(57)【要約】【課題】検体及び試薬を基板管の隙間に確実に注入することができ、基板管の隙間の気泡を容易に排出することができる化学分析装置を提供する。【解決手段】互いに平行には配置された複数の基板は垂直に又は垂直方向に対して傾斜して配置されている。基板管の隙間にオイルが充填され、オイルに試料及び試薬を注入する。オイルが試料、試薬、及び、反応生成物より重い場合には、エレクトロウェッティングと重力を利用して液の移動を行う。この場合、基板間の隙間の上端に、プローブ挿入用ガイドを配置する。オイルが試料、試薬、及び、反応生成物より軽い場合には、エレクトロウェッティングと浮力を利用して液の移動を行う。この場合、基板間の隙間の下端に、プローブ挿入用ガイドを配置する。【選択図】図１
2008134152.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに平行に配置された複数の基板と該基板間の隙間にて生成された反応生成物を検出するための検出器とを有し誘電泳動又はエレクトロウェッティングによって上記基板間の隙間にて液滴を移動させるように構成された分析デバイスと、試料を上記基板間の隙間へ注入するプローブを備えた試料注入機構と、試薬を上記基板間の隙間へ注入するプローブを備えた試薬注入機構と、を有する化学分析装置において、
上記分析デバイスは、上記基板間を一定の間隔にて保持するスペーサと、上記基板の下端を保持するための基板支持部と、上記基板間の隙間に挿入されるプローブを案内するためのプローブ挿入用ガイドと、上記基板間の隙間に接続された廃液排出管と、を有し、上記スペーサと上記基板支持部によって囲まれた上記基板間の隙間はオイルによって充填され、上記プローブ挿入用ガイドを介して試料及び試薬が上記基板間の隙間のオイル中に導入され、上記廃液排出管を介して上記基板間の隙間のオイル中の廃液が排出されることを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の化学分析装置において、上記基板は、垂直方向に対して所定の傾斜角にて傾斜していることを特徴とする化学分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の化学分析装置において、オイルを収納するオイル槽が設けられ、上記基板は該オイル槽のオイル内に浸かっていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項４】
請求項１記載の化学分析装置において、
上記基板は互いに向き合う第１及び第２の基板を有し、上記第１及び第２の基板の互いに向き合う２つの面の一方の面に複数の電極を含む電極列が設けられ、２つの面の他方の面に共通電極が設けられ、
上記電極列のうちの１つの電極と上記共通電極の間に電圧を印加することにより、上記第１及び第２の基板間の隙間にて液滴を移動させるように構成されていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項５】
請求項４記載の化学分析装置において、上記電極列及び上記共通電極を覆うように撥水膜がそれぞれ設けられていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項６】
請求項１記載の化学分析装置において、上記オイルは上記試料、上記試薬及び上記反応生成物の比重より大きい比重を有することを特徴とする化学分析装置。
【請求項７】
請求項６記載の化学分析装置において、上記プローブ挿入用ガイドは、上記基板間の上端に配置されていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項８】
請求項６記載の化学分析装置において、上記廃液排出管は、上記基板間の下端に配置されていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項９】
請求項１記載の化学分析装置において、上記オイルは上記試料、上記試薬及び上記反応生成物の比重より小さい比重を有することを特徴とする化学分析装置。
【請求項１０】
請求項９記載の化学分析装置において、上記プローブ挿入用ガイドは、上記基板間の下端に配置されていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項１１】
請求項９記載の化学分析装置において、上記廃液排出管は、上記基板間の隙間の上端に配置されていることを特徴とする化学分析装置。
【請求項１２】
互いに平行に配置された複数の基板と、上記基板に形成された電極と、上記基板間の隙間に充填されたオイルと、上記電極に電圧を印加することによって上記基板間の隙間のオイル内に導入された試料、試薬及び該試料と試薬の反応生成物を誘電泳動又はエレクトロウェッティングによって移動させるように構成された分析デバイスにおいて、
上記基板間の隙間のオイルにて生成された上記反応生成物を検出する検出器が設けられ、該検出器は光を発光する発光部と光を受光する受光部とを有し、上記発光部からの光は上記基板間の隙間に配置された反応生成物を透過し、上記受光部によって受光されることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１３】
請求項１２に記載の分析デバイスにおいて、上記発光部から上記受光部までの光の経路は、上記基板に直交し、上記発光部からの光は上記基板を透過し、上記基板間の隙間に配置された反応生成物を透過し、上記基板を透過し、上記受光部によって受光されることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１４】
請求項１３記載の分析デバイスにおいて、上記基板は互いに平行に配置された１対の基板からなることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１５】
請求項１３記載の分析デバイスにおいて、上記基板は少なくとも３つの基板を含み、上記基板の各々は方形部と該方形部から突出した突起部を有し、該突起部は隣接する基板の突起部と重なるように形成され、該重なり合った隣接する基板の突起部の間の隙間毎に上記反応生成物が配置され、該反応生成物毎に上記発光部と上記受光部が配置され、上記発光部からの光は上記基板の突起部を透過し、上記基板の突起部間の隙間に配置された反応生成物を透過し、上記基板の突起部を透過し、上記受光部によって受光されることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１６】
請求項１５記載の分析デバイスにおいて、上記反応生成物は所定の等間隔にて配置され、上記発光部から上記受光部までの光の経路は、所定の等間隔にて配置されていることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１７】
請求項１２に記載の分析デバイスにおいて、上記発光部から上記受光部までの光の経路は、上記基板に平行であり、上記発光部からの光は、上記基板間の隙間に配置された反応生成物を透過し、上記受光部によって受光されることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１８】
請求項１７記載の分析デバイスにおいて、上記発光部及び上記受光部は、上記基板間の隙間毎に設けられていることを特徴とする分析デバイス。
【請求項１９】
請求項１７記載の分析デバイスにおいて、上記発光部及び上記受光部は、移動機構によって移動可能であり、測定対象の反応生成物が配置されている基板間の隙間に配置されることができるように構成されていることを特徴とする分析デバイス。
【請求項２０】
請求項１７記載の分析デバイスにおいて、上記基板間の隙間には上記液滴を挟むように液滴整形部材が設けられていることを特徴とする分析デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体中に含まれる微量物質を分析する化学分析装置に関し、特に、誘電泳動又はエレクトロウェッティングを利用して液滴を利用する化学分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小粒子や液滴が、静電場によって電場の強い部分もしくは弱い部分へ移動する現象が知られている。これは、誘電泳動と呼ばれ、基板上で液滴や微粒子、細胞などを搬送する技術として利用されている（非特許文献１）。また、液滴と基板の間に電位差を与えると、液滴の基板に対する見掛けの濡れ性が変化する現象が知られている。これは、エレクトロウェッティングと呼ばれ、液滴を電極列に沿って搬送する技術として利用されている（特許文献１、特許文献２、非特許文献２）。
【０００３】
これらの技術は、操作可能な液滴の体積が、数ナノリットルから数マイクロリットルの微量であるという特徴を持つ。そのため、これらの技術を、高価な試薬を扱う化学分析装置に利用すれば、ランニングコストを低減することが可能であり、その要素技術として有望視されている。また、操作可能な液量の微量化が実現できれば、化学分析装置のサイズを小型化できるなどの副次的な利点もある。
【０００４】
このような搬送技術を利用した装置の構成として、一枚の基板上で液滴を搬送する方式と、二枚の基板間に液滴を挟み込み、その間で液滴を搬送する方式がある。液滴の微量化という観点からは二枚の基板を用いる方式が好ましい。
【０００５】
また、基板を水平に配置する水平型と、基板を垂直に配置する垂直型がある。垂直型は液滴の移動に重力及び浮力を利用することができること、気泡の排出が容易である等の利点を有する。
【０００６】
更に、液滴の蒸発の防止や、基板との摩擦の低減のために、液滴の周囲に、液滴と混ざり合わないオイルなどの媒体を充填する方法も用いられる。
【０００７】
【特許文献１】特開2005-30987号公報
【特許文献２】米国特許第6565727号明細書
【非特許文献１】静電気学会、新版静電気ハンドブック、1998、オーム社、東京、pp.850-867.
【非特許文献２】Lab on a Chip、 vol.2、 2002、 pp.96-101.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、誘電泳動又はエレクトロウェッティングを利用して液滴を利用する技術では、垂直に配置した２枚の基板の間で液滴を移動させる方式が好ましい。しかしながら、基板間に試料、試薬等を注入する技術及び基板間から廃液を排出する技術が確立していない。例えば特許文献２には、二枚の基板間へ液滴を導入する概念が記載されているが、それを実現するための具体的な方法は記載されていない。
【０００９】
本発明の目的は、基板間の隙間に試料及び試薬を確実に注入することができ、基板間の隙間から廃液を容易に排出することができ、分析精度が高く、且つ、分析のスループットの高い化学分析装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によると、互いに平行には配置された複数の基板は垂直に又は垂直方向に対して傾斜して配置されている。基板間の隙間にはオイルが充填されている。このオイルに試料及び試薬を注入する。試料及び試薬を誘電泳動又はエレクトロウェッティングを利用して移動させ、反応生成物を生成する。反応生成物は、検出器によって検出される。
【００１１】
基板の傾斜角度を調節することにより、基板間の隙間を移動する液滴、気泡、及び、廃液の移動速度を調整することができる。
【００１２】
オイルが試料、試薬、及び、反応生成物より重い場合には、誘電泳動又はエレクトロウェッティングと重力を利用して液の移動を行う。この場合、基板間の隙間の上端に、プローブ挿入用ガイドを配置し、基板間の隙間の底部に廃液排出管を接続する。
【００１３】
オイルが試料、試薬、及び、反応生成物より軽い場合には、誘電泳動又はエレクトロウェッティングと浮力を利用して液の移動を行う。この場合、基板間の隙間の下端に、プローブ挿入用ガイドを配置し、基板間の隙間の上端に廃液排出管を接続する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、基板間の隙間に試料及び試薬を確実に注入することができ、基板間の隙間から廃液及び気泡を容易に排出することができ、分析精度が高く、且つ、分析のスループットの高い化学分析装置を提供することである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照して、本発明の化学分析装置の例を説明する。ここでは、分析対象として、生体試料、即ち、検体を例に説明する。しかしながら、本発明の化学分析装置は、生体試料ばかりでなく各種の化学物質、製薬物質等を分析することができる。更に、ここでは、エレクトロウェッティングを利用して液滴を利用する場合を説明するが、本発明の化学分析装置は、誘電泳動を利用して液滴を利用することもできる。
【００１６】
本例の化学分析装置は、複数の液滴搬送用の基板１０００を有する分析デバイス１００、分析デバイス１００へオイルを注入するオイル注入機構２００、血清等の検体試料が収容された検体カップ３１０を保持する回転可能な検体ディスク３１１、検体カップ３１０から検体を採取して基板間の隙間へ注入する検体注入機構３００、試薬が収容された試薬ボトル４１０を保持する回転可能な試薬ディスク４１１、試薬ボトル４１０から試薬を採取して基板間の隙間へ注入する試薬注入機構４００、分析デバイス１００から排出された廃液からオイルを回収するオイル回収機構５００、及び、これらの機構を制御するコントローラ６００を有する。
【００１７】
尚、図１の例では、基板１０００は垂直に配置されているが、本発明によると、基板は、垂直方向に対して所定の角度にて傾斜して配置されてよい。以下に、図面では、基板は垂直方向に沿って配置された状態を示すが、特に説明しなくても、垂直方向に対して所定の角度にて傾斜して配置された場合を含むものとして説明する。
【００１８】
オイル注入機構２００は、プローブ２０１、プローブに接続されたチューブ２０２、チューブに接続されたポンプ２０３、プローブを支持するアーム２０４、プローブ２０１を上下方向及び回転方向に移動させるプローブ移動機構２０５を有する。
【００１９】
検体注入機構３００は、プローブ３０１、プローブに接続されたチューブ３０２、チューブに接続されたポンプ３０３、プローブを支持するアーム３０４、プローブ３０１を上下方向及び回転方向に移動させるプローブ移動機構３０５を有する。
【００２０】
試料注入機構４００は、プローブ４０１、プローブに接続されたチューブ４０２、チューブに接続されたポンプ４０３、プローブを支持するアーム４０４、プローブ４０１を上下方向及び回転方向に移動させるプローブ移動機構４０５を有する。
【００２１】
オイル回収機構５００は、分析デバイス１００の底に設けられた廃液排出管５０２、廃液排出バルブ５０３、廃液容器５０４、オイル回収装置５０５、及び、オイル容器５０６を有する。
【００２２】
分析デバイス１００は、オイル１０１を収容するオイル槽１０２を有する。オイル槽１０２には、複数の液滴搬送用の基板１０００が、互いに平行に所定の間隔にて配置されている。これらの基板の両側には、スペーサ１０３が配置されている。スペーサ１０３は、基板を所定の間隔にて保持すると同時に基板間の液を保持する機能を有する。基板の下端は図示しない基板支持部によって支持されている。液は、基板とスペーサと基板支持部によって形成される空間に保持される。基板支持部には、廃液排出管５０２が接続されている。
【００２３】
基板１０００は、オイル槽１０２に収容されているオイル１０１に浸かっている。オイル１０１は、基板間の液と反応しない且つ混ざり合わないものであればよく、例えば、フッ素オイルである。
【００２４】
分析デバイス１００の上端には、基板間の隙間に挿入するプローブを案内するためのプローブ挿入用ガイド１０４が設けられている。分析デバイス１００の両側には、基板間の隙間にて生成された反応生成物を検出するための検出器１０５が設けられている。検出器１０５は例えば吸光度を測定する。分析デバイス１００は、分析デバイス用ステージ１１０上に配置されている。
【００２５】
本例の化学分析装置の動作を簡単に説明する。先ず、オイル１０１をオイル槽１０２に充填する。プローブ移動機構２０５によってアーム２０４を移動させ、プローブ２０１の先端を、オイル槽１０２に挿入する。このとき、分析デバイス用ステージ１１０を移動させることにより、プローブ２０１とオイル槽１０２の間の相対的位置を正確に調整することができる。ポンプ２０３を作動し、オイル容器５０６内のオイルをプローブ２０１から、オイル槽１０２に注入する。尚、基板間の隙間にもオイルを注入する。この場合には、プローブ２０１の先端をプローブ挿入用ガイド１０４に挿入する。オイルの充填が終了したら、ポンプ２０３を停止し、プローブ移動機構２０５によってアーム２０４を移動させ、プローブ２０１を元の待機位置に戻す。
【００２６】
次に、分析対象の検体を基板間の隙間に注入する。検体ディスク３１１を回転させ、分析対象の検体が収容されている検体カップ３１０を、検体採取位置に配置する。プローブ移動機構３０５によってアーム３０４を移動させ、プローブ３０１の先端を、検体採取位置に配置された検体カップ３１０に挿入する。ポンプ３０３を作動し、検体カップ３１０内の検体をプローブ３０１から吸引する。
【００２７】
プローブ移動機構３０５によってアーム３０４を移動させ、プローブ３０１の先端を、基板の上端のプローブ挿入用ガイド１０４に挿入する。このとき、分析デバイス用ステージ１１０を移動させることにより、プローブ３０１の位置を正確に調整する。分析ポンプ３０３を作動し、プローブ３０１内の検体を基板間の隙間に注入する。プローブ移動機構３０５によってアーム３０４を移動させ、プローブ３０１を元の待機位置に戻す。
【００２８】
次に、試薬を基板間の隙間に注入する。試薬ディスク４１１を回転させ、所定の試薬が収容されている試薬ボトル４１０を、試薬分注位置に配置する。プローブ移動機構４０５によってアーム４０４を移動させ、プローブ４０１の先端を、試薬分注位置に配置された試薬ボトル４１０に挿入する。ポンプ４０３を作動し、試薬ボトル４１０内の試薬をプローブ４０１から吸引する。プローブ移動機構４０５によってアーム４０４を移動させ、プローブ４０１の先端を、検体が注入された基板間の隙間に配置されたプローブ挿入用ガイド１０４に挿入する。このとき、分析デバイス用ステージ１１０を移動させことにより、プローブ４０１の位置を正確に調整する。ポンプ４０３を作動し、プローブ４０１内の試薬を基板間の隙間に注入する。プローブ移動機構４０５によってアーム４０４を移動させ、プローブ４０１を元の待機位置に戻す。
【００２９】
基板間の隙間に配置された検体と試薬は、それぞれ、隙間内を移動する。検体と試薬が混合し、反応する。反応生成物は検出器１０５によって検出される。検出器１０５は、例えば、吸光度分析を行う。検出器１０５からの出力信号は、図示しないコンピュータに送信される。
【００３０】
次に、オイル回収機構について説明する。分析デバイスにおける分析が終了すると、廃液排出バルブ５０３を開ける。基板間に保持されている反応生成物を含む廃液は、廃液排出管５０２を経由して廃液容器５０４に流出する。廃液容器５０４に収容された廃液５０１は、図示しないポンプによってオイル回収装置５０５に送られる。オイル回収装置５０５は、廃液とオイルを分離する。分離方法は、例えば、比重差を利用する。分離されたオイルは、図示しないポンプによってオイル容器５０６に送られる。一方、分離された廃液は、処分される。
【００３１】
図２を参照して、本発明の分析デバイス１００の第１の例を説明する。本例の分析デバイスでは、検体、試薬、及び、反応生成物の比重よりも小さい比重のオイル１０１を使用する。
【００３２】
図２Ａは、分析デバイス１００を基板１０００に直交する垂直面に沿って切断した断面構成を示す。本例の分析デバイスは、オイル槽１０２と１対の基板１００１、１００２を有する。基板の外側にはオイル１０１が充填されている。２つの基板間の隙間には、オイル１０１と液滴１５０が配置されている。即ち、液滴１５０の周囲は、オイル１０１によって保持されている。液滴１５０は、検体、試薬、又は、反応生成物である。２つの基板の外側に且つ２つの基板を挟むように１対の検出器１０５が設けられている。検出器１０５によって、液滴１５０の吸光度等が検出される。検出器１０５の構造及び機能の詳細は、後に説明する。
【００３３】
基板１００１、１００２の上端に、プローブ挿入用ガイド１０４が装着されている。基板１００１、１００２の下端は、基板支持部１０６によって支持されている。基板支持部１０６には、チューブコネクタ１０７が装着されている。チューブコネクタ１０７には廃液排出管５０２が接続されている。基板間の隙間１０８は、廃液排出管５０２に接続されている。
【００３４】
左側の基板１００１は、ガラス板１００１ａと、その内面に形成された電極１００１ｂと、電極を覆うように形成された絶縁膜１００１ｃと、最も内側の撥水膜１００１ｄを有する。電極１００１ｂは、一辺が数ミリメートルの電極が並んで配置された電極列からなる。右側の基板１００２は、ガラス板１００２ａと、その内面に形成された共通電極１００２ｂと、共通電極を覆うように形成された撥水膜１００２ｃを有する。共通電極１００２ｂは、ガラス板１００２ａを覆うように形成される。
【００３５】
電極１００１ｂ及び共通電極１００２ｂは、基板支持部１０６に形成された接点に接触している。基板支持部１０６の接点は、外部の電源に接続されている。電極１００１ｂを構成する電極の１つと共通電極１００２ｂの間に電圧を印加することにより、２つの基板の内面の濡れ性が変化し、液滴１５０が移動する。
【００３６】
図２Ｂを参照して、プローブ３０１を介して検体を分析デバイス１００に挿入する方法を説明する。図２Ｂは、図２Ａに示した分析デバイスの上端部の詳細を示す。２つの基板１００１、１００２の間の隙間１０８にはオイル１０１が充填されている。２つの基板の外側にもオイル１０１が充填されている。プローブ３０１をプローブ挿入用ガイド１０４に挿入する。プローブ挿入用ガイド１０４は、円錐形状のテーパ口１０４ａを有する。一方、プローブ３０１は、樹脂等の柔軟な材料によって形成されている。プローブ３０１の先端が、プローブ挿入用ガイド１０４のテーパ口１０４ａに当接すると、プローブ３０１の先端は、テーパ口の円錐面に沿って変形する。そのため、プローブ３０１の中心軸線が、プローブ挿入用ガイド１０４の中心軸線に一致していなくても、即ち、プローブ３０１の位置に誤差があっても、プローブ３０１の先端を、プローブ挿入用ガイド１０４を経由して、基板間の隙間に確実に挿入することができる。
【００３７】
プローブ３０１から検体を放出すると、検体の比重は、オイル１０１の比重より大きいから、検体は、重力によって下方への力を受ける。検体は、オイル１０１内に沈み、液滴１５０を形成する。このとき、検体と共にオイル内に混入した気泡１５１は上方に移動し、オイル１０１の外部に放出される。
【００３８】
基板１００１、１００２の内面は、撥水膜１００１ｄ、１００２ｃによってそれぞれ覆われている。撥水膜は疎水性であるため、オイル１０１の撥水膜１００１ｄ、１００２ｃに対する接触角は非常に小さいか、又は、オイル１０１は撥水膜上を完全に濡れ広がることができる。従って、気泡１５１の撥水膜に対する付着力は浮力に比べて十分に小さく、気泡１５１は浮力によって確実に排出される。
【００３９】
基板間の隙間１０８に試薬を注入する場合も同様である。試薬による液滴１５０が生成される。
【００４０】
次に、基板間の隙間にて、液滴を移動させる方法を説明する。本例では、液滴１５０の比重は、オイルの比重より大きい。従って、液滴１５０には、重力と浮力の差に相当する下方への力が作用する。それによって液滴１５０は、基板間の隙間にて下降する。液滴に作用する下方への力は小さく、且つ、オイルの粘性は十分に大きいから、液滴１５０はゆっくりと下降する。一方、左側の基板の１つの電極と右側の基板の共通電極の間に電圧を印加すると、液滴は静電気力によって、左側の基板の電極に引き付けられる。液滴に作用する静電気力が下方への力に打ち勝つと、液滴は、静電気力によって保持される。こうして、液滴１５０に作用する重力と静電気力を利用して、液滴を基板間の隙間にて移動させることができる。
【００４１】
本発明によると、基板を垂直方向に対して所定の角度にて傾斜させることにより、液滴に作用する重力に起因した下方の力を減少させる。基板を傾斜させると、液滴は、基板に沿って移動する。従って、液滴が移動する経路は垂直方向ではなく基板の最大傾斜方向である。このとき、液滴に作用する下方の力は、液滴の経路に沿った方向である。この力は、重力の値より小さい。基板の傾斜角を変化させることによって、液滴に作用する下方へ移動させる力を調整することができる。
【００４２】
上述のように、左側の基板１００１の電極１００１ｂは、一列に並んだ複数の電極からなる。最初、第１番目の電極と共通電極の間に電極が印加されている。液滴１５０は、第１番目の電極に保持されている。第１番目の電極への印加電圧を遮断し、第２番目の電極と共通電圧の間に電圧を印加する。それによって、液滴は、第１番目の電極の位置から第２番目の電極の位置に移動する。このような動作を繰り返すことによって、液滴を電極例に沿って移動させることができる。
【００４３】
電極列が垂直方向に沿って配置されている場合ばかりでなく、電極列が水平方向に沿って配置されている場合も同様に、液滴を電極列に沿って移動させることができる。
【００４４】
電極列には、反応部が設けられている。反応部は、検出器１０５の光路を横切る位置に設けられた電極である。先ず、検体を反応部に移動させ、次に、試薬を反応部に移動させる。反応部では、検体と試薬が混合し、反応生成物が生成される。尚、検体と試薬の混合を促進するために、混合物を所定の電極列に沿って往復運動させてもよい。反応部における反応が十分に進んだとき、検出器１０５によって、反応生成物を検出する。検出器１０５は、例えば、基板の一方の側に設けられた発光装置と基板の反対側に設けられた受光装置を含むように構成してよい。発光装置からの所定の波長の光は、反応部に生成された反応生成物を透過し、受光装置によって検出される。受光装置によって検出された検出信号より、吸光度を検出する。
【００４５】
反応生成物の分析が終了したら、全ての電極への印加電圧を遮断する。反応生成物は、オイル中を落下し、分析デバイスの底部に蓄積される。
【００４６】
図２Ｃを参照して、分析デバイスの底部より、廃液５０１を排出する方法を説明する。図２Ｃは、図２Ａに示した分析デバイスの下端部の詳細を示す。
【００４７】
スペーサ１０３の下部の内面はテーパが形成されている。スペーサ１０３の下端には、チューブコネクタ１０７が設けられている。チューブコネクタ１０７に廃液排出管５０２が装着されている。廃液排出管５０２には、廃液排出バルブ５０３が設けられている廃液排出管５０２の先端は、廃液容器５０４に接続されている。
【００４８】
廃液５０１は、スペーサ１０３の下部のテーパ部に蓄積される。廃液排出バルブ５０３を開けると、廃液５０１は、水頭差によって廃液排出管５０２を落下し、廃液容器５０４に排出される。
【００４９】
次に、基板１００１、１００２の作製方法を説明する。先ず、左側の基板１００１の作製方法を説明する。先ず、ガラス板を用意し、その表面に、ITO等の透明導電膜を形成する。ガラス板の代わりに石英板等の絶縁基板を用いてよい。透明導電膜の形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法等である。次に、電極が形成された面を覆うように、パリレン（商品名、スリーボンド社）等の有機絶縁膜、又は、SiO2等の無機絶縁膜を形成する。絶縁膜形成方法は、真空蒸着法、スパッタ法、CVD法等である。次に、この絶縁膜上に、テフロンAF1600（商品名、デュポン社）、サイトップ（商品名、旭硝子社）等からなる撥水膜を形成する。撥水膜の形成方法は、ディップコート法、スピンコート法等である。
【００５０】
次に、右側の電極１００２の作製方法を説明する。先ず、ガラス板、石英板等の絶縁基板を用意し、その表面を覆うように、ITO等の透明導電膜を形成する。透明導電膜の形成方法は、左側の基板１００１の場合と同様である。但し、右側の電極１００２の場合、共通電極を全面的に形成する。次に、撥水膜を形成する。撥水膜の形成方法は、左側の基板１００１の場合と同様である。
【００５１】
図３を参照して本発明による分析デバイスの第２の例を説明する。本例の分析デバイスでは、検体、試薬、及び、反応生成物の比重よりも小さい比重のオイル１０１を使用する。図３は、本例の分析デバイス１００を基板１０００に直交する垂直面に沿って切断した断面構成を示す。本例では、オイル槽１０２に、複数の基板が配置されている。これらの基板のうち、外側の２つの基板１００１、１００２は、図２Ａの分析デバイスに用いられている基板１００１、１００２と同一である。これらの基板のうち、内側の基板１００３、１００４、１００５は、外側の基板１００１、１００２とは異なる。これらの基板１００３、１００４、１００５の各々は、図２Ａの分析デバイスに用いられている２つの基板１００１、１００２を張り合わせた構造を有する。例えば、基板１００５は、ガラス基板１００５ａと、その一方の面に形成された共通電極１００５ｂと、共通電極を覆うように形成された撥水膜１００５ｃと、ガラス基板の他方の面に形成された電極１００５ｄと、電極１００５ｄを覆うように形成された絶縁膜１００５ｅと、絶縁膜を覆うように形成された撥水膜１００５ｆとを有する。本例の分析デバイスは、図２の例と比較して、３つ以上の基板が用いられている点が異なり、それ以外の構造は図２の例と同様である。
【００５２】
図４を参照して本発明による分析デバイスの第３の例を説明する。本例の分析デバイスでは、検体、試薬、及び、反応生成物の比重よりも大きい比重のオイル１０１を使用する。図４は、本例の分析デバイスを基板１０００に平行な垂直面で切断した断面構成を示す図である。
【００５３】
本例の分析デバイスは、オイル槽１０２と複数の基板１０００を有する。基板１０００は、図２に示したように１対の基板を含む場合であってもよいが、図３に示したように複数の基板を含む場合であってもよい。オイル槽１０２には、オイル１０１が充填されている。本例では、プローブ３０１ａの先端３０１ｂはＬ字形に形成されている。基板１０００の下端近くに、プローブ挿入用ガイド１０４ａが設けられている。オイル槽１０２に配置されたオイルの表面より僅かに下方の位置に、オイル槽１０２の壁面を貫通するようにチューブコネクタ１０７ａが設けられている。チューブコネクタ１０７ａには、廃液排出管５０２が接続されている。オイル槽１０２に収容されたオイルの上部は、廃液排出管５０２に接続されている。更に、基板１０００の上端近くには、廃液ガイド１６０が設けられている。廃液ガイド１６０は、撥水膜が塗布された傾斜面を有する。
【００５４】
プローブ３０１ａの先端３０１ｂを、プローブ挿入用ガイド１０４ａに挿入し、プローブ３０１ａから検体を基板間の隙間に注入する。このとき、検体と同時に空気がオイルに混入される。気泡１５１は、オイル中を上昇し、廃液ガイド１６０に沿って移動し、オイルより空中に放出される。試薬も同様に、基板間の隙間に注入される。
【００５５】
次に、基板間の隙間にて、検体、試薬等の液滴を移動させる方法を説明する。本例では、液滴１５０の比重は、オイルの比重より小さい。従って、液滴１５０には、浮力と重力の差に相当する上方への力が作用する。それによって液滴１５０は、基板間の隙間にて上昇する。液滴に作用する上方への力は小さく、且つ、オイルの粘性は十分に大きいから、液滴１５０はゆっくりと上昇する。一方、左側の基板の１つの電極と右側の基板の共通電極の間に電圧を印加すると、液滴は静電気力によって、左側の基板の電極に引き付けられる。液滴に作用する静電気力が上方への力に打ち勝つと、液滴は、静電気力によって保持される。こうして、液滴１５０に作用する浮力と静電気力を利用して、液滴を基板間の隙間にて移動させることができる。
【００５６】
液滴を電極列に沿って移動させる方法及び反応生成物を検出器１０５によって検出する方法は、図２Ａの例の場合と同様である。
【００５７】
反応生成物の分析が終了したら、全ての電極への印加電圧を遮断する。反応生成物を含む廃液５０１は、オイル中を上昇し、廃液ガイド１６０に到達する。廃液５０１は、廃液ガイド１６０の下側の傾斜面に沿って移動し、オイル槽１０２の壁面近くに導かれる。オイル槽１０２の壁面付近に蓄積された廃液５０１は、廃液排出管５０２を経由して排出される。
【００５８】
図５〜図８を参照して、検出器１０５の構成について説明する。ここでは、反応生成物を、吸光度を測定することにより分析する場合を説明する。検出器１０５は、発光部１０５ａと受光部１０５ｂを有する。
【００５９】
図５を参照して検出器の第１の例を説明する。図５Ａは、オイル槽１０２から取り出した５枚の基板１００１〜１００５を示す斜視図であり、図５Ｂは、その上面図である。本例の検出器は４つの発光部１０５ａと４つの受光部１０５ｂを有する。５枚の基板によって４つの隙間が形成されている。４つの隙間の一方の側に、４つの発光部１０５ａが設けられ、その反対側に４つの受光部１０５ｂが設けられている。即ち、発光部１０５ａと受光部１０５ｂは、各隙間に設けられている。
【００６０】
図５Ｂに示すように、発光部１０５ａからの光１０５ｃは、透明なスペーサ１０３、オイル１０１を経由して、反応生成物からなる液滴１５０に到達する。液滴１５０を透過した光は、オイル１０１、スペーサ１０３を経由して、受光部１０５ｂに到達する。受光部１０５ｂは、例えば、吸光度を測定する。
【００６１】
図６を参照して検出器の第２の例を説明する。図６Ａは、オイル槽１０２から取り出した５枚の基板１００１〜１００５を示す斜視図であり、図６Ｂは、その上面図である。本例では、本例の検出器は１つの発光部１０５ａと発光部移動機構１０５Ａと１つの受光部１０５ｂと受光部移動機構１０５Ｂを有する。５枚の基板によって４つの隙間が形成される。これらの隙間の一方の側に、発光部１０５ａと発光部移動機構１０５Ａが設けられ、その反対側に受光部１０５ｂと受光部移動機構１０５Ｂが設けられている。本例では、発光部１０５ａと受光部１０５ｂは、それぞれ１つしか設けられていないが、それぞれ移動機構によって移動することができる。発光部１０５ａは発光部移動機構１０５Ａによって任意の隙間の前に配置することができる。受光部１０５ｂも同様に受光部移動機構１０５Ｂによって任意の隙間の前に配置することができる。
【００６２】
図６Ｂに示すように、発光部１０５ａと受光部１０５ｂは同一の隙間の両側に配置される。こうして、発光部１０５ａと受光部１０５ｂを、それぞれ移動機構によって移動させることによって、隙間に配置され液滴を順に測定することができる。
【００６３】
図７を参照して、分析デバイスの他の例を説明する。図７は、図５Ｂ及び図６Ｂと同様に、オイル槽１０２から取り出した５枚の基板１００１〜１００５の上面図である。図示のように、本例では、基板間の隙間にて、液滴１５０を挟むように透明な液滴整形部材１５５が設けられている。図５Ｂ及び図６Ｂに示す例では、液滴１５０はオイル１０１によって保持されているため、表面張力によって自由表面が湾曲している。そのため、発光部１０５ａからの光の一部は、湾曲した液滴の表面にて反射し、又は、散乱する。そのため、受光部１０５ｂによって受光される光が減少する。
【００６４】
本例では、液滴１５０は、液滴整形部材１５５の間に保持されている。従って、発光部１０５ａからの光が入射する液滴の面は、平面であり且つ入射光に垂直である。従って、発光部１０５ａからの光が、液滴の入射面にて反射又は散乱することはなく、全ての光は液滴を透過する。
【００６５】
図８を参照して検出器の第３の例を説明する。図８Ａは、オイル槽１０２から取り出した５枚の基板１００１〜１００５を示す斜視図であり、図８Ｂは、その下面図である。図示のように、本例では、基板は長方形部分とその下方に突出した突起部からなる。これらの突起部は隣接する基板の突起部との間に隙間を形成し、これらの突起部間の隙間に、反応生成物である液滴１５０が配置される。
【００６６】
図８Ｂに示すように、第１の基板１００１の突起部１００１Ａと第２の基板１００２の突起部１００２Ａの間の隙間、第２の基板１００２の突起部１００２Ａと第３の基板１００３の突起部１００３Ａの間の隙間、第３の基板１００３の突起部１００３Ａと第４の基板１００４の突起部１００４Ａの間の隙間、及び、第４の基板１００４の突起部１００４Ａと第５の基板１００５の突起部１００５Ａの間の隙間に、それぞれ液滴１５０が配置されている。第１の基板１００１の突起部１００１Ａと第５の基板１００５の突起部１００５Ａの寸法は比較的小さいが、第２、第３、及び、第４の基板の突起部１００２Ａ、１００３Ａ、１００４Ａの寸法は比較的小さい。本例では、５枚の基板の突起部によって４つの隙間が形成されている。従って、４つの隙間に、４つの液滴１５０が、それぞれ配置されている。これらの液滴１５０は、互いに、重なり合わないように、基板に平行な方向に沿って、ずれている。
【００６７】
これらの液滴１５０の両側に、発光部１０５ａと受光部１０５ｂがそれぞれ配置されている。発光部１０５ａと受光部１０５ｂは、基板の突起部上に配置されている。従って、これらの検出部の光軸は、一定の間隔にて、且つ、基板に直交するように、配置されている。発光部１０５ａからの光は、透明な基板を透過し、液滴１５０を通過し、再度、透明な基板を通過し、受光部１０５ｂによって受光される。
【００６８】
図６の例と本例を比較すると、図６の例では、検出器の光軸は、基板に平行に配置されているが、本例では、検出器の光軸は、基板に直交するように配置されている。図６の例では、発光部１０５ａと受光部１０５ｂの間の距離は、基板の１辺の寸法に等しいが、本例では、発光部１０５ａと受光部１０５ｂの間の距離は、２つの基板の外面の間の距離に等しい。即ち、本例では、発光部１０５ａと受光部１０５ｂの間の距離が短い。図６の例では、発光部１０５ａからの光は、液滴の自由面に入射され、反対側の液滴の自由面から出射される。即ち、発光部１０５ａからの光の入射面及び出射面は、表面張力によって湾曲されている自由面である。一方、本例では、発光部１０５ａからの光の入射面及び出射面は、透明な基板に接している平面である。従って、入射面及び出射面における光の散乱又は反射が回避される。
【００６９】
以上本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の化学分析装置の全体構成を示す図である。
【図２】本発明の分析デバイスの第１の例の構造を示す図である。
【図３】本発明の分析デバイスの第２の例の構造を示す図である。
【図４】本発明の分析デバイスの第３の例の構造を示す図である。
【図５】本発明の分析デバイスの基板及び検出器の第１の例の構造を示す図である。
【図６】本発明の分析デバイスの基板及び検出器の第２の例の構造を示す図である。
【図７】本発明の分析デバイスの基板及び検出器の第３の例の構造を示す図である。
【図８】本発明の分析デバイスの基板及び検出器の第４の例の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１００…分析デバイス、１０１…オイル、１０２…オイル槽、１０３…スペーサ、１０４…プローブ挿入用ガイド、１０５…検出器、１０５ａ…発光部、１０５ｂ…受光部、１０６…基板支持部、１０７…チューブコネクタ、１０８…隙間、１１０…分析デバイス用ステージ、１５０…液滴、１５１…気泡、１５５…液滴整形部材、１６０…廃液ガイド、２００…オイル注入機構、２０１…プローブ、２０２…チューブ、２０３…ポンプ、２０４…アーム、２０５…プローブ移動機構、３００…検体注入機構、３０１…プローブ、３０２…チューブ、３０３…ポンプ、３０４…アーム、３０５…プローブ移動機構、３１０…検体カップ、３１１…検体ディスク、４００…試料注入機構、４０１…プローブ、４０２…チューブ、４０３…ポンプ、４０４…アーム、４０５…プローブ移動機構、４１０…試薬ボトル、４１１…試薬ディスク、５００…オイル回収機構、５０１…廃液、５０２…廃液排出管、５０３…廃液排出バルブ、５０４…廃液容器、５０５…オイル回収装置、５０６…オイル容器、６００…コントローラ
【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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