(57)【要約】【課題】  本発明は、非常に小型で簡便に且つ濃度の薄い微量物質を感度よく測定することができる光学測定用マイクロリアクター及びその光学測定用マイクロリアクターを用いた光学測定方法を提供する。【解決手段】  ２枚の基板が積層され、基板の間に検出物質を含有する試料を注入する微細流路と、該微細流路に接続された検出部が形成されているマイクロリアクターであって、該検出部は前記基板の１側面近傍から他側面近傍までの長さを有し、検出部の両側に空隙部が形成されており、前記基板の１側面から入射された光線は空隙部の側面で反射され、検出部を複数回横切った後、前記基板の他側面から出光するようになされていることを特徴とする光学測定用マイクロリアクター及びそれを用いた光学測定方法。【選択図】  図１
2005091169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数枚の基板が積層され、基板の間に検出物質を含有する試料を注入する微細流路と、該微細流路に接続された検出部が形成されているマイクロリアクターであって、該検出部は前記基板の１側面近傍から他側面近傍までの長さを有し、検出部の両側に空隙部が形成されており、前記基板の１側面から入射された光線は空隙部の側面で反射され、検出部を複数回横切った後、前記基板の他側面から出光するようになされていることを特徴とする光学測定用マイクロリアクター。
【請求項２】
検出部の平面形状は略長方形であることを特徴とする請求項１記載の光学測定用マイク
ロリアクター。
【請求項３】
検出部の対向する側壁は、互いに平行な平面であり、且つ、基板の上面及び下面に垂直
な平面であることを特徴とする請求項２記載の光学測定用マイクロリアクター。
【請求項４】
微細流路内の試料の流れ方向と、検出部内の試料の流れ方向が略垂直になるように、微
細流路が検出部に接続されていることを特徴とする請求項３記載の光学測定用マイクロリ
アクター。
【請求項５】
複数枚の基板の間に試料排出用微細流路が形成されており、該試料排出用微細流路は、試料排出用微細流路内の試料の流れ方向と、検出部内の試料の流れ方向が略垂直になるように、検出部に接続されていることを特徴とする請求項３又は４記載の光学測定用マイクロリアクター。
【請求項６】
空隙部の検出部に近い面は、検出部の側壁に平行な平面であることを特徴とする請求項
３〜５のいずれか１項記載の光学測定用マイクロリアクター。
【請求項７】
検出部の幅と、検出部の側壁と空隙部の検出部に近い面との幅の比が１．１以上である
ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項記載の光学測定用マイクロリアクター。
【請求項８】
基板の屈折率が１．０５〜２．５０であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
項記載の光学測定用マイクロリアクター。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の光学測定用マイクロリアクターの微細通路から、検
出物質を含有する試料を検出部に注入し、基板の１側面から光線を入射し、空隙部の側面
で反射され、検出部を複数回横切った後、基板の他側面から出光した光線を光学測定装置
で受光して検出物質を測定することを特徴とする光学測定方法。
【請求項１０】
光線が検出部を横切る総距離が、検出部の長さの１．１倍以上になるように、光線を入
射することを特徴とする請求項９記載の光学測定方法。
【請求項１１】
検出部の温度を一定に制御して測定することを特徴とする請求項９又は１０記載の光学
測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の基板の間に検出物質を含有する試料を注入する微細流路と、該微細流路に接続された検出部が形成されている光学測定用マイクロリアクター及びそれを用いた光学測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、医療診断を患者の近傍で行うベッドサイド診断、大気や水や土壌中の環境汚染物
質のモニタリング、食品の安全性検査等現場において短時間に安価に診断したり分析する
技術のニーズは非常に高くなってきている。
【０００３】
例えば、従来高価且つ大型の装置を必要とした分析を、持ち運び可能な小型の分析装置
が代替することができれば、大病院にしか設置できなかった分析装置を開業医でも設置、
利用することが可能になり、診断結果を患者に簡便に且つ早期にフィードバックすること
が可能になる。又、高齢者の健康指標を高齢者の家族が測定し、その健康指標数値を在宅
管理したり、病院に定期的に送信して病院で管理することにより在宅医療環境がより優れ
たものとなる。
【０００４】
又、環境ホルモン、ダイオキシン等の環境汚染物質を、高価且つ大型装置を使用するこ
となく、簡易測定することができれば、簡単且つ安価に環境診断することができる。更に
、持ち運び可能な小型の分析装置を用いて現場で環境汚染物質を分析することができれば
、よりきめ細かい安全環境を供出することができる。
【０００５】
このような測定を簡易に行うためには、微量の試料で、高感度に分析検出が行えること
が必要である。そのために、キャピラリーガスクロマトグラフィー（ＣＧＣ）、キャピラ
リー液体クロマトグラフィー（ＣＬＣ）、誘導型プラズマ（ＩＣＰ）等で分離し、質量分
析計（ＭＳ）で検出するＧＣ−ＭＳ、ＬＣ−ＭＳ、ＩＣＰ−ＭＳ等が微量、高感度で分析
できる方法として広く使用されてきている。
【０００６】
しかしながら、これらの装置は高価で大掛かりな装置なので、持ち運ぶことは困難であ
り、所望の場所に設置するには、非常に高いコストがかかる為、上記のような幅広い医療
診断や環境診断のニーズには適合し得なかった。
【０００７】
これを、実際に現場を持ち運ぶ目的の製品形態としてなした例として、電気化学センサ
ー等の分析機構をマイクロリアクター中に備える形で幾つかの製品が開発されている。マ
イクロリアクターとは、掌サイズ程度のチップ内に、マイクロスケールの流体移送手段や
反応部等を含むものの総称であり、例えば、リアクター内部に幅０．１μｍ〜１５００μ
ｍ程度の微細流路を内包している。
【０００８】
マイクロリアクター内に電気化学センサーを備えた例として、例えばイオン選択性電極
、即ち、作用極上に形成した高分子膜の膜電位を計測することにより目的電解質イオンを
選択的に計測する電極が搭載されたものが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−６５７９１号公報
【０００９】
上記マイクロリアクターでは、イオン選択性電極としてマイクロ電極を用いるとともに
、マイクロレベルの幅及び深さを有する流体移送用の流路を適宜使用することにより、掌
サイズの微小な分析システムを実現している。システムが非常に小さいため、持ち運びが
可能であり、大掛かりな測定装置を用いることなしに、血液中成分を測定することが出来
る。
【００１０】
しかし、マイクロリアクターにおいては、微量の試料を用いて微量物質の測定をするの
であるから、電気化学センサーを用いて感度よく測定することはできなかった。
【００１１】
又、微量物質の測定に紫外線吸収法、赤外線吸収法、蛍光分析法等の光学測定方法が知
られており、これらの光学測定方法をマイクロリアクターに適用することも可能である。
しかし、これらの光学測定方法においても、測定すべき微量物質の濃度は薄く、光学的に
利用可能な測定距離が短いので感度よく測定することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、上記欠点に鑑み、非常に小型で簡便に且つ濃度の薄い微量物質を感度
よく測定することができる光学測定用マイクロリアクター及びその光学測定用マイクロリ
アクターを用いた光学測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の光学測定用マイクロリアクターは、複数枚の基板が積層され、基板の間に検出物質を含有する試料を注入する微細流路と、該微細流路に接続された検出部が形成されているマイクロリアクターであって、該検出部は前記基板の１側面近傍から他側面近傍までの長さを有し、検出部の両側に空隙部が形成されており、前記基板の１側面から入射された光線は空隙部の側面で反射され、検出部を複数回横切った後、前記基板の他側面から出光するようになされていることを特徴とする。
【００１４】
上記基板の素材は、光線透過性を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば
、従来から使用されてきている、ガラス、石英、シリコン等の無機材料が挙げられる。こ
れら無機材料は精度、加工性等が優れており、例えば、半導体微細加工技術において広く
用いられている光リソグラフィー技術を利用すれば、ガラスやシリコン基板上にミクロン
オーダーの溝を自在に形成することができる。
【００１５】
しかしながら、光学測定用マイクロリアクターを大量に、容易に且つ安価に生産し、か
つ廃棄出来ることも重要である。このような場合、材料そのものが高価であるガラスやシ
リコンの使用は望ましいとはいえない。
【００１６】
又、医療の現場においては、ガラス製の製品を使う場合には、廃棄の際に適切な処理費
用を支払うことが義務付けられており、それ以外にも軽い、割れない等のメリットがあり
、さらには、転写金型を利用した射出成形やホットプレス成形を行うことにより、非常に
高い生産性にて表面に溝や孔を形成することが可能であることから、基板は高分子樹脂か
ら形成されるのが好ましい。
【００１７】
上記高分子樹脂の種類は、特に限定されるものではないが、加熱により簡単に表面加工
出来るという点では、熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリス
チレン系樹脂、ポリ乳酸系樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート系樹
脂、熱可塑性飽和ノルボルネン樹脂、シクロオレフィン樹脂に代表される嵩高脂環式オレ
フィン樹脂等が挙げられる。
【００１８】
これらの高分子樹脂を用いる際には、その複屈折が問題となる場合がある。その抑制の
為に各種方法が知られているが、例を挙げると、負の配向複屈折を示すポリメチルメタク
リレート樹脂と正の配向複屈折を示すポリビニリデンフロライドをブレンドすることによ
り、複屈折を相殺するポリマーブレンドや、高分子樹脂中に炭酸ストロンチウム、シリカ
ナノ粒子、クレイなどの無機材料を分散させるナノコンポジット化が挙げられる。
【００１９】
上記光学測定用マイクロリアクターは、検査部において光線が入射されるのであるから
、光線透過性が優れているのが好ましく、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂及び熱可塑性飽和ノルボルネン樹脂及びこれらをベースとしたポリマーブレンド
、ナノコンポジット化材料がより好ましい。
【００２０】
一方、熱硬化性樹脂は、加熱により可塑化して簡単に表面加工するという利点は有さな
いが、予め硬化剤等を混合した前駆体液を転写金型に導入しておき、その場硬化させるこ
とにより、樹脂表面を賦形することが可能である。
【００２１】
この場合、前駆体が液状のため、転写金型の形状をより忠実に転写するという利点があ
る。又、一般に、静的に硬化された樹脂は、低い線膨張率、低い成形収縮率を示すことか
らも、有利に用いることができる。このような熱硬化樹脂としては、コストや易取扱い性
の点から、エポキシ樹脂及びこれらをベースとしたナノコンポジット化材料を有利に用い
ることができる。
【００２２】
上記基板は、１種類の素材単独で形成されてもよいし、２種類以上の素材で形成されて
もよい。又、検出部のみ光線透過性の優れた素材で構成し、他の部分を光線透過性の優れ
ていない素材で構成してもよい。尚、基板の屈折率は１．０５〜２．５０が好ましい。
【００２３】
上記基板が積層され、基板の間に検出物質を含有する試料を注入する微細流路と該微細
流路に接続された検出部が形成されている。微細流路は、検出物質を含有する試料が流動
可能であることが必要であり、一般に、その幅及び高さは０．１〜１５００μｍが好まし
い。
【００２４】
又、微細流路の試料の注入口と検出部の間に、検出物質の濃縮部（例えば、液体クロマ
トグラフカラム）が設置されてもよい。
【００２５】
上記検出部は、基板の１側面から入射された光線が空隙部の側面で反射され、複数回横
切るのであるから、基板の１側面近傍から他側面近傍までの長さを有しており、その平面
形状は略長方形であるのが好ましい。
【００２６】
基板の１側面から検出部までの距離が長いと、光線が入射された時と出光する時に基板
材料による吸収が大きくなり測定精度が低下するので、近傍とは５ｍｍ以下が好ましく、
より好ましくは１ｍｍ以下である。
【００２７】
又、側壁が凹凸や屈曲面を有していると入射光線が乱反射して測定感度が低下するので
、対向する側壁は互いに平行な平面であり、且つ、基板の上面及び下面に垂直な平面であ
るのが好ましい。
【００２８】
上記微細流路が、基板の１側面から検出部に接続されると、この基板の１側面から光線
を入射して測定するのであるから、測定の邪魔になり測定感度が低下するので、微細流路
は、微細流路内の試料の流れ方向と、検出部内の試料の流れ方向が略垂直になるように、
検出部に接続されるのが好ましい。
【００２９】
又、接続部分に屈曲面があると入射光線が乱反射して測定感度が低下することがあるの
で、微細流路の側壁は互いに平行な平面であり、検出部の側壁と屈曲面を形成することな
く接続されるのが好ましい。
【００３０】
検出部の長さは、光学測定用マイクロリアクターの幅と略同一であり、一般に５ｍｍ〜
５ｃｍが好ましく、検出部の幅及び高さは、入射光線が光学測定用マイクロリアクターの
１側面から他側面まで透過することができればよいので、一般に０．１〜１５００μｍが
好ましい。
【００３１】
上記光学測定用マイクロリアクターには、検出部の両側に空隙部が形成されており、前
記基板の１側面から入射された光線は空隙部の側面で反射されるようになされている。従
って、光線が全反射されるように、空隙部の検出部に近い側面は検出部の側壁に平行な平
面であるのが好ましい。
【００３２】
又、検出部の側壁と空隙部の検出部に近い面との幅が、検出部の幅より相当大きくなる
と、光線が検出部内を通過する距離が相対的に短くなり、検出感度が低下する。その為、
検出部の幅と、検出部の側壁と空隙部の検出部に近い面との幅の比が１．１以上であるこ
とが好ましい。
【００３３】
又、２枚の間に形成された試料排出用微細通路が検出部の出口側に接続され、該試料排
出用微細通路に廃液貯蔵部等が連結され、端部が廃液排出口又はガス抜き口となされてい
てもよい。
【００３４】
上記試料排出用微細流路が、基板の他端面から検出部に接続されると、測定の邪魔にな
り測定感度が低下するので、試料排出用微細流路は、試料排出用微細流路内の試料の流れ
方向と、検出部内の試料の流れ方向が略垂直になるように、検出部に接続されるのが好ま
しい。
【００３５】
又、接続部分に屈曲面があると入射光線が乱反射して測定感度が低下することがあるの
で、試料排出用微細流路の側壁は互いに平行な平面であり、検出部の側壁と屈曲面を形成
することなく接続されるのが好ましい。
【００３６】
試料排出用微細流路は、排出する試料が流動可能であることが必要であり、一般に、そ
の幅及び高さは０．１〜１５００μｍが好ましい。
【００３７】
請求項９記載の光学測定方法は請求項１〜８のいずれか１項記載の光学測定用マイクロ
リアクターの微細通路から、検出物質を含有する試料を検出部に注入し、基板の１側面か
ら光線を入射し、空隙部の側面で反射され、検出部を複数回横切った後、基板の他側面か
ら出光した光線を光学測定装置で受光して検出物質を測定することを特徴とする。
【００３８】
基板の１側面から、検出部内の試料の流れ方向に対し一定角度を有し、基板の上面又は
下面と略平行に光線を入射すると、光線は検出部内及び検出部の側壁を通過し、空隙部の
検出部に近い側面で反射される。
【００３９】
反射された光線は検出部の側壁を通過し、再度、検出部内及び検出部の反対側の側壁を
通過し、反対側の空隙部の検出部に近い側面で反射され検出部内に返ってくる。光線は、
この反射を繰り返して基板の他側面に到達し、そこから出光する。
【００４０】
反射することにより、検出部中（試料中）を通過する光線の距離が長くなり、検出感度
が向上する。従って、検出部中（試料中）を通過する光線の距離は長いほど好ましいが、
光線の反射率、減衰等を考慮すると、光線が検出部を横切る総距離が、検出部の長さの１
．１倍以上にするのが好ましく、より好ましくは１．１５〜２．０倍である。
【００４１】
上記、検出部中（試料中）を通過する光線の距離を達成するには、光線を検出部の試料
の流れ方向に対して２０〜６０度になるように入射するのが好ましい。
【００４２】
又、測定する際の温度が変化すると、測定結果が変動し、測定精度が低下するので、検
出部の温度を一定に制御して測定するのが好ましく、好ましい温度範囲は１５〜２５℃で
ある。温度を一定に制御する方法としては、例えば、恒温室で測定する方法、検出部の周
囲にヒーター、冷却装置等の微細温度制御装置を設置する方法等が挙げられる。
【００４３】
入射する光線としては、一般に光学測定で使用されている光線であれば、特に限定さ
れず、例えば、紫外線、赤外線等が挙げられる。また出射する光線としては、入射光線以
外にも、入射光線により検出部中で発生した蛍光が挙げられる。
【００４４】
又、基板の他側面から出光した光線を光学測定装置で受光して検出物質を測定するので
あり、光学測定装置としては、照射された光線に従い、一般に光学測定で使用されている
光学測定装置であれば、特に限定されず、例えば、紫外線吸収分析装置、赤外線分析装置
、蛍光分析装置等が挙げられる。
【００４５】
次に、本発明の光学測定用マイクロリアクター及びそれを用いた光学測定法を図面を参
照して説明する。図１は、本発明の光学測定用マイクロリアクターの一例を示す平面図で
あり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図３は図１におけるＢの拡大図であって
、光線の透過状況を示している。
【００４６】
図中１はポリメチルメタクリレート樹脂製の上部基板であり、２はポリメチルメタクリ
レート樹脂製の下部基板である。上部基板１及び下部基板２の長さは２ｃｍ、幅１ｃｍ、
厚さ３ｍｍの板状体であり、微細流路３、検出部４、試料排出用微細流路５及び空隙部６
、６１を形成するための溝が形成されており、両者を溝が当接されるように積層すること
により光学測定用マイクロリアクターが形成されている。
【００４７】
微細流路３は断面形状は、幅３００μｍ、深さ１００μｍの長方形であり、その側壁は
上部基板１の上面及び下部基板２下面と垂直であり、且つ、上部基板１及び下部基板２の
側面１１と平行であって、側面１１と側面に近い側壁３２の間隔が１ｍｍになるように形
成されている。
【００４８】
検出部４の平面形状は長さ８ｍｍ、幅５００μｍの長方形であり、断面形状は幅５００
μｍ、深さ１００μｍの長方形である。その長さ方向の側壁４１、４２は上部基板１の上
面及び下部基板２下面と垂直であり、且つ、上部基板１及び下部基板２の側面１１と垂直
に形成され、幅方向の側壁４３、４４は上部基板１の上面及び下部基板２下面と垂直であ
り、且つ、上部基板１及び下部基板２の側面１１と平行に形成されており、微細流路３の
長さ方向と検出部４長さ方向が垂直になるように形成されている。
【００４９】
微細流路３は、上部基板１及び下部基板２の側面に近い側の側壁３２が、検出部４の上
部基板１及び下部基板２の側面に近い側の幅方向の側壁４３と面一なるように接続され、
上部基板１及び下部基板２の側面１１に遠い側の側壁３３は、検出部４の長さ方向の側壁
４１に垂直に接続されている。又、微細流路３の反対側（上流側）には試料注入口３１が
穿設されている。
【００５０】
試料排出用微細流路５は断面形状は、幅３００μｍ、深さ１００μｍの長方形であり、
その側壁は上部基板１の上面及び下部基板２下面と垂直であり、且つ、上部基板１及び下
部基板２の他側面１２と平行であって、他側面１２と他側面に近い側壁５２の間隔が１ｍ
ｍになるように形成されている。
【００５１】
試料排出用微細流路５は、上部基板１及び下部基板２の他側面１２に近い側の側壁５２
が、検出部４の上部基板１及び下部基板２の他側面に近い側の幅方向の側壁４４（検出部
４の下流側の側壁）と面一なるように接続され、上部基板１及び下部基板２の他側面１２
に遠い側の側壁５３は、検出部４の長さ方向の側壁４１に垂直に接続されている。又、試
料排出用微細流路５の反対側（下流側）には試料排出口５１が穿設されている。
【００５２】
図中６及び６１は、検出部４の両側に形成された空隙部であり、平面形状は長方形であ
り、断面形状は幅６００μｍ、深さ１００μｍの長方形である。空隙部６及び６１の検出
部４に近い面６２、６３は、検出部４の側壁に平行な平面であり、検出部４の側壁との間
隔は２０μｍである。
【００５３】
入射された光線Ｄは検出部４内を横切って通過し、検出部４の長さ方向の側壁４２から
出光し、空隙部６の検出部４に近い面６２で反射され、再び長さ方向の側壁４２から検出
部４に入射される。
【００５４】
入射された光線Ｄは検出部４内を横切って通過し、検出部４の反対側の長さ方向の側壁
４１から出光し、反対側の空隙部６１の検出部４に近い面６３で反射され、長さ方向の側
壁４１から検出部４に入射される。
【００５５】
光線Ｄは、上記入射、出光、反射を繰り返し、検出部４の幅方向の側壁４４に到達し、
基板の他側面１２から出光するので、この出光した光線Ｄを光学測定装置で受光して測定
する。
【００５６】
尚、入射された光線Ｄは、検出部４を複数回横切るので光線を検出部４に対し平行に入
射した場合よりも長い距離試料に照射された状態になり、感度よく検出することができる
。
【発明の効果】
【００５７】
請求項１記載の光学測定用マイクロリアクターの構成は上述の通りであるから、非常に
小型でありながら、検出部に入射された光線は複数回検出部を複数回横切るので、検出す
る距離が実際の検出部よりも長くなり、濃度の薄い微量物質を感度よく検出することがで
きる。
【００５８】
請求項９記載の光学測定方法の構成は上述の通りであるから、簡便に且つ濃度の薄い微
量物質を感度よく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
次に本発明の実施例を説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
図１に示した光学測定用マイクロリアクターの試料注入口５１から０．０１ｇ／ｍｌロ
イヤルブラック水溶液を注入し、ロイヤルブラック水溶液で微細流路３、検出部４及び試
料排出用微細流路５で充満した。
【００６１】
ハロゲンータングステンランプ光源（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＬＳ−１
」）から光線を基板１の側面１１に対し４５度の角度で照射し、検出部４から出光した波
長５００ｎｍの光線を吸光光度計（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＵＳＢ２００
」）で受光して吸光度を測定したところ１．５Ａｂｓであった。
【００６２】
（比較例１）
図１に示した光学測定用マイクロリアクターに、試料注入口５１から０．０１ｇ／ｍｌ
ロイヤルブラック水溶液を注入し、ロイヤルブラック溶液で微細流路３、検出部４及び試
料排出用微細流路５で充満した。
【００６３】
基板１の側面１１から検出部４に対し平行に、ハロゲンータングステンランプ光源（オ
ーシャンオプティクス社製、商品名「ＬＳ−１」）から光線を照射し、検出部４から出光
した  波長５００ｎｍの光線を吸光光度計（オーシャンオプティクス社製、商品名「ＵＳ
Ｂ２００」）で受光して吸光度を測定したところ０．２Ａｂｓであった。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の光学測定用マイクロリアクターの一例を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１におけるＢの拡大図であって、光線の透過状況を示している。
【符号の説明】
【００６５】
１    上部基板
２    下部基板
３    微細流路
４    検出部
５    試料排出用微細流路
６、６１    空隙部
【図１】
2005091169.tif 000003
【図２】
2005091169.tif 000004
【図３】
2005091169.tif 000005