(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料ウェルを配置した容器状部材と、
該容器状部材に配置された前記試料ウェルを電磁波エネルギーによって加熱する輻射源と、
前記輻射源と前記容器状部材との間に設けられ、前記輻射源から輻射された前記電磁波エネルギーによる前記試料ウェルの加熱を制御する電気的シャッターとを備えることを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
前記試料ウェルは前記容器状部材に複数配置され、前記電気的シャッターは、前記複数の各試料ウェルの加熱を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項３】
試料ウェルを配置した容器状部材と、
該容器状部材に配置された前記試料ウェルを光エネルギーによって加熱する光源と、
前記光源と前記容器部材との間に設けられ、前記光源からの光を反射させてその光路を変更するミラーとを備え、
前記試料ウェルに投射される前記光源からの光を前記ミラーによって制御することを特徴とする化学分析装置。
【請求項４】
前記試料ウェルは前記容器状部材に複数配置され、前記ミラーは、前記複数の各試料ウェルに対応して複数備えられることを特徴とする請求項３に記載の化学分析装置。
【請求項５】
前記容器状部材に配置された前記複数の試料ウェルは、個々に断熱されていることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の化学分析装置。
【請求項６】
前記容器状部材と前記電気的シャッターとの間において前記容器状部材に隣接して設けられ、前記容器状部材に配置された前記試料ウェルに対応した光学窓が形成されたコールドプレートを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の化学分析装置。
【請求項７】
前記容器状部材は、光学的に不透明であり、前記光学窓は、前記光源からの光の波長に対して透明であることを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項８】
前記輻射源は、レーザ光源であり、このレーザ光源と前記電気的シャッターとの間に、前記レーザ光源からのレーザ光を前記電気的シャッターに均一に当たるようにするレンズを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学分析装置。
【請求項９】
前記試料ウェルの温度を個別に計測する温度計測部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の化学分析装置。
【請求項１０】
容器状部材に配置された複数の試料ウェルの温度を計測するステップと、
前記計測された温度が目標温度より高いか否かを判断するステップと、
前記計測された温度が前記目標温度より高い場合、前記試料ウェルを加熱するために輻射された電磁波エネルギーの路を閉じ、前記計測された温度が前記目標温度より低い場合、前記路を開くステップとを備えることを特徴とする分析方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学・生化学関連装置の微小化・集積化技術に係り、特にマイクロリアクタ（化学分析装置）の構造、分析方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、μ−ＴＡＳ（Micro Total Analysis System）と呼ばれる数ｃｍ角程度のガラスやシリコン等のチップ上に送液、混合、反応、分析等の機能部を集積化した化学・生化学分析統合システムが提案されている。図１８はμ−ＴＡＳの従来例の一つを示している。図１８に示すように、μ−ＴＡＳは、ガラスのチップ８０内に試料流路５１が形成され、試料流路５１内で試料（試薬）の混合、反応、検出等を行うことにより、創薬や医療診断の予備実験等を行う。試料注入部６２より試料を注入すると、試料は試料流路５１を通り混合部６１ａで混合される。そして、反応部６１ｂで試料の化学反応が起こり、分離部６１ｃで反応後の試料の分離が行われる。反応後の試料は検出部６１ｄで検出され、不要な試料は廃液部６０で回収される。μ−ＴＡＳは、これまでの分析統合システムに比べてサンプルや試料の量を大幅に減らすことができるため、スループットの時間短縮や廃液の減少が期待される。
【０００３】
又、微量な核酸（ＤＮＡ）を効率的に増幅する方法として知られているＰＣＲ法（米国特許第4,683,202号明細書参照）は、例えば、９５℃前後でＤＮＡを解離させる工程、５５℃前後でアニーリングする工程、および約７０℃前後で複製を行う工程を含むサイクルを繰り返す。図１９は、ＰＣＲ法を自動的に行う装置である核酸増幅器の従来例の一つを示している。図１９では、試料を含む反応管８１を金属ブロック（アルミなど）８２に設けられたウェル１０ｂに挿入し、ヒータ１５と冷却器８３により金属ブロック８２を温度変化させ、反応管８１の温度を制御し反応管８１内の反応を行わせる。温度を変化させるものとして、ペルチェ素子のようなヒートポンプ等を用いても構わない。更に、核酸増幅器等の装置機能をマイクロチップのような微小空間内に作りこみ、より複雑な複数の化学反応、創薬などを一度に行うことのできるマイクロリアクタ（化学分析装置）が提案されている。例えば、「”ＰＣＲのためのマイクロリアクターの開発” in T. IEE Japan Vol.119-E, No.10, '99 pp.448-453」において、ＰＣＲ法にマイクロリアクタを利用することが説明されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記で説明したμ−ＴＡＳは、創薬や医療診断の場で用いる際、汚染や誤判断を防ぐために使い捨てであることが望ましい。又、μ−ＴＡＳに、マイクロヒータのような発熱部、送液におけるバルブやポンプなどを作りこむことは今後必要になると思われる。しかし、発熱部、バルブ等を含めた複雑な構造のμ−ＴＡＳを使い捨てにすることはコストの増大という点から困難であった。又、μ−ＴＡＳ内に発熱部、バルブ等を作りこむと、その他の用途へμ−ＴＡＳを使用することができなくなるという問題があった。
【０００５】
又、遺伝子診断などにおいて多数の病原菌を解析するためには、一度に多数のサンプルに対して異なる温度・反応制御を加えることのできる核酸増幅器の開発が今後不可欠である。しかし、これを行うには、現在の装置を集積化もしくはチップ化する必要があると同時に、使い捨てにすることが必要となる。しかし、集積化した場合には特に個別温度制御が難しくこれが開発の障害となっていた。又、使い捨てにするためにはμ−ＴＡＳと同様に、ランニングコストの増大という問題があった。
【０００６】
以上のような機能を盛り込んだマイクロリアクタ（化学分析装置）では更に複雑な機能をチップ内に盛り込むことになるため、使い捨てに伴うランニングコストの増大やチップの多目的用途への適用、あるいはチップ内のウェルの個別温度制御が困難になることは明らかである。
【０００７】
上記の問題を鑑み、本発明は、複雑な化学反応などを行うことができ、ランニングコストの低減や用途の多目的化に寄与することのできるマイクロリアクタ（化学分析装置）を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の実施の形態に係る特徴は、化学分析装置において、試料ウェルを配置した容器状部材と、該容器状部材に配置された前記試料ウェルを電磁波エネルギーによって加熱する輻射源と、輻射源と容器状部材との間に設けられ、輻射源から輻射された電磁波エネルギーによる試料ウェルの加熱を制御する電気的シャッターとを備えることである。
【０００９】
また本発明の実施の形態に係る特徴は、化学分析装置において、試料ウェルを配置した容器状部材と、該容器状部材に配置された試料ウェルを光エネルギーによって加熱する光源と、光源と前記容器部材との間に設けられ、光源からの光を反射させてその光路を変更するミラーとを備え、試料ウェルに投射される光源からの光をミラーによって制御することである。
【００１０】
また本発明の実施の形態に係る特徴は、分析方法において、容器状部材に配置された複数の試料ウェルの温度を計測するステップと、計測された温度が目標温度より高いか否かを判断するステップと、計測された温度が目標温度より高い場合、試料ウェルを加熱するために輻射された電磁波エネルギーの路を閉じ、計測された温度が目標温度より低い場合、路を開くステップとを備えることである。
【００２５】
非接触で加熱をする際に用いられる光源としては、可視光、赤外線、レーザ、電磁波などが挙げられる。この場合、光源と試料の間に電気的シャッターが配置され、電気的シャッターの開閉によって個々の試料の加熱を制御することが可能となる。又、光源が可視光の場合には、電気的シャッターではなく、マイクロミラーアレイ（光半導体）を利用し、個々の試料を加熱しても良い。
【００２６】
又、化学分析装置の試料の上部又は近傍あるいはベース内に、熱電対、感温液晶、黒体などを設置し、試料毎に温度の計測を行い、温度制御を行っても良い。
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２７】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態において、化学分析装置（マイクロリアクタ）を、核酸増幅器として使用した例を説明する。第１の実施の形態に係る化学分析装置（核酸増幅器）は、図１（ａ）に示すように、試料を入れる容器として使用される試料ウェル９を複数配置した容器状部材１２と、容器状部材１２の試料を注入する面を覆うカバー部材１１と、試料ウェル９の底部を着脱可能に保持するべース側ウェル１０、ベース側ウェル１０毎に個別に加熱することが可能な発熱部３５を有するベース１４とから少なくとも構成される。容器状部材１２は、１０〜５０μｍの厚さのポリプロピレン等の化学反応に強い樹脂から作られる。カバー部材１１は樹脂等の材質からなり、容器状部材１２と接着剤２５で接着されている。ベース１４は、熱伝導率の低い材質からなる。例えば、ガラスエポキシ樹脂、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂、金属等からなる。ここで金属は熱伝導率の低いものに限られる。ベース１４は、容器状部材１２を配置するためのベース側ウェル１０とベース側ウェル１０毎にそれぞれ備えられた発熱部３５を備えている。発熱部３５としては、ニクロム線などの電気抵抗の高い金属線からなる電熱ヒータが考えられる。ベース側ウェル１０下部に外面接触してそれぞれ熱電対（図示せず）が温度センサとして設けられており、発熱部（ヒータ）３５と熱電対は、制御装置（図示せず）に接続されている。制御装置は熱電対からの測定結果が入力され、この入力値に基づいて発熱部（ヒータ）３５に通電される電流値となる信号を生成し、発熱部（ヒータ）３５にこの信号を出力している。発熱部３５としては、各ベース側ウェル１０の形状に成型されたカーボンフィルム等の光学的吸収体を備え、この光学的吸収体をハロゲンランプ（赤外線ランプ）、レーザ等により光学的に加熱しても良い。あるいは、赤外線ランプで直接試料ウェル９を加熱するようにしても良い。更に、各ベース側ウェル１０に発熱部３５としてＲＦコイルを備えて、ＲＦコイルを高周波電力で加熱するＲＦ誘導加熱方式を用いても良く、各試料ウェル９を収納する金属膜等の電磁波吸収体を発熱部３５として、これに５０ＭＨｚ〜2.5ＧＨｚの高周波の電磁波を照射する方法を用いても良い。ベース側ウェル１０が互いに断熱されれば、個々の発熱部３５の温度を制御することにより、あるいは各ベース側ウェル１０に個別に光エネルギーを与えることにより、ベース側ウェル１０を個別に加熱することができる。
【００２８】
図１（ｂ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置（核酸増幅器）をカバー部材１１を外した状態で上から見た図である。化学分析装置（核酸増幅器）の長さＬ１は、例えば１０〜３０ｍｍであり、試料ウェル９の直径ｄは１μｍ〜５ｍｍが好ましい。５ｍｍ以上の直径としても良いが、集積密度が低下し、マイクロリアクタとしての機能が薄くなる。加工技術が許せば、１μｍ以下の直径ｄも可能であるが、混合、反応、分析を行う上での操作性や分析感度の点から現実的ではない。従って、マイクロリアクタとしての集積密度、分析感度や製造の容易性を考慮すれば２０μｍ〜１ｍｍ程度にすれば良い。より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度とすれば集積密度を高く保ち、かつ操作性も良い。
【００２９】
第１の実施の形態に係る化学分析装置（核酸増幅器）は、図１（ａ）に示すように、試料を入れるフィルムで作られた容器状部材１２とベース１４が分離可能な構成になっている。このため、試料を入れる容器状部材１２は使い捨て可能となり、製作コストのかかるベース１４や発熱部３５は繰り返し使うことができるとともに、ベース１４等の用途の多目的化に寄与することができる。
【００３０】
第１の実施の形態に係る化学分析装置（核酸増幅器）の構造の変形例を図２に示す。図２（ａ）は化学分析装置（核酸増幅器）の一部の詳細を示す分解断面図、図２（ｂ）はそれらの部品を組み立てた断面図である。
【００３１】
図２に示す化学分析装置（核酸増幅器）は、試料ウェル９を複数配置した容器状部材１２と、容器状部材の試料を注入する面を覆うカバー部材１１と、容器状部材１２に隣接し、容器状部材１２から分離可能で試料ウェル９の底部を着脱可能にはめ込む貫通孔３０を有するベース１４と、貫通孔３０に隣接して選択的に配置された伝熱部材３３と、伝熱部材３３に隣接した絶縁部材３４と、絶縁部材３４に隣接し、貫通孔３０を加熱するために選択的に配置された発熱部３５と、発熱部３５に隣接したコールドプレート用伝熱部材３６と、コールドプレート用伝熱部材３６に隣接したコールドプレート３７とから少なくとも構成される。
【００３２】
カバー部材１１は、１０〜５０μｍの厚さのポリプロピレン等の化学反応に強い樹脂から作られた容器状部材１２に接着されている。ベース１４に作られた貫通孔３０の中に試料５０の入った容器状部材１２がはめ込まれる。ベース１４の厚さＬ１２は、０．１〜１．０ｍｍで、貫通孔の内半径ｒ２は、２５０μｍ程度である。貫通孔３０の内壁は金属薄膜３１で覆われている。この金属薄膜３１の厚さＬ２２は、約２５μｍである。金属薄膜３１は、貫通孔３０の下部でフランジ形状のランドを形成し、ランドの外半径ｒ３は５００μｍである。又、金属薄膜３１と容器状部材１２の間はシリコンオイル、熱伝導性グリースなどによって接触熱抵抗を軽減している。貫通孔３０の下部には、ランドとほぼ同一の外径のはんだ等の結合部材３２を介して、熱伝導性の高い銅などからなる伝熱部材３３がコーティングもしくははめ込まれている。結合部材３２の厚さＬ１３、伝熱部材３３の厚さＬ１４は、それぞれ数１０μｍである。結局、結合部材３２及び伝熱部材３３もランドと実質的に同一の外半径ｒ３＝５００μｍであり、直径にすれば１ｍｍとなる。発熱部３５と伝熱部材３３の間には絶縁部材３４がはめ込まれている。第１の実施の形態に係る化学分析装置（核酸増幅器）で、発熱部３５をヒータとすると、伝熱部材３３へ熱を伝えるために厚みの小さなポリイミドのような絶縁部材３４を介することが必要である。絶縁部材の厚さＬ１５は、数１０μｍである。発熱部３５への電力供給は絶縁部材３４の上面と下面を利用した銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属薄膜を用いた２層配線を用いて、各発熱部３５へマトリクス状に供給される。この２層配線は半導体集積回路に用いられているフォトリソグラフィー技術又はスクリーン印刷の技術で簡単に形成できる。又、発熱部３５はその下部にあるコールドプレート３７に厚さＬ１６＝数１００μｍのコールドプレート用伝熱部材３６を介して熱的に接続しているため、発熱部（ヒータ）３５の電源を切れば容器状部材１２の熱がコールドプレート３７へ逃される。コールドプレート３７は、常時例えば５０℃程度の一定温度に保たれている。あるいは試料５０がＤＮＡ以外の場合であれば、電子冷却等により室温以下の１０℃程度の一定温度に保つようにしても良い。
【００３３】
この化学分析装置（核酸増幅器）では、容器状部材１２、貫通孔内壁の金属薄膜３１、伝熱部材３３、発熱部３５、コールドプレート用伝熱部材３６、コールドプレート３７が熱的に連通しているため、コールドプレート３７の温度が決まれば、発熱部３５のオンオフによって、容器状部材１２のコールドプレート温度以上の温度制御が可能である。又、この化学分析装置（核酸増幅器）では、個々の貫通孔３０が樹脂や空気などによって互いに断熱されているため個々の熱制御が可能である。
【００３４】
又、容器状部材１２だけをベース１４から取り外し、使い捨てにすることができるため、汚染や誤判断等を防ぐことが可能である。製作コストのかかる発熱部３５、コールドプレート３７等の部品は繰り返し使用することができるため、ランニングコストの低減にもつながるとともに、ベース１４等の用途の多目的化に寄与することができる。
【００３５】
次に、第１の実施の形態に係る化学分析装置（核酸増幅器）を用いて、ＤＮＡを増幅する方法を図３〜図８を用いて説明する。
【００３６】
（イ）まず、図３（ａ）に示すように、フィルム５を成型用凸型２０と成型用凹型２１の間に配置する。この成型用凸型２０と成型用凹型２１は、ベース１４の上部のベース側ウェル１０あるいは貫通孔３０の位置及び形状に合わせたものである。成型用凹型２１をベース１４として転用しても良い。次に、図３（ｂ）に示すように、成型用凸型２０の上部あるいは成型用凹型の下部、又はその両方から熱や圧力を加え、フィルムを成型する。これにより、図３（ｃ）に示すような試料ウェル９を有する容器状部材１２が作られる。
【００３７】
（ロ）次に、図４に示すように、成型して作られた容器状部材１２とカバー部材１１を接着する。接着方法としては、接着剤を用いる他、熱、超音波振動などを用いても良い。
【００３８】
（ハ）次に、容器状部材１２に試料５０の分注を行う。カバー部材１１と容器状部材１２を接着剤を用いて接着すると、図５（ａ）に示すように、容器状部材１２とカバー部材１１を接着剤２５で接着した状態になる。次に、図５（ｂ）に示すように、分注器２３をカバー部材１１の上部から、カバー部材１１と接着剤２５を貫通するように差し込み、容器状部材１２の試料ウェル９のそれぞれに試料５０を注入する。分注器２３を引き抜いた後は、図５（ｃ）に示すように、カバー部材１１の上部に分注器２３で開けられた穴が存在する。カバー部材１１のこの穴を分注器２３から滴下した接着剤のような封止剤２４によって塞ぐ。図５（ｄ）は、カバー部材１１の穴を封止剤２４で塞いだ図である。この分注器２３は、その先端に注射針状のキャピラリー２７を有し、キャピラリー２７の内径は例えば約０．１ｍｍ、外径は約０．３ｍｍである。試料ウェル９の基本寸法ｄが１μｍ程度であれば、走査型トンネル顕微鏡のプローブと同程度の微細構造のマイクロキャピラリーを用いれば良い。分注器２３は、容器状部材１２の試料ウェル９の窪みに合わせ、キャピラリー２７を複数本有し、一度の分注で複数の容器状部材１２の試料ウェル９に試料５０を注入することができる。又、容器状部材１２とカバー部材１１を接着した後に試料５０を注入するので、接着する際にはまだ試料５０が入っておらず、接着の際に試料が漏れる問題がない。
【００３９】
（ニ）次に、図１（ａ）、図２に示すように、各試料ウェル９に試料５０の入った容器状部材１２をベース１４上に配置する。そして、ベース１４上の試料５０を発熱部３５によって加熱し、分析を行う。試料５０が核酸（ＤＮＡ）であるので、例えば、９５℃前後でＤＮＡを解離させ、５５℃前後でアニーリングさせ、約７０℃前後で複製を行い、増幅させる。
【００４０】
（ホ）分析終了後は、試料５０の入った容器状部材１２をベース１４から取り外し、試料５０に直接触れている容器状部材１２やカバー部材１１のみが廃棄される。ベース１４や発熱部３５等は、繰り返し使用される。
【００４１】
上述した図４に示す接着方法の他に、図６に示すように、容器状部材１２とカバー部材１１を井桁２２によってベース１４に挟み込む方法を用いても良い。この方法を詳細に説明すると、まず、図７（ａ）に示すように、井桁２２を用意する。この井桁２２は、熱に強い合成樹脂等で作られることが望ましい。井桁２２の下部はベース１４の溝１６に合った形をしている。次に、図７（ｂ）に示すように、ベース側ウェル１０の周囲に溝１６を配置したベース１４を用意する。この溝１６は、井桁２２の下部の形状に合った形状をしている。試料５０の入った容器状部材１２をベース１４上に配置し、その上にカバー部材１１を配置する。
次に、図７（ｃ）に示すように、容器状部材１２の上に重ねられたカバー部材１１の上部から井桁２２をベース１４上にある窪みに合わせ、はめ込む。即ち、井桁２２とベース１４により、容器上フィルム１２とカバー部材１１を挟み込む形にする。この接着方法によると、接着剤等を用いる必要がなく、分析が終了した後、井桁２２を外すだけで容器状部材１２とカバー部材１１の分離が容易にできる。
【００４２】
又、上述した図５に示す分注方法の他に、容器状部材１２に試料５０を注入した後にカバー部材１１を接着する方法を用いても良い。図８（ａ）に示すように、容器状部材１２の試料ウェル９のそれぞれに分注器２３から試料５０を注入した後、図８（ｂ）に示すように、カバー部材１１を接着し、図８（ｃ）に示す状態にする。この方法を用いる場合は、容器状部材１２とカバー部材１１を接着した後に分注を行うことになる。この方法によると、封止剤２４等を用いる必要がないという利点がある。
試料を加熱する方法として、図１、２で説明した接触式以外に非接触で加熱する方法も考えられる。図９〜１１は、第１の実施の形態に係る化学分析装置を非接触式で加熱する際の模式図である。
【００４３】
図９は、光源（輻射源）４４と恒温槽４１の間に電気的シャッター４２を配置した加熱方法の模式図である。恒温槽４１に、試料５０を入れるための複数の試料ウェル９を形成し、そこへ試料５０を置く。例えば、図２のコールドプレート３７の貫通孔３０の位置に光学窓をそれぞれ設けた構造にすれば良い。試料ウェル９及び光学窓は、個々に断熱してある。恒温槽４１の下には液晶などで作られた電気的シャッター４２が配置され、電気的シャッター４２の下には光源（輻射源）４４が配置されている。光源（輻射源）４４としては、ハロゲンランプ（赤外線ランプ）、レーザが使用可能である。個々の光学窓に配置された試料ウェル９は、電気的シャッター４２を通り抜けた光源（輻射源）４４からの光エネルギー（より一般には電磁波エネルギー）によって加熱される。このため、電気的シャッター４２の開閉を制御することにより指定した試料ウェル９中の試料５０のみの温度制御をすることが可能になる。恒温槽４１の材質が光学的に不透明で、断熱性が良い材料とすると、光学窓以外の余分な部分を加熱せず、試料５０のみを加熱することにより温度制御の精度向上が期待できる。光学窓は加熱用光源の波長に対して透明な光学材料で作成すれば良く、あるいは貫通孔としても良い。
【００４４】
又、図１０は電気シャッターの代わりにマイクロミラーアレイ４５を用いた加熱方法の模式図である。光源（輻射源）４４からの光を、マイクロミラーアレイ４５を用いてマトリックス状に配置されたターゲット４６へ投射する。ターゲット４６は、図２のコールドプレート３７の貫通孔の位置に光学窓をそれぞれ設けた構造をしている。マイクロミラーアレイ４５は約１６μｍ四方のミラーを５０〜１３０万個敷きつめたものであり、それぞれの鏡の角度を±１０°ほど動かすことにより、光路を変更し個別のターゲット４６への投射が可能となる。このターゲット４６の試料ウェル９に、試料５０を配置し、マイクロミラーアレイ４５の鏡の角度を制御することにより、特定の光学窓に光エネルギーを供給し、特定の試料５０のみを加熱することが可能となる。
【００４５】
更に、図１１はレーザ４７と恒温槽４１の間に電気的シャッター４２を配置した加熱方法の模式図である。レーザ４７は、具体的には半導体レーザなどが挙げられる。市販の半導体レーザの波長は６００〜１０００μｍ程度、出力は３ｍＷ以上、最近では１００ｍＷを越える高出力半導体レーザも開発されている。半導体レーザは、小さい結晶で能率の高い発光をするので、化学分析装置のような小さな装置の光源として適している。図２のような構造をした恒温槽４１の下部に電気的シャッター４２を配置し、電気的シャッター４２の下にレーザ４７を配置する。レーザ４７からのレーザ光は、レンズ４９により電気的シャッター４２全面に均一に当たるようにする。恒温槽４１には、図２と同様に、各試料ウェル９に試料５０が配置される。電気的シャッター４２に開閉により、レーザ光を制御し、特定の試料ウェル９の試料５０のみを加熱することができる。
【００４６】
容器状部材１２上の試料５０の温度を制御する方法として、図１２、図１３に示すような制御方法が考えられる。
【００４７】
図１２は、容器状部材１２上の試料５０の温度を制御する際の模式図である。
図２と同様に、恒温槽４１に複数の試料ウェル９を形成し、そこへ試料５０を置く。恒温槽４１の下には液晶などで作られた電気的シャッター４２が配置され、電気的シャッター４２の下には光源（輻射源）４４が配置されている。試料５０の上部又は近傍あるいは恒温槽４１内に、熱電対、感温液晶、黒体などを設置し、温度の計測を行う。図１２では、試料５０の上部に温度を感知する赤外線カメラ４８を配置している。
【００４８】
図１３を参照し、容器状部材１２上の試料５０の温度制御を行う手順を説明する。
【００４９】
（ａ）ステップＳ１０１において、赤外線カメラ４８により、恒温槽４１上の各試料ウェル９中の試料５０の温度をそれぞれの試料５０毎に計測する。
【００５０】
（ｂ）次にステップＳ１０２において、計測温度が目標温度より高い試料ウェル９中の試料５０については、ステップＳ１０３に進み、その試料５０に対する光源（輻射源）４４の光路中に位置する電気的シャッター４２を閉める。そして、再びステップＳ１０１に進み、温度の計測を行う。
【００５１】
（ｃ）ステップＳ１０２において、計測温度が目標温度より高くない場合は、ステップＳ１０４に進む。そして、計測温度が目標温度より低い試料ウェル９中の試料５０については、ステップＳ１０５に進み、その試料５０に対する光源（輻射源）４４の光路中に位置する電気的シャッター４２を開ける。そして、再びステップＳ１０１に進み、温度の計測を行う。
【００５２】
（ｄ）ステップＳ１０４において、計測温度が目標温度より低くない場合は、ちょうど目標温度であるので、何もせず、再びステップＳ１０１に進み、温度の計測を行う。
【００５３】
この（ａ）〜（ｄ）のステップを一定時間毎に、各試料ウェル９を光学的に走査することを繰り返すことにより、各試料５０を適正な温度に保つことができる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、本発明に係る化学分析装置（マイクロリアクタ）を、μ−ＴＡＳとして使用した例である。第２の実施の形態に係る化学分析装置は、第１の実施の形態と同様に、試料を入れる容器がフィルムで作られ、その容器状部材はベース等と分離可能な構成になっている。図１４（ａ）に示すように、試料５０を入れる容器として使用される試料ウェル９と試料流路５１を複数配置した容器状部材１２と、容器状部材１２の試料を注入する面を覆うカバー部材１１と、試料ウェル９と試料流路５１を着脱可能に保持するベース側ウェル１０と試料流路用凹部５２を有するベース１４とから少なくとも構成される。第１の実施の形態と同様に、容器状部材１２は、１０〜５０μｍの厚さのポリプロピレン等の化学反応に強い樹脂から作られる。カバー部材１１は樹脂等からなり、容器状部材１２と接着剤２５で接着されている。ベース１４は、熱伝導率の低い材質からなる。例えば、ガラスエポキシ樹脂、フッ素樹脂、金属等からなる。ここで、金属は熱伝導率の低いものに限られる。
【００５５】
図１４（ｂ）は、第２の実施の形態に係る化学分析装置（μ−ＴＡＳ）を上から見た図である。化学分析装置（μ−ＴＡＳ）は、試料５０を注入する試料ウェル９からなる試料注入部６２、試料の分析を行う混合反応分離検出部６１、反応後の試料５０を回収する試料ウェル９からなる廃液部６０を有する。混合反応分離検出部６１は、試料５０の混合を行う混合部６１ａ、試料５０が反応する反応部６１ｂ、試料５０を分離する分離部６１ｃ、試料５０を検出する検出部６１ｄからなる。化学分析装置（μ−ＴＡＳ）のベース１４の一辺の長さＬ３１は、１０〜３０ｍｍであり、試料ウェル９の直径ｄは１μｍ〜５ｍｍ、好ましくは２０μｍ〜２ｍｍ程度、より好ましくは０．１〜１ｍｍ程度である。試料流路５１の幅ｗは、ｄ≧ｗ＞(1/10)ｄ、例えば約１００μｍである。
【００５６】
図１４（ａ）では図示していないが、ベース１４内あるいはベース１４の下部に発熱部３５やマイクロバルブといった化学反応に必要な機構が備えられている。図１５〜図１７は、電磁力により上下運動あるいは回転運動をし、容器状部材１２の下から試料５０を押し上げて試料５０の流路を塞ぐマイクロバルブが備えられた際の化学分析装置（μ−ＴＡＳ）の断面図である。これらのマイクロバルブは、ベース１４内あるいはベース１４の下部に備えられており、容器状部材１２と分離可能である。
【００５７】
図１５に示すマイクロバルブでは、上下運動により、試料流路５１を押しつぶす弁７０をベース１４に設け、流体試料５０の遮断を行う。さらに弁７０の上下運動によりマイクロポンプの機能を設けても良い。この弁７０は、電磁石（ソレノイド）の力で開閉を行う電磁弁７０を用いる。図１５（ａ）で、試料流路５１に対して電磁弁７０が上方向に作動し、図１５（ｂ）で、電磁弁７０が試料流路５１を遮断する。図１６は、電磁力により偏心ローラ７１を回転することにより容器状部材１２内の試料流路５１にある試料５０を右方向に送り出すマイクロポンプを示す。偏心ローラ７１が矢印の方向に回転することにより、試料５０は右方向に流れる。図１７に示すマイクロポンプでは、ベース１４を設けられた３個の電磁弁７０ａ、７０ｂ、７０ｃが上下運動をし、容器状部材１２に形成された試料流路５１内の試料５０を順番に押しつぶしていくことによって試料５０を輸送する。又、このうちの一つの弁を使えば流体のマイクロバルブとして用いることもできる。具体的なポンプの動きとしては、図１７（ａ）において、右側の電磁弁７０ｃが上がり、試料流路５１を塞ぐ。次に、図１７（ｂ）において、左側の電磁弁７０ａも上がり、試料流路５１を塞ぐ。次に、図１７（ｃ）において、右側の電磁弁７０ｃが下がることにより、試料５０は右方向へ流れる。次に、図１７（ｄ）において、中央の電磁弁７０ｂが上がることにより、更に試料５０は右方向へ流れる。次に、図１７（ｅ）において、右側の電磁弁７０ｃも上がり、試料５０の右方向への流れが更に強まる。次に、図１７（ｆ）において、左側の電磁弁７０ａが下がることにより、左から試料５０が流れ込んでくる。この後中央の電磁弁７０ｂが下がり、図１７（ａ）の状態に戻る。図１７（ａ）〜（ｆ）の状態を繰り返すことにより、試料５０は左から右方向へ流れる。これらのマイクロポンプによると、容器状部材１２上の試料５０の流れをせき止めたり動かしたりすることができる。図１５〜図１７に示したマイクロバルブ（マイクロポンプ）は、電磁力により作動しているが、その他の動力を用いても良い。例えば、試料流路用凹部５２の一部に、空気を通す管を設け、空気圧により試料流路５１を上下に動かしても良い。
【００５８】
その他、第２の実施の形態に係る小型分析装置（μ−ＴＡＳ）は、第１の実施の形態で説明したようなベース側ウェル１０毎に個別に加熱することが可能な発熱部や光学窓を更に備えていても構わない。
第２の実施の形態に係る化学分析装置（μ−ＴＡＳ）では、試料５０は一部の試料ウェル９から供給され、加熱冷却や化学反応を起こしながら移動し、混合分離を繰り返しながら廃液部６０に流れてゆく。そして、反応が終わった後は、容器状部材１２のみを使い捨てにすることができ、製作コストのかかるベース１４や電磁弁７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、偏心ローラ７１等は、繰り返し使用することができる。
【００５９】
次に、第２の実施の形態に係る化学分析装置（μ−ＴＡＳ）を用いて、試料の送液、混合、反応、分析等を行う方法を図１４（ｂ）を用いて説明する。
【００６０】
（イ）第１の実施の形態に係るＤＮＡを増幅する方法と同様に、図３に示すような容器状部材１２の成型、図４、図６〜図７に示すような容器状部材１２とカバー部材１１の接着を行う。これらの方法については、第１の実施の形態において説明したので、ここでは説明を省略する。
【００６１】
（ロ）次に、容器状部材１２をベース１４上に配置し、試料注入部６２の試料ウェル９ａ、９ｂへ試料５０の分注を行う。ここでは、例として、試料ウェル９ａへ試料Ａを、試料ウェル９ｂへ試料Ｂを注入する。試料Ａ、試料Ｂはそれぞれ試料流路５１を通り、混合部６１ａに流れ、ここで混合される。この時、混合部６１ａの下に発熱部３５を設け、熱により反応を促進させても良い。混合した試料Ａ、試料Ｂは反応部６１ｂを通る間に化学反応を起こし、例えば、試料Ｃ、試料Ｄが合成される。この反応部６１ｂの下にマイクロバルブを設け、電磁弁７０や偏心ローラ７１を利用し、試料Ｃ、Ｄの送液を行っても良い。次に、分離部６１ｃにおいて、試料Ｃと試料Ｄを分離する。この分離は、例えば、小型化化学分析装置（μ−ＴＡＳ）を傾けることにより、試料Ｃと試料Ｄの比重の違いなどを利用して行っても良い。分離した試料Ｃと試料Ｄは、それぞれ検出部６１ｄで検出され、分析等が行われる。その後、不要なものは、廃液部６０の試料ウェル９ｃ、９ｄに流れ、回収される。
【００６２】
（ハ）一連の試料５０の分析が終了した後は、試料５０に直接触れている容器状部材１２やカバー部材１１のみを廃棄する。ベース１４や発熱部３５、マイクロバルブ等は繰り返し使用する。
【００６３】
（その他の実施の形態）
本発明は上記の第１及び第２の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。
この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６４】
例えば、本発明の第１の実施の形態に係る分析方法では、試料５０の分注後に容器状部材１２をベース１４に配置すると説明したが、容器状部材１２をベース１４上に配置した後、試料５０の分注をベース１４上で行っても構わない。
【００６５】
又、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る小型分析化学装置において、発熱部３５、電磁弁７０等の機構等はベース１４内部に作り込まれ、ベースと一体化したものでも構わないし、ベース１４の下部に配置され、ベースと分離可能でも構わない。同様に電気的シャッター４２等もベース１４内部に作り込まれていても構わないし、ベース１４の下部に配置されていても構わない。
【００６６】
又、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る小型分析化学装置では、核酸増幅器やμ−ＴＡＳとして本発明を用いたが、これらに限らず小型の反応装置に本発明を用いても構わない。
【００６７】
又、本発明の第１及び第２の実施の形態に係る小型分析化学装置では、ベース１４に発熱部３５が設けられたもの、電磁弁７０等のマイクロバルブ機構が設けられたものについて説明したが、ベース１４はこの両方を同時に備えていても構わないし、ベース１４を傾けたり振動させたりする他の機構を備えていても構わない。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によると、複雑な化学反応などを行うことができ、ランニングコストの低減や用途の多目的化に寄与することのできるマイクロリアクタ（化学分析装置）を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置の断面図である。（ｂ）は、第１の実施の形態に係る化学分析装置を上から見た図である。
【図２】  第１の実施の形態に係る他の化学分析装置の一部の断面図であり、（ａ）は部品図、（ｂ）は組み立て図である。
【図３】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の容器状部材を成型する際の断面図である。
【図４】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の容器状部材とカバー部材を接着する方法である。
【図５】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の容器状部材に試料を分注する方法である。
【図６】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の容器状部材とカバー部材を接着する他の方法である。
【図７】  図６に示す接着方法の手順を示した図である。
【図８】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の容器状部材に試料を分注する他の方法である。
【図９】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の非接触式加熱方法である（その１）。
【図１０】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の非接触式加熱方法である（その２）。
【図１１】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の非接触式加熱方法である（その３）。
【図１２】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の温度制御方法の模式図である。
【図１３】  第１の実施の形態に係る化学分析装置の温度制御方法のフローチャートである。
【図１４】  （ａ）は、第２の実施の形態に係る化学分析装置の断面図である。（ｂ）は、第２の実施の形態に係る化学分析装置を上から見た図である。
【図１５】    第２の実施の形態に係るマイクロバルブ機能を備えた化学分析装置の断面図である（その１）。
【図１６】  第２の実施の形態に係るマイクロバルブ機能を備えた化学分析装置の断面図である（その２）。
【図１７】  第２の実施の形態に係るマイクロバルブ機能を備えた化学分析装置の断面図である（その３）。
【図１８】  従来のμ−ＴＡＳの斜視図である。
【図１９】  従来の核酸増幅器の断面図である。
【符号の説明】
１  化学分析装置（核酸増幅器）
５  フィルム
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  試料ウェル
１０  ベース側ウェル
１０ａ、１０ｂ、…、１０ｅ  ウェル
１１  カバー部材
１２  容器状部材
１４  ベース
１５  ヒータ
１６  溝
２０  成型用凸型
２１  成型用凹型
２２  井桁
２３  分注器
２４  封止剤
２５  接着剤
２７  キャピラリー
３０  貫通孔
３１  金属薄膜
３２  結合部材
３３  伝熱部材
３４  絶縁部材
３５  発熱部
３６  コールドプレート用伝熱部材
３７  コールドプレート
４１  恒温槽
４２  電気的シャッター
４４  光源（輻射源）
４５  マイクロミラーアレイ
４６  ターゲット
４７  レーザ
４８  赤外線カメラ
４９  レンズ
５０  試料
５１  試料流路
５２  試料流路用凹部
６０  廃液部
６１  混合反応分離検出部
６１ａ  混合部
６１ｂ  反応部
６１ｃ  分離部
６１ｄ  検出部
６２  試料注入部
７０、７０ａ、７０ｂ、７０ｃ  電磁弁
７１  偏心ローラ
８０  ガラスチップ
８１  反応管
８２  金属ブロック
８３  冷却器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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