(57)【要約】【課題】  微小流路内に発生した付着物を正確に検出すると共にその付着物の物性を特定することが可能な微小流路内における付着物の検出方法及びこれを用いた微小流路を実現する。【解決手段】  微小流路内の付着物の検出方法を用いた微小流路において、表面の一部に光導波路が形成された第１の基板と、この第１の基板上であって光導波路が形成された側に設けられ、試料が流れる微小流路を構成するための溝が光導波路の表面の一部に交差するように形成されると共に溝の両端に試料導入口及び試料排出口がそれぞれ形成された第２の基板と、光導波路の一端から光を入射する光源と、光導波路の他端から出射される光を測定する光強度測定手段とを備える。【選択図】                    図１
2007078607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小流路内の付着物の検出方法であって、
試料が流れる前記微小流路の壁面の一部に表面の一部が露出する光導波路の一端に光を入射すると共に前記光導波路の他端から出射される光を測定し、出射される光の強度の変化に基づき付着物を検出する
ことを特徴とする微小流路の付着物の検出方法。
【請求項２】
微小流路内の付着物の検出方法であって、
前記微小流路に流す試料に含まれている物質のスペクトルを予め測定し、
前記試料が流れる前記微小流路の壁面の一部に表面の一部が露出する光導波路の一端に光を入射すると共に前記光導波路の他端から出射される光を測定し、
出射される光の強度の変化に基づき付着物を検出すると共に予め測定した前記物質のスペクトルと前記光導波路の他端から出射される光のスペクトルを比較することにより前記微小流路内の付着物の物性を特定する
ことを特徴とする微小流路における付着物の検出方法。
【請求項３】
微小流路内の付着物の検出方法を用いた微小流路であって、
表面の一部に光導波路が形成された第１の基板と、
この第１の基板上であって前記光導波路が形成された側に設けられ、試料が流れる前記微小流路を構成するための溝が前記光導波路の表面の一部に交差するように形成されると共に前記溝の両端に試料導入口及び試料排出口がそれぞれ形成された第２の基板と、
前記光導波路の一端から光を入射する光源と、
前記光導波路の他端から出射される光を測定する光強度測定手段とを備え、
前記光導波路の他端から出射される光の強度の変化に基づき付着物を検出する
ことを特徴とする微小流路。
【請求項４】
微小流路内の付着物の検出方法を用いた微小流路であって、
表面の一部に光導波路が形成された第１の基板と、
この第１の基板上であって前記光導波路が形成された側に設けられ、試料が流れる前記微小流路を構成するための溝が前記光導波路の表面の一部に交差するように形成されると共に前記溝の両端に試料導入口及び試料排出口がそれぞれ形成された第２の基板と、
前記光導波路の一端から光を入射する光源と、
前記光導波路の他端に接続された回折格子と、
この回折格子から出射される光を測定する光センサアレイとを備え、
前記光導波路の他端から出射される光の強度の変化に基づき付着物を検出すると共に予め測定した前記試料に含まれる物質のスペクトルと前記光導波路の他端から出射される光のスペクトルを比較することにより前記微小流路内の付着物の物性を特定する
ことを特徴とする微小流路。
【請求項５】
前記光源が、
前記第１の基板に埋め込まれ、前記光導波路に光を導入するＬＥＤであることを特徴とする
請求項３若しくは請求項４記載の微小流路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微小流路に関し、特に微小流路内における付着物の検出が可能な検出方法及びこれを用いた微小流路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の流路内の付着物を検出する検出方法に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３５４２８０号公報
【０００４】
図８はこのような従来の流路内の付着物を検出する検出器の一例を示す構成ブロック図である。図８において、１は流路内の圧力を検出する振動式圧力センサ、２はゲート信号発生部、３及び４はカウンタ、５は減算部、６は２乗積算部、７は判定部である。
【０００５】
また、１００はカウンタ３へのゲート信号、１０１はカウンタ４へのゲート信号、１０２はクロック信号、１０３はリセット信号、１０４は外部出力信号である。
【０００６】
振動式圧力センサ１の出力端子はゲート信号発生部２の入力端子に接続される。また、ゲート信号発生部２の一方の出力端子はカウンタ３の入力端子に接続され、ゲート信号発生部２の他方の出力端子はカウンタ４の入力端子に接続される。
【０００７】
カウンタ３の出力端子は減算部５の一方の入力端子に接続され、カウンタ４の出力端子は減算部５の他方の入力端子に接続される。さらに、減算部５の出力端子は２乗積算部６の入力端子に接続され、２乗積算部６の出力端子は外部出力信号１０４を出力すると共に判定部７の入力端子にそれぞれ接続される。
【０００８】
また、クロック信号１０２はゲート信号発生部２、カウンタ３及びカウンタ４のクロック入力端子にそれぞれ接続され、リセット信号１０４はゲート信号発生部２、カウンタ３及びカウンタ４のリセット入力端子にそれぞれ接続される。
【０００９】
ここで、図８に示す従来例の動作を図９を用いて説明する。図９は従来の付着物の検出器の動作を説明する特性図である。
【００１０】
図９において（Ａ）は振動式圧力センサ１の出力、（Ｂ）はゲート信号発生部２から出力されるゲート信号１００、（Ｃ）はゲート信号発生部２から出力されるゲート信号１０１である。また、（Ｄ）はゲート信号発生部２、カウンタ３及びカウンタ４に入力されるクロック信号１０２である。
【００１１】
図９中（Ａ）に示すように振動式圧力センサ１は印加される圧力に応じて周波数を変化させる正弦波を出力する。
【００１２】
また、図９中（Ｂ）に示すようにゲート信号発生部２から出力されるゲート信号１００は時刻”ｔ０”から時刻”ｔ１”の間の”ＴＭ１”の期間ハイレベルとなる。同様に、図９中（Ｃ）に示すようにゲート信号発生部２から出力されるゲート信号１０１は時刻”ｔ２”から時刻”ｔ３”の間の”ＴＭ２”の期間ハイレベルとなる。
【００１３】
カウンタ３はゲート信号１００がハイレベルの間、すなわち、”ＴＭ１”の間にクロック信号１０２をカウントする。同様に、カウンタ４はゲート信号１０１がハイレベルの間、すなわち、”ＴＭ２”の間にクロック信号１０２をカウントする。
【００１４】
ここで、ゲート信号１００のハイレベルの期間”ＴＭ１”とゲート信号１０１のハイレベルの期間”ＴＭ２”の出力タイミングは、期間”ＴＭ１”が終了した後に引き続いて期間”ＴＭ２”が来るようにゲート信号発生部２により調整される。
【００１５】
また、期間”ＴＭ１”と期間”ＴＭ２”にそれぞれ含まれる振動式圧力センサ１の出力信号の周期は、同じになるようにゲート信号発生部２により調整される。
【００１６】
クロック信号１０２の周波数は一定であり、かつ、振動式圧力センサ１の出力信号の周波数よりかなり高い値に設定される。従って、減算部５において計算されるカウンタ３とカウンタ４のカウント値の差は振動式圧力センサ１の出力信号の周波数の短時間の変動、すなわち、流路内の圧力値の短時間の変動になる。
【００１７】
そして、２乗積算部６は減算部５からの出力を２乗したものをｎ個（ｎは固定値）積算する。判定部７は２乗積算部６から出力される２乗積算値を予め設定された基準値と比較することにより、流路内に付着物が発生しているか否かを判定する。
【００１８】
この結果、振動式圧力センサの出力信号の周期から２つのカウンタのゲート信号を生成し、そのゲート信号がハイレベルの時に２つのカウンタでそれぞれカウントされたクロック数の差を取り、その値を２乗して積算した値と予め設定された基準値を比較することにより、流路内の圧力の変化を高速で測定できるので、流路内に発生した付着物を高速で検出することが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかし、図８に示す従来例を微小流路で使用する時には、付着物が発生して微小流路が完全に詰まった場合でも微小流路の幅が数１００マイクロメートルしかなく、流す試料の流量が小さいために微小流路内の圧力が上昇するのに時間がかかるので、振動式圧力センサが圧力を感知するまでに時間がかかり、付着物の検出が遅れるという問題点があった。
【００２０】
また、幅が数１００マイクロメートルの微小流路内に振動式圧力センサを実装するのは非常に困難であり、微小流路形成時に振動式圧力センサも同時に作りこむのは半導体プロセスが複雑になるという問題点があった。
【００２１】
従って本発明が解決しようとする課題は、微小流路内に発生した付着物を正確に検出すると共にその付着物の物性を特定することが可能な微小流路内における付着物の検出方法及びこれを用いた微小流路を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
微小流路内の付着物の検出方法であって、
試料が流れる前記微小流路の壁面の一部に表面の一部が露出する光導波路の一端に光を入射すると共に前記光導波路の他端から出射される光を測定することにより、前記微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になる。
【００２３】
請求項２記載の発明は、
微小流路内の付着物の検出方法であって、
前記微小流路に流す試料に含まれている物質のスペクトルを予め測定し、前記試料が流れる前記微小流路の壁面の一部に表面の一部が露出する光導波路の一端に光を入射すると共に前記光導波路の他端から出射される光を測定することにより、前記微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になり、さらに、予め測定した前記物質のスペクトルと前記光導波路の他端から出射される光のスペクトルを比較することにより、前記微小流路内の付着物の物性を特定することが可能になる。
【００２４】
請求項３記載の発明は、
微小流路内の付着物の検出方法を用いた微小流路において、
表面の一部に光導波路が形成された第１の基板と、この第１の基板上であって前記光導波路が形成された側に設けられ、試料が流れる前記微小流路を構成するための溝が前記光導波路の表面の一部に交差するように形成されると共に前記溝の両端に試料導入口及び試料排出口がそれぞれ形成された第２の基板と、前記光導波路の一端から光を入射する光源と、前記光導波路の他端から出射される光を測定する光強度測定手段とを備えたことにより、前記微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になる。
【００２５】
請求項４記載の発明は、
微小流路内の付着物の検出方法を用いた微小流路において、
表面の一部に光導波路が形成された第１の基板と、この第１の基板上であって前記光導波路が形成された側に設けられ、試料が流れる前記微小流路を構成するための溝が前記光導波路の表面の一部に交差するように形成されると共に前記溝の両端に試料導入口及び試料排出口がそれぞれ形成された第２の基板と、前記光導波路の一端から光を入射する光源と、前記光導波路の他端に接続された回折格子と、この回折格子から出射される光を測定する光センサアレイとを備えたことにより、前記微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になり、さらに、前記微小流路内の付着物の物性を特定することが可能になる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、
請求項３若しくは請求項４記載の発明である微小流路において、
前記光源が、
前記第１の基板に埋め込まれ、前記光導波路に光を導入するＬＥＤであることにより、前記微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になり、さらに、前記微小流路内の付着物の物性を特定することが可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１及び請求項３の発明によれば、微小流路内のエバネッセント光がしみ出た領域に付着物が発生すると光の吸収又は散乱が起き、出射光の強度が低下するので、この出射光と入射光を比較することにより微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になる。
【００２８】
請求項２、請求項４及び請求項５の発明によれば、微小流路内のエバネッセント光がしみ出た領域に付着物が発生すると光の吸収又は散乱が起き、出射光の強度が低下するので、この出射光と入射光を比較することにより微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になる。
【００２９】
さらに、微小流路に流す試料に含まれている物質のスペクトルを予め測定しておき、光導波路の出射光のスペクトルを測定し、予め測定した物質のスペクトルと比較することにより微小流路内に発生した付着物の物性を特定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る微小流路の一実施例を示す上面図、図２は図１のＡ−Ａ’間の側断面図、図３は本発明に係る微小流路の層構成を説明する説明図である。
【００３１】
図１において８は光導波路、９は光導波路８に入射する光を生成する光源、１０は照度計等の光強度を測定する光強度測定手段、２００は微小流路、２０１は試料導入口、２０２は試料排出口である。
【００３２】
また、図２において８，９，１０，２００，２０１及び２０２は図１と同一符号を付してあり、１１は光導波路８が形成されている光導波路基板、１２は微小流路２００が形成されている微小流路基板である。
【００３３】
また、図３において８，１１，１２，２００，２０１及び２０２は図２と同一符号を付してあり、（Ａ）は微小流路基板１２、（Ｂ）は光導波路基板１１である。微小流路２００は光導波路基板１１の上に微小流路基板１２を形成することにより作製される。
【００３４】
光導波路８は微小流路２００の少なくとも一部に密接しており、その密接している面の少なくとも一部が露出するように設けられている。
【００３５】
光源９から光導波路８の一方に導入された光（以下、入射光という。）は光導波路８の壁面で反射し、微小流路２００に露出している部分からエバネッセント光がしみ出してくる。
【００３６】
ここで、エバネッセント光について説明する。図４はエバネッセント光の発生のメカニズムを説明する説明図である。図４において１３はプリズムである。
【００３７】
プリズム１３のＡ面に光を入射させると、光は屈折してＢ面から抜けていく。しかし、光の入射角度を大きくしていくと、Ｂ面で全反射が起き、光は全てＣ面から抜けるようになる。
【００３８】
しかし、実際はＢ面の外側に光がしみ出しており、この光をエバネッセント光と呼ぶ。一般にエバネッセント光がしみ出る領域（厚み）は入射光の１波長以下とされているので、可視光の場合は１マイクロメートル以下となる。
【００３９】
エバネッセント光は通常の光と違い、空間中をどこまでも伝播することができず、物体の表面に極めて薄くまとわりついている状態にある。
【００４０】
微小流路２００へ試料を流す時は試料導入口２０１より試料を流し、試料排出口２０２より排出する。このとき、光導波路８の他方から導出された光（以下、出射光という。）の強度を光強度測定手段１０でモニタしておく。
【００４１】
そして、微小流路２００のエバネッセント光がしみ出した領域に付着物が発生すると、その付着物によりエバネッセント光の吸収又は散乱が起こり、出射光の強度が低下する。
【００４２】
従って、入射光の強度と出射光の強度を比較し、式（１）の条件が成立することで微小流路２００内に付着物が発生したか否かを検出することが可能になる。
出射光の強度  ＜  入射光の強度    （１）
【００４３】
また、微小流路２００に流す試料に含まれている物質のスペクトルを予め測定しておくことで、微小流路２００内に付着物が発生した場合、光導波路８の出射光のスペクトルを測定し、予め測定した物質のスペクトルと比較することにより微小流路２００に発生した付着物の物性を特定することが可能になる。
【００４４】
例えば、微小流路２００に流す試料に含まれる物質が物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃと仮定すると、物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃのスペクトルを予め測定しておく。そして、微小流路２００に試料を流し付着物が発生した場合、光導波路８の出射光のスペクトルを測定し、予め測定しておいた物質Ａ、物質Ｂ及び物質Ｃのスペクトルと比較する。
【００４５】
そして、光導波路８の出射光のスペクトルと物質Ａのスペクトルが一致したと仮定すると、微小流路２００内に発生した付着物は物質Ａであると特定することが可能になる。
【００４６】
この結果、微小流路内のエバネッセント光がしみ出た領域に付着物が発生すると光の吸収又は散乱が起き、出射光の強度が低下するので、この出射光と入射光を比較することにより微小流路内に発生した付着物を正確に検出することが可能になる。
【００４７】
また、微小流路に流す試料に含まれている物質のスペクトルを予め測定しておき、光導波路の出射光のスペクトルを測定し、予め測定した物質のスペクトルと比較することにより微小流路内に発生した付着物の物性を特定することが可能になる。
【００４８】
なお、光導波路８の出射側に回折格子を設け、出射光の波長により出射角度が異なるようにし、ＣＣＤ（Charge-Coupled Devices）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等の光センサアレイで出射光のスペクトルを測定してもよい。
【００４９】
この場合の動作を図５を用いて説明する。図５は回折格子と光センサアレイを用いた本発明に係る微小流路の他の実施例である。
【００５０】
図５において８，９，２００，２０１及び２０２は図１と同一符号を付してあり、１４は出射光を波長ごとに分散させる回折格子、１５はＣＣＤやＣＭＯＳ等の光センサアレイである。
【００５１】
光導波路８の出射側は回折格子１４が設けられており、出射光はこの回折格子１４により波長ごとに分散して出射される。このとき、図５に示すように光センサアレイ１５には出射光の輝線が波長”λ”の順番に離散的に並ぶ。
【００５２】
この結果、出射光の輝線の位置を光センサアレイ１５で取り込むことにより出射光のスペクトルを測定することが可能になり、予め測定した物質のスペクトルと比較することにより微小流路内に発生した付着物の物性を特定することが可能になる。
【００５３】
また、光導波路８に導入する光の光源をＬＥＤ（Light Emitting Diode）にし、そのＬＥＤを光導波路８が形成されている光導波路基板１１に埋め込んだ構成にしても構わない。
【００５４】
また、図１に示す実施例においては試料導入口２０１側に光源９、試料導出口２０２側に光強度測定手段１０を配置しているが、試料導入口２０１側に光強度測定手段１０、試料導出口２０２側に光源９を配置しても構わない。
【００５５】
同様に、図５に示す実施例においては試料導入口２０１側に光源９、試料導出口２０２側に回折格子１４及び光センサアレイ１５を配置しているが、試料導入口２０１側に回折格子１４及び光センサアレイ１５、試料導出口２０２側に光源９を配置しても構わない。
【００５６】
また、図１，図２，図３及び図５に示す実施例においては微小流路２００の下面に光導波路８を設けた構成となっているが、微小流路２００の側面又は上面に光導波路８を設けた構成としても構わない。
【００５７】
また、図１，図２，図３及び図５に示す実施例においては微小流路２００に沿って光導波路８を設けた構成となっているが、必ずしも微小流路２００に沿っている必要はなく、図６及び図７に示すように微小流路２００の少なくとも一部に光導波路８が交差する構成としても構わない。
【００５８】
図６は微小流路２００に対して光導波路８が十字に交差する場合の本発明に係る微小流路の他の実施例を示す上面図、図７は微小流路２００に対して光導波路８が斜めに交差する場合の本発明に係る微小流路の他の実施例を示す上面図である。
【００５９】
図６及び図７において８，９，１０，２００，２０１及び２０２は図１と同一符号を付してある。
【００６０】
図６及び図７において微小流路２００と光導波路８が交わる斜線部分の光導波路８の微小流路２００に密接している面の少なくとも一部が露出している。そして、この部分に付着物が発生した場合、光導波路８への入射光の強度と出射光の強度が式（１）の条件を満たし、付着物の検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る微小流路の一実施例を示す上面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’間の側断面図である。
【図３】本発明に係る微小流路の層構成を説明する説明図である。
【図４】エバネッセント光の発生のメカニズムを説明する説明図である。
【図５】回折格子と光センサアレイを用いた本発明に係る微小流路の他の実施例である。
【図６】微小流路に対して光導波路が十字に交差する場合の本発明に係る微小流路の他の実施例を示す上面図である。
【図７】微小流路に対して光導波路が斜めに交差する場合の本発明に係る微小流路の他の実施例を示す上面図である。
【図８】従来の流路内の付着物を検出する検出器の一例を示す構成ブロック図である。
【図９】従来の付着物の検出器の動作を説明する特性図である。
【符号の説明】
【００６２】
１  振動式圧力センサ
２  ゲート信号発生部
３，４  カウンタ
５  減算部
６  ２乗積算部
７  判定部
８  光導波路
９  光源
１０  光強度測定手段
１１  光導波路基板
１２  流路基板
１３  プリズム
１４  回折格子
１５  光センサアレイ
１００，１０１  ゲート信号
１０２  クロック信号
１０３  リセット信号
１０４  外部出力信号
２００  微小流路
２０１  試料導入口
２０２  試料排出口
【図１】
2007078607.tif 000003
【図２】
2007078607.tif 000004
【図３】
2007078607.tif 000005
【図４】
2007078607.tif 000006
【図５】
2007078607.tif 000007
【図６】
2007078607.tif 000008
【図７】
2007078607.tif 000009
【図８】
2007078607.tif 000010
【図９】
2007078607.tif 000011