(57)【要約】【課題】  ＰＯＣ分析等をはじめとする種々の分析装置に好適に用いられる小型且つ低コストな送液装置を提供する。【解決手段】  送液装置は、液体貯槽を有する液体収容体と、液体貯槽の容積変化を生じさせるための圧力を伝達する非圧縮性媒体を収容する非圧縮性媒体収容体と、を備えている。液体貯槽には、液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な隔膜が備えられている。また、非圧縮性媒体収容体は、圧力を発生させる変圧手段を備え且つ非圧縮性媒体が満たされた第一媒体貯槽と、非圧縮性媒体流路によって第一媒体貯槽に連通された第二媒体貯槽と、を備えている。液体貯槽と第二媒体貯槽とは、隔膜を挟んで隣接して配置されており、変圧手段により非圧縮性媒体に加えられた圧力変化に追随して、隔膜が変形するようになっている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁体に囲まれて形成された液体貯槽の容積を変化させることによって、前記液体貯槽に満たされた液体を前記液体貯槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の貯槽に収容された液体を前記液体貯槽に送る送液装置であって、
前記液体貯槽を有する液体収容体と、前記液体貯槽の容積変化を生じさせるための圧力を伝達する非圧縮性媒体を収容する非圧縮性媒体収容体と、を備え、
前記液体貯槽は、前記壁体の少なくとも一部が、前記液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔膜で構成され、
前記非圧縮性媒体収容体は、前記圧力を発生させる変圧手段を備え且つ前記非圧縮性媒体が満たされた第一媒体貯槽と、非圧縮性媒体流路によって前記第一媒体貯槽に連通された第二媒体貯槽と、を備え、
前記液体貯槽と前記第二媒体貯槽とは、前記隔膜を挟んで隣接して配置されており、前記隔膜は、前記変圧手段により前記非圧縮性媒体に加えられた圧力変化に追随して変形するようになっていることを特徴とする送液装置。
【請求項２】
壁体に囲まれて形成された液体貯槽の容積を変化させることによって、前記液体貯槽に満たされた液体を前記液体貯槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の貯槽に収容された液体を前記液体貯槽に送る送液装置であって、
前記液体貯槽を有する液体収容体と、前記液体貯槽の容積変化を生じさせるための圧力を伝達する非圧縮性媒体を収容する非圧縮性媒体収容体と、を備え、
前記液体貯槽は、前記壁体の少なくとも一部が、前記液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔膜で構成され、
前記非圧縮性媒体収容体は、前記圧力を発生させる変圧手段を備え且つ前記非圧縮性媒体が満たされた第一媒体貯槽と、非圧縮性媒体流路によって前記第一媒体貯槽に連通された第二媒体貯槽と、を備え、
前記液体貯槽と前記第二媒体貯槽とは、前記隔膜と前記隔膜に接するように前記第二媒体貯槽に設けられたダイアフラム部材とを挟んで隣接して配置されており、前記ダイアフラム部材は、前記変圧手段により前記非圧縮性媒体に加えられた圧力変化に追随して、前記液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能であり、前記隔膜は、前記ダイアフラム部材の変形に応じて変形するようになっていることを特徴とする送液装置。    
【請求項３】
前記液体収容体は、一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送液装置。
【請求項４】
前記非圧縮性媒体収容体は、一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記非圧縮性媒体流路が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の送液装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微量試料の分析，検出を簡便に行う分析装置等に好適に用いられる送液装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療診断に必要な測定を患者近傍で行うベッドサイド診断用の分析（ＰＯＣ（point of care ）分析）や、河川や廃棄物中の有害物質の分析を河川や廃棄物処理場等の現場で行うこと（ＰＯＵ（ point of use ）分析）や、食品の調理，収穫，輸入の各現場における汚染検査等のような、分析・計測が必要とされる現場若しくは現場の近傍で分析・計測を行うこと（以下、これらを「ＰＯＣ分析等」と総称する）の重要性が注目されている。そして、近年、このようなＰＯＣ分析等に適用される検出法や装置の開発が重要視されつつある。このようなＰＯＣ分析等は、簡便に短時間で、且つ低コストで行われることが要求される。
【０００３】
従来、微量分析には、試料をキャピラリガスクロマトグラフィー（ＣＧＣ），キャピラリ液体クロマトグラフィー（ＣＬＣ）等で分離した後、質量分析計で定量するＧＣ−ＭＳ装置やＬＣ−ＭＳ装置が広く使用されてきた。しかしながら、これらの分析装置は、質量分析計が大型であることと操作が煩雑であることから、患者のベッドサイドや汚染河川，廃棄物処理場近辺等の現場での測定に使用することには適していない。さらに、血液等を試料とする医療診断用途の分析装置は、試料が触れる部分を使い捨てにすることが望ましい。
【０００４】
そこで、これらの問題点を解決するために、従来利用されてきた分析装置を小型化し、極微量の液体試薬を反応させるμＴＡＳ（micro total analysis system ）の技術をＰＯＣ分析等へ応用する検討が進んできた。μＴＡＳでは、血液に限らず検体量を微量にするために、１０ｃｍから数ｃｍ角程度以下のガラスやシリコン製のチップの表面に溝を形成して、その溝中に試薬溶液や検体を流して分離，反応を行って、微量試料の分析を行っている（例えば、特許文献１，２，３及び非特許文献１を参照）。この技術においては、検体量，検出に必要な試薬量，検出に用いた消耗品等の廃棄物，廃液の量がいずれも少なくなる上、検出に必要な時間もおおむね短時間で済むという利点がある。
【０００５】
本願出願人も、「混合分析装置及び混合分析方法」（特許文献４）、「キャピラリ光熱変換分析装置」（特許文献５）、「分析装置」（特許文献６）、「分析用カートリッジ及び送液制御装置」（特許文献７，８）等のμＴＡＳ関係の発明を出願している。
これらの公報又は出願明細書には、チップとして樹脂製のマイクロチップを用いることや、微量成分の検出法として熱レンズ検出法を用いることなども記載されている。
【０００６】
熱レンズ検出法は、励起光で液体中の試料を励起して、いわゆる熱レンズを形成させ、検出光でその熱レンズの変化を測定する光熱変換検出法であり、その原理等は以前から知られている（特許文献９，１０，１１及び非特許文献２，３，４，５，６等）。
キャピラリー中の成分を測定する方法としては、熱レンズ検出法の他に蛍光法や吸光度法等も用いることができるが、蛍光標識物質の導入等の操作をすることなく高い感度が実現できるので、熱レンズ検出法が適している。
【０００７】
一方、チップ中で、キャピラリ電気泳動そのものや、電気浸透流を用いて電圧をかけることによって送液する方法も提案されている（特許文献１２，１３，１４及び非特許文献３，７等）。
しかしながら、電気泳動も電気浸透流も、チップ内の液体に電極を介して電圧をかけるため、電極表面で測定試薬や測定試料の電気分解が生じて、試薬組成や試料組成が変化してしまうことがある。また、試薬や試料の電気分解生成物がキャピラリの内面に付着して、キャピラリ表面のゼータ電位を変えてしまい、送液速度が変化するといった現象が起こる場合もある。
【０００８】
また、カートリッジ内に凍結乾燥した固体試薬を入れておき、カートリッジ内に封入した溶解希釈液で血液検体を希釈し、さらに該希釈検体液で前記固体試薬を溶解して、分析反応を行い定量する方法が開示されている（特許文献１５，１６等）。
この方法では、送液は遠心力により行われているため、送液方向は常に遠心力の働く方向、つまり、円形カートリッジの円の中心から外方に向かう方向である。固体試薬はカートリッジ中の流路末端に位置する、円周沿いの小部屋内に置かれており、希釈された検体が各小部屋に流入して、固体試薬を溶解し反応して吸光度に変化を来すようになっている。
【０００９】
しかしながら、カートリッジの構造上、固体試薬は流路の最終点におかれているため、１試薬による１段反応の検出反応しか行えないこととなり、検出項目によっては、検査センターや病院の臨床検査室などで行われている、学会や官庁などで定められた推奨法による検出反応とは異なる反応及び試薬組成を採用せざるを得ない。そのため、従来の検査データとの相関性が低い場合がある。さらに、検査項目によっては、このような円形カートリッジの反応様式では分析が困難な場合も考えられる。
【００１０】
これに対して、密閉カプセル内での気泡による送液方法が報告されている。これには、気泡の熱膨張による送液と電解ガスの発生による送液とがある。前者は、密閉されたチャンバーと加熱材料及び充填液とにより行われる。加熱された気泡の膨張は高い圧力を発生し、早い送液が可能である。例えばNaruse Yoshihiroらの方法は、液が充填されたチャンバー内に吸光発熱材料を封入しておき、ガラスファイバーでレーザー光をチャンバー内に導くと、吸光発熱材料の発熱によりチャンバー内の気泡が膨張して送液が行われるというものである（特許文献１７）。
【００１１】
一方、後者は、密閉されたチャンバーとその中に充填された電解液とチャンバーに挿入された一対の電極とにより行われる。電極に電圧を印加することによる電解ガスの発生で圧力が生じ、送液が行われるというものである。例えば、D.A.Hopkins,Jr（特許文献１８）やC.R.Neagu ら（非特許文献８）が報告しているものがある。
しかしながら、気泡は圧縮性を有するので、細いキャピラリ流路中に液を送る場合は、液の流れが始まってから安定するまでに長い時間が必要となる。場合によっては、液が流れ方向に振動して、送液がまったく安定しないという問題が発生するおそれがある。
【００１２】
さらにまた、気泡を使用することなく充填液を外部から押して液を送る方法が提案されており、例えば圧電素子による送液があげられる。圧電素子は、比較的少量のエネルギーで大きな力を発生させることが可能である。
しかしながら、圧電素子が単一の結晶で構成されていると、極小さい距離しか液を押し動かすことができない。ストロークを大きくするには通常は複数の結晶で圧電素子を構成するが、そうすると多くの部品が必要になり、結局コストがかさんでしまう。
【００１３】
また、圧電素子は小さい電流で駆動するが高い電圧を必要とするため、必ずしも今日の半導体回路に適応しているとは言えない。さらに、伸張係数の異なる材料を積層して圧電素子を構成する必要があり、しかも積層に際しては正確なクリアランスが要求されるため、微小サイズ化することが難しい。さらに、振動による往復運動であるため、送液に適した一方向の力に変換するためには、逆止弁機能を有する複数のバルブを必要としたり、複数のポンプに位相差を付ける電気的制御を必要としたりするので、システム全体が非常に複雑になるという問題があった。
【００１４】
ディフューザーなど整流効果のあるモジュールを流路内に設置することにより送液を行うことも可能であるが、その構造上の特性により、高流速でないと整流効果は期待できない。低流速の場合には流路幅を細くすることにより高速化することも可能ではあるが、この方法では流路での圧力損失が大きくなる，チップの製作精度や流量制御精度を高める必要がある，高コストにつながる等の理由により、実用的なシステムを組むことが困難になってくる。
さらにまた、静電的な荷電反発と反対荷電の引き合いの原理に基づく送液も報告されている。例えば、 R. Zengerleらの方法では、薄い膜状電極とチップ固定電極との静電的反発によりチャンバー内の液が押し出される（非特許文献９）。
【００１５】
しかしながら、ギャップ距離は送液に敏感なため、実際の送液では２，３μｍに制限される。この狭いギャップはゴミ等による汚染に敏感で、高い電場ではゴミを引きつけやすく、このような汚染により適切な送液が阻害される。また、大きな電流は必要としないが高い電圧を必要とするので、必ずしも今日の半導体回路に適応しているとは言えない。さらに、大きな送液力を得るには大容量の荷電板が必要である。さらに、振動による往復運動であるため、送液に適した一方向の力に変換するためには、電気的に制御されるか又は逆止弁機能を有する複数のパイロットバルブが必要になり、システム全体が非常に複雑になるという問題がある。
【特許文献１】特開平２−２４５６５５号公報
【特許文献２】特開平３−２２６６６６号公報
【特許文献３】特開平８−２３３７７８号公報
【特許文献４】特願平１０−１８１５８６号明細書
【特許文献５】特開２０００−２６７５号公報
【特許文献６】特開２０００−２６７７号公報
【特許文献７】国際公開第９９／６４８４６号パンフレット
【特許文献８】特願平１１−２２７６２４号明細書
【特許文献９】特開昭６０−１７４９３３号公報
【特許文献１０】特開平１０−１４２１７７号公報
【特許文献１１】特開平４−３６９４６７号公報
【特許文献１２】国際公開第９６／０４５４７号パンフレット
【特許文献１３】特開平１０−１４２１７７号公報
【特許文献１４】特開平４−３６９４６７号公報
【特許文献１５】特表平１０−５０１３４０号公報
【特許文献１６】特表平９−５０４７３２号公報
【特許文献１７】米国特許第５２１０８１７号明細書
【特許文献１８】米国特許第５６７１９０５号明細書
【非特許文献１】Analytical Chem. 69, 2626-2630（1997）
【非特許文献２】A. C. Boccara et. al., Appl. Phys. Lett.36, 130,1980
【非特許文献３】J. Liquid Chromatography 12,2575-2585 （1989）
【非特許文献４】M. Harada et. al.,ぶんせきＮｏ．４，280-284,1997
【非特許文献５】Anal. Chem. Vol.65,2938-2940,1993
【非特許文献６】川西他，日本分析化学会第４４年会講演要旨集，p119,1995
【非特許文献７】S. C. Jakobson et. al., Anal. Chem. Vol.66,4127-4132,1994
【非特許文献８】C.R.Neagu, J.G.E.Gardeniers, M.Elwenspoek, J.J.Kelly, Journal of Micro Electro Mechanical Systems, 5,1, 2-9,（1996）
【非特許文献９】R. Zengerle, A. Richter, H. Sandmaier, Micro Electro Mechanical Systems '92, 4, 19, （1992）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ＰＯＣ分析等を行う機器（以降は、ＰＯＣ分析機器と記すこともある）には、一般に、小型，低コスト，操作の簡便性，短い測定時間等の要求がある。例えば、診療所のような小規模の医療機関で使用するＰＯＣ分析機器には、診療所の限られたスペースでも設置できる小さな機器サイズ、設備投資負担の小さい低価格、専門の検査技師ではなくても操作可能な簡便性、患者を待たせることなく数十分以内に測定できること等の要求を満たすことが必要である。また、病状の正確な診断のために複数項目の同時測定が可能で、定量測定にも対応できることも必要である。
【００１７】
前述のように、ＰＯＣ分析機器へ提供する送液技術として多くの提案がなされているが、このような小型，低コスト，簡便性，短い測定時間，多項目測定，定量性という要求のすべてに適合するものは、未だ提案されていない。
そこで、本発明の目的は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、装置が小型で平易に製造可能で、操作が煩雑でなく簡単に測定を行うことができる送液装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、検体や試薬は使い捨てカートリッジ内にのみ留まり、送液装置のカートリッジ以外の部分に触れることがなく、コンタミネーションが発生せず、検体や試薬の性状に影響されることなしに定量的に送液が可能な送液装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の送液装置は、壁体に囲まれて形成された液体貯槽の容積を変化させることによって、前記液体貯槽に満たされた液体を前記液体貯槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の貯槽に収容された液体を前記液体貯槽に送る送液装置であって、前記液体貯槽を有する液体収容体と、前記液体貯槽の容積変化を生じさせるための圧力を伝達する非圧縮性媒体を収容する非圧縮性媒体収容体と、を備え、前記液体貯槽は、前記壁体の少なくとも一部が、前記液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔膜で構成され、前記非圧縮性媒体収容体は、前記圧力を発生させる変圧手段を備え且つ前記非圧縮性媒体が満たされた第一媒体貯槽と、非圧縮性媒体流路によって前記第一媒体貯槽に連通された第二媒体貯槽と、を備え、前記液体貯槽と前記第二媒体貯槽とは、前記隔膜を挟んで隣接して配置されており、前記隔膜は、前記変圧手段により前記非圧縮性媒体に加えられた圧力変化に追随して変形するようになっていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る請求項２の送液装置は、壁体に囲まれて形成された液体貯槽の容積を変化させることによって、前記液体貯槽に満たされた液体を前記液体貯槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の貯槽に収容された液体を前記液体貯槽に送る送液装置であって、前記液体貯槽を有する液体収容体と、前記液体貯槽の容積変化を生じさせるための圧力を伝達する非圧縮性媒体を収容する非圧縮性媒体収容体と、を備え、前記液体貯槽は、前記壁体の少なくとも一部が、前記液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔膜で構成され、前記非圧縮性媒体収容体は、前記圧力を発生させる変圧手段を備え且つ前記非圧縮性媒体が満たされた第一媒体貯槽と、非圧縮性媒体流路によって前記第一媒体貯槽に連通された第二媒体貯槽と、を備え、前記液体貯槽と前記第二媒体貯槽とは、前記隔膜と前記隔膜に接するように前記第二媒体貯槽に設けられたダイアフラム部材とを挟んで隣接して配置されており、前記ダイアフラム部材は、前記変圧手段により前記非圧縮性媒体に加えられた圧力変化に追随して、前記液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能であり、前記隔膜は、前記ダイアフラム部材の変形に応じて変形するようになっていることを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明に係る請求項３の送液装置は、請求項１又は請求項２に記載の送液装置において、前記液体収容体は、一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の送液装置は、請求項１又は請求項２に記載の送液装置において、前記非圧縮性媒体収容体は、一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記非圧縮性媒体流路が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
このような構成から、変圧手段により発生した圧力が非圧縮性媒体を介して隔膜に伝えられ、隔膜が液体貯槽の内部又は外部に向かって突出するように変形する。そして、この隔膜の変形により液体貯槽の容積が変化するため、液体貯槽に満たされた液体が流路に送液されるか、又は、前記流路若しくは別の貯槽に収容された液体が液体貯槽に送液される。このときの液体の流量は、液体の性状には依存せず、隔膜の変形量（すなわち、非圧縮性媒体に加える変圧量）により制御可能であるので、液体収容体内の液体を定量的に送液することが可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の送液装置は、隔膜の変形量により液体の流量を制御することが可能であるので、液体を定量的に送液することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る送液装置及び該送液装置を備える分析装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以降の各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。また、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に、非圧縮性媒体収容体の平面図、及び、該平面図のＡ−Ａ’断面図を示す。非圧縮性媒体収容体１は板状の構造であって、第一媒体貯槽８、第二媒体貯槽１０，１１，１２、及び第一媒体貯槽８と第二媒体貯槽１０，１１，１２とを連通する非圧縮性媒体流路９（９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ）とを備え、第一媒体貯槽８、第二媒体貯槽１０，１１，１２、及び非圧縮性媒体流路９は非圧縮性媒体１７で満たされている。第二媒体貯槽１０，１１，１２の開口部は、弾性変形可能なダイアフラム部材１３，１４，１５で覆われ閉口している。第一媒体貯槽８には、チューブコネクタ１６によりチューブ４の一端が接続されていて、チューブ４の他端はシリンジポンプ（図示せず）に接続されている。
【００２４】
非圧縮性媒体収容体１の大きさは特に限定されるものではないが、本発明は特に微量の液体を取り扱う際に優れた効果を発揮するため、例えば、非圧縮性媒体流路９は幅及び深さが１μｍから数ｍｍの範囲であり、第一媒体貯槽８及び第二媒体貯槽１０，１１，１２の容積は０．１μＬから数ｍＬである。
非圧縮性媒体収容体１は、非圧縮性媒体１７に負荷される圧力に対して、ダイアフラム部材１３，１４，１５以外は変形しない程度の強度を有する材料で製造されていることが好ましい。例えば、ガラス，金属，硬質ポリマー材料が用いられる。ポリマーとしては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、１，３−シクロヘキサジエン系重合体等があげられる。
【００２５】
非圧縮性媒体１７としては、長期間安定で不活性な液体，ゲル，弾性変形性の高い固体が好ましい。また、シリコーンオイル，ポリエチレングリコール，高分子ゲル，ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の弾性高分子ポリマー等を用いることもできる。
ダイアフラム部材１３，１４，１５は弾性材料で構成されており、シリコーンゴムフィルム等を用いることができる。また、ガス透過性を有し、且つ、非圧縮性媒体１７に対しては透過性を持たない材料であれば、非圧縮性媒体１７を封入する作業が容易になるので好ましい。例えば、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）多孔質膜やＰＤＭＳ膜を用いることができる。
【００２６】
非圧縮性媒体１７が液状ではなく、高分子ポリマーのような固体状の物質である場合は、ダイアフラム部材１３，１４，１５を用いる必要はない。また、非圧縮性媒体収容体１と後述する液体収容体２とをセットした後に、非圧縮性媒体１７を収容する場合も、必ずしもダイアフラム部材１３，１４，１５を用いる必要はない。
シリンジポンプによりシリンジ内の非圧縮性媒体を吐出すると、非圧縮性媒体はチューブ４を介して非圧縮性媒体収容体１に流れ込み、非圧縮性媒体収容体１内の圧力が上昇する。非圧縮性媒体収容体１は、加えられた圧力に対してダイアフラム部材１３，１４，１５以外は変形しない強度を有する材料で構成されているため、結局、弾性変形可能なダイアフラム部材１３，１４，１５が外側に膨らむ（第二媒体貯槽１０，１１，１２の外部に向かって突出するように変形する）。図２に、図１の断面図のダイアフラム部材１４が外側に膨らんだ状態を拡大して示す。
【００２７】
ダイアフラム部材１３，１４，１５には、内側から等しい圧力が付与される。適当な弾性強度を持つダイアフラム材料を選べば、ダイアフラム部材１３，１４，１５の外側、すなわち液体収容体２の隔膜から受ける反力よりも、内圧を十分大きくすることができ、各ダイアフラム部材１３，１４，１５の受ける反力の差を無視することができる。この場合、各ダイアフラム部材１３，１４，１５の外側に膨らんだ分の体積比は、液体収容体２の流路設計や収容されている液体の性状によらず、第二媒体貯槽１０，１１，１２の大きさにより制御することができる。また、非圧縮性媒体を使用しているので、シリンジポンプの吐出量とダイアフラム部材１３，１４，１５の外側に膨らんだ分の体積の合計は等しい。すなわち、液体収容体２に流れる流量も、シリンジポンプの吐出量により、定量的に制御することができる。
【００２８】
この特徴は、粘度等の液性状の異なる未知の測定対象を分析し、液体収容体２を測定毎の使い捨てとするＰＯＣ分析装置に適したものである。流量比が液体収容体２の流路形状に依存しないので、液体収容体２の製造時の寸法精度要求も緩和される。
上記の例では、変圧手段としてシリンジポンプを用いたが、その他の手段を用いることもできる。例えば、図３のような押圧機構を使用できる。すなわち、第一媒体貯槽８の上に弾性膜１８を設置し、弾性膜１８上に密閉容器２０を設け、密閉容器２０内を非圧縮性媒体２１で満たす。ピン１９をアクチュエーターにより押し下げることにより弾性膜１８が下方に押圧され、非圧縮性媒体収容体１内の非圧縮性媒体１７が変圧される。
【００２９】
図４に、液体収容体２の平面図、及び、該平面図のＢ−Ｂ’断面図を示す。液体収容体２は板状の構造で、非圧縮性媒体収容体１の第二媒体貯槽１０，１１，１２に対応する位置に液体貯槽２２，２３，２４が設けられている。さらに、廃液貯槽２６、及び、液体貯槽２２，２３，２４と廃液貯槽２６とを連通する流路２５を有する。
液体収容体２の大きさは特に限定されないが、本発明は特に微量の液体を取り扱う際に優れた効果を発揮するため、例えば、流路２５は幅及び深さが１μｍから数ｍｍの範囲であり、液体貯槽２２，２３，２４の容積は０．１μＬから数ｍＬの範囲である。
【００３０】
液体収容体２の材質は、収納する液体に対して化学的に不活性なものが好ましく、液体によりガラス，金属，ポリマー等を使用することができる。ポリマーとしては、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、１，３−シクロヘキサジエン系重合体等の硬質プラスチックや、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等の弾性ポリマー等があげられる。液体収容体２内の液体を熱レンズ等の光学的検出手段を用いて測定する場合は、透明で測定波長に対して吸収を持たない材料を用いることが望ましい。
【００３１】
液体貯槽２２，２３，２４の開口部は、隔膜２７，２８，２９によってそれぞれ覆われ、密閉されている。液体貯槽２２，２３，２４の使用法により、隔膜２７，２８，２９はあらかじめ液体収容体２に固定されている場合と、使用時に液体貯槽２２，２３，２４に液体を入れてから貼り付けて固定する場合がある。隔膜２７，２８，２９はガス透過性を有し、且つ、液体貯槽２２，２３，２４に収納する液体に対しては透過性を持たない、変形可能なシート状のものであればよい。ＰＴＦＥ多孔質膜や様々な素材の多孔膜が使用可能である。ただし、液体が隔膜２７，２８，２９を透過しないためには、疎水性の有機ポリマーや無機素材を用いることが好ましい。
【００３２】
疎水性の有機ポリマーは、臨界表面張力が２０℃で約０．０４Ｎ／ｍ以下であることが好ましく、例としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、１，３−シクロヘキサジエン系重合体があげられる。
【００３３】
セルロースアセテート膜のようなものも使用できる場合もあるが、界面活性剤が添加された試薬液の場合は、ＰＴＦＥ，シリコーン，ポリエチレン等の疎水性の強い膜の方が液体の透過を防ぐ耐水圧が大きいので好ましい。
耐水圧が大きい膜ほど高い圧力で送液できるが、本発明における液体収容体２に使用できる膜の耐水圧は、発明を実施するための最良の形態の項で述べるような流路構成では９．８ｋＰａ以上が好ましい。膜の平均孔径は０．１μｍから５μｍが好ましく、孔径が小さいほど耐水圧が高く透過空気量が僅かであることを考慮すると、０．１μｍ程度が最も好ましい。膜厚は２５〜３００μｍが好ましい。
【００３４】
なお、液体収容体２は、一つの部材から構成されるものであってもよいし、複数の部材から構成されるものであってもよい。後者の例としては、例えば以下のようなものがあげられる。液体収容体２は、一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、この溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより流路２５が形成されている。非圧縮性媒体収容体１についても同様であり、一対の平板状部材が貼り合わされて構成され、溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより流路９が形成されているようなものでもよい。
【００３５】
図５に、本発明の送液装置を備える分析装置の構成を示す。図１に示した非圧縮生媒体収容体１には３つの第二媒体貯槽が設けられ、各第二媒体貯槽のダイアフラム部材は、それぞれ液体収容体２に設けられた３つの液体貯槽に接するように配置されている。各ダイアフラム部材が液体貯槽内の液体と直接触れないように、各液体貯槽の開口部には隔膜が貼られている。液体収容体２は、温度制御機能を備えたステージ７上に置かれている。化学反応（生化学反応）の種類によっては、温度制御機能はなくてもよい。
【００３６】
液体収容体２の流路２５内での化学反応（生化学反応）を測定するために、流路２５を照射できる位置にレーザー出射部５を配置し、照射された流路２５からの信号を検出できる位置に光学検出部６を備える。図５では、熱レンズ信号測定のようにレーザー出射部５と光学検出部６が流路２５を挟んで同軸上に対向する位置に配置されているが、蛍光測定の場合には同軸上である必要はない。また、レーザー出射部５と光学検出部６の位置関係が反転していてもよい。
【００３７】
本発明の送液装置を備える分析装置は、光学的測定手段を有するものに限定されるわけではなく、電気的な測定手段を利用したものであってもよい。例えば、図１１のような流路２５中に電極３５，３６を備えた液体収容体２により、流路２５内の化学反応（生化学反応）を電気的に測定することができる。
分析装置は、送液装置の機能を制御，駆動するための電気回路を備えている。また、シリンジポンプ３の駆動，流量制御のためのアクチュエーター駆動回路及び制御回路、ステージ温度制御のためのヒーター駆動回路及び温度制御回路、反応測定のための検出系制御回路等を備え、さらにそれらを協調動作，制御するための統括制御ＣＰＵを備えている。検出系に関しては、例えば、熱レンズ信号測定の場合は、レーザー照射のための光源駆動回路、レーザー強度を変調させるための光源変調回路、光センサーからの信号を検出する光検出回路、信号の増幅回路及び信号処理回路等を備えている。
また、分析装置外のパーソナルコンピューター等から分析装置の各機能を制御し、分析装置内の制御回路の全部あるいは一部を省略することもできる。この場合は、分析装置にパーソナルコンピューターとの信号インターフェースが備えられる。
【００３８】
図６の（１）〜（６）の平面図及び断面図を用いて、この分析装置を用いた分析の操作手順を説明する。
図６の（１）に示すように、はじめに、液体収容体２の液体貯槽２３に検体を、液体貯槽２２，２４に検体分析反応の試薬溶液を滴下する。この例では、２試薬分析反応の例を示しており、液体貯槽２２，２４にはそれぞれ異なる試薬が入る。滴下量は厳密である必要はない。また、液体貯槽２２，２３，２４にあらかじめ乾燥試薬を封入しておいて、溶解バッファーを滴下してもよい。
【００３９】
次に、図６の（２）に示すように、各液体貯槽２２，２３，２４の開口部に隔膜２７，２８，２９をぞれぞれ貼り付けて密封する。次に、図６の（３）に示すように、流路２５の出口に接続する廃液槽２６にマイクロシリンジ３３を接続し、空気を流路２５内に注入する。すると、液体収容体２の流路２５内の圧力が高まり、各液体貯槽２２，２３，２４に収容された液体が隔膜２７，２８，２９の方に押される。隔膜２７，２８，２９は疎水性の多孔質弾性膜であるので、隔膜２７，２８，２９と液体貯槽２２，２３，２４に収容されている液体との間に存在する気体のみが透過し、液体は外に漏出しない。よって、隔膜２７，２８，２９と収容された液体との間には、気体が存在しない状態になる。
【００４０】
次に、図６の（４）に示すように、液体収容体２の上に非圧縮性媒体収容体１を接触させ、固定する。このとき、液体収容体２の各液体貯槽２２，２３，２４上の隔膜２７，２８，２９と、非圧縮性媒体収容体１の各第二媒体貯槽１０，１１，１２に設けたダイアフラム部材１３，１４，１５とが接するように配置する。さらに、図６の（５）に示すように、図示しないシリンジポンプによりシリンジから非圧縮性媒体を吐出すると、非圧縮性媒体がチューブ４を介して非圧縮性媒体収容体１に流れ込み、非圧縮性媒体収容体１内の圧力が上昇する。各第二媒体貯槽１０，１１，１２に設けたダイアフラム部材１３，１４，１５が外側に膨らみ（第二媒体貯槽１０，１１，１２の外部に向かって突出するように変形する）、接触している液体収容体２の液体貯槽２２，２３，２４上の隔膜２７，２８，２９を下方に押圧する。そのため、液体貯槽２２，２３，２４内の液体が流路２５に押し出され、流路２５内に流れ出す。この様子を、図６の（６）に拡大して図示した。
図６の（５）で、流路２５内に流れ出した検体及び試薬は、非圧縮性媒体収容体１の設計により決まる所定の流量比で混合，反応する。また、総流量もシリンジポンプにより正確に制御される。流路２５の下流側に位置する測定点３２において、レーザーが照射され、信号検出することにより定量測定を行う。
【実施例】
【００４１】
次に、実施例及び参考例によって、本発明をより詳細に説明する。
〔実施例１〕
非圧縮性媒体収容体１として、図７に示すＰＭＭＡ製マイクロチップ１を用意した。非圧縮性媒体流路９の幅は２００μｍで、深さは１００μｍである。非圧縮性媒体流路９ａは長さが２０ｍｍであり、非圧縮性媒体流路９ｅ，９ｆ，９ｇはすべて長さが２５．７ｍｍである。第二媒体貯槽１０，１１，１２の直径はそれぞれ３ｍｍ、２．５ｍｍ、５ｍｍである。第二媒体貯槽１０，１１，１２の開口部には、シリコーンゴム・メンブレンがそれぞれ接着されている。第一媒体貯槽８には、チューブコネクター１６を介してＰＥＥＫ製チューブ４の一端が接続していて、チューブ４の他端は図示しないシリンジポンプに接続している。第一媒体貯槽８、第二媒体貯槽１０，１１，１２及び非圧縮性媒体流路９は、水で満たされていて、残留気泡はない。
【００４２】
液体収容体２として、図８に示すＰＭＭＡ製マイクロチップ２を用意した。流路２５の幅は２００μｍで、深さは１００μｍである。合流点３０から合流点３１までの長さは１００ｍｍであり、合流点３１から測定点３２までの長さは１３０ｍｍである。液体貯槽２２，２３，２４の直径は、それぞれ３ｍｍ、２．５ｍｍ、５ｍｍであり、深さは２ｍｍである。
【００４３】
液体貯槽２２，２３，２４の開口部に、それぞれＰＴＦＥメンブレン２７，２８，２９を貼り付け、流路２５の出口にある廃液槽２６にコネクターを介してチューブを接続した（いずれも図示せず）。チューブの他端に図示しないシリンジをつなぎ、このシリンジから直径１μｍのポリスチレン・ビーズの懸濁液をマイクロチップ２に流し込んだ。液体貯槽２２，２３，２４内の気泡が完全になくなるまで、懸濁液を注入した。そして、シリンジをチューブからはずし、替わりに内径１００μｍのガラスキャピラリーを接続した。
【００４４】
図７のマイクロチップ１と図８のマイクロチップ２とを、図５のように重ねてステージ上に固定した。マイクロチップ１とマイクロチップ２とは、マイクロチップ１の第二媒体貯槽１０，１１，１２上のダイアフラム部材１３，１４，１５と、マイクロチップ２の液体貯槽２２，２３，２４上の隔膜２７，２８，２９とが互いに接するように配置した。
【００４５】
シリンジポンプより水を吐出すると、マイクロチップチップ１上のダイアフラム部材１３，１４，１５が外側に膨らみ、それによりマイクロチップ２上の隔膜２７，２８，２９は押されて、液体貯槽２２，２３，２４の内部に突出するように変形する。このため、液体貯槽２２，２３，２４内のビーズ懸濁液は流路２５内に流れ出す。液体貯槽２２，２３，２４からの送液量の合計は、ガラスキャピラリーのメニスカスの移動量から算出した。シリンジポンプの吐出量とマイクロチップ２内の送液量との関係について測定した結果を、図９に示す。シリンジポンプの吐出量とマイクロチップ２内の送液量とは比例していて、５％以内の精度で一致した。
マイクロチップ２を１０枚用意して同様の実験を行い、シリンジポンプで同じ液量を吐出した時のマイクロチップ２内の送液量のばらつきは、１．４％以内であった。懸濁液の流れを光学顕微鏡で観察したところ、シリンジポンプの吐出速度が０．１μＬ／ｍｉｎでも脈動がなく、スムーズな液流れになっていた。
【００４６】
〔実施例２〕
実施例１で使用したものと同じ形状の非圧縮性媒体収容体１と液体収容体２とを用意して、マイクロチップ２の液体貯槽２２又は液体貯槽２３に蛍光色素溶液を封入した。実施例１と同様にマイクロチップ１とマイクロチップ２とを重ねて、ステージ上に固定し、マイクロチップ１に接続しているシリンジポンプから水を吐出させた。マイクロチップ２の流路２５の合流点３０又は合流点３１において、液体の流れを光学顕微鏡で観測した。各液体貯槽２２，２３，２４からの流量比は、蛍光色素により液体が可視化されるため測定可能である。その結果、実験範囲であるシリンジポンプの吐出量０μＬから２５μＬの間で、流量比は常に一定に保たれていた。
なお、液体貯槽２３にさらにデキストランを添加し、液体の粘度を変えてみたが、粘度０．９ｍＰａ・ｓから１０ｍＰａ・ｓの範囲では、流量比に変化は見られなかった。
【００４７】
〔実施例３〕
次に、実際の血液分析に適用した例について説明する。検体として、マルチリピッドキャリブレーター（和光純薬工業株式会社製）を使用した。蒸留水で希釈比率を調整し、総コレステロール濃度０〜３２０ｍｇ／ｄＬの間で６段階の濃度のサンプルを用意した。試薬溶液はＬタイプワコーＣＨＯ・Ｈ（和光純薬工業株式会社製）を使用した。非圧縮性媒体収容体と液体収容体は実施例１で使用したものと同じ形状のものを使用した。
【００４８】
マイクロチップ２の液体貯槽２３に、検体をさらに１／１０の濃度に希釈したものを１０μＬ、液体貯槽２２に酵素発色液Ａを４０μＬ、液体貯槽２４に酵素発色液Ｂを１５μＬそれぞれ滴下した。そして、液体貯槽２２，２３，２４の開口部に、それぞれＰＴＦＥメンブレン２７，２８，２９を貼り付け、封止した。
廃液槽２６にシリンジを接続し、マイクロチップ２の流路２５内に空気を送り込み、内圧を上昇させた。液体貯槽２２，２３，２４のＰＴＦＥメンブレンと検体，試薬液との間の気泡はメンブレンから外に押し出され、気泡が存在しない状態になった。
【００４９】
マイクロチップ１及びマイクロチップ２を、図５に示すように分析装置にセットした。温調ステージは、マイクロチップ２の流路２５内が３７℃になるように温度コントロールした。そして、シリンジポンプより２．４μＬ／ｍｉｎの速度で水を吐出させた。この流速では、検体と酵素発色液Ａとの反応溶液が合流点３０と合流点３１との間を通過するのに約１分を要し、さらに酵素液Ｂを加えた反応溶液が合流点３１と測定点３２との間を通過するのに約１分を要した。独自に構成した熱レンズ信号測定装置（励起光の波長６３０ｎｍ、変調周波数１ｋＨｚ、プローブ光の波長７８０ｎｍ）を用いて、測定点３２において熱レンズ信号の測定を行った。
分析結果を図１０に示す。グラフからわかるように、調整した希釈検体中のコレステロール濃度と、熱レンズ測定により得られた熱レンズ信号の出力とには、高い相関性があった。この結果から、該マイクロチップにより血液生化学分析が実施可能であることが明らかとなった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の送液装置は、微量の液体を精密に送液することができ、しかも液体収容体以外の部分に液体が接触することはないので、試料間の汚染を嫌う微量分析装置に好適である。本発明の送液装置を分析装置に適用すれば、ＰＯＣ分析等をはじめとする種々の分析を簡便且つ正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の非圧縮性媒体収容体の一例を示す平面図及び断面図である。
【図２】図１の非圧縮性媒体収容体の第二媒体貯槽周辺部分を拡大して示した部分断面図である。
【図３】媒体変位機構の変形例を説明する断面図である。
【図４】本発明の液体収容体の一例を示す平面図及び断面図である。
【図５】本発明の送液装置を用いた分析装置の一例を示す構成図である。
【図６】本発明の送液装置による送液操作の手順を示す模式図である。
【図７】実施例で用いた非圧縮性媒体収容体の流路形状を示す平面図である。
【図８】実施例で用いた液体収容体の流路形状を示す平面図である。
【図９】シリンジポンプの吐出量と液体収容体内の液体の送液量との関係を示すグラフである。
【図１０】実施例２で測定した標準血清中の総コレステロール濃度と熱レンズ信号値との関係を示すグラフである。
【図１１】流路内の化学反応（生化学反応）を電気的に測定するための電極を備えた液体収容体の一例を示す平面図及び断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    非圧縮性媒体収容体
２    液体収容体
３    シリンジポンプ
４    チューブ
５    レーザー出射部
６    光学検出部
７    温度調節ステージ
８    第一媒体貯槽
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ    非圧縮性媒体流路
１０，１１，１２    第二媒体貯槽
１３，１４，１５    ダイアフラム部材
１６    チューブコネクター
１７    非圧縮性媒体
１８    弾性膜
１９    ピン
２０    密閉容器
２１    非圧縮性媒体
２２，２３，２４    液体貯槽
２５    流路
２６    廃液槽
２７，２８，２９    隔膜
３０，３１    合流点
３２    測定点
３３    マイクロシリンジ
３５，３６    電極
【図１】
2006023121.tif 000003
【図２】
2006023121.tif 000004
【図３】
2006023121.tif 000005
【図４】
2006023121.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006023121.tif 000008
【図７】
2006023121.tif 000009
【図８】
2006023121.tif 000010
【図９】
2006023121.tif 000011
【図１０】
2006023121.tif 000012
【図１１】
2006023121.tif 000013