(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出セルと、
前記検出セル内を流れる試料の流れに沿う方向に平行になるように光を通過させるレンズと、
前記レンズを収納する、前記レンズと同程度の大きさの直径５μｍ〜１ｍｍのレンズ構造物と、
散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリット構造物と、
を含むラブ・オン・チップのための吸光検出システムであって、
前記検出セル、レンズ構造物及びスリット構造物が前記ラブ・オン・チップと一体形に形成された、ラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項２】
前記レンズは、凸レンズ、凸レンズ及び凹レンズを組み合わせた複合レンズであり、その直径は５μｍ〜１ｍｍである、請求項１に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項３】
前記スリット構造物には、散乱光が吸収可能な物質が満たされる、請求項１に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項４】
前記散乱光が吸収可能な物質は黒インク、有機色素溶液又は無機色素溶液である、請求項３に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項５】
吸光検出のための所定の光源を前記検出セルに近接させ、検出セルからの光を検出器に導き出すための光ファイバ又は光導波管を含んでなる、請求項１ないし４のいずれか１項に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項６】
吸光検出のための光源としてランプ、発光ダイオード及びレーザよりなる群から選ばれたいずれか一つの超小型光源が用いられる、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項７】
前記レンズ構造物及びスリット構造物は、前記検出セルへの照射光を平行光にするためのコリメータを含む、請求項１に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【請求項８】
前記ラブ・オン・チップのための吸光検出システムは、モールディング法、押印法、キャスティング機械加工法及びレーザ加工法のうちいずれか一つの方法により作製される、請求項１に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はラブ・オン・チップのための吸光検出システムに係り、より詳細には、検出感度を高めるために長い光経路を有する検出セルと、該検出セルに光を平行に通過させるためのマイクロレンズ及び散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリットをラブ・オン・チップと同一の物質によりラブ・オン・チップと一体形に作製することにより、ラブ・オン・チップにおける吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
【０００２】
また、本発明は、従来の吸光検出装置の問題点を解決でき、しかも検出感度を１０倍以上高めることのできるプラスチック製のラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
さらに、本発明は、光の照射のために光ファイバを使用可能であることはもとより、液状や固相の導波管あるいは超小型光源（例えば、ランプ、発光ダイオード又はレーザ）をも使用可能なラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
【０００３】
さらにまた、本発明は、検出セルの近傍に超小型レンズ及びスリットよりなるコリメータをさらに設けて、５０μｍ以上の長い光経路を有する検出セルにおいても効率良く吸光検出が行えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
さらにまた、本発明は、光ファイバから発せられる光を集めて平行光にして検出セルに照射するマイクロレンズ及び検出セルを正常に通っていない光又は散乱光が検出器に入ることを防止するスリットを含むコリメータを組み込んで、長い光経路を有する検出セルの検出感度を大幅に高めることのできるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
【０００４】
【従来の技術】
当業者に公知のように、混合物質よりなる試料を分析するために、従来より、毛細管電気移動装置、液体クロマトグラフィ、気体クロマトグラフィなどの種々たる分析装置を用いてきている。特に、毛細管電気移動装置及び液体クロマトグラフィは、分析可能な試料の範囲が広くて検出方法が様々である理由から、多用されてきている。これら装置に使用可能な検出方法としては、吸光検出法、蛍光検出法及び電気化学検出法などがある。中でも、蛍光検出法は検出感度が高いという長所はあるものの、自体蛍光を発する試料があまりないがゆえに、自体蛍光性のない試料には蛍光ラベルを付ける必要があるという短所がある。電気化学検出法もまた、検出感度は高いものの、電荷を帯びているイオン性物質しか検出できないという短所がある。これに対し、吸光検出法は、試料の特性に制限がなく、様々な試料の検出に使用可能であり、しかも、試料にラベルを付ける必要もないことから、現在最も汎用されている。
【０００５】
前記吸光検出法において、吸光度は、下記式１で表わされるビール（Ｌａｍｂｅｒｔ  Ｂｅｅｒ）の法則により、光が試料を通る距離、即ち、光路長に比例する。
【０００６】
【数１】
0003670631.tif 000002
【０００７】
（式中、Ａは吸光度であり、はモル吸光係数（Ｌ／ｍｏｌ・ｃｍ）であり、ｂは光路長（ｃｍ）であり、Ｃはモル濃度（ｍｏｌ／Ｌ）である。）
しかしながら、特に毛細管電気移動装置を用いた吸光検出法の短所は、感度があまり高くないという点である。これは、毛細管電気移動法に用いられる毛細管の内径が５０〜１００μｍに過ぎず、光経路が極めて短いからである。また、毛細管の断面が円形であるがゆえに一部の光のみが毛細管中心を通り、実際の経路長は毛細管の内径よりも短いからである。
【０００８】
毛細管電気移動装置を用いた吸光検出法の検出感度を高めるために、光経路を長くする方法が試みられてきているが、中でも、長方形の毛細管を用いる方法と、Ｕ字状又はＺ字状の検出セルを用いる方法が代表的である。これらの方法では、毛細管の内径を１０倍〜５０倍ほど長くしている。
一方、毛細管電気移動装置に基づくラブ・オン・チップにおいては、ガラス板又はプラスチック板に形成されているチャンネルが１０〜３０μｍと極めて浅いために、毛細管電気移動装置を用いた吸光検出法よりも検出感度が低い。この理由から、検出感度を高めるために、ラブ・オン・チップにＵ字状の検出セルを形成して感度を高めようとする試みがあった。この方法は、検出セルの前方及び後方に光ファイバを設け、これら光ファイバを介して検出セルに光を照射し、且つ、他の光ファイバを介してセルを通った光を集める検出方法である。ここで、前記ラブ・オン・チップについて調べてみれば、下記の通りである。
【０００９】
ラブ・オン・チップは、半導体製作工程に用いられるフォトリソグラフィなどの微細加工技術を用い、ガラス、シリコン又はプラスチックよりなる数ｃｍ2の基板上に各種の装置（試料前処理、反応、試料注入、分離、検出などのための装置）を集積した化学マイクロプロセッサである。これによれば、低いコストでも高速で且つ効率良く化学分析可能である利点がある。
ほとんどのラブ・オン・チップを用いた分析システムは、溶液が入れられているチャンネルの両端に電圧をかけて溶液の流れを誘導する毛細管電気浸透現象を用いて試料を分離して分析する方法に基づく。かかる分析システムは、機械的なポンプやバルブを用いず、単に高電圧だけでラブ・オン・チップに形成されている微細チャンネル内において溶液の移動及び試料の分離が行えることから、既存の分析装置に比べて小さくて安い。さらに、溶液の移動、試料の反応、注入、分離及び検出などの一連の過程が単一のラブ・オン・チップにおいて行える。
【００１０】
しかしながら、このようなラブ・オン・チップを用いた分析システムは、試料及び試薬の消耗量が小さく、しかも分析時間が速いという長所はあるものの、検出方法が蛍光検出法及び電気化学検出法に限られているために様々な試料の分析が困難であるという短所がある。これら短所を補完し且つ応用分野を広めるために、ガラス製の光ファイバを用いた吸光検出装置付きラブ・オン・チップが開発されている。この光ファイバを用いた吸光検出装置においては、照射光のほとんどをＵ字状の検出セルに通過させるために、開口数が小さくてコア直径が狭い単一モード光ファイバを用いる。
【００１１】
光ファイバから発せられる光は所定の角度をもって円錐状に広がる。この時、単一モード光ファイバから発せられる光の直径ｗは下記式２から得られる。
【００１２】
【数２】
0003670631.tif 000003
【００１３】
（式中、ｄは光ファイバのコア直径であり、ＮＡは光ファイバの開口数であり、λは照射光の波長であり、Ｖ＝ｄ×π×ＮＡ／λである。）
このように、従来のラブ・オン・チップにおける吸光検出装置では、コアの直径が３μｍであり、クラッド直径が１２５μｍであり、開口数が０．１である光ファイバを用い、且つ、４８８ｎｍの光がアルゴンイオンレーザから照射される。前記式２より、光ファイバから発せられる光の直径は３．９３μｍとなる。この時、光の広がり角度θは下記式３から得られる。
【００１４】
【数３】
0003670631.tif 000004
【００１５】
（式中、ｎは光が通る媒質（水の場合には１．３３、ガラスの場合には１．５２）の屈折率である。）
この広がり角度をもった光が所定の距離だけ媒質を通る時、この距離における光の直径ｗ’は下記式４により得られる。
【００１６】
【数４】
0003670631.tif 000005
【００１７】
単一モード光ファイバから発せられる光が水により満たされている１５０μｍ長の検出セルを通る時の光の直径は約２７μｍであり、５００μｍ長の検出セルを通る時の光の直径は約８０μｍである。このため、 単一モードの光ファイバを用いて２５μｍの深さ及び５０μｍの広さを有するＵ字状の検出セルを作製するに際しては、照射光のほとんどをＵ字状の検出セルに通過可能にするため、検出セルを１５０μｍ以下に作製しなければならない。その結果、従来のラブ・オン・チップにおける吸光検出装置では、短い検出セルを用いた検出方法に比べて検出感度が約３〜４倍しか増加できなかった。
【００１８】
これに加えて、従来のラブ・オン・チップにおける吸光検出装置はガラス製であるために製作し難く、手間がかかるほか、装置の再現性が落ちる短所があった。さらに、製作された検出セルの断面が円形であるために光の散乱が激しいという短所もあった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出セルと、前記検出セルに光を平行に通過させるレンズを設けるためのレンズ構造物と、散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリット構造物をラブ・オン・チップと同一の物質によりラブ・オン・チップと一体形に製作することにより、ラブ・オン・チップにおける吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供するところにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、従来の吸光検出装置の問題点を解決でき、しかも検出感度を１０倍以上高めることのできるプラスチック製のラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供するところにある。
本発明のさらに他の目的は、光の照射のために光ファイバを使用可能であることはもとより、液状や固相の導波管あるいは超小型光源（例えば、ランプ、発光ダイオード又はレーザ）をも使用可能なラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供するところにある。
【００２１】
本発明のさらに他の目的は、検出セルの近傍に超小型レンズ及びスリットよりなるコリメータをさらに設けて、５０μｍ以上の長い光経路を有する検出セルにおいても効率良く吸光検出が行えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供するところにある。
本発明のさらに他の目的は、光ファイバから発せられる光を集めて平行光にして検出セルに照射するマイクロレンズ及び検出セルを正常に通っていない光又は散乱光が検出器に入ることを防止するスリットを含むコリメータを組み込んで、長い光経路を有する検出セルの検出感度を大幅に高めることのできるラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供するところにある。
【００２２】
本願第１発明は、５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出セルと、前記検出セル内を流れる試料の流れに沿う方向に平行になるように光を通過させるレンズと、前記レンズを収納する、前記レンズと同程度の大きさの直径５μｍ〜１ｍｍのレンズ構造物と、散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリット構造物と、を含むラブ・オン・チップのための吸光検出システムであって、前記検出セル、レンズ構造物及びスリット構造物が前記ラブ・オン・チップと一体形に形成された、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
本願第２発明は、第１発明において、前記レンズは、凸レンズ、凸レンズ及び凹レンズを組み合わせた複合レンズであり、その直径は５μｍ〜１ｍｍである、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
本願第３発明は、第１発明において、前記スリット構造物には、散乱光が吸収可能な物質が満たされる、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
本願第４発明は、第３発明において、前記散乱光が吸収可能な物質は黒インク、有機色素溶液又は無機色素溶液である、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
【００２３】
本願第５発明は、第１乃至第４発明において、吸光検出のための所定の光源を前記検出セルに近接させ、検出セルからの光を検出器に導き出すための光ファイバ又は光導波管を含んでなる、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
本願第６発明は、第１乃至第４において、吸光検出のための光源としてランプ、発光ダイオード及びレーザよりなる群から選ばれたいずれか一つの超小型光源が用いられる、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
本願第７発明は、第１発明において、前記レンズ構造物及びスリット構造物は、前記検出セルへの照射光を平行光にするためのコリメータを含む、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
本願第８発明は、第１発明において、前記ラブ・オン・チップのための吸光検出システムは、モールディング法、押印法、キャスティング機械加工法及びレーザ加工法のうちいずれか一つの方法により作製される、ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき、本発明の望ましい実施形態によるラブ・オン・チップのための吸光検出システムを詳細に説明する。本発明を説明するに当たって、関連する公知技術又は構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする恐れがあると判断される場合には、その詳細な説明は省かれる。そして、後述する用語は本発明における機能を考慮して定義されたものであって、使用者、運用者の意図や慣例などによって変わる場合がある。従って、その定義はこの明細書の全体に亘っての内容に基づきなされるべきである。
【００２５】
先ず、図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、本発明によるラブ・オン・チップのための吸光検出システムにおいて、図１Ａの部材番号１００はコリメータ付き高性能吸光検出システムが組み込まれているラブ・オン・チップであり、図１Ｂの部材番号１００’は本発明の他の実施形態によるコリメータ付きでない吸光検出システムが組み込まれているラブ・オン・チップである。この明細書において、前記コリメータは後述するレンズ２５及びスリット（チャンネルとも呼ぶ、図２の１９）を含むものと定義される。このコリメータはその名称から明らかなように、光を平行光にして検出セル１に照射するためのものである。この明細書において、コリメータとは、上述の如く、レンズ及びスリットの組み合わせであるために、以下、コリメータは部材番号無しに用いられる。
【００２６】
図１中、部材番号１３は分析したい試料を入れる試料容器であり、１４は緩衝溶液容器であり、１５は試料排出容器であり、１６は緩衝溶液排出容器である。１７はスリット充填用インクを入れる容器である。１８は試料の分離のための分離チャンネルであり、５μｍ〜１ｍｍの広さを有する。このチャンネルの広さは前述の範囲内で応用分野に応じて決まる。
図１Ａ及び図１Ｂに示されたラブ・オン・チップのための吸光検出システム１００，１００’において、検出セル１は各々同じ長さの長い光経路を有する。この時、この光路長は５０μｍ〜５ｍｍであり、応用分野に応じて決まる。検出セル１は分離チャンネル１８につながっている。
【００２７】
光ファイバチャンネル２０の端部の近傍に置かれる部材２５は、５μｍ〜１ｍｍの直径を有する超小型レンズであり、光の拡散及び集中性質を防止して、光を平行に進むようにする。この時、この超小型レンズとしては凸レンズ、あるいは凸レンズ及び凹レンズの複合レンズ又はグラディアントインデックスレンズが用いられる。この時、凹レンズは光の集中を防止するために有効であり、凸レンズは光の拡散を防止するのに有効である。また、凹レンズと凸レンズの組合せやグラディアントインデックスレンズは前記の２種類の光の性質を適切に防止するのに有効である。
【００２８】
この明細書中に用いられる構成部材の名称において、例えば“光ファイバチャンネル”、“スリットチャンネル”のように“チャンネル”が付いている構成部材は、該当構成部材、即ち“光ファイバ”、“スリット”が設けられたり、あるいは構造物として形成される所を言う。この明細書においては、例えば“光ファイバチャンネル”、“スリットチャンネル”は各々“光ファイバ”、“スリット”と同じである。
部材番号１９は、散乱光が検出セルに入ることを防止するためのスリット（チャンネル）であり、ここには散乱光が吸収可能な物質、例えば黒インク、有機色素溶液、無機色素溶液などが満たされている。部材番号２０は、検出セル１に光を照射するための入射用光ファイバチャンネルであり、５μｍ〜１ｍｍの広さを有する。部材番号２１は、検出セル１を通った光を集めて検出器（図５参照）に送るための集光用光ファイバチャンネルである。通常、光ファイバチャンネル２０，２１の入口は広く形成するが、その理由は、広い入口を介しての光ファイバまたは光導波管の挿入を容易にするためである。光ファイバまたは光導波管は、所謂光を案内するガイドの役割を果たし、これらを用いることで光の照射を効率よく行うことができる。
【００２９】
図２ないし図４に基づき、図１Ａ及び図１Ｂに示されたラブ・オン・チップのための吸光検出システム１００、１００’の製作過程について説明すれば、下記の通りである。
吸光検出のためのラブ・オン・チップ１００は、光ファイバコアの中心を検出セル（図１の１）の中央に位置づけ、検出セル１の前方及び後方に３次元のスリット１９を形成するために３枚のフォトマスクを用いて３層構造に製作される。
図２は、吸光検出のためのラブ・オン・チップ１００の各部分の拡大図である。
【００３０】
図２を参照すれば、ラブ・オン・チップの上層板３０には５μｍ〜１ｍｍの深さを有する光ファイバチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成されている。また、中間板４０は５μｍ〜１ｍｍと薄く、この中間板４０を貫通して分離チャンネル１８、光ファイバチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成されている。さらにまた、入射用光ファイバチャンネル２０の端部にはレンズ、好ましくは、超小型凸レンズ２５が付いている。
そして、下層板５０には上層板３０と同様に、５μｍ〜１ｍｍの光ファイバチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成される。この時、上層板３０及び下層板５０各々のスリットチャンネル１９は、検出セル１のチャンネルの広さよりも５倍〜１０倍ほど長くし、中間板４０のスリットチャンネル１９は検出セル１のチャンネル幅だけ隔たってチャンネルの左右にスリットがある構造となる。
【００３１】
前記ラブ・オン・チップの上層板３０、中間板４０及び下層板５０はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリスチレン（ＰＳ）よりなる群から選ばれるいずれか一種のプラスチック物質により形成可能である。これら上層板３０、中間板４０及び下層板５０に微細チャンネル及び構造物を形成する方法としては、鋳型に鋳型物を仕込んだ後に硬化させるモールディング手法、平らな基板を熱い鋳型により押さえるホットエンボシング手法、あるいは機械的な手段又は光源や熱源を用いる押印法、機械加工法、レーザ加工法などが用いられる。これらの方法により構造物を形成することにより、最も効率よく生産性を向上させて製造することができる。
【００３２】
ＰＤＭＳを用い、モールディング手法により前記上層板３０、中間板４０及び下層板５０を製作する方法を例にとって調べてみれば、下記の通りである。
以下、図３に基づき、上層板３０及び下層板５０の製作工程について述べる。先ず、シリコンウェーハ１０２上にＳＵ−８ネガティブ型フォトレジスト１０１を約５μｍ〜１ｍｍの厚みに塗布し、その上にパターニングされたフォトマスク１０３を置いた後に紫外線を用いて露光する。露光されたＳＵ−８フォトレジスト１０１を現像液に浸漬して現像を行えば、所望のパターンを有する約４０〜２５０μｍの高さの陽刻枠１０４がシリコンウェーハ上に形成される。この陽刻枠１０４にＰＤＭＳ１０５を注いで架橋結合させた後に取り外せば、陰刻パターンを有するＰＤＭＳ製ラブ・オン・チップの上層板３０ａ及び下層板５０ａが各々得られる。
【００３３】
次に、図４に基づき、ラブ・オン・チップ１００の中間板４０を製作してこの中間板４０を上層板３０及び下層板５０と貼り合わせる工程について述べる。
図３の方法と同様に、シリコンウェーハ１０２上にＳＵ−８ネガティブ型フォトレジスト１０１を５μｍ〜１ｍｍの厚みに塗布し、その上にパターニングされたフォトマスク１０３ａを置いた後に紫外線を用いて露光する。露光されたフォトレジスト１０１を現像し、５μｍ〜１ｍｍの高さを有する陽刻枠１０４ａをシリコンウェーハ１０２上に形成する。この陽刻枠１０４ａに少量のＰＤＭＳ １０５ａを注ぎ、パターニングされていないＰＤＭＳ製板１０７を覆って陽刻枠１０４ａの上部及びＰＤＭＳ板１０７が完全に密着されるように押圧し、架橋結合させてＰＤＭＳ製の薄膜を製作する。この時、パターニングされていないＰＤＭＳ板１０７は予めテスラコイル（図示せず）を用いて形成したアーク放電により表面処理を行い、シラン化反応により表面をコーティングして架橋結合されたＰＤＭＳ製の中間板４０から取り外し易くする。
【００３４】
中間板４０及びパターニングされていないＰＤＭＳ板１０７をシリコンウェーハ１０２から取り外し、中間板４０及び既製の上層板３０をテスラコイルにより表面処理した後にパターンを合わせて貼り合わせる。この時、テスラコイルによるＰＤＭＳ板の表面処理を通じての貼り合わせはＰＤＭＳ板だけではなく、ガラス板、シリコンウェーハにも適用可能であるということは当業者にとって自明である。よって、検出セルとレンズ構造物及びスリット構造物をラブ・オン・チップとは異なる物質であるガラス板、シリコンウェーハにより作成し、ＰＤＭＳから作成されたラブ・オン・チップに組み合わせることもできる。この時、検出セルとレンズ及びスリットを、ラブ・オン・チップとは異なる物質から別途に作製してラブ・オン・チップに組み込むことにより、ラブ・オン・チップ作成の自由度が生まれ、吸光検出の高効率、高感度を達成することもできる。
【００３５】
貼り合わせられた板からパターニングされていないＰＤＭＳ板１０７を取り外し、図１に示されたように、溶液が入れられる容器挿入用穴を開ける。また、中間板４０の他方の面及び下層板５０を表面処理してパターンを合わせて貼り合わせれば、検出セル１、レンズ、スリットと３層構造のＰＤＭＳ製のラブ・オン・チップ１００とが一体に完成される。
前記ＰＤＭＳ製のラブ・オン・チップ１００の各容器挿入用穴には２００μｌ体積のピペットチップを適当な大きさに切って嵌め込む。そして、光を検出セル１に照射するために、コア直径が１μｍ〜１ｍｍであり、クラッド直径が２μｍ〜２ｍｍである光ファイバ２０９（図５参照）を入射用光ファイバチャンネル２０（図１参照）に挿入し、検出セル１を通った光を集めて検出器２１１（図５参照）に送るためにコア直径が１μｍ〜１ｍｍであり、クラッド直径が２μｍ〜２ｍｍである光ファイバ２１０を集光用光ファイバチャンネルに挿入する。この時、コリメータ付き検出セル１（図１Ａ参照）の場合には超小型凸レンズ２５（図２参照）の焦点距離に光ファイバを位置づけなければ、平行光線が得られない。最後に、スリット充填用インク容器１７に散乱光が吸収可能な物質、例えば、黒インク、有機色素溶液、無機色素溶液などを入れ、スリットチャンネル１９を満たす。
【００３６】
図５に基づき、本発明によるラブ・オン・チップのための吸光検出システムの構成及び作用について説明すれば、下記の通りである。
図５は、本発明の一実施の形態によるラブ・オン・チップ１００，１００’のための試料分離及び吸光検出システムを示すものである。ラブ・オン・チップ１００，１００’における試料の移動、試料の注入及び分離は電気浸透流れを用いて行われるが、このためには、高電圧供給装置２０１、電圧分配器２０２及び高電圧リレイ２０３が用いられる。試料の注入は開閉式注入方法により行われ、この時、各容器１３ないし１５にかかる電圧は電圧分配器２０２により調節する。試料の注入に先立って、試料容器１３に０．１〜１０ｋＶの電圧を、緩衝溶液容器１４には試料容器１３にかかる電圧の０．３〜０．９倍の電圧を、試料排出容器１５には試料容器電圧の０〜０．９倍の電圧を、そして緩衝溶液排出容器１６には０Ｖの電圧をかける。
【００３７】
試料の注入に際しては、緩衝溶液容器１４にかける電圧を高電圧リレイ２０３を用いて所定時間（０．０１秒〜１００秒間）切ってから接続し直す。注入された試料は分離チャンネル１８を通りつつ分離される。この時、試料の検出方法には、重水素ランプ、水銀ランプ、タングステンランプ、キセノンランプなどの紫外線ランプや発光ダイオード、種々なるレーザから発せられる光または超小型光源及び光ファイバを用いた吸光検出法を用いる。このような超小型光源は、光源を吸光検出セルに近接して位置させることができ、光の照射を効率よく行うことができる。本発明の一実施の形態においては、アルゴンイオンレーザ２０８から発せられる４８８ｎｍの光を光源として用いる。この光を入射用光ファイバ２０９を介して検出セル１に送り、検出セル１を通った光はさらに集光用光ファイバ２１０により集めて検出器２１１を用いて光の強度を測定する。コンピュータ２１２は高電圧供給装置２０１の電圧及び高電圧リレイ２０３を制御し、検出器２１１からの信号を記録且つ貯蔵するために用いられる。
【００３８】
図６ないし図９に基づき、吸光検出セルにおける光の経路を比較すれば、下記の通りである。この図面では、図面の特性上、部材番号を他の図面の番号とは異にした。即ち、図６及び図７中では検出セルを部材番号１に、入射用光ファイバを部材番号２に、集光用光ファイバを部材番号３にし、図８中では検出セルを部材番号１に、入射用光ファイバを部材番号２に、超小型凸レンズを部材番号３に、スリットを部材番号４にし、図９中ではスリットを部材番号１に、検出セルを部材番号２にした。
【００３９】
図２ないし図４に従い製作されたラブ・オン・チップのための吸光検出システム１００、１００’において、光ファイバから発せられた光の検出セル内における広がり度を電荷結合素子写真機により測定し、その結果を図６ないし図９に示す。図６は、光を照射する前のコリメータのない検出セル１の写真である。検出セル１の左右の光ファイバチャンネル２０（図１及び図２参照）にはコア直径が３μｍである照射用（入射用）光ファイバ２及びコア直径が５０μｍである集光用光ファイバ３が光ファイバチャンネルに挿通される。図７は、試料の注入時間を長くして検出セル１に蛍光物質であるフルオロセインを完全に満たし、入射用光ファイバ２を介して発せられるアルゴンイオンレーザの光を検出セル１に通過させる時に生じる蛍光を撮った写真である。図７から明らかなように、コリメータがない時には検出セル１内のほぼ全体に亘って蛍光が生じ、その結果、ほとんどの光が検出セル１を完全に通り難い。
【００４０】
図８は、コリメータ付き検出セル１に蛍光物質を満たした時、照射用（入射用）光ファイバ２を介して発せられる光が超小型凸レンズ３を通って検出セル１の内部を平行に進むことを撮った写真である。この時、光ファイバ２がレンズ３の焦点距離に位置しなければ、平行光線が得られない。黒インクが満たされているスリット４は散乱光を遮る役割をする。図９は、３次元構造のスリット１により取り囲まれた検出セル２の断面を撮った写真である。
図１０に基づき、検出セルの吸光効率の測定結果について調べてみれば、下記の通りである。
【００４１】
コリメータ付き検出セル１及びコリメータのない検出セル１’の吸光効率を比較測定するために、試料の注入時間を長くして検出セルに５ｐｐｍ〜１５００ｐｐｍ濃度のニューコクシン溶液をすっかり満たし、光ファイバを介して光を照射した後にセルを通った光の強度を検出器により測定した。
溶液の吸光度は下記数５から得られる。
【００４２】
【数５】
0003670631.tif 000006
【００４３】
ここで、I0は検出セルに試料を注入しなかった時の検出器２１１からの信号の強度であり、Ｉは試料を注入した時の信号の強度である。これより、溶液の濃度が高まるほどＩ値が小さくなるために、吸光度は溶液の濃度が高まるほど上がることが分かる。ビールの法則によれば吸光度は濃度に比例するので、試料の濃度に対する吸光度の変化は直線として現れることが理想的である。従って、これは一次関数で表わせる。しかし、入射光の一部が正常に検出セルを通っていないか、あるいは検出器２１１に散乱光が入る場合には直線の濃度範囲が減り、一次関数の傾斜は小さくなる。
【００４４】
図１０は、コリメータ付き検出セル１及びコリメータのない検出セル１’を用い、 濃度による吸光度の変化を測定して示すグラフである。このグラフから明らかなように、コリメータ付き検出セル１を用いた場合にはグラフが略１５００ｐｐｍまで直線として現れるのに対し、コリメータのない検出セル１’を用いた場合には直線のグラフが約５００ｐｐｍまでしか現れない。また、（１）のグラフの傾斜が（１’）のグラフのそれよりも大きいことから、検出セル１の検出効果がより高いことが分かる。このことから、コリメータ付き検出セル１はコリメータのない検出セル１’に比べて吸光効率に一層優れており、散乱光による効率の低下が見られないことが分かる。
【００４５】
図１１に基づき、検出セルの感度測定の比較結果について調べてみれば、下記の通りである。
図１１は、光路長が５０μｍである検出セル１１’及び光路長が５００μｍであるコリメータ付き検出セル１１における試料分離の結果を示すものである。この時、試料としてはフルオロセイン（１０μＭ）、オレンジII（５０ｐｐｍ）、ニューコクシン（５０ｐｐｍ）の混合溶液が用いられ、試料の注入時間は０．５秒である。この図から明らかなように、コリメータ付き検出セル１１における各ピークの感度は５０μｍの検出セル１１’に比べて約１０倍高まっている。従って、検出限界も５０μｍの光路長の検出セル１１’の場合の１０〜３０ｐｐｍからコリメータ付き検出セル１１の場合の１〜３ｐｐｍへと大幅に向上されることが分かる。また、検出セルが長くなっても分離効率の低下はほとんど見られなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムは、試料の特性に制限がなく、種々なる試料の検出に用いることができる。さらに、試料にラベルを付ける必要がないため、従来に比べて手間及びコストがかからない。なおかつ、吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行える。
さらに、本発明は、ラブ・オン・チップのための様々な研究分野、例えば、組み合わせ化学を用いて各種の物質を同時に合成且つ検索しなければならない新薬探索分野、酵素や蛋白質、アミノ酸などの微量の生理活性物質を取り扱う生命科学分野、汚染物質の迅速な現場探知が必要な環境研究分野などにおいて、試料検出のための反応無しに各種の物質の検出に幅広く利用可能である。
【００４７】
さらにまた、本発明は、既存の吸光検出システムに比べて検出感度にはるかに優れていることから、微量物質の検出に有用である。
以上、本発明の望ましい実施の形態について詳細に説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明が属する技術分野において当業者であれば、請求範囲に定義された本発明の思想を免脱しない範囲内で各種の変形が可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムの平面図（１）。
【図１Ｂ】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムの平面図（２）。
【図２】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムの各層の分解拡大斜視図。
【図３】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムの上層板及び下層板の製作工程図。
【図４】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムの中間板の製作工程図及び貼り合わせ工程図。
【図５】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検出システムの構成図。
【図６】本発明に係るコリメータのない検出セルの例示図。
【図７】本発明に係るコリメータのない検出セルにおける光経路図。
【図８】本発明に係るコリメータ付き検出セルにおける平行進行光の経路図。
【図９】本発明に係るコリメータ付き吸光検出セルにおけるスリット及び検出セルの断面図。
【図１０】本発明に係る検出セルの吸光効率を測定して示すグラフ。
【図１１】本発明に係る検出セルの吸光感度を測定して示すグラフ。
【符号の説明】
１      検出セル
１３    試料容器
１４    緩衝溶液容器
１８    分離チャンネル
１９    スリットチャンネル
２０    光ファイバチャンネル
２５    レンズ
３０    上層板
４０    中間板
５０    下層板
１００    コリメータ付きラブ・オン・チップのための吸光検出システム
１００’  コリメータのないラブ・オン・チップのための吸光検出システム
２０１    高電圧供給装置
２０９    入射用光ファイバ
２１０    集光用光ファイバ
２１１    検出器
【図１Ａ】
0003670631.tif 000007
【図１Ｂ】
0003670631.tif 000008
【図２】
0003670631.tif 000009
【図３】
0003670631.tif 000010
【図４】
0003670631.tif 000011
【図５】
0003670631.tif 000012
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003670631.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
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