(57)【要約】【課題】  容易に精度良く製造できるマイクロ分析システムを用い、小型化および高集積化を阻害することなく、流体のデータを高精度に測定可能にする。【解決手段】  平板状の機能モジュール１０１に参照流路１０２と検査流路１０３が形成され、両者の境界は半透過膜１０７によって仕切られている。参照流路１０２に向けて検出光１０６を照射する発光ユニット１０４と、それを受光する検出ユニット１０５が対向している。検査流路１０３に被検査物が流されると、その一部は半透過膜１０７を通って参照流路１０２に進入する。それによって、参照流路１０２内に不均一な濃度分布が生じ、屈折率が不均一になる。その屈折率分布に応じて検出光１０６は屈曲する。検出光１０６の屈曲状態を求めると、参照流路１０２中の被検査物の濃度分布から検査流路１０３内の被検査物の濃度が測定できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出対象を含む流体を流すための検査流路と、
前記検査流路に沿って延び、相互作用膜を介して前記検査流路に隣接する参照流路と、
前記参照流路中に検出光を照射するための発光ユニットと、
前記検出光を受光するための検出ユニットとを有し、
前記相互作用膜は、前記検査流路と前記参照流路の間の相互作用を生じさせることができ、
前記検出ユニットにおいて検出された、前記検出光の光路の、前記相互作用の影響による偏向状態に基づいて、前記検査流路内の前記被検出対象の状態を検知することを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記相互作用膜は半透過膜であり、前記相互作用は前記検査流路内の流体の前記参照流路への進入であり、前記検出ユニットは前記検査流路内の前記流体の濃度を測定する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
前記相互作用膜は熱伝導膜であり、前記相互作用は前記検査流路から前記参照流路への熱の伝達であり、前記検出ユニットは前記検査流路内の温度変化を測定する、請求項１に記載の検出装置。
【請求項４】
前記検査流路は、互いに異なる物質が導入される複数の導入路を有している、請求項３に記載の検出装置。
【請求項５】
前記検出ユニットは、前記検査流路と前記参照流路が並ぶ方向と実質的に同じ方向に並ぶ複数の光検出器を有し、前記複数の光検出器の差動出力によって前記検出光の光路の偏向状態を求める、請求項１〜４のいずれか１項に記載の検出装置。
【請求項６】
検査流路と、前記検査流路に沿って延び、相互作用膜を介して前記検査流路に隣接している参照流路とを有する検出装置を用い、
前記検査流路に被検査物である流体を導入する工程と、
前記検査流路から前記相互作用膜を介して相互作用を生じさせられた前記参照流路中に検出光を照射する工程と、
前記検出光を検出し、前記検出光の光路の、前記相互作用の影響による偏向状態を得る工程と、
前記偏向状態に基づいて前記検査流路内の前記被検査物の状態を検知する工程とを含むことを特徴とする検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ分析システム（μ−ＴＡＳ：Micro-Total Analysis System）を用いて、その流路内を流れる物質の濃度や、微小な圧力分布または温度分布や、生体および遺伝子情報等を読み取る検出装置および検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検査物である流体を検査流路に流し、その流体の様々なデータを測定する検出装置が多数開発されており、例えば、流体中の物質濃度や温度を検出するための電気的な検出装置や、流体の濃度を測定するための光学的な検出装置などがある。光学的な検出装置の例としては、発光源から被検査物である流体中に検出光を照射して透過させ、その際の光吸収量を求め、それに基づいて濃度を測定する濃度検出装置が知られている。また、他の光学的な検出装置としては、レンズ効果による集光や発散の程度によって流体の物質濃度と温度を測定する装置が知られている（例えば特許文献１および２参照）。このような方法では、一般的には長さが１０ｃｍ程度で太さが５ｍｍ程度の流路に、ビーム径が１ｍｍ程度のレーザ光を透過させ、その焦点位置を検出することによって、円管の断面動径方向の屈折率分布を求め、それに基づいて被検査物である流体の濃度を測定している。光ビームの焦点位置の検出のために、フォトダイオード（ＰＤ）や、一般にビームアナライザと呼ばれる計測機器等を用いてビーム径や光強度を求め、ビーム径の収束位置や最大光強度の位置を検出している。
【０００３】
特許文献１に開示されている濃度測定方法は以下の通りである。すなわち、管状体の外壁に固定されている触媒が被検査物である流体内の物質（基質）の反応を触媒し、発熱または吸熱作用を示す。一方、管状体の内部の流体（媒体）は管状体の壁部から加熱または冷却されて膨張または収縮し、環状体内で中心部から外壁側に向けて不均一な密度分布が生じ、それに伴って不均一な屈折率分布が生じる。そこで、媒体に検出光を入射すると、不均一な屈折率分布に対応して屈折して、ある位置にて集束する。従って、この検出光の集束位置から屈折率分布が求められ、それによって媒体の加熱または冷却の状態が判る。これは触媒と基質の反応の程度を示しているので、これに基づいて基質の濃度を知ることができる。
【０００４】
また、特許文献２に開示されている濃度測定方法は以下の通りである。外枠体内に導入された被検査物である流体中の物質（基質）が、管状体を構成する多孔質体内を通過して、管状体内の流体（媒体）中に溶解して拡散する。この時、管状体の中心方向に向かって、溶解する基質の濃度に差が生じ、それに伴って不均一な屈折率分布が生じる。そこで、管状体の一端から検出光を入射すると、管状体の中心に向かって集束するか、管状体の中心から外側へ広がる。従って、この検出光を受光してビーム径やエネルギー密度や集束点の変化を検知すると、屈折率分布が求められ、それによって多孔質体を通過して溶解した基質の濃度分布が判る。それに基づいて外枠体内の流体内の基質の濃度を知ることができる。
【特許文献１】特許第２７４７９３３号明細書
【特許文献２】特許第２６９１３７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、様々な検査や測定をごく小規模に行って、被検査物の量を低減したりコストを削減したり操作を簡単にするための、いわゆるマイクロ分析システム（μ−ＴＡＳ）が開発されている。マイクロ分析システムは、数ｍｍ〜数ｃｍ程度の大きさのチップにＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術等を用いて微細な流路を形成し、その流路内において様々な検査や測定を行うシステムである。
【０００６】
前記した従来例では、通常、長さが１０ｃｍ程度で太さが５ｍｍ程度の流路を用いて流体の物質濃度等の測定を行っているが、この方法を、微細なマイクロ分析システムにて行うことは困難である。すなわち、測定精度や応答速度が不十分になるおそれがあり、また逆に言うと、検出装置が複雑な構成を必要とするためにマイクロ分析システムの特徴である高集積化を阻害することになるおそれがある。
【０００７】
具体的には、例えば、マイクロ分析システムを用いて電気的な測定を行う場合には、電気ノイズの影響を受けやすく、また、測定精度が低くなる。一方、マイクロ分析システムを用いて光学的に吸光度の測定を行う場合には、高い濃度を検出すると、信号となる光の光量が吸収によって非常に小さくなり、Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が悪くなる。これを回避するために、被検査物である流体を希釈して測定すると、信号自体が小さくなってしまい、吸収量が微小な場合には、減少する光量をＳ／Ｎ比良く測定することが困難となるというジレンマがある。また、光学的に焦点を検出する方法に関しては、ビームアナライザは数十ｃｍサイズの大型であるためマイクロ分析システムには不適である。また、単純なＰＤを用いて検出する場合にも、ビームに沿って複数の位置で測定するために、移動させて各所で光強度を検出する必要があるため、構成が複雑になり、マイクロ分析システムを用いていても小型化および高集積化が困難になる。
【０００８】
さらに、特許文献１，２に記載の発明では、アルミナ等からなる環状体を用いる必要があり、その環状体は決して光の屈折率や集束位置に影響を与えることがないような高精度な形状および寸法でなければならない。このような環状体の製造は容易ではなく、検出装置の製造コストが高くなり、その取り扱いや操作も面倒である。
【０００９】
そこで本発明の目的は、容易に精度良く製造できるマイクロ分析システムを用いることができ、小型化および高集積化を阻害することなく、流体の様々なデータを高精度に測定可能な検出装置および検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、被検出対象を含む流体を流すための検査流路と、前記検査流路に沿って延び、相互作用膜を介して前記検査流路に隣接する参照流路と、前記参照流路中に検出光を照射するための発光ユニットと、前記検出光を受光するための検出ユニットとを有し、前記相互作用膜は、前記検査流路と前記参照流路の間の相互作用を生じさせることができ、前記検出ユニットにおいて検出された、前記検出光の光路の、前記相互作用の影響による偏向状態に基づいて、前記検査流路内の前記被検出対象の状態を検知することを特徴とする検出装置に関する。
【００１１】
また、本発明は、検査流路と、前記検査流路に沿って延び、相互作用膜を介して前記検査流路に隣接している参照流路とを有する検出装置を用い、前記検査流路に被検査物である流体を導入する工程と、前記検査流路から前記相互作用膜を介して相互作用を生じさせられた前記参照流路中に検出光を照射する工程と、前記検出光を検出し、前記検出光の光路の、前記相互作用の影響による偏向状態を得る工程と、前記偏向状態に基づいて前記検査流路内の前記被検査物の状態を検知する工程とを含むことを特徴とする検出方法に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、検査流路内から相互作用膜を介して参照流路に相互作用を生じさせ、参照流路に照射される検出光の屈曲状態を求めることによって、相互作用の程度を求め、それに基づいて検査流路内の被検出対象の状態を知ることができる。例えば、半透過膜を通じて検査流路から参照流路への物質の移動を生じさせて、検査流路内の物質の濃度の測定を行うことができる。この場合、比較的低濃度の場合にも比較的高濃度の場合にも、いずれも精度良く測定が行える。
【００１３】
また、熱伝導膜を介して検査流路から参照流路への熱の伝達を生じさせて、検査流路内の温度変化を求めることができる。これが化学反応による反応熱の場合には、化学反応状態を知ることができる。
【００１４】
本発明によると、このような高精度の検出が、ごく簡単な構成で製造が容易で低コストの検出装置によって可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の検出装置は、被検出対象を含む流体を流すための検査流路と、検査流路に沿って延び、相互作用膜を介して検査流路に隣接する参照流路と、参照流路中に検出光を照射するための発光ユニットと、検出光を受光するための検出ユニットとを有し、相互作用膜は、検査流路と参照流路の間の相互作用を生じさせることができ、検出ユニットにおいて検出された、検出光の光路の、相互作用の影響による偏向状態、すなわち光路の振れに基づいて、検査流路内の被検出対象の状態を検知することができる。この構成によると、検出ユニットを移動させる必要がなく、製造が面倒な環状体を必要としないため、構成が簡単で製造コストが低く抑えられる。
【００１６】
相互作用膜は半透過膜であり、相互作用は検査流路内の流体の参照流路への進入であり、検出ユニットは検査流路内の流体の濃度を測定するものであってもよい。または、相互作用膜は熱伝導膜であり、相互作用は検査流路から参照流路への熱の伝達であり、検出ユニットは検査流路内の温度変化を測定するものであってもよい。いずれの場合も、構成がシンプルな本発明の検出装置を用いることにより、高精度の測定が可能である。
【００１７】
検査流路は、互いに異なる物質が導入される複数の導入路を有していてもよい。その場合、検査流路中でそれらの物質の化学反応を生じさせることができ、反応熱の測定などによりその化学反応状態を調べることができる。
【００１８】
検出ユニットは、検査流路と参照流路が並ぶ方向と実質的に同じ方向に並ぶ複数の光検出器を有し、複数の光検出器の差動出力によって検出光の光路の偏向状態を求めるものであってもよい。これによると非常に構成が簡単にできる。
【００１９】
平板状の機能モジュールに、幅が１０μｍ〜１００μｍである検査流路および参照流路が形成されているものであると、ＭＥＭＳ技術を用いたマイクロ分析システムなどによって本発明の検出装置を構成することができ、非常に製造が容易かつ高精度で小型化できる。
【００２０】
本発明の検出方法は、検査流路と、検査流路に沿って延び、相互作用膜を介して検査流路に隣接している参照流路とを有する検出装置を用い、検査流路に被検査物である流体を導入する工程と、検査流路から相互作用膜を介して相互作用を生じさせられた参照流路中に検出光を照射する工程と、検出光を受光し、検出光の光路の、相互作用の影響による偏向状態を得る工程と、偏向状態に基づいて検査流路内の被検査物の状態を検知する工程とを含むことを特徴とする。これによると、簡単に検査流路内の被検査物の状態が調べられる。例えば、相互作用膜は半透過膜であり、相互作用は、検査流路内の流体の、相互作用膜を介して参照流路への進入であると、検査流路内の被検査物の状態を検知する工程で、検査流路内の前記流体の濃度を測定することができる。または、相互作用膜は熱伝導膜であり、相互作用は、検査流路から参照流路への熱の伝達であると、検査流路内の状態を検知する工程で、検査流路内の温度変化を測定することができる。後者の場合、相互作用は、検査流路に複数の物質を導入して化学反応を生じさせ、その反応熱を熱伝導膜を介して参照流路に伝達させることであってもよい。これらのいずれの場合にも、容易に高精度の測定が可能である。
【００２１】
検査流路内の状態を検知する工程で、検査流路と参照流路が並ぶ方向と実質的に同じ方向に並ぶ複数の光検出器によって検出光を受光し、複数の光検出器の差動出力によって検出光の光路の偏向状態を検出すると、簡単な構成で本発明の検出方法を実現することができる。
【００２２】
本発明の検出装置および検出方法によると、マイクロ分析システムにおいてＧＲＩＮ（Gradient Index）プリズム効果を応用して光の検出を行って、検査流路を流れる物質の性質、例えば濃度の測定を行うことができ、濃度が比較的高い場合も低い場合も同様に精度良く測定できる。さらに、複数の高集積化された複数の流路に対しても同一システムで測定および処理を行うことができる。また、検査流路内の情報に対応する信号を、物理限界である光速度によって直接伝達でき、さらに、複数の流路が並ぶアレイ状の構成にして、並列に光出力することにより、簡便な構成で並列に情報を伝達することができ、直接的に並列出力を処理することが可能となる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態は、非対称流路によるＧＲＩＮプリズム方式の濃度検出装置である。まず、図１を用いて本実施形態の濃度検出装置の原理および基本構成について説明する。
【００２５】
図１は本実施形態の濃度検出装置を模式的に示す斜視図である。本実施形態の濃度検出装置は、マイクロ分析システム（μ−ＴＡＳ）である平板状の機能モジュール１０１を有している。この機能モジュール１０１は、被検査物である流体の濃度を検出するものであり、参照流路１０２と、被検査物の流体が流れる検査流路１０３が形成されている。参照流路１０２と検査流路１０３の境界は、半透過膜１０７によって仕切られている。流路の幅は、１０μｍ〜１００μｍの範囲とする。従って、濃度差に応じて、検査流路１０３から参照流路１０２へ半透過膜１０７を介して物質が移動できるようになっている。半透過膜１０７は、例えば多孔質物質などからなり、その材料は、アルミナ、シリコン、高分子材料、ガラス、セラミックスなどを含む様々な物質を適宜に選択することができる。多孔質物質の孔径や気孔率などは、透過させる被検査物の種類に応じて適宜に選択することができる。
【００２６】
参照流路１０２と検査流路１０３は、それぞれ一側面のみ半透過膜１０７を介して接続されている。その側面を除く、参照流路１０２および検査流路１０３の壁面の大部分は、機能モジュール１０１の本体をなす例えばシリコン系材料やガラス等からなり、外部に対して物質の出入りがない強固な壁面になっている。少なくとも、参照流路１０２の中心軸線を中心として対称な位置に複数の半透過膜１０７が存在する構成にはなっていない。
【００２７】
この機能モジュール１０１には検出用の光路が存在する。すなわち、発光ユニット１０４と検出ユニット１０５が、参照流路１０２を間に挟むようにして対向的に配置されている。従って、発光ユニット１０４からの検出光１０６は、参照流路１０２を透過して検出ユニット１０５へ至る。検出ユニット１０５は、いわゆる２分割センサを構成している２つの光強度検出器が、参照流路１０２と検査流路１０３の並ぶ方向に沿って並んで配置された構成である。
【００２８】
次に、本実施形態における濃度検出の原理について説明する。
【００２９】
この機能モジュール１０１の検査流路１０３には被検査物の流体が流され、参照流路１０２には、検査流路１０３に比べて低濃度に希釈された溶液が流される。従って、被検査物の流体は半透過膜１０７を通って参照流路１０２に進入する。こうして進入した参照流路１０２内の被検査物の濃度分布は均一ではなく、半透過膜（境界面）１０７付近で濃く、半透過膜（境界面）１０７から遠ざかるに従って薄くなる。
【００３０】
前記した検出光１０６は、このように被検査物が不均一に分布した参照流路１０２の溶液中を通過するが、この時に検出光１０６は直進しない。なぜならば、濃度分布に比例した屈折率分布が形成されるため、屈折率変化に応じた屈折現象を起こし、ＧＲＩＮ（Gradient Index）レンズ効果やＧＲＩＮプリズム効果と言われる原理によって光路が曲がる。簡単に言うと、光路は、溶液中の濃度が高い方に向かって曲がる。そして、検出ユニット１０５は、前記した通り２分割センサであり、２つの光強度検出器からの出力差に基づいて左右の光量のバランスが求められ、それによって光路の屈曲状態が検出できる。
【００３１】
このような原理を利用すると、検出ユニット１０５によって検出される検出光１０６の屈曲状態から、参照流路１０２中の被検査物の濃度分布が求められ、さらに、半透過膜１０７を通って参照流路１０２中に進入してきた被検査物の量が判る。従って、半透過膜１０７の特性と、参照流路１０２中にもともと存在する溶液の濃度と、参照流路１０２中に進入してきた被検査物の量に基づいて、検査流路１０３内の被検査物の濃度を求めることができる。
【００３２】
前記した通り、参照流路１０２と検査流路１０３は、それぞれ一側面のみ半透過膜１０７を介して接続されており、それ以外の面から物質の流入するおそれはない。従って、参照流路１０２内の溶液の濃度を変更するような物質の流入は、壁面の一部のみを構成する半透過膜１０７を通じてのみ行われるので、半透過膜１０７を介して検査流路１０３から被検査物が流入してきたときに、参照流路１０２中で半透過膜１０７の近傍と、半透過膜１０７から離れた位置では、濃度に違いが生じる。少なくとも、参照流路１０２の中心軸線を中心として両側に均等に物質が流入してくることはあり得ない。従って、参照流路１０２中には、濃度の不均一（検出用の流路の中心線に対して非対称）な分布が生じる。本実施形態では、この濃度の不均一な分布を利用して、光路の屈折を生じさせている。なお、検査流路１０３中には実質的に均一な濃度で被検査物が存在するため、検査流路１０３中に光路を設けても光は特にほとんど屈折することはなく、濃度測定は不可能である。本実施形態では、半透過膜１０７を介して検査流路１０３に隣接している参照流路１０２に光路を設けることによって、前記した原理を利用して濃度測定を行うことができる。
【００３３】
本実施形態では、光量バランスを測定する際の測定感度を上げるために、初期状態における光路の受光面上の位置を調節することができる。図２に、初期状態の光路を調整するための構成が示されている。
【００３４】
図２（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態の発光ユニット１０４は、ホルダ筐体２０４内に、半導体レーザ２０１と、セル２０３に保持されたコリメータレンズ２０２が収納された構成であり、ホルダ筐体２０４の開口部に対向して、回転可能なマイクロミラー２０５が配置されている。マイクロミラー２０５を回転させることによって、半導体レーザ２０１およびコリメータレンズ２０２からの光を偏向させて、所望の位置に照射されるように調節することができる。具体的には、初期状態において、この発光ユニット１０４からの検出光１０６が、２分割センサの中心に照射され、２つの光強度検出器の差動出力が０となるように調節される。
【００３５】
図２（ｃ）には、図２（ａ），（ｂ）に示すマイクロミラー２０５の回転の原理について示している。この構成では、電圧源２１０の一端がマイクロミラー２０５に接続され、他端が切替スイッチ２１１を介して右電極２０８と左電極２０９に接続されている。従って、マイクロミラー２０５は、切替スイッチ２１１により選択された左右どちらかの電極に対して静電力によって引き付けられて回転する。なお、マイクロミラー２０５には、図示しないが復元力を与える構造が設けられており、電圧源２１０の電圧を変えることによって、マイクロミラー２０５の回転角を連続的に細かく調節できる。仮に、復元力を与える構造が設けられていない場合には、切替スイッチ２１１が、左右の電極２０８，２０９へ電圧を適宜に分配できる構成であれば、同様に回転角の調節が可能である。
【００３６】
このように、可動のマイクロミラー２０５によって光路を調節する構成では、図３（ａ）に示すように、機能モジュール１０１を、主に流路１０２，１０３が配置される層１０８と、主に検出ユニット１０５および発光ユニット１０４が配置される層１０９の２層構造としてもよい。すなわち、検出ユニット１０５および発光ユニット１０４は、流路１０２，１０３が配置される層１０８内には配置されない。一方、前記したマイクロミラー２０５等からなる光路調整部１１２と、光路調整部１１２と同様な構成であり光路調整部１１２と対向して検出ユニット１０５の近傍に設けられている光路調整部１１３が、流路が配置される層１０８内に配置される。ここで、光路調整部１１２，１１３の代わりに、流路１０２，１０３の流路壁を光調整部として兼用してもよい。
【００３７】
また、図３（ｂ）に示すように、発光ユニット１０４、検出ユニット１０５、光路調整部１１２、１１３を、全て流路１０２，１０３と同一面内に配置して、光路調整部１１２，１１３はこの面内で検出光１０６を曲げる構成にしてもよい。
【００３８】
図４（ａ），（ｂ）に、初期状態の光路を調整するための光路調整部の変形例が示されている。この変形例の発光ユニット１０４は、半導体レーザ２０１から出た光を略平行光にするコリメータレンズ２０２の位置を、光の進行方向に対して垂直にずらすことができる可動セル２１４を有している。可動セル２１４によってコリメータレンズ２０２が移動することによって、平行光の射出角度が変化する。
【００３９】
また、初期状態の光路を調整するために、検出ユニット１０５の位置を変えてもよい。
【００４０】
次に、図１に示す本実施形態の検出ユニット１０５の詳細な構成を、図５を参照して説明する。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、検出光１０６が入射する面に、第１のフォトダイオード（ＰＤ）３０２と第２のフォトダイオード（ＰＤ）３０３が並んで配置されている。第１のＰＤ３０２と第２のＰＤ３０３が接続され保持されている処理部３０４内には、図５（ｂ）に基本構成が示されているような、差動検出を行うための電気回路が構成されている。第１のＰＤ３０２と第２のＰＤ３０３は向きを同じにして直列に繋がっており、それぞれの他の端子は逆バイアス電圧源３０７，３０８に接続されている。逆バイアス電圧は、第１のＰＤ３０２と第２のＰＤ３０３に入射する光量や後段の増幅回路などに応じて、適宜選択することが可能である。第１のＰＤ３０２と第２のＰＤ３０３の接続部は、オペアンプ３０９と負帰還抵抗３１０を用いた増幅回路に接続され、出力端子３１１から出力電圧Ｖoutが増幅されて検出される。
【００４２】
２つのダイオードを有するリミッタ用ダイオード回路３１２は、第１のＰＤ３０２と第２のＰＤ３０３の差動出力が大きい場合に、これを制限して、両者がバランスする付近で敏感な検知を可能にするものである。なお、このリミッタ用ダイオード回路３１２は、検出光１０６の屈曲が小さい場合にも敏感な検知を行うことを目的として設けられているが、主に検出光１０６の屈曲が大きい場合の測定を想定している場合には、適宜省略してもよい。
【００４３】
さらに、図示しないが、第１のＰＤ３０２と第２のＰＤ３０３に、独立した増幅回路と電圧検出部とをそれぞれ設け、各出力電圧を分配して、その２つの出力電圧の和：Ｓと差：Ｄを演算するアナログ回路またはデジタル回路を構成することもできる。この場合には、規格化された差動出力Ｓｎ＝Ｓ／Ｄを求めて、これを出力として利用する構成も可能である。これによると、参照流路１０２内を通過する検出光１０６が吸収や散乱を受けて光量が落ちたとしても、２つのＰＤ３０２，３０３で検知した出力電圧の和Ｓから、光量低下の影響を差し引くことができ、光路の屈曲をより正確に検出することが可能である。
【００４４】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００４５】
本実施形態の検出装置は、図６に示すように、第１の実施形態と同様に半透過膜１０７を介して隣接する２つの流路４０１，４０２を設け、一方の流路４０１内に検出光４０７を透過させて、その検出光４０７を２分割センサを構成する２つのフォトダイオード４１１，４１０で受光して差動信号を検出するものである。
【００４６】
本実施形態の特徴は、発光モジュール（不図示）と、流路モジュール４０８と、検出モジュール４０９とを別体として構成したことにある。そして、これら３つのモジュールをシリアルにつなげて検出装置を構成している。シリアルに繋げる際に、各流路４０１，４０２への流体の導入および排出が互いに干渉しないように、導入路４０３，４０５と排出路４０４，４０６は、それぞれ流路４０１，４０２と垂直な方向に設けられている。
【００４７】
このようにシリアルに構成することによって、図７に示すように複数の流路モジュール４０８Ａ，４０８Ｂを、発光モジュール（不図示）と検出モジュール４０９の間にシリアルに配置することができる。例えば、図７に模式的に示されているように、２つの流路モジュール４０８Ａ，４０８Ｂを直列に配置することによって、両者の接続部において、２つの流路モジュール４０８Ａ，４０８Ｂについて、各流路５０１，５０２，４０１，４０２自体は、それぞれ垂直方向に設けられている導入路５０３，５０５，４０３，４０５と排出路５０４，５０６，４０４，４０６によって、それぞれ分離され独立しているが、検出光４０７の光路は流路をまたいで連続している。従って、検出モジュール４０９は、この２つの流路モジュール４０８Ａ，４０８Ｂのそれぞれによる偏向が足しあわされた状態で、トータルな測定を一度に行うことが可能となる。
【００４８】
さらに、図７に示す構成では、２つの流路モジュール４０８Ａと４０８Ｂで、高濃度の流路（例えば検査流路）と低濃度の流路（例えば参照流路）の配置を逆にしている。従って、検出光４０７が２つの流路モジュール４０８Ａ，４０８Ｂで逆方向に偏向させられる。結果として、直列配置で、正負の符号を持つ演算を実現することができる。
【００４９】
本実施形態では、２つ以上の流路モジュール、例えば３つや４つの流路モジュールを、発光モジュール（不図示）と検出モジュール４０９の間に配置することができる。本実施形態のように独立したモジュール構成ではない場合に、多数の流路のトータルの測定を行おうとすると、各流路対毎に発光ユニットと検出ユニットを設けて、それぞれ検出した後に、各検出信号を電気的に演算する回路が必要である。この場合、比較的コストの高い発光ユニットや検出ユニットや演算回路を複数必要とし、また、マイクロ分析システムやバイオチップ等の小型化および高集積化の指向に反し、構成が複雑になるという問題がある。しかし、本実施形態の構成によると、この問題が解決される。
【００５０】
また、このような構成を応用して、例えば、正負の演算結果が基本的に０となるように流路を配列した構成、すなわち、全く同じ流路対を逆向きに配置して直列接続すると、平均は０だが、濃度分布の揺らぎに応じて検出光が揺らぎ、これを検出することができる。したがって、濃度分布の平均値（低次情報）だけでなく、揺らぎ等の高次の情報を測定することが可能である。
【００５１】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。なお、第１〜２の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００５２】
本実施形態の検出装置は、図８に示すように、１つの参照流路６０１の両側部に、それぞれ半透過膜１０７を介して２つの検査流路６０２，６０３が設けられており、参照流路６０１内に検出光６０４を透過させて、その検出光６０４を２分割センサを構成する２つのフォトダイオード６０５，６０６で受光して差動信号を検出するものである。
【００５３】
本実施形態では、参照流路６０１の上下の検査流路６０２，６０３に、それぞれ異なる物質を流す。すると、参照流路６０１内の物質分布が不均一になり、それに伴って屈折率分布が不均一になる。このような参照流路６０１を通過する検出光６０４は、不均一な屈折率分布に対応して偏向させられ、２つのフォトダイオード６０５，６０６によって受光され、規格化した差動出力として検出される。なお、この不均一な状態とは、３つの流路６０１〜６０３が並ぶ方向に関して、参照流路６０１の中心軸線を中心として非対称な状態である。
【００５４】
本実施形態は、このように、参照流路６０１に対して、その周囲に複数の検査流路６０２，６０３が半透過膜１０７を介して隣接している構成で、濃度の不均一（非対称）による光偏向の検知を行う構成である。例えば、図９に示すように、より多数の検査流路を有する構成も可能である。
【００５５】
図９（ａ）に示されている構成は、参照流路６０１の周囲に、４つの検査流路７０１〜７０４がそれぞれ半透過膜１０７を介して隣接している。そして、図９（ｂ）に示すように４分割センサを構成する４つのフォトダイオード７０５〜７０８によって、検出光の偏向が２次元で測定される。そして、４つのフォトダイオード７０５〜７０８からの４つの出力信号は、図示しない演算回路によって、適宜に分割されたり組み合わされたりして、差信号や、規格化のための和信号が求められる。これらの演算結果に基づいて、各検査流路７０１〜７０４からの半透過膜１０７を通じた物質の進入量や、検査流路７０１〜７０４中の物質濃度が測定される。
【００５６】
図９（ｃ）に示されている構成では、さらに多数の８つの検査流路７０９〜７１６が、円筒形状の参照流路６０１の周囲にそれぞれ半透過膜１０７を介して隣接している。そして、図９（ｄ）に示すように８分割センサを構成する８つのフォトダイオード７１７〜７２４によって、検出光の偏向状態が詳細に求められる。そして、８つのフォトダイオード７１７〜７２４からの８つの出力信号は、図示しない演算回路によって、適宜に分割されたり組み合わされたりして、差信号や、規格化のための和信号が求められる。これらの演算結果に基づいて、各検査流路７０９〜７１６からの半透過膜１０７を通じた物質の進入量や、検査流路７０９〜７１６中の物質濃度の測定が行われる。
【００５７】
［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照して説明する。なお、第１〜３の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付与し説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の検出装置は、図１０に示すように、マイクロ分析システム（μ−ＴＡＳ）である平板状の機能モジュール８００を有している。この機能モジュール８００は、化学反応の反応熱を検出するものであり、参照流路８０４と、分岐した導入路８０１ａ，８０１ｂを有する反応流路（検査流路）８０１が形成されている。参照流路８０４と検査流路８０１の境界は、第１〜３の実施形態のような半透過膜１０７ではなく、熱伝導膜８０２によって仕切られている。熱伝導膜８０２の材料としては、例えば銅、金、銀、アルミなどの金属などが適宜に選択される。この熱伝導膜８０２は、温度差に応じて検査流路８０１から参照流路８０４へ熱を伝達することができる。
【００５９】
導入路８０１ａ，８０１ｂには、互いに混じり合うと化学反応を生じる溶液がそれぞれ導入される。一方、参照流路８０４には、参照用の溶液が導入される。
【００６０】
本実施形態によると、導入路８０１ａ，８０１ｂに導入された溶液が、検査流路８０１の合流部分で化学反応を生じ、反応熱が発生して温度が上昇する。この時、熱伝導膜８０２を介して検査流路８０１の反応領域８０３と隣接している参照流路８０４は、反応熱が伝達されて、内部の流体の温度が上昇する。参照流路８０４内の温度上昇は、反応領域８０３に近接する位置で最も大きく、反応領域８０３から離れるに従って小さくなる。すなわち、参照流路８０４内に不均一な温度分布が生じる。この温度分布は、参照流路８０４内の溶液の温度屈折率係数ｄｎ／ｄＴに従って屈折率分布を生じさせる。従って、発光ユニット１０４から光路調整部１１２を介して参照流路８０４に導かれた検出光８０７は、前記した屈折率分布に従って偏向し、光路調整部１１３を介して検出ユニット１０５に入射する。この検出ユニット１０５上での入射位置によって、検出光８０７の偏向状態が検出でき、それに基づいて、参照流路８０４中の温度分布が求められ、さらに、熱伝導膜８０２を介して伝わった検査流路８０１内の反応熱が求められる。
【００６１】
なお、本発明は、以上説明した第１〜４の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、シーケンスなどは種々に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態の検出装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示す検出装置の発光ユニットを示す断面図、（ｂ）はその光路調整状態を示す断面図、（ｃ）は光路調整部をより詳細に示すブロック図である。
【図３】（ａ）は図１に示す検出装置の変形例の要部を模式的に示す正面図、（ｂ）は他の変形例を模式的に示す平面図である。
【図４】（ａ）は発光ユニットの変形例を示す断面図、（ｂ）はその光路調整状態を示す断面図である。
【図５】（ａ）は図１に示す検出装置の検出ユニットを示す正面図、（ｂ）はその回路構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施形態の検出装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７】図６の検出装置の変形例を模式的に示す斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の検出装置の構成を模式的に示す斜視図である。
【図９】（ａ）は図８の検出装置の変形例の流路部分を模式的に示す側面図、（ｂ）はその受光部を模式的に示す側面図、（ｃ）は他の変形例の流路部分を模式的に示す側面図、（ｄ）はその受光部を模式的に示す側面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態の検出装置の構成を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０１      機能モジュール
１０２      参照流路
１０３      検査流路
１０４      発光ユニット
１０５      検出ユニット
１０６      検出光
１０７      半透過膜
１０８      発光ユニットおよび検出ユニットが配置される層
１０９      流路が配置される層
１１２，１１３      光路調整部
２０１      半導体レーザ
２０２      コリメータレンズ
２０３      セル
２０４      ホルダ筐体
２０５      マイクロミラー
２０８      右電極
２０９      左電極
２１０      電圧源
２１１      切替スイッチ
２１４      可動セル
３０２      第１のフォトダイオード（ＰＤ）
３０３      第２のフォトダイオード（ＰＤ）
３０４      検出ユニット
３０７，３０８      逆バイアス電圧源
３０９      オペアンプ
３１０      負帰還抵抗
３１１      出力端子
３１２      リミッタ用ダイオード回路
４０１，４０２，５０１，５０２      流路
４０３，４０５，５０３，５０５      導入路
４０４，４０６，５０４，５０６      排出路
４０７      検出光
４０８，４０８Ａ，４０８Ｂ      流路モジュール
４０９      検出モジュール
４１１，４１０      フォトダイオード
６０１      参照流路
６０２，６０３      検査流路
６０４      検出光
６０５，６０６      フォトダイオード
７０１〜７０４，７０９〜７１６      検査流路
７０５〜７０８，７１７〜７２４      フォトダイオード
８００      機能モジュール
８０４      参照流路
８０１ａ，８０１ｂ      導入路
８０１      反応流路（検査流路）
８０２      熱伝導膜
８０３      反応領域
８０７      検出光
Ｓ      出力電圧の和
Ｄ      出力電力の差
Ｓｎ    差動出力
Ｖout   出力電圧
【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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