(57)【要約】【課題】ユーザが容易にメンテナンスを行うことが可能で、かつ、気泡やゴミなどが入り込まないような流路系構造としたマイクロチップ検査装置を提供すること。【解決手段】装置本体に対してポンプカートリッジが着脱可能な構造となっているので、ポンプカートリッジ部を交換することによりマイクロポンプの交換や、駆動液の補充をユーザが容易に行え、かつ装置本体にダメージを与えることがない。また、交換作業中にマイクロポンプ内に気泡やゴミなどが侵入して、マイクロポンプが正確な送液を行うことができなくなったり、送液自体行うことができなくなってしまうことがない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料の混合、反応、検出が行われる流路が形成されたマイクロチップを収容するマイクロチップ収容部、及び当該マイクロチップ収容部に収容されたマイクロチップの被検出部に対応して設けられた検出部を含む装置本体と、
当該装置本体に対して着脱可能に構成され、前記マイクロチップ収容部に収容されたマイクロチップの微細流路に駆動液を注入する液駆動用ポンプ、及び当該液駆動用ポンプに供給する駆動液を収容する駆動液タンクを含むポンプカートリッジと、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査装置。
【請求項２】
前記装置本体は、装置の各部に電気を供給するための電源部を有し、
前記ポンプカートリッジは、当該ポンプカートリッジを装置本体に装着した際に前記電源部と電気的に接続されるコネクタ部を有し、
前記ポンプカートリッジには、前記コネクタ部を介して前記電源部から電気が供給されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項３】
前記ポンプカートリッジは、当該ポンプカートリッジの使用状況の記憶及び読み出しが可能な記憶媒体を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項４】
前記ポンプカートリッジが前記装置本体の奥側上部に装着されるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項５】
前記ポンプカートリッジは、当該ポンプカートリッジに対して前記駆動液タンクが着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項６】
前記ポンプカートリッジは、前記駆動液タンクが前記液駆動用ポンプよりも高い位置に設けられるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項７】
前記ポンプカートリッジは、前記駆動液タンクと前記液駆動用ポンプを繋ぐ流路の途中で前記駆動液タンクより低く、前記液駆動用ポンプより高い位置に、前記流路から送液される液を制御する電磁弁が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項８】
前記液駆動用ポンプは前記ポンプカートリッジ内に平置できることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項９】
前記液駆動用ポンプと前記電磁弁を繋ぐ流路の途中で、前記電磁弁よりも低く前記液駆動用ポンプより高い位置に収縮可能な中間袋があることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のマイクロチップ検査装置。
【請求項１０】
前記中間袋に内在する液量を検知する袋液検知センサを有し、前記電磁弁は前記袋液検知センサの情報により前記中間袋に流入する液の量を制御することを特徴とする請求項９に記載のマイクロチップ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが注目されている。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｔｏｔａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  Ｓｙｓｔｅｍ）とも呼ばれ、マイクロチップといわれる部材に、試薬と試料（例えば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液を処理して抽出したＤＮＡ処理した抽出溶液など）を合流させ、その反応を検出することにより試料の特性を調べる方法である。
【０００３】
マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセス（パターン像を薬品によってエッチングして溝を作成する方法）や、レーザ光を利用して溝加工を行い、試薬や試料を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える液溜部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。
【０００４】
そして、これらマイクロチップを用いて試料の特性を調べる際は、マイクロポンプなどで駆動液をマイクロチップの微細流路に送液し、マイクロチップ内に収容されている試薬や試料を押し出すことにより、試薬と試料とを反応させて被検出部に導き、検出を行う。被検出部では、例えば光学的な検出方法などによって目的物質の検出が行われる。
【０００５】
ここでマイクロポンプに関して、特許文献１には、駆動手段として圧電素子を用いたマイクロポンプが記載されている。送液量を精度良く制御するためには、一回の圧電素子の駆動による送液量を非常に少なくする必要がある。反面、圧電素子を駆動する回数が増加することになる。駆動回数が多くなれば、圧電素子自体の寿命の到来が早くなったり、接着されている面から圧電素子が剥がれたりしてマイクロポンプの交換サイクルが短くなる。また、特許文献１のように複数個のマイクロポンプが一体的に設けられたマイクロポンプの場合、不良が発生する確率はその数が多くなるほど高くなり、さらにマイクロポンプの交換サイクルが短くなる。
【０００６】
また、特許文献２には、マイクロチップ検査装置の装置本体に駆動液を送液するポンプ及び駆動液を貯蔵するタンクが内蔵されていることが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−２８４４５１号公報
【特許文献２】特開２００５−６９９９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら特許文献２に記載のように、マイクロポンプが装置本体に内蔵されている場合では、マイクロポンプが寿命に到達した際、あるいは故障の際に、ユーザが容易に交換作業を行うことができない。また、交換作業中にマイクロポンプ内に気泡やゴミなどが侵入して、マイクロポンプが正確な送液を行うことができなくなったり、最悪の場合には送液自体行うことができなくなってしまう可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、ユーザが容易にメンテナンスを行うことが可能で、かつ、気泡やゴミなどが入り込まないような流路系構造としたマイクロチップ検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、下記構成により達成できる。
１．試料の混合、反応、検出が行われる流路が形成されたマイクロチップを収容するマイクロチップ収容部、及び当該マイクロチップ収容部に収容されたマイクロチップの被検出部に対応して設けられた検出部を含む装置本体と、
当該装置本体に対して着脱可能に構成され、前記マイクロチップ収容部に収容されたマイクロチップの微細流路に駆動液を注入する液駆動用ポンプ、及び当該液駆動用ポンプに供給する駆動液を収容する駆動液タンクを含むポンプカートリッジと、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査装置。
２．前記装置本体は、装置の各部に電気を供給するための電源部を有し、
前記ポンプカートリッジは、当該ポンプカートリッジを装置本体に装着した際に前記電源部と電気的に接続されるコネクタ部を有し、
前記ポンプカートリッジには、前記コネクタ部を介して前記電源部から電気が供給されることを特徴とする１に記載のマイクロチップ検査装置。
３．前記ポンプカートリッジは、当該ポンプカートリッジの使用状況の記憶及び読み出しが可能な記憶媒体を有することを特徴とする１又は２に記載のマイクロチップ検査装置。
４．前記ポンプカートリッジが前記装置本体の奥側上部に装着されるように構成されていることを特徴とする１乃至３の何れかに記載のマイクロチップ検査装置。
５．前記ポンプカートリッジは、当該ポンプカートリッジに対して前記駆動液タンクが着脱可能に構成されていることを特徴とする１乃至４の何れかに記載のマイクロチップ検査装置。
６．前記ポンプカートリッジは、前記駆動液タンクが前記液駆動用ポンプよりも高い位置に設けられるように構成されていることを特徴とする１乃至５の何れかに記載のマイクロチップ検査装置。
７．前記ポンプカートリッジは、前記駆動液タンクと前記液駆動用ポンプを繋ぐ流路の途中で前記駆動液タンクより低く、前記液駆動用ポンプより高い位置に、前記流路から送液される液を制御する電磁弁が設けられていることを特徴とする１乃至６の何れかに記載のマイクロチップ検査装置。
８．前記液駆動用ポンプは前記ポンプカートリッジ内に平置できることを特徴とする１乃至７の何れかに記載のマイクロチップ検査装置。
９．前記液駆動用ポンプと前記電磁弁を繋ぐ流路の途中で、前記電磁弁よりも低く前記液駆動用ポンプより高い位置に収縮可能な中間袋があることを特徴とする１乃至８の何れかに記載のマイクロチップ検査装置。
１０．前記中間袋に内在する液量を検知する袋液検知センサを有し、前記電磁弁は前記袋液検知センサの情報により前記中間袋に流入する液の量を制御することを特徴とする９に記載のマイクロチップ検査装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、装置本体に対してポンプカートリッジが着脱可能な構造となっているので、ポンプカートリッジ部を交換することによりマイクロポンプの交換や、駆動液の補充をユーザが容易に行え、かつ装置本体にダメージを与えることがない。また、交換作業中にマイクロポンプ内に気泡やゴミなどが侵入して、マイクロポンプが正確な送液を行うことができなくなったり、送液自体行うことができなくなってしまうことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限らない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００１２】
図１は本実施の形態に係るマイクロチップ検査装置を示す図である。
図１において、１は装置本体、２はポンプカートリッジであり、マイクロチップ３が装置本体１のマイクロチップ挿入口４から、矢印Ａの方向に着脱可能になっている。さらに、ポンプカートリッジ２は、装置本体の奥側上部に装着されるように構成され、装置本体１とポンプカートリッジ２は接続部Ｃ１によって液の漏洩がないように接続されている。また装置本体１は、装置の各部に電気を供給するための電源部Ｄ１を有しており、ポンプカートリッジ２は、ポンプカートリッジ２を装置本体１に装着した際に電源部と電気的に接続されるコネクタ部Ｃ３を介して電源部Ｄ１から電気が供給される。
【００１３】
また、マイクロチップ３内の検体と試薬との反応状態等を検出する光発光部４１と、光受光部４２等からなる光検出部を備えている。
（ポンプカートリッジ）
次にポンプカートリッジ２の詳細について説明する。
【００１４】
ポンプカートリッジ２には、駆動液を収容する駆動液タンク５と、駆動液タンク５を載せるタンク装着台６と、駆動液タンク５と接続して駆動液を後工程に送液するためのジョイント部７を有している。また、送液された液を制御する電磁弁８、送液された液を一旦貯蔵する伸縮可能な中間袋９、液内にある不純物を取り除くフィルター部１０、駆動液を送液する液駆動用ポンプ１１（マイクロポンプ１１という）、駆動液をマイクロチップ３に送液するための中間流路部材１２がある。さらに、マイクロポンプ１１を取り付けるベース基材１３と、コネクターＣ３から供給される電気をポンプカートリッジ２の各部に供給する中継基板１４を主な構成としている。交換を行うポンプカートリッジ２には、駆動液タンク５からマイクロポンプ１１を経由して中間流路部材１２に至るまで流路内に駆動液が予め満たされており、この状態で交換が行われる。このため、交換の際にマイクロポンプ１１内に気泡やゴミが侵入することがない。この結果、マイクロポンプ１１が正確な送液を行うことができなくなったり、送液自体行うことができなくなってしまうことがない。
【００１５】
本実施の形態では、駆動液タンク５をポンプカートリッジの上部に配置して、駆動液タンク５から送液される駆動液が、重力の作用により流れ出るようにしてある。そして、駆動液タンクを交換するときは、蓋Ｆを開いて矢印Ｂの方向に着脱することによって行うことができる。さらに駆動液タンク５は図１に示すように下向きに傾けて載置され、駆動液タンク５の液出口が最も低い位置になるようしている。
【００１６】
また、駆動液タンク５を着脱可能とするために、本実施の形態では駆動液タンク５側にメスジョイント、タンク装着台６側にオスジョイントを設けている。オス、メス一対のジョイントは、駆動液タンク５を装着した際は駆動液がチューブＴ１側に流れ、抜脱する際は駆動液が漏洩しない構成としたジョイントを使用している。また駆動液の粘性が１〜１０ｍＰａ・ｓ（環境温度２５℃のとき）の範囲のものであれば、駆動液タンク５側の液出口部にゴムなどの弾性部材を設け、タンク装着台６側に例えば注射針のような細い針を設けて、着脱可能なようにしてもよい。（参考特許文献特開２００５−１１１８７号公報）
電磁弁８は、駆動液タンク５とマイクロポンプ１１を繋ぐ流路の途中で駆動液タンク５より低く、マイクロポンプ１１より高い位置に配置されている。また、伸縮可能な中間袋９の近傍には、その液量を検知する液量検知センサＳ１が設けられ、中間袋９に駆動液が送液されると共に袋が膨らんでくる位置を検知する。電磁弁８は、液量検知センサＳ１のＯＮ／ＯＦＦ信号により、弁の開閉を行うことによりチューブＴ１から送液される駆動液の通過量をＯＮ／ＯＦＦ制御する。
【００１７】
また、中間袋９の液出口部の位置ｈ１と、マイクロチップ３の駆動液流入口部の位置ｈ２との差Δｈ＝（ｈ１−ｈ２）は静水圧と呼ばれ、中間袋９の取付位置を上下に移動することによりマイクロチップ３に流入する駆動液を制御している。
【００１８】
なお、駆動液タンク内の駆動液の残量を検知するために、タンク装着台６に液残量検知センサＳ２を設けている。液残量検知センサＳ２は、重さを信号情報として発信するロードセルなどが使われる。ロードセルからの信号情報は、装置本体が有する制御部に一旦入力されその信号によって、図示しないが装置本体の表示部に液残量を表示したり、あるいは警告ブザーを鳴らして、駆動液タンク内の駆動液の残量をユーザ（担当者）に知らせる。
【００１９】
次に、マイクロポンプ１１について説明する。
【００２０】
マイクロポンプ１１は、ポンプ室５２、ポンプ室５２の容積を変化させる圧電素子５１、ポンプ室５２の中間流路部材１２側に位置する第１絞り流路５３、ポンプ室５２のフィルタ部１０側に位置する第２絞り流路５４、等から構成され、ポンプカートリッジ内に平置されている。第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４は絞られた狭い流路となっており、また、第１絞り流路５３は第２絞り流路５４よりも長い流路となっている。
【００２１】
駆動液を順方向（中間量路部材１２に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を急激に減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第１絞り流路５３の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を緩やかに増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室５２内には第２絞り流路５４の方から支配的に駆動液が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液が順方向に送液されることになる。
【００２２】
一方、駆動液を逆方向（フィルタ部１０に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を緩やかに減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液は、第２絞り流路５４の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を急激に増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内には第１絞り流路５３の方から支配的に駆動液が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液が逆方向に送液されることになる。
【００２３】
このように、マイクロポンプ１１は、マイクロチップの溝加工を行うときと同じように、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセスや、レーザ光を利用して溝加工し、その溝部の基体の外側下面に圧電素子を設けている。このような構造のマイクロポンプが送り出す液量は、溝幅と溝に取り付けられている圧電素子の長さによって決まる。従って、圧電素子に与える電圧と駆動回数（周波数）を制御することにより、微量の液を極めて正確に送液することが可能である。また１個当たりのマイクロポンプの大きさは、前述したように、溝幅と圧電素子の長さによって決まるので、基材の寸法を大きくすることにより、１枚の基材上に複数のポンプを形成することができる。一般にこのようなマイクロポンプをディフューザタイプポンプと言うときがある。
【００２４】
図２は、本実施の形態のマイクロチップ診断装置の構成を上から見たブロック図であり、内容を解かり易くするために蓋などは省略してある。
【００２５】
マイクロチップ３は、試薬と試液の種類とその数により流路パターンがそれぞれ異なるが、駆動液を取り入れる開口部１２０は一定のピッチｐ１で設けられている。一方マイクロポンプ１１は、ピッチｐ２の間隔で複数個基材上に形成されている。この時、ピッチｐ２は必ずしもピッチｐ１と一致するとは限らない。そのため、中間流路部材１２を設けてピッチを合わせている。
【００２６】
中間流路部材１２とマイクロチップ３との接続部Ｃ１、及びマイクロポンプ１１と中間流路部材１２との接続部Ｃ２は、必要なシール性を確保して駆動液の漏出を防止するために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン樹脂などの柔軟性（弾性、形状追随性）をもつ樹脂によって密着面が形成されることが好ましい。このような柔軟性を有する密着面は、例えばマイクロチップの構成基材自体によるものであってもよく、また、接続部Ｃ１、Ｃ２における流路開口の周囲に貼着された柔軟性を有する別途の部材によるものであってもよい。
【００２７】
さらに、３１はマイクロチップ３をずれないように接続部Ｃ１に密着させるためのチップ押圧板であり、３２はチップ押圧板３１を昇降させるための押圧板駆動部である。またＧ１はマイクロチップ３を中間流路部材１２に対して精度良く位置決めする規制部材である。
【００２８】
同じく、中間流路部材１２が接続部Ｃ２でマイクロポンプ１１と密着させるために、中間流路部材１２を押し付ける部材押圧板３３、部材押圧板３３を昇降させるための部材押圧板駆動部３４を備えている。さらに、中間流路部材１２をマイクロポンプ１１に対して精度良く位置決めする規制部材Ｇ２を備えている。
【００２９】
マイクロポンプ１１に使用している圧電素子５１は、上述したように、素子に機械的な振動を与えるという構造上、寿命があるので、ポンプカートリッジを常に正常に駆動するために、その駆動時間を常に管理している。本実施のマイクロチップ検査装置では、装置が駆動している時間や、使用した日時などを記憶したり、記憶した情報を読み出すことが可能な記憶媒体を中継基板１４上に設けている。この記憶媒体の情報が、規定の時間に到達したとき図示しない表示部に警告表示を行う。
（まとめ）
以上説明したように、本発明のマイクロチップ診断装置は、装置本体１に対してポンプカートリッジ２が着脱可能な構造となっているので、ポンプカートリッジ部を交換することによりメンテナンス作業が容易に行うことができる。また、液駆動用タンクを交換するときにおいても、ユーザ（担当者）が特別な技術を有していなくとも作業が行えることができる。さらに、交換作業中にマイクロポンプ内に気泡やゴミなどが侵入して、マイクロポンプが正確な送液を行うことができなくなったり、送液自体行うことができなくなってしまうことがない。
【００３０】
交換したポンプカートリッジは、熟練した作業者、または専門業者に返送して再生することにより、資源のムダがないマイクロチップ診断装置が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施の形態に係るマイクロチップ検査装置を示す図である。
【図２】本実施の形態のマイクロチップ診断装置の構成を上から見たブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  装置本体
２  ポンプカートリッジ
３  マイクロチップ
４  マイクロチップ挿入口
５  駆動液タンク
６  タンク装着台
７  ジョイント部
８  電磁弁
９  中間袋
１０  フィルター部
１１  液駆動用ポンプ
１２  中間流路部材
１３  ベース基材
１４  中継基板
Ｃ１、Ｃ２  接続部
Ｃ３  コネクタ部
Ｄ１  電源部
【図１】
2008145320.tif 000003
【図２】
2008145320.tif 000004