(57)【要約】【課題】  親指サイズの検査チップ上で、唾液などの粘性検体を高速に且つ安定的に１００倍〜１０００倍に希釈することの出来る液状検体の希釈装置、並びに、唾液などの検体の採取から成分分析までを１チップ上で行うことの出来る液状検体の検査チップを提供する。【解決手段】  唾液溜１１、希釈用液注入部１２、唾液と希釈用液とを合流させる混合ポッド１３、試薬注入部１４、混合ポッド１３から希釈された検体が流れるマイクロ流路２４…とが形成された基板１０の上面側を樹脂膜で覆ってなる検査チップ１である。そして、上記混合ポッド１３を５０μm〜１２０μmの深さでほぼ円柱形状に穿設した形状に形成し、当該混合ポッド１３に閉じ込められたマイクロスターラ４０を、ほぼ楕円体の形状で、高さが混合ポッド１３の深さの２／３以下の大きさに形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上面に、唾液検体を溜める検体溜、希釈用液が注入される希釈用液注入部、前記唾液検体と前記希釈用液とを合流させる混合ポッド、前記検体溜および前記希釈用液注入部から前記混合ポッドに渡る流路、前記混合ポッドから希釈された検体が流れるマイクロ流路とが形成され、前記基板の前記混合ポッド、前記流路、前記マイクロ流路を含む範囲が上面側から膜で覆われてなる検査チップであって、
前記希釈用液注入部は、前記検体溜および前記混合ポッド間の流路を挟んで一方の側と他方の側とに２個形成され、
前記混合ポッドは、前記基板の上面部をほぼ円柱形状に穿設した形状で、当該混合ポッドにつながる流路よりも深い５０μm〜１２０μmの深さに形成され、
当該混合ポッドには、内部に磁性体を有し磁場の変化により回転する回転子が収容され、
当該回転子は、ほぼ楕円をその長軸又は短軸を中心に回転させたときの軌跡として得られる楕円体又は扁平球の形状で、且つ、上記楕円の短軸の長さに相当する高さが前記混合ポッドの深さの２／３以下の大きさに形成されていることを特徴とする液状検体の検査チップ。
【請求項２】
基板の上面に、液状検体を溜める検体溜、希釈用液が注入される希釈用液注入部、前記液状検体と前記希釈用液とを合流させる混合ポッド、前記検体溜および前記希釈用液注入部から前記混合ポッドに渡る流路、前記混合ポッドから希釈された検体が流れるマイクロ流路とが形成され、前記基板の前記混合ポッド、前記流路、前記マイクロ流路を含む範囲が上面側から膜で覆われてなる検査チップであって、
前記混合ポッドには、内部に磁性体を有し磁場の変化により回転する回転子が収容されていることを特徴とする液状検体の検査チップ。
【請求項３】
前記回転子は、
ほぼ楕円をその長軸を中心に回転させたときの軌跡として得られる楕円体の形状で、
上記楕円の短軸の長さに相当する高さが前記混合ポッドの深さの２／３以下の大きさに形成されていることを特徴とする請求項２記載の液状検体の検査チップ。
【請求項４】
前記回転子は、
ほぼ楕円をその短軸を中心に回転させたときの軌跡として得られる扁平球の形状で、
上記楕円の短軸の長さに相当する高さが前記混合ポッドの深さの２／３以下の大きさに形成されていることを特徴とする請求項２記載の液状検体の検査チップ。
【請求項５】
前記混合ポッドは、前記基板の上面部をほぼ円柱形状に穿設した形状で、深さが５０μm〜１２０μmに形成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の液状検体の検査チップ。
【請求項６】
前記混合ポッドは、当該混合ポッドにつながる流路の深さよりも深く形成されていることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の液状検体の検査チップ。
【請求項７】
前記希釈用液注入部は、前記検体溜および前記混合ポッド間の流路を挟んで一方の側と他方の側とに２個形成されており、当該流路の一方の側と他方の側とから前記希釈用液が合流されるように構成されていることを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の液状検体の検査チップ。
【請求項８】
前記液状検体は人の唾液であることを特徴とする請求項２〜７の何れかに記載の液状検体の検査チップ。
【請求項９】
請求項１〜８の何れかに記載の液状検体の検査チップが搭載されて前記検体を希釈する希釈装置であって、
前記希釈用液注入部から希釈用液を注入する注入手段と、
前記混合ポッドの下方で当該混合ポッドの全幅の０．５倍〜１．５倍の幅長を有する磁石を回転させる撹拌手段と、
を備えていることを特徴とする液状検体の希釈装置。
【請求項１０】
請求項１〜８の何れかに記載の液状検体の検査チップが搭載されて前記検体原液を希釈する液状検体の希釈装置であって、
前記希釈用液注入部から希釈用液を注入する注入手段と、
前記混合ポッドの下方で当該混合ポッドの全幅の０．５倍〜１．５倍の幅長の範囲に複数の電磁コイルを固定してなり当該複数の電磁コイルに流す電流を変化させることで前記回転子を回転させる撹拌手段と、
を備えていることを特徴とする液状検体の希釈装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、唾液などの液状検体の成分検査に用いられる検査チップおよび該検査チップにおいて液状検体を希釈する希釈装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人の唾液など、生体から採取した液状検体に蛍光標識物質を含んだ試薬を加え、蛍光検出により検体の成分分析を行うことで、生体のさまざまな状態を分析する検査装置が開発されている。
【０００３】
本発明者らは、このような検査測定を特別な測定作業が不要で被験者のみでも行えるような検査装置の開発を進めている。そして、例えば、親指サイズの検査チップを用意し、その先端を舐めるようにして唾液を採取するとともに、この検査チップを検査装置に挿入するだけで、当該検査チップ上において検体の蛍光検出を行って成分分析を行う方式の採用を考えている。
【０００４】
従来、このように小さなチップ（マイクロチップと呼ぶ）上で色々な測定に必要な操作を行う技術について幾つかの提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、マイクロ流路中で試薬と検体を合流させた後、この混合液を１本のマイクロ流路中で往復移動させることで両者の撹拌を進行させる技術が提案されている。また、特許文献２には、マイクロ流路の片方の壁面に対してその温度を変化させたり帯電状態を変化させたりすることで、マイクロ流路中の混合液を局所的に循環的な経路で移動させ、それにより混合液の撹拌を進行させる技術が提案されている。また、特許文献３には、マイクロ流路の壁面等に固形化された試薬を付加しておき、マイクロ流路に液体が流れるときに試薬が溶けて液体と混合させる技術が提案されている。
【０００６】
また、検査液の撹拌について記載のある従来文献として、例えば、特許文献１には、反応槽に試薬と検体などを注入し、注入口から撹拌具を挿入して撹拌したり、回転子を入れて磁力で回転撹拌したりする等の記載がある。
【０００７】
また、非特許文献１には、例えば卍型の微小な回転子をレーザ圧力で回転させて試料と試薬とを能動的に撹拌する光圧ミキサーについて記載がある。
【特許文献１】特開２００２−２１４２４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６９６４号公報
【特許文献３】特表２００４−５３２３９５号公報
【特許文献４】特開平５−３１２８１１号公報（第２ページ、段落番号００１８）
【非特許文献１】浮田宏生著，「オプトメカトロニクス」，第１版，森北出版株式会社，２００１年９月，ｐ．１４０−１４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
検体の採取から蛍光検出による成分分析までを１枚の検査チップ上で行う場合、検体と試薬の混合のほかに、検体がマイクロ流路中をある程度スムーズに流れるように検体を希釈する必要がある。
【０００９】
また、本発明者らは高速に且つ高精度に蛍光検出を行うことのできる装置を開発しているが、当該装置においては例えば幅や深さが数十μm程度の非常に細いマイクロ流路に電気泳動等により検体を流す必要があり、唾液など粘性の高い検体では超純水などにより１００倍〜１０００倍程度に希釈することが要求される。
【００１０】
しかしながら、例えば唾液と超純水など粘度が大きく異なる液体を混合して検体を希釈する場合、上記特許文献１，２の混合技術を用いたのでは、粘性の低い希釈用液のみがマイクロ流路に流入し粘性の高い検体はマイクロ流路になかなか入っていかないため検体と希釈用液が上手く混合されないことが予想された。あるいは、検体が上手く希釈されるまでに非常に長い時間を要するなどの欠点が考えられた。
【００１１】
また、特許文献４に示されるような、回転子を磁石で回転させる構成を応用することで粘性検体の希釈も可能だと予想されたが、親指サイズの検査チップ上で回転子を上手く回転させるには、具体的にどのような空間でどのような形状大きさの回転子を使いどのような磁場の変化を与えれば、回転子が上手く回転し、粘性検体の希釈が可能になるのか容易に想像できるものではなかった。
【００１２】
また、非特許文献１に示されるような光圧ミキサーでは、回転子の形状が複雑で、微細な加工技術を必要とするため、検査チップの部品コストが高騰するという問題があった。
【００１３】
この発明の目的は、親指サイズの検査チップ上で、唾液などの粘性検体を高速に且つ安定的に１００倍〜１０００倍に希釈することの出来る液状検体の希釈装置、並びに、唾液などの検体の採取から成分分析までを１チップ上で行うことの出来る液状検体の検査チップを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するため、基板の上面に、液状検体を溜める検体溜、希釈用液が注入される希釈用液注入部、前記液状検体と前記希釈用液とを合流させる混合ポッド、前記検体溜および前記希釈用液注入部から前記混合ポッドに渡る流路、前記混合ポッドから希釈された検体が流れるマイクロ流路とが形成され、前記基板の前記混合ポッド、前記流路、前記マイクロ流路を含む範囲が上面側から膜で覆われてなる検査チップであって、前記混合ポッドには、内部に磁性体を有し磁場の変化により回転する回転子が収容されている構成とした。
【００１５】
このような手段によれば、検査チップ上に形成された混合ポッドにて回転子を回転させることで、液状検体と希釈用液とを能動的に混合させて液状検体の希釈を速やかに且つ安定的に行うことが出来る。従って、例えば、唾液などの検体の採取からその成分分析までを１枚の検査チップ上で全て行うことが出来る。また、回転子は混合ポッドの中で基板と膜の間に収容された状態にあるので、被験者は回転子のことを気にせずに検体採取を行うことが出来るし、回転子を挿入するなどの準備処理も必要ない。
【００１６】
望ましくは、前記回転子は、ほぼ楕円をその長軸又は短軸を中心に回転させたときの軌跡として得られる楕円体又は扁平球の形状で、且つ、上記楕円の短軸の長さに相当する高さが前記混合ポッドの深さの２／３以下の大きさに形成すると良い。
【００１７】
例えば、微小な空間で微小な回転子を安定的に回転させるのに、回転子の中心を通るような回転軸を設け、この回転軸を空間の床面か天井面に係止させてコマのように回転させる形態を実験したところ、回転子のふらつきにより回転軸が上面や底面に斜めに当接してスムーズに回らないという結果が得られた。また、円柱形状など角のある形状だとこの角が空間の上面や底面に当接して引っ掛かりが生じ、スムーズに回転しないという結果が得られた。一方、上記手段のように、混合ポッドの深さに対して２／３以下の高さ（すなわち、空間内をある程度自由に上下移動できる程度の大きさ）で、楕円体や扁平球のような角の余りない形状の回転子とすることで、非常にスムーズな回転が容易に発生させることが出来ることが分かった。従って、上記のような構成の回転子により液状検体を速やかに且つ安定的に希釈することが可能となる。
【００１８】
なお、回転子の回転により混合ポッド内の液体の混合効率を上げるためには、回転子は混合ポッドの深さに対して１／５以上、好ましくは１／３以上の高さがあると好ましい。
【００１９】
具体的には、前記混合ポッドは、前記基板の上面部をほぼ円柱形状に穿設した形状で、深さが５０μm〜１２０μmに形成することが出来る。このような構成により、検査チップに採取した唾液などの検体と希釈用液とを表面張力により流入させて合流させることが出来る。
【００２０】
さらに具体的には、前記混合ポッドは、当該混合ポッドにつながる流路の深さよりも深く形成すると良い。このような構成により、流路幅が広くとられた場合でも回転子を混合ポッド内に閉じ込めて、間違って回転子が流路中に入り込みにくくすることが出来る。
【００２１】
さらに具体的には、前記希釈用液注入部は、前記検体溜と前記混合ポッド間の流路を挟んで一方の側と他方の側とに２個形成されており、当該流路の一方の側と他方の側とから前記希釈用液が合流されるように構成すると良い。このような構成とすることで、液状検体が混合ポッド内で片側に寄って撹拌されにくい状態になることが防止され、液状検体を安定的に希釈することが可能となる。
【００２２】
また、上記一連の構成は、人の唾液を検体とする場合に特に有用なものである。
【００２３】
また、本発明の液状検体の希釈装置は、上記目的を達成するため、上述の液状検体の検査チップが搭載されて前記検体を希釈する希釈装置であって、前記希釈用液注入部から希釈用液を注入する注入手段と、前記混合ポッドの下方で当該混合ポッドの全幅の０．５倍〜１．５倍の幅長を有する磁石を回転させる撹拌手段とを備えた構成とした。
【００２４】
或いは、前記混合ポッドの下方で当該混合ポッドの全幅の０．５倍〜１．５倍の幅長の範囲に複数の電磁コイルを固定してなり当該複数の電磁コイルに流す電流を変化させることで前記回転子を回転させる撹拌手段とを備えた構成とした。
【００２５】
このような構成により、上述の検査チップに形成された混合ポッドにて回転子を安定的に回転させることが出来る。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明に従うと、例えば親指サイズ程度の検査チップ上で、唾液などの粘性の高い検体を安定的に希釈して、それをマイクロ流路に流すことが出来るという効果がある。
【００２７】
また、検体の採取から成分分析までを１チップ上で行うことが出来るとともに、測定前に特別な準備処理を行う必要もないことから、被験者のみで検体の採取からその測定までを行うことが出来るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態の検査チップを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【００３０】
この実施の形態の検査チップ１は、ガラス又は樹脂からなる基板１０に、検体となる唾液を溜める唾液溜１１と、希釈用の超純水を注入する２個の希釈用液注入部１２，１２と、検体と超純水を撹拌する混合ポッド１３と、蛍光標識を含んだ試薬を注入する試薬注入部１４…と、唾液溜１１から混合ポッド１３まで検体を導入する流路２１と、希釈用液注入部１２から混合ポッド１３まで超純水を導入する２本の流路２２，２２と、混合ポッド１３から希釈された検体が流れて試薬と混合されるとともにその一部にレーザ光が照射されて蛍光検出が行われるマイクロ流路２４，２４…と、試薬注入部１４，１４…からマイクロ流路２４，２４…に試薬を移動させる流路２５，２５…と、マイクロ流路２４，２４…を流れてきた検体を溜める廃液溜１５，１５…とが形成され、さらに、この基板１０のうち唾液溜１１のある先端部分を除いた他の範囲が樹脂膜３０により覆われて構成される。また、混合ポッド１３の中には回転子としてのマイクロスターラ４０が収容されている。
【００３１】
上記の唾液溜１１、希釈用液注入部１２…、混合ポッド１３、試薬注入部１４、廃液溜１５…、流路２１，２２…，２５…、マイクロ流路２４…は、それぞれ基板１０の上面部を凹形状にエッチング又は型形成することで形成されている。
【００３２】
検査チップ１は親指大の大きさであり、唾液溜１１はその一端側に設けられている。このような構成により被験者は検査チップ１を持ってその先端を舐めるようにして唾液溜１１に検体となる唾液を採取することが出来る。
【００３３】
樹脂膜３０には、希釈用液注入部１２，１２と試薬注入部１４，１４…の上側に貫通孔３１，３１，３２，３２…が形成されており、この貫通孔３１…，３２…から超純水と試薬とを注入することが可能になっている。
【００３４】
希釈用液注入部１２，１２は、流路２１を挟んで一方の側と他方の側とにそれぞれ設けられ、流路２１を挟んで両方の側から検体に超純水を合流させるようになっている。
【００３５】
マイクロ流路２４…は、幅や深さが数十μｍ程度の細い流路であり、混合ポッドから４本伸びて廃液溜１５…につながっている。各々のマイクロ流路２４には、１個の試薬注入部１４がそれぞれ対応して設けられ、この試薬注入部１４から対応するマイクロ流路２４に流路２５を介して試薬が流れるようになっている。４本のマイクロ流路２４を設けることで、１つの検体に対して種類の異なる４種類の試薬を加えて４種類の成分分析が可能なようになっている。
【００３６】
上記の唾液溜１１、希釈用液注入部１２…、試薬注入部１４，１４…、廃液溜１５，１５…の底面には、基板１０の裏面に通じる電極が設けられており、このらの電極に電圧を印加することで、各部の間に電位差が生じて電気泳動により各液体が流路２１，２２…，２５…やマイクロ流路２４…を移動するようになっている。
【００３７】
図２には、混合ポッド１３の部分の断面図を示す。
【００３８】
混合ポッド１３は、深さａ１が１００μm程度の丈の低い円柱形状の空間である。混合ポッド１３につながる流路２１，２４は、その接続部分において深さａ２が例えば５０μｍなどと混合ポッド１３よりも浅く形成されており、マイクロスターラ４０が混合ポッド１３の外へ出て行き難くなっている。
【００３９】
図３には、マイクロスターラ４０の構成を表わした三面図を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【００４０】
マイクロスターラ４０は、ステンレスなどの磁性体４１の周りをフッ素樹脂４２等によりコーティングしてなるものである。そして、ほぼ縦長の楕円体の形状で、高さｈ１が３０μｍ程度で、横幅Ｗ１が５０μｍ程度の大きさである。磁性体４１はその両端にＳ極とＮ極が現れるように磁化されている。
【００４１】
次に、このような構成の検査チップ１に対して分析処理を行う分析装置について説明する。
【００４２】
分析装置は、詳細は省略するが、所定配置された検査チップ１に対して２個の希釈用液注入部１２，１２に超純水を注入する希釈水注入機構と、試薬注入部１４，１４，１４，１４に４種類の各試薬をそれぞれ注入する試薬注入機構と、唾液溜１１、希釈用液注入部１２…、試薬注入部１４…、廃液溜１５…の各電極に電圧を印加して各液体の移動量を制御する電気泳動処理機構と、混合ポッド１３の下側で磁場を変化させてマイクロスターラ４０を回転させる撹拌機構５０（図１）と、４本のマイクロ流路２４…の所定箇所にレーザ光を照射して発光された蛍光を検出する蛍光検出機構等を備えて構成される。これらのうち、希釈水注入機構と撹拌機構５０とで本発明に係る希釈装置が構成される。
【００４３】
撹拌機構５０は、磁石（永久磁石又は電磁磁石）５１とこの磁石５１を回転させるモータ５２とから構成される。磁石５１のN極からＳ極までの長さはほぼ混合ポッド１３の全幅と同等の長さのものである。なお、混合ポッド１３の全幅に対して０．５倍〜１．５倍程度の長さであれば、マイクロスターラ４０を混合ポッド１３の中で安定的に回転させることが出来る。
【００４４】
上記のような構成の検査チップ１と分析装置によれば、検査チップ１上に形成された混合ポッド１３にてマイクロスターラ４０が回転して唾液と超純水を能動的に混合・撹拌するので、粘性の高い唾液検体を速やかに且つ安定的に希釈することが出来る。従って、検体の採取から蛍光検出による成分分析までを１枚の検査チップ１上で全て遂行することが出来る。
【００４５】
また、マイクロスターラ４０は混合ポッド１３の中で基板１０と樹脂膜３０との間に閉じ込められた状態にあるので、被験者はマイクロスターラ４０のことを気にせずに唾液を採取することが出来るし、被験者やその他の者がマイクロスターラ４０を混合ポッド１３内に挿入するなどの測定前の準備処理も必要ない。
【００４６】
また、混合ポッド１３、マイクロスターラ４０、撹拌機構５０の磁石５１を上述のような大きさや形状とすることで、混合ポッド１３内でマイクロスターラ４０を安定的に回転させるとともに混合ポッド１３内の液体を効率的に撹拌し、それにより検体を安定的に希釈できるという効果が奏される。
【００４７】
次に、マイクロスターラと撹拌機構についてその他の構成例の説明を行う。
【００４８】
図４には、マイクロスターラのその他の構成例を表わした三面図を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【００４９】
混合ポッド１３に収容されるマイクロスターラとしては、図４に示すようなほぼ扁平球形状のマイクロスターラ４０Ａを適用することも出来る。このマイクロスターラ４０Ａについても、例えば、高さｈ２が３０μｍ、幅Ｗ２が５０μｍ程度の大きさで、磁性体４１Ａの周囲をフッ素樹脂４２Ａ等によりコーティングして構成することが出来る。
【００５０】
このような形状および大きさのマイクロスターラ４０Ａを用いても、混合ポッド１３内でマイクロスターラ４０Ａを安定的に回転させ、混合ポッド１３内の液体の撹拌を行うことが出来る。
【００５１】
図５には、撹拌機構のその他の構成例の斜視図を示す。
【００５２】
マイクロスターラ４０，４０Ａを回転させる撹拌機構としては、例えば、図５に示すように、複数の電磁コイル５５…を円周に沿うように並べてなるものを適用することも出来る。そして、例えば、隣り合う電磁コイル５５…の極性が逆になるように各電磁コイル５５に電流を流すとともに、個々の電磁コイル５５…の極性が短い周期で逆転するように電流の向きを変化させることにより、混合ポッド１３における磁界を変化させてマイクロスターラ４０，４０Ａを回転させることが出来る。
【００５３】
このような構成の場合には、電磁コイル５５…の磁力線が出る範囲の幅長Ｗ５を、混合ポッド１３の全幅の０．５倍〜１．５倍の長さとすることで、混合ポッド１３内でマイクロスターラ４０，４０Ａを安定的に回転させることが出来る。
【００５４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、次に示すように様々な変更が可能である。例えば、マイクロスターラ内の磁性体を磁化させた例を示しているが、予め磁化させておかなくても良く、その場合でも電磁誘導等の作用により外部磁場の変化に伴ってマイクロスターラを回転させることが出来る。また、磁化させる場合でも、二方向にＮ極とＳ極とを発生させる形態だけでなく、例えば、扁平球形状の磁性体であれば、中心軸から放射状に伸びるような分割線で磁性体を複数ブロックに分割し、隣合う分割ブロックが異なる極性になるように所定範囲ごとに磁化させるような形態としても良い。
【００５５】
その他、検査チップに形成されるマイクロ流路の数や各部のサイズ、検査チップの基板や膜の材料、マイクロスターラの材料やサイズ、希釈用液の種類など、実施の形態で示した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態の検査チップを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】検査チップの混合ポッドの部分を示す断面図である。
【図３】マイクロスターラの形状を示す三面図である。
【図４】マイクロスターラのその他の形状例を示す三面図である。
【図５】撹拌機構のその他の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      検査チップ
１０    基板
１１    唾液溜
１２    希釈用液注入部
１３    混合ポッド
１４    試薬注入部
１５    廃液溜
２１，２２，２５    流路
２４    マイクロ流路
３０    樹脂膜
４０，４０Ａ    マイクロスターラ
４１，４１Ａ    磁性体
４２，４２Ａ    フッ素樹脂
５０，５０Ａ    撹拌機構
５１    磁石
５２    モータ
５５    電磁コイル
【図１】
2006266974.tif 000003
【図２】
2006266974.tif 000004
【図３】
2006266974.tif 000005
【図４】
2006266974.tif 000006
【図５】
2006266974.tif 000007