(57)【要約】      （修正有）【課題】異なる回転速度の制御下で、混合槽の液体を一掃でき、洗浄効果を高めることができる、マイクロ流体検査装置及びそのマイクロ流体の制御方法を提供する。【解決手段】マイクロ流体検査装置に用いられるマイクロ流体ディスク上では、混合槽５２０と廃液槽５３０’が毛細管５４０’で連接され、かつ毛細管５４０’の第１連接口５４１がマイクロ流体ディスクの第１半径Ｒ１上で混合槽５２０と連接され、毛細管５４０’の第２連接口５４３がマイクロ流体ディスクの第２半径Ｒ２上で廃液槽５３０’と連接され、特に、毛細管５４０’の第１連接口５４１と第２連接口５４３の間に屈曲区間５４５が設けられ、該屈曲区間５４５がマイクロ流体ディスクの第３半径Ｒ３上に設置される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ流体検査装置であって、
動力モジュールと、
該動力モジュール上に取り外し可能に設置されたマイクロ流体ディスクを含み、そのうち、該マイクロ流体ディスクが、
少なくとも１つの注入槽と、
少なくとも１つのマイクロ流体構造体を含み、かつ各マイクロ流体構造体が、
該少なくとも１つの注入槽に連接された混合槽と、
廃液槽と、
毛細管と、を含み、該毛細管が、
該混合槽に連接され、かつ第１半径に設置された第１連接口と、
該廃液槽に連接され、かつ第２半径に設置された第２連接口と、
該第１連接口及び該第２連接口に連接され、かつ第３半径に設置された屈曲区間と、を含み、
そのうち、該第１半径が該第２半径より小さく、かつ該第３半径が該第１半径より小さい、
ことを特徴とする、マイクロ流体検査装置。
【請求項２】
前記マイクロ流体構造体が、余液路を含み、該余液路が、
該混合槽に連接され、かつ第４半径に設置された第３連接口と、
該廃液槽に連接され、かつ該第２半径に設置された第４連接口と、を含み、
そのうち、該第４半径が該第１半径より小さいことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体検査装置。
【請求項３】
前記第３半径が該第４半径より小さいことを特徴とする、請求項２に記載のマイクロ流体検査装置。
【請求項４】
前記混合槽内に磁気ビーズが設置されたことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体検査装置。
【請求項５】
前記各少なくとも１つのマイクロ流体構造体がさらに、少なくとも１つのマイクロバルブを含み、各該少なくとも１つのマイクロバルブと各該少なくとも１つの注入槽及び該混合槽が連接されたことを特徴とする、請求項１に記載のマイクロ流体検査装置。
【請求項６】
前記マイクロ流体ディスクが、複数のマイクロ流体構造体を含むことを特徴とする、請求項５に記載のマイクロ流体検査装置。
【請求項７】
マイクロ流体検査装置のマイクロ流体の制御方法であって、
請求項１に記載のマイクロ流体検査装置を提供する工程と、
該マイクロ流体構造体に液体を提供する工程と、
高回転速度で該動力モジュールを運転し、該液体を該混合槽に進入させ、このとき該動力モジュールの回転速度が臨界回転速度により第１回転速度と第２回転速度に区分され、該第１回転速度が該臨界回転速度より小さく、該第２回転速度が該臨界回転速度より大きい工程と、
低回転速度で該動力モジュールを運転し、該動力モジュールが該第１回転速度により毛細管現象を通じて該液体を該第２連接口まで流動させる工程と、
高回転速度で該動力モジュールを運転し、該動力モジュールが該第２回転速度により該液体に該第２連接口を突破させて該廃液槽に進入させ、該第１液体を該混合槽中から一掃させる工程と、
を含むことを特徴とする、マイクロ流体検査装置のマイクロ流体の制御方法。
【請求項８】
前記第１液体が、固定相と移動相を含むことを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ流体検査装置のマイクロ流体の制御方法。
【請求項９】
前記臨界回転速度が、
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であることを特徴とする、請求項７に記載のマイクロ流体検査装置のマイクロ流体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の少なくとも１つの実施例は、マイクロ流体検査装置及びその運用方法に関し、特に、マイクロ流体流動制御設計を備えたマイクロ流体検査装置及びその運用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現有の測定方法において、ＥＬＩＳＡ（ｅｎｚｙｍｅ−ｌｉｎｋｅｄ  ｉｍｍｕｎｏｓｏｒｂｅｎｔ  ａｓｓａｙ、酵素結合免疫分析法）は高い特異性、迅速さ、敏捷性、検査コストの低さ、及び大量の試料の検査を同時進行できる等の利点があるため、医学、薬学、バイオテクノロジー、食品工業、環境検査等の分野で広く運用されている。
【０００３】
従来のＥＬＩＳＡはほとんどが９６ウェルマイクロプレート上で操作が行われ、その操作の流れは大体インキュベーション（ｉｎｃｕｂａｔｉｏｎ）、洗浄、発色反応、検出等の工程に分けることができ、使用者は約４〜６時間かけてすべての工程を完了する必要がある。各工程で、前後工程中の試薬汚染（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）による測定誤差を回避するため、使用者は試薬を加えて反応させた後、大量の洗浄液を使用して残留試薬を希釈してから反応槽を空にする必要がある。検査試料が大量な状況で、上述の手間のかかる、繰り返しの多い工程と動作は、使用者の重い負担となり、人為的誤差が発生しやすくなる。
【０００４】
上述の部分の問題を解決するため、Ｊａｍｅｓ  Ｌｅｅ等は２０００年初頭マイクロ流体光ディスクプラットフォーム上でＣＤ ＥＬＩＳＡ（酵素結合免疫分析法）を行う構想を提示した。ＣＤ ＥＬＩＳＡはマイクロ流体光ディスクプラットフォームの回転速度を通じてＥＬＩＳＡのフローと工程を制御する。使用者は予め各工程で使用する試薬をマイクロ流体光ディスク上の各一時貯蔵槽に注入した後、異なる回転速度を利用して異なる試薬を順に放出させ、ＥＬＩＳＡ中のインキュベーション、洗浄、発色、測定等の工程の実行を自動化する効果を達成できる。このほか、マイクロ流体システム中の試薬の体積必要量が小さく、かつ反応の比表面積が大きいため、ＥＬＩＳＡの反応時間を加速でき、ＣＤ ＥＬＩＳＡの検査時間が短縮され、１〜２時間以内で完了することができる。
【０００５】
しかしながら、ＣＤ ＥＬＩＳＡにはまだ欠点がある。ＣＤ ＥＬＩＳＡの運用過程で、洗浄液を混合槽に注入し、反応槽中の液体に置き換え、洗浄工程を達成する。この過程で、洗浄液は混合槽内で試薬と混合されるため、一部反応槽内の試薬の残留が起こる。このため、その洗浄工程で大量の体積の洗浄液を使用する必要があり、加えて複数回の混合槽洗浄後、やっと試薬の残存量を下げて残存試薬の測定信号に対する影響を抑制することができる。さらに、マイクロ流体ディスク上の使用可能な空間には限りがあり、洗浄液の貯蔵が占める空間が大きすぎると、１枚当たりの検査総数が少なくなり、経済性が低下する。
【０００６】
これに鑑み、洗浄効率を効果的に高め、洗浄液の貯蔵空間を減少できるマイクロ流体設計を開発できれば、検査の敏捷性を高められるだけでなく、ディスク上の検査数量を増加することもできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の少なくとも１つの問題を解決するため、本発明の目的は、操作フローが簡易で、洗浄効率が高いという利点を備えたマイクロ流体検査装置及びその運用方法を提出することにある。具体的に、本発明は排水設計を備えたマイクロ流体ディスクを採用し、反応槽中の残存液体を効果的に一掃して、洗浄効率を高め、洗浄液の用量を減少することができる。このほか、回転速度を通じて液体の流動を制御する運用方法を採用し、試薬を回転速度により制御して、インキュベーションと洗浄等の工程を行うことができる。一部の状況下で、この運用方法は高回転速度と低回転速度の二段階のモーターによる回転速度の制御のみで検査工程を完了することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも１つの実施例によるマイクロ流体検査装置は、動力モジュールと、マイクロ流体ディスクを含む。そのうち、マイクロ流体ディスクは取り外し可能な方式で動力モジュール上に設置され、かつマイクロ流体ディスク上に少なくとも１つの注入槽と、少なくとも１つのマイクロ流体構造体が含まれる。前述の少なくとも１つのマイクロ流体構造体は、主に、混合槽と、毛細管と、廃液槽を含む。該混合槽は該少なくとも１つの注入槽に連結され、該毛細管の両端の連接口が混合槽と廃液槽にそれぞれ連結される。具体的には、毛細管の第１連接口と混合槽がマイクロ流体ディスクの第１半径上で連接され、毛細管の第２連接口と廃液槽がマイクロ流体ディスクの第２半径上で連接され、かつ第１半径が第２半径より小さい。特に、毛細管の第１連接口と第２連接口の間に屈曲区間が設けられ、該屈曲区間がマイクロ流体ディスクの第３半径上に設置され、かつ第３半径が第１半径と第２半径より小さい。
【０００９】
本発明の少なくとも１つの実施例はマイクロ流体検査装置のマイクロ流体の制御方法を提供する。該制御方法は、該マイクロ流体検査装置を提供する工程と、液体を該マイクロ流体構造体に提供する工程と、高回転速度で該動力モジュールを運転し、該液体を該混合槽に進入させ、このとき該動力モジュールの回転速度が臨界回転速度で第１回転速度と第２回転速度に区分され、該第１回転速度が該臨界回転速度より小さく、該第２回転速度が該臨界回転速度より大きい工程と、低回転速度で該動力モジュールを運転し、該動力モジュールが該第１回転速度を通じて該液体を毛細管現象により該第２連接口まで流動させる工程と、高回転速度で該動力モジュールを運転し、該動力モジュールが該第２回転速度を通じて該液体に該第２連接口を突破させ、該廃液槽まで進入させて、混合槽中の該第１液体をすべて排出させる工程と、を含む。
【００１０】
本発明の少なくとも１つの実施例の特徴は、動力モジュールの回転速度にあり、その回転速度が臨界回転速度より大きい速度に到達可能である。一部の状況下で、動力モジュールの回転速度は、第２連接口の臨界回転速度より高い速度と、第２連接口の臨界回転速度より低い速度の、二段階の回転速度のみを有する。
【００１１】
本発明の少なくとも１つの実施例の特徴は、溶液に対する制御にある。一部の状況下で、動力モジュールの回転速度を切り替えて選択的に試薬を混合槽に留まらせるか、試薬を廃液槽中に直接排出させることができる。
【００１２】
本発明の少なくとも１つの実施例によるマイクロ流体検査装置のマイクロ流体ディスクは排水設計を備え、反応槽中の残存液体を効果的に一掃して、洗浄効率を高め、洗浄液の用量を減少することができる。このため、マイクロ流体検査装置は大量の洗浄液を使用しなくても高精度の検査結果を維持することができる。
【００１３】
このほか、本発明の少なくとも１つの実施例は操作フローが簡易な利点を備え、生化学検査及び医学検査に用いることができるほか、化学検査、水質検査、環境検査、食品検査、国防工業等の範疇にも使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置を示す概略図である。
【図１Ｂ】本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置を示し、部材の連結関係を説明するブロック図である。
【図２】本発明の一部の実施例のマイクロ流体ディスクを示す概略図である。
【図３】本発明の一部の実施例のマイクロ流体構造体を示す概略図である。
【図４】本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一部の実施例のマイクロ流体構造体を示す概略図である。
【図６Ａ−６Ｆ】本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示す概略図である。
【図７】本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示す概略図である。
【図８Ａ−８Ｇ】本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の少なくとも１つの実施例は、マイクロ流体検査装置及びその運用方法に関し、特に、排水設計を備えたマイクロ流体検査装置及びその運用方法に関する。
【００１６】
図１Ａと図１Ｂに本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置を示す概略図を示す。本発明のマイクロ流体検査装置は、動力モジュール１０と、マイクロ流体ディスク２０を含む。そのうち、動力モジュール１０は、マイクロ流体ディスク２０の運動を駆動かつ制御するために用いられ、マイクロ流体ディスク２０は取り外し可能に該動力モジュール１０上に設置され、旋回中心２１と周縁２２を備えており、各検査を行うために用いられる。このほか、図１Ｂに示すように、マイクロ流体ディスク２０は少なくとも１つのマイクロ流体構造体５０を含む。
【００１７】
図１Ａの動力モジュール１０は遠心機または旋回モーターとすることができる。動力モジュール１０が動作するとき、マイクロ流体ディスク２０を駆動して同時に旋回させる。図１Ａのマイクロ流体ディスク２０は、円形、方形、多角形等の形状の対称なディスクであり、材質はポリエチレン(ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ)、ポリビニルアルコール(ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ  ａｌｃｏｈｏｌ)、ポリプロピレン(ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ) 、ポリスチレン(ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ)、ポリカーボネート(ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ)、ポリメタクリル酸メチル樹脂(ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ)、ポリジメチルシロキサン(ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ)、二酸化ケイ素(ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｏｘｉｄｅ)またはその組み合わせとすることができる。
【００１８】
図１Ａと図１Ｂに示すように、マイクロ流体検査装置はさらに検出モジュール３０を含むことができる。そのうち、検出モジュール３０と動力モジュール１０が相互に連接され、動力モジュール１０はディスクの回転を制御してマイクロ流体検査装置上の検査結果を測定するために用いられる。検出モジュール３０は検査の必要に応じて分光光度計(ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ)、比色計(ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｅｒ)、濁度計(ｔｕｒｂｉｄｉｍｅｔｅｒ)、温度計(ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｅｒ)、ｐＨメーター(ｐＨ  ｍｅｔｅｒ)、オーム計(ｏｈｍｍｅｔｅｒ)、コロニーカウンター(ｃｏｌｏｎｏｍｅｔｅｒ)、イメージセンサー(ｉｍａｇｅ  ｓｅｎｓｏｒ)またはその組み合わせとすることができる。
【００１９】
図２に本発明の一部の実施例のマイクロ流体ディスクを示す概略図を示す。マイクロ流体ディスク２０上には注入槽４０と、複数のマイクロ流体構造体５０が含まれる。そのうち、注入槽４０はマイクロ流体ディスク２０の旋回中心位置に設置され、かつマイクロ流体構造体５０それぞれのマイクロバルブ５７０を介してマイクロ流体構造体５０のその他部材に連接される。注入槽４０に液体を注入するとき、単一の液体をマイクロ流体構造体５０中に分配し、同時に多種類の異なる検査を実行することができる。具体的には、液体がマイクロ流体構造体５０に進入した後、順にマイクロバルブ５７０、混合槽５２０、毛細管５４０、廃液槽５３０に流入する。このほか、マイクロ流体構造体５０上に複数の空気孔４２を設け、液体がマイクロ流体構造体５０中で移動するとき気圧により発生する抵抗力を減少することができる。例えば、空気孔４２は一時貯蔵槽５１０、混合槽５２０、廃液槽５３０上に設置することができる。該一時貯蔵槽５１０は異なる検査ニーズに応じて設置でき、混合槽５２０に注入するその他試薬の一時貯蔵にサポートを提供するが、本発明はすべての実施例に一時貯蔵槽５１０を設置する必要があるわけではない。そのうち、図２の実施例で廃液槽５３０上に設置された空気孔４２は、マイクロ流体ディスク２０の円心方向に向かって延伸された設置高さが余液路５５０の設置位置より高い（即ち、余液路５５０よりマイクロ流体ディスク２０の円心に近い）。
【００２０】
図２の一部の変化実施例において、マイクロ流体ディスク２０上には複数の独立したマイクロ流体構造体５０を含むことができ、各マイクロ流体構造体５０上に１つまたは複数の注入槽４０が連接されるため、各マイクロ流体構造体５０にはそれぞれ異なる液体を入れ、同じまたは異なる検査を行うことができる（図８Ａ〜図８Ｇを参照）。図２の別の一部の変化実施例において、マイクロ流体構造体５０は複数を一組として設計される。例えば、マイクロ流体ディスク２０上の８つのマイクロ流体構造体５０は必要に応じて２つずつのマイクロ流体構造体５０で１つの注入槽４０を共用するように設計してもよく、かつ注入槽４０上に均等に液体を分配するために用いる分流槽を設け、該分流槽は通常三角形または花弁形とすることができる。これにより、マイクロ流体ディスク２０上に４対のマイクロ流体構造体５０が形成される。液体をそのうち１つの注入槽４０に注入すると、液体が注入槽４０上の分流槽を通過して、平均的に分配された後、２つのマイクロ流体構造体５０中に送られ、２種類の異なる検査を同時に実行することができる。
【００２１】
図２中の注入槽４０には、例えば試料、バッファ溶液(ｂｕｆｆｅｒ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ)、洗浄液(ｗａｓｈ  ｂｕｆｆｅｒ)、反応試薬(ｒｅａｇｅｎｔ)、または溶剤(ｓｏｌｖｅｎｔ)などの液体を収容することができる。例えば、入れる液体は磁気ビーズ溶液とすることができ、そのうち磁気ビーズ溶液中には固定相の磁気ビーズと移動相の溶液が含まれる。別の一例を挙げると、入れる液体は発色剤とすることができ、この場合移動相のみが含まれ、固定相は含まれない。
【００２２】
図２中のマイクロバルブ５７０は溶液が予定した状況より前に混合槽５２０に流入しないようにするために用いられる。例えば、マイクロ流体検査装置の動力モジュール１０（図１Ｂ参照）の動作時、液体がマイクロバルブの箇所で表面張力と遠心力が対抗することによりマイクロバルブ箇所に滞留する。動力モジュール１０の回転速度が高くなり、遠心力が表面張力より大きくなると、流体がマイクロバルブを突破して混合槽５２０中に流入する。
【００２３】
図３に本発明の一部の実施例のマイクロ流体構造体を示す外略図を参照しながら、部材の分布を説明する。図３のマイクロ流体構造体５０には、混合槽５２０と、毛細管５４０’と、廃液槽５３０’と、余液路５５０が含まれる。そのうち、毛細管５４０’の幅は余液路５５０より細い。図３の実施態様において、余液路５５０の作用は主に液体の定量化に用いられる。遠心力の作用下で、混合槽５２０中の液面高さを効果的に制御し、毛細管５４０’と混合槽５２０が遠心力の重力模擬作用時に発生する連通管原理の液面高さにより、液体の定量化を達成することができる。
【００２４】
毛細管５４０’と混合槽５２０の連接箇所が第１連接口５４１であり、毛細管５４０’と廃液槽５３０’の連結箇所が第２連接口５４３である。毛細管の第１連接口５４１と第２連接口５４３の間に屈曲区間５４５が設けられる。相対して、余液路５５０と混合槽５２０の連接箇所が第３連接口５５１であり、余液路５５０と廃液槽５３０’の連結箇所が第４連接口５５３である。
【００２５】
図３の実施例のマイクロ流体構造体は図１Ａに示すような円形マイクロ流体ディスク２０上に設置される。図３に示す第１半径Ｒ１、第２半径Ｒ２、第３半径Ｒ３、第４半径Ｒ４はマイクロ流体ディスク２０の旋回中心２１を基準点とする。そのうち、第１連接口５４１は第１半径Ｒ１上に位置し、第２連接口５４３は第２半径Ｒ２上に位置し、屈曲区間５４５は第３半径Ｒ３上に位置し、第３連接口５５１は第４半径Ｒ４上に位置し、第４連接口５５３は第２半径Ｒ２上に位置する。
【００２６】
そのうち、第１半径Ｒ１と第２半径Ｒ２の高低差の値が臨界回転速度（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｓｐｅｅｄ、ωｃ）の大きさに影響する。臨界回転速度ωｃ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｓｐｅｅｄ、ωｃ）は動力モジュール１０が発生し、かつマイクロ流体ディスク２０を回転させ、毛細管５４０’中に一時保存される液体が表面張力を突破して廃液槽５３０’に流入する閾値を決定する。
【００２７】
前述の臨界回転速度ωｃを実際に実施例に応用する原理を理解しやすいように、以下では図４、図５、図６Ａ〜図６Ｆの順に参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図４の本発明の一部実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示すフローチャートを参照する。該方法は、前述の図２に示す実施例中の該マイクロ流体検査装置を提供する工程と、液体を該マイクロ流体構造体に提供する工程と、高回転速度で該動力モジュールを運転し、該液体を該混合槽に進入させ、このとき該動力モジュールの回転速度が臨界回転速度ωｃで第１回転速度と第２回転速度に区分され、該第１回転速度が該臨界回転速度ωｃより小さく、該第２回転速度が該臨界回転速度ωｃより大きい工程と、低回転速度で該動力モジュールを運転し、該動力モジュールが該第１回転速度を通じて該液体を毛細管現象により該第２連接口まで流動させる工程と、高回転速度で該動力モジュールを運転し、該動力モジュールが該第２回転速度を通じて該液体に該第２連接口を突破させ、該廃液槽まで進入させて、混合槽中の該第１液体をすべて排出させる工程と、を含む。
【００２９】
可能な実施例において、第２回転速度は実際には複数の駆動回転速度を含むことができる。但し、これらの異なる駆動回転速度の共通点はいずれも臨界回転速度ωｃより大きいことにあり（図８Ａ〜図８Ｇの実施例のように）、かつ第１回転速度と同じ原理で、実施例及び検査内容に応じて任意に変換でき、本発明は特に制限しない。
【００３０】
図５の本発明の一部の実施例のマイクロ流体構造体を示す概略図を参照する。図５の実施例のマイクロ流体構造体は、混合槽５２０’、毛細管５４０’、廃液槽５３０”を含む。そのうち、毛細管５４０’の両端が混合槽５２０’と廃液槽５３０”にそれぞれ連結される。図５の実施例は図１Ｂのマイクロ流体検査装置の一部分であり、かつ混合槽５２０’、毛細管５４０’、廃液槽５３０”の間の設置関係は図３の混合槽５２０、毛細管５４０、廃液槽５３０’と近似している。このほか、図５の実施例中の混合槽５２０はさらにマイクロ流体ディスク２０上のその他部材に連結することができる。
【００３１】
図６Ａ〜図６Ｆの本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示す概略図を参照する。図６Ａ〜図６Ｆは図５のマイクロ流体構造体の運用過程において、マイクロ流体構造体内部の液体の移動と分布状況を示している。第１液体６０が強い遠心力の作用を受けて図５のマイクロ流体構造体に送り込まれた後、図６Ａに示す分布を呈する。図６Ａの実施例を踏まえて図３の構造を参照すると、図６Ａは図３の構造と同じで、いずれも毛細管５４０’、屈曲区間５４５、第１半径Ｒ１、第２半径Ｒ２の構造を備えていることが分かる。図３の実施態様と比較して、図６Ａの実施態様との主な違いは余液路５５０の有無にある。試験前に液体定量化を経た実験で言えば、注入槽と遠心力を組み合わせた応用で、余液路５５０は選択的に増設可能な構造である。
【００３２】
図６Ａの実施態様において、第１液体６０は固定相６１と移動相６３を含む（即ち、固定相６１は磁気ビーズ、移動相６３は溶液とすることができる）。図６Ａにおいて、混合槽５２０’と毛細管５４０’中の移動相６３は遠心力の重力模擬で生じる連通管効果によって、同じ高さの液面を有する。毛細管５４０’中の第３半径Ｒ３上の屈曲区間５４５は、主に前述の連通管効果を形成するために設置される。
【００３３】
動力モジュールが回転速度を下げて遠心力を低下させると、第１液体６０の移動相６３が図６Ｂに示すように毛細管現象により毛細管５４０’に進入してその内部を満たし（即ち、毛細現象の作用力が遠心力の模擬重力効果より大きい）、最後は第１液体６０自体の表面張力により毛細管５４０’と廃液槽５３０”の交わる箇所に停留する。即ち、前述の図３の実施態様における第２連接口５４３の位置に停留する。
【００３４】
図６Ｃでは、動力モジュールが再び回転速度を上げ、遠心力を利用して図３の実施態様における第２連接口５４３箇所の表面張力を突破すると、毛細管５４０’中の移動相６３が廃液槽５３０”に流入する。図３の実施態様における第２連接口５４３箇所の移動相６３が受ける遠心力は以下の方式で計算できる。
【数１】
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【００３５】
上述の第２連接口５４３箇所の移動相６３が表面張力を突破するための遠心力を計算する公式は、表面張力を必ず突破できる遠心力の計算に用いる公式を指す。実際には、すべての実施例でこのように大きな応力を必ず使用しなければ表面張力を突破できないわけではない。
【００３６】
そのうち、該表面張力を突破する遠心力の公式のρは移動相６３の液体密度、ωは回転速度、△Ｒは第１半径Ｒ１と第２半径Ｒ２の高度差、
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は毛細管５４０’の平均半径である。△Ｒを第１半径Ｒ１と第２半径Ｒ２の高度差と定義したのは、遠心力を重力模擬効果として定義しているためである。実際に本実施態様において、前述の高度差とはマイクロ流体ディスク２０の円心を出発点とした、第１半径Ｒ１と第２半径Ｒ２の半径差の値を指す。
【００３７】
このため、遠心力の重力模擬効果の下で、毛細管５４０’ 中の移動相６３が表面張力を突破し、廃液槽５３０”に進入を開始すると、サイホン作用のような応力を通じ、混合槽５２０’中の移動相６３を連続して絶え間なく廃液槽５３０”内に流入させ、混合槽５２０’と毛細管５４０’中の移動相６３を廃液槽５３０”へと一掃させることができる。
【００３８】
前述の移動相６３の表面張力については、その表面張力の圧力差が次の通りとなる。
【数２】
2018189652.tif 000005
【００３９】
そのうちＣは移動相６３の違いにより調整される表面張力定数で、γは表面張力、θは移動相６３が第２連接口５４３箇所で表面張力を生じて曲折する液面接触角度、Ａは第２連接口５４３の断面積である。このため、上述の「表面張力の圧力差」及び「強い遠心力」の関係から、臨界回転速度ωｃ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｓｐｅｅｄ、ωｃ）を導き出す公式は次の通りとなる：
【数３】
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【００４０】
そのうち、ｄＨは第２連接口５４３箇所の高さ及び幅によって変化し、ｄＨの計算方法は次の通りとなる：
【数４】
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【００４１】
そのうち、Ｗは第２連接口５４３箇所の幅、Ｈは高さで、形成される液体／気体界面のパラメータである。
【００４２】
続いて図６Ｄでは、第２液体６５を混合槽５２０’中に提供する。第１液体６０と似たように、混合槽５２０’と毛細管５４０中の第２液体６５が強い遠心力下で同じ高さの液面を備えている。図６Ｅでは、動力モジュールが回転速度を下げて遠心力を低下させると、第２液体６５が毛細管現象により毛細管５４０’に進入してその内部を満たし、最後は第２液体６５自体の表面張力により第２連接口箇所に停留する。
【００４３】
図６Ｆでは、動力モジュールが再び回転速度を上げ、強い遠心力を利用して第２連接口箇所の表面張力を突破すると、毛細管５４０’中の第２液体６５が廃液槽５３０”に流入する。このほか、サイホンの作用を通じ、混合槽５２０’中の第２液体６５も連続して絶え間なく廃液槽５３０”中へと流入し、混合槽５２０’と毛細管５４０’中の第２液体が一掃される。上述の過程において、固定相６１はいずれも外力により混合槽５２０’内に固定される。
【００４４】
上述の実施例で、図６Ｃと図６Ｆ中の動力モジュール１０の回転速度は前述した臨界回転速度ωｃ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  ｓｐｅｅｄ、ωｃ）より大きく、移動相６３に表面張力を突破させて廃液槽５３０”に進入させることができる。本実施態様において、毛細管５４０’の管壁の材質はポリメタクリル酸メチル樹脂（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ、ＰＭＭＡ）が好ましく、かつ酸素プラズマで局部表面親水性処理を経ている。
【００４５】
図７の本発明の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示す概略図を参照する。図６Ｃと図７のマイクロ流体構造体は各方面の条件がいずれも同じであるが、図７の動力モジュールの回転速度は前述の臨界回転速度ωより低い。図７に示すように、動力モジュールの回転速度が臨界回転速度ωに達していないと、混合槽５２０’内の移動相６３が遠心力により生じる圧力差が低すぎて毛細管中の移動相６３を完全に排出することができず、移動相６３が毛細管作用により毛細管５４０内に満ちる。この状況下で、第２液体６５が後続の工程で混合槽５２０’に進入した後、移動相６３と接触するため、一緒に廃液槽５３０”内へと排出され、第２液体６５は混合槽５２０’内に留まることはできない。
【００４６】
本発明の少なくとも１つの実施例は図１Ａのマイクロ流体検査装置を採用し、図２のマイクロ流体ディスクを組み合わせてＥＬＩＳＡを実行する。まず、マイクロ流体ディスク２０上の混合槽５２０に１μｌの磁気ビーズ溶液、１０μｌの測定抗体、２０μｌの抗原を注入した後、マイクロ流体ディスク２０を動力モジュール１０上に安置し、かつ動力モジュール１０を起動してその旋回速度を高回転速度（４０００ＲＰＭ）まで上昇させる。磁気ビーズ溶液、測定抗体、抗原を混合して第１溶液とした後、動力モジュール１０の回転速度を低回転速度（１０ＲＰＭ）まで下げて３０分間維持し、磁気ビーズ溶液、測定抗体、抗原を充分に反応させて結合を形成させる。このとき遠心力がすでに重力模擬に不足するため毛細管現象が抑制され、第１溶液中の移動相が毛細管作用を受けて毛細管５４０内に進入する。反応が完了した後、再び動力モジュール１０の回転速度を高回転速度（４０００ＲＰＭ）まで上げる。このとき、継続して維持される高回転速度の動作下で、混合槽５２０中の移動相が遠心力の重力模擬により生じる圧力差によって廃液槽５３０へと排出され、磁気ビーズを主とする固定相のみが混合槽５２０内に残る。混合槽５２０中の移動相がすでに一掃されたことを確認した後、続いて３２０μｌの洗浄液を注入槽４０に注入し、再び動力モジュール１０を作動させ、その旋回速度を高回転速度（４０００ＲＰＭ）まで上げる。この工程では、混合槽５２０中の移動相がすでに一掃されたことを確認してから洗浄液を注入し、洗浄液と移動相の連通後洗浄の効果を発揮する前に一緒に廃液槽５３０へ排出されてしまわないようにする。洗浄液は各マイクロ流体構造体５０から各混合槽５２０中に平均的に分配される。洗浄液の分配が完了した後、動力モジュール１０の回転速度を低回転速度（１０ＲＰＭ）まで下げて、混合槽５２０中に残る固定相を洗浄する。このときの遠心力はすでに毛細管作用の抑制に不足しているため、一部の洗浄液が毛細管作用によって毛細管５４０中に進入する。
【００４７】
洗浄が完了した後、再び動力モジュール１０の回転速度を高回転速度（４０００ＲＰＭ）まで上げる。このとき、混合槽５２０中の洗浄液が遠心力により生じる圧力差によって廃液槽５３０へと排出され、磁気ビーズを主とする固定相のみが混合槽５２０内に残る。最後に４８μｌの発色液を注入槽４０中に注入し、再び動力モジュール１０を作動させ、その旋回速度を高回転速度（４０００ＲＰＭ）まで上げる。この工程で、発色液は各マイクロ流体構造体５０から各混合槽５２０中に平均的に分配される。発色液の分配が完了した後、動力モジュール１０の回転速度を低回転速度（１０ＲＰＭ）まで下げて１５分間維持し、発色液を混合槽５２０中に残る固定相と充分に反応させる。発色反応の終了後、反応結果を測定することができる。
【００４８】
続いて同時に図８Ａ〜図８Ｇを参照する。図８Ａ〜図８Ｇは本発明の別の一部の実施例のマイクロ流体検査装置の運用方法を示す概略図である。図８Ａ〜図８Ｇ中の実施例は自動化ＣＤ ＥＬＩＳＡ（Ｅｎｚｙｍｅ−Ｌｉｎｋｅｄ  ＩｍｍｕｎｏＳｏｒｂｅｎｔ  Ａｓｓａｙ）のテストに用いる。まず、図８Ａ中の変化実施例では、混合槽５２０と３つの注入槽４０ａ、４０ｂ、４０ｃが連接される。そのうち、注入槽４０ｂ及び注入槽４０ｃはそれぞれ矢絣状のマイクロバルブ５７０を通じて混合槽５２０に連接される。本実施例中の注入槽４０ａ、注入槽４０ｂ、注入槽４０ｃ上には順に注入孔４１ａ、注入孔４１ｂ、注入孔４１ｃが設けられる。当然、その他の可能な変化実施態様において、マイクロバルブ５７０は球状やビーズ状等の形式を採用することもでき、本発明はこれを限定しない。
【００４９】
続いて図８Ｂに示すように、まず注入孔４１ａ中に固定相６１と移動相６３ａを注入する。本実施例の固定相６１は１μｌの表面に捕捉抗体を有するビーズであり、移動相６３ａは１０μｌの測定抗体と２０μｌの抗原を混合して成る溶液である。続いて順に注入孔４１ｂ、注入孔４１ｃ中に移動相６３ｂと移動相６３ｃを注入する。そのうち、移動相６３ｂは４０μｌの洗浄液、移動相６３ｃは１０μｌの発色液である。
【００５０】
本実施例の臨界回転速度ωが（８５０ＲＰＭ）であることに基づき、本実施例のマイクロ流体ディスク２０を動力モジュール１０上に設置した後、旋回を起動して第２回転速度（１０００ＲＰＭ）とすると、図８Ｃに示す結果となる。図８Ｃでは、移動相６３ａが第２回転速度（１０００ＲＰＭ）の関係により、重力模擬で連通管効果が形成される。
【００５１】
続いて３０分間第１回転速度（即ち回転速度が臨界回転速度ωより低い）を維持し、固定相６１と移動相６３ａに混合結合を充分に完了させることができる。このとき毛細管の作用により、移動相６３ａが毛細管５４０全体に満ちる。反応完了後、再び回転速度を第２回転速度（１０００ＲＰＭ）に戻し、毛細管５４０中の移動相６３ａを遠心力の重力模擬で生じるサイホン作用によって図８Ｄに示ように排出させ（混合槽５２０内の移動相６３ａを含む）、廃液槽５３０ａ中に流入させる。
【００５２】
図８Ｅに示すように、混合槽５２０内の移動相６３ａが一掃された後、このときマイクロ流体ディスク２０の回転速度を別の第２回転速度（２０００ＲＰＭ）まで加速すると、注入槽４０ｂ中の移動相６３ｂにマイクロバルブ５７０を突破させ、混合槽５２０中に進入させることができる。同時に、余液路５５０（図８Ａ参照）に定量化作用を発揮させ、混合槽５２０が完全に満たされた状況下で、移動相６３ｂ（即ち洗浄液）に対して定量化を行う。余分な移動相６３ｂは廃液槽５３０ｂの中に流入する。その他の可能な変化実施例において、廃液槽５３０ａと廃液槽５３０ｂは連通構造に設計してもよく、本発明はこれを限定しない。
【００５３】
その後移動相６３ｂの定量化が完了した後、第１回転速度を維持して移動相６３ｂに混合槽５２０を洗浄させ、毛細管作用を通じ移動相６３ｂで毛細管５４０を満たす。洗浄完了後、再び第２回転速度（１０００ＲＰＭ）まで上げ、図８Ｆに示すように、移動相６３ｂを完全に廃液槽５３０ａ中へ排出させる。
【００５４】
移動相６３ｂが完全に廃液槽５３０ａへ排出された後、動力モジュールを最高速の第２回転速度（３０００ＲＰＭ）まで上げる。この第２回転速度の動作下で、注入槽４０ｃ中の移動相６３ｃは図８Ｇに示すように、マイクロバルブ５７０を突破して混合槽５２０の中に流入する。移動相６３ｃは発色液であるため、１５分間反応させた後、検出モジュール３０で検査結果を収集することができる。
【００５５】
以上の実施方法は本発明の技術思想と特徴を説明するためのもので、当業者が本発明の内容を充分に理解した上で実施可能とすることを目的としており、これを以って本発明の特許範囲を限定することはできず、本発明の開示する要旨に基づいた同等の変化や修飾はすべて本発明の特許範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０      動力モジュール
１１      旋回ユニット
１２      震動ユニット
２０      マイクロ流体ディスク
２１      旋回中心
２２      周縁
３０      検出モジュール
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ      注入槽
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ      注入孔
４２      空気孔
５０      マイクロ流体構造体
５１０      一時貯蔵槽
５２０、５２０’      混合槽
５３０、５３０’、５３０”、５３０ａ、５３０ｂ      廃液槽
５４０、５４０’      毛細管
５４１      第１連接口
５４３      第２連接口
５４５      屈曲区間
５５０      余液路
５５１      第３連接口
５５３      第４連接口
５７０      マイクロバルブ
６０      第１液体
６１      固定相
６３、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ      移動相
６５      第２液体
Ｒ１      第１半径
Ｒ２      第２半径
Ｒ３      第３半径
Ｒ４      第４半径
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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