CN101334420B - 化学分析装置及分析设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供能准确地分注预定量的试样和试剂、进行各种处理、用检查装置进行检查的装置。分析设备中，在上侧基板上设有共用电极，在下侧基板上设有包含若干电极列的驱动电极。把油充填到两个基板之间的空间内，在那里生成试样、试剂等的液滴。对共用电极施加负电压或将其接地，对驱动电极侧的电极施加正电压。这样，被施加了电压的区域的接触角减小，润湿性提高，液滴移动。

Description

化学分析装置及分析设备

本申请是2005年12月29日提交的发明名称为《化学分析装置及分析设备》、申请号为200510135737.5的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及分析试样的化学分析装置及分析设备，特别涉及利用电介体上的电气润湿性的变化来处理试样及试剂的化学分析装置和分析设备。

背景技术

现在广泛使用的医用或实验用自动分析装置，是混有多个机构的复杂系统，在装置的小型化、低成本化方面存在界限。

另一方面，流动方式的μ-TAS分析设备中，从设在分析设备上的若干个入口，把试剂供给到基片内，把试样供给到基片内，在各自的分析设备内的流路中连续流动，在流路途中混合，用检测器检测吸光度等。因此，不需要旋转机构、搅拌机构等，机构简单化。

但是，必须要清洗流路，如果清洗不干净则造成液间污染。另外，由于液体的输送和液体的切换等，对各液体需要设置泵和阀，所以成为在可靠性和成本方面实现相当困难的系统。因此，现有的流动方式的μ-TAS中，在一个基片中检查项目数少，泵等的液体驱动机构设置在外部。因此不能满足医用分析装置等的低成本化要求。

专利文献1中记载的方法是，通过对设在分析设备内的电极施加电压，使电气的润湿性EWOD(Electrowetting on dielectric)变化，由此使液滴移动。EWOD的变化是由表面张力或界面张力的变化引起的现象。这样利用EWOD，可以使分析设备的结构和机构大大地简单化。

专利文献1：WO2004/030820 A2

但是，专利文献1记载的例子中，不能准确地分注预定量的试样和试剂及进行各种处理，不能用检查装置检查。

本发明的目的是提供一种系统，该系统能准确地分注预定量的试样和试剂，进行各种处理，能用检查装置进行检查。

本发明的分析设备中，在上侧基板上设有共用电极，在下侧基板上设有包含若干电极列的驱动电极。在两个基板间的空间内充填油，在那里生成试样、试剂等的液滴。对共用电极施加负电压或接地，对驱动电极侧的电极施加正电压。这样，被施加电压的区域的接触角减小，润湿性提高，液滴移动。

驱动电极包含电极列和其两侧的电极，电极列由圆形的电极构成，沿着液滴的路径配置，相邻的电极相互重合地形成。因此，试样和试剂的液滴被分注希望的分量，移动、混合。反应液沿着预定的路径移动。

根据本发明，能准确地分注预定量的试样和试剂，进行各种处理，能用检查装置进行检查。

附图说明

图1是表示本发明化学分析装置构成的图。

图2是表示分析设备的断面构成的图。

图3是表示本发明化学分析装置的作动液储存部、试样分注部和油供给部的例子的图。

图4是表示本发明试样分注部的另一例的图。

图5是说明分注药剂的操作的说明图。

图6是说明分注药剂的操作的说明图。

图7是说明分注药剂的操作的说明图。

图8是说明分注药剂的操作的说明图。

图9是说明分注药剂的操作的说明图。

图10是表示本发明化学分析装置的试剂分注部的例子的图。

图11是表示本发明化学分析装置的分析设备的电极的构成的图。

图12是说明圆形电极优点的说明图。

图13是说明利用电极的分注方法的说明图。

图14是表示相邻电极的形状的图。

具体实施方式

下面，参照图1说明本发明化学分析装置的实施例。本例的化学分析装置具有可旋转的试样盘1、分析试样121的成分的分析设备2、储存作动液的作动液储存部3、把试剂供给到分析设备2的试剂分注部4、把使用过的废液从分析设备2排出的废液排出部5、把试样杯12内的试样121供给到分析设备2的试样分注部6、把油供给到分析设备2的油供给部7、从废液中分离油和反应后液体的油分离部8。在上述可转动的试样盘1上放置着若干个试样杯12，在试样杯12内保持着作为被测定对象的试样121。

试样分注部6具有沿铅直方向延伸的管嘴61、用于支承管嘴61的沿水平方向延伸的臂62、用于支承臂62的沿铅直方向延伸的支柱63、使臂62绕支柱63旋转并且沿支柱63上下移动的驱动机构(未图示)以及泵65。在连接管嘴61和泵65的管66上设有入口阀64。在管嘴61的前端设有液面传感器(未图示)。

作动液储存部3具有储存作动液321的作动液容器32。在连接泵65和作动液容器32的管37上设有出口阀36。本例中其它的泵也与本例中的泵是同样的构成。本例中，泵65是注射泵(シリ ンジポンプ)。注射泵将被O形环等密封的柱塞(シリンジ)出入于一定容量的泵室内，使泵室内的空间体积变化，使流体出入于泵室。朝一个方向输送流体时，例如从入口侧朝着出口侧输送流体时，打开入口侧的阀，关闭出口侧的阀，将柱塞从泵室内朝外部后退，从入口侧吸引流体。接着，关闭入口侧的阀，打开出口侧的阀，使柱塞朝着泵室内前进时，流体从出口侧排出。这样流体从入口侧移动到出口侧。朝着反方向输送流体时，只要与上述相反地进行阀的开闭即可。下面，不进行特别说明，省略掉阀的操作的描述，说明借助泵的驱动使流体朝着指定的方向流动。

泵作动液321采用不溶于且不混合于试样121及试剂的液体。本例中，作动液321是油。

分析设备2具有将基板叠置而成的结构，从上至下具有上部存取基板(上部アクセス基板)201、上部电极基板23、间隔基板22、下部电极基板21、及下部存取基板(下部アクセス基板)202。间隔基板22的预定区域被除去，在那里形成了空间。图1的例中，间隔基板22的、除了周围部以外的部分被除去。另外为了便于说明，示出上部存取基板201和上部电极基板23，除了周围部外的部分也被除去。如图所示，在下部电极基板21上设有驱动电极211。

间隔基板22被除去而形成的空间，被油充填。驱动电极211具有使试样121及试剂的液滴在油内移动的流路的功能。这样的在油内的试样121及试剂的驱动，是利用EWOD进行的，详细的内容在后面说明。

在上部存取基板201和下部存取基板一方或双方上，内藏着可用未图示的控制机构控制温度的珀尔帖元件(ペルチエ素子)、加热器等，控制分析设备2的温度。

在上部存取基板201上，设有试样口11、试剂口41、废液口51、油液面检测口791、检测器95、及倾斜传感器91。在油液面检测口791上，设有油液面传感器792，保持在分析设备2空间内的油的液面高度被油液面传感器792检测。油液面传感器792可以采用光学式、超声波式、静电式等现有的任意液面检测技术，光学式液面检测技术，是从发射到液面的光的反射光量检测距离。超声波式液面检测技术，是从发射到液面的超声波返回的时间检测距离。静电式液面检测技术，是借助与沉入液面的电线接触的液体的接触长度，检测静电容量的增加。检测器95可以是吸光度测定装置、萤光测定装置等那样的测量光学特性的装置，也可以是测量其它物理量、例如测量电气量或者磁气量的装置。这里说明测量光学特性的装置。

在下部存取基板202上，设有油供给口71、油排出口81和倾斜调节部90。

这些口11、41、51、791、71、81具有圆筒形状，圆筒内部的空洞贯通各存取基板，与空间相连。

倾斜调节部90可以将分析设备2保持为水平，也可以使其倾斜为所需的角度。倾斜传感器91检测出的倾斜角信号，供给到未图示的姿势控制机构。该姿势控制机构驱动倾斜调节部90，使分析设备2保持水平或倾斜为所需的倾斜角度。

例如在分注或测定等的通常运转模式中，姿势控制机构将分析设备保持为水平。当设置有化学分析装置的面因某些原因而倾斜了时，为了抵消该倾斜，使分析设备2倾斜。另外，要排除分析设备2空间内所保持的液体中的气泡时、或更换油等的维修时等，由姿势控制机构使分析设备倾斜。

试剂分注部4具有储存试剂的试剂容器42，在试剂容器42的下面，连接着备有阀44的管嘴43。管嘴43的前端配置在试剂口41内。另外也可以在试剂分注部4设置泵。废液排出部5具有汲出废液的废液泵55，在废液泵55的下面，连接着备有阀54的管嘴53。管嘴53的前端配置在废液口51内。在废液泵55上连接着备有阀56的管57。油供给部7具有储存油721的油容器72，油容器72和油供给口71通过备有阀76的管77、泵75、备有阀74的管73连接。油分离部8具有从废液中分离油的分离器88和储存废液的废液容器82。分离器88和油排出口81通过备有阀84的管83连接。分离器88通过备有阀56的管57与废液泵55连接。分离器88利用比重差、离心分离、过滤等现有技术分离油。

油721是采用不溶于且不混合于试样121及试剂的液体。作为不混合于试样121的液体，可以是比重大于或小于试样121比重的液体。例如试样121是血液等以水为基质的溶液时，油721可以是硅油、碳化氢系油。当试样121是含有氟的氟系液体以外时，油721最好是比重大于1的全氟化碳油(下面称为氟油)。另外，作动液321可以是油721。下面的说明中，作动液321是油721。

本例中，油721和作动液321是采用比重大于1的氟油。

首先，油供给部7将油供给到分析设备2。驱动油供给泵75，将油721从油容器72供给到油供给口71。供给到油供给口71的油，流入分析设备2的空间。充满空间的空气从上部存取基板201的试样口11、试剂口41、废液口51等排出到外部。这样，分析设备2的空间内被油721置换。空间内的油721的液面高度，由设在油液面检测口791上的油液面传感器792检测。当油721的液面高度达到预定高度时，用未图示的控制装置使油供给泵75停止。另外，油液面传感器792时常地监视油液面检测口791中的油液面高度，当检测到油液面高度减小时，将该信息通知给控制装置。控制装置驱动油供给泵75，补充油。因此，分析设备2空间内所保持的油的液面高度总保持为一定。

试样口11的内径比管嘴61的外径大。因此可将管嘴61插入试样口11内。将管嘴61插入试样口11内时，管嘴61的前端浸入在分析设备2空间内所填充的油中。这样，管嘴61前端的外面被油覆盖着。然后，驱动泵65，将油721吸入或排出管嘴61。这样，管嘴61的内面被油721覆盖。这样，将试样121吸入到管嘴61内时，油和试样121不相溶，不污染管嘴61的表面。这样，用油721覆盖住管嘴61的前端后，进行试样121的分注。

接着，试样分注部6将试样分注到分析设备2。驱动机构使臂62绕支柱63旋转，若配置管嘴61在所需试样杯12的位置的话，则使臂62沿着支柱63下降。用设在管嘴61上的液面传感器检测试样121的液面，将管嘴61下降到预定的液面下。驱动泵65，预定量的试样121被吸入管嘴61后，将泵65停止。驱动机构使臂62上升，再使其旋转。当管嘴61配置在分注设备2上的试样口11的位置时，使臂62沿着支柱63下降。当管嘴61配置在试样口11内时，驱动泵65，将试样121排出到试样口11。供给到试样口11的试样121在油上并且不与油混合地配置。

接着，试剂分注部4将试剂分注到分析设备2。打开阀44，试剂从试剂容器42排出到试剂口41。供给到试剂口41的试剂在油上且不与油混合地配置。

在试剂容器42的上面设有阀(未图示)，将试剂容器42内与大气压相通，从而试剂容器42内的试剂在重力作用下流入试剂口41。试剂的流量是通过阀44的开时间来调节。试剂注入到分析设备2的空间内时，油液面检测口791中的液面发生变化。油液面传感器792检测其变化量，计算流入的试剂的量，当注入了所需的试剂量时，将阀44关闭。

供给到试样口11的试样121和供给到试剂口41的试剂，利用EWOD被处理。即，成为液滴沿着驱动电极211移动。试样和试剂在驱动电极211上的预定区域混合，进行预定的化学反应。化学反应结束时，被送到检测器95。

检测器95测定反应液的吸光度、萤光量等预定的光学特性。本例中检测器95检测光，在检测器95的配置位置处，在上部和下部存取基板201、202上设有孔。上部和下部电极基板23、21的一方或双方是由透明的电极材料、例如ITO(Indium-Zinn-Oxid)形成。

被检测器95测定结束后的废液，沿着驱动电极211移动，被送到废液口51。

接着，废液排出部5将废液从分析设备2排出。废液借助与油721的比重差，在废液口51内上升，滞留在那里。

驱动废液泵55，将废液从废液口51中汲出，供给到分离器88。分离器88从废液中分离油。分离出的油回收到油容器72。剩下的废液排出到废液容器82。

油721的比重小于废液的比重时，将废液口(未图示)设在下部存取基板202上。废液在废液口51内借助与油721的比重差而下降，滞留在那里。废液通过与废液口51连接着的管(未图示)，被废液泵(未图示)吸取，然后被送到油分离部8。

在如维修等的那样的，要排出分析设备2内的全部油721的情况下，只要打开阀84即可。分析设备2内的油721，在重力作用下通过油排出口81排出，供给到分离器88。包含在油内的废液由分离器88除去，油回收到油容器72内，废液排出到废液容器82。另外，倾斜调节部90使分析设备2倾斜，以使油排出口81位于最下位置。这样，分析设备2内的油完全排出。

根据本例，在试样分注部6将试样分注到分析设备2内之前，可用油721覆盖住管嘴61的前端。这样，可以防止试样附着到管嘴61上。因此，可以防止前次测定时分注的试样混入到被管嘴61吸引的试样中，可提高测定精度。另外，由于管嘴不被试样污染，所以不需要清洗管嘴。因此不需要清洗机构，可以使化学分析装置小型化和低成本化。

根据本例，由于在油液面检测口791上设置油液面传感器792，所以可以准确地控制往分析设备内注入的试样、试剂等溶液的注入量。因此，可提高对分析设备注入的分注精度。

另外，由于可以用油液面传感器792检测油的减少或消耗，所以可以将分析设备内的油量保持为一定。因此，即使长时间使用本例的分析设备，由于能将分析设备内的油量总保持为一定，所以也可防止气泡的混入，同时，油的更新可自动地进行。另外，由于设置油分离部，可进行油的回收，所以可减少油的使用量。

本发明的特征在于分析设备，它以外的装置可以适当变更。例如，可以去掉试样分注部6，用手动分注将试样分注到试样口11内。也可去掉试剂分注部4，用手动分注将试剂分注到试剂口41内。另外，与试样盘1同样地，也可以用试样分注部6从装有若干试剂容器的可旋转试剂盘分注试剂。

下面，参照图2详细说明分析设备2的结构。图2表示分析设备2的断面构成，图中省略了上侧的上部存取基板201和下侧的下部存取基板202。在上部电极基板23的内面，设有共用电极214，在下部电极基板21的内面，设有包含若干个电极211a、211b的驱动电极211。在驱动电极211的表面，设有一层或更多的绝缘体膜212。在绝缘体膜212的上面，涂敷了用于提高疏水性的疏水膜213。在共用电极214上，只涂敷了疏水膜213。

绝缘体膜212，例如是用CVD法将Parylen(商品名)或SiO2形成的电介体薄膜。疏水膜213，例如可以是涂敷了AF1601(商品名)等氟系疏水剂的膜。

在上部电极基板23与下部电极基板21之间，配置了间隔基板22，间隔基板22的预定区域被除去或切下。在间隔基板22被切除的区域，形成了空间24。如图所示，在该空间24内充满了油721，试样的液滴1211配置在其中。液滴1211配置在电极211a上，而且其一部分覆盖着相邻的电极211b。在共用电极214上施加了负电压。切断施加在电极211a上的正电压，将正电压施加到相邻的电极211b上时，电极211b上的绝缘体膜212的润湿性提高，接触角减少。这样，液滴1211被施加了正电压的电极211b张拉。因此，液滴1211移动到相邻的电极211b上。在相邻的电极间反复进行这样操作，液滴1211就依次地沿着驱动电极211移动。

这种现象在本说明书中称为EWOD。所谓EWOD，是指通过在夹着水等分极的液体的两个电极间施加电压，使电极上的绝缘体膜与液体的接触角减小，润湿性提高的现象。因此本例中，采用EWOD技术，可以使试样及试剂沿着驱动电极211移动，使其在预定的区域混合。试样和试剂的混合液被运送到检测器95的下方时，在那里光被检测出。

图3表示本发明化学分析装置的作动液储存部3、试样分注部6和油供给部7的例子。先说明油供给部7的动作。本例中，油721是使用氟油，作动液321是使用油721、即氟油。驱动注射泵75，把油721从油容器72通过注射泵75供给到油供给口71。供给到油供给口71的油，被导入空间24。油液面检测口791中的油液面高度，被油液面传感器792检测。油液面传感器792检测出的油液面高度，输入到控制装置793。当油液面检测口791的液面高度达到预定高度时，将泵75停止。

下面说明试样分注部6的动作。在作动液容器32内储存着油721。驱动注射泵75，将油721充满到管嘴61的前端附近。将管嘴61插入试样盘1上的任意试样杯12内，驱动注射泵65，将试样121吸引到管嘴61内。将管嘴61移动到试样口11上，驱动注射泵65，排出试样121。试样121的分注量可以用注射泵65的柱塞的移动量来调节。

氟油的比重约为2，以水为主的试样121的比重为1左右。由于油721和试样121不相互混合，所以被导入到试样口11的试样121浮在油721的上面。在分注试样121之前，试样口11的油液面高度与油液面检测口791的油液面高度相同。分注了试样121后，试样口11的液面高度比油液面检测口791的油液面高度高。因此，试样口11的高度设定为在分注了试样121后、试样121不从试样口11溢出的预定高度。

接着，驱动油供给部7的注射泵75，吸引分析设备2的空间24内的油721，返回油容器72。这样，试样口11的液面高度降低，试样和油的界面到达上部电极基板23。油液面检测口791的油液面高度也降低。试样口11的液面高度，位于油液面检测口791的油液面高度的上侧，试样口11的试样和油的界面，位于油液面检测口791的油液面高度的下侧。

设下部电极基板21为水平，以下部电极基板21的位置为基准，求各液面的高度。另外，忽略弯液面的影响，假定液面是平面。若设试样121的比重为ρs、试样121的液柱长度为hs、油721的比重为ρo、油721和试样121的界面的高度为hos、油液面检测口791的油液面高度为ho的话，则成为

ρs·hs+ρo·hos＝ρo·ho    (式1)。

因此，油721和试样121的界面的高度hos与油液面检测口791的油液面高度ho的差，如式2所示。

ho-hos＝(ρs/ρo)·hs    (式2)

即，界面的高度hos与油液面高度ho的差，是试样液柱长度的一半左右。因此，在液面高度下降有试样液柱的一半长度之前，可以吸引油721。另外，当继续吸引分析设备2的空间24内的油721时，试样121越过试样口11的下端与上部电极基板23的连接部，进入分析设备2的空间24内。只要供给到试样口11的试样量足够多，则即使油液面检测口791的液面高度降低，空气也不会从那里进入分析设备2的空间内。进入到分析设备2的空间内的试样121，由于配置在下部电极基板21的驱动电极211上，所以如上所述，可利用EWOD移动。

这样，预定量的试样121被分注到分析设备2的空间。试样的分注结束后，驱动油供给部7的注射泵75，通过油供给口71将油721注入分析设备2的空间内。这样，试样口11中的液面高度和油液面检测口791中的液面高度上升。剩留在试样口11的试样从试样口11的上端溢出，落到上部存取基板201上。试样口11的高度比油液面检测口791的高度低时，可以将剩留在试样口11的全部试样排出。也可以在试样口11周围的上部存取基板210上设置排出槽。落在该排出槽内的试样和油被导向油分离部8。或者，也可以用试样分注部6的管嘴61吸引剩留在试样口11的试样，丢弃到外部的废液容器中。

根据本例，在试样口11，试样和油形成分离的层，相互不混合。因此，可以用简单的操作废弃或回收不要的试样。这里说明了试样121的分注操作，也可以用同样手法进行试剂的分注操作。

图4说明本发明另一例试样分注部6的动作。在管嘴61前端附近的与液体相接的部分，涂敷了氟系外膜(未图示)。将作动液容器32的油721充满到管嘴61的前端附近。将管嘴61插入试样盘1上的任意试样杯12内，驱动注射泵65，将试样121吸引到管嘴61内。使管嘴61移动到试样口11上。将管嘴61插入试样口11，使管嘴61的前端接近下部电极基板21。然后驱动注射泵65，排出试样121。

图4(a)表示试样121从管嘴61排出的状态。本例中，在试样分注部6的管嘴61与试样口11正下方的下部电极基板21上的驱动电极211之间，施加电压。本例中，管嘴61具有共用电极的功能。

对下部电极基板21上的电极施加正电压，对管嘴61施加负电压。也可以不对管嘴61施加负电压，而是将管嘴61接地。

由此，借助EWOD现象，试样121被下部电极基板21上的驱动电极吸引，在分析设备2的空间内沿着驱动电极前进。

预定量的试样121被分注到分析设备2的空间内后，如图4(b)所示，对下部电极基板21上的驱动电极施加负电压，对管嘴61施加正电压。也可以不对下部电极基板21上的驱动电极施加负电压而是将其接地。这样，借助EWOD现象，试样121被管嘴61吸引。然后驱动注射泵65，将试样121吸引到管嘴61内。

分析设备2空间内的试样121，一边从驱动电极侧朝着管嘴61侧被吸引，一边后退，脱离了驱动电极后返回管嘴61内。试样121脱离驱动电极时，产生电位或微弱的电流变化。因此，通过检测电位或电流的变化，判断试样121已脱离了驱动电极。试样121脱离了驱动电极后，使注射泵65停止，停止试样121的吸引。

将管嘴61从试样口11提起，移动到未图示的试样废弃场所，驱动注射泵65，将管嘴61内的试样121排出。本例中，由于作动液321是使用油721，所以在油721从管嘴61前端出来之前，通过驱动注射泵，就可以完全地除去管嘴61内的试样121。

根据本实施例，在试样除去时，借助EWOD使管嘴表面的润湿性提高，这样试样被管嘴吸引而顺畅地返回。因此，试样不残留在分析设备内，不影响其它试样的测定，提高测定精度。

下面，参照图5至图9说明本发明试剂分注部4的构成和动作。分析设备2的结构与参照图2所说明的相同。图中省略了上侧的上部存取基板201和下侧的下部存取基板202。在上部电极基板23的内面，设有共用电极214，在下部电极基板21的内面，设有包含若干个电极2111、2112的驱动电极。在驱动电极上设有绝缘体膜212。在绝缘体膜212的上面，涂敷了疏水膜213。在共用电极214上，只涂敷了疏水膜213。

试剂容器42下端的管嘴43，插入在试剂口41内，以使管嘴43的前端接近下部电极基板21。

管嘴43的上端面、内面和下端面，被由电介体薄膜构成的绝缘体膜431所涂敷。在管嘴43的绝缘体膜431上和管嘴43的外面，涂敷着氟系的疏水膜432。这样，涂敷了绝缘体膜431和疏水膜432的管嘴43，用粘接等方式安装在试剂容器42的下端。

管嘴43和试剂容器42虽然是用不锈钢等的导电性材料形成的，但两者被绝缘体膜431电气遮断。管嘴43借助绝缘体膜431与共用电极214电气遮断。

在试剂容器42的上面设有阀(未图示)，该阀通常关闭着。打开该阀时，试剂容器42与大气压或压力源(未图示)相通。

本例中，试剂容器42具有共用电极的功能，管嘴43具有驱动电极的功能。因此，试剂容器42通过开关461与电源的负极连接。管嘴43通过开关462与电源的正极连接。各电极2111、2112分别通过开关463、464与电源的正极连接。上部电极基板23内面的共用电极214与电源的负极连接。

试剂容器42由非导电性材料形成时，在试剂容器42的内部，设置与试剂42相接的端子(未图示)，将导线引出到外部，将该端子通过开关461与电源的负极连接。

图5表示初始状态。在初始状态，全部的开关是断开的。另外，由于在管嘴43上涂敷了氟系的疏水膜432，所以分析设备2的空间内的油721进入管嘴43内。

如图6所示，先将与试剂容器42连接的开关461接通，将与管嘴43连接的开关462接通。这样试剂容器42内的试剂421成为负电位、即接地电位，管嘴43成为正电位。这样，管嘴43内面对于试剂421的润湿性增加。试剂421在管嘴43内下降，进入分析设备2的空间内，配置在管嘴43正下方的下部电极基板21上的驱动电极2111上。试剂421在从管嘴43的下端到了分析设备2的空间内后就扩张，试剂421和油721的界面张力成为反力，试剂421的排出被停止。

接着，如图7所示，将管嘴43正下方的电极2111的开关463接通。在电极2111上施加正电压，在电极2111的区域，对试剂421的润湿性增加。因此在电极2111上，试剂421伸展。

如图8所示，将相邻的开关464也接通。这样，在相邻的电极2112上施加正电压，在电极2112的区域，润湿性增加。因此，在电极2112上，试剂421伸展。

接着，如图9所示，把管嘴43正下方的开关463断开，切断管嘴43  下方的电极2111的电压。这样，电极2111区域中的润湿性降低。由于相邻电极2112区域的润湿性仍然是高的，所以试剂421被朝着电极2112的方向张拉。于是，试剂分离而成为试剂液滴4211。另外，将开关461、462断开，停止对管嘴43施加电压时，残留在管嘴43正下方的试剂421在管嘴43内上升，返回到试剂容器42内。

本例中，水压和表面张力的控制是很重要的。先说明管嘴43内的液体移动。设管嘴43的内径为r、试剂421和油721的界面张力为σ、接触角为θ、试剂421和油721的界面的水压为P时，界面张力的铅直成分Pσ与水压的垂直方向的力Ph的比Pσ/Ph，如式3所示。

Pσ/Ph＝2πrσcosθ/πr²P＝2σcosθ/rP    (式3)

该比大于1并且界面张力朝上方向作用时，试剂421在管嘴43内上升。试剂容器42的内径比管嘴43的内径大很多，可以忽略试剂421的上升引起的试剂容器42内的液面高度的上升。因此，与试剂421在管嘴43内上升的距离对应地、试剂421与油721的界面中的水压(水头差)减小。界面的水压(水头差)减小时，式3的比变得更小，管嘴43内的试剂421返回到试剂容器42内。在从管嘴43过渡到试剂容器42的接头处，直径急剧放大，式3的比急剧地减小到1以下，所以，油721不从管嘴43往试剂容器42移动。

当式3的比小于1时，试剂421在管嘴43内下降。试剂421的下降引起的试剂容器42内液面高度的下降可以被忽略。因此，与试剂421的下降距离对应地、界面的水压(水头差)增大。界面的水压(水头差)增大时，式3的比更加减小。因此，试剂421在管嘴43内下降，到达管嘴43的下端。在管嘴43下端的水压上升，与管嘴43内的试剂的液柱长度L成比例。设界面中的水压为P0、比例常数为k，则管嘴43下端的水压为P0+kL。

接触角θ在不施加电压时是130～140°。试剂和油的界面位于管嘴43上端的入口处，并且，不对管嘴43施加电压时，式3的比、即界面张力的铅直成分/水压(管嘴)为1或更多。将正电压施加在管嘴43上时，接触角θ降低，界面张力的铅直成分Pσ减小。接触角θ小于预定值时，式3的比小于1。设式3的比小于1时的接触角θ为θo，接触角θ＝θo满足式4。

θ＝θo＜Cos^-1(rPo/2σ)    (式4)

因此，使接触角θ成为θo地对管嘴43施加电压即可。这样，试剂在管嘴43中下降，进入分析设备2的空间内，扩展为圆形。设该圆的半径为R、上部共用电极214与下部驱动电极211间的间隙(高度)为H，则在分析设备2的空间内扩展为圆形的试剂421中的界面张力Hσ与水压Ph之比，如式5所示。式中，假设间隙H相比水头差足够小，分析设备2的空间内的水压是一样的。

Hσ/Ph＝2×2πRσcosθ/2πRHP＝2σcosθ/HP    (式5)

该比的值大于1时，试剂421在分析设备2的空间内不能扩展。该比的值小于1时，试剂421在分析设备2的空间内扩展。要使该比的值大于1时，只要使接触角θ大于预定值即可。结果，试剂虽然在管嘴43内下降，但是在分析设备2空间内不扩展的条件是接触角θ必需满足下面的式6。另外，分析设备2的空间内的水压为Po+kL。

Cos-1{H(Po+kL)/2σ}＜θ＜Cos-1(rPo/2σ)    (式6)

图6表示试剂在管嘴43中下降，进入分析设备2的空间内，但是在那里不扩展的状态。接着如图7所示，进一步将试剂421供给到分析设备2的空间内时，对试剂41正下方的下部电极基板21的电极2111施加电压，提高电极2111的润湿性。通过对电极2111施加正电压，接触角θ减小，式5的比、即界面张力/水压(设备)小于1。这样，试剂421在分析设备2的空间内扩展。

通过检测试剂421与电极211间的电压、电气容量等的变化，可检测到试剂421已进入了分析设备2的空间内。如图8所示，试剂421覆盖了整个相邻的电极2112时，停止对电极2111施加电压。这样，在施加有电压的电极2112以外的区域，润湿性降低。因此，如图9所示，电极2112周围的试剂421被拉回到管嘴侧。为了切实地进行该拉回，可以将试剂容器42内与未图示的负压源连接。这样，试剂421被切实地拉回到试剂容器42。

这样，试剂421被截断，在电极2112上生成了试剂的液滴4211。借助EWOD的分注动作，可以把该试剂的液滴进一步分离为预定量的液滴。

例如，设管嘴43的内径r为0.2mm、界面张力σ为水程度的0.07N/m、水头P为10mmH20。若对管嘴43不施加电压，设接触角θ＝140°，则式3的比、即界面张力的铅直成分/水压(管嘴)＝5.3。因此，试剂421在管嘴43内不下降。

接着，对管嘴43施加电压，使接触角为θ＜99°。水压大于界面张力，式5的比、即界面张力的铅直成分/水压(管嘴)小于1。因此，试剂421在管嘴43内流下。

另外，设上部共用电极214与下部驱动电极211之间的间隙H＝0.3mm、管嘴43的长度L＝10mm。在下部电极基板21的驱动电极2113上不施加电压时，由于接触角θ＝140°，所以界面张力/水压(设备)＝1.8，试剂421不进入分析设备2的空间内。

对驱动电极2113施加电压，使接触角θ＜116°时，界面张力/水压(设备)＜1，试剂421进入分析设备2。

根据本例，在分注试剂的机构上使用电极，借助施加在电极上的电压，控制电极的润湿性。这样，可以分注所需量的试剂等。因此，没有可动部，机构简单化，装置小型化。

下面，参照图10说明本发明化学分析装置的试剂分注部4的构成和动作。本例的试剂分注4，与图3所示的试样分注部6同样地，利用油供给部7进行试剂421的分注。另外，本例中利用的油供给部7与图3所示的油供给部7相同，其详细的说明省略。

本例的试剂分注部4，具有储存试剂的试剂容器42，在试剂容器42的下面，连接着备有阀44的管嘴43。管嘴43的前端配置在试剂口41内。

对每一个试剂口41设置试剂容器42。试剂421的注入是借助阀44的开闭进行的。试剂421的注入量的调节，可通过用设置在油液面检测口791的油液面传感器792来检测液面高度变动量而进行。另外，也可以预先求出阀44的开时间与注入量的关系，根据该数据，设定阀44的开闭时间。另外，也可以测量分析设备2的空间内的电极2111与试剂421间的电位或电流，检测试剂421的流下量。另外，也可以在试剂容器42的下部设置日本特开平11-082309号公报记载的微型泵，将试剂421空中排出后供给。

图3的例子中，由试样分注部6进行的试样分注中，利用油供给部7，而本例中在由试剂分注部4进行的试剂分注中，也可以利用油供给部7，所以油供给部7的利用效率高，装置结构简单，成本低。

下面，参照图11说明本发明的驱动电极211的图形。驱动电极211将试样口11、试剂口41A、41B、及废液口51连接起来地形成。设有以试样口11为起点的一列圆形电极列211A，设有分别以试剂口41A、41B为起点的一列圆形电极列211B、211C，设有以废液口51为起点的一列圆形电极列211D。

先概略地说明液体的流动。详细的内容在后面参照图13说明。设在试样口11的电极上的试样液滴，沿着电极列211A移动、分离，成为小的液滴，被运送到交叉点的电极211a上。同样地，在设于试剂口41A的电极上的第一试剂液滴，沿着电极列211B移动、分离，成为小的液滴，被运送到交叉点的电极211a上。因此，试样和第一试剂在电极211a上混合。混合液沿着电极列移动，被运送到交叉点的电极211b上。另一方面，设在试剂口41B的电极上的第二试剂液滴，沿着电极列211C移动、分离，成为小的液滴，被运送到交叉点的电极211b上。混合液和第二试剂在交叉点的电极211b上混合。该混合液的光学量被检测器95检测出。检测出后，混合液沿着电极列移动，被运送到设于废液口51的电极上。该电极上的混合液经过废液口51排出。

电极的大小与保持在电极上的液滴的量对应。因此，口上的电极大。另外，交叉点的电极为了保持两个液滴的混合液，所以比较大。

各电极列中，除了口上的电极外，在第奇数个电极的两侧，设有电极。该两侧的电极具有分离液滴的功能，详细的内容在后面说明。另外，相邻的两个电极在接合部形成为呈相互嵌套状态的梳型，关于这一点参照图14说明。

下面，参照图12，与已往驱动电极进行比较来说明本发明的驱动电极。如图12a所示，已往的驱动电极，例如，如WO2004/030820 A2所示，由四边形的电极构成。图12a的例中，由3个相连的同一面积的正方形电极1231～1233构成。

如图12b所示，本发明的驱动电极由圆形电极构成。图12b的例中，由3个连续的同一面积的圆形电极1234～1236构成。另外，为了使液体从一个电极稳定地移动到下一个电极，两个相邻的电极相互重复地形成着。对电极施加电压时，液体保持在那里。液体与电极的外形、即外接圆对应地配置成圆形。

与其它形状的周长相比，圆形的周长最短。因此，对于同一体积的液体，圆形的液滴表面能量最小，最稳定。因此，本例中，可以将液体稳定地保持在电极上。

下面说明分割液滴的情形。对两端的电极施加电压，对中央的电极不施加电压时，两端电极的润湿性提高，液滴(图中的阴影线部分)如图所示地被两端的电极张拉而分离。图12模式表示液滴在中央的电极上分离的瞬间。

电极面积相同时，图12b的液滴的周长为图12a中液滴周长的约86％(相邻的形成电极外形的圆的中心之间是圆半径的1.5倍时)，因此，图12b液滴的表面能量比图12a的液滴小，是稳定的。图12a的电极的情况下，在角部产生曲率的变化。因此，在该部分要将液体保持为与电极的外形对应的形状是困难的，液体的形状不稳定。在导入或分割液体时，液体的形状不定形，分割后的液体的液量不均匀，分注精度差。

分离时，如图所示，液体残留在中央的电极上。图12b中残留在中央电极上的液体，是图12a中残留在中央电极上液体的约27％。即，图12b的例中，残留在中央电极上的液体的量少，所以，被两侧电极张拉的液量的偏差也小。因此，本例中，可以准确地将所需量的液体保持在电极上。本发明中，由于可将准确量的液体保持在电极上，因此不仅在分注液体时能准确地进行，而且能准确地进行液体的混合，可准确地控制反应，减少测定误差。

下面，参照图13详细地说明由本发明分注试剂的方法。图13表示与试剂口41连接设置的驱动电极。如图所示，驱动电极包含：配置在试剂口41的第一电极2111，与其相连地设置成一列状的电极2112、2113、2114、2115、2116、2117、2118，在电极2113的两侧并且与电极列直交地设置的两个电极2119、2119，在电极2115的两侧并且与电极列直交地设置的两个电极2120、2120。

图13a表示试剂从试剂口41导入、在第一电极2111上生成圆形液滴的状态。对第一电极2111施加正电压。接着，如图13b所示，对相邻的5个电极2112、2113、2114、2115、2116依次施加正电压。这样，5个电极2112、2113、2114、2115、2116的润湿性依次增加，液体依次在5个电极上前进。

然后，如图13c所示，对两侧的电极2119、2120和第七电极2117施加正电压。这样，电极2119、2120、2117的润湿性增加。在对第一及第二电极2111、2112施加了正电压的状态下，切断施加在4个电极2113、2114、2115、2116上的电压。如图中箭头所示，被切断电压施加的第六电极2116上的液体的大部分，被相邻的第七电极2117张拉。被切断电压施加的第五电极2115上的液体，被两侧的电极2120、2120张拉。这时，残留在第六电极2116上的液体，与第五电极2115上的液体合流，被两侧的电极2120、2120张拉。

被切断电压施加的第三电极2113上的液体，被相邻的第二电极2112和两侧的电极2119、2119张拉。被切断电压施加的第四电极2114上的液体的大部分，经过相邻的第三电极2113，被两侧的电极2119、2119张拉。残留在第四电极2114上的液体，与第五电极2115上的液体合流，被两侧的电极2120、2120张拉。

最后，如图13d所示，在对第七电极2117施加了正电压的状态下，对第五电极2115施加正电压，切断施加在其两侧的电极2120、2120上的电压。这样，第五电极2115的润湿性增加。两侧电极2120、2120上的液体集合到第五电极2115上。

接着，对第三电极2113施加正电压，切断施加在两侧电极2119、2119上的电压。这样，电极2119、2119上的液体移动到第三电极2113上。然后，依次切断施加在第三电极2113和第二电极2112上的电压。这样，第三电极2113和第二电极2112上的液体被第一电极2111张拉。这样，在将液体残留在第五电极2115和第七电极2117上的状态下，全部的液体集合到第一电极2111上。

接着，进行使第七电极2117上的液体移动到第八电极2118上的处理。对第八电极2118施加正电压，切断施加在第七电极2117上的电压。这样，第八电极2118的润湿性增加，第七电极2117的润湿性减小。因此，第七电极2117上的液体移动到第八电极2118上。

最后，进行使第五电极2115上的液体集合到第一电极2111上的大液滴的处理。对相邻的第四电极2114施加正电压，切断施加在第五电极2115上的电压。这样，第四电极2114的润湿性增加，第五电极2115的润湿性减小。因此，第五电极2115上的液体移动到第四电极2114上。对第三电极2113、第二电极2112、第一电极2111反复进行这样的操作即可。

这里，说明了分注试剂的处理，但是试样的分注也可以用同样的方法进行。通过进行这样的操作，参照图11说明的那样可以使试剂混合于试样。

下面，参照图14说明相邻的两个电极的接合部的形状。液滴形成为与电极的外接圆形状对应的形状，并且沿着电极外接圆的形状移动。因此，必需以相邻的电极的外接圆不分离的方式描绘一条光滑的曲线。本例中两个电极的外接圆的一部分相互重合地形成。这样，通过设置相互重合的区域，一个电极上的液滴顺利地移动到另一个电极上。

图14a所示的例子中，该重合的区域具有梳型形状。即，一个电极的梳型部呈嵌套状地插入另一个电极的梳型部。图14b所示的例子中，两侧的电极是圆形的，中央的电极具有被两侧的圆切取的形状。图14c所示的例子中，各圆具有被连接两个圆的交点的直线切取的形状。

这样，本例中，由于两个相邻的电极具有重合的区域，所以液滴能顺利地移动。

上面说明了本发明的例子，但本领域的技术人员可容易理解到本发明并不限定于上述的例子，在权利要求书记载的范围内可作各种变更。

Claims (6)

1.一种分析设备，其特征在于，具有相向地并在其间形成空间地配置的第一及第二基板、设在所述第一基板上的共用电极、和设在所述第二基板上的包含若干圆形电极的列的驱动电极，在所述空间内充填不与试样及试剂混合的预定溶液，对所述共用电极和所述若干圆形电极之间依次施加电压，由此使试样及试剂的液滴在所述空间内的预定溶液内沿着所述驱动电极移动、混合、反应地构成，

所述驱动电极具有圆形的主电极和形成在该电极两侧的圆形的侧部电极，所述圆形的主电极沿着用于使所述试样及试剂的液滴移动的路径形成；对所述主电极依次施加电压，接着对所述侧部电极施加电压并切断所述主电极的电压，再对被所述侧部电极夹着的所述主电极施加电压并切断所述侧部电极的电压地构成。

2.如权利要求1所述的分析设备，其特征在于，所述圆形电极，具有相互相邻的电极彼此重复的区域地形成着。

3.如权利要求2所述的分析设备，其特征在于，所述重复的区域，一个圆形电极的梳型部和另一个圆形电极的梳型部相互嵌套状地配置着。

4.如权利要求2所述的分析设备，其特征在于，所述重复的区域，具有一个圆形被另一个圆形切取的形状。

5.如权利要求2所述的分析设备，其特征在于，所述重复的区域，具有圆形被连接两个圆的交点的线段切取的形状。

6.一种化学分析装置，其特征在于，具有权利要求1～5中的任一项记载的分析设备、可旋转的试样盘、试样分注部和试剂分注部；在所述可旋转的试样盘上放置着保持试样的若干个试样杯；所述试样分注部将试样供给到所述分析设备的空间内；所述试剂分注部把试剂供给到所述分析设备的空间内。

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