(57)【要約】【課題】光熱変換分光分析装置にセットする際の位置決め精度を緩和しつつ測定精度を向上させることができるマイクロ化学システム用チップ部材を提供する。【解決手段】マイクロ化学システム用チップ部材１００は、両端が夫々Ｙ字形に分岐している幅０．２ｍｍのスリット６が形成された透明なガラス基板１と、ガラス基板１の接合面７に接合された透明なガラス基板２と、ガラス基板１の接合面８に接合された透明なガラス基板３とを備える。ガラス基板１は、スリット６の各分岐端に貫通孔５があけられており、ガラス基板２は、貫通孔５に対応する位置に溶液試料を注入排出する貫通孔４を４つ有する。貫通孔４を介して注入排出される溶液試料は分析用流路６’を流れる。ガラス基板２には、分析用流路６’の上方においてフェムト秒レーザ法によりレンズ１１が形成されている。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液試料が注入される分析用流路が一の表面に形成された第１の透明基板と、一の表面が前記第１の透明基板の一の表面に接合された第２の透明基板とを備え、前記分析用流路に注入された溶液試料に前記第２の透明基板を介して光熱変換分光分析用の励起光及び検出光が照射されるマイクロ化学システム用チップ部材において、
前記第２の透明基板は、前記励起光及び前記検出光を前記分析用流路内の溶液試料に集光するレンズを内部に備えることを特徴とするマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項２】
前記レンズはフェムト秒レーザ法により形成されたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項３】
溶液試料が注入される他の分析用流路が一の表面に形成された第３の透明基板と、一の表面が前記第３の透明基板の一の表面に接合されると共に、他の表面が前記第１の透明基板の他の表面に接合された第４の透明基板とをさらに備え、前記他の分析用流路に注入された溶液試料に前記第４の透明基板を介して光熱変換分光分析用の励起光及び検出光が照射され、前記第４の透明基板は、前記励起光及び前記検出光を前記他の分析用流路内の溶液試料に集光する他のレンズを内部に備えることを特徴とする請求項１又は２記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【請求項４】
前記他のレンズはフェムト秒レーザ法により形成されたことを特徴とする請求項３記載のマイクロ化学システム用チップ部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ化学システム用チップ部材に関し、特に、光熱変換分光分析用のマイクロ化学システムに用いられるマイクロ化学システム用チップ部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、反応の高速性や微小量での反応、オンサイト分析等の観点から注目されている化学反応の集積化技術の１つであるマイクロ化学システムは、マイクロ化学システム用チップ部材の内部に形成された微細な分析用流路の中で溶液試料の混合、反応、抽出、分離、検出等を行うことを目的としたものである。マイクロ化学システムで行う反応の例には、ジアゾ化反応、ニトロ化反応、抗原抗体反応があり、抽出や分離の例には、溶媒抽出、電気泳動分離、カラム分離等がある。上記マイクロ化学システム用チップ部材は、互いに接合された２枚のガラス基板で構成されると共に、一方のガラス基板の接合面に分析用流路が形成された流路付き板状部材から成り（例えば、特開平８−１７８８９７号公報）、このマイクロ化学システム用チップ部材は板状であるので、断面が円形又は角形のガラスキャピラリチューブに比べて破損しにくく、取扱いが容易である。
【０００３】
また、マイクロ化学システムにおいては、溶液試料の量が微小量であるので、高度な検出方法が必須であるが、分析用流路の溶液試料の光吸収により発生する熱レンズ効果を利用した光熱変換分光分析法が確立されることにより、実用化への道が開かれている。
【０００４】
上記光熱変換分光分析法は、溶液試料に光を集光照射したときに溶液試料中の溶質の光吸収に起因してその後放出される熱エネルギーにより溶液試料が局所的に温度上昇して屈折率が変化し、その結果熱レンズが形成されるという光熱変換効果を利用するものであり、上記光熱変換効果を利用して微小量の溶液試料の検出を行うマイクロ化学システムとしては、例えば特開平１０−２３２２１０号公報に記載されたものが提案されている。
【０００５】
このマイクロ化学システムにおいては、マイクロ化学システム用チップ部材は、顕微鏡の対物レンズの下方に配置され、励起光用光源から出力された所定波長の励起光は、顕微鏡に入射してこの顕微鏡の対物レンズによりマイクロ化学システム用チップ部材の分析用流路内の溶液試料に集光照射される。この集光照射された励起光は、溶液試料上の焦点位置で吸収されて、その集光照射位置を中心として熱レンズが形成される。
【０００６】
一方、検出光光源から出力された波長が励起光と異なる検出光は、顕微鏡に入射して顕微鏡の対物レンズを介して励起光により溶液試料に形成された熱レンズに集光照射され、溶液試料を透過して発散又は集光する。この溶液試料から発散又は集光して出射された光は信号光となり、その信号光は、集光レンズ及びフィルタ又はフィルタのみを経て光電変換器により電気信号とされ、この電気信号は検出器により検出される。この検出器により検出された信号光の強度は、溶液試料において形成された熱レンズに応じて変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロ化学システム用チップ部材の分析用流路内の溶液試料に励起光や検出光を集光するレンズ、例えば顕微鏡の対物レンズがマイクロ化学システム用チップ部材の外部に配されている場合は、対物レンズに対するマイクロ化学システム用チップ部材の位置決めを正確に行う必要があるので、マイクロ化学システム用チップ部材の位置決め装置等の構造が複雑になる。
【０００８】
また、上記レンズが、マイクロ化学システム用チップ部材の表面に貼付けられる場合は、チップ部材表面から分析用流路までの距離の統一のため、マイクロ化学システム用チップ部材の分析用流路の深さの精度が要求され、また、立体的な分析用流路には不向きである。また、レンズと分析用流路とが一定距離離れているので、測定精度を向上させるには、レンズのＮＡを大きくする必要があり、レンズも大径化する。
【０００９】
本発明の目的は、光熱変換分光分析装置にセットする際の位置決め精度を緩和しつつ測定精度を向上させることができるマイクロ化学システム用チップ部材を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のチップ部材は、溶液試料が注入される分析用流路が一の表面に形成された第１の透明基板と、一の表面が前記第１の透明基板の一の表面に接合された第２の透明基板とを備え、前記分析用流路に注入された溶液試料に前記第２の透明基板を介して光熱変換分光分析用の励起光及び検出光が照射されるマイクロ化学システム用チップ部材において、前記第２の透明基板は前記励起光及び前記検出光を前記分析用流路内の溶液試料に集光するレンズを内部に備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項１記載のチップ部材によれば、第２の透明基板が励起光及び検出光を分析用流路内の溶液試料に集光するレンズを内部に備えるので、光熱変換分光分析装置にセットする際の位置決め精度を緩和しつつ測定精度を向上させることができる。
【００１２】
請求項２記載のチップ部材は、請求項１記載のチップ部材において、前記レンズはフェムト秒レーザ法により形成されたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載のチップ部材によれば、レンズはフェムト秒レーザ法により形成されているので、レンズを確実に形成することができる。
【００１４】
請求項３記載のチップ部材は、請求項１又は２記載のチップ部材において、溶液試料が注入される他の分析用流路が一の表面に形成された第３の透明基板と、一の表面が前記第３の透明基板の一の表面に接合されると共に、他の表面が前記第１の透明基板の他の表面に接合された第４の透明基板とをさらに備え、前記他の分析用流路に注入された溶液試料に前記第４の透明基板を介して光熱変換分光分析用の励起光及び検出光が照射され、前記第４の透明基板は、前記励起光及び前記検出光を前記他の分析用流路内の溶液試料に集光する他のレンズを内部に備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載のチップ部材によれば、第４の透明基板が、励起光及び検出光を他の分析用流路内の溶液試料に集光する他のレンズを内部に備えるので、立体配置のマイクロ化学システムにおいて光熱変換分光分析装置にセットする際の位置決め精度を緩和することができる。
【００１６】
請求項４記載のチップ部材は、請求項３記載のチップ部材において、前記他のレンズはフェムト秒レーザ法により形成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載のチップ部材によれば、フェムト秒レーザ法により第４の透明基板の内部の他のレンズを形成するので、確実にレンズの形成を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップ部材を図面を参照して詳述する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップ部材の概略構成を示す図であり、（ａ）は、マイクロ化学システム用チップ部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、マイクロ化学システム用チップ部材の平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の線Ａ−Ａ’に関する断面図であり、（ｄ）は、（ｂ）の線Ｂ−Ｂ’に関する断面図である。
【００２０】
図１において、マイクロ化学システム用チップ部材１００は、両端が夫々Ｙ字形に分岐している幅０．２ｍｍのスリット６が形成された、例えば縦４４ｍｍ×横６６ｍｍ×厚さ０．２ｍｍのガラス基板１（第１の透明基板）と、ガラス基板１の接合面７に接合された、例えば縦４４ｍｍ×横６６ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの透明なガラス基板２（第２の透明基板）と、ガラス基板１の接合面８に接合された、例えば縦４４ｍｍ×横６６ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの透明なガラス基板３（第１の透明基板）とを備える。
【００２１】
ガラス基板１は、スリット６の各分岐端に貫通孔５があけられており、ガラス基板２は、貫通孔５に対応する位置に溶液試料を注入排出する貫通孔４を４つ有する（図１（ｄ））。ガラス基板１，２，３が互いに接合されることにより、ガラス基板１のスリット６は、マイクロ化学システム用チップ部材１００の分析用流路６’を構成し、貫通孔５は、マイクロ化学システム用チップ部材１００のバッファ部５’を構成する。これにより、貫通孔４を介して注入排出される溶液試料は分析用流路６’を流れる。分析用流路６’は、本実施の形態では幅及び深さが０．２ｍｍであるが、その他の寸法であってもよい。
【００２２】
図２は、図１（ｃ）の拡大模式図である。
【００２３】
図２において、ガラス基板２内部には、分析用流路６’の上方において後述する図３のフェムト秒レーザ法によりレンズ１１が形成されている。
【００２４】
図２のマイクロ化学システム用チップ部材１００は、不図示の光熱変換分光分析装置にセットされ、光熱変換分光分析により微小量の試料の検出を行うことができるよう光ファイバ５０にコリメータ等により平行光とした励起光及び検出光が分析用流路６’に向けて照射される。分析用流路６’に照射された励起光及び検出光はレンズ１１によって分析用流路６’に集光され、分析用流路６’を透過した光は、ガラス基板３の下方に配設された検出器５１で検出される。
【００２５】
図１のガラス基板１，２，３の材料がガラスである理由は、ガラスが耐久性、対薬品性の観点から優れているからであり、このガラス材料には、細胞等の生体試料、例えばＤＮＡ分析用としての用途を考慮すると、耐酸性、耐アルカリ性の高いガラス、具体的には、硼珪酸ガラス、ソーダライムガラス、アルミノ硼珪酸ガラス、石英ガラス等が好ましい。特に、ガラス基板２は、後述するフェムト秒レーザ法によるレンズ形成の観点からガラスであるのが好ましいが、ガラス基板１，３の材料は、ガラスに限定されるわけでなく、透明な合成樹脂であってもよい。この場合、基板１，２．３の接合には、透明な接着剤が用いられる。このような合成樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂が好ましいが、この他、塩化ビニール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエチレン樹脂又はポリエチレンテレフタレート樹脂等が用いられるが、検出光の吸収を抑えるためにできるだけ厚さが薄い方が望ましい。ガラス基板２に対する合成樹脂製の基板１の接着性を考慮すると、合成樹脂は、ガラスとの接着性のよいＰＤＳＭ（ポリジメチルシロキサン）等から成るのがよい。
【００２６】
また、ガラス基板１，３は同一のガラス材料又は合成樹脂材料で一体的に形成されてもよい。この場合、分析用流路６’は溝状に形成される。
【００２７】
図３は、図１におけるガラス基板２内部にレンズ１１を形成するフェムト秒レーザ法の説明図であり、（ａ）は、ガラス基板２の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の線Ｃ−Ｃ’に関する断面図であり、（ｃ）は、レンズ１１の屈折率分布を示すグラフである。
【００２８】
フェムト秒レーザ法とは、フェムト秒レーザを用いてガラス基板内部にレンズを形成する方法であり、主に２つの方法がある。以下、ガラス基板２にレンズ１１を形成する場合を例として説明する。
【００２９】
１つは、フェムト秒レーザを対物レンズを介してガラス基板２内部に集光し、同心の輪帯状の形状にスキャン加工する方法である。この方法では、レンズ径はいくらでも大きくでき、屈折率変化Δｎは、０．００１〜０．００８程度、開口数ＮＡは０．１〜０．５程度とすることができる。
【００３０】
図３において、フェムト秒レーザ法によってガラス基板２内部に形成されるレンズ１１は、数μｍ周期で屈折率が変化する位相変調素子であり、その位相変調量ψは、焦点距離をｆ、レンズ１１の中心からの距離をｒで表して
ψ（ｒ）＝−πｒ２／λｆ
で与えられる。これにより、レンズ１１は、位相２πの整数倍に相当する部分を取り除き、残りの位相をさらに量子化した屈折率変化が波形（図３（ｃ））、上からみると、同心に形成されるＮ個の輪帯状（図３（ａ））の形状となる。量子化数ｍが大きいほど、屈折レンズの位相分布に近くなる。
【００３１】
このような屈折率変化は、フェムト秒レーザをガラス基板１に照射することにより生じる。具体的には、パルス幅がフェムト秒（１０−１５）オーダーの非常に短く、１パルスのエネルギーは大きくないがピークエネルギーがテラワット以上と非常に強いエネルギーとなるフェムト秒レーザを対物レンズを介してガラス内部に焦点を結ばせると、その焦点付近で多光子吸収が起き、その位置でのみ屈折率が０．０１〜０．００８程度上昇することを利用するものである。従って、ガラス基板１の材料としてはフェムト秒レーザ法によるレンズ形成の観点からガラスが望ましい。
【００３２】
図３のフェムト秒レーザ法によれば、ガラス基板２内部にレンズ１１を確実に形成することができる。また、レンズ１１がガラス基板２の内部に形成されるので、光熱変換分光分析装置にセットする際のマイクロ化学システム用チップ部材１００の位置決め精度を緩和することができる。加えて、ガラス基板２内部において分析用流路６’の直上にレンズ１１が形成されるので、開口数ＮＡを大きくして光熱変換分光分析の感度を上げることができ、且つ、レンズ１１の大きさを小さくして非点収差の低減できる結果、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
図４は、本発明の他の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップ部材の概略構成を示す断面図である。
【００３４】
図４において、本発明の他の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップ部材は、互いに接合されたマイクロ化学システム用チップ部材１００ａ，１００ｂから成る。マイクロ化学システム用チップ部材１００ａ，１００ｂは、各構成要素が基本的に図１のマイクロ化学システム用チップ部材１００と同じであり、マイクロ化学システム用チップ部材１００の各構成要素の参照番号にマイクロ化学システム用チップ部材１００ａでは添字ａを付し、マイクロ化学システム用チップ部材１００ｂでは添字ｂを付して重複説明を省略し、異なる点を以下に説明する。
【００３５】
まず、ガラス基板１ａは、スリット６ａを有し、ガラス基板２ａは、スリット６ａの直上において図３のフェムト秒レーザ法により形成されたレンズ１１ａを有する。また、ガラス基板１ｂは、スリット６ｂを有し、ガラス基板２ｂは、スリット６ｂの直上において図３のフェムト秒レーザ法により形成されたレンズ１１ｂを有する。
【００３６】
図４のマイクロ化学システム用チップ部材１００ａ，１００ｂは、不図示の光熱変換分光分析装置にセットされ、光ファイバ５０からコリメータ等により平行光とした励起光及び検出光が分析用流路６ａ’，６ｂに向けて照射される。分析用流路６ａ’に照射された励起光及び検出光はレンズ１１ａによって分析用流路６ａ’に集光されて、分析用流路６ａ’を透過した光は、ガラス基板３の下方に配設された検出器５１で検出され、また、分析用流路６ｂ’に照射された励起光及び検出光はレンズ１１ｂによって分析用流路６ｂ’に集光されて、分析用流路６ｂ’を透過した光は、ガラス基板３の下方に配設された検出器５１で検出される。
【００３７】
本発明の他の実施の形態によれば、上記実施の形態に係る効果を奏するのに加えて、内部にレンズが形成された複数のマイクロ化学システム用チップ部材が立体的に配列されている場合に、光熱変換分光分析装置にセットする際のマイクロ化学システム用チップ部材１００ａ，１００ｂの位置決め精度を緩和することができる。
【００３８】
上記実施の形態では、マイクロ化学システム用チップ部材１００を用いて光熱変換分光分析のみを行っているが、これに限定されるわけでなく、溶液試料の混合、反応、分離、抽出、検出等を行うマイクロ化学システム用チップ部材１００と組み合わせたマイクロ化学システムとしてもよい。
【００３９】
また、上記実施の形態では、光熱変換分光分析を行うための励起光及び検出光は光ファイバ５０から照射されているが、これに限定されるわけでなく、マイクロ化学システム用チップ部材１００の表面に端部が４５度にカットされた光導波路を設置し、光導波路中を進んできた励起光及び検出光を端部で反射することによりレンズ１１に導くようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１記載のチップ部材によれば、第２の透明基板が励起光及び検出光を分析用流路内の溶液試料に集光するレンズを内部に備えるので、光熱変換分光分析装置にセットする際の位置決め精度を緩和しつつ測定精度を向上させることができる。
【００４１】
請求項２記載のチップ部材によれば、レンズはフェムト秒レーザ法により形成されているので、レンズを確実に形成することができる。
【００４２】
請求項３記載のチップ部材によれば、第４の透明基板が、励起光及び検出光を他の分析用流路内の溶液試料に集光する他のレンズを内部に備えるので、立体配置のマイクロ化学システムにおいて光熱変換分光分析装置にセットする際の位置決め精度を緩和することができる。
【００４３】
請求項４記載のチップ部材によれば、フェムト秒レーザ法により第４の透明基板の内部の他のレンズを形成するので、確実にレンズの形成を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップ部材の概略構成を示す図であり、（ａ）は、マイクロ化学システム用チップ部材の分解斜視図であり、（ｂ）は、マイクロ化学システム用チップ部材の平面図であり、（ｃ）は、（ｂ）の線Ａ−Ａ’に関する断面図であり、（ｄ）は、（ｂ）の線Ｂ−Ｂ’に関する断面図である。
【図２】図２は、図１（ｃ）の拡大模式図である。
【図３】図１におけるガラス基板２内部にレンズ１１を形成するフェムト秒レーザ法の説明図であり、（ａ）は、ガラス基板２の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の線Ｃ−Ｃ’に関する断面図であり、（ｃ）は、レンズ１１の屈折率分布を示すグラフである。
【図４】本発明の他の実施の形態に係るマイクロ化学システム用チップ部材の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１００，１００ａ，１００ｂ　マイクロ化学システム用チップ部材
１〜３，１ａ〜３ａ，１ｂ〜３ｂ　ガラス基板
４，５　貫通孔
５’　バッファ部
６，６ａ，６ｂ　スリット
６’　分析用流路
７，８　接合面
５０　光ファイバ
５１　検出器
【図１】
2004037186.tif 000003
【図２】
2004037186.tif 000004
【図３】
2004037186.tif 000005
【図４】
2004037186.tif 000006