(57)【要約】      （修正有）【課題】マイクロチップの複数のチャンネルに対して効率的な同時レーザ照射蛍光検出を行い，複数の試料の簡便かつ高感度な並列分析を可能とする。【解決手段】目的の分析に適した屈折率ｎ2の透明液体が充填された複数のチャンネル２，及び屈折率ｎ3の部材ｍ3が充填された複数のチャンネル３を交互に，平行に，かつ同一平面上に配列した屈折率ｎ1のマイクロチップ１（ｎ2＜ｎ1＜ｎ3）に、レーザビーム４を絞った状態で，配列平面に沿って，各チャンネルに垂直に照射すると，チャンネル２とチャンネル３による屈折作用が相殺するため，レーザビームは配列平面上を直進し，各チャンネルの効率的なレーザビームの同時照射が可能となる。配列平面に対して垂直方向から，集光レンズ９，フィルタ及び回折格子１０，結像レンズ１１，２次元センサ１２，及びデータ解析装置１３を用いて各チャンネルから発光する蛍光を独立かつ同時に検出する。【選択図】図１７
2018138916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率ｎ1の透明固体部材の内部に複数のチャンネルが設けられ，前記複数のチャンネルは少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列され，前記複数のチャンネルの長軸に垂直な断面形状の幅が前記同一平面に垂直方向の一方に向かって広がっており，前記複数のチャンネルには，内部に屈折率ｎ2の第１の部材が満たされた第１のチャンネルと，屈折率ｎ3の第２の部材が満たされた第２のチャンネルとが混在し，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3の関係を満たすマイクロチップに対して，レーザビームを前記マイクロチップの側面から前記同一平面に沿って，前記互いに平行に配列された前記複数のチャンネルの長軸に垂直に入射させる工程と，
前記複数のチャンネルに満たされた前記第１の部材又は前記第２の部材の前記レーザビームの照射による散乱又は蛍光を指標として，前記レーザビームと前記マイクロチップ又は前記複数のチャンネルの配列平面との相対位置関係を調整する工程と，
を有するレーザビーム照射方法。
【請求項２】
前記散乱又は蛍光が最大となるように又は前記複数のチャンネル間で分離良く検出されるように前記相対位置関係を調整する，請求項１記載のレーザビーム照射方法。
【請求項３】
前記第２の部材に蛍光性物質を混在させる，請求項１記載のレーザビーム照射方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，内部に設けられた複数のチャンネルに存在する蛍光物質を高感度に蛍光検出するためのマイクロチップ及びその製造方法，そのマイクロチップを用いて試料を分析するマルチチャンネル蛍光検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロメートルサイズの流路や反応槽であるチャンネルをチップ上に構成し，生体物質等の試料の分析を行うマイクロチップの研究開発がこの２０年間精力的に行われ，その実用化が進みつつある。マイクロチップは，透明なガラスや樹脂を部材とする場合が多く，サイズは数ｍｍから数十ｃｍまでと様々であり，厚さは上記サイズよりも小さい。マイクロチップによって，微量の試料を，短時間で，その場で簡便に分析することが可能である。既に実用化されているマイクロチップの例としては，ＰＣＲ，リアルタイムＰＣＲ，デジタルＰＣＲ，電気泳動分析，免疫分析（イムノアッセイ），フローサイトメータ（セルソータ），単一細胞解析，マイクロリアクタ，等々がある。試料の導入，抽出，試薬との混合，反応を含めた分析の工程を集積したマイクロチップは，マイクロＴＡＳ（Total Analysis System）あるいはLab on a Chipと呼ばれ，実用化に向けた種々の課題を解決する研究開発が引き続き盛んに行われている。マイクロチップの計測手段としては，チャンネル内部に存在する物質を非接触に計測できる光計測が用いられる場合が多い。例えば，チャンネル中で生体物質に蛍光体を標識し，未標識の蛍光体を除去した後に，レーザビームを照射して発光した蛍光を計測する。あるいは，生体物質を光学顕微鏡で観察し，その形状や数を計測する，等である。
【０００３】
樹脂製のマイクロチップは，射出成形やナノインプリント等の加工技術により製造可能であり，低コストで量産可能であるため，使い捨ても可能である。このような使い捨て可能なマイクロチップは，医療診断や食品検査など，分析すべき試料以外のコンタミネーションを避けることが強く求められる分野で特に重要である。また，多数のチャンネルを単一のチップに構成し，これらを並列計測することは，一つの試料について多項目を並列分析する場合，あるいは複数種の試料を並列計測する場合，また，これらによって計測のスループットを向上させ，一つの分析あたりの分析コストを低減させる上で重要である。あるいは，単一のチャンネルの複数箇所を並列計測することによって，反応や分離の時系列変化を解析することが可能になる。
【０００４】
ここで，マイクロチップに設けられた複数チャンネルを如何に効率良くレーザ照射蛍光検出を行うかが大きな課題であり，従来法は以下の（１）〜（５）に分類される。いずれの方法も，複数のチャンネルのレーザ照射部はチップ内の同一平面上に平行に配列している。以降，この平面を配列平面と呼ぶ。単一のチャンネルの複数箇所を並列計測する場合は，チャンネルを複数回折り返すことによって，チャンネルの計測したい箇所が，チップ内の同一平面上に平行に配列している。
【０００５】
（１）ビーム拡大方式：複数チャンネルを跨るようにレーザビームを拡大して同時照射し，複数チャンネルからの蛍光を同時検出
レーザビームをライン状に拡大して複数のチャンネルを同時照射している場合と，レーザビームを円状に拡大して複数のチャンネルを同時照射している場合がある。レーザビームを単一のチャンネルに絞って照射する場合と比較すると，Ｎ本のチャンネルを同時照射する場合，レーザビーム強度密度は，ライン状に拡大すると（１／Ｎ）以下に，円状に拡大すると（１／Ｎ2）以下に減少する。このため，各チャンネルの蛍光検出感度が低下する。ビーム拡大方式の一形態として，レーザビームを複数本に分割し，それぞれを各チャンネルに照射する場合も考えられ，上記と同様の課題を有する。
【０００６】
（２）スキャン方式：単一チャンネルにレーザビームを絞って照射し，同チャンネルからの蛍光を検出する系を，複数のチャンネルに対してスキャン
レーザビームを単一のチャンネルに絞って照射してスキャンしない場合と比較すると，Ｎ本のチャンネルをスキャンによりシリアルに照射する場合，レーザビーム強度の実効密度は（１／Ｎ）以下に減少し，各チャンネルの蛍光検出感度が低下する。また，各チャンネルの時間分解能も（１／Ｎ）以下となり，計測上で不利になることがある。さらに，スキャン機構が必要となるため，装置が大型化，高コスト化し，故障が多くなる欠点もある。
【０００７】
（３）独立照射検出系方式：単一チャンネルにレーザビームを絞って照射し，同チャンネルからの蛍光を検出する系を，複数のチャンネルに対して同数設置
各チャンネル毎に，最適なレーザや検出器を用いることができれば，いずれのチャンネルにおいても高い蛍光検出感度を得ることができるが，その場合は装置のコストが非常に高くなる。一方，同一チップ上にレイアウトできる複数のチャンネルは互いに近接せざるを得ないため，チャンネル毎に高感度なレーザ照射蛍光検出系を設けることは物理的に困難である。したがって，比較的感度が高くない，小型で低コストなレーザ照射蛍光検出系を採用する必要がある。
【０００８】
（４）光導波路方式：複数のチャンネルに隣接する光導波路にレーザビームを通してエバネッセント波で複数のチャンネルを照射し，複数チャンネルからの蛍光を同時検出
エバネッセント波はレーザビーム照射体積を非常に小さくできるため，チャンネル内の溶液に由来した背景光を低減することによって，例えば単一蛍光分子に由来する蛍光を高感度に検出する場合に有利である。しかし，マイクロチップで検出する対象物質は，多くの場合，そのような少数分子ではなく，多数分子である。そのような場合は，レーザビーム照射体積を小さくし過ぎると，逆に感度が低下してしまう。
【０００９】
（５）横入射方式：チップ平面の側面から，配列平面に沿って，レーザビームを複数チャンネルを横切るように照射し，配列平面に垂直方向から複数チャンネルからの蛍光を同時検出
最も簡便な構成で，最も高感度を期待できるが，各チャンネルの界面でレーザビームが屈折するため，複数のチャンネルを効率良く照射することは困難である。レーザビーム幅を流路幅よりも拡大して照射する場合，レーザビーム強度密度が減少して蛍光検出感度が低下する。特許文献１では，チャンネル間にレンズ又はミラーを挿入することによって，屈折したレーザビームを集光することができ，レーザビームを絞った状態のまま複数のチャンネルを貫通させることができ，高感度な蛍光検出が可能である。一方，特許文献２では，マイクロチップ上の複数のチャンネルではなく，複数のキャピラリを同一平面上に配列した場合の横入射方式が示されている。複数のキャピラリの間にロッドレンズを挿入することよって，屈折したレーザビームを集光することができ，レーザビームを絞った状態のまま複数のキャピラリを貫通させることができ，高感度な蛍光検出が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−５９０９５号公報
【特許文献２】特開平９−２８８０８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
レーザビームを，絞った状態で，例えば，レーザビーム幅をチャンネル幅と同程度以下に絞った状態で，複数のチャンネルの長軸が平行に配列する配列平面に沿って，各チャンネルの長軸に垂直に導入し，複数のチャンネルを貫通させて同時にレーザビーム照射する横入射方式は，複数のチャンネルの最も効率の良いレーザ照射蛍光検出法であり，最も高感度を可能とする方法である。ここで，導入されたレーザビームが複数のチャンネル中を屈折を受けずに直進する場合のレーザビームの中心軸を横入射軸と以降で呼ぶ。横入射方式は，他の従来方式と比較して，レーザビームの利用効率が極めて高いこと，レーザビームが直接的又は反射等により間接的に検出器に進入する割合が非常に小さいこと，さらにマイクロチップの部材がレーザビーム照射によって発するレーリー散乱，ラマン散乱，蛍光等が，チャンネルから発せられる計測対象である蛍光と交じり合う割合が非常に小さいこと，等の特長を有する。いずれも，簡便な構成による高感度な蛍光検出の実現に寄与している。
【００１２】
特許文献１では，チャンネル間にレンズ又はミラーを挿入し，チャンネルを通過する際に屈折して横入射軸から外れようとするレーザビームを集光し，レーザビームを横入射軸に戻すことで次のチャンネルを通過させ，これを繰り返すことで横入射方式を実現している。しかしながら，実際にレンズ等をチャンネル間に配置することは困難である。まず，マイクロチップにレンズ等を挿入するための空間を形成する必要がある。例えば，複数のチャンネルを有するマイクロチップを製造した後に，マイクロチップを貫通し，レンズ等を収納できるサイズの穴を切削加工する必要がある。次に，レンズ等をこの空間に挿入し，レンズ等の光学的な中心軸を横入射軸と一致させた状態で，レンズ等を固定する必要がある。ここで，レンズ等の光学系の中心軸は，チャンネルの長軸方向，及びチャンネルの配列平面に垂直な方向のいずれに対しても，マイクロメートルレベルの精度で位置合わせしなければならない。また，このような高精度の位置合わせを，チャンネル間に配置する複数のレンズ等の全てについて行わなければならない。マイクロチップに設けられた穴にレンズ等をはめ込む際の機械精度だけで，このような位置精度を出すことは極めて困難であるため，例えば，個々のレンズ等をチャンネル間に挿入した後で，その位置を微調整して固定する必要がある。仮に，レンズ等の中心軸が横入射軸からずれると，レーザビームは横入射軸から偏向してしまうため，複数のチャンネルの同時照射が不可能になる。以上のような位置合わせは，手間と時間がかかる上，位置合わせの微調整ための機構が別途必要になり，マイクロチップの製造コストの高騰につながる。これはマイクロチップを使い捨てで使用するような場合に特に不利になる。
【００１３】
また，特許文献１では，導入するレーザビームの中心軸と各レンズ等の中心軸を一致させながら，各レンズ等の位置はマイクロチップに固定化されているため，導入するレーザビームの中心軸を各チャンネルの長軸方向に自由に動かすことができない。レーザビームがレンズ等の中心軸からずれると，レーザビームは横入射軸から偏向してしまうためである。このことは，例えば，チャンネル内のキズやゴミが存在する位置を避けて横入射軸を設定し，最も検出感度が高くなるように調節することができないことを意味する。同様に，レーザビームを各チャンネルの長軸方向のみに拡大して横入射したり，各チャンネルの長軸方向に位置をずらした複数の横入射軸を設定し，それぞれに対して異なる複数のレーザビームを照射したりすることができない。これらは，各チャンネルに存在する蛍光物質の挙動を２次元イメージで捉えたり，異なる種類の蛍光物質の蛍光発光をそれぞれ独立かつ高感度に検出したりすることができないことを意味する。
【００１４】
さらに，特許文献１では，チャンネル間にレンズ等を挿入し，それを高い精度で位置合わせをするため，隣り合うチャンネル間の距離を大きく取る必要があり，単一のマイクロチップ内に設けることができるチャンネル数が，従来の（１）ビーム拡大方式や（２）スキャン方式と比較して少なくなってしまう課題がある。
【００１５】
一方，特許文献２では，複数のガラス製のキャピラリと，複数のガラス製のロッドレンズを，水中で同一平面上に交互に配列し，レーザビームを配列平面に平行かつ各キャピラリの長軸に対して垂直に導入して横入射方式を実現している。水中におけるキャピラリは，外表面におけるレーザビームの反射は空中と比較して抑えられるが，凹レンズとして作用するため，レーザビームは横入射軸から発散しようとする。しかし，隣に配列するロッドレンズは水中でも凸レンズとして作用するため，発散しようとするレーザビームを再集光する。この繰り返しにより，複数のキャピラリの同時レーザビーム照射及び高感度蛍光検出を可能にしている。
【００１６】
この方法では，キャピラリとロッドレンズの外径を揃えることができるため，例えば，交互に並べたキャピラリとロッドレンズを２枚の平板で挟み込むことによって，各キャピラリ及び各ロッドレンズの中心軸を比較的容易に平行かつ同一平面上に高密度に配列することが可能である。これは横入射軸とロッドレンズの中心軸を一致させて横入射方式を簡便に実現できること，多数のキャピラリの同時検出が可能となることを意味している。また，ロッドレンズはその軸方向に対して同じ光学特性を持つため，レーザビームの照射位置をキャピラリ及びロッドレンズの軸方向にずらしても，横入射軸が同様にずれ，同様に横入射方式を実現できる。つまり，最も感度が高くなる横入射軸を設定したり，レーザビームをキャピラリの軸方向にのみ拡大して２次元状の蛍光イメージを捉えたり，あるいは異なる複数のレーザビームをキャピラリの軸方向にずらして照射し，複数の横入射軸で異なる蛍光物質の発光蛍光を独立に計測することが可能である。
【００１７】
しかしながら，この方法は，同一外径のキャピラリ及びロッドレンズを用いているから可能なのであって，キャピラリがマイクロチップに設けられたチャンネルに置き換えられると，ロッドレンズの中心軸をチャンネルの配列平面に一致させるようにロッドレンズを配列することは，特許文献１におけるレンズ等の配列と同様に，非常に困難となる。その作製には手間と時間を多く要し，非常に高価なマイクロチップになることを避けられず，使い捨て使用することはできなくなる。
【００１８】
本発明では，横入射方式の従来法の抱える上述の課題を解決し，簡便な構成でありながら，単一のマイクロチップに設けられた複数のチャンネルに，チャンネル幅と同程度に絞ったレーザビームを横入射方式により同時に照射し，高感度に蛍光検出する方法を提示する。同時に，レーザビームの照射位置及び横入射軸を各チャンネルの長軸方向に移動可能とし，レーザビームを各チャンネルの長軸方向に拡大して照射したり，異なる複数のレーザビームを各チャンネルの長軸方向に横入射軸をずらして照射したりすることも可能とする方法を示す。マイクロチップの部材としては，ガラスだけでなく，単価の安い樹脂を対象とする。マイクロチップの製法としては，切削加工，光造形加工，半導体プロセス加工といった時間とコストを要する方法だけでなく，射出成形，ナノインプリントといった低コスト性と量産性に優れる方法を対象とする。例えば，樹脂材を用いた射出成形は低コスト性と量産性に優れるが，そのような使い捨て利用も可能なマイクロチップを用いながら，横入射方式を実現するための方法を提示する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によるマイクロチップは，屈折率ｎ1の透明固体部材の内部に複数のチャンネルが設けられ，複数のチャンネルは少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列され，複数のチャンネルには，内部に屈折率ｎ2の第１の部材が満たされた第１のチャンネルと，屈折率ｎ3の第２の部材が満たされた第２のチャンネルとが混在し，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3の関係を満たすものである。少なくとも一部の領域は，測定用のレーザビームが入射される領域を含む。
【００２０】
一例として，第１のチャンネルと第２のチャンネルとは，複数のチャンネルの配列方向に交互に配置されている。
【００２１】
第２の部材は液体とすることができ，その場合，第２のチャンネルは第２の部材が抜け出さないように封止するのが好ましい。
【００２２】
一例として，複数のチャンネルは，少なくとも一部の領域において長軸に垂直な断面形状が円形である。
【００２３】
一例として，複数のチャンネルは，少なくとも一部の領域において長軸に垂直な断面形状が台形である。
【００２４】
本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置は，屈折率ｎ1の透明固体部材の内部に複数のチャンネルが少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列されたマイクロチップと，レーザ光源と，レーザ光源から発生されたレーザ光を，マイクロチップの側面から前記同一平面に沿って，互いに平行に配列された複数のチャンネルの長軸に垂直に入射させる照射光学系と，レーザビームの照射によってチャンネル内の蛍光体から発生された蛍光をそれぞれ分離して検出する蛍光検出光学系とを含み，マイクロチップの複数のチャンネルは，内部に屈折率ｎ2の部材が満たされ検出すべき蛍光体が含まれる第１のチャンネルと，屈折率ｎ3の第２の部材が満たされた第２のチャンネルとが混在し，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3の関係を満たすものである。
【００２５】
レーザビームを複数本設け，複数本のレーザビームを複数のチャンネルの長軸方向の異なる位置に入射するようにしてもよい。
【００２６】
一例として，検出すべき蛍光体は生体由来の試料に標識された蛍光体であり，レーザビームの照射によって複数の第１のチャンネルから発光する蛍光を，上記同一平面に対して垂直方向から同時に検出するように構成する。
【００２７】
また，本発明によるマイクロチップの製造方法は，透明固体部材の内部に複数のチャンネルが少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列されたマイクロチップの製造方法であって，射出成形により，表面に断面形状が台形である複数の溝が前記少なくとも一部の領域において互いに平行になるように形成された屈折率ｎ1の第１の板状の透明固体部材を作製する工程と，第１の板状の透明固体部材の上に屈折率ｎ1の第２の板状の透明固体部材を張り合わせて複数の溝によって複数のチャンネルを構成する工程と，複数のチャンネルのうち所定の複数のチャンネルに屈折率ｎ3の部材を充填する工程と，を有し，屈折率ｎ1とｎ3は，ｎ1＜ｎ3の関係を満たすことを特徴とする。
【００２８】
一例として，屈折率ｎ3の部材は液体であり，屈折率ｎ3の部材を充填した後，当該部材を充填したチャンネルを封止する工程を有する。
【００２９】
また，屈折率ｎ3の部材を充填したチャンネル以外のチャンネルに屈折率ｎ2の電気泳動用の媒体を充填する工程を有し，屈折率ｎ2は，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3の関係を満たすようにしてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によると，単一のマイクロチップに設けられた複数のチャンネルに対して横入射方式によりレーザビームを効率良く同時照射することができる。それによって，各チャンネルの内部に存在する蛍光物質を励起し，発光する蛍光を各チャンネルの配列平面に対して垂直方向から一括計測することによって，複数のチャンネルの高感度な蛍光検出を実現するシステムを構成できる。この際に用いるマイクロチップは射出成形等の量産性のある加工法で安価に製造可能なものであり，マイクロチップを使い捨てにすることも可能である。また，検出に用いる光学系を簡便にすることが可能であり，システム全体を小型で低コストにすることが可能である。
【００３１】
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】断面が円形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示す図。
【図２】断面が四角形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示す図。
【図３】三角形プリズムに入射するレーザビームの屈折角の定義を示す図。
【図４】マイクロチップの製造プロセスを示す工程図。
【図５】本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図。
【図６】部材ｍ3を充填したチャンネルの両端封止法を示す概略断面図。
【図７】マイクロチップの構成例を示す概略図。
【図８】マイクロチップ構成ａと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図９】マイクロチップ構成ｂと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１０】マイクロチップ構成ｃと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１１】マイクロチップ構成ｄと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１２】マイクロチップ構成ｅと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１３】マイクロチップ構成ｆと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１４】マイクロチップ構成ｆ’と横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１５】マイクロチップ構成ｇと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１６】マイクロチップ構成ｇ’と横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１７】本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図。
【図１８】マイクロチップ構成ｈと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【図１９】本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図。
【図２０】マイクロチップ構成ｈ’の横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図１及び図２は，本発明のマイクロチップの基本的な構成例を示す断面模式図である。図１は断面が円形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示し，図２は断面が四角形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示す。
【００３４】
これらの図は，マイクロチップの横入射軸を含み，複数のチャンネルの長軸に垂直な断面図である。すなわち，複数のチャンネルがマイクロチップの内部で各チャンネルの長軸が平行かつ同一平面上に配列している位置において，各チャンネルの長軸に垂直な断面であって，各チャンネルの配列平面に沿って，各チャンネルの長軸に垂直に照射されるレーザビームの中心軸を含む断面である。これらの図に示される構成は，本発明の基本的な考えを表している代表例に過ぎず，同様の考えに基づく他の構成についても，本発明の対象となることは言うまでもない。
【００３５】
図１の構成ａは，マイクロチップ１が屈折率ｎ1の部材ｍ1で構成され，各チャンネル２の断面が同一形状の円形であり，各チャンネル２は等しいピッチで配列しており，各チャンネル２が屈折率ｎ2の部材ｍ2で充填されている。部材ｍ2はマイクロチップで分析する対象物質が存在する媒質であり，部材ｍ2が充填されているチャンネル２を用いて対象物質の分析を行う。ここで，部材ｍ1はガラスや樹脂等の透明な固体部材であるのに対して，部材ｍ2は水溶液等の液体やゲル状の材料であり，多くの場合はｎ2＜ｎ1である。このとき，導入されたレーザビーム４に対して各チャンネル２は凹レンズとして機能し，レーザビーム４は横入射軸に沿って進行するに伴って横入射軸から発散するため，複数のチャンネル２を効率良く照射することができない。逆に，ｎ1＜ｎ2となるような低屈折率の樹脂材を選択することも可能であり，その場合には各チャンネル２は凸レンズとして機能するため，レーザビーム４は集光されながら横入射軸に沿って進行し，複数のチャンネル２を効率良く照射することができる。例えば，部材ｍ1としてフッ素系樹脂を用いるとをｎ1を小さくして，ｎ1＜ｎ2とすることができる。以降は，より一般的なｎ2＜ｎ1の場合について本発明の構成例を説明する。
【００３６】
図１の構成ｂは，構成ａにおいて複数のチャンネルを１本置きに屈折率ｎ3の部材ｍ3で満たしている。ここで，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3とすることによって，レーザビーム４に対して，部材ｍ2で満たされたチャンネル２は凹レンズ，部材ｍ3で満たされたチャンネル３は凸レンズとして機能させる。部材ｍ3は上記屈折率条件を満たし，透明で，レーザビーム４の吸収が小さい部材が好ましい。部材ｍ3は液体でも良く，複数のチャンネルを有するマイクロチップが作製された後に容易に充填することが可能である。これにより，レーザビーム４が凹レンズによって横入射軸から発散するところを，凸レンズが集光して横入射軸に戻し，これを繰り返すことによって複数のチャンネル２を効率良く照射することができる。ここで，チャンネル２とチャンネル３の断面は同一形状の円形であり，同じ外径を持つ。
【００３７】
この構成ｂは従来法と比較して以下のような違いと利点を有する。特許文献１では，チャンネル間にレンズ等を挿入し，レンズ等の中心軸が横入射軸とマイクロメートルレベルの精度で一致させることが困難であると考えられた。本発明では，複数のチャンネルの一部をあえて犠牲にして，通常では選択されない，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3を満たす屈折率ｎ3の部材ｍ3を充填することによって一部のチャンネルをレンズに変換させている。複数のチャンネル２及びチャンネル３は同一の加工プロセスによって一括して作製されるため，各チャンネルをマイクロチップ１の内部で同一平面上に配列すること，すなわち各チャンネルの中心軸を横入射軸に合わせることが容易であり，各チャンネル間の相対位置が変動する心配もなく，横入射方式によって複数のチャンネルを同時に効率良く照射することが可能である。また，このようにして作製された凸レンズ作用を有するチャンネル３はその長軸方向に対して光学的に等価であるため，例えば異なる複数のレーザビームをチャンネル２及びチャンネル３の長軸方向に位置をずらした複数の横入射軸に対して同時に照射することも可能である。
【００３８】
特許文献２は，マイクロチップに設けられた複数のチャンネルではなく，複数のキャピラリの凹レンズ作用をロッドレンズの凸レンズ作用で相殺させている点では構成ｂと類似している面があるが，横入射方式を実現するための光学特性条件に基づく手段が異なる。キャピラリは，屈折率ｎ3＝１．４６の石英ガラス製の円筒管であり，内部は，例えば，屈折率ｎ2＝１．３８の電気泳動用分離媒体が充填されている。ロッドレンズは，屈折率ｎ3＝１．４６の石英ガラス製である。これに対して，複数のキャピラリ及びロッドレンズが配列する平面の周囲は，屈折率ｎ1＝１．３３の水である。周囲を空気ではなく，水にしている理由は，レーザビームのキャピラリ外表面における反射損失を低減し，レーザビームの利用効率を向上するためである。しかし，周囲の屈折率をさらに上げて反射損失を一層低減しようとすると，キャピラリの凹レンズ作用が増強され，ロッドレンズの凸レンズ作用ではレーザビームの横入射軸からの発散を抑えきれなくなり，複数のキャピラリを効率良く同時照射できなくなる。つまり，特許文献２では，ｎ1＜ｎ2＜ｎ3の光学特性条件を満たすことが必然であり，この条件を満たすときに最も効果が発揮される。これに対して本発明は，チャンネル２の内部の屈折率ｎ2よりも外部の屈折率ｎ1の方が高い条件下で，屈折率がｎ2よりも，ｎ1よりもさらに高い屈折率ｎ3の部材ｍ3で満たされたチャンネル３を，屈折率ｎ2の部材ｍ2で満たされたチャンネル２と混在させる構成であり，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3の光学特性条件を満たすことが必然であり，この条件を満たすときに最も効果が発揮される。この構成は特許文献２では想定されていないものであり，実際，キャピラリ及びロッドレンズを用いて構成することは困難である。
【００３９】
構成ｂでは，チャンネル２とチャンネル３の断面の外径が等しいため，チャンネル２の凹レンズ作用が大きい場合，レーザビーム４がチャンネル３の断面の外形よりも大きく発散して隣接するチャンネル３に入射しなかった部分はチャンネル３による凸レンズ作用を受けないために発散を続ける。この場合，レーザビーム４の強度は横入射軸を進行するにしたがって減衰し，複数のチャンネル２を効率的に同時照射することが困難となる。
【００４０】
そこで，図１の構成ｃでは，構成ｂと異なり，部材ｍ2が充填されるチャンネル２の断面の外径ｒ2よりも，部材ｍ3が充填されるチャンネル３の断面の外径ｒ3の方を大きくしている（ｒ2＜ｒ3）。これにより，チャンネル２の凹レンズ作用によって発散したレーザビーム４が隣接するチャンネル３に入射しない部分の割合を減らすことが可能となり，構成ｂよりも効率的に複数のチャンネル２の同時レーザビーム照射が可能となる。
【００４１】
図１の構成ｄは，構成ｃにおけるチャンネル２の断面形状を円形から正四角形に変更している。このことにより，チャンネル２のレーザビーム４に対する凹レンズ作用又は屈折作用が小さくなるため，チャンネル２の凹レンズ作用又は屈折作用によって発散したレーザビーム４が隣接するチャンネル３に入射しない部分の割合を一層減らすことが可能となり，構成ｃよりもさらに効率的に複数のチャンネル２の同時レーザビーム照射が可能となる。構成ｃと同様に，チャンネル２の断面の径ｒ2よりもチャンネル３の径ｒ3を大きくすることによって，より効率的にレーザビームの横入射方式を実現することができる。
【００４２】
以上，図１に示した構成では，チャンネル２及びチャンネル３の断面形状は円形又は正四角形としているが，もちろんそれ以外の形状でも同様の効果が得られる。例えば，円形の代わりに楕円形，半円あるいは楕円の一部であっても良く，正四角形の代わりに長方形であっても良い。また，各チャンネルは等しい間隔で配列しているが，そのように各チャンネルが等間隔で配列していなくても同様の効果が得られる。さらに，構成ｂ〜ｄでは，チャンネル２とチャンネル３を交互に配列しているが，必ずしもそのようにする必要はなく，少なくとも１つ以上のチャンネル２及びチャンネル３が同一のマイクロチップ上に配列していることが必要である。
【００４３】
図１では，チャンネル２及びチャンネル３の断面形状が円形であるものを扱っているが，そのようなチャンネルを複数有するマイクロチップを低コストかつ高精度に製造することは困難である。例えば，光造形のような加工法を用いれば，図１に示す構成を１回のプロセスで製造可能であり，チャンネルの断面形状を円形にすることもできるが，そのようなプロセスは加工時間を要するために，量産性が低く，製造コストが高くなる傾向がある。
【００４４】
一方で，射出成形のような量産性に優れる加工法を用いる場合は，図１の構成において，マイクロチップ１を各チャンネル２及び３の中心軸を含む平面を境界面（図１に示さず）とする上下２つの部品で構成し，これら２つの部品を上記境界面で張り合わせて一体化することで製造できる。ここで，２つの部品の境界面にはそれぞれ，断面形状が半円形の溝が複数形成されている。以上のような加工法を採用する理由は，射出成形では，型に樹脂等の部材ｍ1を流し込んで固めた後に型を抜き取るプロセスが必要なため，形成できる溝の断面形状は，溝の底から境界面に向かうに従って幅が広がっていく必要があるためである。ここで，マイクロチップ１の２つの部品を張り合わせる際の相互の位置精度が課題となる。２つの部品の張り合わせ位置が横入射軸方向にずれると，２つの部品に形成された断面形状がそれぞれ半円の溝の相対位置がずれて接合され，結果として作製されるチャンネルの断面形状が円形ではなくなってしまうためである。もちろん，高い位置精度で相互の位置を調整すれば，断面形状を円形にすることが可能であるが，それは加工時間及び製造コストを大きくする要因となる。
【００４５】
図２に示す構成例では，上記の課題に対応するため，各チャンネル２及び３の断面形状を四角形としている。図２に示した構成は，マイクロチップ１を各チャンネル２及び３の上端面を含む平面を境界面５（図２に点線で示す）とする上下２つの部品で構成し，これら２つの部品を上記境界面で張り合わせて一体化することで製造できる。上下の部品の張り合わせは熱圧着等の方法により行われ，境界面５は光学的に透明となるようにされ，空気や接着剤の層が含まれないようにされている。ここで，境界面５より下側の部品の境界面５に断面が四角形の溝が複数設けられており，境界面５より上側の部品の境界面は溝が設けられていない平面である。このため，上下の部品の相互の張り合わせ位置がずれても，各チャンネル２及び３の形状や位置は影響を受けない。したがって，図２に示すマイクロチップ１は，射出成形のような量産性に優れる加工法及び位置精度を要求しない簡単な張り合わせプロセスで製造可能である。
【００４６】
図２の構成ｅでは，部材ｍ1からなるマイクロチップ１に設けられた各チャンネル２の断面形状が同一形状の正四角形としている。各チャンネル２には部材ｍ2が充填されている。ここで，図２において，正四角形の上面と下面は境界面５及び横入射軸と平行であり，正四角形の２つの側面はこれらと垂直である。このとき，レーザビーム４は，各チャンネル２について，これらの側面に対して常に垂直に入射するため，原理的には一切の屈折を受けず，横入射軸に沿って直進すると期待される。つまり，構成ｅは，レーザビーム４によって複数のチャンネル２を極めて効率良く同時に照射可能であり，各チャンネル２の内部に存在する蛍光物質を高感度に検出可能である。
【００４７】
しかしながら，構成ｅのように各チャンネル２の断面形状を正四角形とすることは，射出成形のような加工法で製造する際に困難を伴う。理由は，前述の通り，射出成形では，型に樹脂等の部材ｍ1を流し込んで固めた後に型を抜き取るプロセスが必要なため，形成できる溝の断面形状は，溝の底から境界面に向かうに従って幅が広がっていく必要があるためである。断面形状が正四角形ということは，溝の底での幅と境界面での幅が等しい場合であり，慎重に型を抜き取らなければ型又はマイクロチップを破損する恐れがある。
【００４８】
そこで図２の構成ｆでは，部材ｍ1からなるマイクロチップ１に設けられた各チャンネル２の断面形状を等脚台形とした。等脚台形の上底を境界面５の一部，下底をマイクロチップの境界面５より下側の部品に設けられた溝の底とし，上底の幅＞下底の幅とする。このような形状であれば，射出成形等の加工法において型を抜き取るプロセスが容易となり，量産性を高くすることが可能である。等脚台形の底角の内，９０度を超える部分を抜き勾配と呼ぶ。すなわち，抜き勾配をＤ度とするとき，等脚台形の底角は９０＋Ｄ度となる。抜き勾配Ｄは０度＜Ｄ＜９０度であり，Ｄは大きいほど型を抜き取るプロセスが容易となるが，各チャンネルの断面形状としては均等であることが望ましく，Ｄは小さいほど良い。加工精度を考慮するとＤ＞２度とすることが望ましい。
【００４９】
しかしながら，構成ｆのマイクロチップ１に対してレーザビーム４を横入射すると，レーザビーム４は，各チャンネル２を通過する毎に，横入射軸から境界面５とは反対側に，図２においては横入射軸から下側に，偏向する。この現象は以下のように説明できる。各チャンネル２の断面形状である等脚台形は二等辺三角形のプリズムの断面の一部と見なすことができるが，プリズムの周囲の屈折率，すなわちマイクロチップ１の部材ｍ1の屈折率ｎ1よりも，プリズムの屈折率，すなわち各チャンネル２に充填された部材ｍ2の屈折率ｎ2の方が小さいため，プリズムに入射したレーザビーム４は，二等辺三角形の底辺とは反対側に，頂角の側に，屈折するのである。
【００５０】
図３は，この現象を分かりやすく模式化したものである。屈折率ｎ1の部材ｍ1の中に，屈折率ｎ2の部材ｍ2からなり，断面が頂角Ａの三角形プリズムが，底辺を水平に，頂角を下向きにして位置している。図３に定義されている通り，このプリズムに対して，仮想的に幅ゼロのレーザビームを水平に入射させた際の，入射面における入射角をα，屈折角をβ，出射面における入射角をγ，屈折角をδ，レーザビームがプリズムを通過する際の正味の屈折角をε2とする。α，β，γ，δはいずれも０度と９０度の間の正の値を取るが，ε2は−９０度＜ε2＜９０度であり，符号は，レーザビームが図３のように底辺側に屈折する場合を正，構成ｆのように頂角側に屈折する場合を負とする。ε2は，図２で言えば，レーザビーム４がチャンネル２を通過する際に受ける屈折角のことである。ここで，スネルの法則，及び幾何学的関係より，以下が成り立つ。
【００５１】
ｎ1＊sinα＝ｎ2＊sinβ            (1)
ｎ2＊sinγ＝ｎ1＊sinδ            (2)
γ＝Ａ−β                       (3)
ε2＝α＋δ−Ａ                   (4)
また，射出成形の抜き勾配をＤとすると，
Ａ＝２＊Ｄ                        (5)
が成り立ち，入射レーザビームと底辺が平行であるため，
α＝Ｄ                            (6)
が成り立つ。以上より，
ε2＝sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ2）｝＊ｎ2／ｎ1］−Ｄ    (7) 
と表現される。構成ｆでは，ｎ2＜ｎ1であるため，屈折角はε2＜０となり，上述した通り，レーザビーム４はチャンネル２を通過する際に頂角側に，横入射軸から離れる方向に屈折する。さらに複数のチャンネル２を通過する際は上記の屈折角が積算されるため，レーザビーム４は横入射軸から急速に逸脱する。したがって，構成ｆは，レーザビームを横入射させて複数のチャンネル２を同時照射するには不適切な構成と言える。
【００５２】
図２の構成ｇは，上記の構成ｆの課題を解決するため，部材ｍ1からなるマイクロチップ１に屈折率ｎ2の部材ｍ2が充填された複数のチャンネル２と，屈折率ｎ3の部材ｍ3が充填された複数のチャンネル３を交互に配置し，図１に示した構成ｂ，ｃ，ｄと同様に，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3とする。このとき，レーザビーム４がチャンネル３を通過する際に受ける屈折角ε3は，上記のチャンネル２を通過する際に受ける屈折角ε2と同様の導出により，
ε3＝sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ3）｝＊ｎ3／ｎ1］−Ｄ    (8) 
と表現される。ここで，ｎ2＜ｎ1＜ｎ3であるため，ε2＜０に対してε3＞０となり，チャンネル３はチャンネル２とは逆向きにレーザビーム４を屈折させること，つまり，チャンネル２によって横入射軸から離れる方向に屈折したレーザビーム４をチャンネル３によって横入射軸に戻す方向に屈折させることが可能となる。
【００５３】
横入射方式を良好に機能させるためには，ε2とε3のバランスが重要であり，少なくとも，チャンネル２にチャンネル３が加わることによって正味の屈折角の絶対値を小さくさせること，つまり，
｜ε2＋ε3｜＜｜ε2｜                (9)
の関係を満たすことが有効である。式(9)に式(7)及び式(8)を代入すると，
｜sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ2）｝＊ｎ2／ｎ1］−Ｄ
＋sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ3）｝＊ｎ3／ｎ1］−Ｄ｜
＜｜sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ2）｝＊ｎ2／ｎ1］−Ｄ｜  (10)
となる。より理想的には，
｜ε2＋ε3｜≒０                      (11)
が有効である。同様に，式(10)に式(7)及び式(8)を代入すると，
｜sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ2）｝＊ｎ2／ｎ1］−Ｄ
＋sin-1［sin｛２＊Ｄ−sin-1（sinＤ＊ｎ1／ｎ3）｝＊ｎ3／ｎ1］−Ｄ｜≒０  (12) 
となる。これらの関係が満たされるとき，レーザビーム４を横入射軸に沿って進行させることが可能となり，複数のチャンネル２を横入射方式により効率的に同時照射することが可能となる。
【００５４】
図４は，図２の構成ｇのマイクロチップ１を射出成形により製造するプロセスを断面模式図で示した工程図である。（ａ）に示す金型１００に対して，（ｂ）のように透明な樹脂を加熱溶融させた部材ｍ1を射出注入し，冷却及び固体化させる。次に，金型１００を抜き取ることによって，（ｃ）のようにマイクロチップ１のチャンネルを有する部品１０１，すなわち構成ｇの境界面５より下側の部品１０１としての透明固体部材の成形品を得る。下側の部品１０１は，板状の透明固体部材の表面に台形の断面形状を有する複数本の溝が形成されたものである。この溝は，少なくとも一部の領域で相互に平行に配列されている。
【００５５】
一方，マイクロチップ１のチャンネルを有さない部品１０２，すなわち構成ｇの境界面より上側の部品１０２として板状の透明固体部材を別途作製し，（ｄ）に示すように，部品１０１と境界面５で熱溶着等により張り合わせ，（ｅ）に示すマイクロチップ１を得る。すなわち，この工程によって，部品１０１の表面に形成された複数本の溝によってマイクロチップのチャンネルが構成されることになる。この状態では，いずれのチャンネルも内部は空気で満たされている。最後に，（ｆ）に示すように，複数のチャンネルの内の所望のチャンネルの内部に部材ｍ3を充填し，チャンネル３を作製する。マイクロチップ１は，例えば（ｆ）の状態でユーザに配布され，ユーザは分析を開始する前に，その他のチャンネルの内部に例えば電気泳動用の泳動媒体からなる部材ｍ2を充填してチャンネル２を作製し，構成ｇの状態にする。もちろん，あらかじめ構成ｇの状態まで完成させてからユーザに配布しても良い。
【００５６】
以上では，チャンネル２及び３の断面形状が等脚台形の場合を考えたが，等脚でない台形の場合についても同様に考えることができる。台形の２つの底角を９０＋ＤL度（０度＜ＤL＜９０度）及び９０＋ＤR度（０度＜ＤR＜９０度）とするとき，Ｄ＝（ＤL＋ＤR）／２とすれば，近似的に式(1)から式(12)までの関係式をそのまま適用して構わない。
【００５７】
また，チャンネル２及びチャンネル３の断面形状が台形以外であっても同様の効果を得ることが可能である。例えば，等脚でない台形，平行四辺形，三角形，あるいは各辺が直線ではなく円弧状になっていたり，角が丸みを帯びていたりしても，屈折率ｎ1のマイクロチップ１に設けられた屈折率ｎ2のチャンネル２の持つレーザビーム４の屈折作用と屈折率ｎ3のチャンネル３の持つレーザビーム４の屈折作用が逆向きであって，互いに相殺することによって正味の屈折作用を弱めることが本発明の特長であり，その代表的な条件がｎ2＜ｎ1＜ｎ3である。また，各チャンネルは等しい間隔で配列しているが，そのように各チャンネルが等間隔で配列していなくても同様の効果が得られる。さらに，構成ｇでは，チャンネル２とチャンネル３が交互に配置しているが，必ずしもそのように構成する必要はなく，少なくとも１つ以上のチャンネル２及びチャンネル３が同一のマイクロチップ上に配列していることが必要である。例えば，２つのチャンネル２の屈折作用と，１つのチャンネル３の屈折作用がバランス良く相殺する場合は，チャンネル２とチャンネル３の数は２：１の比率で配列すれば良い。
【００５８】
以下，本発明の実施の形態を説明する。
【００５９】
［実施例１］
図５は，本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図である。本例は生体試料に含まれるＤＮＡの電気泳動分析を行うシステムを示し，（ａ）はマイクロチップ１の鳥瞰図，（ｂ）はシステムを構成するマイクロチップ１に対するレーザビーム４の横入射軸を含む断面，蛍光検出光学系の断面，及びデータ解析装置を示し，（ｃ）は２次元センサ１２で得られる２次元蛍光像を示している。
【００６０】
図５（ａ）に示すように，マイクロチップ１には，部材ｍ2が充填された各チャンネル２と部材ｍ3が充填された各チャンネル３が交互に，互いに平行に，同一平面上に配列されている。各チャンネル２のそれぞれに入口ポート６及び出口ポート７が設けられている。入口ポート６の近傍のチャンネル２のそれぞれには，試料を導入するためのクロスインジェクション部又はＴインジェクション部が設けられているが，図５では省略してある。試料中のＤＮＡは，あらかじめ興味のある領域が増幅され，蛍光体が標識されている。試料導入後，入口ポート６を負極，出口ポート７を正極として各チャンネル２の両端に電圧を印加することによって，試料に含まれる蛍光標識ＤＮＡを入口ポート６から出口ポート７に向かって電気泳動分離する。
【００６１】
一方で，各チャンネル３には，それぞれに入口ポート８及び出口ポート１０３が設けられている。各チャンネル３に充填する部材ｍ3が固体の場合は入口ポート８や出口ポート１０３を開放したままでも良いが，液体の場合には，蒸発や圧力差によってチャンネル３から部材ｍ3が抜け出ないような工夫が必要である。ここでは，部材ｍ3をチャンネル３に充填後，入口ポート８及び出口ポート１０３を封止した。図６は，図５（ａ）の一つのチャンネル３に沿ったマイクロチップ１の略断面図である。図６（ａ）に示すように最初，入口ポート８，チャンネル３，出口ポート１０３はいずれも空気が満たされているが，図６（ｂ）に示すようにチャンネル３の内部を部材ｍ3で充填した。続いて図６（ｃ）に示すように，入口ポート８及び出口ポート１０３のそれぞれにシリコン製のゴム栓１０７を挿入し，チャンネル３の内部の部材ｍ3が動かないようにした。ここで，ゴム栓の代わりに，接着剤や樹脂で入口ポート８及び出口ポート１０３を固めても同様の効果が得られる。ゴム栓１０７で両端を封止されたチャンネル３の内部空間は，部材ｍ3だけで満たされて空気が混入しないことが望ましい。しかし，少量の空気の混入であれば部材ｍ3の動きが抑制され，チャンネル３の少なくともレーザビーム照射位置が測定中に常に部材ｍ3で満たされるように制御できる。
【００６２】
図５（ｂ）に示す通り，レーザ光源１１１から出射したレーザビーム４を，レンズを含む照射光学系により絞り，マイクロチップ１の側面から導入し，各チャンネル２及び３が配列した部分に，配列平面及び横入射軸に沿って，かつ各チャンネル２及び３の長軸に垂直に照射し，各チャンネル２及び３に貫通させて同時照射する。各チャンネル２の中を電気泳動する蛍光標識ＤＮＡは，横入射軸を横切る際，レーザビームによる励起を受け，蛍光を発光する。各チャンネル２から発光する蛍光は蛍光検出光学系によって検出される。すなわち，共通の集光レンズ９で平行光束にされ，フィルタ及び回折格子１０を透過し，結像レンズ１１によって２次元センサ１２のセンサ面上に結像される。フィルタは蛍光検出の際の背景光となるレーザビームの波長を遮断するために設け，回折格子は蛍光を波長分散して多色検出するために設ける。なお，チャンネル２及びチャンネル３は，円柱レンズのようにチャンネルの長軸方向の広い位置で同様のレンズ作用をするので，マイクロチップ１へのレーザビーム４の入射位置が多少ずれても，蛍光検出精度には影響がない。
【００６３】
図５（ｃ）は，２次元センサ１２で得られる２次元蛍光像１０４を示す模式図である。波長分散の方向は，各チャンネル２の長軸方向（図５（ｂ）の断面図に垂直な方向），つまり複数のチャンネル２の配列方向と垂直であるため，各チャンネル２からの発光蛍光の波長分散像が互いに重なり合うことなく，独立に計測される。ここで，各チャンネル２からはフィルタでは除去し切れないレーザ光散乱及び蛍光の波長分散像１０５が得られ，各チャンネル３からはフィルタでは除去し切れないレーザ光散乱の波長分散像１０６が得られる。このようにして計測された蛍光の信号はデータ解析装置１３によって解析され，各チャンネル２に導入された試料の分析を行う。
【００６４】
図７は，図５（ａ）とは異なるマイクロチップ１の構成例を示す概略図である。複数のチャンネル２及び３が交互に配列している点は同じであるが，配列間隔がレーザビーム照射位置近傍で狭くなっていること，各チャンネル２及び３に共通の出口ポート１１３が存在することが異なる。これは，試料導入側には，入口ポート６及びクロスインジェクション等による試料導入機構をチャンネル２毎に独立に構成するための空間が必要であるのに対して，レーザビーム照射位置では配列間隔を狭くした方が横入射方式に有利であるためである。ここで，共通出口ポート１１３は電気泳動分析においてレーザビーム照射位置よりも下流であるため，共通化しても問題はない。また，チャンネル３の全長がチャンネル２のそれよりも短いのは，チャンネル３がレーザビーム照射位置だけ存在すれば良いためである。
【００６５】
図５は，本発明に共通する実施の形態の一部を示している。ただし，一部の実施例では，図５に示されるチャンネル３が存在しない場合もあるが，その場合は図５からチャンネル３，入口ポート８，及び出口ポート１０３が削除されたものを想定すれば良い。また，チャンネル２及び３の数や断面形状は例を示しているに過ぎず，これに限定されるものではない。
【００６６】
本発明では，その効果を実証するために，マイクロチップに設けられた複数のチャンネルに対して横入射されたレーザビームの光線追跡シミュレーションを実施し，横入射される前のレーザビームの全強度に対する各チャンネルの内部を通過するレーザビームの強度の比率，すなわちチャンネル毎のレーザビーム照射効率を求め，どの程度のチャンネル数をどの程度の効率で横入射可能であるかを評価した。このような光線追跡シミュレーションから求められるチャンネル毎のレーザビーム照射効率は，特許文献２に示されている通り，実験で得られるチャンネル毎の蛍光強度比率と良く一致することが証明されており，極めて信頼性の高い評価方法である。本発明では，３次元光線追跡シミュレータとして，照明設計解析ソフトウェアLightToolTM（Synopsys’ Optical Solutions Group）を用いた。
【００６７】
図８は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ａと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。
【００６８】
図８（ａ）は，マイクロチップ１の横入射軸を含み，各チャンネル２に垂直な断面を示す図である。＃１から＃２４の合計２４本のチャンネル２が同一平面上に配列している。ここで，＃１はレーザビーム４が導入される側の端にあり，レーザビーム４が最初に照射されるチャンネル２の番号を示す。以降，＃２，＃３，‥‥，＃２４はレーザビーム４の進行方向に従って各チャンネル２に順番に付けられた番号を示す。図８（ｂ）は，図８（ａ）の内，＃１から＃４の部分の拡大図である。図８は，ｙ軸，ｚ軸からなるｙｚ平面で表されているが，その原点は＃１の中心軸，ｚ軸は横入射軸と一致させてある。
【００６９】
図８に示したマイクロチップ１の構成は図１の構成ａに従っている。マイクロチップ１を空気中に配置した。マイクロチップ１の部材ｍ1は，ＺＥＯＮＯＲTM（ゼオノア，日本ゼオン）とした。ゼオノアは，シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂であり，透明性が高く，吸湿性が低いこと等の特長によりマイクロチップの部材に良く用いられる。ゼオノアの屈折率はｎ1＝１．５３である。チャンネル２の断面形状は直径５０μｍの円形とし，間隔３００μｍで２４本のチャンネル２を同一平面上に配列した。つまり，＃１の中心軸と＃２４の中心軸の距離は６．９ｍｍである。各チャンネル２の内部には，3500/3500xL POP-7TM ポリマー（Life Technologies）を充填した。POP-7は８Ｍの尿素と電気泳動分離媒体となるポリマーを含む水溶液であり，その屈折率は８Ｍの尿素の影響により，ｎ2＝１．４１である。
【００７０】
図８（ｃ）及び（ｄ）は，それぞれ図８（ａ）及び（ｂ）において，横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションを行った結果を示す図である。レーザビーム４は，図８の左側から導入され，マイクロチップ１に左の側面に対して垂直に入射し，＃１のチャンネル２を照射した。マイクロチップ１に入射する前のレーザビーム４は，波長５０５ｎｍ，径５０μｍの平行光束とし，その中心軸を横入射軸と一致させた。また，レーザビーム４は，３００本の無限小幅のビーム要素で構成し，これらのビーム要素の位置は径５０μｍの内部で均一かつランダムに配置した。さらに，レーザビーム４は，その合計強度を１．０とし，各ビーム要素には等しくそれぞれ１／３００の強度を持たせた。光線追跡シミュレーションでは，各ビーム要素毎に，マイクロチップ１への入射面，チャンネル１への入射面，チャンネル１からの出射面，等の屈折率が変化する位置でその都度，スネルの法則及びフレネルの法則を適用し，屈折光の進行方向と強度を追跡した。ただし，ビーム要素が屈折率が変化する位置で全反射する場合は，反射光の進行方向と強度を追跡した。図８（ｃ）及び（ｄ）は，そのようにして計算した３００本のビーム要素の光路を示している。図８（ｅ）は，そのようにして計算した３００本のビーム要素の内，チャンネル毎に，その内部を透過するビーム要素を抽出し，それらのその位置での強度の合計をレーザビーム照射効率として表したものである。
【００７１】
図８（ｃ）及び（ｄ）に示されている通り，横入射されたレーザビーム４は，ｎ2（＝１．４１）＜ｎ1（＝１．５３）によって各チャンネル２が凹レンズ作用を持つため，横入射軸から発散した。図８（ｅ）に示すように，レーザビーム照射効率は急激に減衰し，１本か，せいぜい２本のチャンネル２だけしかレーザビーム照射できないことが分かった。したがって，図８に示す本例のマイクロチップの構成ａは，多数のチャンネルを横入射方式で効率良く同時照射することに適していないことが明らかとなった。
【００７２】
以上の光線追跡シミュレーションは３次元モデル上で実行されたが，図８（ａ）〜（ｄ）は，各チャンネル２の中心軸に垂直な平面に投影した２次元イメージである。図８（ｅ）は，３次元で計算した結果である。
【００７３】
図９は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｂと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成は，図１の構成ｂに従っている。以下，構成ｂの説明をするが，特に断りがない場合は，構成ａと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成ｂと構成ａとの違いは，図９（ａ）及び（ｂ）に示されているように，２４本のチャンネルの内，奇数＃はチャンネル２のままであるが，偶数＃はチャンネル３とし，チャンネル２とチャンネル３を交互に配列していることである。ここで，図９（ａ）及び（ｂ）において，チャンネル３を見やすくするために，チャンネル３に輪郭を記した。
【００７４】
マイクロチップ１の部材ｍ1及びチャンネル２に充填する部材ｍ2は構成ａと同じとした。チャンネル３に充填する部材ｍ3は，カーギル標準屈折液Standard Group Combined Set（ショットモリテックス）の内，屈折率がｎ3＝１．６０の標準屈折液とした。この標準屈折液セットは，屈折率範囲１．４００〜１．７００で，屈折率０．００２刻み，公差±０．０００２で市販されている。チャンネル３に上記標準屈折液を充填した後は，チャンネル３の両端を封止することによって，上記標準屈折液が蒸発や圧力等によりチャンネル３から抜け出ることを防いだ。このようにすれば，あらかじめチャンネル３に標準屈折液が充填されたマイクロチップを市場に流通させることが可能となり，ユーザがチャンネル３に標準屈折液を充填する手間を省くことが可能である。このとき，ｎ2（＝１．４１）＜ｎ1（＝１．５３）＜ｎ3（＝１．６０）の関係が満たされ，各チャンネル２は凹レンズ作用を示すのに対して，各チャンネル３は凸レンズ作用を示す。
【００７５】
図９（ｃ）及び（ｄ）に示されている通り，図８（ｃ）及び（ｄ）とは異なり，横入射されたレーザビーム４の一部を，横入射軸から発散せずに，横入射軸に沿って多数のチャンネル２及び３を透過させることができた。これは，チャンネル２の凹レンズ作用によって広がったレーザビーム４を，チャンネル３の凸レンズ作用が部分的に集光したためである。ただし，＃１のチャンネル２によって発散したレーザビーム４の内，＃２のチャンネル３に入射しないほどに広がったビーム要素は，チャンネル３による集光を受けられず，そのまま発散を続けた。
【００７６】
これらの結果，図９（ｅ）に示す通り，レーザビーム照射効率は，＃１のチャンネル１から＃２のチャンネル３にかけて急激に減少するが，それ以降の＃２４のチャンネル３までは減衰が非常に小さくなった。レーザビーム照射効率の変化は，＃１から＃２までは図８（ｅ）と同様であるが，＃３から＃２４までが図８（ｅ）と大きく異なった。図９（ｅ）の＃２４のレーザビーム照射効率は２割強あったため，経験上，蛍光検出感度は若干落ちるが，奇数＃の１２本のチャンネル２を用いた同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。＃１と＃２以降のチャンネルではレーザビーム照射効率が大きく異なるが，この程度の差があっても異なる試料を複数のチャンネルを用いて同時に分析することは可能である。ただし，チャンネル間で蛍光強度を比較したり，蛍光強度に定量性を求めたりするような場合には，チャンネル間のレーザビーム強度が揃っていることが望ましい。そのような場合は，＃１は分析に用いずに＃３以降のチャンネル２を分析に用いるのが良い。
【００７７】
図１０は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｃと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成は，図１の構成ｃに従っている。以下，構成ｃの説明をするが，特に断りがない場合は，構成ｂと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成ｃと構成ｂとの違いは，図１０（ａ）及び（ｂ）に示されているように，奇数＃のチャンネル３の断面形状を２倍の直径１００μｍの円形としたことである。ここで，図１０（ａ）及び（ｂ）において，チャンネル３を見やすくするために，チャンネル３に輪郭を記した。
【００７８】
各チャンネル３に充填する部材ｍ3は，同様のカーギル標準屈折液セットの内，屈折率がｎ3＝１．６８の標準屈折液とした。チャンネル３の断面の円形の直径を大きくしたのは，図９（ｃ）及び（ｄ）において，＃１のチャンネル２によって発散したレーザビーム４の内，＃２のチャンネル３に入射しないほどに広がったビーム要素の割合を低減するためである。一方で，チャンネル３の断面の円形の直径が大きくなることは，チャンネル３の表面の曲率が小さくなること，すなわち凸レンズ作用が弱くなることを意味する。そこで，内部の屈折率を構成ｂの場合よりも高くすることによって，チャンネル３の凸レンズ作用が維持されるように工夫した。ｎ2（＝１．４１）＜ｎ1（＝１．５３）＜ｎ3（＝１．６８）の関係が満たされ，各チャンネル２の凹レンズ作用と各チャンネル３の凸レンズ作用をバランスさせた。
【００７９】
図１０（ｃ）及び（ｄ）に示されている通り，図９（ｃ）及び（ｄ）とは異なり，横入射されたレーザビーム４のより多くの部分を，横入射軸から発散せずに，横入射軸に沿って多数のチャンネル２及び３を透過させることができた。これは，チャンネル２の凹レンズ作用によって広がったレーザビーム４を，断面の大きなチャンネル３の凸レンズ作用がより効率的に集光したためである。これらの結果，図１０（ｅ）に示す通り，レーザビーム照射効率は，＃１のチャンネル２から＃２のチャンネル３にかけての減衰が図９（ｅ）と比較して大幅に抑えられ，それ以降の＃２４のチャンネル３までの減衰も非常に小さく維持された。全体的に，レーザビーム照射効率は，図９（ｅ）の場合と比較して約２倍に向上した。このことから，奇数＃の１２本のチャンネル２を用いた同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。
【００８０】
図１１は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｄと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成は，図１の構成ｄに従っている。以下，構成ｄの説明をするが，特に断りがない場合は，構成ｃと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成ｄと構成ｃとの違いは，図１１（ａ）及び（ｂ）に示されているように，奇数＃のチャンネル２の断面形状を，直径５０μｍの円形から，等脚台形としたことである。等脚台形は，下底５０μｍ，高さ５０μｍ，底角９２度とし，上底は約５３．５μｍとした。ここで，図１１（ａ）及び（ｂ）において，チャンネル３を見やすくするために，チャンネル３に輪郭を記した。
【００８１】
断面形状を四角形にした理由は，各チャンネル２の屈折作用を弱めることであるが，四角形の中でも等脚台形にしたのは，図１３の構成ｆで後述するように，マイクロチップ１の量産性を向上するためである。各チャンネル２に充填する部材ｍ2は構成ｃと同じであるが，各チャンネル３に充填する部材ｍ3は，同様のカーギル標準屈折液セットの内，屈折率がｎ3＝１．６６の標準屈折液とした。各チャンネル３に充填する部材ｍ3の屈折率ｎ3を構成ｃよりも若干低下させたのは，上記の変更により，構成ｃの各チャンネル３よりも凸レンズ作用を落としてもレーザビーム４を良好に集光できると考えられたためである。ｎ2（＝１．４１）＜ｎ1（＝１．５３）＜ｎ3（＝１．６６）の関係が満たされ，各チャンネル２の屈折作用と各チャンネル３の凸レンズ作用をバランスさせた。
【００８２】
図１１（ｃ）及び（ｄ）に示されている通り，図１０（ｃ）及び（ｄ）とは異なり，横入射されたレーザビーム４のすべてのビーム要素を，横入射軸から発散せずに，横入射軸に沿って多数のチャンネル２及び３を透過させることができた。これは，チャンネル２の屈折作用が弱いことに加えて，断面の大きなチャンネル３の凸レンズ作用が効率的に集光したためである。
【００８３】
これらの結果，図１１（ｅ）に示す通り，レーザビーム照射効率は，＃１から＃２４のすべてのチャンネル２及び３で，８割５分以上の高いレーザビーム照射効率を得ることができた。レーザビーム４のすべてビーム要素を活用できているため，チャンネル＃にともなうレーザビーム照射効率の僅かな減衰は，レーザビーム４のマイクロチップ１の部材ｍ1と各チャンネル２の部材ｍ2又は各チャンネル３の部材ｍ3との境界における反射ロスで説明される。また，＃１のレーザビーム照射効率が９割５分程になっている理由は，レーザビーム４がマイクロチップ１に入射する際の反射ロスである。このことから，奇数＃の１２本のチャンネル２を用いた高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。
【００８４】
［実施例２］
本実施例では，実施例１との差分を中心に説明し，特に説明がない場合は実施例１と同様の説明が成り立つと考えて良い。実施例１との基本的な差分は，各チャンネルの断面形状を円形ではなく，四角形としたことである。
【００８５】
図１２は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｅと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成は，図２の構成ｅに従っている。図１２（ａ）及び（ｂ）に示した通り，＃１から＃２４をすべてチャンネル２とし，断面形状を径５０μｍの正四角形とし，間隔３００μｍで２４本のチャンネル２を同一平面上に配列した。実施例１と同様に，マイクロチップ１の部材ｍ1はゼオノア（ｎ1＝１．５３），各チャンネル２の内部に充填する部材ｍ2は3500/3500xL POP-7TMポリマー（ｎ2＝１．４１）とした。
【００８６】
図１２（ｃ）及び（ｄ）に示した通り，横入射されたレーザビーム４は各チャンネル２によって屈折を受けることなく，横入射軸に沿って直進した。これは，各チャンネル２の断面形状が正四角形であり，上下の辺は横入射軸と平行，かつ左右の辺は横入射軸と垂直であるため，レーザビーム４の各チャンネル２への入射角と出射角が常に直角となり，レーザビーム４が屈折を受けないためである。レーザビーム４を構成する３００本すべてのビーム要素がすべてのチャンネル２の照射に寄与するため，図１２（ｅ）に示すように，レーザビーム照射効率は，＃１から＃２４のすべてのチャンネル２で，８割５分以上の高いレーザビーム照射効率を得ることができた。図１２（ｅ）の結果は，図１１（ｅ）の結果とほぼ同じであり，いずれも理想的なレーザビーム４の横入射方式を実現できている。構成ｅでは＃１から＃２４のすべてがチャンネル２であるため，２４本のチャンネル２を用いた高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。
【００８７】
図１３は，マイクロチップ１の一形態である構成ｆと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成は，図２の構成ｆに従っている。以下，構成ｆの説明をするが，特に断りがない場合は，構成ｅと同様の説明が成り立つと考えて良い。
【００８８】
構成ｆと構成ｅとの違いは，図１３（ａ）及び（ｂ）に示されているように，各チャンネル２の断面形状を正四角形から等脚台形に変更したことである。この変更は，マイクロチップ１の量産性を向上するため，具体的には射出成形等の加工法によって容易に製造可能にするために行った。マイクロチップ１の部材ｍ1及び各チャンネル２の内部に充填する部材ｍ2は構成ｅと同等とした。等脚台形は，下底５０μｍ，高さ５０μｍ，底角９２度とし，上底は約５３．５μｍであった。つまり，射出成形で等脚台形の溝を作製する場合の抜き勾配は２度である。このとき，レーザビーム４のチャンネル２による屈折角は式(7)によりε2＝−０．３１度と計算され，図１３（ａ）及び（ｂ）においてレーザビーム４は横入射軸より下方向に屈折を受ける。
【００８９】
図１３（ｃ）及び（ｄ）に示した通り，横入射されたレーザビーム４は各チャンネル２を通過するのに伴い，徐々に横入射軸から下方向に偏向し，横入射軸から急激に逸脱した。これは，各チャンネル２による屈折作用が，レーザビーム４が通過するチャンネル２の数に応じて蓄積されるためである。＃９のチャンネル２以降で，レーザビーム４はチャンネル２の配列から完全に逸脱した。図１３（ｅ）に示すように，レーザビーム照射効率は，＃４のチャンネル２以降で急激に減衰し，＃９のチャンネル２以降でゼロとなった。構成ｆによれば，横入射方式によってレーザビーム４が効率的に同時照射できるチャンネル２の数は６〜７本に過ぎないことが分かった。
【００９０】
図１４は，マイクロチップ１の一形態である構成ｆ’と，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成ｆ’は，図２の構成ｆに従っている。以下，構成ｆ’の説明をするが，特に断りがない場合は，構成ｆと同様の説明が成り立つと考えて良い。
【００９１】
構成ｆ’と構成ｆとの違いは，各チャンネル２の断面形状のみである。構成ｆ’の各チャンネル２の断面形状は等脚台形であり，下底５０μｍ，高さ５０μｍ，底角９４度とし，上底は約５７．０μｍであった。つまり，射出成形で等脚台形の溝を作製する場合の抜き勾配は４度である。構成ｆ’の抜き勾配を構成ｆのそれよりも２倍に大きくしたのは，射出成形等の加工法による量産性を一層向上させるためである。このとき，レーザビーム４のチャンネル２による屈折角は式(7)によりε2＝−０．６３度と計算され，図１３（ａ）及び（ｂ）においてレーザビーム４は横入射軸より下方向に屈折を受け，その大きさは構成ｆの場合の２倍ほどである。
【００９２】
図１４（ｃ）及び（ｄ）に示した通り，横入射されたレーザビーム４は各チャンネル２を通過するのに伴い，図１３（ｃ）及び（ｄ）の場合よりも大きく横入射軸から下方向に偏向し，横入射軸からより急激に逸脱した。これは，構成ｆ’の各チャンネル２の屈折角が構成ｆのそれよりも大きいためである。＃６のチャンネル２以降で，レーザビーム４はチャンネル２の配列から完全に逸脱した。図１４（ｅ）に示すように，レーザビーム照射効率は，＃４のチャンネル２以降で急激に減衰し，＃６のチャンネル２以降でゼロとなった。構成ｆ’によれば，横入射方式によってレーザビーム４が効率的に同時照射できるチャンネル２の数は４〜５本に過ぎないことが分かった。
【００９３】
図１５は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｇと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成は，図２の構成ｇに従っている。以下，構成ｇの説明をするが，特に断りがない場合は，構成ｆと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成ｇと構成ｆとの違いは，図１５（ａ）及び（ｂ）に示されているように，２４本のチャンネルの内，奇数＃はチャンネル２のままであるが，偶数＃はチャンネル３とし，チャンネル２とチャンネル３を交互に配列していることである。ここで，図１５（ａ）及び（ｂ）において，チャンネル３を見やすくするために，チャンネル３に輪郭を記した。
【００９４】
マイクロチップ１の部材ｍ1及びチャンネル２に充填する部材ｍ2は構成ｆと同じとした。チャンネル３に充填する部材ｍ3は，カーギル標準屈折液セットの内，屈折率がｎ3＝１．６６の標準屈折液とした。チャンネル３に上記標準屈折液を充填した後は，チャンネル３の両端を封止し，上記標準屈折液が蒸発や圧力等によりチャンネル３から抜け出ることを防いだ。このとき，ｎ2（＝１．４１）＜ｎ1（＝１．５３）＜ｎ3（＝１．６６）の関係が満たされ，各チャンネル２の屈折作用と，各チャンネル３の屈折作用をバランスさせた。レーザビーム４のチャンネル２による屈折角は式(7)によりε2＝−０．３１度と計算される一方で，レーザビーム４のチャンネル３による屈折角は式(8)によりε3＝０．３４度と計算される。ε2＋ε3＝０．０３度となり，式(9)が成立する。つまり，チャンネル２とチャンネル３の一組によるレーザビーム４の正味の屈折角の大きさは，チャンネル２だけによるレーザビーム４の屈折角の大きさよりも小さくなる。
【００９５】
図１５（ｃ）及び（ｄ）に示した通り，図１３（ｃ）及び（ｄ）と大きく異なり，横入射されたレーザビーム４の大部分はチャンネル２及びチャンネル３を貫通し，それらを効率良く同時照射した。これは，構成ｆで明らかになっているチャンネル２による屈折作用が，構成ｇで追加されたチャンネル３による屈折作用に相殺されたためである。図１５（ｅ）に示すように，＃１から＃２４のすべてのチャンネルのレーザビーム照射効率が８割以上に高く維持された。この結果は，図１２（ｅ）の構成ｅの理想的な結果と比較して遜色ないレベルである。したがって，構成ｇは，マイクロチップ１に設けられた複数のチャンネル２及び３を横入射方式によりレーザビーム４で効率良く同時照射する構成であり，奇数＃の１２本のチャンネル２による高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。
【００９６】
図１６は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｇ’と，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ１の構成ｇ’は，図２の構成ｇに従っている。以下，構成ｇ’の説明をするが，特に断りがない場合は，構成ｇと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成ｇ’と構成ｇとの違いは，各チャンネル２及びチャンネル３の断面形状のみである。
【００９７】
図１６（ａ）及び（ｂ）に示した通り，構成ｇ’の各チャンネル２及びチャンネル３の断面形状は等脚台形であり，下底５０μｍ，高さ５０μｍ，底角９４度とし，上底は約５７．０μｍであった。つまり，構成ｇ’は，構成ｆ’において，２４本のチャンネルの内の奇数＃はチャンネル２のままであるが，偶数＃はチャンネル３とし，チャンネル２とチャンネル３を交互に配列した構成と表現しても良い。ここで，図１６（ａ）及び（ｂ）において，チャンネル３を見やすくするために，チャンネル３に輪郭を記した。このとき，レーザビーム４のチャンネル２による屈折角は式(7)によりε2＝−０．６３度と計算される一方，レーザビーム４のチャンネル３による屈折角は式(7)によりε3＝０．６８度と計算される。ε2＋ε3＝０．０５度となり，式(9)が成立する。つまり，チャンネル２とチャンネル３の一組によるレーザビーム４の正味の屈折角の大きさは，チャンネル２だけによるレーザビーム４の屈折角の大きさよりも小さくなる。
【００９８】
図１６（ｃ）及び（ｄ）に示した通り，図１４（ｃ）及び（ｄ）と大きく異なり，横入射されたレーザビーム４の大部分はチャンネル２及びチャンネル３を貫通し，それらを効率良く同時照射した。これは，構成ｆ’で明らかになっているチャンネル２による屈折作用が，構成ｇ’で追加されたチャンネル３による屈折作用に相殺されたためである。図１６（ｅ）に示すように，＃１から＃２４のすべてのチャンネルのレーザビーム照射効率が７割以上に高く維持された。この結果は，図１５（ｅ）の構成ｇと比較すると若干劣るが，高感度な蛍光検出に十分なレベルである。したがって，構成ｇ’は，マイクロチップ１に設けられた複数のチャンネル２及び３を横入射方式によりレーザビーム４で効率良く同時照射する構成であり，奇数＃の１２本のチャンネル２による高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。
【００９９】
［実施例３］
図１７は，本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図である。本例は複数のレーザビームを用いて生体試料に含まれるＤＮＡの電気泳動分析を行うシステムを示し，（ａ）はマイクロチップ１の鳥瞰図，（ｂ）はシステムを構成するマイクロチップ１のレーザビーム４又はレーザビーム１０８の横入射軸を含む断面，蛍光検出光学系の断面，及びデータ解析装置を示し，（ｃ）は２次元センサ１２で得られる２次元蛍光像を示している。図１７の図５と異なる点を中心に以下，説明する。
【０１００】
図１７（ａ）に示した通り，複数のチャンネル２及び３の配列平面に沿って，各チャンネルの長軸に垂直に，レーザビーム４及びレーザビーム１０８を互いに平行，かつ各チャンネルの長軸方向に間隔をあけて照射した。レーザビーム４は波長５０５ｎｍであるのに対して，レーザビーム１０８は波長６３５ｎｍとした。いずれも径５０μｍの平行光束とした。このとき，図１７（ａ）に示す通り，横入射軸はそれぞれのレーザビームに対して１本ずつ存在する。いずれの横入射軸においても，各チャンネルの断面形状，配列間隔，屈折率，等々の条件は同じであるため，同等の横入射方式を実現することが可能である。一般には，各部材の屈折率は波長によって異なるため，横入射方式の性能に影響を与えることがあるが，本発明で用いている各部材の屈折率の波長依存性は小さいため，その影響は小さい。
【０１０１】
図１７（ｂ）はレーザビーム４又はレーザビーム１０８の横入射軸を含む断面図を示し，これらは互いに差はない。レーザビーム１０８はレーザ光源１１２から出射される。図１７（ｃ）は，得られる２次元蛍光像を示している。レーザビーム４の励起による各チャンネル２からのレーザ光散乱及び蛍光の波長分散像１０５，及び各チャンネル３からのレーザ光散乱の波長分散像１０６に加えて，レーザビーム１０８の励起による各チャンネル２からのレーザ光散乱及び蛍光の波長分散像１０９，及び各チャンネル３からのレーザ光散乱の波長分散像１１０が互いに独立して計測される。以上の構成によって，各チャンネル２で同時に検出可能な蛍光の種類の数を増やしたり，異なる蛍光を精度良く分離して検出することで微量な蛍光を識別することが可能となる。本実施例では，異なる試料をそれぞれ異なる蛍光体で標識し，同じチャンネルで同時に分析することでスループットを向上させた。以下の説明ではレーザビーム４についての説明を行うが，レーザビーム１０８についても同様の説明が成り立つ。
【０１０２】
図１８は，本発明のマイクロチップ１の一形態である構成ｈと，それに対して横入射されたレーザビーム４の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。構成ｈは，図１６の構成ｇ’のチャンネル３の断面形状を変更したものである。図１８（ａ）及び（ｂ）に示した通り，奇数＃のチャンネル２の断面形状は変更しないが，偶数＃のチャンネル３の断面形状を，等脚台形の底角を変えずに高さを５０μｍから１００μｍに増大させた。各チャンネル２及び各チャンネル３の上底は，構成ｇ’の場合と同様に，同一平面上，すなわち境界面５に一致させた。一方で，各チャンネル２の下底と，各チャンネル３の下底は異なる平面上に並べた。つまり，構成ｈのチャンネル３の断面形状は，構成ｇ’の断面形状と同じ上底，同じ勾配で深さを２倍にした形状である。すなわち，チャンネル３の断面形状は，下底約４３．０μｍ，高さ１００μｍ，底角９４度とし，上底は約５７．０μｍであった。このような構成のマイクロチップ１は，実施例２の場合と同様に，各チャンネルの上底を境界面５とする上下２つの部品を張り合わせることによって容易に製造可能である。
【０１０３】
マイクロチップ１の部材ｍ1，チャンネル２に充填する部材ｍ2，チャンネル３に充填する部材ｍ3はいずれも構成ｇ’と同等とした。このとき，レーザビーム４のチャンネル２及びチャンネル３による屈折角は，構成ｇ’と変化なく，ε2＝−０．６３度，ε3＝０．６８度である。一方で，構成ｈのチャンネル３の深さが構成ｇ’の場合の２倍もあるため，レーザビーム４のビーム要素の内，横入射軸から境界面５と反対側に，つまり図１８（ａ）及び（ｂ）の下側に偏向し，構成ｇ’においては各チャンネル２及び３から逸脱したものを，構成ｈでは横入射軸の方向に屈折させることが可能となる。
【０１０４】
図１８（ｃ）及び（ｄ）に示した通り，図１６（ｃ）及び（ｄ）と比較して，横入射されたレーザビーム４のより多くの部分がチャンネル２及びチャンネル３を貫通し，それらを効率良く同時照射した。これは，構成ｇ’では各チャンネルから逸脱してしまったビーム要素が，構成ｈでは逸脱させずに後段のチャンネルの照射に活用できるようになったためである。この結果，図１８（ｅ）に示すように，＃１から＃２４のすべてのチャンネルのレーザビーム照射効率が８割以上に高く維持された。したがって，構成ｈは，マイクロチップ１に設けられた複数のチャンネル２及び３を横入射方式によりレーザビーム４で効率良く同時照射する構成であり，奇数＃の１２本のチャンネル２による高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。
【０１０５】
図１９は，本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図である。本例は２分割レーザビームを両側から照射するマイクロチップ電気泳動分析装置を示し，（ａ）はマイクロチップ１の鳥瞰図，（ｂ）はシステムを構成するマイクロチップ１のレーザビーム４又はレーザビーム１０８の横入射軸を含む断面，蛍光検出光学系の断面，及びデータ解析装置を示している。
【０１０６】
構成ｈ’では，チャンネル間のレーザビーム照射効率を一層均一に近づけるため，図１９に示した通り，レーザビーム４及びレーザビーム１０８をハーフミラー１１４を用いて２分割し，複数のミラー１１５を用いて，これらを各チャンネル２及び３の配列平面の両側方から対向させ，それぞれの分割ビームの中心軸をそれぞれの横入射軸と一致させて照射した。この際に得られる２次元蛍光像は図１７（ｃ）と同様である。その他の条件は構成ｈと同等とした。以下の説明ではレーザビーム４についての説明を行うが，レーザビーム１０８についても同様の説明が成り立つ。
【０１０７】
図２０は，構成ｈ’におけるチャンネル毎のレーザビーム照射効率を示しており，構成ｈのそれと比較して，チャンネル間のレーザビーム照射効率を均一化できることが分かった。ここで，分割ビームの合計強度はそれぞれ０．５としている。チャンネル間のレーザビーム照射効率の標準偏差は，構成ｈで０．０４であったのに対して，構成ｈ’では０．０１に大幅に低減することができた。このことにより，各チャンネルから発光される蛍光を高感度かつ均等に検出することができるようになり，実効的に蛍光検出ダイナミックレンジを拡大することが可能となった。
【０１０８】
本発明では，レーザビーム４の中心軸と横入射軸を一致させて照射することが重要であるが，これを確実に実現するための手段として，各チャンネル２又は３に充填されている部材ｍ2又はｍ3のレーザビーム４の照射によるラマン散乱，蛍光を指標とし，これらが最大あるいはチャンネル間で分離良く検出されるように，レーザビーム４とマイクロチップ１又は各チャンネルの配列平面の相対位置関係を微調整する方法が効果的である。また，この方法をさらに効果的にするために，各チャンネル３に充填される部材ｍ3に蛍光性物質を混在させ，上記の指標をより明確化しつつ，各チャンネル２の試料由来の蛍光検出に影響を与えないことが可能である。
【０１０９】
以上の実施例は，いずれもマイクロチップを用いた電気泳動分析を例としたが，もちろんマイクロチップを用いた他の分析に本発明を応用することも可能である。例えば，複数の試料のＰＣＲを異なる複数のチャンネル内で行い，これらにレーザビームを横入射することで同時蛍光検出を行い，複数の試料に含まれる対象ＤＮＡ配列を高感度に定量することができる。また，本発明を応用したマイクロチップに前処理工程を集積化してマイクロＴＡＳあるいはLab on a Chipにすることも可能である。例えば，ヒトの血液試料をマイクロチップに注入した後，マイクロチップ内で，血球分離，ゲノム抽出等が行われ，それが分割されて複数のチャンネル内に導入され，各チャンネル内で特定の疾患に関連する複数のＤＮＡ配列の存在をＰＣＲによって高感度に定量し，これらの結果を元に特定の疾患の遺伝子診断を行うようなシステムに本発明を応用することができる。このようなアプリケーションにおいては，マイクロチップを低コストに量産でき，試料間のコンタミを防止するために使い捨てできるようになることが必要であり，本発明の効果が特に発揮される。この他，マイクロチップ上で実施される免疫分析，フローサイトメータ，単一細胞解析，マイクロリアクタ，等々，様々なアプリケーションに本発明を応用することが可能である。
【０１１０】
本実施例では，図１７及び図１９に示した通り，各チャンネル２からの発光蛍光を共通の蛍光検出系で計測したが，各チャンネルの配列平面に対して垂直方向からの，各チャンネル毎に独立した蛍光検出系を構築しても良い。このような構成にすることによって，チャンネル間のクロストークをより低減することが可能となる。また，各チャンネルの配列平面に対して，蛍光検出を行う方向と反対方向のマイクロチップ１の外表面に光反射防止膜を形成しても良い。この反射防止膜は，マイクロチップ１の外表面に直接結合している必要は必ずしもなく，例えば光を吸収する部材をマイクロチップ１の外表面と接するように配置しても良い。このような構成にすることにより，各チャンネルからの発光蛍光の内，蛍光検出系とは反対側の方向に進行した成分が，マイクロチップ１の外表面あるいは外部で反射し，その反射光が蛍光検出系で検出され，これによってクロストークが生じる可能性を低減することが可能となる。
【０１１１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  マイクロチップ
ｍ1  マイクロチップ１の部材
ｎ1  マイクロチップ１の部材の屈折率
２  チャンネル
ｍ2  チャンネル２の内部の部材
ｎ2  チャンネル２の内部の部材の屈折率
ｒ2  チャンネル２の径
３  チャンネル
ｍ3  チャンネル３の内部の部材
ｎ3  チャンネル３の内部の部材の屈折率
ｒ3  チャンネル３の径
４  レーザビーム
５  境界面
６  チャンネル２の入口ポート
７  チャンネル２の出口ポート
８  チャンネル３の入口ポート
９  集光レンズ
１０  フィルタ及び回折格子
１１  結像レンズ
１２  ２次元センサ
１３  データ解析装置
１０３  チャンネル３の出口ポート
１０４  ２次元蛍光像
１０５  チャンネル２からのレーザ散乱光及び蛍光の波長分散像
１０６  チャンネル３からのレーザ散乱光の波長分散像
１０７  ゴム栓
１０８  レーザビーム
１１１  レーザ光源
１１２  レーザ光源
１１３  チャンネル２及びチャンネル３の共通出口ポート
１１４  ハーフミラー
１１５  ミラー
【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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【図２０】
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