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JP2008089579A - Biochemical measuring device - Google Patents

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JP2008089579A
JP2008089579A JP2007218114A JP2007218114A JP2008089579A JP 2008089579 A JP2008089579 A JP 2008089579A JP 2007218114 A JP2007218114 A JP 2007218114A JP 2007218114 A JP2007218114 A JP 2007218114A JP 2008089579 A JP2008089579 A JP 2008089579A
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JP
Japan
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light
optical
thin film
light receiving
sensor chip
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Pending
Application number
JP2007218114A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Yoshida
敏雄 吉田
Kenichi Tayama
憲一 田山
Michio Taira
道夫 平
Tomoyasu Nagata
智康 永田
Takahide Maguchi
挙秀 間口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FLUIDWARE TECHNOLOGIES KK
Pentax Corp
Original Assignee
FLUIDWARE TECHNOLOGIES KK
Pentax Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by FLUIDWARE TECHNOLOGIES KK, Pentax Corp filed Critical FLUIDWARE TECHNOLOGIES KK
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Abstract

【課題】
装置の小型化が可能で安価な、多チャンネル測定のセンサチップに適した生化学測定装置を提供することにある。
【解決手段】
この発明は、nチャネルに対応する投光系のn本の光ファイバの途中にn本のうちの1本の光ファイバの投光光を順次選択的に通過させる投光系ファイバ切換機構を設け、1つの分光器でn本の受光系光ファイバからの受光光を共通に受けるようにしたものである。それにより分光器が1個でn個の光学薄膜センサ部の反射スペクトルの測定データを得ることができる。
【選択図】 図1
【Task】
It is an object of the present invention to provide a biochemical measuring apparatus suitable for a sensor chip for multi-channel measurement, which can be downsized and inexpensive.
[Solution]
The present invention is provided with a light projecting system fiber switching mechanism for selectively selectively passing the light projected from one of the n optical fibers in the middle of the n optical fibers of the light projecting system corresponding to the n channel. One spectrometer receives light received from n light receiving optical fibers in common. Thereby, the measurement data of the reflection spectrum of n optical thin film sensor units can be obtained with one spectroscope.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、生化学測定装置に関し、抗体反応などの生化学物質の結合を多チャンネルで測定する多チャンネル測定のセンサチップを使用した測定に適し、安価で装置の小型化が可能な生化学測定装置の改良に関する。   The present invention relates to a biochemical measurement apparatus, and is suitable for measurement using a multi-channel measurement sensor chip that measures the binding of biochemical substances such as antibody reactions in multiple channels, and is inexpensive and can be miniaturized. It relates to the improvement of the apparatus.

従来から光学薄膜の光干渉色を利用した化学センサは知られている。このセンサは、光学薄膜の厚さを、可視光の波長の1/4またはその奇数倍として光を照射したときに薄膜に垂直方向の反射強度が特定の波長で実質的にゼロとなるピークを持つ反射スペクトルを生じ、それに応じてこのセンサは所定の干渉色を反射光として発生させる。
例えば、このセンサの薄膜の上に生化学物質(プローブ)としてリガンド(官能基)の単分子層を設けると、膜が厚くなった分だけ、このセンサは、反射スペクトルにおけるピーク波長の位置がずれる。さらに、リガンド単分子層の上にサンプル(検体タンパク質など)が付着すると、さらに膜が厚くなった分、反射光のピーク波長の位置がずれて干渉色が変化し、反射スペクトルも変わるので、干渉色あるいは反射スペクトルにより、サンプル(検体タンパク質など)の光学薄膜への付着をこのセンサにより測定することができる。
Conventionally, chemical sensors using the light interference color of an optical thin film are known. This sensor has a peak where the reflection intensity in the direction perpendicular to the thin film becomes substantially zero at a specific wavelength when light is irradiated with the thickness of the optical thin film being 1/4 or an odd multiple of the wavelength of visible light. The sensor produces a reflection spectrum having a predetermined interference color as reflected light.
For example, when a monomolecular layer of a ligand (functional group) is provided as a biochemical substance (probe) on the thin film of the sensor, the position of the peak wavelength in the reflection spectrum of the sensor is shifted by the amount of the thickened film. . In addition, if a sample (analyte protein, etc.) adheres to the ligand monolayer, the interference color changes and the reflection spectrum changes due to the position of the peak wavelength of the reflected light being shifted by the thickness of the film. The adhesion of the sample (analyte protein, etc.) to the optical thin film can be measured by this sensor from the color or reflection spectrum.

抗体反応などの生化学物質の結合の測定方法として、シリコンに光学薄膜を設け、その上に生化学物質(プローブ)を設けたセンサチップが前記とは別の化学センサとして知られている。さらに、光学薄膜を金として表面に生化学物質(プローブ)として、例えばカルボキシルメチルデキストランなどのリガンドを付着させてセンサチップとし、金の表面プラズモンの振動現象を光と共鳴させてセンサチップ表面の屈折率の変化を捉える化学センサもある。
この表面プラズモンのセンサチップは、プリズムを介して照射された照射光に対してリガンドとサンプル(検体タンパク質)との結合あるいは結合・解離に応じた反射光を発生させる。その反射光は、特定の角度にエネルギー消失を生じる。そこで、この特定の角度に見られるエネルギー消失を、反射強度が減衰した谷(ピーク)としてプリズムを介して測定装置によりこのピークを検出する。さらにこのピークをSPR角度(消失角度)としてピーク角(SPR角度)の移動度(ピークシフト)の時間変化を測定する。このことで2分子間の結合あるいは結合と解離の変化が測定される。
なお、2分子間の結合あるいは結合・解離を測定する場合には、その測定中、センサチップに対してチャネル流路を形成するフローセルに一定流速で送液することが必要である。
As a method for measuring the binding of biochemical substances such as antibody reactions, a sensor chip in which an optical thin film is provided on silicon and a biochemical substance (probe) is provided thereon is known as another chemical sensor. Furthermore, the optical thin film is made of gold and the surface is a biochemical substance (probe). For example, a ligand such as carboxymethyl dextran is attached to form a sensor chip. Some chemical sensors capture the change in rate.
The surface plasmon sensor chip generates reflected light corresponding to the binding or binding / dissociation of a ligand and a sample (analyte protein) with respect to the irradiation light irradiated through the prism. The reflected light causes energy loss at a specific angle. Therefore, the energy loss seen at this specific angle is detected as a trough (peak) where the reflection intensity is attenuated, and this peak is detected by the measuring device via the prism. Further, the time change of the mobility (peak shift) of the peak angle (SPR angle) is measured using this peak as the SPR angle (disappearance angle). This measures the bond or bond-dissociation change between the two molecules.
When measuring the binding or binding / dissociation between two molecules, it is necessary to send the solution at a constant flow rate to the flow cell that forms the channel flow path with respect to the sensor chip during the measurement.

この金の光学薄膜のセンサチップは、金へのリガンドの付着が難しいことと高価になることから、これとは別にシリコン基板の表面に窒化シリコン(SiN)を成膜して光学薄膜を形成した、光干渉色を利用するセンサチップが知られている。窒化シリコンは、リガンドが付着し易いので、これをセンサチップとして利用する測定装置は、このセンサチップに照射光を照射してそにより得られる光学薄膜の光干渉による反射光を波長分析して干渉スペクトル波形を得て、結合したサンプルの結合あるいは結合・解離を干渉スペクトル波形のピークシフトの時間的な変化として測定することができる。
なお、ガラス基板に光学薄膜として金属薄膜を形成し、光干渉色を利用するセンサチップは公知である(特許文献1,2)。また、センサチップにチャネル流路を形成して測定中チャネル流路に送液するマイクロ流体デバイスも公知である(特許文献3)。
特開2004−132799号公報 特開2005−321196号公報 特開2005−181095号公報
Since this gold optical thin film sensor chip is difficult and expensive to attach a ligand to gold, silicon nitride (SiN) is deposited on the surface of a silicon substrate to form an optical thin film. A sensor chip using a light interference color is known. Since silicon nitride easily adheres to a ligand, a measurement device that uses this as a sensor chip irradiates the sensor chip with irradiation light and performs wavelength analysis on the reflected light due to optical interference of the optical thin film obtained thereby. A spectrum waveform can be obtained, and binding or binding / dissociation of the bound sample can be measured as a temporal change in the peak shift of the interference spectrum waveform.
A sensor chip that uses a light interference color by forming a metal thin film as an optical thin film on a glass substrate is known (Patent Documents 1 and 2). Also known is a microfluidic device that forms a channel flow path in a sensor chip and sends liquid to the channel flow path during measurement (Patent Document 3).
JP 2004-132799 A JP 2005-321196 A JP 2005-181095 A

光学薄膜の光干渉による反射光のピークシフトの時間的な変化を測定するためには、センサチップから得られる反射光のスペクトルを高い精度で測定することが必要になる。そのため、特許文献1,2に記載されているように、光学薄膜の領域を多数形成したセンサチップに対して多チャネル受光機を設けて各チャネルの測定結果の得て、それらの平均値を算出し、さらに前記ピーク波長を得るために反射スペクトルの減衰曲線を最小自乗法等で近似する処理がなされる。また、センサチップの多チャネル化は、チャネル別に生化学物質の結合をそれぞれに測定することも可能にする。
しかし、特許文献1,2に示されるような4チャネル測定のセンサチップに対しては、4個の分光器が必要になる。その理由は、それぞれの光学薄膜からの反射光は独立のものであって、これらの反射スペクトルを分析するためにこれらを光の段階で混合することができないからである。
その結果、多チャネル測定の生化学測定装置は大型化し、かつ、分光器は高価なものであるので、装置全体の価格を押し上げている問題がある。しかも、透光性のセンサチップは、多チャンネル同時測定を行うと、チャンネル間で相互に光りが漏れて測定精度が落ちる問題がある。
In order to measure the temporal change of the peak shift of the reflected light due to the optical interference of the optical thin film, it is necessary to measure the spectrum of the reflected light obtained from the sensor chip with high accuracy. Therefore, as described in Patent Documents 1 and 2, a multi-channel photoreceiver is provided for a sensor chip in which a large number of optical thin film regions are formed, and measurement results for each channel are obtained, and an average value thereof is calculated. Further, in order to obtain the peak wavelength, a process of approximating the attenuation curve of the reflection spectrum by the least square method or the like is performed. Further, the multi-channel sensor chip makes it possible to measure the binding of biochemical substances for each channel.
However, four spectroscopes are required for a sensor chip for 4-channel measurement as disclosed in Patent Documents 1 and 2. This is because the reflected light from each optical thin film is independent and cannot be mixed at the light stage to analyze their reflection spectra.
As a result, the biochemical measuring device for multi-channel measurement is increased in size and the spectroscope is expensive, which raises the problem of raising the price of the entire device. In addition, when the multi-channel simultaneous measurement is performed, the translucent sensor chip has a problem in that light leaks between the channels and the measurement accuracy decreases.

また、ピークシフトを測定するためのセンサチップは、送液状態での測定となる関係から特許文献1,2に示されるように、バッファ液の入力ポートと出力ポートとが必要になる。そのため、センサチップにおいては、光学薄膜センサ部とは別の場所に入力ポートと出力ポートとを設けておかなければ光学薄膜センサ部への照射と光学薄膜センサ部からの反射光の受光ができない問題がある。しかし、特許文献1,2のようにセンサチップに特別に入力ポートと出力ポートとを設けると、センサチップ自体が大きくならざるを得ず、これがセンサチップの取扱い上問題となる。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであって、装置の小型化が可能で安価な、多チャンネル測定のセンサチップに適した生化学測定装置を提供することにある。
In addition, the sensor chip for measuring the peak shift requires an input port and an output port for the buffer solution as shown in Patent Documents 1 and 2 because of the measurement in the liquid feeding state. Therefore, in the sensor chip, unless the input port and the output port are provided at a location different from the optical thin film sensor unit, the optical thin film sensor unit cannot be irradiated and the reflected light from the optical thin film sensor unit cannot be received. There is. However, if the sensor chip is specially provided with an input port and an output port as in Patent Documents 1 and 2, the sensor chip itself must be large, which causes a problem in handling the sensor chip.
An object of the present invention is to solve such problems of the prior art, and to provide a biochemical measuring device suitable for a sensor chip for multi-channel measurement, which can be downsized and inexpensive. is there.

このような目的を達成するためのこの発明の生化学測定装置の構成は、n個(nは2か、それ以上の整数)の光学薄膜センサ部を有するセンサチップと、n個の光学薄膜センサ部にそれぞれ光を照射するn本の投光系光ファイバと、このn本の投光系光ファイバの途中に設けられn本のうちの1本の光ファイバからの投光光を選択的に通過させ残りの投光光を遮断する投光系ファイバ切換機構と、n個の光学薄膜センサ部からの各反射光をそれぞれ受光するn本の受光系光ファイバと、n本の受光系光ファイバから各反射光を入光側に共通に受ける1つの分光器と、投光系ファイバ切換機構を制御して投光系光ファイバの任意の1本の投光系光ファイバからの照射光を選択をする制御部とを備え、選択された投光系光ファイバが照射する光学薄膜センサ部からの反射光を分光器で分光するものである。   In order to achieve such an object, the biochemical measuring apparatus according to the present invention includes a sensor chip having n (n is an integer greater than or equal to 2) optical thin film sensor units and n optical thin film sensors. And selectively projecting light from one of the n optical fibers provided in the middle of the n light projecting optical fibers. A light projecting system fiber switching mechanism that passes and blocks the remaining light projecting light, n light receiving system optical fibers that respectively receive reflected light from the n optical thin film sensor units, and n light receiving system optical fibers Select the irradiation light from any one of the light projecting optical fibers by controlling the light projecting fiber switching mechanism and one spectroscope that receives each reflected light from the light incident side in common And a control unit that performs the optical operation of the selected light projecting optical fiber. The reflected light from the film sensor unit is for spectroscope.

このように、この発明にあっては、nチャネルに対応するn個の光学薄膜センサ部に対して設けた投光系のn本の光ファイバの途中にn本のうちの1本の光ファイバの投光を順次選択的に通過させる投光系ファイバ切換機構を設けて、1つの分光器でn本の受光系光ファイバからの光を受けるようにしているので、分光器は、1個であってもn個の光学薄膜センサ部の反射スペクトルの測定データを投光系ファイバ切換えに応じて得ることができる。なお、n本の投光系光ファイバは、それぞれ複数本束ねられたバンドルであってもよい。
ここで、分光器を回折格子型とした場合には、反射光を導光するn本の受光系の各光ファイバの径を回折格子型分光器の入光側スリットの長さの1/nとしてスリット長さ方向に対応させてスリットに沿ってn本配列することが可能になる。そこで、投光系ファイバ切換機構の時分割切換えに応じて1本の投光系の光ファイバを順次選択し、これに応じて前記nチャネルの各チャネル対応に回折格子型分光器の出力を時分割で順次得るようにすれば、分光器は1個であっても時分割でnチャネル分の測定データを順次得ることができる。
また、入力光が1つの分光器を使用する場合には、受光系ファイバ切換機構を設けてn本の受光系光ファイバの1本を選択して分光器に入力すればよい。
Thus, in the present invention, one of the n optical fibers in the middle of the n optical fibers of the light projecting system provided for the n optical thin film sensor units corresponding to the n channel. Is provided with a light projecting fiber switching mechanism that selectively and sequentially passes the light from the n light receiving system optical fibers. Even if it exists, the measurement data of the reflection spectrum of n optical thin film sensor parts can be obtained according to light projection system fiber switching. Note that each of the n light projecting optical fibers may be a bundle of a plurality of bundles.
Here, when the spectroscope is a diffraction grating type, the diameter of each optical fiber of the n light receiving systems that guides reflected light is set to 1 / n of the length of the light incident side slit of the diffraction grating type spectroscope. As a result, n lines can be arranged along the slit in correspondence with the slit length direction. Therefore, one light projecting optical fiber is sequentially selected according to the time-division switching of the light projecting fiber switching mechanism, and the output of the diffraction grating type spectroscope corresponding to each of the n channels is accordingly selected. If the division is sequentially obtained, the measurement data for n channels can be obtained sequentially by time division even if there is only one spectrometer.
When the input light uses one spectrometer, a light receiving system fiber switching mechanism may be provided to select one of the n light receiving system optical fibers and input it to the spectrometer.

したがって、センサチップとしてはn本のマイクロチャネルを形成した透光性のセンサチップを使用することができる。そのセンサチップとして、特に、半導体プロセスにおいてシリコン基板の表面に窒化シリコンを成膜して光学薄膜形成した基板にn本のマイクロチャネルを形成したシリコーンゴム、例えば、PDMS(ポリジメチルシロキサン)からなる対面基板が接着されて形成されたnチャネルセンサチップを使用することができる。さらにこのセンサチップには、各マイクロチャネルの両端にポッドを設けてこのポッドを送液の入力ポートと出力ポートに結合するようにすれば、センサチップの厚さを小さくでき、センサチップの大きさを抑え、その取扱いが容易になる。なお、前記の光学薄膜センサ部は、リガンド等の生化学物質をプローブとして前記の光学薄膜上に形成することで成立する。
PDMS製により透光性センサチップを用いても投光系ファイバ切換機構の切換えにより投光光が1本になるので、チャンネル間で光りが漏れが発生しない。それにより測定精度が落ちる問題は生じない。
その結果、装置の小型化が可能で安価な、多チャンネル測定のセンサチップに適した生化学測定装置を実現できる。
Therefore, a translucent sensor chip in which n microchannels are formed can be used as the sensor chip. As the sensor chip, in particular, in a semiconductor process, a silicon rubber is formed on the surface of a silicon substrate to form an optical thin film, and a silicon rubber having n microchannels formed on a substrate, for example, PDMS (polydimethylsiloxane) An n-channel sensor chip formed by bonding a substrate can be used. Furthermore, if this sensor chip is provided with pods at both ends of each microchannel and this pod is connected to the input port and output port of the liquid feed, the thickness of the sensor chip can be reduced. And the handling becomes easy. The optical thin film sensor unit is formed by forming a biochemical substance such as a ligand on the optical thin film as a probe.
Even if a translucent sensor chip made of PDMS is used, there is no light leakage between the channels because the projected light becomes one by switching the light projecting fiber switching mechanism. As a result, there is no problem of a decrease in measurement accuracy.
As a result, it is possible to realize a biochemical measurement apparatus suitable for a sensor chip for multi-channel measurement, which can be downsized and inexpensive.

図1は、この発明を適用した一実施例の生化学測定装置のブロック図、図2(a)は、2本のマイクロチャネルを形成したセンサチップの平面説明図、図2(b)はそのA−A断面説明図、図3は、測定ステージの説明図の説明図、図4は、2チャネルの投光系ファイバ切換機構の正面図、図5は、光ファイバと回折格子型分光器の入光側スリットにおける受光系光ファイバの配置の説明図、図6は、投光系と受光系の光ファイババンドルの断面説明図、図7は、測定された干渉スペクトルと反射光の谷の移動度(ピークシフトグラフ)の説明図、図8は、8チャネルの投光系ファイバ切換機構の説明図、図9(a)は、この発明を適用した他の実施例における受光系ファイバ切換機構の平面図、図9(b)は、受光系ファイバ切換機構の受光系ファイバ配置図、図9(c)は、受光系ファイバ切換機構の分光器側ファイバ配置図、そして図10は、投光系ファイバ切換機構と受光系ファイバ切換機構の切換タイミングの説明図である。
前記した各図においては、同等の構成要素は同一の符号で示し、その説明を割愛する。
図1において、10は、生化学測定装置であって、生化学測定装置10は、測定ステージ1、送液システム2、温度調整システム3、投光系4、受光系5、受光制御回路6、データ処理/制御装置7、そしてUSBハブ8等からなり、センサチップ9における生化学物質の結合あるいは結合・解離を測定する。
測定ステージ1は、温度調整システム3の恒温ベース11上に載置されるセンサチップ載置テーブル16と、これの上に設けられたチップカバー17、そしてこれの上部に設けられた移動台12とを有している。
FIG. 1 is a block diagram of a biochemical measuring apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied. FIG. 2A is a plan view of a sensor chip in which two microchannels are formed. FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a measurement stage, FIG. 4 is a front view of a two-channel light projecting fiber switching mechanism, and FIG. 5 is an optical fiber and a diffraction grating type spectrometer. FIG. 6 is a sectional view of the optical fiber bundle of the light projecting system and the light receiving system, and FIG. 7 is the measured interference spectrum and movement of the valley of the reflected light. FIG. 8 is an explanatory diagram of an 8-channel light projecting fiber switching mechanism, and FIG. 9A is a diagram of a light receiving fiber switching mechanism in another embodiment to which the present invention is applied. Fig. 9 (b) is a plan view showing the receiving of the light receiving system fiber switching mechanism. FIG. 9C is a diagram showing the arrangement of fibers on the spectrometer side of the light receiving system fiber switching mechanism, and FIG. 10 is an explanatory diagram of the switching timing of the light projecting system fiber switching mechanism and the light receiving system fiber switching mechanism. .
In the respective drawings described above, equivalent components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a biochemical measurement apparatus, which includes a measurement stage 1, a liquid feeding system 2, a temperature adjustment system 3, a light projecting system 4, a light receiving system 5, a light receiving control circuit 6, It comprises a data processing / control device 7 and a USB hub 8 and the like, and measures biochemical substance binding or binding / dissociation in the sensor chip 9.
The measurement stage 1 includes a sensor chip mounting table 16 mounted on the constant temperature base 11 of the temperature adjustment system 3, a chip cover 17 provided on the sensor chip mounting table 16, and a moving table 12 provided on the top. have.

移動台12は、2本の投光系光ファイババンドルと2本の受光系光ファイバを支持し、恒温ベース11は、センサチップ9を所定の温度に保持する。
移動台12は、上下に昇降移動するものであって、測定ステージ1の背面において装置ベース13に起立したブラケット14に昇降機構(図示せず)を介して取付けられている。15は、移動台12の降下を停止させる突当ストッパバーであり、装置ベース13に根本が植設されている。移動台12には、その停止位置を微調整する調整摘み12aが設けられていて、これにより突当ストッパバー15に対する移動台12の停止位置が微調整される。その結果としてセンサチップ9(その光学薄膜センサ部)に対する投光・受光の光ファイバの先端部(バンドル管40a,40b)の位置をセンサチップに対して微調整することができる。
The movable table 12 supports two light projecting optical fiber bundles and two light receiving optical fibers, and the constant temperature base 11 holds the sensor chip 9 at a predetermined temperature.
The moving table 12 moves up and down, and is attached to a bracket 14 standing on the apparatus base 13 on the back surface of the measurement stage 1 via a lifting mechanism (not shown). Reference numeral 15 denotes an abutting stopper bar for stopping the lowering of the movable table 12, and the root is implanted in the apparatus base 13. The moving table 12 is provided with an adjustment knob 12a for finely adjusting the stop position, and thereby the stop position of the moving table 12 with respect to the abutting stopper bar 15 is finely adjusted. As a result, the position of the tip (bundle tubes 40a, 40b) of the light projecting / receiving optical fiber with respect to the sensor chip 9 (its optical thin film sensor section) can be finely adjusted with respect to the sensor chip.

センサチップ9は、2本のチャネル流路を有するマイクロチップである。これは、図2(a)の平面説明図と図2(b)のA−A断面説明図に示されるように、半導体プロセスにおいてシリコン基板9aの表面に窒化シリコン(SiN)を成膜して光学薄膜9bを形成したベース91を有していて、このベース91に少なくとも2本のマイクロチャネル92、93を形成したPDMSからなる対面基板94が接着されている。シリコン基板9aの厚さは、0.7〜0.8mm程度であり、光学薄膜9bの厚さは数百nm程度である。
マイクロチャネル92、93の両端にはそれぞれポッド94〜97が設けられ、ポッド94〜97の上部は開口している。その大きさは、15mm×20mm〜20mm×30mm程度の矩形である。
このセンサチップ9は、図3に示すように、測定ステージ1に載置される。測定ステージ1のセンサチップ載置テーブル16には、センサチップ9の外形より少し大きな凹部16aが設けられ、ここにセンサチップ9が位置決め挿着される。位置決め部材は図示していない。
The sensor chip 9 is a microchip having two channel flow paths. This is because silicon nitride (SiN) is formed on the surface of the silicon substrate 9a in the semiconductor process as shown in the plan explanatory view of FIG. 2A and the AA cross-sectional explanatory view of FIG. 2B. A base 91 having an optical thin film 9b is formed, and a facing substrate 94 made of PDMS having at least two microchannels 92 and 93 formed thereon is bonded to the base 91. The thickness of the silicon substrate 9a is about 0.7 to 0.8 mm, and the thickness of the optical thin film 9b is about several hundred nm.
Pods 94 to 97 are provided at both ends of the microchannels 92 and 93, respectively, and upper portions of the pods 94 to 97 are open. Its size is a rectangle of about 15 mm × 20 mm to 20 mm × 30 mm.
The sensor chip 9 is placed on the measurement stage 1 as shown in FIG. The sensor chip mounting table 16 of the measurement stage 1 is provided with a recess 16a that is slightly larger than the outer shape of the sensor chip 9, and the sensor chip 9 is positioned and inserted therein. The positioning member is not shown.

チップカバー17は、移動台12の下側においてセンサチップ9の上部に所定距離離れて配置され、図3に示すように、位置決めされたセンサチップ9に対してその上からセンサチップ9に適合するように降下してセンサチップ9に被せられる。
チップカバー17は、点線で示すように、それぞれクランク型の連通路を持つ入力ポート17aと出力ポート17cとがマイクロチャネル92の上部の位置に対応するように両側端部に形成されている。入力ポート17bと出力ポート17dとはマイクロチャネル93の上部の位置に対応するように同様に両側端部に形成されているが、図3の側面図では、入力ポート17a,17bとは側面からみた位置が重なっていてかつ同様な形状であるので図2(a)におけるマイクロチャネル92側の入力ポート17aのみを点線で示し、入力ポート17bは省略してある。
入力ポート17a,17bの開口部は、センサチップ載置テーブル16に位置決めされたセンサチップ9のポッド94,96の位置に対応して位置付けられ、出力ポート17c,17dの開口部も同様にポッド95,97の位置に対応するように位置付けられている。
なお、チップカバー17は、PDMS製であってもSUS製であってもよく、測定に影響を与えないようなその他の部材が用いられてもよい。
The chip cover 17 is arranged at a predetermined distance above the sensor chip 9 below the movable table 12, and fits the sensor chip 9 from above the positioned sensor chip 9 as shown in FIG. The sensor chip 9 is lowered and covered.
The chip cover 17 is formed at both end portions so that an input port 17a and an output port 17c each having a crank-shaped communication path correspond to the position of the upper portion of the microchannel 92, as indicated by a dotted line. Similarly, the input port 17b and the output port 17d are formed at both ends so as to correspond to the position of the upper portion of the microchannel 93. However, in the side view of FIG. 3, the input ports 17a and 17b are viewed from the side. Since the positions overlap and have the same shape, only the input port 17a on the microchannel 92 side in FIG. 2A is indicated by a dotted line, and the input port 17b is omitted.
The openings of the input ports 17a and 17b are positioned corresponding to the positions of the pods 94 and 96 of the sensor chip 9 positioned on the sensor chip mounting table 16, and the openings of the output ports 17c and 17d are similarly pods 95. , 97 are positioned so as to correspond to the positions.
The chip cover 17 may be made of PDMS or SUS, and other members that do not affect the measurement may be used.

入力ポート17a,17bと出力ポート17c,17dとにはラッパ状のコネクタ挿入部18がチップカバー17の両側端部にそれぞれ設けられている。それぞれの入出力ポートは、このコネクタ挿入部18を介してインジェクタ21,22と導管で接続される。
これにより、ポッド94,96は、図1に示すインジェクタ21,22に接続され、それぞれに所定の量の薬液の供給を入力ポート17a,17bからそれぞれ受けてその薬液がポッド94,96に充填される。供給された薬液は、さらにマイクロチャネル92、93に流れ、これらを経てそれぞれポッド95,97に送られる。さらにこれらポッドを経て出力ポート17c,17dから排出されて導管を通して廃液ホルダ28に送られる。
The input ports 17a and 17b and the output ports 17c and 17d are provided with trumpet-shaped connector insertion portions 18 at both end portions of the chip cover 17, respectively. Each input / output port is connected to the injectors 21 and 22 via the connector insertion portion 18 by a conduit.
Thereby, the pods 94 and 96 are connected to the injectors 21 and 22 shown in FIG. 1, respectively, and supply of a predetermined amount of the chemical solution from the input ports 17a and 17b respectively to the pods 94 and 96 is filled in the pods 94 and 96. The The supplied chemical solution further flows into the microchannels 92 and 93, and is sent to the pods 95 and 97 through these. Furthermore, it is discharged from the output ports 17c and 17d through these pods and sent to the waste liquid holder 28 through the conduit.

図2(b)に点線で示すように、チップカバー17には、ポッド94〜97の位置に対応してシールリング突起19がフランジとして下側に突き出して設けられている。これによりインジェクタ21,22から送り込まれる薬液(送液)、排出される薬液(送液)が漏れることはない。
なお、チップカバー17は、一定の圧力でセンサチップ9の表面に押しつけられる構成を採るが、その押圧機構は図示していない。
図2(a)に示すように、チップカバー17には孔17e,17fが設けられている。この孔17e,17fは、図2(a)に一点鎖線で示すように、マイクロチャネル92、93の上部にそれぞれ位置する矩形の孔である。この孔17e,17fに2本のバンドル管40a,40b(図3参照)がそれぞに挿入される。2本のバンドル管40a,40bは、図1では、2本であることの説明の都合上、位置をずらせて並列に2本示してあるが、実際には前後に重なっているので、図3では、バンドル管40bをバンドル管40aに重ねて、バンドル管40a側だけを示してある。
As shown by a dotted line in FIG. 2B, a seal ring projection 19 is provided on the chip cover 17 so as to protrude downward as a flange corresponding to the positions of the pods 94 to 97. Thereby, the chemical | medical solution (liquid feeding) sent from the injectors 21 and 22 and the chemical | medical solution (liquid feeding) discharged | emitted do not leak.
The chip cover 17 is configured to be pressed against the surface of the sensor chip 9 with a constant pressure, but the pressing mechanism is not shown.
As shown in FIG. 2A, the chip cover 17 is provided with holes 17e and 17f. These holes 17e and 17f are rectangular holes located above the microchannels 92 and 93, respectively, as indicated by a one-dot chain line in FIG. Two bundle tubes 40a and 40b (see FIG. 3) are inserted into the holes 17e and 17f, respectively. In FIG. 1, the two bundle pipes 40a and 40b are shown in parallel with two positions shifted for convenience of explanation, but in reality, they are overlapped in the front and rear. The bundle tube 40b is overlapped with the bundle tube 40a, and only the bundle tube 40a side is shown.

投光系光ファイバと受光系光ファイバは、センサチップ9に対峙する先端部では、図6(c)に示すような2mmφ程度の1本のバンドル管40a,40bとされ、このバンドル管40a,40bが図1に示すように移動台12の孔に貫通して固定的に支持される。これによりバンドル管40a,40bの先端部がそれぞれ1本づつ孔17e,17fに配置される。各先端部の位置は、それぞれマイクロチャネル92、93の上部に位置している。
図2(b)に示すように、ポッド94〜97と各マイクロチャネル92、93には、窒化シリコン(SiN)の光学薄膜9bの表面に光学薄膜センサ部100がそれぞれ形成されている。ここでの光学薄膜センサ部100の形成は、バッファ液ホルダ25にリガンドを含むバッファー液を蓄積しておき、センサチップ9の各入力ポート17a,17bからこのバッファー液をポッド94,96に送液してこれに充填し、各マイクロチャネル92、93にそれぞれ流すことで行われる。
光学薄膜9bは、SiN、SiN+アミノ基、SiN+エポキシ基、あるいはSiN+カルボキシル基などから選択されたもので構成され、光学薄膜センサ部100は、そのような光学薄膜9bの表面に付着したリガンドからなり、そのような光学薄膜センサ部100を形成した後にそれぞれのセンサチップとしてセンサチップ9が提供される。
以下では、ポッド94〜97と各マイクロチャネル92、93にはそれぞれに光学薄膜センサ部100がすでに形成されているものとして説明する。
The light projecting optical fiber and the light receiving optical fiber are formed as one bundle tube 40a, 40b of about 2 mmφ as shown in FIG. 6C at the tip portion facing the sensor chip 9, and the bundle tube 40a, 40b is fixedly supported by penetrating through the hole of the movable table 12 as shown in FIG. As a result, the tip ends of the bundle pipes 40a and 40b are arranged in the holes 17e and 17f, respectively. The position of each tip is located above the microchannels 92 and 93, respectively.
2B, the pods 94 to 97 and the microchannels 92 and 93 are respectively formed with the optical thin film sensor unit 100 on the surface of the silicon nitride (SiN) optical thin film 9b. Here, the optical thin film sensor unit 100 is formed by storing a buffer solution containing a ligand in the buffer solution holder 25 and sending the buffer solution from the input ports 17a and 17b of the sensor chip 9 to the pods 94 and 96. This is performed by filling it and flowing it through the microchannels 92 and 93, respectively.
The optical thin film 9b is made of SiN, SiN + amino group, SiN + epoxy group, SiN + carboxyl group or the like, and the optical thin film sensor unit 100 is made of a ligand attached to the surface of the optical thin film 9b. After the optical thin film sensor unit 100 is formed, the sensor chip 9 is provided as each sensor chip.
In the following description, it is assumed that the optical thin film sensor unit 100 is already formed in each of the pods 94 to 97 and the microchannels 92 and 93.

図1に戻り、送液システム2は、データ処理/制御装置7により制御され、インジェクタ21,22とポンプ23,24、バッファ液ホルダ25、ポンプ制御ユニット26,27、そして廃液ホルダ28とからなる。
ポンプ制御ユニット26,27は、それぞれポンプ23,24を駆動して所定量の薬液をバッファ液ホルダ25から吸い上げてそれぞれに接続されている導管を経てインジェクタ21,22へと薬液を供給する。
インジェクタ21,22は、入力ポート17a,17bに接続された導管を経てポッド94、95に調整された所定量の薬液を供給する。
温度調整システム3は、恒温ベース11と温度制御ユニット31からなり、データ処理/制御装置7の制御下でセンサチップ9が目標の温度になるように恒温ベース11の温度を設定し、制御する。
Returning to FIG. 1, the liquid feeding system 2 is controlled by the data processing / control device 7 and includes injectors 21 and 22, pumps 23 and 24, buffer liquid holder 25, pump control units 26 and 27, and a waste liquid holder 28. .
The pump control units 26 and 27 respectively drive the pumps 23 and 24 to suck a predetermined amount of the chemical solution from the buffer solution holder 25 and supply the chemical solution to the injectors 21 and 22 through the conduits connected to the respective pump control units 26 and 27.
The injectors 21 and 22 supply a predetermined amount of the chemical solution adjusted to the pods 94 and 95 through the conduits connected to the input ports 17a and 17b.
The temperature adjustment system 3 includes a constant temperature base 11 and a temperature control unit 31, and sets and controls the temperature of the constant temperature base 11 so that the sensor chip 9 reaches a target temperature under the control of the data processing / control device 7.

投光系4は、ハロゲンランプの光源41と2本の光ファイババンドル42,43とからなり、光源41の光をセンサチップ9のマイクロチャネル92,93に照射する。
光ファイババンドル42,43は、図6(b)に示すように、6本の光ファイバ44からなる投光系光ファイバである。光源41の光出力の位置では、図6(a)に示すように、光ファイババンドル42,43の各の6本の光ファイバ44は2段に整列されて上下に配置されている。各光ファイバの径は0.5mmφである。
これら光ファイババンドル42,43の経路は、途中で遮断され、それぞれ2つのブロック42a,42bと43a,43bとに分離されている。
2つのブロック42a,42bと43a,43bの間には、それれぞ2チャネルの投光系ファイバ切換機構45が設けられている。これにより、センサチップ9のマイクロチャネル92,93に投光する光の一方を遮断し他方を透過する切換えを行う。その切換えは、データ処理/制御装置7からの駆動信号をUSBインタフェース73,USBハブ8を介してソレノイド駆動回路46が投光切換信号S1(図10(a)参照)を受けてシャッタ機構47を駆動することで行われる。
The light projecting system 4 includes a light source 41 of a halogen lamp and two optical fiber bundles 42 and 43, and irradiates light from the light source 41 to the microchannels 92 and 93 of the sensor chip 9.
The optical fiber bundles 42 and 43 are light projecting optical fibers composed of six optical fibers 44 as shown in FIG. At the position of the light output of the light source 41, as shown in FIG. 6A, the six optical fibers 44 of the optical fiber bundles 42 and 43 are arranged in two stages and arranged vertically. The diameter of each optical fiber is 0.5 mmφ.
The paths of these optical fiber bundles 42 and 43 are cut off halfway and separated into two blocks 42a and 42b and 43a and 43b, respectively.
Between the two blocks 42a, 42b and 43a, 43b, a two-channel light projecting fiber switching mechanism 45 is provided. As a result, switching is performed to block one of the light projected to the microchannels 92 and 93 of the sensor chip 9 and transmit the other. For the switching, the drive signal from the data processing / control device 7 is received by the solenoid drive circuit 46 via the USB interface 73 and the USB hub 8 and the projection switching signal S1 (see FIG. 10A) is sent to the shutter mechanism 47. This is done by driving.

図4は、この2チャネルの投光系ファイバ切換機構の正面図である。シャッタ機構47は、ベース板47aの両端に起立したブラケット47b,47cを有し、これらブラケット47ba,47cに固定されたソレノイド48a,48bが両端にそれぞれ設けられている。各ソレノイド48a,48bには、その進退するロッドにシャッタ板49が橋渡されて取付られている。なお、49aは、光ファイババンドル42,43の挿着固定板であって、手前側にも同様なものが一枚設けられているが、図では見えていない。挿着固定板49aは、ベース板47aに起立して固定され、図1に示すように、それぞれ光ファイバ保持用のコネクタが挿着されている。
シャッタ板49の前後にあるそれぞれある2枚の挿着固定板は、分離された2つのブロック42a,42bと2つのブロック43a,43bとの各ブロックの光ファイバの中心が相互に一致するようにそれぞれの光ファイバを固定するものである。
ところで、図4では、シャッタ機構47は、ベース板47aが下側に位置しているが、反転させてベース板47aを上側としてこれを使用してもよい。
FIG. 4 is a front view of the two-channel light projecting fiber switching mechanism. The shutter mechanism 47 has brackets 47b and 47c erected at both ends of the base plate 47a, and solenoids 48a and 48b fixed to the brackets 47ba and 47c are provided at both ends, respectively. A shutter plate 49 is bridged and attached to each of the solenoids 48a and 48b with a rod that advances and retreats. Reference numeral 49a denotes an insertion and fixing plate for the optical fiber bundles 42 and 43, and a similar one is provided on the near side, but is not visible in the figure. The insertion fixing plate 49a is erected and fixed to the base plate 47a, and an optical fiber holding connector is inserted into each as shown in FIG.
The two insertion / fixation plates respectively before and after the shutter plate 49 are arranged so that the optical fiber centers of the two blocks 42a and 42b and the two blocks 43a and 43b that are separated coincide with each other. Each optical fiber is fixed.
In FIG. 4, the shutter mechanism 47 has the base plate 47a positioned on the lower side. However, the shutter mechanism 47 may be reversed and used with the base plate 47a positioned on the upper side.

シャッタ板49には、光透過用の孔50が1つ開けられている。ソレノイド駆動回路46によるソレノイド48a,48bのいずれか一方の駆動で、図1に示すように、孔50が光ファイババンドル42,43のいずれかの位置に対応して位置付けられ、いずれかの光ファイバに投光光を通過させるようになっている。なお、孔50の径は、光ファイババンドル42,43の径2mmφよりも少し大きく、3mmφ程度のものである。
受光系5は、光ファイバ51,52と分光器53とからなる。光ファイバ51,52は、図6(c)に示すように、バンドル管40a,40bの6本の光ファイバ44の中心部に受光部となる先端側が配置された光ファイバであって、そこから各バンドル管40a,40bを経てそれぞれに引き出されたものとして右側に1本の光ファイバ51(52)として示すものである。
The shutter plate 49 has one hole 50 for light transmission. When one of the solenoids 48a and 48b is driven by the solenoid drive circuit 46, the hole 50 is positioned corresponding to one of the positions of the optical fiber bundles 42 and 43 as shown in FIG. The projector is designed to allow light to pass through. The diameter of the hole 50 is slightly larger than the diameter 2 mmφ of the optical fiber bundles 42 and 43 and is about 3 mmφ.
The light receiving system 5 includes optical fibers 51 and 52 and a spectroscope 53. As shown in FIG. 6C, the optical fibers 51 and 52 are optical fibers in which the distal end side serving as a light receiving portion is arranged at the center of the six optical fibers 44 of the bundle pipes 40a and 40b, and from there This is shown as one optical fiber 51 (52) on the right side as drawn out through each bundle tube 40a, 40b.

図1に示すように、分光器53は、透過回折格子型分光器であって、入力コネクタ53aを有していて、図5に示すように、入力コネクタ53aを介して入射光を受けるスリット54とコリメータミラー55、透過型ホログラフィックグレーティング56、フォーカシングミラー57、そして一次元CCDイメージセンサ(リニアセンサ)58等からなる。
スリット54には入力コネクタ53aを介して2本の光ファイバ51,52がスリット54の長手方向に沿って設けられている。入射光を受けるスリット54の幅は、光ファイバの径の0.5mmφより少し大きく、その長さは、数mmで、複数本の光ファイバをスリット54の長手方向に沿って配列することができる。そこで、透過型ホログラフィックグレーティング56は、水平面からみれば光ファイバ51,52の照射光が同じ位置となり、垂直方向では上下にずれて各ファイバからの光が照射されるようになっている。
スリット54から入射された光は、コリメータミラー55、透過型ホログラフィックグレーティング56、フォーカシングミラー57を経て波長分析されてそのスペクトル光がフォーカシングミラー57から各波長に応じた反射角でCCDセンサ58に入射される。CCDセンサ58は、ここでは画素数が1024であって、画素配列方向と垂直な方向の画素幅は、上下に配置された2本の光ファイバ51,52の入射光を分析したスペクトル光を受けることができる大きさになっている。
As shown in FIG. 1, the spectroscope 53 is a transmission diffraction grating type spectroscope, and has an input connector 53a. As shown in FIG. 5, the slit 54 receives incident light through the input connector 53a. And a collimator mirror 55, a transmissive holographic grating 56, a focusing mirror 57, a one-dimensional CCD image sensor (linear sensor) 58, and the like.
Two optical fibers 51 and 52 are provided in the slit 54 along the longitudinal direction of the slit 54 via an input connector 53a. The width of the slit 54 that receives the incident light is slightly larger than the diameter of the optical fiber 0.5 mmφ, the length is several mm, and a plurality of optical fibers can be arranged along the longitudinal direction of the slit 54. . Therefore, in the transmissive holographic grating 56, when viewed from the horizontal plane, the irradiation light of the optical fibers 51 and 52 is at the same position, and the light from each fiber is irradiated in the vertical direction while being shifted up and down.
The light incident from the slit 54 undergoes wavelength analysis through the collimator mirror 55, the transmission holographic grating 56, and the focusing mirror 57, and the spectral light enters the CCD sensor 58 at a reflection angle corresponding to each wavelength from the focusing mirror 57. Is done. Here, the CCD sensor 58 has a number of pixels of 1024, and the pixel width in the direction perpendicular to the pixel arrangement direction receives the spectral light obtained by analyzing the incident light of the two optical fibers 51 and 52 arranged above and below. It is large enough to be able to.

図1に戻り、受光制御回路6は、コントローラ61とA/D変換回路(A/D)62、メモリ63、USBインタフェース64とからなる。
コントローラ61は、データ処理/制御装置7からの制御信号に応じて分光器53のCCDセンサ58から得られる1024画素分を読み出してその出力信号を、例えば16ビットのA/D62でデジタル値に変換して検出画素位置対応にメモリ63に記憶する処理をする。
なお、各検出画素位置は、分析されたスペクトル波形の波長に対応していて、コントローラ61は、分光開始信号AS(第10図(c)参照)をMPU71から受けて、A/D変換された1回分のスペクトル分析データをA/D62を介してCCDセンサ58から読出してメモリ63へ記憶する。その記憶が終了すると、データ処理/制御装置7に割込信号In(第10図(d)参照)を発生する。もちろん、この場合、1回分のスペクトル分析データの読出が複数回、例えば100回程度行われ、100個分のスペクトル分析データがメモリ63に記憶されてもよい。なお、コントローラ61によるCCDセンサ58からのスペクトル分析データ読出は、投光切換信号S1(第10図(a)参照)の切換タイミング(その立上がりあるいは立下がり)から所定時間後、例えば、1.1sec後に行われる。
Returning to FIG. 1, the light reception control circuit 6 includes a controller 61, an A / D conversion circuit (A / D) 62, a memory 63, and a USB interface 64.
The controller 61 reads 1024 pixels obtained from the CCD sensor 58 of the spectroscope 53 in accordance with a control signal from the data processing / control device 7, and converts the output signal into a digital value by, for example, a 16-bit A / D 62. Then, a process of storing in the memory 63 corresponding to the detected pixel position is performed.
Each detection pixel position corresponds to the wavelength of the analyzed spectrum waveform, and the controller 61 receives the spectrum start signal AS (see FIG. 10 (c)) from the MPU 71 and is A / D converted. One spectrum analysis data is read from the CCD sensor 58 via the A / D 62 and stored in the memory 63. When the storage is completed, an interrupt signal In (see FIG. 10 (d)) is generated in the data processing / control device 7. Of course, in this case, reading of the spectral analysis data for one time may be performed a plurality of times, for example, about 100 times, and 100 pieces of spectral analysis data may be stored in the memory 63. The spectrum analysis data is read from the CCD sensor 58 by the controller 61 after a predetermined time from the switching timing (rising or falling) of the projection switching signal S1 (see FIG. 10A), for example, 1.1 sec. Done later.

USBインタフェース64は、メモリ63に記憶された受光データ(1回分あるいは複数回分のスペクトル分析データ)をデータ処理/制御装置7の制御に応じてデータ処理/制御装置7に転送する処理をする。
データ処理/制御装置7は、USB端子をもつ通常のパーソナルコンピュータである。これは、MPU71とメモリ72、USBインタフェース73、ディスプレイ74、キーボード75、そしてこれらを接続するバス76等とを有している。コントローラ61からの割込信号Inを受けてメモリ63に記憶された測定データ(スペクトル分析データ)をUSBインタフェース64,USBインタフェース73を介して得て、メモリ72の所定の領域に記憶する。なお、77は、HDD等の外部記憶装置である。
The USB interface 64 performs a process of transferring the received light data (one time or a plurality of times of spectrum analysis data) stored in the memory 63 to the data processing / control device 7 in accordance with the control of the data processing / control device 7.
The data processing / control device 7 is a normal personal computer having a USB terminal. This has an MPU 71, a memory 72, a USB interface 73, a display 74, a keyboard 75, and a bus 76 for connecting them. The measurement data (spectrum analysis data) stored in the memory 63 in response to the interrupt signal In from the controller 61 is obtained via the USB interface 64 and the USB interface 73 and stored in a predetermined area of the memory 72. Reference numeral 77 denotes an external storage device such as an HDD.

メモリ72には、時分割切換プログラム72aと、測定データ採取プログラム72b、干渉スペクトル波形算出/表示プログラム72c、そしてピークシフト算出/表示プログラム72d等が格納され、パラメータ領域72e、作業領域72fとが設けられている。 時分割切換プログラム72aは、キーボード75における測定開始の機能キー入力に応じてあるいは他のプログラムの実行中にコールされてMPU71により実行される。これをMPU71が実行して、MPU71は、2チャネルの投光系ファイバ切換機構45を駆動して、例えば、1.5秒間隔(第10図(a)の投光切換信号S1参照)で光ファイババンドル41と光ファイババンドル42からの投光光を交互に切換えてセンサチップ9のマイクロチャネル92,94に交互に照射する制御をし、光ファイババンドル41と光ファイババンドル42の照射の各照射期間のそれぞれ対応して分光器53から得られるスペクトル分析データ、例えば、100個分の分析データを受光制御回路6のメモリ63に記憶させる。   The memory 72 stores a time division switching program 72a, a measurement data collection program 72b, an interference spectrum waveform calculation / display program 72c, a peak shift calculation / display program 72d, and the like, and is provided with a parameter area 72e and a work area 72f. It has been. The time division switching program 72a is called and executed by the MPU 71 in response to a function key input for starting measurement on the keyboard 75 or during execution of another program. This is executed by the MPU 71, and the MPU 71 drives the two-channel light projecting fiber switching mechanism 45, for example, at intervals of 1.5 seconds (see the light projecting switching signal S 1 in FIG. 10A). The irradiation light of the optical fiber bundle 41 and the optical fiber bundle 42 is controlled by alternately switching the projection light from the fiber bundle 41 and the optical fiber bundle 42 and irradiating the microchannels 92 and 94 of the sensor chip 9 alternately. Spectral analysis data obtained from the spectroscope 53 corresponding to each period, for example, 100 pieces of analysis data is stored in the memory 63 of the light reception control circuit 6.

測定データ採取プログラム72bは、キーボード75における所定の機能キー入力に応じてあるいは他のプログラムの実行中にコールされてMPU71により実行される。これをMPU71が実行して、MPU71は、データ処理/制御装置7により送液システム2を駆動する。最初は、バッファ液ホルダ25にサンプルを希釈するバッファ液が蓄積される。この時点でのこのプログラムの実行でそのバッファ液がマイクロチャネル92(第1チャネル)とマイクロチャネル93(第2チャネル)に流される。同時に時分割切換プログラム72aがコールされてタスク処理で実行される。そして、投光系ファイバ切換機構45の投光切換信号S1(第10図(a)参照)の切換タイミング時点から所定時間後にコントローラ61からの発生する割込信号Inに応じて、データ読取信号Rd(第10図(d)参照)をコントローラ61に送出する。それにより、投光切換信号S1による投光系ファイバ切換機構45の切換えごとに交互に受光制御回路6のメモリ63からマイクロチャネル92(第1チャネルに対応),94(第2チャネルに対応)の反射光の各100個のスペクトル分析データ(測定データ)が交互にUSBインタフェース64を介して読出されてメモリ72に記憶される。読出されたそれぞれの光学薄膜センサ部100の反射光のスペクトルデータは、このとき作業領域72fの各チャネル対応の記憶位置に記憶される。そして、MPU71は、干渉スペクトル波形算出/表示プログラムプログラム72cをコールする。   The measurement data collection program 72b is called and executed by the MPU 71 in response to a predetermined function key input on the keyboard 75 or during execution of another program. The MPU 71 executes this, and the MPU 71 drives the liquid feeding system 2 by the data processing / control device 7. Initially, the buffer solution for diluting the sample is accumulated in the buffer solution holder 25. The execution of this program at this time causes the buffer solution to flow through the microchannel 92 (first channel) and the microchannel 93 (second channel). At the same time, the time division switching program 72a is called and executed by task processing. Then, in response to the interrupt signal In generated from the controller 61 after a predetermined time from the timing of switching the light projection switching signal S1 (see FIG. 10 (a)) of the light projecting fiber switching mechanism 45, the data read signal Rd. (See FIG. 10 (d)) is sent to the controller 61. As a result, the microchannels 92 (corresponding to the first channel), 94 (corresponding to the second channel) from the memory 63 of the light receiving control circuit 6 are alternately switched every time the light projecting fiber switching mechanism 45 is switched by the light projecting switching signal S1. 100 spectral analysis data (measurement data) of the reflected light are alternately read out via the USB interface 64 and stored in the memory 72. At this time, the read spectrum data of the reflected light of each optical thin film sensor unit 100 is stored in the storage position corresponding to each channel in the work area 72f. Then, the MPU 71 calls the interference spectrum waveform calculation / display program program 72c.

干渉スペクトル波形算出/表示プログラムプログラム72cは、前記の測定データ採取プログラム72bの実行終了時のコールの他に、キーボード75におけるスペクトル波形データ表示の機能キー入力に応じてコールされてMPU71により実行される。これをMPU71が実行して、MPU71は、作業領域72fに記憶されたマイクロチャネル92(第1チャネル)とマイクロチャネル93(第2チャネル)の分析波長に応じた各100個の合計200個のスペクトルデータを平均化して波形データを作成して、受光レベル[電圧]を縦軸とし、波長を横軸として図7(a)に示すような干渉スペルトル波形をディスプレイ74上に表示する。
このときの干渉スペルトル波形は、サンプルを希釈するバッファ液が送液されて測定されたものであるので、リガンドに対する干渉スペルトル波形である。その干渉スペルトル波形の山と谷の差Dが小さいときには、光ファイバー先端がチップ表面より離れていたり、あるいはチップ表面に押し込まれていたりするので、調整摘み12aで突当ストッパバー15に対する移動台12の位置を調整して再度干渉スペルトル波形を表示して適正か否かを確認する。
The interference spectrum waveform calculation / display program program 72c is called by the MPU 71 in response to the function key input of the spectrum waveform data display on the keyboard 75 in addition to the call at the end of the execution of the measurement data collection program 72b. . This is executed by the MPU 71, and the MPU 71 has a total of 200 spectra of 100 each corresponding to the analysis wavelengths of the microchannel 92 (first channel) and the microchannel 93 (second channel) stored in the work area 72 f. Waveform data is created by averaging the data, and an interference spell waveform as shown in FIG. 7A is displayed on the display 74 with the received light level [voltage] as the vertical axis and the wavelength as the horizontal axis.
The interference spell waveform at this time is an interference spell waveform for the ligand because it is measured by sending a buffer solution for diluting the sample. When the difference D between the peaks and valleys of the interference spell waveform is small, the tip of the optical fiber is separated from the tip surface or pushed into the tip surface. Adjust the position and display the interference spell waveform again to check whether it is appropriate.

ピークシフト算出/表示プログラム72dは、干渉スペルトル波形が適正であるときに測定開始の機能キー入力あるいは所定の機能キー入力に応じてコールされてMPU71により実行される。このときにはバッファ液ホルダ25にはバッファ液にサンプルが充填されている。
このプログラムをMPU71が実行してサンプルの測定を開始する。MPU71は、送液システム2を制御して、インジェクタ21,22からポッド94、95にサンプルを注入して、時分割切換プログラム72aと測定データ採取プログラム72bとをコールしてタスク処理で並行してこれらを実行する。これにより、所定の速度に調整された所定量の薬液をマイクロチャネル92(第1チャネル),94(第2チャネル)に流してマイクロチャネル92(第1チャネル),94(第2チャネル)に形成されたそれぞれの光学薄膜センサ部100からの反射光のスペクトルデータをそれぞれにメモリ72の作業領域72fに各チャネル対応に記憶する。なお、このときには干渉スペクトル波形算出/表示プログラムプログラム72cはコールされない。
The peak shift calculation / display program 72d is called and executed by the MPU 71 in response to a function key input for starting measurement or a predetermined function key input when the interference spell waveform is appropriate. At this time, the buffer solution holder 25 is filled with the sample in the buffer solution.
The MPU 71 executes this program and starts measuring a sample. The MPU 71 controls the liquid delivery system 2, injects samples from the injectors 21 and 22 into the pods 94 and 95, calls the time division switching program 72a and the measurement data collection program 72b, and performs task processing in parallel. Perform these. As a result, a predetermined amount of chemical liquid adjusted to a predetermined speed is caused to flow through the microchannels 92 (first channel) and 94 (second channel) to form the microchannels 92 (first channel) and 94 (second channel). The spectral data of the reflected light from each optical thin film sensor unit 100 is stored in the work area 72f of the memory 72 for each channel. At this time, the interference spectrum waveform calculation / display program program 72c is not called.

さらに、MPU71は、時間経過とともに得られるメモリ72の作業領域72fに記憶された各チャネル対応のスペクトルデータ(200個)に基づき、各チャネルのピーク(反射光の谷)の位置の波長λpの波長変化量を算出する。
具体的には、MPU71は、1.5秒間隔で所定の時間の間、作業領域72fに記憶された第1チャネルと第2チャネルの多数のスペクトルデータを3秒間隔の各測定回ごとに平均化して、最小自乗法でフォークト関数の係数を算出して、各スペクトル波形データをフォークト関数でフィティング処理をしてピーク位置の波長λp(図7(a)参照)を検出する。さらに、各スペクトル波形データ波長λpiから波長の差Δλ=λpi-λpoを算出して(ただしλpoは測定開始時点のピーク位置の波長λp)ピーク波長の変化量対時間データを作成し、波長の変化量Δλを縦軸とし、経過時間を横軸として図7(b)に示すようなピークシフト波形をディスプレイ74上に表示する。
なお、以上の各プログラム処理のフローチャートについては、各プログラム処理が単純であり、前記の記述内容で理解されるものと思われるので割愛する。
Further, the MPU 71 calculates the wavelength of the wavelength λp at the position of the peak of each channel (the valley of the reflected light) based on the spectrum data (200 pieces) corresponding to each channel stored in the work area 72f of the memory 72 obtained with time. The amount of change is calculated.
Specifically, the MPU 71 averages a large number of spectrum data of the first channel and the second channel stored in the work area 72f at a measurement time of 3 seconds every 1.5 seconds. Then, a Forked function coefficient is calculated by the least square method, and each spectral waveform data is subjected to a fitting process by the Forked function to detect the wavelength λp of the peak position (see FIG. 7A). Furthermore, by calculating the wavelength difference Δλ = λpi-λpo from each spectral waveform data wavelength λpi (where λpo is the wavelength λp at the peak position at the start of measurement), the amount of change in wavelength versus time data is created, and the change in wavelength A peak shift waveform as shown in FIG. 7B is displayed on the display 74 with the amount Δλ as the vertical axis and the elapsed time as the horizontal axis.
The flowchart of each program process described above is omitted because each program process is simple and seems to be understood from the above description.

図8は、8チャネルの投光系ファイバ切換機構の説明図であって、8チャネルの投光系ファイバ切換機構は、図4の投光系ファイバ切換機構45のシャッタ機構47のシャッタ板49を回転式のシャッタ円板49aとしたものである。その投光系ファイバ切換機構45aは、実線と点線で示すように、45度間隔に円板の外周8箇所に8本の投光系光ファイババンドル光41a〜41hを、図1の2本の投光系光ファイババンドル光41,42に変えて円形に配置したものである。シャッタ円板49aの外周の1箇所に光透過用の孔50が設けられている。この投光系ファイバ切換機構45aは、ステッピングモータ50aによりシャッタ円板49aを45度単位でステップ送りして8チャネルの投光系光ファイババンドル光41a〜41hの1つの照射光を選択して8チャネルのマイクロチャネルが形成されたセンサチップのマイクロチャネルの1つに選択的に照射するものである。
これにより8チャネルのセンサチップの各マイクロチャネルについて時分割で1つの分光器により波長分析する測定ができる。
なお、この場合には、受光系5は、受光系光ファイバが8本になる。そこで、分光器53は、そのスリット54において8本の受光系光ファイバについてスリット54の長手方向に沿って配列し、画素配列と直交する方向のCCDセンサの1画素の幅を8本の受光系光ファイバからの光を受光できる大きさにすればよい。
FIG. 8 is an explanatory view of an 8-channel light projecting fiber switching mechanism. The 8-channel light projecting fiber switching mechanism is provided with a shutter plate 49 of the shutter mechanism 47 of the light projecting fiber switching mechanism 45 in FIG. This is a rotary shutter disk 49a. As shown by a solid line and a dotted line, the light projecting fiber switching mechanism 45a is configured to send eight light projecting optical fiber bundle lights 41a to 41h at eight positions on the outer periphery of the disk at intervals of 45 degrees, as shown in FIG. Instead of the projecting optical fiber bundle lights 41 and 42, they are arranged in a circle. A light transmitting hole 50 is provided at one location on the outer periphery of the shutter disk 49a. The light projecting fiber switching mechanism 45a is configured to step-feed the shutter disk 49a in units of 45 degrees by the stepping motor 50a to select one irradiation light of the eight channel light projecting optical fiber bundle lights 41a to 41h. One of the microchannels of the sensor chip on which the microchannel of the channel is formed is selectively irradiated.
As a result, it is possible to perform measurement by wavelength analysis using one spectrometer in a time division manner for each microchannel of the 8-channel sensor chip.
In this case, the light receiving system 5 has eight light receiving system optical fibers. Therefore, the spectroscope 53 arranges eight light receiving system optical fibers in the slit 54 along the longitudinal direction of the slit 54, and sets the width of one pixel of the CCD sensor in the direction orthogonal to the pixel array to eight light receiving systems. What is necessary is just to make it the magnitude | size which can receive the light from an optical fiber.

図9は、この発明を適用した他の実施例における受光系ファイバ切換機構の平面図、受光系ファイバ配置図、および受光系ファイバ切換機構の分光器側ファイバ配置図である。なお、受光系ファイバ切換機構と分光器を除いてこの実施例のその他の構成は、図1に示すものと同様であるのでそれらの説明を割愛する。
図9(a)の平面図に示すように、受光系のファイバ切換機構400は、ベース401上に設けられたX軸移動機構402と光コネクタ403、分光器に入力するための入力側光ファイバ404(以下光ファイバ404)、ベース401上に設けられた移動基準位置405、そしてモータ駆動回路406とからなる。
光コネクタ403は、固定側光ファイバコネクタ部403aと可動側光ファイバコネクタ部403bとからなる。
FIG. 9 is a plan view of a light receiving system fiber switching mechanism, a light receiving system fiber layout diagram, and a spectrometer side fiber layout diagram of the light receiving system fiber switching mechanism in another embodiment to which the present invention is applied. Except for the light receiving fiber switching mechanism and the spectroscope, other configurations of this embodiment are the same as those shown in FIG.
As shown in the plan view of FIG. 9A, the fiber switching mechanism 400 of the light receiving system includes an X-axis moving mechanism 402 provided on a base 401, an optical connector 403, and an input side optical fiber for inputting to a spectrometer. 404 (hereinafter referred to as an optical fiber 404), a movement reference position 405 provided on the base 401, and a motor drive circuit 406.
The optical connector 403 includes a fixed-side optical fiber connector portion 403a and a movable-side optical fiber connector portion 403b.

X軸移動機構402は、ボールスクリュウ機構402aとその移動台402bとステッピングモータ402cとからなり、移動台402bには、可動側光ファイバコネクタ部403bが搭載され、移動基準位置405には基準位置検出器としてフォトインターラプタ405aが設けられている。
ボールスクリュウ機構402aは、スクリュウ軸がステッピングモータ402cにより回転駆動され、ステッピングモータ402cには、移動台402bの移動量を検出するためのエンコーダ402dが設けられ、ステッピングモータ402cがモータ駆動回路406により駆動される。
エンコーダ402dの出力信号とフォトインターラプタ405aの検出信号とは、それぞれリード線407a,407b、USBハブ8を介してデータ処理/制御装置7に入力される。モータ駆動回路406は、リード線407c、USBハブ8を介してデータ処理/制御装置7に接続されている。
The X-axis moving mechanism 402 includes a ball screw mechanism 402a, its moving table 402b, and a stepping motor 402c. The moving table 402b is equipped with a movable-side optical fiber connector 403b, and the moving reference position 405 has a reference position detection. A photo interrupter 405a is provided as a device.
In the ball screw mechanism 402a, the screw shaft is rotationally driven by a stepping motor 402c. The stepping motor 402c is provided with an encoder 402d for detecting the amount of movement of the moving base 402b. The stepping motor 402c is driven by the motor drive circuit 406. Is done.
The output signal of the encoder 402d and the detection signal of the photo interrupter 405a are input to the data processing / control device 7 via the lead wires 407a and 407b and the USB hub 8, respectively. The motor drive circuit 406 is connected to the data processing / control device 7 via the lead wire 407 c and the USB hub 8.

図9(b)の受光系ファイバ配置図に示すように、固定側光ファイバコネクタ部403aは、ベース401上に固定され、光ファイバ51、52(2本の受光系ファイバ)の出光側端部を所定間隔を置いて装着固定する。一方、図9(c)の分光器側ファイバ配置図に示すように、可動側光ファイバコネクタ部403bは、分光器側の光ファイバ404の入光側の端部を固定してX軸方向に移動する。光ファイバ404の出光側の端部は、分光器59に入光ポートに結合されて受光光を分光器59に入光する。
分光器59は、前記した分光器53とは異なり、1本の光ファイバの入光ポートを有し、その入光ポートに入光する入力コネクタ59aが設けられた反射型あるいは透過型の回折格子を有する通常の分光器である。これは、分光器53と同様にスペクトル分析信号をA/D62に出力する。
As shown in the light receiving system fiber arrangement diagram of FIG. 9B, the fixed side optical fiber connector portion 403a is fixed on the base 401, and the light output side end portions of the optical fibers 51 and 52 (two light receiving system fibers). Are mounted and fixed at predetermined intervals. On the other hand, as shown in the spectroscope-side fiber arrangement diagram of FIG. 9C, the movable-side optical fiber connector 403b fixes the light-incident side end of the spectroscope-side optical fiber 404 in the X-axis direction. Moving. The end of the light exit side of the optical fiber 404 is coupled to the spectroscope 59 at the light incident port so that the received light enters the spectroscope 59.
Unlike the above-described spectroscope 53, the spectroscope 59 has a light incident port of one optical fiber, and is a reflective or transmissive diffraction grating provided with an input connector 59a that enters the light incident port. It is a normal spectroscope having This outputs a spectrum analysis signal to the A / D 62 as with the spectroscope 53.

受光系ファイバ切換機構400は、メモリ72に設けられた受光系ファイバ切換切換えプログラム(図示せず)をMPU71が実行することによりMPU71の制御で投光系ファイバ切換機構45のスイッチングに応じて切換えが行われる。それにより、光ファイバ51と光ファイバ52のいずれかが選択的に光ファイバ404と光結合する。
パラメータ領域72eには、移動基準位置405から光ファイバ51と光ファイバ52までのそれぞれの移動台402bの移動距離がステッピングモータ402bの駆動パルス数としてそれぞれに記憶されている。
パラメータ領域72eに記憶される光ファイバ51と光ファイバ52までのそれぞれの移動距離は次のようにして測定される。
The light receiving system fiber switching mechanism 400 is switched according to the switching of the light projecting system fiber switching mechanism 45 under the control of the MPU 71 by the MPU 71 executing a light receiving system fiber switching switching program (not shown) provided in the memory 72. Done. Thereby, either the optical fiber 51 or the optical fiber 52 is selectively optically coupled to the optical fiber 404.
In the parameter area 72e, the moving distance of each moving base 402b from the moving reference position 405 to the optical fiber 51 and the optical fiber 52 is stored as the number of drive pulses of the stepping motor 402b.
The movement distances to the optical fiber 51 and the optical fiber 52 stored in the parameter area 72e are measured as follows.

まず、生化学測定装置10において、ステッピングモータ402bを駆動してフォトインターラプタ405aの検出信号を受けて移動台402bを移動基準位置405に設定する。次に投光系ファイバ切換機構45を駆動してマイクロチャネル92(第1チャネル)を光照射状態にして移動基準位置405からステッピングモータ402bを駆動して光ファイバ51まで移動台405を移動して分光器59の検出の出力が最大になったときの移動基準位置405からの駆動パルス数をパラメータ領域72eに記憶する。次にマイクロチャネル93(第2チャネル)に対して同様にして駆動パルス数をパラメータ領域72eに記憶する。
なお、ここでは、分光器59の検出の出力が最大になったときの位置は、光結合をする各光ファイバの相互の中心が一致したものとしている。
ここでのマイクロチャネル92とマイクロチャネル93の受光光の切換は、マイクロチャネル92からマイクロチャネル93へ、あるいはその逆に直接切換るものではなく、移動台402bを移動基準位置405に一旦戻してから、この移動基準位置405を基準としてマイクロチャネル92あるいはマイクロチャネル93へと移動台402bを移動させることによる。このような切換を行うことにより、光ファイバ404の光ファイバ51あるいは光ファイバ52との光結合についての位置決め累積誤差をなくすことができる。
First, in the biochemical measurement apparatus 10, the stepping motor 402 b is driven to receive the detection signal from the photo interrupter 405 a and the moving base 402 b is set to the movement reference position 405. Next, the light projecting fiber switching mechanism 45 is driven to turn the microchannel 92 (first channel) into the light irradiation state, and the stepping motor 402b is driven from the movement reference position 405 to move the moving table 405 to the optical fiber 51. The number of drive pulses from the movement reference position 405 when the detection output of the spectroscope 59 becomes maximum is stored in the parameter area 72e. Next, the number of drive pulses is stored in the parameter area 72e in the same manner for the microchannel 93 (second channel).
Here, the position at which the detection output of the spectroscope 59 reaches the maximum is that the centers of the optical fibers that are optically coupled coincide with each other.
The switching of the received light of the microchannel 92 and the microchannel 93 here is not a direct switching from the microchannel 92 to the microchannel 93 or vice versa, but after the moving base 402b is once returned to the movement reference position 405. The moving base 402b is moved to the microchannel 92 or the microchannel 93 with the movement reference position 405 as a reference. By performing such switching, it is possible to eliminate the accumulated positioning error regarding the optical coupling between the optical fiber 404 and the optical fiber 51 or 52.

図10は、投光系ファイバ切換機構と受光系ファイバ切換機構の切換タイミングの説明図である。
図10(a)は、投光切換信号S1であり、ソレノイド駆動回路46がこの信号を受けて投光切換信号S1の立上がりと立下がりをそれぞれの切換タイミングとしてそれぞれにシャッタ機構47を駆動する。これにより投光切換信号S1がハイレベル(“H”)のときにはマイクロチャネル92への投光が選択され、投光切換信号S1がロウレベル(“L”)のときにマイクロチャネル93への投光が選択される。なお、投光切換信号S1の周期は、3秒であり、各チャネルへの投光期間は、1.5秒である。
図10(b)は、受光切換信号S2であり、この信号の立上がりと立下がりをそれぞれの切換タイミングとしてステッピングモータ402bを駆動して移動台402bを移動基準位置405に戻し、そこからステッピングモータ402bを所定パルス数駆動して光ファイバ51あるいは光ファイバ52と光ファイバ404とを光結合させる。その周期は、投光切換信号S1と同じである。受光切換信号S2が“H”のときにはマイクロチャネル92からの反射光の受光が選択され、受光切換信号S2が“L”のときにマイクロチャネル93への投光が選択される。
なお、受光切換信号S2の信号の立上がりあるいは立下がりから光結合に光ファイバ404が設定される時間は、0.2秒程度である。この光結合のための移動台402bの移動が完了したタイミングに合わせて図10(c)に示す分光開始信号ASを発生する。
FIG. 10 is an explanatory diagram of the switching timing of the light projecting fiber switching mechanism and the light receiving fiber switching mechanism.
FIG. 10A shows a light projection switching signal S1, and the solenoid drive circuit 46 receives this signal and drives the shutter mechanism 47 with the rising and falling edges of the light projection switching signal S1 as the respective switching timings. Thereby, when the projection switching signal S1 is at a high level (“H”), the projection to the microchannel 92 is selected, and when the projection switching signal S1 is at a low level (“L”), the projection to the microchannel 93 is performed. Is selected. The cycle of the light projection switching signal S1 is 3 seconds, and the light projection period for each channel is 1.5 seconds.
FIG. 10B shows a light reception switching signal S2. The rising and falling edges of this signal are used as the switching timings to drive the stepping motor 402b to return the moving base 402b to the movement reference position 405, from which the stepping motor 402b The optical fiber 51 or the optical fiber 52 and the optical fiber 404 are optically coupled by driving a predetermined number of pulses. The cycle is the same as the light projection switching signal S1. When the light reception switching signal S2 is “H”, the light reception of the reflected light from the microchannel 92 is selected, and when the light reception switching signal S2 is “L”, the light projection to the microchannel 93 is selected.
The time for setting the optical fiber 404 for optical coupling from the rise or fall of the light reception switching signal S2 is about 0.2 seconds. A spectral start signal AS shown in FIG. 10C is generated in accordance with the timing when the movement of the moving table 402b for optical coupling is completed.

図10(d)は、分光完了を示すコントローラ61からの割込信号Inである。この割込信号を点線で示すのは、分光処理時間が通常0.2程度で済むので、この割込信号は必ずしも制御に必要なものではないからである。
図10(e)は、データ読取信号Rdであって、データ読取信号Rdは、コントローラ61からの割込信号Inに応じてあるいは投光切換信号S1の立上がり又は立下がりから所定時間経過後、例えば1.1秒後にデータ処理/制御装置7からコントローラ61に送出される。MPU71は、データ読取信号Rdの立下がりタイミングでメモリ63からスペクトルデータDS(図10(f)参照)を読出す。
FIG. 10D shows an interrupt signal In from the controller 61 indicating the completion of spectroscopy. The reason why this interrupt signal is indicated by a dotted line is that since the spectral processing time is usually only about 0.2, this interrupt signal is not necessarily required for control.
FIG. 10E shows a data read signal Rd. The data read signal Rd corresponds to the interrupt signal In from the controller 61 or after the elapse of a predetermined time from the rise or fall of the projection switching signal S1, for example, 1.1 seconds later, the data is sent from the data processing / control device 7 to the controller 61. The MPU 71 reads the spectrum data DS (see FIG. 10F) from the memory 63 at the falling timing of the data read signal Rd.

ところで、この実施例は、図1の実施例に対応させて2本の受光系光ファイバについて切換えを行っているが、図8のような8チャネルの投光系ファイバに対応させて8チャネルの受光系光ファイバについて同様な回転式のシャッタ円板で構成して8チャネル切換えを行うようにすることができる。   By the way, in this embodiment, the two light receiving system optical fibers are switched corresponding to the embodiment of FIG. 1, but the eight channels of the light receiving system fiber as shown in FIG. The light-receiving optical fiber can be configured by a similar rotary shutter disk so that eight channels can be switched.

以上説明してきたが、実施例の投光系光ファイバは、1本のバンドルに複数本のファイバ設けられ、これに対して受光系光ファイバが1本設けられているが、この発明は、 投光系光ファイバは、バンドルではなく1本のものであってもよく、逆に受光系光ファイバが1本のバンドルに複数本設けられていてもよい。
実施例の投光系ファイバ切換機構は、1.5秒間隔で光ファイババンドル41(第1チャネルに対応)と光ファイババンドル42(第2チャネルに対応)の照射光を交互に切換えてセンサチップ9に照射し、それぞれの測定データを1個の分光器から得ている。しかし、この切換間隔は、1.5秒間隔に限定されるものではない。さらに、この場合、この発明は、交互ではなく、例えば、先に光ファイババンドル41(第1チャネル)を選択して複数個の波形データを得て、その後に光ファイババンドル42(第2チャネル)側に切換えて同様に複数個の波形データを得るような1回の切換えであってもよい。
また、実施例では、光学薄膜センサ部は、各マイクロチャネルに連通する各ポッドが両側にそれぞれ設けられているが、1つのチャネルに複数の光学薄膜センサ部が分離して設けられていてもよいことはもちろんである。
As described above, the light projecting optical fiber according to the embodiment is provided with a plurality of fibers in one bundle, and one light receiving optical fiber is provided for this. The optical system optical fiber may be one instead of the bundle, and conversely, a plurality of light receiving system optical fibers may be provided in one bundle.
The light projecting fiber switching mechanism of the embodiment switches the irradiation light of the optical fiber bundle 41 (corresponding to the first channel) and the optical fiber bundle 42 (corresponding to the second channel) alternately at intervals of 1.5 seconds. The measurement data is obtained from one spectroscope. However, this switching interval is not limited to the 1.5 second interval. Further, in this case, the present invention is not alternating. For example, the optical fiber bundle 41 (first channel) is first selected to obtain a plurality of waveform data, and then the optical fiber bundle 42 (second channel). The switching may be performed once such that a plurality of waveform data is obtained in the same manner.
In the embodiment, the optical thin film sensor unit is provided with each pod communicating with each microchannel on both sides, but a plurality of optical thin film sensor units may be provided separately in one channel. Of course.

図1は、この発明を適用した一実施例の生化学測定装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a biochemical measuring apparatus according to an embodiment to which the present invention is applied. 図2(a)は、2本のマイクロチャネルを形成したセンサチップの平面説明図、そして図2(b)はそのA−A断面説明図である。2A is an explanatory plan view of a sensor chip in which two microchannels are formed, and FIG. 2B is an AA cross-sectional explanatory view thereof. 図3は、測定ステージの説明図の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an explanatory diagram of the measurement stage. 図4は、2チャネルの投光系ファイバ切換機構の正面図である。FIG. 4 is a front view of a two-channel light projecting fiber switching mechanism. 図5は、光ファイバと回折格子型分光器の入光側スリットにおける受光系光ファイバの配置の説明図である。FIG. 5 is an explanatory view of the arrangement of the light receiving system optical fibers in the light incident side slits of the optical fiber and the diffraction grating type spectrometer. 図6は、投光系と受光系の光ファイババンドルの断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of the optical fiber bundle of the light projecting system and the light receiving system. 図7は、測定された干渉スペクトルと反射光の谷の移動度(ピークシフトグラフ)の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of the measured interference spectrum and the mobility (peak shift graph) of the valley of the reflected light. 図8は、8チャネルの投光系ファイバ切換機構の説明図である。FIG. 8 is an explanatory view of an 8-channel light projecting fiber switching mechanism. 図9(a)は、この発明を適用した他の実施例における受光系ファイバ切換機構の平面図、図9(b)は、受光系ファイバ切換機構の受光系ファイバ配置図、そして図9(c)は、受光系ファイバ切換機構の分光器側ファイバ配置図である。FIG. 9A is a plan view of a light receiving fiber switching mechanism in another embodiment to which the present invention is applied, FIG. 9B is a light receiving fiber arrangement of the light receiving fiber switching mechanism, and FIG. ) Is a fiber arrangement diagram of the spectrometer side of the light receiving system fiber switching mechanism. 図10は、投光系ファイバ切換機構と受光系ファイバ切換機構の切換タイミングの説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of the switching timing of the light projecting fiber switching mechanism and the light receiving fiber switching mechanism.

符号の説明Explanation of symbols

1…測定ステージ、
2…送液システム、3…温度調整システム、
4…投光系、5…受光系、6…受光制御回路、
7…データ処理/制御装置、8…USBバブ、
9…センサチップ、10…生化学測定装置、
11…恒温ベース、12…移動台、12a…調整摘み、
13…装置のベース、14…ブラケット、15…突当ストッパバー、
16…センサチップ載置テーブル、17…チップカバー、
17a,17b…入力ポート、
17c,17d…出力ポート、21,22…イジェクタ、
23,24…ポンプ、25…バッファ液ホルダ、
26,27…ポンプ制御ユニット、28…廃液ホルダ、
40a,40b…バンドル管、41…ハロゲンランプの光源、
42,43…光ファイババンドル、
44…光ファイバ、45…投光系ファイバ切換機構、
46…ソレノイド駆動回路、47…シャッタ機構、
48a,48b…ソレノイド、49…にシャッタ板、
72a…時分割切換プログラム、
72b…測定データ採取プログラム、
72c…干渉スペクトル波形算出/表示プログラム、
72d…ピークシフト算出/表示プログラム、
72e…パラメータ領域、72f…作業領域、
92,93…マイクロチャネル、94〜97…ポッド、
400…受光系のファイバ切換機構、401…ベース、
402…X軸移動機構、403…光コネクタ、404…入力側光ファイバ、
405…移動基準位置、406…モータ駆動回路。
1 ... Measurement stage,
2 ... Liquid feeding system, 3 ... Temperature control system,
4 ... Light projecting system, 5 ... Light receiving system, 6 ... Light receiving control circuit,
7 ... Data processing / control device, 8 ... USB bubbling,
9 ... Sensor chip, 10 ... Biochemical measuring device,
11 ... Constant temperature base, 12 ... Moving table, 12a ... Adjusting knob,
13 ... Base of device, 14 ... Bracket, 15 ... Abutting stopper bar,
16 ... Sensor chip mounting table, 17 ... Chip cover,
17a, 17b ... input ports,
17c, 17d ... output ports, 21, 22 ... ejectors,
23, 24 ... pump, 25 ... buffer solution holder,
26, 27 ... Pump control unit, 28 ... Waste liquid holder,
40a, 40b ... bundle tube, 41 ... halogen lamp light source,
42, 43 ... optical fiber bundles,
44 ... Optical fiber, 45 ... Projection fiber switching mechanism,
46 ... Solenoid drive circuit, 47 ... Shutter mechanism,
48a, 48b ... solenoids, 49 ... shutter plates,
72a ... time-division switching program,
72b ... measurement data collection program,
72c ... Interference spectrum waveform calculation / display program,
72d ... Peak shift calculation / display program,
72e ... parameter area, 72f ... work area,
92, 93 ... microchannel, 94-97 ... pod,
400: fiber switching mechanism of light receiving system, 401: base,
402 ... X-axis moving mechanism, 403 ... Optical connector, 404 ... Input side optical fiber,
405: Movement reference position, 406: Motor drive circuit.

Claims (12)

光学薄膜の光干渉を利用して生化学物質の結合を測定する生化学測定装置において、
n個(nは2か、それ以上の整数)の光学薄膜センサ部を有するセンサチップと、
前記n個の光学薄膜センサ部にそれぞれ光を照射するn本の投光系光ファイバと、
このn本の投光系光ファイバの途中に設けられn本のうちの1本の光ファイバからの投光光を選択的に通過させ残りの投光光を遮断する投光系ファイバ切換機構と、
前記n個の光学薄膜センサ部からの各反射光をそれぞれに受光するn本の受光系光ファイバと、
前記n本の受光系光ファイバから各前記反射光を入光側に共通に受ける1つの分光器と、
前記投光系ファイバ切換機構を制御して任意の1本の前記投光系光ファイバからの照射光を選択する制御をする制御部とを備え、
選択された前記投光系光ファイバが照射する前記光学薄膜センサ部からの反射光を前記分光器で分光する生化学測定装置。
In a biochemical measuring device that measures the binding of biochemical substances using the optical interference of optical thin films,
a sensor chip having n (n is an integer of 2 or more) optical thin film sensor units;
N light projecting optical fibers that respectively irradiate light to the n optical thin film sensor units;
A light projecting fiber switching mechanism which is provided in the middle of the n light projecting optical fibers and selectively passes the light projecting from one of the n optical fibers and blocks the remaining light projecting; ,
N light receiving optical fibers for receiving the reflected lights from the n optical thin film sensor units,
A spectroscope that receives the reflected light from the n light receiving optical fibers in common on the light incident side;
A control unit that controls the light projecting fiber switching mechanism to control the irradiation light from any one of the light projecting optical fibers;
A biochemical measurement apparatus for spectroscopically analyzing the reflected light from the optical thin film sensor unit irradiated by the selected light projecting optical fiber.
前記センサチップはn個のマイクロチャネルが形成され各チャネル対応に前記光学薄膜センサ部を有するnチャネルのセンサチップであり、1本の前記投光系光ファイバと1本の前記受光系光ファイバとが1個の前記マイクロチャネルに対応して配置され、前記制御部は、前記投光系ファイバ切換機構を時分割で切換制御するものであり、
前記分光器から前記反射光について分光された波長についての信号を前記n個の各チャネル対応に時分割で得る請求項1記載の生化学測定装置。
The sensor chip is an n-channel sensor chip in which n microchannels are formed and the optical thin film sensor unit is provided for each channel, and includes one light projecting optical fiber and one light receiving optical fiber. Is arranged corresponding to one of the microchannels, the control unit is configured to switch and control the light projecting fiber switching mechanism in a time-sharing manner,
The biochemical measurement apparatus according to claim 1, wherein a signal regarding a wavelength obtained by spectrally separating the reflected light from the spectroscope is obtained in a time division manner corresponding to each of the n channels.
n個の各前記マイクロチャネルは、その両端にそれぞれポッドが形成されてこのポッドと各前記マイクロチャネルの全体が光学薄膜センサ部となっていて、両端の前記ポッドは、それぞれ送液のための入力ポートと出力ポートに結合される請求項2記載の生化学測定装置。   Each of the n microchannels has pods formed at both ends thereof, and the entire pod and each of the microchannels are optical thin film sensor units, and the pods at both ends are respectively input for liquid feeding. The biochemical measurement device according to claim 2, which is coupled to the port and the output port. さらに前記センサチップのn個のマイクロチャネルにプローブとなる生化学物質を送液する送液装置を有し、前記センサチップは基板に金属薄膜を形成した光学薄膜を有し、前記n個の光学薄膜センサ部は、前記センサチップに前記ポッドを介して前記生化学物質を送液することによって前記光学薄膜上に形成される請求項3記載の生化学測定装置。   Further, the sensor chip has a liquid feeding device for feeding a biochemical substance serving as a probe to n microchannels of the sensor chip, the sensor chip has an optical thin film in which a metal thin film is formed on a substrate, and the n optical channels The biochemical measurement apparatus according to claim 3, wherein the thin film sensor unit is formed on the optical thin film by feeding the biochemical substance to the sensor chip via the pod. 1本の前記投光系光ファイバは複数本の光ファイバからなるバンドルとして構成され、n個の各前記バンドルの先端部がn個の各前記光学薄膜センサ部の上部にそれぞれ配置され、n本の前記受光系光ファイバはそれぞれ1本の光ファイバで構成され、その受光部がn本の各前記バンドルの前記先端部において前記バンドルの中心部に配置されている請求項4記載の生化学測定装置。   Each of the light projecting optical fibers is configured as a bundle composed of a plurality of optical fibers, and the tip of each of the n pieces of bundles is arranged above each of the n pieces of optical thin film sensor units, and n pieces 5. The biochemical measurement according to claim 4, wherein each of the light receiving system optical fibers is composed of one optical fiber, and a light receiving portion thereof is disposed at a central portion of the bundle at the tip of each of the n bundles. apparatus. 前記分光器は、透過回折格子とスペクトル分析方向に配列された多数の受光素子とを有する分光器であって、前記n本の受光系光ファイバは、その径が前記分光器の入光口のスリットの幅かこれよりも小さく、前記スリットの長手に方向に沿って配列され、前記受光素子は、前記n本の受光系光ファイバから入光された光のスペクトル分析光を受光するために前記配列された受光素子の方向には直交する方向に所定の幅を有する請求項4記載の生化学測定装置。   The spectroscope is a spectroscope having a transmission diffraction grating and a large number of light receiving elements arranged in a spectrum analysis direction, and the n light receiving system optical fibers have a diameter at the light entrance of the spectroscope. The width of the slit is smaller than this, and is arranged along the direction of the length of the slit, and the light receiving element receives the spectrum analysis light of light incident from the n light receiving system optical fibers. The biochemical measurement apparatus according to claim 4, wherein the biochemical measurement apparatus has a predetermined width in a direction orthogonal to the direction of the arranged light receiving elements. さらに、前記n本の受光系光ファイバのうちの1本の光ファイバからの受光光を選択して1本の光ファイバに前記受光光を入光してこの1本の光ファイバの出光を前記分光器に入力する受光系ファイバ切換機構を有する請求項4記載の生化学測定装置。   Further, light received from one optical fiber among the n light receiving optical fibers is selected, and the received light is incident on one optical fiber, and the light output from the one optical fiber is changed to the light output from the one optical fiber. The biochemical measurement apparatus according to claim 4, further comprising a light receiving system fiber switching mechanism that inputs to the spectroscope. 前記受光系ファイバ切換機構は、前記n本の受光系光ファイバの出光側の端部を固定する第1のコネクタ部材と前記分光器に入力するための入力側光ファイバの入光側の端部を固定する第2のコネクタ部材とからなる光コネクタを有し、前記第1のコネクタ部材を固定側とし、前記第2のコネクタ部材を可動にして前記n本の受光系光ファイバの1本と前記入力側光ファイバとを選択的に光結合させる請求項7記載の生化学測定装置。   The light receiving system fiber switching mechanism includes: a first connector member that fixes a light output side end of the n light receiving system optical fibers; and a light incident side end of an input side optical fiber that inputs to the spectrometer. An optical connector comprising a second connector member for fixing the first connector member, the first connector member as a fixed side, the second connector member being movable, and one of the n light receiving optical fibers, The biochemical measurement device according to claim 7, wherein the input side optical fiber is selectively optically coupled. 前記受光系ファイバ切換機構は、さらに前記第2のコネクタ部材を移動する1軸移動機構を有し、前記1軸移動機構は、基準位置を有していて、前記第2のコネクタ部材を前記基準位置から移動させて前記光結合をさせる請求項8記載の生化学測定装置。   The light receiving system fiber switching mechanism further includes a uniaxial moving mechanism for moving the second connector member, and the uniaxial moving mechanism has a reference position, and the second connector member is used as the reference member. The biochemical measurement apparatus according to claim 8, wherein the optical coupling is performed by moving from a position. 前記センサチップの基板はシリコン基板であり、前記光学薄膜は、前記シリコン基板の表面に窒化シリコンを成膜して形成され、前記シリコン基板に対して前記n本のマイクロチャネルを有する光透過性のシリコーンゴムからなる対面基板が接着されて前記センサチップが形成される請求項5記載の生化学測定装置。   The sensor chip substrate is a silicon substrate, and the optical thin film is formed by depositing silicon nitride on the surface of the silicon substrate, and has a light-transmitting property having the n microchannels with respect to the silicon substrate. The biochemical measurement apparatus according to claim 5, wherein the sensor chip is formed by bonding a facing substrate made of silicone rubber. n個の各前記光学薄膜センサ部の上部において各前記バンドルの先端部の位置を前記センサチップの各前記光学薄膜センサ部に対して距離調整する調整機構を有し、前記送液装置によりサンプルを希釈するバッファ液が送液されて前記分光器から得られる前記分光された波長についての信号に応じて得られる干渉スペルトルの波形に従って各前記バンドルの先端部の位置が前記調整機構により調整される請求項10記載の生化学測定装置。   An adjustment mechanism that adjusts the distance of the position of the tip of each bundle with respect to each of the optical thin film sensor portions of the sensor chip at the top of each of the n optical thin film sensor portions. The position of the tip of each bundle is adjusted by the adjustment mechanism according to the waveform of the interference spectrum obtained in response to the signal about the spectral wavelength obtained from the spectroscope when the buffer solution to be diluted is sent. Item 10. The biochemical measurement apparatus according to Item 10. さらに前記センサチップの上部に前記入力ポートと前記出力ポートとを有するチップカバーが設けられ、前記チップカバーが前記入力ポートと前記出力ポートとを有し、前記チップカバーが前記センサチップにかぶせられたときに前記入力ポートと出力ポートが両端の前記ポッドにそれぞれ連通する請求項11記載の生化学測定装置。   Further, a chip cover having the input port and the output port is provided on the sensor chip, the chip cover has the input port and the output port, and the chip cover is placed on the sensor chip. 12. The biochemical measurement apparatus according to claim 11, wherein the input port and the output port sometimes communicate with the pods at both ends.
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