(57)【要約】【課題】タンパク質の吸着により搬送が困難な液体であっても安定した搬送を可能にし，微少量の試料での安定分析を可能にする。【解決手段】液体試料中にわずかな界面活性剤を添加する。【選択図】図１
2008275412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に界面活性剤を添加する試料調整部と，
第１基板と前記第１基板に実質的に平行な第２基板と，
前記第１基板と前記第２基板との間に前記界面活性剤が添加された試料を導入する試料導入部と，
前記第１基板と前記第２基板との間に導入された前記界面活性剤を添加された試料を，前記第１基板と前記第２基板の間に設定された搬送路に沿って搬送する搬送部と，
前記第１基板と前記第２基板との間に設定された前記搬送路上に試薬を導入する試薬導入部と，
前記第１基板と前記第２基板との間に搬送媒体を導入する搬送媒体導入部と，
前記試料に含まれる成分量を分析する分析部と
を有することを特徴とする試料分析システム。
【請求項２】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記試料調整部は，前記試料に対して添加後の界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度程度となるように前記界面活性剤を添加することを特徴とする試料分析システム。
【請求項３】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記試料調整部は，前記試料に対して添加後の対重量濃度が０．０１％以上０．３％以下となるように前記界面活性剤を添加することを特徴とする試料分析システム。
【請求項４】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記界面活性剤は非イオン性界面活性剤であることを特徴とする試料分析システム。
【請求項５】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記界面活性剤は非イオン性の高分子系界面活性剤であることを特徴とする試料分析システム。
【請求項６】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記界面活性剤は，Polyoxyethylene（10）Octylphenyl Ether，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monolaurate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monopalmitate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monostearate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monooleateのいずれかを含むことを特徴とする試料分析システム。
【請求項７】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記搬送媒体はシリコーンオイルもしくはフッ素オイルであることを特徴とする試料分析システム。
【請求項８】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記搬送部は，電圧印加部，超音波印加部，搬送流生成部のいずれかを有することを特徴とする試料分析システム。
【請求項９】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記搬送部は，交流矩形波を印加する電圧印加部であることを特徴とする試料分析システム。
【請求項１０】
請求項１記載の試料分析システムにおいて，前記搬送部は，周波数が１０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の交流矩形波を印加する電圧印加部であることを特徴とする試料分析システム。
【請求項１１】
試料に界面活性剤を添加し調整試料とする工程と，
第１基板と前記第１基板に実質的に平行な第２基板との間に搬送媒体を導入する工程と，
前記第１基板と前記第２基板との間に前記調整試料を導入する工程と，
導入された前記調整試料を前記第１基板と前記第２基板との間で搬送する工程と
を有することを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記調整試料とする工程は，前記試料に対して添加後の界面活性剤の濃度が臨界ミセル濃度程度となるように前記界面活性剤を添加することを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１３】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記調整試料とする工程は，前記試料に対して添加後の対重量濃度が０．０１％以上０．３％以下となるように前記界面活性剤を添加することを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記界面活性剤は非イオン性界面活性剤であることを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１５】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記界面活性剤は非イオン性の高分子系界面活性剤であることを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１６】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記界面活性剤は，Polyoxyethylene（10）Octylphenyl Ether，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monolaurate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monopalmitate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monostearate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monooleateのいずれかを含むことを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１７】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記搬送媒体はシリコーンオイルもしくはフッ素オイルであることを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１８】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記搬送する工程は，静電力搬送，超音波搬送，搬送媒体の流れのいずれかの方法によるものであることを特徴とする試料搬送方法。
【請求項１９】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記搬送する工程は，交流矩形波を印加する静電力搬送によるものであることを特徴とする試料搬送方法。
【請求項２０】
請求項１１記載の試料搬送方法において，前記搬送する工程は，周波数が１０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の交流矩形波を印加する静電力搬送によるものであることを特徴とする試料搬送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，試料中に含まれる成分量を検出する分析装置に係わり，微少量の試料で分析するために試料や試薬等を液滴として扱う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料中に含まれる成分量を検出する分析装置として，ハロゲンランプ等からの白色光を試料溶液に照射し，試料溶液を透過してきた光を回折格子で分光して必要な波長成分を取り出し，その吸光度を割り出すことで目的の成分量を測定する分光分析装置が広く用いられている。あるいは，白色光を回折格子で分光した後，試料溶液に照射する場合もある。これらの分析装置においては，従来，プラスチックやガラスの反応容器内に試料と試薬を分注し，これらを混合して試料溶液とした物に光を照射し，成分量を測定していた。
【０００３】
しかし近年，試薬コストの削減や，環境への負荷低減のため，分析に用いる試料溶液の微少量化が求められており，従来方式での試料溶液微少量化では液の取り扱いが困難になり，分注，混合時に発生する気泡等により正確な測定ができなくなるという問題もあった。そこで，微少量の液体を何らかの方法で流通し，流通の途中で液体の成分量を計測する方法が考えられる。
【０００４】
微少量の液体を流通する一つ目の方法として，基板に形成された電極上の液体を電気的な制御により流通する方式が上げられる。この方法には一般的に次の二つの方式が知られている。
【０００５】
電気的な制御により流通する一つ目の方式は，複数の電極を形成した二つの対向する基板間に流通する液体を粒状にして挟みこみ，二つの対向する基板間の電極に電圧を印加することで，粒状の液体を駆動する方式である（特開昭59-206868号公報）。この方式では，通常，片方の基板上に液体を流通させる液体流通路に沿って多数の電極が形成され，もう一方の基板上にはほぼ全面にグランドに接続された一つの電極を備える。多数の電極それぞれの形状は，一般的に長方形や三角形が多い。粒状の液体がいくつかの電極にまたがって静置している状態で粒状の液体下部の電極の一つに電圧を印加すると，電気毛管現象（M. G. Lippmann, Ann. Chim. Phys. 5, 494 1875）と表現されるように，電圧を印加した電極上の粒状の液体の濡れ性が変化したように電極に吸い寄せられ，最終的にその電圧を印加した電極の真上にその粒状の液体が移動する。これを繰り返し，流通する。
【０００６】
電気的な制御により流通するもう一つの方式として，前述と同様の形状からなる多数の電極を有した一つの基板の上に流通する液体を粒状にして供給し，粒状の液体付近の電極に電圧を印加して，粒状の液体を駆動する方式がある（特開平10-267801号公報）。多数の電極は粒状の液体を流通させる液体流通路に沿って配置される。液体の下部に存在する電極と液体付近の電極との間に電界を形成し，電界の力を利用し，駆動させる。これを繰り返し，流通する。
【０００７】
これらの両方式とも微少量の液体を流通することは可能である。また，二つの微少量の粒状の液体同士を同じ電極上に流通することにより混合させることも可能であり，さらには一つの微少量の粒状の液体を二つに分割することも可能である。前述した二つの方式は電圧を印加して液体を駆動する力を生じる点で同じであり，本発明では両方式に用いている液体の駆動力を静電力と呼ぶ。
【０００８】
静電力を用いて粒状の液体を流通し，分析するシステムの利点は，周囲が壁に囲まれたプラスチックやガラスの反応容器を用いる方式に比べ，単一もしくは二枚の基板を利用するため気泡の影響を受けにくいことや，電極に電圧を印加するだけで基板内の自由な場所で多数の粒状の液体を独立して駆動できること，また電圧を印加することにより粒状の液体を置く場所を指定できるため，試料，試薬や試料溶液がいつ測定部に到達するのか，タイミングを計りやすいことなどが挙げられる。
【０００９】
微少量の液体を流通する二つ目の方式として，特開2005-257407号公報のように表面弾性波を用いて搬送する方法がある。この方法は表面弾性波を伝播可能なチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電体上に表面弾性波発生部となる電極部を設け，表面弾性波発生部で発生した表面弾性波により粒状の微少液体を流通するものである。本方式では，微少量の液体を流通したい部分が圧電体であれば，表面弾性波発生部となる電極部は1ヶ所にあれば良く，前述の静電力による微少液体の流通方法のように複雑な電極配置は不要という特徴がある。
【００１０】
微少量の液体を流通する三つ目の方式として，内部に媒体を詰めたチューブや細管を用い，媒体に圧力を加えて細管の中を流し，媒体の中に微量の試料溶液を入れ，媒体の流れによって試料溶液を伝播する方法がある(特開2003-20041号公報，米国特許第4,259,291号)。この媒体の流れによって試料溶液を伝播する方法では，静電力を用いる例や表面弾性波を用いる例に比べ，搬送する微少液体が細管内側の壁面に吸着しにくい。その理由は，微少液体と共に媒体が細管の中を流れているため，細管内側の壁面近傍と細管の中心付近とに流速の差が発生し，壁面近傍には媒体の膜が保たれることや，静電力を用いる場合のように，静電力により微少液体を壁面に吸着する力が発生しないためである。
【００１１】
【特許文献１】特開昭59-206868号公報
【特許文献２】特開平10-267801号公報
【特許文献３】特開2005-257407号公報
【特許文献４】特開2003-20041号公報
【特許文献５】米国特許第4,259,291号明細書
【非特許文献１】M. G. Lippmann， Ann. Chim. Phys. 5， 494 1875
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
微少量の液体を搬送することには課題が多い。静電力を用いた液体の流通では，液性の違いによって搬送不可能な液体が存在する。例えば，アルブミン等のたんぱく質を多く含む液体は基板に吸着し易く，吸着してしまうと静電力により動かすことは不可能である。また，界面活性剤を多く含む液体等は動かしにくい。表面弾性波を用いて搬送する方法では，基板表面が表面弾性波によって微少液体を押し動かすため，静電力による微少液体の流通と同様にアルブミン等のたんぱく質を多く含む液体は基板に吸着し易く，吸着する場合は搬送不可能である。内部に媒体を詰めたチューブや細管を用いる方法は，細管内の流れが一定時間以上停止した場合などは，やはり細管内側の壁面に試料溶液が接触するため，一旦接触して吸着した後媒体に流れを発生すれば微少液体を強制的に移動できるが，細管内側の壁面に付着が残ることになる。細管内側の壁面を撥水処理しておけば，細管内の流れが一定時間以上停止しても水溶性の液体であれば付着を防止できるが，アルブミン等のたんぱく質を多く含む液体は細管内側の壁面に吸着してしまい，吸着した場合は強制的に搬送しても細管内側の壁面に液体の一部が付着して残ることになる。
【００１３】
このように上記従来技術では，搬送しようとする微少液体の液性の違いによって搬送不可能であったり，吸着が残るという問題があった。特にアルブミン等のたんぱく質を多く含む液体は基板に吸着し易く，吸着してしまうと搬送不可能，又は，搬送しても壁面に液体の一部が付着して残ることが問題であった。
【００１４】
本発明では，アルブミン等のたんぱく質を多く含む微少液体が，静電力を用いた液体の流通や表面弾性波を用いて搬送する方法では基板に，媒体の流れによって試料溶液を伝播する方法では壁面に吸着するのを防止し，従来搬送が困難であった微小液体の搬送を的確に行い，微少量の試料での安定分析が可能な液体分析システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では，平行に配置された２枚の基板の間を搬送する液体に界面活性剤を添加することで上記目的を達成する。界面活性剤の添加濃度は臨界ミセル濃度程度とするのが好ましい。試料液体の搬送方法は，静電力搬送，超音波搬送，搬送媒体の流れによる搬送のいずれでもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば，微少量の試料で分析するために試料や試薬等を液滴として扱う際，液滴の吸着を防止し，液滴を安定搬送することで微少量の試料での安定分析が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１から図１０を用い，本発明による液体分析システムについて説明する。本実施例では試料，試薬の搬送に静電力搬送を用いた例を説明する。
【００１９】
初めに，図１，図２，及び図３により本実施例での液体分析システムの構成を説明する。図１及び図２は液体分析システムの構成を示す略図であり，図１は装置の平面図，図２は装置の断面図，図３は試料を入れたチューブを複数本保持する試料カセット部分を断面して示す。
【００２０】
本実施例での液体分析システムは主に，試料カセット投入搬送部１，試料カセット２，攪拌機構３，試料用ディスペンサ洗浄機構４，試料用ディスペンサ５，試料調整ディスク６，界面活性剤タンク７，界面活性剤用ディスペンサ８，及び，洗浄機構９からなる試料調整部１０と，調整試料投入ディスペンサ１１，調整試料投入ディスペンサ洗浄機構１２，試料搬送デバイス１３，試薬投入部１４，計測部１５，試薬投入部１４’，計測部１５’，及び，廃液回収部１６からなる試料搬送計測部１７とから構成されている。試料カセット２には，図３に示すように試料１８を入れた試料チューブ１９が複数本セットされており，同様に試料調整ディスク６には試料１８と界面活性剤２１を混ぜるための試料調整チューブ２０が複数本セットされている。また，界面活性剤タンク７には界面活性剤２１もしくは界面活性剤を含む希釈液２１’が入れてあり，同様に試薬投入部１４及び１４’には，調整試料に添加混合し特定の反応を起こす試薬２２，２２’が入れてある。
【００２１】
次に，試料搬送計測部１７の構成を図４，図５，図６，及び図７により詳細に説明する。図４は試料搬送計測部のみを抜き出した図で，平面図を部分的に断面して示す。図５は図４を正面から見た断面図で示す。図６及び図７は，図５の部分拡大図を示す。
【００２２】
図４及び図５に示すように，試料搬送計測部１７は，透明なガラス，セラミック，若しくは樹脂製の第１基板３０，第１基板３０と並行に配置された同様の材質からなる第２基板３１，第１基板３０と第２基板３１を並行かつ一定距離に保つスペーサ３２から構成されており，第１基板３０と第２基板３１との間には，搬送媒体としてシリコーン若しくはフッ素系のオイル３３が満たされている。
【００２３】
第１基板３０には，第２基板３１と向かい合う側に導電薄膜による複数の第１の電極３４が，前記調整試料や試薬２２，２２’の複数の搬送路となるように配列されており，電極３４の表面は絶縁膜３５で覆われ，更に，第２基板３１と向かい合う側の表面は撥水処理されている。第１の電極３４と絶縁膜３５は非常に薄く，拡大しても書き表せないため，図では，必要に応じて図６のように厚さ方向を誇張して表す。第１の電極３４それぞれは，図７や後述する図８のように交流矩形波の電源５１とスイッチ４４で配線されている。
【００２４】
第２基板３１には，第１基板３０と向かい合う側の全面に，若しくは少なくとも第１の電極３４と向かい合う部分をカバーする範囲に第２の電極３６が配置されており，第１の電極３４同様に絶縁膜３７で覆われ，更に，第１基板３０と向かい合う側の表面は撥水処理されている。尚，絶縁膜３７は必ずしも必要ではなく，第１基板３０と向かい合う側の面が撥水処理されていれば良い。
【００２５】
第２基板３１には，試料搬送計測部１７に調整試料を導入する試料導入口３８，試薬２２，２２’を導入する試薬導入口３９，３９’，及び分析が終了した試料を廃液として取り出す廃液回収口４０が，円筒状に立ち上がった状態で設けられている。試料導入口３８，試薬導入口３９，３９’，廃液回収口４０は，平面から見た時に電極３４と重なる位置に配置されている。
【００２６】
スペーサ３２は，前述のように第１基板３０と第２基板３１を並行かつ一定距離に保つためと，第１基板３０と第２基板３１との間をシールし，その間にオイル３３を保持するために設けられる。その場合，試料導入口３８，試薬導入口３９，３９’，廃液回収口４０のいずれかの口をオイル導入部とすると，別の口から空気が押し出され，オイルで満たされる。オイルが接触する部分は，試料や試薬が搬送路から外れる等の不測の事態に備え，撥水処理しておくのが望ましい。第１基板３０と第２基板３１との間にオイル３３を満たす方法は，スペーサ３２でシールせず，第１基板３０と第２基板３１をオイル３３で満たされた槽に浸すことでも可能である。その場合，第１基板３０と第２基板３１の隙間がオイル導入部となり，試料導入口３８，試薬導入口３９，３９’，廃液回収口４０のいずれかの口から空気が押し出され，オイルで満たされる。この場合も，試料や試薬が搬送路から外れる等の不測の事態に備え，オイルが接触する部分を撥水処理しておくのが望ましい。
【００２７】
次に，本実施例での液体分析システムを用いた分析方法を図１から図３，及び図６から図１０により説明する。図１，図２において，最初に分析対象の試料用溶液を，その対象毎に試料１８として試料チューブ１９に入れ，試料カセット２に装着し，液体分析システムの試料カセット投入搬送部１に装填する。
【００２８】
分析動作を開始すると，液体分析システムは最初に試料調整のための動作を行う。まず，界面活性剤用ディスペンサ８が界面活性剤タンク７の中の界面活性剤２１もしくは界面活性剤を含む希釈液２１’を吸引し，吸引した界面活性剤２１もしくは界面活性剤を含む希釈液２１’を試料調整ディスク６にセットされた試料調整チューブ２０内に吐出する。同時に試料カセット投入搬送部１に装填された試料カセット２が，所望の試料１８が入った試料チューブ１９が試料用ディスペンサ５の吸引可能位置にくるように移動し，試料用ディスペンサ５によって試料１８が一定量吸引される。続いて試料調整ディスク６が回転し，界面活性剤２１もしくは界面活性剤を含む希釈液２１’が吐出された試料調整チューブ２０が試料用ディスペンサ５の吐出位置に移動すると，試料用ディスペンサ５によって試料１８が試料調整チューブ２０内に一定量吐出される。ここで試料調整チューブ２０内には，界面活性剤２１もしくは界面活性剤を含む希釈液２１’と試料１８がそれぞれ一定量入っており，試料調整ディスク６がさらに回転し攪拌機構３の位置でそれらが攪拌され，調整試料２３となる。尚，試料用ディスペンサ５は試料１８を吸引，吐出後，試料用ディスペンサ洗浄機構４で洗浄される。また，試料調整チューブ２０も必要に応じて洗浄機構９で洗浄される。試料調整チューブ２０を毎回洗浄せず必要に応じて洗浄する理由は，試料調整チューブ２０内にある調整試料２３は複数回の分析に必要な量が調整されているためであり，必要な項目数の分析，必要な回数の分析，あるいは不測の事態の再検査等が終了した時点で洗浄が行われる。
【００２９】
続いて液体分析システムは，試料搬送計測部１７において調整試料２３を搬送しながら分析を行う。まず，試料調整ディスク６がさらに回転し，試料調整チューブ２０は，前述の攪拌機構３の位置から調整試料投入ディスペンサ１１の吸引可能位置に移動して停止する。ここで，調整試料投入ディスペンサ１１は分析に必要な一定量の調整試料２３を吸引し，その後旋回移動して試料導入口３８から試料搬送デバイス１３内に調整試料２３を吐出する。調整試料投入ディスペンサ１１が試料搬送デバイス１３内に調整試料２３を吐出する時の状態を図７で説明する。図７は，図６に調整試料投入ディスペンサ１１先端のノズル４１が入り込み，調整試料２３を吐出している状態を示す。ノズル４１は導電性を持つ材料で構成されており，調整試料２３の吐出時に図７のように，電源５１の電圧がノズル４１，及び第２の電極３６と調整試料２３が吐出される領域の第１の電極３４間に印加されるようスイッチ４３，及び，スイッチ４４をＯＮにする。調整試料２３の吐出終了後，スイッチ４３のみをＯＦＦにすることで，調整試料２３はノズル４１を上方に退避してもノズル４１先端に付着することなく第１の電極３４と第２の電極３６との間，つまり第１基板３０と第２基板３１との間に保持され，試料搬送計測部１７中への導入が終了する。試料搬送計測部１７中への調整試料２３の導入動作と略同時に，試薬導入口３９，３９’から試薬投入部１４，１４’内部の試薬２２，２２’一定量を図８（１）のように，前述の調整試料２３の導入と同じ方法で試料搬送計測部１７中へ導入しておく。
【００３０】
図８（１）から図８（５）は，試料搬送計測部１７の部分断面図であり，（１）から（５）で調整試料２３の移動の様子を時系列に表している。
試料搬送計測部１７中へ導入された調整試料２３は，図８（１）から図８（５）で示すように各第１の電極３４に配線されたスイッチ４４を順次切り替えることで，交流矩形波電源５１からの電圧を第１の電極３４に順次印加して静電力により移動し，試薬２２，２２’と混ぜ合わされ，さらに移動し計測部１５の位置に至る。尚，第１の電極３４に印加する電圧に交流矩形波を用いるのは，直流電圧を印加し続けることにより第１の電極３４や第２の電極３６表面の絶縁膜や撥水処理剤で帯電が起こり，静電力による搬送ができなくなることを交流電圧を印加することにより防止することと，交流正弦波よりも交流矩形波の方が大きな駆動力が得られることが，実験により確認されたためである。印加する交流矩形波の周波数は１０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下が好ましい。周波数が１０Ｈｚより小さいと，調整試料の液滴が印加周波数に追随して動き，振動を起こす。また，周波数が１０ｋＨｚより大きいと隣の電極に移動させる駆動力が低下してしまう。
【００３１】
図９は，試料搬送計測部１７の，計測部１５，１５’領域の部分断面図である。計測部１５に移動した調整試料２３は，図９のような状態でその成分量を分析される。すなわち，計測部１５には特定の１種類，若しくは２種類の波長の光５２を出力する光源５３と，調整試料２３を透過した光５２を受光し電気信号に変換する受光部５４が配置されている。詳細は割愛するが，試薬２２，２２’と混ぜ合わされた調整試料２３は，そこに含まれる特定の成分に応じて反応し，特定の波長の光を吸収するため，受光部５４での受光量から調整試料２３に含まれる特定の成分の量を割り出すことができる。割り出したい成分の種類により，試薬２２，２２’，及び光５２の波長が違うため，文頭の第１の電極３４の説明で述べた複数の搬送路各々にそれらを割り当て，試料導入口３８から導入した調整試料２３を希望する成分分析のための搬送路に送ることができるようになっている。計測部１５，及び，計測部１５’には，図９のように複数の光源５３と受光部５４の組合せが配置されており，調整試料２３と試薬２２，若しくは試薬２２’との反応後，複数回の計測，若しくは異なった波長での計測が可能になっている。
【００３２】
また，１種類，若しくは２種類の波長の光５２を調整試料２３に透過し受光部５４で電気信号に変換すると述べたが，白色光を調整試料２３に透過し，透過後回折格子やフィルタで分光し，特定の１種類，若しくは２種類の波長の光を電気信号に変換する方法でも良い。
【００３３】
本発明では，調整試料２３を試料搬送計測部１７へ導入してからここまでの動作，つまり，調整試料２３と試薬２２を混ぜ合わせて反応させ，計測部１５で成分量を分析するまでの動作を，一つの搬送路で２回行うような構成になっている。すなわち，計測部１５で成分量を分析した後，調整試料２３を静電力により更に移動し，試薬２２’を混ぜ合わせて反応させた後，計測部１５’で計測する。これは，夾雑物の影響を排除する等の目的で，反応と計測を２度行うためである。
【００３４】
計測部１５’で計測が終了した調整試料２３は廃液５５となり，静電力により更に移動され，廃液回収部１６で回収される。図１０に，試料搬送計測部１７の廃液回収部１６の断面を拡大して示す。廃液回収部１６にはシッパー５６があり，その先端部分のノズル５７が試料搬送計測部１７の廃液回収口４０から試料搬送計測部１７に挿入されている。シッパー５６のノズル５７と反対側は，バルブ５８を介してサクションポンプ等（図示せず）に接続されている。
【００３５】
試料搬送計測部１７の廃液回収部１６は，静電力による搬送路の終端にあり，ここから第１基板３０と第２基板３１との隙間が広くなっている。この広くなった領域５９に廃液５５が送り込まれると，それまで第１基板３０と第２基板３１とで押しつぶされた形状をしていた廃液５５が解放され，廃液５５自体の表面張力により球状に変形する。すると廃液は第１基板３０と第２基板３１との隙間に入り込むことはなくなり，オイル３３の比重より重い廃液５５は沈殿して下方に，オイル３３の比重より軽い廃液５５は浮上して上方に蓄積される。これらの蓄積された廃液を，バルブ５８を開きシッパー５６で吸引し，回収する。
【００３６】
以上が本実施例での液体分析システムの構成と，液体分析システムを用いた分析方法についての説明である。次に，本発明での大きな特徴である界面活性剤の添加について説明する。
【００３７】
先に説明した本発明での液体分析システムの構成と液体分析システムを用いた分析方法では，試料１８に界面活性剤２１もしくは界面活性剤を含む希釈液２１’を添加し，試料搬送計測部１７に導入している。そのようにすることで，試薬が第１基板３０や第２基板３１の表面に吸着するのを防止することができ，静電力による搬送を安定して行うことができる。以下にその理由を説明する。
【００３８】
図１１は，試料搬送計測部１７の部分断面図であり，図１１（ａ）は界面活性剤の添加されていない試料１８を導入した場合の模式図，図１１（ｂ）は界面活性剤を添加した調整試料２３を導入した場合の模式図を表す。
【００３９】
図１１（ａ）において，試料１８は通常，人の血清や血漿であるため，その中にアルブミン等のタンパク質６０を平均して１ｍｌあたり８０ｍｇ程度含んでいる。このような試料１８を静電力等で搬送しようとすると，タンパク質６０が第１基板３０や第２基板３１の表面に吸着するため，搬送力に対する抵抗力が大きく，搬送が不可能となる。仮に搬送媒体であるオイル３３等に流れを生じさせ，強制的に搬送しようとすると，タンパク質６０の一部が付着物として第１基板３０や第２基板３１の表面に残ってしまう。
【００４０】
それに対し図１１（ｂ）では，試料１８に界面活性剤を添加した調整試料２３を用いている。調整試料２３の中の界面活性剤６１は，図１２の模式図に示すように親水基６２と疎水基６３からなり，調整試料２３の内部では，図１１（ｂ）に示すように界面活性剤の疎水基６３がタンパク質６０と結合して包み込み，第１基板３０や第２基板３１の表面にタンパク質６０が吸着することがない。そのため，静電力等による搬送でも，抵抗力が小さいため安定して搬送することができ，また，タンパク質６０の一部が第１基板３０や第２基板３１の表面に付着して残ることもない。
【００４１】
試料１８に添加する界面活性剤の量は，静電力による試薬の搬送時の吸着防止のためであれば，試料中の界面活性剤濃度が飽和ミセル化濃度程度になるように添加すればよい。通常飽和ミセル化濃度は界面活性剤の量が０．１重量％程度であり，厳密には決めることができない。市販されている洗濯用の洗剤等で指定されている使用量では，飽和ミセル化濃度の２倍から３倍の量が指定されている。そのため，試料１８に添加する界面活性剤の量は，上限が０．３重量％と言うことができる。
【００４２】
本明細書の従来の技術でも述べたが，静電力を用いた微量液体の移動では，界面活性剤を多く含む液体は界面張力が小さすぎると動かしにくい。また，界面活性剤が多く含まれると分析精度にも影響を与えることが考えられる。そのため，界面活性剤の添加量は少ないに越したことはなく，静電力による試薬の搬送時の吸着を防止した上で安定に搬送可能で，分析精度に与える影響が極力少ない界面活性剤の下限濃度が重要になる。図１３は，第１の電極サイズ２ｍｍ×２ｍｍ，絶縁膜の厚さ１μｍ以下，第１基板３０と第２基板３１との距離１ｍｍ，調整試料２３に相当する液体の量１０μｌでの条件（他に材質の違いによる条件等があるが割愛する）で，静電力を用いた微量液体の移動時の駆動力と抵抗力を求めたものである。図中の界面活性剤濃度の単位は重量％である。駆動力は図１４の式（１）により求めた理論値，抵抗力は駆動する液体の界面活性剤濃度と電極に印加する直流電圧を可変し，実験で求めた値であり，駆動力が抵抗力よりも大きければ搬送可能となる。尚，電圧を上げると共に大きくなる駆動力に対し，この図には表していないが，一般的に用いられる今回の条件では，直流電圧では約２０Ｖ以上になると液体が電極に吸引される力が大きくなり，搬送不可能になることがわかっている。以上のことを勘案し，図１３に示す結果から，前述の条件に適した界面活性剤の下限濃度は０．０１重量％と言うことができる。
【００４３】
次に，使用する界面活性剤の種類に付いて説明する。
界面活性剤には，大きく分けて非イオン性界面活性剤とイオン性界面活性剤がある。また，界面活性剤は，高分子系と低分子系に分けられる。静電力を用いた微少液体の搬送による液体分析システムでは，先に述べたように，試薬の搬送時の吸着を防止した上で安定に搬送可能で，分析精度に与える影響が極力少ない界面活性剤が求められる。具体的には，界面張力の低下が少なくタンパク質をミセル化しやすい，タンパク質を変性させない等である。これらを勘案すると，静電力を用いた微少液体の搬送による液体分析システムに適した界面活性剤は，非イオン性の高分子系界面活性剤が選択できる。その理由は，一般的に非イオン性界面活性剤はタンパク質に対する作用が温和であり，逆に，イオン性はタンパク質変性作用が強く，また，高分子系界面活性剤は低分子の物に比べて表面張力をあまり下げずに乳化・分散性に優れるため，タンパク質をミセル化しやすいためである。非イオン性の高分子系界面活性剤としては，Polyoxyethylene（10）Octylphenyl Ether，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monolaurate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monopalmitate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monostearate，Polyoxyethylene（20）Sorbitan Monooleate等を含む物が挙げられる。
【００４４】
以上のような構成により，従来搬送が困難であったアルブミン等のタンパク質を多く含む血清や血漿等の試料を静電力等により安定して搬送し，微少量の試料での安定した分析が可能な液体分析システムを提供することが可能となる。
【実施例２】
【００４５】
図１５から図１９を用い，本発明による液体分析システムについて，試料搬送計測部に超音波搬送を用いた例を説明する。本実施例の液体分析システムは，試料搬送計測部１７の搬送方式が，静電力搬送方式から超音波搬送方式に変わっていること以外は実施例１と同じであるため，試料搬送計測部を１７’とし，搬送方式のみ説明する。
【００４６】
最初に超音波搬送方式の原理を説明する。図１５は超音波搬送方式の原理図を示す平面図である。超音波搬送方式では，圧電体基板７０の表面で液滴７１を移動して搬送する。圧電体基板７０は表面弾性波を伝播可能なチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）やニオブ酸リチウム(LiNb03)等からなり，表面上に櫛型パターン７２，櫛型パターン７２’を対とした電極７３が，必要に応じて配置されている。各電極７３は，スイッチ７４を介し交流電源７５に接続される。この状態で圧電体基板７０上に液滴７１を配置し，特定の場所のスイッチ７４を接続状態にすると，接続された電極７３の部分から圧電体基板７０表面に矢印方向に進行する表面弾性波が発生し，液滴７１を該電極７３から遠ざける方向に移動，搬送することができる。図１５では，長方形の圧電体基板７０上に電極７３を４ヶ所配置しているため，ハッチングで示す移動領域７６内での搬送が可能である。本実施例では，搬送中の液滴が移動領域７６から外れないようにするために，圧電体基板７０表面の移動領域７６以外の部分を移動領域７６よりも撥水性が高くなるように表面処理をしている。
【００４７】
以上の原理を用いた試料搬送計測部１７’の構成を図１６，図１７，図１８，及び図１９により説明する。図１６は試料搬送計測部のみを抜き出した図で，平面図を部分的に断面して示す。図１７は図１６を正面から見た断面図で示す。図１８及び図１９は，図１７の部分拡大図を示す。
【００４８】
図１６及び図１７に示すように，試料搬送計測部１７’は，透明な圧電体材料であるニオブ酸リチウム製の第１基板８０，第１基板８０と並行に配置された透明なガラス，セラミック，若しくは樹脂製の第２基板８１，第１基板８０と第２基板８１を並行かつ一定距離に保つスペーサ８２から構成されている。第１基板８０の第２基板８１と向かい合う側には，前記原理図で説明した電極７３が図のように複数配置され，少なくとも第１基板８０，若しくは第２基板８１どちらかには，移動領域７６がハッチングで示すような領域になるように構成され，第１基板８０と第２基板８１それぞれの向かい合う面側の移動領域７６以外の部分は，移動領域７６よりも撥水性が高くなっている。電極７３それぞれは，スイッチ７４を介し，交流電源７５に接続されている。
【００４９】
第２基板８１には，試料搬送計測部１７’に調整試料を導入する試料導入口８８，試薬２２，２２’を導入する試薬導入口８９，８９’が長円筒状に，分析が終了した試料を廃液として取り出す廃液回収口４０が円筒状に立ち上がった状態で設けられている。スペーサ８２は，前述のように第１基板８０と第２基板８１を並行かつ一定距離に保つためのものであり，第１基板８０と第２基板８１との間をシールし，内部の湿度を保つことが可能である。
【００５０】
図１８，図１９は，試料導入口８８と試薬導入口８９，８９’部分の断面であり，どちらも長円筒状の立ち上がりの長手方向に断面して示している。試料導入口８８と試薬導入口８９，８９’から試料搬送計測部１７’内部に調整試料２３若しくは試薬２２，２２’を導入する場合は，先端が水平方向にＬ型に折れ曲がった試薬投入部１４，１４’，若しくは，先端が水平方向にＬ型に折れ曲がったノズル４１を図１８，図１９に示す順に移動し，前記Ｌ型の水平部分が第１基板３０と第２基板３１との間に入り込み，調整試料２３もしくは，試薬２２，２２’を吐出して行う。
【００５１】
試料搬送計測部１７’中へ導入された調整試料２３，及び，試薬２２，２２’は，図１６に示すスイッチ７４を選択的に接続，切断することで移動，停止しながら実施例１と同様に計測部１５，及び，計測部１５’で計測され，廃液回収口４０で回収される。
【００５２】
本実施例２の最初に述べたように，調整試料２３，及び試薬２２，２２’の搬送方式以外は実施例１と同じであるため，搬送方式以外の説明は割愛する。特に，本発明での大きな特徴である界面活性剤の添加に関して，本実施例においても大きな効果を発揮する。
【実施例３】
【００５３】
図２０から図２３を用い，本発明による液体分析システムについて，試料搬送計測部に搬送媒体流を用いた例を説明する。本実施例による液体分析システムも，前述の実施例２同様に，試料搬送計測部１７の搬送方式が，静電力搬送方式から搬送媒体流搬送方式に変わっていること以外は実施例１と同じであるため，試料搬送計測部を１７”として搬送方式のみ説明する。
【００５４】
最初に搬送媒体流搬送方式の原理を説明する。図２０は搬送媒体流搬送方式による試料搬送計測部を１７”を示す図であり，部分的に断面した平面図である。図２１は図２０のＡＡ部の断面図である。
【００５５】
試料搬送計測部１７”は，透明なガラス，セラミック，若しくは樹脂製の第１基板９０，第１基板９０と並行に配置された同様の材質からなる第２基板９１，第１基板９０と第２基板９１を並行かつ一定距離に保つ外側スペーサ９２，内側スペーサ９３，９３’，から構成されており，内部の空間から被搬送液体や搬送用媒体が漏れないように接合された後，第１基板９０と第２基板９１との間には，搬送媒体としてシリコーン若しくはフッ素系のオイル９４が満たされている。第１基板９０，第２基板９１，外側スペーサ９２からなる内部の空間に満たされたオイル９４は，内側スペーサ９３，９３’により形成される流路内を媒体流発生部９５により内部を循環する。媒体流発生部９５は，試料などを搬送させるための搬送用媒体について，液流を発生させるものであり，一方端部から取り込んだ媒体を他方端部から吐き出し，媒体に循環する流れを発生させるポンプや水車状の部材を内部に持つ部品であり，流れを発生させる原理は問わない。流れの負荷に応じて流量を制御可能としてもよい。第１の基板９０には，試料などの搬送される液体を捕捉する被搬送液体捕捉手段９６を持つ。
【００５６】
第２基板９１には，試料搬送計測部１７”に調整試料を導入する試料導入口９７，試薬２２，２２’を導入する試薬導入口９８，９８’が長円筒状に，分析が終了した試料を廃液として取り出す廃液回収口９９が，円筒状に立ち上がった状態で設けられている。試料導入口９７から導入された調整試料２３，試薬導入口９８，９８’から導入された試薬２２，２２’は，媒体流発生部９５により発生されたオイル９４の流れにより搬送され，被搬送液体捕捉手段９６により捕捉されて停止する。この時，媒体流発生部９５により発生されたオイル９４の流れは滞ることなく，図２２のように流れるように，流路幅Ｗよりも搬送液体捕捉手段９６の幅Ｘと調整試料，試薬，若しくはその混合液の直径Ｄが小さくなるように設定されている。
【００５７】
本実施例による被搬送液体捕捉手段９６の捕捉原理を図２３により説明する。図２３は図２１の部分拡大図である。第１の基板９０の第２基板９１と向かい合う側に導電薄膜による第１の電極１００が被搬送液体捕捉位置に配置されており，電極１００の表面は絶縁膜１０１で覆われ，更に，第２基板９１と向かい合う側の表面は撥水処理されている。第１の電極１００と絶縁膜１０１は非常に薄く，拡大しても書き表せないため，必要に応じて図２３のように厚さ方向を誇張して表す。第２基板９１には，第１基板９０と向かい合う側の全面に，若しくは少なくとも第１の電極１００と向かい合う部分をカバーする範囲に第２の電極１０２が配置されており，第１の電極１００同様に絶縁膜１０３で覆われ，更に，第１基板９０と向かい合う側の表面は撥水処理されている。尚，絶縁膜１０３は必ずしも必要ではなく，第１基板９０と向かい合う側の面が撥水処理されていれば良い。第１の電極１００と第２の電極１０２はスイッチ１０４を介し交流矩形波電源１０５に接続されている。また，第１の電極１００は全て同電位になるように配線されていても良く，その場合はスイッチ１０４も１個で良い。
【００５８】
この状態でオイル９４の流れにより搬送されてきた調整試料２３，試薬２２，２２’は，図２３（ａ）のようにスイッチ１０４を接続状態にしておくと，静電力により搬送液体捕捉手段９６の位置で捕捉され，図２３（ｂ）のようにスイッチ１０４を解放状態にするとオイル９４の流れにより搬送され，廃液回収口９９で回収される。
【００５９】
本実施例３の最初に述べたように，調整試料２３，及び，試薬２２，２２’の搬送方式以外は実施例１と同じであるため，搬送方式以外の説明は割愛する。特に，本発明での大きな特徴である界面活性剤の添加に関して，本実施例においても大きな効果を発揮する。また，第１の電極１００と第２の電極１０２に印加する交流矩形波電源１０５からの電圧が交流矩形波であることにより，電極表面の絶縁膜や撥水処理剤の帯電を防止し，長時間安定に動作することを可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による液体分析システムの構成例を示す平面図である。
【図２】本発明による液体分析システムの構成例を示す正面側からの断面図である。
【図３】試料カセット部の断面図である。
【図４】試料搬送計測部を部分断面した平面図である。
【図５】図４を正面から見た断面図である。
【図６】図５の部分断面図である。
【図７】図５の部分断面図である。
【図８】調整試料の移動の様子を時系列に表わした，試料搬送計測部の部分断面図である。
【図９】計測部領域を表した，試料搬送計測部の部分断面図である。
【図１０】廃液回収部を表した，試料搬送計測部の部分断面図である。
【図１１】試料搬送計測部の部分断面図である。
【図１２】界面活性剤の模式図である。
【図１３】静電力を用いた微量液体の移動時の駆動力と抵抗力を求めたグラフである。
【図１４】静電力を用いた微量液体の移動時の駆動力を求める式である。
【図１５】超音波搬送方式の原理図を示す平面図である。
【図１６】超音波搬送方式の試料搬送計測部の説明図である。
【図１７】図１６を正面から見た断面図である。
【図１８】試料導入口と試薬導入口部分の断面図である。
【図１９】試料導入口と試薬導入口部分の断面図である。
【図２０】搬送媒体流搬送方式による試料搬送計測部の説明図である。
【図２１】図２０のＡＡ部の断面図である。
【図２２】流路幅に対する搬送液体捕捉手段と液の直径を表す平面図である。
【図２３】図２１の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…試料カセット投入搬送部，２…試料カセット，３…攪拌機構，４…試料用ディスペンサ洗浄機構，５…試料用ディスペンサ，６…試料調整ディスク，７…界面活性剤タンク，８…界面活性剤用ディスペンサ，９…洗浄機構，１０…試料調整部，１１…調整試料投入ディスペンサ，１２…調整試料投入ディスペンサ洗浄機構，１３…試料搬送デバイス，１４…試薬投入部，１４’…試薬投入部，１５…計測部，１５’…計測部，１６…廃液回収部，１７…試料搬送計測部，１８…試料，１９…試料チューブ，２０…試料調整チューブ，２１…界面活性剤，２１’…界面活性剤を含む希釈液，２２…試薬，２２’…試薬，２３…調整試料，３０…第１基板，３１…第２基板，３２…スペーサ，３３…オイル，３４…第１の電極，３５…絶縁膜，３６…第２の電極，３７…絶縁膜，３８…試料導入口，３９…試薬導入口，３９’…試薬導入口，４０…廃液回収口，４１…ノズル，４２…電源，４３…スイッチ，４４…スイッチ，５０…スイッチ，５１…交流矩形波電源，５２…光，５３…光源，５４…受光部，５５…廃液，５６…シッパー，５７…ノズル，５８…バルブ，６０…タンパク質，６１…界面活性剤，６２…親水基，６３…疎水基，７０…圧電体基板，７１…液滴，７２…櫛型パターン，７２’…櫛型パターン，７３…電極，７４…スイッチ，７５…交流電源，７６…移動領域，８０…第1基板，８１…第２基板，８２…スペーサ，８８…試料導入口，８９’…試薬導入口，８９…試薬導入口，９０…第１基板，９１…第２基板，９２…外側スペーサ，９３…内側スペーサ，９３’…内側スペーサ，９４…オイル，９５…媒体流発生部，９６…被搬送液体捕捉手段，９７…試料導入口，９８…試薬導入口，９８’…試薬導入口，９９…廃液回収口，１００…第１の電極，１０１…絶縁膜，１０２…第２の電極，１０３…絶縁膜，１０４…スイッチ，１０５…交流矩形波電源。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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