(57)【要約】【課題】微小容積であっても、簡便に、攪拌物質の内在化を必要とせず、試薬の均一的溶解と十分な混合効率を実現する液体分析装置を提供すること。【解決手段】試薬と試薬混合層と、２つ以上の電極と前記電極に信号を与える手段とを備え、前記電極に交流電流を印加し、試薬分子を構成する成分あるいは試料中の成分を移動させることにより微小容積空間での試薬の溶解と混合を行う。試薬分子が乾燥固体である場合には、試薬分子自体に回転運動を与えることで特に溶解効果を得ることができる。また、試料中にあらかじめ磁気物質など攪拌物質を内在化させることなく実施可能であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬と試薬混合層と、２つ以上の電極と、前記電極に信号を与える手段とを有し、
前記電極に交流電流を印加し、前記試薬を構成する成分を移動させることを特徴とする、液体分析装置。
【請求項２】
前記試薬が乾燥固体であり、前記乾燥固体を移動させることを特徴とする、請求項１記載の液体分析装置。
【請求項３】
試薬と試薬混合層と、２つ以上の電極と、前記電極に信号を与える手段とを有し、
前記電極に交流電流を印加し、試料成分を構成する成分を移動させることを特徴とする、液体分析装置。
【請求項４】
前記試料成分を構成する成分が生体成分であることを特徴とする、請求項３記載の液体分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として液体試料中の化学物質の分析、特に酵素を用いて液体試料中の基質濃度を測定するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境、食品、医療などの分野において、物質の存在及びその量を分析することは有益な情報をもたらす。分析には主にそれぞれの分析対象となる物質を基質とし、かつ基質に対する特異性の高い酵素を用いた酵素分析法、あるいは分析対象物質に特異的な抗体を用いた免疫学的分析法が用いられる。
【０００３】
酵素分析法においては、液体試料中に含まれる分析対象である基質に対して特異的に反応する酵素を用いて分析する手法、あるいは液体試料中に含まれる分析対象である酵素に対して特異的に認識される基質を用いて分析する手法が用いられる。どちらの場合も、液体試料中に本来は含まれない分析試薬を添加し混合する工程が必要である。この分析試薬には液体状態のもの、乾燥状態のもの、どちらもが使用され、特に乾燥状態のものは溶解、混合を行う工程が必要となる。同様に、免疫学的分析法においても液体試料中の分析対象に対する抗体や免疫凝集体を生成するための凝集剤など、液体試料中に本来は含まれない分析試薬を添加し混合する工程が必要である。
【０００４】
これら分析試薬と液体試料との混合の程度は、酵素反応及び免疫反応の反応速度に大きな影響を与える因子であり、分析結果にも大きな影響を与える。したがって、通常は液体を含む容器に振動を与えることにより内部溶液を混合する方法や、超音波を用いる方法、機械的ミキサを用いる方法などが用いられている。しかしながら、試料容量が小さくなるにつれ、試薬と試料の混合は難しくなるため、特別な工夫が必要となってくる。
【０００５】
液体の混合攪拌方法についてはすでに報告があり、特許文献１では磁気ビーズまたは液体中の粒子を用いた方法について報告している。図４に特許文献１による磁気ビーズを用いた流体混合デバイスの概略図を示し、詳細を説明する。複数の流体４５、４６が存在するチャンバ４３の内部中心点に強磁性コア４４と、チャンバ４３外部に複数の永久磁石４１を設置し、チャンバ４３内に存在する磁気ビーズ４２を強磁性コア４４と永久磁石４１の磁界中で中心コア周りに回転駆動することで、液体混合を行う。また図５に特許文献１による液体中の粒子を用いた流体混合デバイスの概略図を示し、詳細を説明する。複数の流体４５，４６が存在するチャンバ４３内部中心点に誘電体コア４８と、チャンバ４３外部に複数の電極４９を設置し、チャンバ４３内に存在する粒子（分子）５０を誘電体コア４８と電極４９による誘電泳動電界中で中心コア周りに回転駆動することで、液体混合を行う。これら手法は複数液体の混合攪拌に適した手法ではあるが、十分な攪拌効果を得るためにある程度の容量が必要であり、容量が非常に小さい場合には条件設定が複雑になってしまう。また、液体試料中にあらかじめ磁気ビーズなど攪拌物質を内在化させなければならない。
【０００６】
また、攪拌物質を内在化する必要のない混合攪拌方法として、進行波により振動する圧電体を用いて攪拌を行う方法が報告されているが、特に試薬が乾燥体である場合には十分な混合溶解を行えない可能性がある（特許文献２）。また、交流電気浸透流により液体に対流運動を発生させる方法が知られているが、これも先述と同様に試薬が乾燥状態のものである場合には混合効率に不安が残る。特許文献３では、この対流運動に加え、熱勾配の付与を同時に行うことにより液体の対流運動を発生させる方法が報告されている。しかし、酵素をはじめとした生化学物質を分析に用いる場合、温度が反応速度に与える影響は大きく、分析結果を大きく左右するという問題がある。
【特許文献１】特開２００４−１３６２８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６４５４９号公報
【特許文献３】特開２００４−５１２９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の試みは、液体の混合攪拌を行うという目的を実現しているものの、試料容積が微小な場合には十分な混合効率を実現するためには条件設定が難しい、あるいは液体試料中にあらかじめ攪拌物質を内在化させなければならないという問題点があった。
【０００８】
本発明は前記従来の問題を解決するためになされたもので、試薬と試料の混合手段を備えた液体分析装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、試薬と試薬混合層と、２つ以上の電極と、前記電極に信号を与える手段とを有し、前記電極に交流電流を印加し、前記試薬を構成する成分を移動させることを特徴とする。これにより、簡便に液体と試薬の混合を行うことができ、また、液体試料中に攪拌物質を内在化させる必要をなくすことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は試薬混合層において、試薬分子を構成する成分あるいは試料中の成分を攪拌運動させることにより、試料中にあらかじめ磁気物質など攪拌物質を内在化させることなく、微小容積空間での試薬の溶解と混合を行うことのできる液体分析装置を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における液体分析装置の分析ユニットの概略図である。試料送液口１と試薬混合部２、分析部３が流路５でつながれた立体構造を持つ分析ユニット１０であり、試料送液口１に装填された試料をポンプや遠心力など外的な力を用いて送液する。試薬担持部３には分析試薬粒子７と電極６が設置されている。ここで、試薬混合部、分析部は同一部を用いてもよく、また、試薬担持部を複数おいてもよい。さらに電極６は２つ以上である以外に制限はない。また、分析試薬粒子７は複数個含まれていてもよい。
【００１３】
分析ユニット１０は、ポリエチレンやポリエチレンテレフタレートなどのプラスチック素材、シリコンなどの半導体素材など一般的素材を用いて作製することができる。片面開放型の分析ユニットあるいは両面閉鎖型のどちらもが本発明に使用できる。電極６は分析ユニット１０の基板上にスパッタ、蒸着、印刷などにより作製することができる他、試薬混合部３の空間内に電極６を設置する他のあらゆる方法によって実現可能である。
【００１４】
試料送液口１から装填された試料は、流路５を通って試薬混合部２に送られる。ここで試料が分析試薬粒子７と接するとともに、電極６への交流電流印加により発生させた誘電泳動力により分析試薬粒子７を運動させる。
【００１５】
図２は、実施の形態１における試薬混合部２の内部構造である。誘電泳動を用いた粒子の回転運動については、エレクトロローテーションとして一般に知られるところである（詳細原理については、ＰＥＳＥＡＲＣＨ  ＳＴＵＤＩＥＳ  ＰＲＥＳＳ  ＬＴＤ．より出版の「ＡＣ  Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃｓ：ｃｏｌｌｏｉｄｓ  ａｎｄ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」をご覧頂きたい）。本発明では、同様の原理を用いて試薬粒子の溶解、混合を行う。すなわち、試薬寸法は通常、数１００ｕｍ〜数ｍｍ程度であり、これに合わせた距離で電極を配置し回転運動を与える構造を持たせることで、試薬の溶解を起こす。７の溶解や分解により粒子中の成分がより小さな粒子塊になる場合には、それら粒子塊も誘電泳動力を作用させることによって運動させる。
【００１６】
７の溶解及び試料との混合が行われた後、分析部３において分析を行う。分析には分光学的手法や電気化学的手法を用いることができる。電気化学的手法を用いる場合は、分析部３内に電極を設置して行う他、試薬混合部２内の電極６を用いても分析を行うことが可能である。
【００１７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２における液体分析装置の分析ユニットは、図１と同様の形状、機構を用いることができる。
【００１８】
試料送液口１から装填された試料は、流路５を通って試薬混合部２に送られる。ここで試料が分析試薬粒子７と接するとともに、電極６への交流電流印加により発生させた誘電泳動力により試料中の分子を運動させる。ここで試料中の分子には赤血球や、試料中成分に特異的な抗体を事前に添加し生成させた抗原抗体凝集塊などの比較的大きな分子を用いる。分析試薬粒子７は、分析試薬粒子７は粒子状、半乾燥固体状、フィルム状、膜状その他の形状をとることができる。
【００１９】
図３は、実施の形態２における試薬混合部２の内部構造である。
【００２０】
試薬混合部への液の流入方向に対して垂直方向の断面積は、試料中の赤血球、あるいは抗原抗体凝集塊の断面積と同程度から１０数倍程度が望ましく、さらには１００〜５００μｍ２であることが好ましい。同時に、試薬混合部の液流方向に対して垂直方向の最短の一辺長が、試料中の赤血球、あるいは抗原抗体凝集塊の最大直径と同程度から数倍程度であることが好ましい。液流方向の長さは試料容積と垂直方向の断面積から決定することができる。
【００２１】
電極は液の流入方向に対して複数個並べて配置し、電極へ交流電流を印加する事で試料中の分子を電極の並びに沿って移動させる。さらに、交流電流の位相を変化させることで、試料中の粒子の移動方向を逆転させる。このような誘電泳動を用いた粒子の移送については、トラベリングウェーブとして一般に知られるところである（詳細原理については、ＰＥＳＥＡＲＣＨ  ＳＴＵＤＩＥＳ  ＰＲＥＳＳ  ＬＴＤ．より出版の「ＡＣ  Ｅｌｅｃｔｒｏｋｉｎｅｔｉｃｓ：ｃｏｌｌｏｉｄｓ  ａｎｄ  ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」をご覧頂きたい）。本発明はこの原理を用い、試料中の分子の往復運動を起こさせることにより試料液の流動を引き起こし、試薬の溶解と混合を行うものである。
【００２２】
７の溶解及び試料との混合が行われた後、分析部３において分析を行う。分析には分光学的手法や電気化学的手法を用いることができる。電気化学的手法を用いる場合は、分析部３内に電極を設置して行う他、試薬混合部２内の電極６を用いても分析を行うことが可能である。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明の液体試料の分析手法について、さらに具体的に説明する。なお、本発明は以下記載に限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１）
ポリエチレンテレフタレート基板上に、図１、図２で示す流路と試薬混合部を作製し、試薬粒子として０．１Ｍフェリシアン化カリウム、０．１Ｍ  ＫＣｌ、０．１Ｍ  リン酸緩衝液、賦形剤を凍結乾燥により試薬粒子として試薬混合部に設置した。流路からミリＱ水を送液し、試薬粒子と接した後に、交流電圧の印加により粒子の回転運動を開始した。一定間隔でフェリシアン化カリウムの電気活性を計測し、試薬の溶解度の指標とした。
【００２５】
結果、試薬の溶解と混合が確認され、本発明の効果が確認された。
【００２６】
（実施例２）
ポリエチレンテレフタレート基板上に、図１、図３で示す流路と試薬混合部を作製し、試薬混合部内に０．１Ｍフェリシアン化カリウム、０．１Ｍ  ＫＣｌ、０．１Ｍ  リン酸緩衝液、賦形剤の混合液を滴下し、４０℃で乾燥した。試薬混合部のサイズは２０μｍ×５０μｍとした。生体成分モデルとして、５〜１０μｍのラテックスビーズをミリＱ水に含ませ、およそ５×１０６個／μＬ（血中赤血球数と同数）とした。これを送液し、試薬混合部にて、交流電圧の印加により粒子の往復運動を開始した。一定間隔でフェリシアン化カリウムの電気活性を計測し、試薬の溶解度の指標とした。結果、試薬の溶解と混合が確認され、本発明の効果が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明は微小容積での試薬の均一的溶解と十分な混合効率を必要とする液体分析装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態における液体分析装置の分析ユニットを示す図
【図２】実施の形態１における試薬混合部２の内部構造を示す図
【図３】実施の形態２における試薬混合部２の内部構造を示す図
【図４】特許文献１における流体混合デバイスの概略図
【図５】特許文献１における流体混合デバイスの概略図
【符号の説明】
【００２９】
１    試薬送液口
２    試薬混合部
３    分析部
５    流路
６    電極
７    分析試薬粒子
１０    分析ユニット
４１    永久磁石
４２    磁気ビーズ
４３    チャンバ
４４    強磁性コア
４５    流体
４６    流体
４７    径方向攪乱を有した軌道
４８    誘電体コア
４９    電極
５０    粒子（分子）
【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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