーチップ１００の流路１１２に導入する液体を事前に温調する、あるいは、往復送液中にピペットチップ４５内の液体を温調することができ、流路１１２への液体導入に伴う反応場の温度の変化を抑制することができる。
また、ピペットチップ４５に吹き付けられた空気は、ピペットチップ４５とピペットチップ用孔７４ａとの隙間から吹き出し、センサーチップ１００を加熱または冷却する。
このように、ピペットチップ４５、ピペットチップ４５内に採取された液体、センサーチップ１００を同時に加熱または冷却することにより、反応場の温度を迅速に反応場目標温度Ｔに近づけ、かつ、反応場目標温度Ｔに維持することが容易となる。
図９（ｃ）に示すように、非接触式温調ユニット７０は、赤外線を放射することでセンサーチップ１００を加熱する赤外線ヒーターからなる第２温調手段７１と第２温度センサー７２とにより構成することもできる。この場合、非接触式温調ユニット７０として送風手段７３が不要となるため、風の影響を考慮する必要がない。
（センサーチップの変形例）
図１０は、センサーチップの変形例を示す模式図である。図１０に示すセンサーチップ１００は、基本的には、図１に示すセンサーチップ１００と同様な構成であるため、同一の構成部材には同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。
図１０に示すように、センサーチップ１００の液保持部材はウェル部材１０７とすることもできる。ウェル部材１０７のウェル１０７ａは、本実施形態のように１つでもよいし、ウェル１０７ａをマトリックス状に複数配置した構成としてもよい。
このようにウェル部材１０７を用いた場合、非接触式温調ユニット７０によってウェル１０７ａ内の液体に、加熱した空気を直接吹き付けると、液体が蒸発してしまい、試料液などの濃度が変化してしまう恐れがある。
このため、非接触式温調ユニット７０は、ウェル１０７ａ内の液体に風が直接当たらないように配置するか、もしくは、ウェル１０７ａの上面開口部を多層フィルム等により保護し、ピペットチップ４５はこの多層フィルムを貫通した状態で採取した液体をウェル１０７ａ内に導入するように構成することが好ましい。
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、上記実施例ではＳＰＦＳ装置について説明したが、本発明に係る検体検出システムは、ＳＰＲ装置などの蛍光免疫測定法（ＦＩＡ）を利用した検体検出システムや酵素免疫測定法（ＥＩＡ）を利用した検体検出システムなどにも適用することもできるなど、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
１０ ＳＰＦＳ装置
１２ 筐体
１３ａ 吸気口
１３ｂ 排気口
１４ ファン
１５ 第３温度センサー
２０ 励起光照射ユニット
２１ 光源ユニット
２２ 角度調整機構
２３ 光源制御部
３０ 蛍光検出ユニット
３１ 受光ユニット
３２ レンズ
３３ 光学フィルター
３４ レンズ
３５ 受光センサー
３７ 位置切替機構
３８ センサー制御部
４０ 送液ユニット
４１ シリンジポンプ
４２ シリンジ
４３ プランジャー
４４ 送液ポンプ駆動機構
４５ ピペットチップ
４６ ピペットノズル
５０ 搬送ユニット
５２ 搬送ステージ
５４ チップホルダー
６０ 接触式温調ユニット
６１ 第１温調手段
６１ａ 温調素子
６１ｂ 伝熱部材
６１ｂ' 孔部
６２ 第１温度センサー
７０ 非接触式温調ユニット
７１ 第２温調手段
７２ 第２温度センサー
７３ 送風手段
７４ シリンジ用筐体
７４ａ シリンジ用孔
８０ 制御部
１００ センサーチップ
１０２ 誘電体部材
１０２ａ 入射面
１０２ｂ 成膜面
１０２ｃ 出射面
１０２ｄ 下面
１０４ 金属膜
１０６ 流路形成部材
１０６ａ 上面
１０６ｂ 側面
１０６ｃ 下面
１０７ ウェル部材
１０７ａ ウェル
１０８ 液貯留部材
１０８ａ ウェル
１１０ 流路溝
１１０ａ 第１貫通孔
１１０ｂ 第２貫通孔
１１１ 多層フィルム
１１２ 流路

Claims (6)

  1. アナライトを捕捉する反応場を内部に有するセンサーチップを用いて、アナライトの検出を行う検体検出システムであって、
    前記センサーチップに対して接触して配置される接触式温調ユニットと、
    前記センサーチップに対して非接触に配置される非接触式温調ユニットと、を備え、
    前記接触式温調ユニットは、第１温調手段と、該第１温調手段と前記センサーチップとの間の温度を測定する第１温度センサーとを備え、前記第１温度センサーの出力値と所定の第１温調手段目標温度とに基づき前記第１温調手段がフィードバック制御され、
    前記非接触式温調ユニットは、第２温調手段と、該第２温調手段と前記センサーチップとの間の温度を測定する第２温度センサーとを備え、前記第２温度センサーの出力値と所定の第２温調手段目標温度とに基づき前記第２温調手段がフィードバック制御され、
    前記検体検出システムが設置される環境の温度が測定される第３温度センサーをさらに備え、
    前記第３温度センサーの出力値に基づき、前記第２温調手段目標温度が設定され、
    前記第３温度センサーで測定された温度ｔ３と、前記第２温調手段目標温度Ｔ２とが、下記式（１）となるように設定される検体検出システム。
    Figure 0007093766000008
  2. 前記反応場の目標温度Ｔと前記第１温調手段目標温度Ｔ１との差｜Ｔ－Ｔ１｜と、前記反応場の目標温度Ｔと前記第２温調手段目標温度Ｔ２との差｜Ｔ－Ｔ２｜とが、下記式（２）となるように設定される請求項１に記載の検体検出システム。
    Figure 0007093766000009
  3. 前記検体検出システムが、複数の工程からなる検体検出手順を実行するように構成され、
    前記第２温調手段目標温度Ｔ２は、各工程において変更可能である請求項１または２に記載の検体検出システム。
  4. 前記センサーチップに液体を導入する時間が短い工程ほど、前記反応場の目標温度Ｔと前記第２温調手段目標温度Ｔ２との差｜Ｔ－Ｔ２｜が大きくなるように、前記第２温調手段目標温度Ｔ２が設定される請求項３に記載の検体検出システム。
  5. 前記センサーチップに液体を導入する送液ユニットをさらに備え、
    前記送液ユニットは、前記液体を採取して、前記センサーチップに該液体を供給するノズル及びシリンジポンプを少なくとも含み、
    前記非接触式温調ユニットは、内部に液体を吸排する前記ノズルの加熱または冷却を行う請求項１から４のいずれかに記載の検体検出システム。
  6. 前記センサーチップが、
    誘電体部材と、
    前記誘電体部材の上面に隣接する金属膜と、
    前記金属膜の上面に隣接する反応場と、
    前記反応場の上面に配置される液保持部材と、を備えるとともに、
    前記検体検出システムが、
    前記金属膜に前記誘電体部材を介して励起光を照射する励起光照射ユニットと、
    前記金属膜に照射された励起光に基づき、前記反応場に捕捉された蛍光標識された前記アナライトから生じる蛍光を検出する蛍光検出ユニットと、を備える請求項１から５のいずれかに記載の検体検出システム。
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