(57)【要約】 【課題】  エレクトロウエッティング（ＥＷＯＤ）を適用した化学分析装置において、分注精度を向上させる。【解決手段】  化学分析装置１００は、分析デバイス１５０を構成し液体を供給するポート１５１が形成された基板と、この基板に対向して配置した基板との双方の対向する面に形成された電極間に電圧を印加して、基板内に供給された液体を流動させる。先端部に細管１８０を有し、この細管を用いてポートから液体を供給する１６０を設ける。下側基板の電極は、多数の小電極を有する電極列１５２を備える。電極列を移動する液滴よりも大容量の液を細管が保持可能である。ポートから細管を対向配置した基板間に挿入し、大容量の液を一度に供給する【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を供給するポートが形成された基板と、この基板に対向して配置した基板との双方の対向する面に形成された電極間に電圧を印加して、前記基板内に供給された液体を流動させるＥＷＯＤを用いた化学分析装置において、先端部に細管を有しこの細管を用いて前記ポートから液体を供給する供給手段を設け、前記一方の基板の電極は、多数の小電極を有する電極列を備え、この電極列を移動する液滴よりも大容量の液を保持可能であり、前記ポートから細管を前記対向配置した基板間に挿入して、大容量の液を一度に供給可能としたことを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
液体を供給するポートが形成された基板と、この基板に対向して配置した基板との双方の対向する面に形成された電極間に電圧を印加して、前記基板内に供給された液体を流動させるＥＷＯＤを用いた化学分析装置において、前記ポートは分注部を形成しており、このポートの下方に液溜り電極を配置し、この液溜り電極より小面積の多数の電極で構成された電極列を、前記液溜り電極にわずかな間隔をおいて配置したことを特徴とする化学分析装置。
【請求項３】
前記対向する基板は分析デバイスを構成し、この分析デバイスは前記ポートを有する分注部と異なる位置に配置した分析部を有し、前記分注部から分注された液体から１回の分析に要する液滴を、分注部で分離可能とした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４】
前記分注部は、それぞれ第１の液体と第２の液体を供給可能な複数のポートを有し、これら複数のポートの下方であって前記対向する基板間に第１、第２の液体を混合して保持する保持部が形成されてい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５】
前記細管に、ポートの開口部に嵌合するストッパを設けた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６】
前記第１の液がサンプル液であり、前記第２の液が試薬または希釈液のいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の化学分析装置。
【請求項７】
前記液溜り電極の周りに、複数の電極を有する電極列を複数個配置した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８】
前記複数の電極列のなす角が鋭角のときには、その間に液体はみ出し防止手段を設けたことを特徴とする請求項７に記載の化学分析装置。
【請求項９】
前記細管の先端部は、前記電極列方向に開口してい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１０】
前記液溜り電極は、外径が互いに異なる複数の三日月状の電極と、この三日月状電極の内側に配置され円の一部が切り欠かれた電極とを互いにわずかの隙間をおいて配置してほぼ円形の電極としたものであ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１１】
分注部を形成する電極列の多数の電極に印加する電圧の大きさを変えるコントローラを有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１２】
前記細管を浸漬するフッ素系オイル保持手段を有し、前記コントローラは、前記ポートから液体を供給する前に前記細管をこのフッ素系オイル保持手段に保持したオイルに浸漬するよう制御する特徴とする請求項１１に記載の化学分析装置。
【請求項１３】
前記細管の径は前記ポートの開口端部の径よりも小さく、前記ポートの開口部の内側がロート状に形成されてい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１４】
前記コントローラは、前記細管が供給する液体の順番と、分析部での分析順番とを異ならせるように前記液体を供給することを特徴とする請求項１１に記載の化学分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学分析装置に係り、特に微量物質が含まれる液の分析に好適な化学分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の液移送装置の例が、特許文献１に記載されている。この特許明細書に記載の液移送装置は、微小流量を駆動するマイクロアクチュエータを有している。このマイクロアクチュエータは、エレクトロウエッティングという現象に基づいており、可動部を有しておらず、液と固体の壁面間の粘着エネルギー勾配を液に作用させている。具体的には、１枚の共通電極板に、互いに絶縁された複数の電極を有する駆動電極列が表面に形成された平板が対向配置されている。電極列を構成する各電極への通電を切り換えて、共通電極板と駆動電極板の隙間に供給した微量な液滴を、電極列に沿って搬送している。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６５６５７２７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の液移送装置によれば、電圧を制御して平板の表面の濡れ性を変え、分析部であるデバイス内で液を搬送させている。しかしながら、この液移送装置は微小な液滴の移送だけに注目しているので、化学分析に必要な液滴の分注や液滴の分析等については、十分には考慮していない。
【０００５】
化学分析装置では、デバイス外から細管のプローブを用いてサンプルに多種の試薬を供給して、多項目の分析を高速で実施する必要がある。そのため、デバイス内に、サンプルや試薬を精度よく分注および導入しなければならないが、現状では分注方法が確立されておらず分注精度が低い。また、分析に必要な量よりも余分に分注しないと分析が出来なくなる恐れがあり、分注する試薬やサンプルの量が増大する。さらに、多数のサンプルや複数の試薬を並行して同時に扱えば自動化の効率が向上するが、多数の試薬を同時に扱うことについて考慮していないので、スループットを向上させることが困難である。
【０００６】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、エレクトロ・ウエッティング・オン・ダイエレクトリック（ＥＷＯＤ：electrowetting on dielectric）を適用した化学分析装置において、分注精度を向上させることにある。本発明の他の目的は、ＥＷＯＤを適用した化学分析装置のスループットを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の特徴は、液体を供給するポートが形成された基板と、この基板に対向して配置した基板との双方の対向する面に形成された電極間に電圧を印加して、前記基板内に供給された液体を流動させるＥＷＯＤを用いた化学分析装置において、先端部に細管を有しこの細管を用いて前記ポートから液体を供給する供給手段を設け、前記一方の基板の電極は、多数の小電極を有する電極列を備え、この電極列を移動する液滴よりも大容量の液を保持可能であり、前記ポートから細管を前記対向配置した基板間に挿入して、大容量の液を一度に供給可能としたものである。
【０００８】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、液体を供給するポートが形成された基板と、この基板に対向して配置した基板との双方の対向する面に形成された電極間に電圧を印加して、前記基板内に供給された液体を流動させるＥＷＯＤを用いた化学分析装置において、前記ポートは分注部を形成しており、このポートの下方に液溜り電極を配置し、この液溜り電極より小面積の多数の電極で構成された電極列を、前記液溜り電極にわずかな間隔をおいて配置したことにある。
【０００９】
そしてこれらの特徴において、前記対向する基板は分析デバイスを構成し、この分析デバイスは前記ポートを有する分注部と異なる位置に配置した分析部を有し、前記分注部から分注された液体から１回の分析に要する液滴を、分注部で分離可能とするのが好ましい。
【００１０】
また上記特徴において、前記分注部は、それぞれ第１の液体と第２の液体を供給可能な複数のポートを有し、これら複数のポートの下方であって前記対向する基板間に第１、第２の液体を混合して保持する保持部が形成されていてもよく、前記細管に、ポートの開口部に嵌合するストッパを設けてもよい。さらに、前記第１の液がサンプル液であり、前記第２の液が試薬または希釈液のいずれかであるのが望ましい。
【００１１】
上記各特徴において、前記液溜り電極の周りに、複数の電極を有する電極列を複数個配置してもよく、前記複数の電極列のなす角が鋭角のときには、その間に液体はみ出し防止手段を設けるのがよい。また、前記細管の先端部は、前記電極列方向に開口しているのがよく、前記液溜り電極は、外径が互いに異なる複数の三日月状の電極と、この三日月状電極の内側に配置され円の一部が切り欠かれた電極とを互いにわずかの隙間をおいて配置してほぼ円形の電極とするのがよい。
【００１２】
また上記各特徴において、分注部を形成する液溜り電極および電極列の多数の電極に印加する電圧の大きさを変えるコントローラを有するのがよく、細管を浸漬するフッ素系オイル保持手段を有し、前記コントローラは、前記ポートから液体を供給する前に前記細管をこのフッ素系オイル保持手段に保持したオイルに浸漬するよう制御してもよい。さらに、前記細管の径は前記ポートの開口端部の径よりも小さく、前記ポートの開口部の内側がロート状に形成されていてもよく、前記コントローラは、前記細管が供給する液体の順番と、分析部での分析順番とを異ならせるように前記液体を供給するものであってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、化学分析装置において、電極が形成されたデバイス内に供給するプローブが、１回の分析に必要な試薬またはサンプル量以上を分注可能であり、分注部の電極を１回の分析に必要な量だけの液滴を形成する構造としたので、分注精度の低いプローブを用いても液滴量の精度が向上する。また、プローブから複数回または複数個の分析に要するサンプルまたは試薬をデバイス中に分注できるので、デバイス内で同時に多数の液滴を操作でき、スループットが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る化学分析装置のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１は、第１の実施例における化学分析装置１００の斜視図であり、一部省略図で示している。血清などの生体試料を収容する円柱容器であるサンプルカップ１１０は、回転可能に設けられたサンプルディスク１２０の外周近傍に多数配置されている。このサンプルディスク１２０に隣り合って、これも回転可能に設けられた試薬ディスク１４０が配置されている。試薬ディスク１４０の外周近傍には、多数の試薬ボトル１３０が収容されている。
【００１５】
これら２個のディスク１２０、１４０から間隔をおいて、詳細を後述する分析デバイス１５０が配置されている。分析デバイス１５０とサンプルディスク１２０間には、サンプル分注機構１６０が配置されている。サンプル分注機構１６０は、上下に移動可能な主軸部と、この主軸部から水平方向に突き出たアーム部を備えたプローブ移動機構２１２を有している。アーム部の先端には、サンプルカップ１１０からサンプル液を吸引し、分析デバイスの表面に設けられた開口部を有する複数のポート１５１へ吐出するプローブと呼ばれる細管１８２が鉛直下方に延びている。プローブ１８２のアーム側端部には、図示しないチューブが接続されている。このチューブの他端は、サンプル分注機構１５０の近傍に配置した図示しないシリンジに接続されている。シリンジは、プローブ内１８２の試薬を駆動する。
【００１６】
分析デバイス１５０と試薬ディスク１４０との間には、試薬分注機構１７０が配置されている。試薬分注機構１７０は、上下に移動可能な主軸部と、この主軸部から水平方向に突き出たアーム部を備えたプローブ移動機構２１０とを有している。アーム部の先端には、試薬ボトル１３０から試薬液を吸引し、分析デバイスの表面に設けられた開口部を有する複数のポート１５１へ吐出するプローブと呼ばれる細管１８０が鉛直下方に延びている。プローブ１８０のアーム側端部には、チューブ１９０が接続されている。このチューブ１９０の他端は、試薬分注機構１７０の近傍に配置したシリンジ２００に接続されている。シリンジ２００は、プローブ内１８０の試薬を駆動する。
【００１７】
サンプルディスク１２０および試薬ディスク１４０は、電気配線１８１によりコントローラ１８０に接続されている。コントローラ１８０には、さらにサンプル分注機構１６０および試薬分注機構１７０も接続されており、サンプルディスク１２０とサンプル分注機構１６０、および試薬ディスク１４０と試薬分注機構１７０とが、整合して動作するように制御する。
【００１８】
分析デバイス１５０は矩形状をした平板を有しており、ステージ２２０上に載置されている。分析デバイス１５０のサンプルディスク１２０および試薬ディスク１４０に近い側の辺の近傍に、複数のポート１５１が並んで配置されている。このポート１５１を端部として、多数の電極が列を成して形成された電極レーン１５２が設けられている。
【００１９】
図２に、分析デバイス１５０のポート１５１を含む分注部の縦断面図を、図３および図４に、分析デバイス１５０に形成した電極レーン１５２の中から、１個の電極列を取出したときの上面図を示す。分析デバイス１５０では、矩形の上面基板２３０と下面基板２４０の２枚の基板を、間隔をおいて対向配置している。下面基板２４０の一部には、例えば１辺の長さが数ｍｍから数μｍ程度の多数の電極３００１、３００２、…が僅かな間隔をおいて配列されており、電極レーン１５２を構成する。電極３００１、３００２、…の上面は、絶縁膜２５０で覆われている。絶縁膜２５０の上面は、撥水膜２６０で覆われている。
【００２０】
上側基板２３０は全体がグランド電極となっており、撥水膜２６０で覆われている。上側基板２３０のグランド電極はグランドに、下側基板２４０の電極３００１、３００２、…は図示しない電源に、電気配線１８１により接続されている。下側基板２４０の各電極３００１、３００２、…には、電圧を切り換えて印加できるようになっている。２枚の基板２３０、２４０間の間隔はスペーサ２８０により、一定に保たれている。
【００２１】
下側基板２４０の電極３００１、３００２、…は、例えば、ガラスや石英などの絶縁基板素材の表面に、ＣｒやＴｉ、Ａｌ、ＩＴＯなどの導電性を有する薄膜電極を蒸着またはスパッタ、ＣＶＤ等の表面処理して作成される。この電極の上に、スリーボンド社のパリレン（商品名）などの有機絶縁膜やＳｉＯ２などの無機絶縁膜を、蒸着またはスパッタ、ＣＶＤ等により処理する。絶縁膜２５０上に、フッ素系ベースの撥水膜２６０をコーティングする。撥水膜２６０の材料としては、デュポン社のテフロンＡＦ1600（商品名）や、旭ガラス社のＣｙｔｏｐ（商品名）などを用いる。
【００２２】
上面基板２３０では、ＩＴＯなどの透明導電膜を基板素材の上面一面に形成する。この導電膜上に、フッ素系ベースの撥水膜２６０をコーティングする。撥水膜２６０を表面に形成したので、基板２３０、２４０の表面には各種溶液が付着し難く、不純物溶液による汚染を防止できる。上面基板２３０の複数箇所には開口が形成されており、この開口に上部からアクセス可能なように円筒形のポート１５１が取り付けられている。
【００２３】
このように構成した分析デバイス１５０の動作を、以下に説明する。以下の説明では、サンプルの操作について説明するが、試薬の操作も同様である。サンプルカップ１１０にプローブ１８０を浸漬し、シリンジ２００を動作させてサンプル液２９０を吸引する。吸引するサンプル液の液量は、複数テスト分である。例えば３テスト分の場合には、プローブ１８０内に、分析に必要な第１〜第３サンプル量２９０１〜２９０３に余裕を見たダミー量２９０４を加えた分が吸引される。
【００２４】
サンプル分注機構１６０を駆動して、プローブ１８０を分析デバイス１５０の所定ポート１５２に位置決めする。その後、図２（１）に示すように、内部にサンプル液が保持されたプローブ１８０をポート１５２内に挿入する。プローブ１８０の先端は、斜めに切り欠かれており、切欠き面１８５は電極レーン１５２を向いている。シリンジ２００を駆動して、サンプル液２９０を２枚の基板間２３０、２４０の隙間に吐出する（同図（２）参照）。
【００２５】
このとき、プローブ１８０の切り欠き面１８５は電極レーン１５２を向いて保持されていること、および第１の電極３００１〜第４の電極３００４に通電して上面基板２３０との間に電圧が印加されていることにより、電極レーン１５２の中で通電された電極３００１〜３００４上だけが濡れ性が大になる。そして、プローブ１８０から吐出されたサンプル液はスペーサの方向には向かわず、電極レーン１５２の上を這うように流動する。プローブ１８０内のサンプル液２９０が全て吐出されたときには、サンプル液２９０は電圧が印加されて濡れ性が大になった第１の電極３００１〜第４の電極３００４と、慣性により第５の電極３００５に先端が掛かる程度まで延びる（同図（３）参照）。
【００２６】
サンプル液２９０が空になったプローブ１８０を引き上げ、サンプル後端３２０が位置する第１の電極３００１の通電を停止し、サンプル先端３１０が位置する第５の電極３００５に通電する。サンプル後端３２０位置では電極レーン１５２の濡れ性が低下し、サンプル先端３１０位置では濡れ性が増大する。これによりサンプル液２９０は、図２で右方に移動する（同図（４）参照）。
【００２７】
ところで、本実施例に記載の分析デバイス１５０では、図３に示すように電極レーン１５２が形成されている。すなわち、電極レーン１５２は、サンプル液または試薬液を所定位置まで搬送するための搬送レーン３３０と、液分離ポイント３４０で分離された液を分析位置に搬送するための分析レーン３５０と、排出レーン３６０とを備えている。液分離ポイント３４０は、分注部のポート１５１から分注された液滴から１回の分析で使用する液量だけを分離する場所である。排出レーン３６０は、搬送レーン３３０に連続しており、１回の分析に必要な量だけ分離された残りのサンプル液２９０を仮置きするときや、分析に必要な液滴が全て分離された残りのダミー液滴を分析デバイス１５０外に排出する場合に使用される。これらの各レーン３３０、３５０、３６０は、多数の矩形電極を、一直線上に互いに僅かな隙間をおいて配置した形状をしている。
【００２８】
図３は、１回の分析に必要なサンプル量を分離する様子を示す図であり、同図（１）は分注部のポート１５１から分注されたサンプル液２９０が、搬送レーン３３０にある場合である。Ｘ印を付けた電極３３０１〜３３０４に電圧が印加されている。この電極３３０１〜３３０４の濡れ性が増大し、サンプル液はこれらの電極３３０１〜３３０４上を占めている。この状態から、順次電極３３０４よりも図で右方に位置する電極に通電する。それとともに、左方に位置する電極３３０１から順次通電を停止する。このようにして、サンプル液２９０を右方に搬送する。
【００２９】
同図（２）に、右方に搬送されたサンプル液２９０が、液分離ポイント３４０を含む位置まで搬送された様子を示す。搬送レーン中３３０の電極および排出レーン３６０中の電極を順次切り換えた結果、サンプル液２９０は液分離ポイント３４０に達している。この状態で、搬送レーン３３０から分析レーン３５０に分岐する角部に位置し、サンプル液２９０の後端部が載置された電極３２０へは電圧の印加を継続する。しかし、この電極３２０に隣り合う排出レーン３６０の最左部に位置する電極３６０１への電圧印加を停止する。そして、サンプル液２９０が載置された最右端側の電極３１０への通電を開始する。このときサンプル液２９０は、後端部が電極３２０に引かれるとともに、先端部が電極３１０側に引かれて、電極３６０１でくびれ３７０を生じ始める（同図（３）参照）。この電極レーン３３０、３６０への電圧印加状態を継続すると、同図（４）に示すように、最終的にサンプル液２９０は、第１テスト分のサンプル量である第１サンプル液滴３８０１と、残りのサンプル液３９０に分離される。第１サンプル液滴３８０１、ほぼ１個の電極を覆う量である。
【００３０】
第１サンプル液滴３８０１が保持される位置は、分析レーン３５０への分岐点であり、第１サンプル液滴３８０１の量は電極１個の面積を占める量であるから、分析レーン３５０の電極１個づつ電圧印加位置を変えれば、第１サンプル液滴３８０１は分析レーン３５０上を搬送される。つまり、分析レーン３５０の図では上端に位置する電極３５０１から順に電圧印加を切り換える（同図（５）参照）。サンプル２９０と同様に、試薬液を分析デバイス１５０中の他のポート１５２から分注し、他の搬送レーンおよび分析レーンを経てこの第１サンプル液滴３８０１に混合させる。混合した液について、図示しない分析部で吸光度分析等が実施される。
【００３１】
第１サンプル液滴３８０１が分析レーン３５０に移動して、分析レーン３５０との分岐部である電極３２０上を第１サンプル液滴３８０１が占めていなくなったら、排出レーン３６０の後端に位置する電極３６０１への電圧印加を開始するとともに排出レーン３６０の先端の電極３１０への電圧印加を停止する。これにより第１サンプル液滴３８０１が分離された残りのサンプル液３９０が、左方に戻される。そして、サンプル液３９０の後端が電極３２０を占めるようになったら（同図（６）参照）、再び図３（２）から図３（４）に示した手順を繰り返し、第２のサンプル液滴３８０２を分離する。
【００３２】
この手順を、所定の回数だけ繰り返す。本実施例ではサンプル液２９０として、３回の分析を十分行えるだけの量を分注しているので、第１〜第３サンプル液滴３８０１〜３８０３を分離すると、分注時の余裕を見込んだダミー量２９０４が残る。このダミー量２９０４は、今回の分析には不要であるから、排出レーン３６０の電圧印加電極を順次右方に切り換えて、排出レーン３６０を右方に搬送し、図示しない排出ポートから排出する（同図（７）参照）。
【００３３】
本実施例によれば、第１〜第３サンプル液滴３８０１〜３８０３として分離される液量は、電極３２０に留まる分の量で規定されているので，プローブ１８０でサンプル２９０を吸引および吐出する時に誤差が生じても、ダミー液滴３８０４がバッファとして作用するから、３個の液滴３８０１〜３８０３の液量を過不足なく高精度に設定できる。したがって、プローブ１８０の分注精度が低くても，分析デバイス１５０内で分析に使われる液量の分注精度を高精度に維持でき、分析部で高精度な分析が可能となる。また、複数個の液滴を１回の分注から形成できるので、複数テスト分を一度に分注でき、プローブやサンプルディスクを分析のたびに駆動する必要がなく、分析装置のスループットが向上する。
【００３４】
なお、上記手順において、分離液滴を形成するために電圧印加を停止する電極数は、電極３６０１の１個には限らず、隣り合う複数個の電極の電圧印加を同時に停止して、液滴のくびれをうまく形成するようにしてもよい。その場合、液分離ポイント３４０におけるサンプル液や試薬の挙動を静電容量や画像などモニタして、その挙動にあわせて電圧印加停止数を決定するのがよい。
【００３５】
図４に、上記実施例の変形例を示す。本変形例では、連続する搬送レーン３３０と排出レーン３６０とから分岐する分析レーン３５０を複数個設けて同時に複数個のサンプル液滴を分離する点が、上記実施例と相違する。分析レーン３５０が複数個あり、しかも同時に液滴を複数個分離するので、液滴が分離しやすい形状に電極を形成する。
【００３６】
具体的には、搬送レーン３３０側に位置する第１の分析レーン３５０までは、上記実施例と同じ構成であるが、第１の分析レーン３５０との分岐部よりも右方に第２の分析レーン３５０を、そのさらに右方に第３の分析レーン３５０を配置する。そして図４において、分岐部の電極３２０と同様の電極３２１、３２２を、第２、第３の分析レーン３５０の最上側に位置する電極の上側に配置し、電極３２０と電極３２１間、電極３２１と電極３２２間、および電極３２２と排出レーン３６０の最左側の電極３６０１間に、その他の電極よりも１辺の長さが短い小電極３３１１〜３３１６を２個づつ並べて配置している。この小電極３３１１〜３３１６は、液分離ポイント３４０を構成する。
【００３７】
複数回のテストが可能なサンプル量を含むサンプル液２９０が、搬送レーン３３０上を液分離ポイント３４０まで搬送される。液分離ポイント３４０は、小電極３３１１〜３３１６と大電極３２０〜３２２とを含む。図４（１）に示すように、分注部のポート１５１から分注され、搬送レーン３３０を搬送されたサンプル液２９０は、図の右方に進み後端部が分岐部の電極３２０を占めるようになる。このとき、サンプル液２９０の前端は、排出レーン３６０にまで及んでいる。液分離ポイント３４０に配置された小電極３３１１〜３３１６では、エレクトロウエッティングによる液滴の保持力が小さいから、液分離ポイント３４０でサンプル液２９０は、電極面積に応じたくびれ３７０を形成する（同図（２）参照）。
【００３８】
この状態で、液分離ポイント３４０の小電極３３１１〜３３１６への電圧印加を同時に停止する。サンプル液２９０から第1〜第３サンプル液滴３８０１〜３８０３が分離されるとともに、残りはダミー液２９０４として排出レーンに残る（同図（３）参照）。分岐部の電極３２０〜３２２だけを第１〜第３のサンプル液滴３８０１〜３８０３が占めているので、分析レーン３５０の電極に順次電圧を印加すれば、サンプル液滴３８０１〜３８０３は、それぞれ別個の分析レーン３５０を搬送される（同図（４））。このとき、ダミー液２９０４は、排出レーン３６０から図示しない排出ポートに送られる。
【００３９】
本変形例では、分注ポートから一度に分注するサンプル液量を３回分の分析量よりもやや多めの量としているが、６回分や７回分等よりもやや多めの量として、上記手順を繰り返すようにしてよい。本変形例で示したように、液滴分離用の小型電極を搬送レーンに繰り返し配置し、その間に分析レーンを配置すれば、同時に分析のための液滴を複数個形成できる。したがって、化学分析装置のスループットが向上する。
【００４０】
本発明の他の実施例を、図５〜図１０を用いて説明する。本実施例が、上記実施例および変形例と相違するのは、分注と液滴分離を同一の場所で実施可能にしたことにある。図５に、化学分析装置１００の斜視図を示す。この図５ではサンプル分注部を示し、試薬分注部を省略している。多数のサンプルカップ１１０１、１１０２、…を収容し、回転可能なサンプルディスク１２０に、上下および回転可能なサンプル分注機構１６０のプローブ１８０がアクセス可能に配置されている。プローブ１８０の途中にはストッパ１８１が取り付けられている。プローブ１８０は、分析デバイス１５０に形成したポート１５１にもアクセス可能である。サンプルディスク１２０には、フッ素系オイルなどの耐薬品性が高い不活性オイルの入ったオイルカップ１１５１も収容されている。
【００４１】
分析デバイス１５０を構成する下側基板２４０には、詳細を後述する液溜め電極４００と、多数の電極が引き出し電極レーン４１０として配列されている。引き出し電極レーン４１０には、搬送レーン３３０が接続されている。搬送レーン３３０には、異なる３種のサンプルを保持する第１〜第３の保持レーン４６０１〜４６０３が接続されている。保持レーン４６０１〜４６０３は、図示しない分析部に接続されている。
【００４２】
その他の構成は、上記実施例と同様である。分析デバイス１５０の２枚の基板２３０、２４０間には、図６にその断面図で示すように、プローブ１８０を用いてポート１５１から予め不活性オイル４２０が供給されている。この状態で、サンプル液や試薬が基板２３０、２４０間に入ってきても、基板２３０、２４０全体がオイル膜で覆われているので、基板２３０、２４０に試薬やサンプル液が接触しにくい。したがって、１回の分析が終了した後に、他の分析をするために試薬やサンプル液を変えるときであっても、前の分析に使用した液がキャリーオーバするのを回避でき、同一ポート１５１および同一分析レーンを用いて、異なるサンプルを扱うことができる。
【００４３】
プローブ１８０を用いて第１のサンプルカップ１１０１からポート１５１に分注された第１のサンプル液の一部を分離して生成された第１のサンプル液滴４７０１は、引き出し電極レーン４１０から搬送レーン３３０に運ばれ、最後に第１サンプル保持レーン４６０１に運ばれて、混合や分析を待つ。同様に、第２、第３のサンプルをポート１５１に分注し、液溜め電極４００で一部を分離してサンプル液滴４７０２、４７０３を生成し、分離された液滴４７０２、４７０３は、引き出し電極レーン４１０、次いで搬送レーン３３０へと移動し、それぞれの保持レーン４６０２、４６０３で待機する。
【００４４】
図示しないコントローラが、必要に応じてそれぞれのサンプルを分析レーンに移動させる。これにより、プローブ１８０を駆動しなくても、分析デバイス１５０内だけで、第１〜第３のサンプルを任意の順序で保持レーン４６０１〜４６０３から分析レーンへ搬送することができ、スループットが向上する。また、分析の要求のたびに、毎回サンプルディスク１２０を回転して、所望のサンプルの入ったサンプルカップをプローブ１８０の分注位置にまで移動する必要がなくなる。
【００４５】
このように構成した本実施例における液滴の分離動作の詳細を、図６および図７を用いて説明する。以下の説明においては、サンプル２９０のハンドリングを説明するが、試薬の場合も同様である。シリンジ２００およびチューブ１９０、プローブ１８０内に、水１９１を入れる。オイルカップ１１０４にプローブ１８０を浸漬し、オイルを少量、吸引する。
【００４６】
サンプルディスク１２０を回転させて、サンプルカップ１１０とプローブ１８０を位置決めし、その後サンプルカップ１１０にプローブ１８０を浸漬してサンプル２９０を吸引する。吸引するサンプル２９０の量は、複数回または複数個のテストを実行できる量に、余裕を見るためのダミー量を合わせた量である。このとき、プローブ１８０は先にオイルカップ１１０４に浸漬されているので、プローブ１８０の先端は内外表面ともにオイルで覆われている。したがって、吸引したサンプル２９０がプローブ１８０表面に付着するのを防止できる。サンプル２９０によるプローブ１８０でのコンタミの発生を抑制でき、高精度な分析が可能になる。
【００４７】
プローブ位置決め機構２１０を駆動して、プローブ１８０を分注用のポート１５１に移動させて位置決めする（図６（２）参照）。内部にサンプル液２９０を保持したプローブ１８０を、ポート１５１内に挿入する。プローブ１８０先端近傍に形成したプローブストッパ１８１を、ポート１５１上部に形成したポートコネクタ１５１０に嵌合して、プローブ１８０とポート１５１とを密着させる。プローブ１８０に設けたストッパ１８１は、プローブ位置決め機構２１０によるプローブ１８０とポート１５１の位置決めずれや挿入ずれを補償するもので、分析デバイス１８０の底面の損傷を防止する。それとともに、プローブ１８０をポート１５１に挿入したときにポート１５１からオイル４２０が溢れ出るのを防止する。
【００４８】
シリンジ２００を駆動して、サンプル液２９０を分析デバイス１５０内に吐出する。このとき、液溜め電極４００だけに電圧を印加する。電圧を印加された液溜め電極４００の位置は濡れ性が良く、その他の電極の位置では濡れ性が悪い。そこで、サンプル液２９０は他に流動することなく液溜め電極４００上に留まる（図６（３）参照）。引き出し電極レーン４１０の電極に電圧を印加する。これにより、サンプル液２９０の一部２９０２が分離する。引き出し電極レーン４１０の電圧印加電極４１０ａ、４１０ｂ、…を順次切り換え、サンプル液滴２９０２を電極レーン上で駆動する。
【００４９】
分析に必要な最後の液滴２９０３を、液溜め電極４００上から引き出し電極レーン４１０に搬送し終わると、残サンプル２９０４を保持したまま、プローブ１８０をポート１５１から引き上げる。このとき、シリンジ２００を動作して残サンプル２９０４を吸引する（図６（５）参照）。分析に不要なサンプル液２９０を分析デバイス１５０外に排出したので、分析プロセスが簡略化する。
【００５０】
ここで本実施例では、図７に示すように液滴分離が容易な液溜め電極４００形状としている。Ｘ印を付した電極は、電圧が印加された電極である。液溜め電極４００は、円形の部分に大小異なる大きさの三日月状の電極４４０ａ〜４４０ｄをわずかの隙間をおいて複数並べ、最も小さい三日月状電極４４０ａの内部に、一部が切りかかれた円形の電極４３０を配置した構成である。引き出し電極レーン４１０の電極は、液溜め電極の円形の電極４３０とほぼ同じ形状である。すなわち、同じ大きさの２個の円を一部重なるように配置したときに、一方の円の重部分を切り欠いた形状の電極４１０ａ、４１０ｂ、…である。個々の電極４１０ａ、４１０ｂ、…は、互いにわずかに隙間をおいて直線状に配置されている。
【００５１】
液溜め電極４４０に電圧を印加しているので、プローブ１８０から吐出された直後のサンプル液２９０は、太線で輪郭を示すように液溜め電極４００を覆っている（図７（１）参照）。第１回目のサンプル液滴２９０２を分注するために、液溜め電極４１０の最外側の三日月状電極４４０ｄへの電圧印加を停止し、引き出し電極レーン４１０の図７で最左側に位置する電極４１０ａ、４１０ｂに電圧を印加する（同図（２）参照）。引き出し電極レーンの４１０の電極４１０ａ、４１０ｂの濡れ性が増大したので、サンプル液滴２９０は引き出し電極レーン４１０側に延びだし、くびれ部を生ずる。一方、最外側の三日月状電極４００ｄへの電圧印加を停止したので、この三日月状電極４００ｄの面積によって規定されるサンプル液２９０量が、図で右方に移動しようとする。
【００５２】
サンプル液２９０のくびれ部に当たる引き出し電極レーン４１０の電極４１０ａへの電圧印加を停止する。電極４１０ａの濡れ性が低下し、この電極４１０ａからサンプル液２９０が流出しようとし、サンプル液滴２９０２が形成される（同図（３）参照）。引き出し電極レーン４１０の電極４１０ａ、４１０ｂ、…への電圧印加を順次切り換えると、形成されたサンプル液滴２９０２は、引き出し電極レーン４１０上を搬送される。そのとき、三日月状電極４４０ｃへの電圧印加を停止すると、分離液滴２９０２が分離された残りのサンプル液２９０１は、図で右方に移動する。この動作を繰り返す。なお、三日月状電極４４０ｃ、４４０ｂ、…への電圧印加停止のタイミングは、上下２枚の基板２３０、２４０間の静電容量値や画像をモニタして決定する。
【００５３】
液溜め電極４００上に分注した複数テスト分のサンプル液２９０から、液溜め電極４００の個々の電極４００ａ〜４００ｄ、４３０の形状により規定される量の液滴が、分離液滴２９０２として搬送される。したがって、各電極４００ａ〜４００ｄ、４３０を精度よく製作すれば、分注精度が向上し高精度分析が可能となる。これらの電極４００ａ〜４００ｄ、４３０の製作には、半導体の製造で用いられるスパッタ法や蒸着法を容易に適用することにより、高精度の加工が可能になる。
【００５４】
なお、図６に示した実施例では、最後に残った残サンプル液をプローブ１８０で吸引していたが、本実施例では残サンプル液２９０５を、図示しない排出レーンから排出ポートに搬送している（図７（４）参照）。引き出し電極レーン４１０には排出レーンが接続されている。本実施例によればシリンジ２００を駆動する必要が無く、プローブ１８０動作が拘束されないのでスループットが向上する。
【００５５】
液溜め電極４００の他の例を、図８に上面図で示す。本実施例では、液溜め電極４００ｆを円形の１部を扇形に切り欠いた電極４００ｆで構成し、扇形に切り欠いた部分に嵌る三角部を有する電極４３０ｂを、引き出し電極レーン４１０が備えている。電極４３０ｂは矩形部と三角部を有しており、液溜め電極４００とはわずかな隙間をおいて配置されている。引き出し電極レーン４１０のその他の電極４３１、４３２、…は、矩形状の電極である（図８（１）参照）。
【００５６】
液溜め電極４００ｆより大径となるようにサンプル液２９０を吐出する。液溜め電極４１０ｆおよび引き出し電極レーン４１０の図で最左方側に位置する電極に電圧を印加する。これにより、分離液滴が形成され、その後は上記各実施例と同様、引き出し電極レーン４１０の各電極への電圧印加を切り換えて、分離液滴を分析部まで搬送する。
【００５７】
プローブ１８０から分注されたサンプル液２９０量が少ないときや数回の分離液滴の生成で、液溜め電極４００ｆ上に位置するサンプル液２９０の大きさが液溜め電極４００ｆの外径よりも小さくなったときには、液溜め電極４００と引き出し電極レーン４１０の図で最左方側の２個の電極４３０ｂ、４３１に電圧を印加する。濡れ性を増大させてサンプル液２９０の一部を引き出し、引き出し電極レーン４１０まで移動させる（同図（２）参照）。このとき、液溜め電極４００ｆに印加する電圧を、電極４３０ｂよりも小さくする。液溜め電極４００ｆの濡れ性が低下し、液溜め電極４００ｆがサンプル液２９０を吸引する吸引力が低下する。サンプル液２９０は、容易に移動できる。
【００５８】
液溜め電極４００ｆに嵌る電極４３０ｂの三角部の頂点部分４３０１を、液溜め電極４００ｆの中心近傍に配置しているので、サンプル液２９０の径がどんどん小径化しても、液溜め電極４００ｆと電極４３０ｂとの印加電圧の大きさを変えることにより、液溜め電極４００ｆからサンプル液２９０引き出し電極レーン４１０側に引き出すことができる。電極４３０ｂへの電圧印加を停止して、分離液滴２９０２を形成する（同図（３）参照）。
【００５９】
なお、搬送電極レーン４１０上でも、分離液滴２９０２が位置する２個の電極について、一方の電極への印加電圧を他方の電極の印加電圧よりも小さくすると、印加電圧の大きい方に分離液滴２９０２は搬送されるから、必ずしも電極のオン／オフを切り換える必要はなく、印加電圧の大きさを調整してもよい。この場合、分離液滴２９０２の搬送がスムーズになり、搬送速度を向上できる。
【００６０】
本実施例のいくつかの変形例を、以下に示す。液溜め電極４００、４００ｆに印加される電圧を小さくするために、基板２３０、２４０の絶縁膜２５０と撥水膜２６０の厚さを液溜め電極４００、４００ｆ部分で厚くする。本変形例では、サンプル液に加わる電圧が小さくなる。液溜め電極の他の形状を、上面図で図９に示す。液溜め電極４００ｇの複数箇所にスリット４００ｈを形成する。これにより、液溜め電極４００ｇの電極面積を低減し、吸引力を低減する。
【００６１】
図１０に、液溜め電極のさらに他の変形例を上面図で示す。この変形例では、液溜め電極４００ｋに３本の引き出し電極レーン４１０１〜４１０３が接続されている。各引き出し電極レーン４１０１〜４１０３の、最も液溜め電極４００ｋに近い電極は、上記実施例と同様に三角形部が付加された矩形であり、三角形部が液溜め電極４００ｋに形成したスリットに嵌る構造である。第１の引き出し電極レーン４１０１と第２の引き出し電極レーン４１０２のなす角は鋭角であり、その間には、ポール４５０が設けられている。第１の引き出し電極レーン４１０１と１８０度反対側に、第３の引き出し電極レーン４１０３が配置されている。
【００６２】
第１の引き出し電極レーン４１０１と第３の引き出し電極レーン４１０３のように、互いに反対方向に配置された引き出し電極レーンを搬送する場合には、引き出し電極レーンの電極に電圧を印加するだけで、同時にサンプル液２９０を引き出すことができる。しかし、第１の引き出し電極レーン４１０１と第２の引き出し電極レーン４１０２のように、鋭角で隣り合っている場合には、これら２個の引き出し電極レーン４１０１、４１０２間に位置するサンプル液２９０は、液溜め電極４００ｋからはみ出して、半径方向外方に移動する恐れがある。そこで、ポール４５０を配置して、サンプル液２９０が、はみ出ないようにする。ポール４５０は、サンプル液２９０との接触面積が少ない丸棒のような構造がよい。このように、引き出し電極レーン間が狭いときには、液溜め電極からのサンプル液はみ出し防止手段を設けるのがよい。
【００６３】
本発明に係る化学分析装置のさらに他の実施例を、図１１を用いて説明する。図１１は、分析装置１００が備える分析デバイス１５０の分注部の縦断面図である。本実施例は、上記各実施例とはサンプル液２９０の分注方法が相違している。２種の溶液、本実施例ではサンプル液と希釈液を組み合わせて分注する。その他の組み合わせとして、試薬とサンプル液の組み合わせにも適用できる。
【００６４】
サンプルを分析する分析デバイス１５０には、プローブ１８０がサンプルを供給するためのポート１５１が設けられている。上下１対の基板２３０、２４０を有する分析デバイス１５０を載置するテーブル４８０の一隅には、希釈液容器４９０が載置されている。サンプルポート１５１の近傍には、希釈液を分析デバイス１５０内に供給するための希釈液ポート５００が配置されている。希釈液ポート５００には、希釈液チューブ５１０が接続されており、バルブ５２０を介して希釈液容器４９０に接続されている。希釈液容器４９０内は、予め圧力が付加されている。
【００６５】
サンプルポート１５１に、外部からプローブ１８０を挿入して、サンプル２９０を分注する。プローブ１８０は、サンプルポート１５１の内径よりはるかに小径であり、外径０．１ｍｍ程度のＳＵＳ製または樹脂製で、変形可能である。サンプルポート１５１の内側はロート状に形成されており、サンプルポート１５１の内壁面にプローブ１８０が当たっても変形して分析デバイス１５０の内部まで挿入される（図１１（１）参照）。サンプルポート内壁をロート状にしたので、プローブ１８０の位置決め機構の位置決め精度が悪くても、プローブ１８０を分析デバイス１５０の所定位置決めできる。
【００６６】
希釈液容器４９０に接続された希釈液チューブ５１０に介在させたバルブ５２０を予め定めた時間だけ開き、希釈液５４０の所定量を分析デバイス１５０内に吐出する（同図（２）参照）。サンプル液２９０と希釈液５４０が混合され、液溜め電極４００上で混合溶液５５０が生成される（同図（３）参照）。ここで、下側基板２４０は、液溜め電極４００位置で少し下側に凹んでおり、サンプル液２９０と希釈液５４０とを溜めることができる。希釈液５４０を大量に注入すれば、希釈率の高い混合液５５０を作成することができる。希釈液５４０を大量に注入すると、ポート１５１からオイルやサンプル液２９０が溢れ出る恐れがあるので、ポート１５１にはシッパーチューブ５１１を接続し、ポート開口部から溢れそうになる余分なサンプルやオイル等を吸い出して除去する。上記いずれかの実施例に記載の方法により、引き出し電極レーン４１０において、混合液５５０から１回の分析に必要な量だけ液滴５５１を分離する。
【００６７】
本実施例によれば、サンプルポート１５１と希釈液ポート５００をともに液溜め電極４００上に配置し、２個の位置を近接させているので、２種の液の混合が容易となり、希釈率の精度を向上させることが出来る。なお、通常、サンプル液量より希釈液量が多いので、大容量側の液を後から分注して、分注の際のエネルギで混合液に大きい流動を生じさせ混合効果を高める。
【００６８】
また、計量誤差がほぼ一定であれば、大容量の溶液の分注時の計量精度が高いから、先に分析デバイス１５０内に供給したサンプル液２９０の量に応じて、大容量の希釈液５４０を分注すればよい。その結果、分注量を高い精度で調整することができる。サンプル２９０と希釈液５４０の分注量を、分析デバイス１５０が有する２枚の基板２３、２４０間の静電容量出力や液の撮影画像でモニタすれば、さらに分注精度を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に係る化学分析装置の一実施例の斜視図である。
【図２】図１に示した化学分析装置が備える分注プローブ部の縦断面図である。
【図３】図１に示した化学分析装置が備える分析デバイス部の上面図である。
【図４】図１に示した化学分析装置が備える分析デバイス部の上面図である。
【図５】図１に示した化学分析装置のサンプル分注部の詳細斜視図である。
【図６】分注プローブ部の他の実施例の縦断面図である。
【図７】分注プロセスを説明する図である。
【図８】分注プロセスを説明する図である。
【図９】分析デバイス部の他の実施例の上面図である。
【図１０】分析デバイス部のさらに他の実施例の上面図である。
【図１１】分注プローブ部のさらに他の実施例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１１０…サンプルカップ、１２０…サンプルディスク、１５０…分析デバイス、１８０…プローブ。
【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】
2006329899.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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