(57)【要約】  本発明は、バイオ微小電気機械システム（ｂｉｏ−ＭＥＭＳ）分野において、三色光源を用いてバイオチップまたはストリップチップからより正確な光学的検出結果を取得することができるリーダに関し、挿入された分析対象チップを読み取るリーダにおいて、三色発光素子からなる発光手段と、該発光手段から発生した光が前記分析対象チップを介して反射、屈折、または透過して伝達される光を受信して電気的信号に変換する受光手段と、前記分析対象チップが装着されると、前記発光手段をスイッチング方式で制御して駆動させ、前記受光手段によって変換された電気的信号を受信して分析する分析手段と、該分析手段によって実行されるプログラムを格納し、当該分析手段によって分析された分析結果を一時的に格納する格納手段と、前記分析手段によって分析された結果を表示する表示手段と、を備える。
2010511890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
挿入された分析対象チップを読み取るリーダにおいて、
三色発光素子からなる発光手段と、
該発光手段から発生した光が前記分析対象チップを介して反射、屈折、または透過して伝達される光を受信して電気的信号に変換する受光手段と、
前記分析対象チップが装着されると、前記発光手段をスイッチング方式で制御して駆動させ、前記受光手段によって変換された電気的信号を受信して分析する分析手段と、
該分析手段によって実行されるプログラムを格納し、当該分析手段によって分析された分析結果を一時的に格納する格納手段と、
前記分析手段によって分析された結果を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするリーダ。
【請求項２】
前記分析手段によって分析された結果を遠隔地端末に送信できるように設けられた通信手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のリーダ。
【請求項３】
前記発光手段が、赤色ダイオード、緑色ダイオード、及び青色ダイオードの組み合わせからなり、
前記分析手段が、前記発光手段の各ダイオードをスイッチング方式で不連続に制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のリーダ。
【請求項４】
前記発光手段が、検出部と制御部との間に発光量の補正のための光源部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のリーダ。
【請求項５】
前記通信手段が、前記分析手段に接続されたＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）チップを備えることを特徴とする請求項３に記載のリーダ。
【請求項６】
前記分析手段が、分析結果を前記ＲＦＩＤチップに記録することを特徴とする請求項４に記載のリーダ。
【請求項７】
前記通信手段が、前記分析手段と連動して分析結果を移動通信網を介して遠隔地端末に送信するための移動通信モデムを備えることを特徴とする請求項３に記載のリーダ。
【請求項８】
挿入された分析対象チップを読み取るリーダにおいて、
三色発光素子からなる発光手段と、
該発光手段から発生した光が前記分析対象チップを介して反射、屈折、または透過して伝達される光を受信して電気的信号に変換する受光手段と、
前記分析対象チップが装着されると、前記発光手段をスイッチング方式で制御して駆動させ、前記受光手段によって変換された電気的信号を受信して分析する分析手段と、
該分析手段によって実行されるプログラムを格納し、当該分析手段によって分析された分析結果を一時的に格納する格納手段と、
前記分析手段によって分析された結果を表示する表示手段と、
前記分析手段によって分析された結果を遠隔地端末に送信できるように設けられた通信手段と、
前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記発光手段から発生した光による干渉を防止するための側壁と、
を備えることを特徴とするリーダ。
【請求項９】
前記発光手段が、赤色ダイオード、緑色ダイオード、及び青色ダイオードの組み合わせからなり、
前記分析手段が、前記発光手段の各ダイオードをスイッチング方式で不連続に制御する
ことを特徴とする請求項８に記載のリーダ。
【請求項１０】
前記通信手段が、前記分析手段に接続されたＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）チップを備えることを特徴とする請求項９に記載のリーダ。
【請求項１１】
前記分析手段が、分析結果を前記ＲＦＩＤチップに記録することを特徴とする請求項１０に記載のリーダ。
【請求項１２】
前記通信手段が、前記分析手段と連動して分析結果を移動通信網を介して遠隔地端末に送信するための移動通信モデムを備えることを特徴とする請求項９に記載のリーダ。
【請求項１３】
前記分析対象チップ内での効率的な分析のために微小流体を移動、停止及び混合するための流体制御モジュールをさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のリーダ。
【請求項１４】
前記流体制御モジュールが、
流体を貯留する貯留タンクと、
流体を移送するポンプと、
流体の移送を制御する弁と、
流体制御用混合器と
を備えることを特徴とする請求項１３に記載のリーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオチップリーダに関し、より詳細には、バイオ微小電気機械システム（ｂｉｏ−ＭＥＭＳ）分野において、バイオチップまたはストリップチップから得られた光学的検出結果を判定し、この判定結果を送受信することができるバイオチップリーダに関する。
【０００２】
本発明は、情報通信部及び情報通信研究振興院のＩＴ新成長動力核心技術開発事業の一環として行われてきた研究から導き出されたものである［課題管理番号：２００６−Ｓ−００７−０１、課題名：ユビキタス健康管理用モジュール及びシステム開発（Ｕｂｉｑｕｉｔｏｕｓ  Ｈｅａｌｔｈ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｍｏｄｕｌｅ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ）］。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、ストリップチップには、女性の妊娠または排卵を診断するためのストリップチップがある。このストリップチップは、ユーザが妊娠または排卵の有無を肉眼で確認できるようにその結果を表示する。このストリップチップは、別途の補助装置なしに、ユーザが簡単に使用することができる。しかし、このようなストリップチップは、ニトロセルロースのような多孔性シートを用いるストリップチップの特性から、検出結果として現れる色パターンを目視で判定しにくい検出範囲があり、判定精度が低下し得るという不都合がある。また、このストリップチップは、検査結果を活用できるようにするパターンの格納方法が全くないため、活用には限界がある。
【０００４】
別の例として、可視光線などの光が透過可能なストリップチップを用いて分析された光学的パターンの結果を読み取るリーダがある。
【０００５】
光が透過可能なストリップシートを備えるストリップチップ、検出区域内に検出可能な物質を直接または間接的に検出できる透過型光検出方式のリーダ、及び当該リーダと共に用いられる分析装置について開示する多くの文献が存在する。これによれば、従来のようなパターンの目視判定に比べて正確な検査が可能となる。しかし、これは、弱いパターンを読むとき、光の屈折により精度が低下し得る。また、リーダは、単に、はい／いいえといった方式の分析に用いられる。リーダは、この分析を格納し、または伝送するための別の装置を必要とする。
【０００６】
最近、いつでもどこでも一般人の健康状態を検査し、かつ、モニタすることができる新しい概念の診断及びリーダの開発が切実に求められており、従来技術の限界を克服できる進歩した方法が求められている。
【０００７】
このため、発光素子、受光素子、及びマイクロプロセッサを用いたリーダが提案されてきた。
【０００８】
このような従来のリーダは、発光素子として単一の白色光源を用いている。このように単一の白色光源を用いた場合、信号対雑音比が高いため、マイクロプロセッサで検出信号の分析判定を行う際、判定閾値付近で判定精度が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上記のような従来技術の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、バイオ微小電気機械システム（ｂｉｏ−ＭＥＭＳ）分野において、三色光源を用いてバイオチップまたはストリップチップからより正確な光学的検出結果を取得することができるリーダを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の別の目的は、いつでもどこでも読取結果を遠隔地に送信し、情報を受信することができるバイオチップリーダを提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明により理解することができ、本発明の実施形態を参照ることにより明確になるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示す手段及びその組み合わせにより実現可能であることが容易に分かるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明に係るリーダは、挿入された分析対象チップを読み取るリーダにおいて、三色発光素子からなる発光手段と、該発光手段から発生した光が前記分析対象チップを介して反射、屈折、または透過して伝達される光を受信して電気的信号に変換する受光手段と、前記分析対象チップが装着されると、前記発光手段をスイッチング方式で制御して駆動させ、前記受光手段によって変換された電気的信号を受信して分析する分析手段と、該分析手段によって実行されるプログラムを格納し、当該分析手段によって分析された分析結果を一時的に格納する格納手段と、前記分析手段によって分析された結果を表示する表示手段と、を備える。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明に係るリーダは、挿入された分析対象チップを読み取るリーダにおいて、三色発光素子からなる発光手段と、該発光手段から発生した光が前記分析対象チップを介して反射、屈折、または透過して伝達される光を受信して電気的信号に変換する受光手段と、前記分析対象チップが装着されると、前記発光手段をスイッチング方式で制御して駆動させ、前記受光手段によって変換された電気的信号を受信して分析する分析手段と、該分析手段によって実行されるプログラムを格納し、当該分析手段によって分析された分析結果を一時的に格納する格納手段と、前記分析手段によって分析された結果を表示する表示手段と、前記分析手段によって分析された結果を遠隔地端末に送信できるように設けられた通信手段と、前記発光手段と前記受光手段との間に設けられ、前記発光手段から発生した光による干渉を防止するための側壁と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、三色光源を用いて反射する色及び光の強度の分析により、従来のリーダより精度よく読み取ることができる。また、本発明は、ＲＦＩＤチップと無線通信モジュールとを結合し、いつでもどこでも分析した結果を格納して所望する場所にリアルタイムで送信することが可能である。本発明に係るリーダは、救急処置室、個人病院事務室、救急車及び家庭などで、専門家や一般人による広範囲な使用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るリーダのブロック構成図である。
【図２】本発明に係るリーダの構造を説明するための部分詳細構成図である。
【図３】本発明に係る発光部及び受光部の詳細構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述した目的、特徴及び長所は、添付した図面に関する以下の詳細な説明によりさらに明確になるはずであり、それにより、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。また、本発明の説明において、本発明に係る公知技術に関する具体的な説明が本発明の要旨をわかりにくくする可能性があると判断された場合、その詳細な説明を省略する。以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本発明は、バイオチップまたはストリップチップにより検出された分析結果を従来の目視判定または透過特性を利用した判定において発生していた不正確性を改善し、また、いつでもどこでも判定結果を病院または個人の主治医の端末に送信できるように構成したことをその特徴とする。これにより、本発明は、検出されたバイオチップの光学的情報の定性または定量的分析を迅速かつ正確に行い、ユーザが簡単に読取結果を確認することができる。また、本発明は、無線通信モジュールと結合し、個人の医療情報を特定の病院または主治医の端末に送信することにより、きたるべきユビキタス社会環境において自分の健康管理を容易に行うことができる。バイオチップの対象生体物質としては、癌関連バイオマーカーや、妊娠または排卵関連ホルモン、個人の健康状態を示す血液などの体液、鳥インフルエンザのような病原菌ウイルスまたは中毒性薬物などを挙げることができる。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係るバイオチップリーダの機能ブロック構成図であり、図２は、本発明に係るリーダの構造を説明するための部分詳細構成図である。
【００１９】
本発明に係るバイオチップリーダは、図１に示すように、三色光源からなる発光部１０１と、該発光部から発生した光がバイオチップを介して反射、屈折、または透過して伝達される光を受信する受光部１０２と、該受光部１０２によって受信された電気的信号を増幅する増幅器１０３と、該増幅器１０３によって増幅された信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１０４と、該ＡＤＣ１０４から入力されたデジタル信号を分析するマイクロ制御ユニット（ＭＣＵ：Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０５と、該ＭＣＵ１０５によって実行されるプログラムを格納し、ＭＣＵ１０５によって読み取られたデータを一時的に格納するメモリ１０６と、ＭＣＵ１０５によって分析された情報を表示する表示部（ＬＣＤ）１０７とを備える。
【００２０】
また、本発明に係るリーダは、ＭＣＵ１０５による読取結果を遠隔地に送信するための通信モジュール１０８と、バイオチップ内での効率的な分析のために微小流体を移動、停止及び混合できるように構成された流体制御モジュールとを備え、発光部１０１と受光部１０２との間に設けられ、光の判定を効率的に行うための側壁２０２を備えることができる。
【００２１】
図３に示すように、本発明に係るバイオチップリーダにおいて、発光部１０１は、赤色３０１、緑色３０２、青色３０３の３色発光ダイオード（ＬＥＤ）をそれぞれ組み合わせてなる。
【００２２】
一般的に、単一の白色光源を用いる場合は、信号対雑音比が高いため、受光部によって受信されてからＭＣＵで分析されるまでの過程において、判定閾値付近で判定精度が低下するという問題があった。この問題を克服するために、本発明では、三色光源３０１ないし３０３を組み合わせた形で発光部１０１を構成する。これにより、本発明は、信号対雑音比を大幅に減らすことができ、また、各波長に合わせた受光ダイオードまたはトランジスタを用いる場合、波長及び明るさ分析を同時に行うことができるため、精度が向上し、バイオチップ２０１の分析結果をさらに再現性よく読み出すことができる。この発光部１０１の３色光源素子（ＬＥＤ）は、スイッチング方式で不連続に制御可能である。
【００２３】
受光部１０２は、シリコンフォトダイオードまたはフォトトライオード（ｐｈｏｔｏｔｒｉｏｄｅ）などのような従来のシリコンセンサの構成要素が使用可能である。センサをアレイで構成することにより、感度及びバイオチップの装着の容易性を確保することもできる。
【００２４】
一方、発光部１０１と受光部１０２との間には、発光部１０１から発光した光が受光部１０２に直に伝達されるのを防止し、光の検出精度を向上させるために側壁２０２が設けられる。
【００２５】
また、本発明に係るリーダは、バイオチップ内での効率的な分析のために微小流体を移動、停止及び混合できるように流体制御モジュールが備えられる。すなわち、本発明に係るリーダは、生体試料の分析を容易にできるようにするために、関連する溶液（バッファ、体液、血液など）の移動、停止及び混合が可能な流路を設けた流体制御モジュールが備えられる。前記流体制御モジュールは、流体を貯留する貯留タンク２０３と、流体を移送するポンプ２０４と、流体の移送を制御する弁２０５と、流体制御用混合器２０６とを備えることができる。流体を移動、停止及び混合するための駆動は、静電モータ、圧電ポンプ、油圧または空圧、超音波など、従来の多様な駆動方式を用いることができる。
【００２６】
一方、ストリップチップまたはバイオチップ２０１がリーダに装着される過程について説明すると、次のとおりである。
【００２７】
ストリップチップまたはバイオチップ２０１は、リーダに設けられた弾性体（バネ）を備えるレバーを用いて挿入され、指定された位置に達すると、レバーに形成された溝に嵌め込まれる。このとき、バイオチップの上部には、リーダに装着されているバネに結合されたチップ固定用構造物が設けられているため、このチップ固定用構造物により、分析時においてバイオチップが外部の衝撃や振動にかかわらず測定可能になる。
【００２８】
また、バイオチップの着脱を容易にするために、さらに可傾バネに結合された着脱用レバーが設けられている。また、リーダの上部ケースと下部ケースとをクリップ状の付加的な構造物を用いて強制的に締結するか、リーダの上部ケース及び下部ケースのいずれか１つに凸状の溝を設け、残りの１つには凹状の溝を設けて嵌め込む方法によって結合可能である。このように、上部ケースと下部ケースとを結合する場合は、微細な隙間が生じないように、接触面に弾性を有するポリマー層を追加することもできる。
【００２９】
前述のようなリーダとバイオチップとの着脱可能な構造は、一例に過ぎず、これは、当業者が必要に応じて容易に具現可能なものであって、これに関する説明は、本発明の詳細な説明では省略するものとする。
【００３０】
一方、本発明に係るリーダは、通信モジュールとして、移動通信網との無線通信が可能な移動通信モデムを備えることができる。この場合、ＭＣＵ１０５は、読取結果を特定のデータフォーマットに構成して移動通信モデムに伝達し、移動通信モデムは、読取結果をユーザの選択した遠隔地の端末に無線データ通信を介して伝達する。
【００３１】
一方、本発明に係るリーダは、通信モジュールとして、ＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）チップを備えることができる。この場合、ＭＣＵ１０５は、読取結果をＲＦＩＤチップに記録する。また、ユーザは、読取結果を遠隔地に送信しようとする場合、ＲＦＩＤリーダが装着された有無線端末を用いてＲＦＩＤチップから読取結果を読み出して遠隔地端末に送信する。
【００３２】
このような構造を有する本発明に係るリーダの動作について説明する。
【００３３】
バイオチップ２０１がリーダに挿入されると、スイッチがオンになり、ＭＣＵ１０５にバイオチップ挿入信号が入力される。ＭＣＵ１０５は、バイオチップ挿入信号が入力されると、バイオチップ２０１がリーダに挿入されたと判断し、３色発光ダイオードからなる発光部１０１を駆動させるための電源を印加する。このとき、ＭＣＵ１０５は、３色発光ダイオードをスイッチング方式で不連続に電源を印加する。
【００３４】
すると、発光部１０１から光が出力され、この出力された光は、バイオチップを介して反射、屈折、または透過して受光部１０２に受信され、受光部１０２は、受信した光信号を電気的信号に変換する。受光部１０２によって変換された電気的信号は、増幅器１０３によって増幅され、増幅された信号は、ＡＤＣ１０４によってデジタル信号に変換されてＭＣＵ１０５に伝達される。ＭＣＵ１０５は、入力されたデジタル信号を分析し、その結果は、ＬＣＤ１０７に表示される。
【００３５】
また、ＭＣＵ１０５は、読取結果をＲＦＩＤチップに記録し、移動通信モデムを介して遠隔地端末に送信できるようにする。
【００３６】
以上のとおり説明した本発明は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であるため、上述した実施形態及び添付した図面に限定されない。
【図１】
2010511890.tif 000003
【図２】
2010511890.tif 000004
【図３】
2010511890.tif 000005
【国際調査報告】
2010511890.tif 000006
2010511890.tif 000007