(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が設けられたマイクロチップを用いて電気泳動を行う分析装置であって、
前記マイクロチップを冷却する冷却部と、
前記マイクロチップの流路に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加部と、
前記マイクロチップを介して、前記流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析部と、
前記冷却部、前記電圧印加部、及び前記光学分析部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記冷却部に前記マイクロチップの冷却を開始させてから、設定時間の経過後に、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる、
ことを特徴とする分析装置。
【請求項２】
流路が設けられたマイクロチップを用いて電気泳動を行う分析装置であって、
前記マイクロチップを冷却する冷却部と、
前記マイクロチップの流路に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加部と、
前記マイクロチップを介して、前記流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析部と、
前記冷却部、前記電圧印加部、及び前記光学分析部を制御する制御部と、
前記マイクロチップの温度を測定するための温度センサと、
を備え、
前記制御部は、前記温度センサによって測定された温度が、第１の設定温度以下である場合に、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる、
ことを特徴とする分析装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記温度センサによって測定された温度が、第２の設定温度以下である場合に、前記冷却部に、冷却の停止又は出力の低下を行わせる、
請求項２に記載の分析装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる直前に、前記冷却部の出力を増加させ、前記電圧印加部及び前記光学分析部の動作の終了後に、前記冷却部の出力を低下させる、請求項１〜３のいずれかに記載の分析装置。
【請求項５】
当該分析装置が、前記マイクロチップを載置するための第１のステージ及び第２のステージを更に備え、
前記冷却部が、前記第１のステージに載置された前記マイクロチップを冷却する第１の冷却部と、前記第２のステージに載置された前記マイクロチップを冷却する第２の冷却部と、を備え、
前記電圧印加部は、前記第２のステージに載置された前記マイクロチップを対象として、電圧を印加し、
前記光学分析部は、前記第２のステージに載置された前記マイクロチップを対象として、前記試料の光学分析を行い、
前記制御部は、前記第１のステージに前記マイクロチップが載置されている場合に、前記第１の冷却部による前記マイクロチップの冷却を行い、
その後、前記マイクロチップが前記第２のステージに載置されると、前記第２の冷却部によって前記マイクロチップを冷却しながら、前記電圧印加部による電圧の印加と前記光学分析部による光学分析とを実行する、
請求項１〜３のいずれかに記載の分析装置。
【請求項６】
前記冷却部が、送風装置、電子冷却素子、及びヒートパイプのうち、少なくとも１つである、請求項１〜５のいずれかに記載の分析装置。
【請求項７】
前記マイクロチップが、内部に前記流路が形成された本体部分と、前記本体部分の表面に設けられた放熱部材とを備え、
前記放熱部材は、前記本体部分を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料によって形成されている、
請求項１〜６のいずれかに記載の分析装置。
【請求項８】
前記マイクロチップが、内部に前記流路が形成された本体部分を備え、
前記本体部分には、更に、前記流路に沿って、冷媒を流すための第２の流路が形成されている、請求項１〜７のいずれかに記載の分析装置。
【請求項９】
流路が設けられたマイクロチップを冷却する冷却装置と、前記マイクロチップの流路に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加装置と、前記マイクロチップを介して、前記流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析装置と、を用いて、電気泳動による前記試料の分析を行うための方法であって、
（ａ）前記冷却装置によって前記マイクロチップを冷却する、ステップと、
（ｂ）前記冷却装置に前記マイクロチップの冷却を開始させてから、設定時間の経過後に、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置を動作させる、ステップと、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１０】
流路が設けられたマイクロチップを冷却する冷却装置と、前記マイクロチップの流路に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加装置と、前記マイクロチップを介して、前記流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析装置と、前記マイクロチップの温度を測定するための温度センサとを用いて、電気泳動による前記試料の分析を行うための方法であって、
（ａ）前記冷却装置によって前記マイクロチップを冷却する、ステップと、
（ｂ）前記温度センサによって測定された温度が、第１の設定温度以下である場合に、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置を動作させる、ステップと、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１１】
（ｃ）前記温度センサによって測定された温度が、第２の設定温度以下である場合に、前記冷却装置に、冷却の停止又は出力の低下を行わせる、ステップを更に有する、請求項１０に記載の分析方法。
【請求項１２】
前記（ａ）のステップにおいて、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置を動作させる直前に、前記冷却装置の出力を増加させ、
前記（ｂ）のステップにおいて、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置の動作の終了後に、前記冷却装置の出力を低下させる、請求項９〜１１のいずれかに記載の分析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動を利用した分析装置、及び分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、分析生物学及び生化学の分野においては、電気泳動が利用されている。電気泳動の代表的な例としては、キャピラリ電気泳動が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。キャピラリ電気泳動では、緩衝液を満たしたキャピラリ（微少細管）が用いられ、その内部に試料が注入される。また、キャピラリの両端は緩衝液に浸され、その状態でキャピラリ内部に電圧が印加される。
【０００３】
電圧が印加されると、試料はキャピラリ内部を移動しながら、分離する。そして、キャピラリの途中に設けられた窓を介して、キャピラリの内部に紫外線、可視光、または赤外線などが照射される。また、キャピラリを透過した光は、受光素子によって受光され、その後、受光された光に基づいて、吸光光度分析方法による試料の分析が行われる。
【０００４】
また、近年においては、キャピラリの代わりに、マイクロチップを利用した電気泳動も提案されている。マイクロチップは、一般に、微細な溝が設けられたガラス基板と、溝を覆うようにしてガラス基板に接合されたカバーとで構成されている。また、マイクロチップにおいて、ガラス基板への溝の形成は、半導体製造技術を応用して行われており、溝の幅、深さ、及び本数の設定は容易である。このため、マイクロチップは、今後、電気泳動において主役となる可能性がある。
【０００５】
また、電気泳動においては、分子の泳動速度は温度に影響されるため、電圧印加時において、緩衝液の温度を最適な範囲に管理する必要がある。このため、電気泳動を行うための装置（電気泳動装置）には、多くの場合、電圧の印加による温度上昇を抑制するため、冷却装置が備えられる。冷却装置としては、送風機、ペルチェ素子等が利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−９９８１３号公報
【特許文献２】特開２００３−１６６９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、キャピラリ電気泳動の場合は、キャピラリは熱容量が小さいことから、冷却装置を動作させるだけで、簡単に、キャピラリの内部を最適な温度範囲に保つことができる。しかしながら、マイクロチップはキャピラリに比べて熱容量が大きいため、単に、冷却装置を配置して動作させるだけでは、マイクロチップ内部の温度を最適な温度範囲に保つことは困難である。
【０００８】
本発明の目的の一例は、上記問題を解消し、マイクロチップを用いた電気泳動において、マイクロチップの温度の最適化を図り得る、分析装置及び分析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明における分析装置は、流路が設けられたマイクロチップを用いて電気泳動を行う分析装置であって、前記マイクロチップを冷却する冷却部と、前記マイクロチップの流路に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加部と、前記マイクロチップを介して、前記流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析部と、前記冷却部、前記電圧印加部、及び前記光学分析部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記冷却部に前記マイクロチップの冷却を開始させ、前記マイクロチップが冷却されてから、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる、ことを特徴とする。
【００１０】
以上の特徴により、本発明では、電気泳動の実行前に、マイクロチップは予め十分に冷却され、その後、電気泳動が実行される。本発明によれば、マイクロチップを用いた電気泳動において、マイクロチップの温度の最適化を図ることが可能となる。
【００１１】
上記本発明における分析装置は、前記制御部が、前記冷却部に前記マイクロチップの冷却を開始させてから、設定時間の経過後に、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる態様であるのが好ましい。この態様によれば、マイクロチップの冷却を確実に行うことができる。
【００１２】
上記本発明における分析装置は、当該分析装置が、前記マイクロチップの温度を測定するための温度センサを更に備え、前記制御部は、前記温度センサによって測定された温度が、第１の設定温度以下である場合に、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる、態様であるのが好ましい。この態様では、マイクロチップの温度に基づいて、冷却が十分であるかどうかが判定できるので、より確実にマイクロチップの冷却を行うことができる。
【００１３】
また、上記本発明における分析装置は、前記制御部が、前記温度センサによって測定された温度が、第２の設定温度以下である場合に、前記冷却部に、冷却の停止又は出力の低下を行わせる、態様とすることもできる。マイクロチップの流路内の温度が低下し過ぎると、試料の粘性が高くなり、電気泳動が困難となるが、上記態様によれば、このような事態を回避できる。
【００１４】
また、上記本発明における分析装置は、前記制御部が、前記電圧印加部及び前記光学分析部を動作させる直前に、前記冷却部の出力を増加させ、前記電圧印加部及び前記光学分析部の動作の終了後に、前記冷却部の出力を低下させる、態様であるのも好ましい。上記態様によれば、マイクロチップの温度上昇をより強力に抑えることができるので、マイクロチップの発熱量の増加に容易に対応できる。
【００１５】
更に、上記本発明における分析装置は、当該分析装置が、前記マイクロチップを載置するための第１のステージ及び第２のステージを更に備え、前記冷却部が、前記第１のステージに載置された前記マイクロチップを冷却する第１の冷却部と、前記第２のステージに載置された前記マイクロチップを冷却する第２の冷却部と、を備え、前記電圧印加部は、前記第２のステージに載置された前記マイクロチップを対象として、電圧を印加し、前記光学分析部は、前記第２のステージに載置された前記マイクロチップを対象として、前記試料の光学分析を行い、前記制御部は、前記第１のステージに前記マイクロチップが載置されている場合に、前記第１の冷却部による前記マイクロチップの冷却を行い、その後、前記マイクロチップが前記第２のステージに載置されると、前記第２の冷却部によって前記マイクロチップを冷却しながら、前記電圧印加部による電圧の印加と前記光学分析部による光学分析とを実行する、態様とするのも好ましい。上記態様によれば、測定対象となるマイクロチップが複数個ある場合に、次に測定対象となるマイクロチップを予め冷却することができ、測定を効率良く行うことができる。
【００１６】
上記本発明における分析装置において、前記冷却部は、送風装置、電子冷却素子、及びヒートパイプのうち、少なくとも１つあれば良い。
【００１７】
また、上記本発明における分析装置においては、前記マイクロチップが、内部に前記流路が形成された本体部分と、前記本体部分の表面に設けられた放熱部材とを備え、前記放熱部材は、前記本体部分を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料によって形成されている、のが好ましい。この場合は、マイクロチップにおける冷却効率の向上が図られる。
【００１８】
更に、上記本発明における分析装置においては、前記マイクロチップが、内部に前記流路が形成された本体部分を備え、前記本体部分には、更に、前記流路に沿って、冷媒を流すための第２の流路が形成されている、のが好ましい。この場合も、マイクロチップにおける冷却効率の向上が図られる。
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明における分析方法は、流路が設けられたマイクロチップを冷却する冷却装置と、前記マイクロチップの流路に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加装置と、前記マイクロチップを介して、前記流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析装置と、を用いて、電気泳動による前記試料の分析を行うための方法であって、（ａ）前記冷却装置によって前記マイクロチップを冷却する、ステップと、（ｂ）前記マイクロチップが冷却されてから、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置を動作させる、ステップと、を有することを特徴とする。
【００２０】
上記本発明における分析方法は、前記マイクロチップの温度を測定するための温度センサを用い、前記（ｂ）のステップにおいて、前記温度センサによって測定された温度が、第１の設定温度以下である場合に、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置を動作させる、態様であるのが好ましい。また、この態様では、（ｃ）前記温度センサによって測定された温度が、第２の設定温度以下である場合に、前記冷却装置に、冷却の停止又は出力の低下を行わせる、ステップを更に有するのが良い。
【００２１】
また、上記本発明における分析方法は、前記（ａ）のステップにおいて、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置を動作させる直前に、前記冷却装置の出力を増加させ、前記（ｂ）のステップにおいて、前記電圧印加装置及び前記光学分析装置の動作の終了後に、前記冷却装置の出力を低下させる、態様であるのも好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明における分析装置及び分析方法によれば、マイクロチップを用いた電気泳動において、マイクロチップの温度の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１における分析装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１において用いられるマイクロチップの一例を示す分解斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１における分析装置の動作を示すフロー図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１における分析装置を動作させた場合のマイクロチップの温度変化を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２における分析装置の動作を示すフロー図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２における分析装置を動作させた場合のマイクロチップの温度変化を示す図である。
【図７】図７は、マイクロチップの上面温度、流路温度、ステージ上の温度の時間経過を示す図である。
【図８】図８は、状態１におけるマイクロチップをモデル化した例を示している。
【図９】図９は、状態１にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示している。
【図１０】図１０は、状態２におけるマイクロチップをモデル化した例を示している。
【図１１】図１１は、状態２にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示している。
【図１２】図１２は、状態３及び状態４におけるマイクロチップをモデル化した例を示す図である。
【図１３】図１３は、状態３または状態４にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示す図である。
【図１４】図１４は、状態５におけるマイクロチップをモデル化した例を示す図である。
【図１５】図１５は、状態５にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示す図である。
【図１６】図１６は、変形例１における分析装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、変形例２におけるマイクロチップの構成の一例を示す図であり、図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は底面図、図１７（ｃ）は側面図である。
【図１８】図１８は、変形例２におけるマイクロチップの構成の他の例を示す図であり、図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は底面図、図１８（ｃ）は側面図である。
【図１９】図１９は、変形例２におけるマイクロチップの構成の他の例を示す図であり、図１９（ａ）はカバー部材の平面図、図１９（ｂ）は基板の平面図である。
【図２０】図２０は、変形例３における分析装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における分析装置及び分析方法について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００２５】
［分析装置の構成］
最初に、本発明の実施の形態１における分析装置１０の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における分析装置の構成を示す構成図である。図１に示すように、本実施の形態１における分析装置１０は、マイクロチップ３０を用いて電気泳動を行う分析装置１０である。マイクロチップ３０は、後述するように流路３２を備えており、流路３２内には緩衝液が充填され、更に、分析対象となる試料が注入される。
【００２６】
また、図１に示すように、分析装置１０は、マイクロチップ３０を冷却する冷却部と、流路３２に充填された緩衝液に電圧を印加する電圧印加部と、マイクロチップ３０を介して、流路に導入された試料に対して光学分析を行う光学分析部と、制御部２０とを備えている。本実施の形態１では、分析装置１０は、マイクロチップ３０を載置するためのステージ１１も備えている。
【００２７】
冷却部は、本実施の形態１では、ステージ１１とマイクロチップ３０との間に配置された電子冷却素子１２と、電子冷却素子１２を駆動する駆動回路１３とを備えた冷却装置である。電子冷却素子１２の具体例としては、ペルチェ素子が挙げられる。また、駆動回路１３が、制御部２０の指示に応じて電子冷却素子１２に電流を供給すると、電子冷却素子１２による吸熱が起こり、マイクロチップ３０は冷却される。
【００２８】
なお、本実施の形態１では、冷却部としては、電子冷却素子１２の代わりに、送風装置、またはヒートパイプが用いられていても良い。更に、本実施の形態１は、冷却部として、電子冷却素子１２、送風装置、ヒートパイプのうち２つ以上が組み合わせられている態様であっても良い。
【００２９】
電圧印加部は、本実施の形態１では、流路３２の各端部に配置される一対の電極１４ａ及び１４ｂと、これらの間に電圧を印加する電源回路１５とを備えた電圧印加装置である。電源回路１５が、制御部２０の指示に応じて、電極１４ａと電極１４ｂとの間に電圧を印加すると、流路３２内で電気泳動が発生する。また、このとき、流路３２内では熱が発生し、マイクロチップ３０の温度は上昇する。
【００３０】
光学分析部は、本実施の形態では、マイクロチップ３０の流路３２に向けて光を照射する光源１６と、流路３２を透過した光を受光し、受光した光の光量に応じて信号を出力する受光素子１７と、分析部１８とを備えた光学分析装置である。また、受光素子１７は、受光面がマイクロチップ３０を向くようにしてステージ１１上に配置されている。光源１６は出射面が、ステージ１１上のマイクロチップ３０に向くようにして、マイクロチップ３０の上方に配置されている。
【００３１】
分析部１８は、受光素子１７が出力した信号に基づき、ターゲット成分の成分量又は成分比を測定し、測定結果を外部に出力する。具体的には、本実施の形態では、分析部１８は、演算装置を備えており、例えば、受光素子１７が出力した信号に基づいて、吸光光度分析法を実行し、ターゲット成分の成分量を算出する。
【００３２】
制御部２０は、冷却部、電圧印加部、及び光学分析部を制御する。具体的には、制御部２０は、駆動回路１３に対する電流供給の指示、電源回路１５に対する電圧印加の指示、光源１６に対する光の照射の指示を行う。
【００３３】
また、制御部２０は、冷却部にマイクロチップ３０の冷却を開始させ、マイクロチップ３０が冷却されてから、電圧印加部および光学分析部を動作させる具体的には、分析装置１０の電源がオンとされると、制御部２０は、まず、冷却部を構成する駆動回路１３に電流供給を行わせる。その後、マイクロチップ３０が十分冷却されてから、制御部２０は、電源回路１５に電圧を印加させ、更に、光源１６に光を照射させる。これにより、分析部１８は、マイクロチップ３０を介して、ターゲット成分の成分量の測定を実行する。
【００３４】
また、本実施の形態１では、マイクロチップ３０が十分冷却されているかどうかの判断は、例えば、後述する温度センサ１９によってマイクロチップの温度を測定することによって行われる。即ち、温度センサ１９によって測定された温度が、設定温度（第１の設定温度）以下となった場合に、マイクロチップ３０は十分冷却されていると判断される。
【００３５】
また、本実施の形態では、分析装置１０は、マイクロチップ３０の温度を測定するための温度センサ１９を更に備えることができる。実際には、温度センサ１９は、温度を特定する信号を出力する。この場合、制御部２０は、温度センサ１９からの信号に基づき、マイクロチップ３０の温度が予め設定された下限値（下限温度（第２の設定温度）：図４参照）より低いかどうかを判定する。そして、判定の結果、マイクロチップ３０の温度が下限温度よりも低いと判定した場合は、制御部２０は、冷却部に、冷却の停止又は出力の低下を行わせる。これは、マイクロチップ３０の流路３２内の温度が低下し過ぎると、試料の粘性が高くなり、電気泳動が困難となるからである。なお、上述の第１の設定温度は、上述の第２の設定温度よりも高い温度に設定される。
【００３６】
ここで、図２を用いて、本実施の形態１において用いられるマイクロチップ３０の構成について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において用いられるマイクロチップの一例を示す分解斜視図である。
【００３７】
図２に示すように、マイクロチップ３０は、基板３１ａと、それを覆うカバー部材３１ｂとを備えている。基板３１ａ及びカバー部材３１ｂは、共に、光透過性の材料、例えば、透明な樹脂材料、ガラスによって形成されている。
【００３８】
また、基板３１ａは、一対の凹部３４ａ及び３４ｂと、これらを繋ぐ溝３２ａとを備えている。カバー部材３１ｂは、それと重ね合わされた基板３１ａの凹部３４ａ及び３４ｂそれぞれの開口と整合する位置に、貫通穴３３ａ及び３３ｂを備えている。
【００３９】
そして、基板３１ａとカバー部材３１ｂとを重ね合わせると、溝３２ａの上面が塞がれ、図１に示す流路３２が形成される。また、この場合、凹部３４ａと貫通穴３３ａとの整合によって形成された部分と、凹部３４ｂと貫通穴３３ｂとの整合によって形成された部分とが、緩衝液の液溜となり、それぞれに、電極１４ａ又は電極１４ｂが配置される。
【００４０】
また、図２の例では、光源１６による光の照射が行われる位置と受光素子１７による透過光の受光が行われる位置とは、共に、流路３２に面する位置であれば特に限定されるものではない。但し、照射効率の点から、カバー部材３１ｂの光源１６に面する部分には凹みが設けられているのが好ましい。また、受光効率の点から、基板３１ａの受光素子１７に面する部分にも凹みが設けられているのが好ましい。
【００４１】
更に、このような凹みを設ける場合は、使用前において凹みへの塵及び埃の浸入を防ぐため、マイクロチップ３０の主面には、予め、フィルムが貼付されているのが好ましい。なお、カバー部材３１ｂに貼付するフィルムは、この凹みに加え、貫通穴３３ａ及び３３ｂも同時に覆うように形成されているのが好ましい。
【００４２】
［分析装置の動作］
次に、本発明の実施の形態１における分析装置１０の動作について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態１における分析装置の動作を示すフロー図である。図４は、本発明の実施の形態１における分析装置を動作させた場合のマイクロチップの温度変化を示す図である。なお、以下の説明では、適宜図１及び図２を参酌する。また、本実施の形態１では、分析装置１０を動作させることにより、分析方法が実施される。このため、本実施の形態１における分析方法の説明は、分析装置１０の動作説明に代える。
【００４３】
図３に示すように、まず、制御部２０は、分析装置１０の電源がオンとされると、冷却部にマイクロチップ３０への冷却を開始させる（ステップＳ１）。具体的には、制御部２０は、駆動回路１３に、電子冷却素子１２への電流供給を開始させる。また、このとき、冷却部における設定温度を一定にするため、電子冷却素子１２に供給される電流値は一定に設定されている。ステップＳ１の実行により、図４に示すように、マイクロチップ３０の温度は徐々に下降し始める。
【００４４】
次に、制御部２０は、温度センサ１９が測定した温度が設定温度以下になっているかどうかを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２の判定の結果、設定温度以下でない場合は、制御部２０は、待機状態となる。一方、ステップＳ２の判定の結果、設定温度以下である場合は、制御部２０は、ステップＳ３を実行する。
【００４５】
ステップＳ３では、操作者によってマイクロチップ３０の流路３２に試料が注入されると、制御部２０は、電圧印加部による電圧の印加と光学分析部による光学分析とを開始させる（ステップＳ３）。具体的には、制御部２０は、電源回路１５によって電極１４ａと電極１４ｂとの間に電圧を印加させ、更に、光源１６に光を照射させる。これにより、マイクロチップ３０の温度は上昇するが、冷却部による冷却は継続されているため、上限温度を超えることはない。
【００４６】
また、ステップＳ３が実行されると、受光素子１７が、受光した光の光量に応じた信号を出力するので、分析部１８は、出力された信号に基づいて、ターゲット成分の成分量を測定する。分析部１８は、測定が終了した場合は、そのことを制御部２０に通知する。通知を受けると、制御部２０は、電圧印加部による電圧の印加と光学分析部による光学分析とを停止する。
【００４７】
次に、制御部２０は、測定が全て終了しているかどうかを判定する（ステップＳ４）。具体的には、ステップＳ４では、制御部２０は、操作者から全ての測定終了を指示する入力が行われているかどうかを判定する。ステップＳ４の判定の結果、測定が全て終了していない場合は、操作者は、新たな試料をマイクロチップ３０内に注入するので、制御部２０は、ステップＳ３を再度実行する。一方、ステップＳ４の判定の結果、測定が全て終了している場合は、制御部２０は、処理を終了する。
【００４８】
以上のように本実施の形態１では、電気泳動の実行前に、マイクロチップ３０が予め十分に冷却され、その後、電気泳動が実行される。このため、本実施の形態１によれば、マイクロチップ３０を用いた電気泳動において、マイクロチップ３０の温度の最適化を図ることが可能となる。
【００４９】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における分析装置及び分析方法について説明する。本実施の形態２における分析装置は、図１に示した実施の形態１における分析装置１０と同様に構成されているが、制御部による処理の点で、実施の形態１における分析装置と異なっている。なお、本実施の形態２においても、図１及び図２に示したマイクロチップ３０が用いられる。
【００５０】
以下、実施の形態１との相違点を中心に図５及び図６を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態２における分析装置の動作を示すフロー図である。図６は、本発明の実施の形態２における分析装置を動作させた場合のマイクロチップの温度変化を示す図である。なお、以下の説明では、適宜、図１及び図２も参照する。
【００５１】
図５に示すように、まず、制御部２０は、分析装置１０の電源がオンとされると、冷却部にマイクロチップ３０への冷却を開始させる（ステップＳ１１）。ステップＳ１１は、図３に示したステップＳ１と同様のステップである。この場合、設定温度とマイクロチップの温度との関係は、図６に示すように、実施の形態１で説明した図４の場合と同様となる。
【００５２】
次に、制御部２０は、温度センサ１９が測定した温度が設定温度以下になっているかどうかを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の判定の結果、設定温度以下でない場合は、制御部２０は、待機状態となる。一方、ステップＳ１２の判定の結果、設定温度以下である場合は、制御部２０は、ステップＳ１３を実行する。
【００５３】
ステップＳ１３では、制御部２０は、冷却部による出力を増加させ、冷却を強力にする。本実施の形態２では、制御部２０は、駆動回路１３から、電子冷却素子１２に供給する電流値をアップさせる。
【００５４】
次に、操作者によってマイクロチップ３０の流路３２に試料が注入されると、制御部２０は、電圧印加部による電圧の印加と光学分析部による光学分析とを開始させる（ステップＳ１４）。ステップＳ１４は、図３に示したステップＳ３と同様のステップである。
【００５５】
また、ステップＳ１４が実行されると、受光素子１７が、受光した光の光量に応じた信号を出力するので、分析部１８は、出力された信号に基づいて、ターゲット成分の成分量を測定する。また、本実施の形態２においても、分析部１８は、測定が終了した場合は、そのことを制御部２０に通知する。
【００５６】
次に、分析部１８からの通知を受けると、制御部２０は、電圧印加部による電圧の印加と光学分析部による光学分析とを停止すると同時に、冷却部に出力を低下させる（ステップＳ１５）。ステップＳ１５により、マイクロチップ３０の温度が下限温度より低くなってしまう事態の発生が抑制される。
【００５７】
次に、制御部２０は、測定が全て終了しているかどうかを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６は、図３に示したステップＳ４と同様のステップである。ステップＳ１６においても、制御部２０は、操作者から全ての測定終了を指示する入力が行われているかどうかを判定する。ステップＳ１６の判定の結果、測定が全て終了していない場合は、操作者は、新たな試料をマイクロチップ３０内に注入するので、制御部２０は、ステップＳ１３を再度実行する。一方、ステップＳ１６の判定の結果、測定が全て終了している場合は、制御部２０は、処理を終了する。
【００５８】
このように、本実施の形態２では、制御部２０は、電圧印加部及び光学分析部を動作させる直前（ステップＳ１４の直前）に、冷却部の出力を増加させ、そして、電圧印加部及び光学分析部の動作の終了後に、冷却部の出力を低下させる。このため、本実施の形態２によれば、図６に示すように、実施の形態１に比べて、マイクロチップ３０の温度上昇をより強力に抑えることができる。近年、マイクロチップ３０の小型化の要請によって流路３２の長さが短くなり、発熱量が増える傾向にあるが、本実施の形態２は、このような場合に特に有効である。
【００５９】
［温度分析］
ここで、実施の形態２に示した分析装置及び分析方法を用いた場合のマイクロチップの温度分析について図７〜図１５を用いて説明する。図７は、マイクロチップの上面温度、流路温度、ステージ上の温度の時間経過を示す図である。
【００６０】
図７に示すグラフでは、横軸は時間ｔを示し、縦軸は温度Ｔを示している。また、図７において、開始（ｔ＝０）からｔ１までを状態１（予備冷却）、ｔ１〜ｔ２までを状態２（保冷）、ｔ２〜ｔ３までを状態３（測定直前）、ｔ３〜ｔ４までを状態４（測定開始）、ｔ４以降を状態５（測定中）と定義する。そして、状態４及び状態５においては、マイクロチップ３０の流路３２（図１及び図２参照）内で電気泳動が発生している。
【００６１】
図７においてステージ上の温度の変化グラフが示すように、開始（ｔ＝０）からｔ２までは、冷却部の出力は一定であり、ｔ３の時点で、冷却部の出力が高められ、その後、徐々に出力は低下される。そして、冷却部の出力の調整は、マイクロチップ上面の温度、および流路温度に基づいて行う必要がある。以下に、状態毎に、各温度の分析手法について説明する。
【００６２】
［温度分析：状態１］
状態１について図８及び図９を用いて説明する。図８は、状態１におけるマイクロチップをモデル化した例を示す図である。図８において、マイクロチップ３０は、短辺側の側面（図２参照）から見た状態で表されている。
【００６３】
図９は、状態１にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示す図である。図９では、初期条件及び境界条件が与えられた場合の状態方程式も示されている。また、図９において、「λ」はマイクロチップ３０の熱伝導率（材料固有のもの）を示し、「α」はマイクロチップ表面から大気中への熱伝達率（材料と大気の状態に依存）を示している。
【００６４】
また、図９の各式では、流路３２の径（または幅）がマイクロチップ３０の大きさに比べて極めて小さく、流路３２を点とみなせること、マイクロチップ３０の厚みが薄く、その側面からの放熱は無視できること、それによってX軸方向の温度分布はないものと考えられること（図８中のｙ軸方向のみを考慮）、が前提条件となる。なお、状態１は非定常状態にある。
【００６５】
マイクロチップとして、図２に示すマイクロチップ３０が用いられる場合は、図９に示す式に、差分法または有限要素法などの解析的手法を適用すれば、マイクロチップ３０の状態１における温度をシミュレーションできる。結果、状態１において、冷却部の出力を適切な値に設定できる。
【００６６】
［温度分析：状態２］
状態２について図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、状態２におけるマイクロチップをモデル化した例を示す図である。図１０においても、マイクロチップ３０は、短辺側の側面（図２参照）から見た状態で表されている。
【００６７】
図１１は、状態２にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示す図である。図１１では、境界条件が与えられた場合の状態方程式も示されている。また、図１１においても、「λ」はマイクロチップ３０の熱伝導率（材料固有のもの）を示し、「α」はマイクロチップ表面から大気中への熱伝達率（材料と大気の状態に依存）を示している。
【００６８】
また、図１１の各式でも、流路３２の径（または幅）がマイクロチップ３０の大きさに比べて極めて小さく、流路３２を点とみなせること、マイクロチップ３０の厚みが薄く、その側面からの放熱は無視できること、それによってｘ軸方向の温度分布はないものと考えられること（図１０中のｙ軸方向のみを考慮）、が前提条件となる。なお、状態２は定常状態にある。
【００６９】
マイクロチップとして、図２に示すマイクロチップ３０が用いられる場合は、図１１に示す式に、差分法または有限要素法などの解析的手法を適用すれば、マイクロチップ３０の状態２における温度をシミュレーションできる。結果、状態２において、冷却部の出力を適切な値に設定できる。
【００７０】
［温度分析：状態３−４］
状態３及び４について図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、状態３及び状態４におけるマイクロチップをモデル化した例を示す図である。図１２においても、マイクロチップ３０は、短辺側の側面（図２参照）から見た状態で表されている。
【００７１】
図１３は、状態３または状態４にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示す図である。図１３では、初期条件及び境界条件が与えられた場合の状態方程式も示されている。また、図１３においても、「λ」はマイクロチップ３０の熱伝導率（材料固有のもの）を示し、「α」はマイクロチップ表面から大気中への熱伝達率（材料と大気の状態に依存）を示している。
【００７２】
また、図１３の各式では、流路３２の径（または幅）がマイクロチップ３０の大きさに比べて極めて小さく、流路３２を点とみなせること、マイクロチップ３０の厚みが薄く、その側面からの放熱は無視できること、が前提条件となる。また、この状態では流路からの発熱が生じるため、X軸方向にも温度分布が生じる。そのため、状態３から状態４は２次元の非定常状態にあると考えられる。
【００７３】
マイクロチップとして、図２に示すマイクロチップ３０が用いられる場合は、図１３に示す式に、差分法または有限要素法などの解析的手法を適用すれば、マイクロチップ３０の状態３から状態４における温度をシミュレーションできる。結果、状態３から状態４において、冷却部の出力を適切な値に設定できる。
【００７４】
［温度分析：状態５］
状態５について図１４及び図１５を用いて説明する。図１４は、状態５におけるマイクロチップをモデル化した例を示す図である。図１４においても、マイクロチップ３０は、短辺側の側面（図２参照）から見た状態で表されている。
【００７５】
図１５は、状態５にあるマイクロチップにおいて成立する状態方程式を示す図である。図１５では、境界条件が与えられた場合の状態方程式も示されている。また、図１５においても、「λ」はマイクロチップ３０の熱伝導率（材料固有のもの）を示している。
【００７６】
また、図１５の各式では、流路３２の径（または幅）がマイクロチップ３０の大きさに比べて極めて小さく、流路３２を点とみなせること、マイクロチップ３０の厚みが薄く、その側面からの放熱は無視できること、が前提条件となる。また、この状態では流路からの発熱が生じるため、X軸方向にも温度分布が生じる。そのため、状態５は２次元の非定常状態にあると考えられる。
【００７７】
マイクロチップとして、図２に示すマイクロチップ３０が用いられる場合は、図１５に示す式に、差分法または有限要素法などの解析的手法を適用すれば、マイクロチップ３０の状態５における温度をシミュレーションできる。結果、状態５において、冷却部の出力を適切な値に設定できる。
【００７８】
なお、マイクロチップとして、図２に示したマイクロチップ３０以外が用いられる場合は、マイクロチップの形状、材質、大きさなどを考慮して、上述した状態方程式（図９、図１１、図１３、図１５）に変更を加える必要がある。
【００７９】
また、上述した実施の形態１〜実施の形態２は、上述した例に限定されるものではなく、以下の変形例１〜変形例３を含む態様であっても良い。以下に説明する。
【００８０】
［変形例１］
図１６を用いて、実施の形態１〜実施の形態２における変形例１について説明する。図１６は、変形例１における分析装置の構成を示す図である。図１６に示すように、変形例１では、分析装置４０は、図１に示した分析装置１０の構成に加え、更に、ステージ４１と、電子冷却素子４２とを備えている。なお、図１６では、図１に示されていた駆動回路１３、電源回路１５、分析部１８、制御部２０についての図示は省略している。
【００８１】
この構成において、制御部２０は、ステージ４１にマイクロチップ３０が載置されている場合は、駆動回路１３（図１参照）に対して電子冷却素子４２への電流供給を行わせ、ステージ４１上でマイクロチップ３０を冷却させる。
【００８２】
そして、マイクロチップ３０が、ステージ４１からステージ１１へと移動され、ステージ１１上に載置されると、制御部２０は、マイクロチップ３０を冷却しながら、電圧の印加と光学分析とを実行する。つまり、制御部２０は、駆動回路１３（図１参照）に対する電子冷却素子１２への電流供給、電源回路１５に対する電極１４ａと電極１４ｂとの間への電圧印加、光源１６に対する光の照射を指示する。
【００８３】
このように、変形例１では、マイクロチップ３０に対して、測定開始前の冷却はステージ４１上で行われ、測定、及び測定時における冷却はステージ１１上で行われる。変形例１によれば、測定対象となるマイクロチップ３０が複数個ある場合に、次に測定対象となるマイクロチップを予め冷却することができ、測定を効率良く行うことができる。
【００８４】
［変形例２］
図１７〜図１９を用いて、実施の形態１〜実施の形態２における変形例２について説明する。図１７は、変形例２におけるマイクロチップの構成の一例を示す図であり、図１７（ａ）は平面図、図１７（ｂ）は底面図、図１７（ｃ）は側面図である。図１８は、変形例２におけるマイクロチップの構成の他の例を示す図であり、図１８（ａ）は平面図、図１８（ｂ）は底面図、図１８（ｃ）は側面図である。図１９は、変形例２におけるマイクロチップの構成の他の例を示す図であり、図１９（ａ）はカバー部材の平面図、図１９（ｂ）は基板の平面図である。
【００８５】
変形例２においては、マイクロチップとして、図２に示したマイクロチップ３０よりも放熱性に優れたマイクロチップが用いられる。図１７（ａ）〜（ｃ）に示す例では、マイクロチップ３５は、図２に示したマイクロチップ３０と同様に、基板３１ａと、それを覆うカバー部材３１ｂとを備えているが、更に、放熱部材３６も備えている。放熱部材３６は、マイクロチップの本体部分（基板３１ａ及びカバー部材３１ｂ）を形成する材料よりも熱伝導性が高い材料、例えば金属材料によって形成されている。
【００８６】
また、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、放熱部材３６は、光源１６（図１参照）から流路３２への光の照射と、受光素子１７（図１参照）による透過光の受光とが、妨げられないように形成されている。具体的には、放熱部材３６は、主面上において流路３２を遮蔽しないように形成さえている。また、放熱部材３６は、電極１４ａ及び電極１４ｂ（図１参照）との接触を回避するため、カバー部材３１ｂに設けられた貫通穴３３ａ及び貫通穴３３ｂの近傍を避けるようにも形成されている。
【００８７】
図１８（ａ）〜（ｃ）に示す例でも、マイクロチップ３７は、図１７（ａ）〜（ｃ）に示した例と同様に、基板３１ａと、それを覆うカバー部材３１ｂとに加えて、放熱部材３８を備えている。但し、図１８（ａ）〜（ｃ）の例では、放熱部材３８は、図１８（ｂ）及び図１８（ｃ）に示すように、底面側に複数のフィン３９を備えており、その放熱能力が更に高められている。図１８（ａ）〜（ｃ）に示すマイクロチップ３７は、冷却部として、電子冷却素子１２の代わりに、送風装置を用いる場合に有用である。
【００８８】
また、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す例では、マイクロチップ５０は、基板５１ａと、それを覆うカバー部材５１ｂとを備えている。このうち、カバー部材５１ｂは、図２に示したカバー部材３１ｂと同様のものであり、貫通穴５３ａ及び貫通穴５３ｂを備えている。
【００８９】
一方、基板５１ａは、図２に示した基板３１ａと同様に、流路を形成する溝５２と、液溜めとなる凹部５４ａ及び凹部５４ｂとを備えているが、これらに加えて、更に、外周溝５５も備えている。外周溝５５は、溝５２、凹部５４ａ及び凹部５４ｂに沿って、これらを囲むように形成されている。そして、基板５１ａとカバー部材５１ｂとを重ね合わせると、外周溝５５の上面が塞がれ、外周溝５５によっても、溝５２と同様に流路が形成される。
【００９０】
このように、図１９（ａ）及び（ｂ）に示す例では、緩衝液が充填される流路の周辺を囲むように、外周溝５５による別の流路が設けられている。よって、この流路に冷却液などの冷媒を流すことにより、マイクロチップ５０の冷却が図られる。また、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すマイクロチップ５０が用いられる場合は、冷却部としては、電子冷却素子１２の代わりに、冷媒を供給するポンプが用いられる。
【００９１】
［変形例３］
図２０を用いて、実施の形態１〜実施の形態２における変形例３について説明する。図２０は、変形例３における分析装置の構成を示す図である。
【００９２】
図２０に示す変形例３においては、図１に示した分析装置１０は、空気循環システムが備えられた部屋６０に配置されている。空気循環システムは、空気の取り入れ側に、防塵フィルター６１、除電ブロアー６２、及び加湿フィルター６３を備え、空気の排出側に、排気用ファン６４を備えている。なお、図２０において、６５及び６６はダクトである。
【００９３】
この構成によれば、空気は、防塵フィルター６１、除電ブロアー６２、及び加湿フィルター６３を介して、マイクロチップ３０へと到達する。従って、変形例３においては、マイクロチップ３０の内部への塵及び埃の混入が大きく軽減される。結果、更なる測定精度の向上が図られることになる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明によれば、マイクロチップを用いた電気泳動において、マイクロチップの温度の最適化を図ることができる。本発明は、マイクロチップを採用する電気泳動装置に有用である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  分析装置
１１  ステージ
１２  電子冷却素子
１３  駆動回路
１４ａ、１４ｂ  電極
１５  電源回路
１６  光源
１７  受光素子
１８  分析部
１９  温度センサ
２０  制御部
３０  マイクロチップ
３１ａ  基板
３１ｂ  カバー部材
３２  流路
３２ａ  溝
３３ａ、３３ｂ  貫通孔
３４ａ、３４ｂ  凹部
３５  マイクロチップ
３６  放熱部材
３７  マイクロチップ
３８  放熱部材
３９  フィン
４０  分析装置
４１  ステージ
４２  電子冷却素子
５０  マイクロチップ
５１ａ  基盤
５１ｂ  カバー部材
５２  溝
５３ａ、５３ｂ  貫通穴
５４ａ、５４ｂ  凹部
５５  外周溝
６１  防塵フィルター
６２  除電ブロアー
６３  加湿フィルター
６４  排気用ファン６４
６５、６６  ダクト
【図１】
0005279926.tif 000002
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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