CN1650172A - 分析用具的调温方法和具有调温功能的分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在为了进行试料分析而使用的分析用具(1)中，将保持在该分析用具(1)中的液体成分(10)调整至目标温度的技术。在本发明中，在使液体成分(10)升温时，利用来自光源(23)的光能量，进行液体成分的加热。液体成分的升温可通过将光能量直接供给液体成分来进行。将光能量照射在接近液体成分而设置的升温区域上，利用从该升温区域移动的热能量进行液体成分的升温也可以。作为升温用的光源(23)，优选利用激光二极管或发光二极管。

Description

分析用具的调温方法和具有调温功能的分析装置

技术领域

本发明涉及在进行试料分析时使用的分析用具中，将保持在该分析用具中的液体成分调整至目标温度的技术。

背景技术

作为进行试料分析的方法有利用光学方法分析试料和试药反应时的反应液的方法。这种分析是在构成可照射光和可接收光的光学系统的分析装置中，安装提供反应场用的分析用具来进行的(例如，参照日本国特开平8-114539号公报)。在这种情况下，为了减少分析误差，提高分析结果的可靠性，要进行分析用具(特别是反应液)的温度调整；优选在各次测定中的每一次，都使试料和试药在大致相同的温度下反应。特别是在利用酶反应的系统中，由于反应速度与温度关系很大，可将该系统的温度相对于目标温度在±0.1℃上调整。

作为进行反应液的温度调整的方法，如图9A所示，有可将分析用具9保持在比反应液90的热容量大的热块91上，控制该热块91的温度，调整反应液90的温度的方法(参见日本国特开平9-189703号公报，日本国特开平10-253536号公报)。在这种方法中，可利用埋入热块91中的温度传感器92，监测反应液90的温度，当反应液90的温度比给定值低时，加热热块91，使它升温，通过热块91，使反应液90升温。又如图9B所示，有将分析用具9保持在温度追随性高的发热体93上，利用该发热体93直接调整反应液90的温度的方法。(参见特开平9-304269号公报)。采用这种方法，与温度传感器92监测的结果相适应，驱动适当的发热体93，调整反应液90的温度。

在这些温度的调整方法中，由于在使反应液90升温的情况下，必需加热热块91，或驱动发热体93，具有消耗电力大的缺点。而且，在热块91或发热体93等加热媒体中，如微型器件那样，反应液90的液量小的情况下，要精确地只加热保持反应液90的区域困难。因此，为了响应性好地提高反应液90的温度，与应升温的区域(图中为反应液90正下方的区域)比较，需要使加热媒体91、93相当地大。因此，与从加热媒体91，93传出的热量比较，反应液90升温所利用的热量小，能量的利用效率不好。

这样，利用现有的温度调整方法，消耗电力大，能量的利用效率也不好。因此，现有的温度调整方法在用小型电池(例如，家庭中通用的电池)那样的内部电源驱动的分析装置中使用困难，即使假设在小型的分析装置中使用现有的方法，则分析装置的工作时间极短，不实用。另一方面，虽然为了改善工作时间的缩短，增大内部电源的容量即可，但在这种情况下，妨碍分析装置的小型化，搬动性差。并且，虽然由外部电源供给电力也可以，但在这种情况下，需要有使分析装置与外部电源连接用的转接器，携带性差，在外出办事时使用困难。

发明内容

本发明的目的是不使分析装置大型化，用小的消耗电力，可以将保持在分析用具中的液体成分调整至目标温度。

本发明的第一个方面提供的分析用具调温方法，是在对试料进行分析而使用的分析用具中，将保持在该分析用具中的液体成分调整至目标温度的方法，在使上述液体成分升温的情况下，利用来自光源的光能量，进行上述液体成分的加热。

本发明的第二个方面提供一种具有调温功能的分析装置，它利用保持试料的分析用具，进行上述试料的分析，同时，调整保持在上述分析用具中的液体成分的温度，它具有使上述液体成分升温用的升温光源。

该分析装置优选还具有：测定液体成分的温度或液体成分周围的环境温度用的温度测定装置；和根据用该温度测定装置的测定结果，控制升温用光源的光源控制装置。

在本发明中所谓的“液体成分”，是指保持在分析用具中的液体中的、成为调温对象的液体。但没有特别的限制，有时可以是在分析用具中存在的全部液体，有时可以为其一部分。例如，在使液体试料和液体试药反应的系统中，含有单独地指液体试料、试体试药和它们的反应液中任何一种的情况，或指其中多个的情况，当然，即使在单独生成液体试料、液体试药或反应液的情况下，也可以只存在于特定的区域中。

在本发明中，上述液体成分的升温，例如可以通过将上述光能量直接供给上述液体成分来进行，也可以通过在接近液体成分而设置的升温区域中照射光能量，通过从该升温区域移动的热能量进行。利用前种方法，直接供给光能量，具有光能量的利用效率高的优点。但是，为了适当地使液体成分升温，可照射对水的吸收性高的近红外光或红外光，优选为照射波长为950～1000nm、1100nm左右、1400～1500nm、1850～2100nm或2500nm左右的近红外光或红外光。另一方面，利用后一种方法，构成升温区域的材料，只要能吸收光能量，将其传至液体成分就足够，因此可从各种材料中选择。因此，构成升温区域的材料选择余地宽，根据构成升温区域的材料的光吸收特性。选择照射光的波长即可。因此，后一种方法与直接供给光能量的前一种方法比较，具有光源选择的幅度宽的优点。

作为光源使用激光二极管(LD)或发光二极管(LED)，优选是使用LD。如果使用LD可以进行光点的光照射，进而可以进行光点的加热，照射能量的利用效率高。在使用LD或LED作为加热用光源的情况下，要对多量的液体成分进行响应性好的调温困难，因此，优选设定在100μL以下。当然，为了进行更多量的液体成分的调温，可以对应地增加使用的LD或LED数目。

液体成分的调温可以一边监测上述液体成分的温度，一边反馈该监测结果，反复控制从上述光源放出的光能量，进行上述液体成分的调温。并且，预先研究上述液体成分周围的环境温度，和将液体成分升温至目标温度所需要的光源的控制量的关系，根据测定的环境温度和上述关系，决定光源的控制量。

作为本发明的调温对象的分析用具，例举了根据照射光时的响应进行试料的分析的构成。在这种情况下，作为升温用光源，可利用为了进行试料分析而使用的光源。

作为本发明的适用对象的分析用具，可例举分析微量的试料构成的微型器件。当然，利用电化学方法进行试料分析的分析用具进行分析的情况下，也可以使用本发明。

附图说明

图1为表示本发明的分析装置的一个例子的大致结构的示意图；

图2为表示微型器件的一个例子的全体立体图；

图3为沿着图2的III-III线的截面图；

图4为说明液体成分升温方法的另一个例子用的微型器件的立体图；

图5为说明液体成分升温方法的又一个例子用的微型器件的截面图；

图6为表示作为本发明的适用对象的分析用具的另一个例子的全体立体图；

图7为沿着图6的VII-VII线的截面图；

图8A～图8C为表示作为本发明的适用对象的另一个例子的全体立体图；

图9A～图9B为表示说明现有的调温方法的分析装置的主要部分的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，具体地说明本发明的优选实施方式。

如图1所示，分析装置X具有利用分析用具1分析试料的分析功能，以及调整保持在分析用具1的测定部11Cb中的液体成分10的温度的调温功能，它具有：安装部20，测定用光源部21，受光部22，加热用光源部23，计算部24和控制部25。

安装部20用于保持分析用具1。在该安装部20中，埋入用于测定保持在分析用具1中的液体成分10的温度用的温度测定部26。该温度测定部26配置成当将分析用具1安装在安装部20上时，位于保持在分析用具1中的液体成分10(测定部11Cb)的正下方的区域中。这样，在温度测定部26中测定的温度更接近实际的液体成分10的温度。

作为温度测定部26例如可以使用热敏电阻或热电偶那样的接触型温度计。当然使用如放射温度计那样的非接触型温度计也可。在这种情况下，温度测定部26不是必需埋入安装部20中。

测定用光源21用于将光照射在液体成分10(测定部11Cb)上。与此相对，受光部22用于接收来自液体成分10的反射光。测定用光源21例如由水银灯或白色LED构成。在使用这些光源的情况下，虽然图中省略了，但来自测定用光源21的光入射至滤光器上，再将光照射在液体成分10上。这是因为在滤光器中，选择遵照液体成分10中的分析对象成分的光吸收特性的波长的光。测定用光源部21可由能射出单一波长的光的激光二极管(LD)或发光二极管(LED)构成。另一方面，受光部22由光电二极管构成。

加热用光源部23为直接将光能量供给液体成分10，使液体成分10升温用的。该加热用光源部23只要能使液体成分10升温，不论什么种类都可以，例如可以使用对水的吸收性高的近红外光或红外光，优选使用可以射出波长为950～1000nm，1100nm左右，1400～1500nm，1850～2100nm或2500nm左右的近红外光或红外光。但是在考虑驱动电力的情况下，加热用光源部23由激光二极管(LD)或发光二极管(LED)构成较好，特别是用LD构成更好。在使用LD的情况下，可为光点的光照射，进而可以是光点的加热，照射能量的利用效率可提高。

计算部24根据在温度测定部26中的测定结果，计算应给予液体成分10的能量，同时，根据该计算值，计算对加热用光源部23的控制量。与此相对，控制部25根据在计算部24中计算的控制量，控制加热用光源部23的点亮和熄灭，或者在点亮时，控制从加热用光源部23射出的光的强度。

计算部24和控制部25由CPU，ROM和RAM构成。在这种情况下，可以通过利用RAM通过CPU执行存储在ROM中的程序，控制加热用光源部23。

作为分析用具1，可以使用例如图2和图3所示的用具。这些图示的分析用具1是作为用于根据微量试料进行试料分析的微型器件构成的。该微型器件1用于提供反应场，在形成微小流路11的基板12上，具有层叠盖13的形式，以覆盖流路11。

流路11具有试料导入部11A，试药导入部11B和反应用流路部11C。试料导入部11A和试药导入部11B与反应用流路部11C的端部11Ca连接。反应用流路部11C整体弯曲成蛇腹状弯曲，流路长度加大。反应用流路部11C的端部11Cb构成从测定用光源部21和加热用光源部23发出的光照射的测定部(参见图1)。

与此相对，盖13具有试料导入口13a、试药导入口13b和空气排出孔13c。试料导入口13a、试药导入口13b和空气排出孔13c分别在与试料导入部11A的端部11Aa、试药导入部11B的端部11Ba和反应用流路部11C的端部11Cb对应的部位上形成。

微型器件1使试料和试药这两种液体混合反应。作为微型器件，可以使用混合三种液体以上的，当然如构成多个反应系统那样，形成多个流路也可以。

在微型器件1中，在分析试料时，从试料导入口13a导入试料，从试药导入口13b导入试药。这些试料和试药，利用毛细管现象，分别在试料导入部11A和试药导入部11B中移动，在反应用流路部11C中合流。这样，开始试料和试药的反应。试料和试药一边进行反应，一边利用毛细管现象，向着空气排出孔13c，在反应用流路11C中移动。最终到达测定部11Cb。

这时，在图1所示的温度测定部26中，随时间变化测量到达测定部11Cb的反应液(液体成分10)的温度。将测定结果送入计算部24，成为计算部24中的计算的基础。

在计算部24中，比较液体成分10的目标温度和实际的测定温度，当测定温度比目标温度小一定值以上时，计算对加热用光源23的控制量(例如，加热用光源部23的点亮时间和射出光的强度)。所述计算是将测定温度带入预先确定的计算式而进行的。将在计算部24中的计算结果送至控制部25。

与此相对，控制部25相应于计算结果，仅在需要的时间，以需要的强度点亮加热用光源部23。由此，可根据测定温度和目标温度之差，使液体成分10升温。另一方面，在测定温度比目标温度大的情况下，控制部25控制熄灭加热用光源部23，这种点亮和熄灭控制，可通过反馈温度测定部26的测定结果，而反复进行。

在测定液体成分10周围的环境温度后，基于该环境温度进行加热用光源部23的控制也可以。更具体地说，首先，预先研究环境温度与使液体成分10升温至目标温度所需要的加热用光源部23的控制量的关系。将该关系作成表格或函数存储在计算部24等中。由在温度测定部测定的环境温度，参照上述关系(表格或函数)，决定对应的控制量，根据该控制量，控制加热用光源部23。

在该控制方法中，不需要反复进行加热用光源部23的控制，用一次控制即可进行调温。

如本实施例那样，如果利用光能量进行液体成分10的调温，为了能够直接使液体成分升温，供给能量的利用效率要提高。由于这样，在消耗电力方面有优点。而且，由于可使用LD或LED作为光源，在这种情况下，即使利用作为内部电源使用的小型电池，电池寿命也不会显著缩短，可以很好地使液体成分升温。因此，在小型的分析装置中，不需要增大其尺寸，可以利用内部电源，进行液体成分的调温。另外，如果可以利用内部电源进行对应，则不需要与外部电源连接，转接器也不是必需。因此，当带着分析装置外出时，不需要带着转接器，携带性好。

当然，本发明不限于上述的实施方式，可以作各种设计变更。例如，在本实施方式中，是以根据照射在液体成分上的光的反射光进行分析而构成的分析装置为例子说明的，但本发明也可适用于根据透过光分析液体成分的分析用具中。另外，不限于测定部11Cb的液体成分，在其基础上，或取代它，可以对试料导入部11A，试药导入部11B和反应用流路部11C中的至少一个部分中存在的液体成分进行调温。

如图4和图5所示，不直接将光能量供给液体成分，而是间接地将光能量供给液体成分也可以。在图4所示的例子中，设有升温区域14a，包围着空气排出孔13c的周围。另一方面，在图5所示的例子中，在测定部11Cb(液体成分)的正下方设有升温区域14b。在这些例子中，通过将光能量供给升温区域14a，14b，可以使升温区域14a，14b加热、升温，通过将热能传给液体成分，进行液体成分的升温。

构成升温区域14a，14b的材料，由于只要能吸收光，将光传播给液体成分就足够，因此可从各种材料中选择，选择的余地宽。由于这样，采用该升温方法，由于可根据构成升温区域14a，14b的材料的光吸收特性，选择应照射的光的波长，即光源，因此，与将光能量直接供给液体成分的方法(参见图1)比较，光源的选择余地宽广，这是优点。

升温区域14a，14b的形状和配置位置，不限于图4和图5所示的，还可以将直接使液体成分升温的方法和间接地升温的方法组合，进行升温。

本发明不限于利用光学方法进行分析的分析装置，对于利用电化学方法进行分析的分析装置也可适用，例如，在作为分析用具，安装如图6和图7所示的生物传感器3，根据施加电压时的响应电流，进行试料分析的装置中也可适用。

图示的生物传感器3是在基板30上设置毛细管30a。毛细管30a是在基板30上，借助设置有缝隙31a的隔板31，通过层叠形成有孔32a的盖32而构成。在毛细管30a的端部，设置试料液导入口33，在其内部保持固体状的试药37。从试料液导入口33导入的试料，溶解试药37，同时利用毛细管现象，向着孔32a，在毛细管30a内行进。

在基板30上设有作为测定用电极的作用极34，反电极35和一对检测用电极36。与此相对，分析装置具有分别与各个电极34～36接触的测定用端子4a，4b和检测用端子4c，4d。相对于端子4b，4d与地面连接，端子4a，4c可以与电源40连接。通过切换开关S，电源40可以选择将电位差加在作用极34和对极35之间的状态，和将电位差加在一对检测用电极36之间的状态。

在这个分析装置中，通过将电压施加在试料和试药37的反应液上，在反应生成物和电极之间进行电子授受，根据该量测定响应电流。

在这种结构中，由于在生物传感器3中，反应系统构筑在毛细管30a上，因此，通过将光能量供给该反应系统，可以进行反应系统的升温和反应系统的调温。由于反应系统在基板30和盖32之间形成，在光能量直接供给反应系统的情况下，由于减少了基板30或盖32的光吸收量，因此优选利用对从光源射出的光吸收少的材料，形成基板30或盖32。当然，图6所示的生物传感器3和与它对应的分析装置只是示例，本发明也可以适用于已说明之外的电化学方法进行试料分析的装置。

作为采用本发明的分析用具，不限于利用毛细管现象使试料、试药等移动，如图8A所示，利用电泳移动试料和试药，或利用外部泵的动力，使试料和试药移动也可以。

图8A所示的分析用具5有两条流路50，51交叉设置，在各个流路50、51中填充泳动缓冲剂。在该分析用具5中，分析时，通过将电位差给与各个流路50、51的两端，从导入口52导入的试料在流路51中反应，并向着测定部53，在流路51中移动。

另一方面，图8B所示的分析用具6是试料导入部60、反应部(测定部)61、废液贮留部62和吸引部63并排形成。在该分析用具6中，吸引部63与外部泵连接，通过泵的动力使试料移动。当然，通过内部装有利用压电元件等的微型泵，通过该微型泵使试料等移动地构成的分析用具也可以。

作为分析用具，如图8C所示，也可以在薄长方形片的基础材料70上形成固体状的试药垫片71。试药垫片71的数目不限于图中所示。

Claims (20)

1.一种分析用具的调温方法，它可在为了进行试料分析而使用的分析用具中，将保持在该分析用具中的液体成分调整至目标温度，

在将所述液体成分升温的情况下，利用来自光源的光能量，对所述液体成分进行加热。

2.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，所述液体成分的升温，通过将所述光能量直接供给所述液体成分来进行。

3.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，所述液体成分的升温，通过将所述光能量供给靠近所述液体成分而设置的升温区域，并从该升温区域移动的热能量进行。

4.如权利要求2所述的分析用具调温方法，其特征为，所述光源为射出对水的吸收性高的波长的光的光源。

5.如权利要求4所述的分析用具的调温方法，其特征为，所述光源射出红外光或近红外光。

6.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，所述光源为激光二极管或发光二极管。

7.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，一边监测所述液体成分的温度，一边反馈该监测结果，反复控制从所述光源放出的光能量，进行所述液体成分的调温。

8.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，预先研究所述液体成分周围的环境温度，和相对于将所述液体成分升温至目标温度所需要的所述光源的控制量之间的关系，

根据测定的环境温度和所述关系，确定所述光源的控制量，再根据该控制量控制所述光源。

9.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，所述分析用具根据照射光时的响应进行试料的分析。

10.如权利要求9所述的分析用具的调温方法，其特征为，作为所述光源，使用为了进行试料分析而对所述分析用具照射光的光源。

11.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，作为调温对象的液体成分的量在100μL以下。

12.如权利要求1所述的分析用具的调温方法，其特征为，所述分析用具为微型器件。

13.一种具有调温功能的分析装置，它利用保持试料的分析用具进行所述试料的分析，同时调整保持在所述分析用具中的液体成分的温度，

它具有用于使所述液体成分升温的升温用光源。

14.如权利要求13所述的分析装置，其特征为，它还具有：

用于测定所述液体成分的温度或所述液体成分周围的环境温度的温度测定装置；和

用于根据以该温度测定装置测定的结果，控制所述升温用光源的光源控制装置。

15.如权利要求13所述的分析装置，其特征为，在所述分析用具构成为根据光照射时的响应进行试料分析的情况下，具有为了进行试料分析而对所述分析用具照射光的分析用光源。

16.如权利要求15所述的分析装置，其特征为，所述升温用光源与所述分析用光源相同。

17.如权利要求13所述的分析装置，其特征为，所述升温用光源射出对水的吸收性高的波长的光。

18.如权利要求17所述的分析装置，其特征为，所述升温用光源射出红外光或近红外光。

19.如权利要求13所述的分析装置，其特征为，所述升温用光源为激光二极管或发光二极管。

20.如权利要求13所述的分析装置，其特征为，所述分析用具为微型器件。

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