JP2008203059A - 化学分析センサ及び相互作用計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】化学分析センサ1aを、本体部21と、本体部21から突出する突出部22と、突出部22の先端部に設けられた検出部23と、先端部に対して所定間隔を置いた位置で先端部を取り囲む枠状部材24とを備えて構成し、先端部と、先端部に対向する枠状部材24の内縁部(枠側親水性領域24b)とは、親水性を有し、枠状部材24の外縁部(枠側疎水性領域24a)は撥水性を有し、所定間隔を、先端部と枠状部材24との間に所望の液滴を保持可能な距離とした。
【選択図】図2
Description
また、例えばポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法により、微量の遺伝子を増幅して定量する際においても、プラズモンが発生しうる反応容量が必要であり、必要とされる試料溶液の溶液量を低減することが困難である。
また、液層における化学反応を計測するシステムのセンサとして、例えばマイクロカンチレバーシステムを用いてカンチレバー表面への吸着による応力変化を検出する際においても、カンチレバーを試料溶液内に浸漬させる必要があり、必要とされる試料溶液の溶液量を低減することが困難であるという問題が生じる。
また、本発明の相互作用計測装置によれば、極微量の試料の状態に係るデータを適切に取得することができる。
測定結果の信頼性を向上することができる。
この実施形態による化学分析センサ1aを有する相互作用計測装置1は、例えば極微量の試料溶液に対する各種相互作用を計測するものであって、例えば図1に示すように、化学分析センサ1aと、ブリッジバランス部11と、信号増幅部12と、信号処理部13と、制御部14と、システム駆動部15と、センサ駆動部16とを備えて構成されている。
本体部21および突出部22および枠状部材24は、例えばシリコン支持層および酸化層およびシリコン活性層の3層を熱的に貼り合わせたSOI基板等から形成されている。
なお、突出部22と本体部21との接合部には、例えば応力が集中する応力集中部として機能するように開口(図示略)が形成され、突出部22の基端側が、先端側に比べて、より屈曲して撓み易くなっている。そして、この開口の周辺には、突出部22の撓み量に応じて抵抗値が変化する歪み検出素子であると共に、突出部22の先端部を所定方向に所定の共振周波数で微小振動させる加振源であるピエゾ抵抗素子(図示略)が設けられている。このピエゾ抵抗素子は、例えばSOI基板にイオン注入法や拡散法等により不純物が注入されて形成されている。
枠状部材24の表面は、試料溶液を撥水する枠側疎水性領域24aと、試料溶液との親和性を促進する枠側親水性領域24bとからなり、枠側親水性領域24bは、突出部22の先端部、つまり検出部23が隣接配置された突出部22のセンサ側親水性領域22bを取り囲むようにして、枠状部材24の先端部の内縁部に設けられている。さらに、枠側疎水性領域24aは、枠側親水性領域24bを取り囲むようにして設けられている。
そして、突出部22の先端部と枠状部材24との間の所定間隔は、突出部22の先端部と枠状部材24との間に試料溶液の液滴を表面張力により保持可能な距離に設定されている。
信号処理部13は、信号増幅部12から出力される信号に基づいて、例えば化学分析センサ1aの検出部23で生じた相互作用反応に起因する力学的状態量(例えば、反応物質の応力変化や重量変化等)を検出する。
例えば、制御部14は、化学分析センサ1aにより静的な状態で検出を行う場合には、化学分析センサ1aの突出部22の先端部に所定の反応物質が付着したことによる微小重量の変化を、化学分析センサ1aの突出部22の撓みの変化量により検出し、所定の反応物質を識別すると共に、各種の分析や解析等を行う。
また、制御部14は、化学分析センサ1aにより動的な状態で検出を行う場合には、化学分析センサ1aに設けられた加振源としてのピエゾ抵抗素子(図示略)により、化学分析センサ1aを所定の共振周波数で微小振動させる。そして、化学分析センサ1aの突出部22の先端部に所定の反応物質が付着したことによる微小重量の変化に伴う化学分析センサ1aの振動状態(例えば、共振周波数等)の変化を検出し、より高精度に、所定の反応物質を識別すると共に、各種の分析や解析等を行う。
以下に、例えばタンパク質の生体分子を選択的に化学分析センサ1aの検出部23に固定して、形態観察および機能解析を行う一例について説明する。
次に、ステップS02においては、例えばγ−アミノプロピルトリエトキシシラン(γ−APTES)およびグルタルアルデヒドの溶液、あるいは、例えばチオール化合物やジスルフィド化合物(例えば、Dithiobis(succinimidyl undecanoate)等)の溶液を貯留する第1プレートPaの各ウェルPa(1),…,Pa(n)まで化学分析センサ1aを移動させる。
そして、ステップS05においては、化学分析センサ1aの突出部22の所定の反応部位を、第2プレートPbの各ウェルPb(1),…,Pb(n)に貯留された所望のタンパク質の生体分子を含む反応溶液に浸漬し、化学分析センサ1aの突出部22の所定の反応部位に所望の生体分子を選択的に固定する。このとき、各ウェルPb(1),…,Pb(n)内には、少なくとも化学分析センサ1aの突出部22の先端部と枠状部材24との間に反応溶液が表面張力によって液滴として保持されるだけの溶液量が貯留されていればよい。
さらに、この実施の形態に係る化学分析センサ1aを有する相互作用計測装置1によれば、化学分析センサ1aによって過剰な試料溶液を必要とせずに、微量の液滴だけで所望の化学反応および相互作用を発生させることができ、所望の計測を適切かつ精度良く行うことができることから、装置構成が複雑化することを防止しつつ、生体試料等の極微量の試料の状態に係るデータを適切に取得することができる。
この第2変形例に係る化学分析センサ1aによれば、化学分析センサ1aの突出部22の先端部および枠状部材24は屈曲した部位の代わりに湾曲した部位を有することから、化学分析センサ1aの突出部22の先端部と枠状部材24との間に反応溶液が表面張力によって液滴として保持され易くなり、必要とされる反応溶液の溶液量を低減することができる。
この板状部材25は、例えば図5(a),(b)または図6に示すように平板状の突出部22に対して、上下方向(つまり、Y方向)に所定間隔を置いて対向配置され、先端部を本体部21から突出させた状態で自由端とし、基端部が本体部21に片持ち状態に固定されている。
板状部材25の表面、特に突出部22に対向する対向面は、試料溶液を撥水する板側疎水性領域25aと、試料溶液との親和性を促進する板側親水性領域25bとからなり、板側親水性領域25bは、上下方向(つまり、Y方向)から見て、突出部22の先端部、つまり検出部23が隣接配置された突出部22のセンサ側親水性領域22bを含むようにして、センサ側親水性領域22bよりも大きく形成されている。さらに、板側疎水性領域25aは、板側親水性領域25bを取り囲むようにして設けられている。
そして、突出部22の先端部と板状部材25との間の所定間隔は、突出部22の先端部と板状部材25との間に試料溶液の液滴を表面張力により保持可能な距離に設定されている。
この第4変形例においては、1対の板状部材25、25の板側親水性領域25b,25bによって突出部22の先端部が所定方向の両側から挟みこまれ、1対の板状部材25、25間の間隔は、1対の板状部材25、25間に試料溶液の液滴を表面張力により保持可能な距離であればよい。
この第5変形例に係る化学分析センサ1aによれば、例えば図9に示すように、複数の各検出部23に同一の物質を吸着させた状態で、各検出部23毎に異なる反応溶液が貯留された第2プレートPbの各ウェルPb(1),…,Pb(n)に各突出部22の先端部を浸漬してもよいし、例えば図10に示すように、複数の各検出部23毎に異なる物質を吸着させた状態で、各検出部23毎に同一の反応溶液が貯留された第2プレートPbの各ウェルPb(1),…,Pb(n)に各突出部22の先端部を浸漬してもよい。
Claims (6)
- 本体部と、前記本体部から突出する突出部と、
前記突出部の先端部に設けられた検出部と、
前記先端部に対して所定間隔を置いた位置で前記先端部を取り囲む枠状部材とを備え、
前記先端部と、前記先端部に対向する前記枠状部材の内縁部とは、親水性を有し、
前記枠状部材の外縁部は撥水性を有し、
前記所定間隔は、前記先端部と前記枠状部材との間に所望の液滴を保持可能な距離であることを特徴とする化学分析センサ。 - 前記先端部は、前記枠状部材の前記内縁部に対向する曲面状の対向面を有し、前記枠状部材の前記内縁部は、前記先端部に対向する曲面状の枠側対向面を有することを特徴とする請求項1に記載の化学分析センサ。
- 本体部と、前記本体部から突出する突出部と、
前記突出部の先端部に設けられた検出部と、
前記先端部に対して所定間隔を置いた位置で前記先端部に対向する板状部材とを備え、
前記先端部と、前記先端部に対向する前記板状部材の央部とは、親水性を有し、
前記板状部材の前記央部を取り囲む周縁部は撥水性を有し、
前記所定間隔は、前記先端部と前記板状部材との間に所望の液滴を保持可能な距離であることを特徴とする化学分析センサ。 - 前記板状部材は、所定方向の両側から前記先端部を挟みこむ第1板状部材および第2板状部材を備え、
前記第1板状部材と前記第2板状部材との間の間隔は、前記第1板状部材と前記第2板状部材との間に所望の液滴を保持可能な距離であることを特徴とする請求項3に記載の化学分析センサ。 - 前記先端部は、前記板状部材の前記央部に対向する曲面状の対向面を有し、前記板状部材の前記央部は、前記先端部に対向する曲面状の板側対向面を有することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の化学分析センサ。
- 請求項1から請求項5の何れか1つに記載の化学分析センサと、
前記先端部に対向配置された試料を載置するステージと、
前記先端部と前記ステージとを相対的に移動させる移動手段と、
前記検出部による所定状態量の検出結果に基づいて、前記試料の状態に係るデータを取得する制御手段とを備えることを特徴とする相互作用計測装置。
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