(57)【要約】【課題】  複数種類の液剤を高速に且つ正確に一箇所に投入することの出来る液剤投入装置、ランニングコストの低減、正確で高速な測定を可能とする蛍光検出装置を提供する。【解決手段】  複数のノズル２６ａ，２７ａ，２８ａからピエゾ素子２３…の駆動により液剤を微細液滴にして所定位置に投入する液剤ジェットヘッド２０と、液剤投入位置へ励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出ヘッドとを備えた蛍光検出装置である。そして、各ノズル２６ａ，２７ａ，２８ａの先端部における流路が、これら流路をその接線方向に延長させたときに各流路が略一点で交わる向きに形成され、且つ、各ノズル先端の周辺面Ｓ０〜Ｓ２が当該ノズルの先端流路方向に対して略直交する角度に形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載せた検査チップを所定位置に載置するステージと、
複数のノズル、および、当該複数のノズルにつながる流路の途中で液剤を押圧するピエゾ素子を有し、該ピエゾ素子の駆動により対応するノズルから液剤を２０ピコリットル以下の微細液滴にして前記検査チップの所定箇所に投入するジェットヘッドと、
前記ステージの前記ジェットヘッドと逆の側から前記検査チップの所定箇所へ励起光を照射してそこから発せられる蛍光を検出する蛍光検出ヘッドとを備え、
前記複数のノズルの先端部における流路が、これらの流路を直線状に延長させたときに各流路が略一点で交わる向きに形成されるとともに、各ノズル先端の周辺面が、当該ノズル先端の流路方向に対して略直交する角度にされていることを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項２】
複数のノズルから液剤を微細液滴にして吐出するジェットヘッドを備えた液剤投入装置であって、
前記複数のノズルの各先端部における流路が、これらの流路を直線状に延長させたときに各流路が次第に近づいていく向きにそれぞれ形成されていることを特徴とする液剤投入装置。
【請求項３】
前記複数のノズルの各先端部における流路が、これらの流路を直線状に延長したときに各流路が略一点で交わる向きにそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２記載の液剤投入装置。
【請求項４】
前記複数のノズルの先端は前記ジェットヘッドの所定面上に孔として露出されるとともに、
前記ジェットヘッドの所定面には、当該所定面が前記複数のノズルの先端が露出される全範囲に渡ってフラットにされた状態と比較して、各ノズル先端の周辺面と当該ノズルの先端流路の方向とのなす角度が直角に近い状態になるように、傾斜が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の液剤投入装置。
【請求項５】
前記各ノズル先端の周辺面が、当該ノズル先端の流路方向に対して略直交する角度にされていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の液剤投入装置。
【請求項６】
前記複数のノズルにつながる流路の途中に液剤を押圧するピエゾ素子がそれぞれ設けられ、該ピエゾ素子の駆動により対応するノズルから液剤が吐出されることを特徴とする請求項２〜５の何れかに記載の液剤投入装置。
【請求項７】
前記複数のノズルから吐出される微細液滴はそれぞれ１〜２０ピコリットルの液滴であることを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載の液剤投入装置。
【請求項８】
試料を載せた検査チップを所定位置に載置するステージと、
前記ステージ上に載置された前記検査チップの所定箇所へ複数種類の液剤を投入する請求項２〜７の何れかに記載の液剤投入装置と、
前記ステージの前記液剤投入装置と逆の側から前記検査チップの所定箇所へ励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出ヘッドと、
を備えたことを特徴とする蛍光検出装置。
【請求項９】
前記液剤投入装置と前記検査チップとの相対位置を変化させることなく前記液剤ジェットヘッドから複数種類の液剤が前記検査チップ上の一点へ吐出されるように、前記液剤投入装置と前記ステージとの距離が設定可能であることを特徴とする請求項８記載の蛍光検出装置。
【請求項１０】
前記液剤投入装置は、複数種類の試薬液と洗浄液とを吐出するように構成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の蛍光検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蛍光検出により試料の分析を行う蛍光検出装置、並びに、例えば試料中に試薬等の液剤を投入する液剤投入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、唾液等の生体試料を検査チップに採取するとともに、この検査チップの所定箇所に洗浄液や試薬を含んだ液剤を吐出して検体と試薬とを反応させ、その後、この箇所の蛍光検出を行うことで、試料中に含まれる所定の分泌型免疫ＩｇＡの定量測定を行う蛍光検出装置について開発している。
【０００３】
この開発において液剤を検査チップに吐出する構成としては、プリンタの分野で用いられているインクジェットヘッドと同様の構成を適用し、これら液剤を微細液滴にして検査チップの所定箇所へ噴射するようにしている。これにより、高コストな試薬の使用量を必要最小限に抑えて、ランニングコストの低減を図ることが出来る。
【０００４】
また、この液剤ジェットヘッドに複数のノズルを横一列に並設するとともに、各ノズルから異なる液剤を噴射可能なように構成する。そして、液剤ジェットヘッドをピエゾモータによりノズル間隔分ずつ横方向にスライド移動させながら各ノズルから順次液剤を吐出させることで、検査チップ上の一点に複数種類の試薬や洗浄液を噴射するようにしていた。
【０００５】
また、本発明に関連する従来技術として、特許文献１〜３に開示の技術があった。特許文献１には、噴霧装置から２種類の液体を混合噴霧させそれぞれの噴霧特性を個別に計測する技術が開示されている。また、特許文献２には、試料の入ったマイクロプレートを移動させつつ複数のノズルから順次試薬を滴下させて試料と複数の試薬とを混合させる技術が開示されている。また、特許文献３には、複数のピペットを用いてオートメーション処理により複数の試薬を反応管に分注・混合可能な自動分析装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３４０６１９号公報
【特許文献２】特開２００１−１２４６９８号公報
【特許文献３】特開平０７−０４９３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開発中の蛍光検出装置において、上記のように液剤ジェットヘッドをノズル間隔分ずつスライド移動させながら各ノズルから順次液剤を噴射させる構成では、スライド機構のバックラッシュ等によりノズル位置の正確な制御が難しく、複数の液剤を一点に噴射するのが難しいという課題があった。
【０００７】
また、複数種類の液剤を噴射するのに、各液剤の噴射処理の間に液剤ジェットヘッドをスライドさせる処理を挿入する必要があったため、その分、液剤投入のトータル時間が長くなるという課題もあった。
【０００８】
この発明の目的は、複数種類の液剤を一箇所に投入するのに、液剤の量を必要最小限に抑えることが出来るとともに、極短時間で正確な位置に再現性よく複数の液剤を投入することの出来る液剤投入装置を提供することにある。
【０００９】
また、このような液剤投入装置を試薬や洗浄液の投入用に用いることで、ランニングコストの低減、正確で高速な測定を可能とする蛍光検出装置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、上記目的を達成するため、複数のノズルから液剤を微細液滴（例えば１〜２０ピコリットル）にして吐出するジェットヘッドを備え、複数のノズルの各先端部における流路が、これらの流路を直線状に延長させたときに各流路が次第に近づいていく向きにそれぞれ形成されている構成とした。
【００１１】
このような構成により、ジェットヘッドと対象物とを固定した状態で、複数のノズルから微細液滴を略同一箇所に噴射することが可能となる。
【００１２】
具体的には、前記複数のノズルの各先端部における流路が、これらの流路を直線状に延長したときに各流路が略一点で交わる向きにそれぞれ形成すると良い。なお、微細液滴が流路の延長線上から少しずれて噴射されるような場合には、このずれを考慮して上記の向きから少しずれた状態に形成するようにしても良い。
【００１３】
さらに具体的には、前記複数のノズルの先端は前記ジェットヘッドの所定面上に孔として露出されるとともに、前記ジェットヘッドの所定面には、当該所定面が前記複数のノズルの先端が露出される全範囲に渡ってフラットにされた状態と比較して、各ノズル先端の周辺面と当該ノズルの先端流路の方向とのなす角度が直角に近い状態になるように、傾斜を形成すると良い。
【００１４】
微細なノズルは、例えばブロック体の一面にエッチング等により溝を形成し、この面に別のブロック体を接合することで形成することが出来る。従って、ノズルの吐出口は面上の孔として形成されるのが一般的である。
【００１５】
そして、このような構成において、ノズルの向きが吐出口の周辺面に対して大きく傾斜していると、微細液滴を噴射する際に、表面張力により微細液滴の噴射方向にバラツキが生じやすくなる。従って、この傾斜を少なくすることで、ノズルの向きを斜めにしてもバラツキの少ない微細液滴の噴射を行うことが可能となる。
【００１６】
具体的には、前記各ノズル先端の周辺面が、当該ノズル先端の流路方向に対して略直交する角度にすると良い。なお、完全に直交する角度にしなくても、傾斜を緩めることで一定の効果が奏される。
【００１７】
また具体的には、前記複数のノズルにつながる流路の途中に液剤を押圧するピエゾ素子がそれぞれ設けられ、該ピエゾ素子の駆動により対応するノズルから液剤が吐出される構成にすると良い。
【００１８】
ジェットヘッドの液滴噴射方式には、ピエゾ駆動方式と加熱方式とがあるが、試薬は加熱により変質してしまうので、ピエゾ駆動方式により液剤を変質させることなく吐出可能となる。
【００１９】
さらに、上記の課題を解決するため、本発明の蛍光検出装置は、試料を載せた検査チップを所定位置に載置するステージと、前記ステージ上の前記検査チップの所定箇所へ複数種類の液剤を投入する上述の液剤投入装置と、前記ステージの前記液剤投入装置と逆の側から前記検査チップの所定箇所へ励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出ヘッドとを備えたものである。
【００２０】
そして、前記液剤投入装置からは複数種類の試薬と洗浄液とを吐出するように構成するとともに、当該液剤投入装置と前記検査チップとの相対位置を変化させることなく前記液剤投入装置により複数種類の液剤が前記検査チップ上の一つの箇所へ吐出されるように、前記液剤投入装置と前記ステージとの距離を設定可能に構成する。
【００２１】
このような蛍光検出装置により、高コストな試薬の使用量を必要最低限としてランニングコストを低減できるとともに、上記の液剤投入装置により複数の試薬や洗浄液を投入させることで、正確で且つ高速な測定が可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の液剤投入装置によれば、複数種類の液剤を一箇所に投入するのに、液剤の量を必要最小限に抑えることが出来るとともに、極短時間で正確な位置に再現性よく複数の液剤を投入することが出来るという効果がある。
【００２３】
また、本発明の蛍光検出装置によれば、ランニングコストの低減、正確で高速な測定を行うことが出来るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施の形態の液剤投入装置のヘッド部分を示すもので、同図（ａ）に正面図を、（ｂ）に側面図を示す。図２は、本発明の実施の形態の蛍光検出装置の主要構成を示す斜視図である。
【００２６】
本実施の形態の蛍光検出装置１００は、例えば唾液を試料としてそこに含まれる特定の分泌型免疫"ＩｇＡ"を、抗原抗体反応と蛍光検出とを用いて定量的に測定する装置である。この蛍光検出装置１００は、図２に示されるように、被験者が手に持って唾液を採取することの出来る検査チップ１０と、この検査チップ１０を所定位置に固定する図示略のステージと、ステージ上の検査チップ１０に対しその所定点に洗浄液や試薬等の液剤を投入する液剤ジェットヘッド２０と、検査チップ１０上の所定点に下面側から励起光を照射してそこから発せられる蛍光量を検出する蛍光検出ヘッド３０等を備えている。
【００２７】
検査チップ１０は、例えば平板スティック形状の石英ガラスを基板１１とし、その基板１１上の先端側に膜状のＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）１２を固着して構成される。このＰＤＭＳ１２上の所定点には、測定対象の"ＩｇＡ"と反応する第１抗体が極小さなスポット状の範囲に予め固定されている。
【００２８】
蛍光検出ヘッド３０は、例えば、波長５３２ｎｍの励起光を照射して、それにより発せられる波長５７０ｎｍの蛍光を検出するものであり、上記励起光を出力するレーザ光源、この励起光を検査チップ１０上に集束させ且つそこから発せられる蛍光を集光する対物レンズ３１、励起光と蛍光とを波長に応じて分離する光学系、対物レンズ３１により集光された蛍光量を検出するＰＭＴ（フォトマルチプライア）またはアバランシェ・フォトダイオードなどの光センサ３３などを備えている。
【００２９】
また、この蛍光検出ヘッドには、対物レンズ３１を励起光のフォーカス方向やそれと垂直な水平方向に微小変位させるレンズアクチュエータ３２が設けられ、このレンズアクチュエータ３２の作用により、励起光の焦点位置の微調整が可能になっている。
【００３０】
液剤ジェットヘッド２０は、図１（ａ）に示すように、例えば３本の独立した流路２６〜２８ならびにノズル２６ａ〜２８ａを有し、これらノズル２６ａ〜２８ａの先端から液剤を微細液滴にして噴射するものである。微細液滴は、例えば３ｐｌ（ピコリットル）程度の液滴であるが、２０ｐｌ以下の液滴であれば、試薬等の使用量を十分に低くすることが出来る。現在のインクジェットの技術では、液滴を１ｐｌ程度まで微細化することが可能であるが、さらに微細化が可能であれば１ｐｌより小さな液滴を適用しても良い。
【００３１】
流路２６〜２８やノズル２６ａ〜２８ａは、例えばシリコン表面にエッチング処理を施して流路やノズルとなる溝を形成し、その上にガラスなどを接合することで、２個のブロック２１，２２の間に形成されたものである。
【００３２】
また、流路２６〜２８の途中には、ピエゾ素子２３…の一面が各流路２６〜２８を覆うように設けられ、このピエゾ素子２３…が駆動することで、流路２６〜２８内の液剤が押圧されてノズル２６ａ〜２８ａの先端から液滴が噴射されるようになっている。
【００３３】
また、流路２６〜２８の上端側にはハイプ２５…が接続され、これらのパイプ２５…から液剤が供給されるようになっている。流路の形成されたブロック２１，２２、および、それに接続されたパイプ２５…は、ホルダ枠２４により保持・固定されている。また、このパイプ２５…の先には液剤を蓄えた液剤タンクが設けられ、これら液剤ジェットヘッド２０および液剤タンク等により液剤投入装置が構成されている。
【００３４】
この実施の形態の液剤ジェットヘッド２０においては、上記のノズル２６ａ〜２８ａの向き、並びに、ノズル先端が露出されるヘッド底面の傾斜角に、次のような特徴を有する。すなわち、複数のノズル２６ａ〜２８ａのうち左右両側のノズル２６ａ，２８ａは、内側に傾いた向きに形成され、この傾きはノズル２６ａ〜２８ａの先端流路をそのまま直線状に延長したときにほぼ一点で交差する角度になっている。また、この交差する点は、液滴の噴射時における液剤ジェットヘッド２０から検査チップ１０までの距離（作動距離Ｌ）だけ離れた点となるように設定されている。
【００３５】
また、上記ノズル２６ａ，２８ａの先端がそれぞれ露出される２つの平面Ｓ０，Ｓ２は、ノズル先端部の向きに対応して水平面よりも傾斜を有した面にされている。これら平面Ｓ０，Ｓ２の傾斜角は、平面がノズル先端の向きとほぼ直行する角度である。上述のように、ノズル２６ａ〜２８ａは２枚の板状ブロック２１，２２の間に挟まれた溝により形成されているため、ノズル先端は板状ブロック２１，２２の底面に開口孔（吐出孔）として露出される。ノズル先端部の向きとノズル先端の周辺面とが直交状態より大きく傾いていると、微細液滴を噴射する際に表面張力により液滴に回転方向の力が働き、液滴に不確定な挙動が生じる場合がある。従って、このように平面Ｓ０，Ｓ２に傾斜角を設けることで、このような不確定な挙動を排除することが出来る。
【００３６】
なお、これら平面Ｓ０，Ｓ２の傾斜角は、ノズル先端の向きと完全に直交する角度にしなくても良く、ヘッド底面を全てフラットにして切り欠きを設けない場合と比べて、図１のような傾斜角に近づければ、それだけ微細液滴の不確定な挙動を排除できるという効果が奏される。
【００３７】
次に、上記構成の蛍光検出装置１００の動作について説明する。
【００３８】
図３には、液剤投入により検査チップ上で生じる反応を説明する図を示す。
【００３９】
上記の蛍光検出装置１００を用いて所定の免疫物質の定量測定を行うには、先ず、被験者が検査チップ１０の先端を口の中に差し入れるなどしてその上面部に唾液を付着させる。図３（ａ）に示すように、検査チップ１０の測定箇所には第１抗体Ｂが固定化されており、唾液を付着させることで唾液中の免疫物質Ａが抗原抗体反応により第１抗体Ｂに結合する。
【００４０】
唾液を付着させたら、検査チップ１０を蛍光検出装置のステージ上にセットする。このとき、検査チップ１０はステージ上の所定位置に精度良く固定され、図２に示すように、その上方には所定の作動距離を離れて液剤ジェットヘッド２０が配置され、下方には蛍光検出ヘッド３０が配置される。
【００４１】
このように検査チップ１０をセットしたら、次いで、蛍光検出装置１００に測定開始の指令を与える。測定開始の指令があると、蛍光検出装置１００は、先ず、液剤ジェットヘッド２０を作動させ、第１ノズル２６ａから洗浄液を噴射して検査チップ上の測定箇所に投入する。なお、洗浄液の噴射は、複数個の微細液滴を連続的に噴射するように行っても良い。この洗浄液の噴射により、図３（ｂ）に示すように、検査チップ１０の測定箇所には第１抗体Ｂとそれに結合した免疫物質Ａとが残り、そのほかの物質は測定箇所の周囲に押し流される。
【００４２】
続いて、第２ノズル２７ａから第２抗体を含んだ試薬液が噴射されて検査チップ上の測定箇所に投入される。次いで、短い時間の経過後に、第１ノズル２６ａから上記同様に洗浄液の噴射が行われる。この試薬液の噴射により、図３（ｃ），（ｄ）に示すように、第２抗体Ｃが第１抗体Ｂの箇所を浮遊して免疫物質Ａと結合される。さらに、洗浄液の噴射により、結合されなかった第２抗体Ｃは周囲に押し流されて排除される。
【００４３】
さらに続いて、第３ノズル２８ａから蛍光標識を含んだ試薬液が噴射されて検査チップ上の測定箇所に投入され、短い時間の経過後に、第１ノズル２６ａから上記同様に洗浄液の噴射が行われる。この試薬液の噴射により、図３（ｅ）に示すように、第２抗体Ｃに蛍光標識Ｄが結合され、さらに、結合しなかった蛍光標識Ｄが周囲に押し流される。
【００４４】
以上の抗原抗体反応等により唾液中の免疫物質Ａと蛍光標識Ｄとが１対１で結合された状態となり、蛍光標識Ｄの量を検出することで免疫物質Ａの定量的な分析を行うことが可能となる。
【００４５】
上記のような液剤ジェットヘッド２０による液剤投入処理が完了したら、次に、蛍光検出ヘッド３０が作動して上記液剤が投入された測定箇所に対して蛍光検出の処理が行われる。すなわち、上記液剤の投入箇所に対して検査チップ１０の下面側から対物レンズ３１を介して励起光を集束させ、この集束点から発せられる蛍光を対物レンズ３１を介して集光し、蛍光を分離する光学系を介して光センサ３３に入射する。免疫物質Ａが多ければ多量の蛍光が検出され、少なければ少量の蛍光が検出される。
【００４６】
このような測定により、唾液中の特定免疫物質の量を判定し、被験者のストレスの度合い等の指標とすることが出来る。
【００４７】
以上のように、この実施の形態の液剤投入装置および蛍光検出装置１００によれば、液剤ジェットヘッド２０をスライド移動させることなく、複数のノズル２６ａ〜２８ａから複数種類の液剤を検査チップ１０上の一点へ投入することが出来る。これにより、高速で正確な液剤投入処理が行え、測定処理全体の高速化および正確性の向上に寄与することが出来る。
【００４８】
また、液剤ジェットヘッド２０から投入される液剤は、２０ｐｌ以下の微細液滴なので、高価な試薬の使用量を少なくして、測定処理のランニングコストを低減することが出来る。
【００４９】
また、ノズル２６ａ，２８ａの傾きに対応してノズル先端の開口孔が露出されるヘッド底部の平面Ｓ０，Ｓ２も傾斜を有した状態に形成されているので、ノズル２６ａ，２８ａの先端から噴射される微細液滴の挙動も安定し、液剤のより正確な投入処理が可能となる。
【００５０】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、液剤ジェットヘッドのノズル数やノズル先端の傾斜面の作り方などは種々の変形が可能である。図４（ａ）〜（ｃ）には、液剤ジェットヘッドの変形例を表わした概要図を示す。例えば、図４（ａ）に示すように、斜めに形成されたノズル２６ａ，２８ａの先端部分のみ切り欠きを設け、ノズル先端が露出する面Ｓ０，Ｓ２を傾斜させるようにしても良い。また、図４（ｂ）（ｃ）に示すように、５本等、より多くのノズル４１〜４５を設けることも出来る。その際、図４（ｂ）に示すように、ノズル先端が露出する面Ｓ１１〜Ｓ１５をそれぞれ切り欠きにより傾斜を持たせた平面としても良いし、図４（ｃ）に示すように、各ノズル先端が露出する面Ｓ２０を円筒面や球面にして、各ノズル先端の周囲面がノズル先端の向きに対してほぼ直行する角度にすることも出来る。
【００５１】
また、液剤ジェットヘッドのノズルの並び方、吐出する液剤の種類なども、様々に変更可能であるし、蛍光検出装置で測定する対象として唾液中の所定の免疫物質を例示したが、これに限られず、例えば、検体は生体試料でなくても良いし、測定物質もタンパク質でなく高分子などの化学物質を対象とすることも出来る。
【００５２】
その他、蛍光検出装置を用いた測定手順、検査チップや蛍光検出ヘッドの構成など、実施の形態で具体的に示した細部等は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の液剤投入装置は、分析装置などで薬剤や稀釈液などを検体に投入する装置のほか、複数種の微小液剤を必要な箇所に投入する必要のある種々の装置に利用することが出来る。また、本発明の蛍光検出装置は様々な物質を測定する分析装置として利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態の液剤投入装置のヘッド部分を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の実施の形態の蛍光検出装置の主要構成を示す斜視図である。
【図３】検査チップに液剤を投入することで生じる反応の内容を示した説明図である。
【図４】液剤ジェットヘッドの変形例を示す概要図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    検査チップ
１１    基板
１２    ＰＤＭＳ
２０    液剤ジェットヘッド
２１，２２  ブロック
２３    ピエゾ素子
２４    ホルダ枠
２５    パイプ
２６〜２８  流路
２６ａ〜２８ａ  ノズル
Ｓ０〜Ｓ３  ノズル先端が露出する面
３０    蛍光検出ヘッド
３１    対物レンズ
３２    レンズアクチュエータ
３３    光センサ
１００  蛍光検出装置
【図１】
2007248432.tif 000003
【図２】
2007248432.tif 000004
【図３】
2007248432.tif 000005
【図４】
2007248432.tif 000006