JP2002257693A - 毛細管ギャップを有する試薬フォーマット及びその製造方法 - Google Patents
毛細管ギャップを有する試薬フォーマット及びその製造方法Info
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Abstract
る、毛細管チャネルの寸法精度が許容誤差を左右するの
で、毛細管チャネルを精密に製造すること。 【解決手段】 光学的試薬センサフォーマット10は、
1個のインサート28を含む単一支持体又は多数のイン
サート32を含む多重支持体30にプラスチック材料を
射出成形することによって形成される。支持体30は、
化学的エッチング、レーザ切断、機械的押し抜き、打ち
抜き(ダイ・カット)又は同様な加工方法により、精密
毛細管ギャップ18を形成するために必要な精密な厚さ
及び形状にしうる、金属のような材料でできている。支
持体30の厚さは、ギャップ18の所望の光路長に依存
する。支持体30は、融解温度がフォーマット材料の融
解温度よりも高い材料で形成され、フォーマット10を
成形したのちインサート32がフォーマット10から取
り外されることにより、精密な毛細管ギャップ18を有
するセンサフォーマットが得られる。
Description
細管チャネル及びその製造方法に関する。
合し、混合したサンプルの分析を行うためにはセンサが
使用される。センサの一形態は、二つの光路の間の毛細
管チャネルと、そのチャネル中の試薬とを含む。もう一
つのセンサは、底と蓋との間に毛細管チャネルを有する
ように射出成形されるものである。電極及び試薬がチャ
ネル中に配置される。試験流体が毛細管作用によってチ
ャネルに引き込まれ、試薬と反応する。第一のセンサ中
では、光源が光路の一方に与えられ、光源からの光が流
体を透過しながらチャネル中を伝送され、他方の光路に
設けられた検出器に送られる。第二のセンサでは、電極
間の電流が計測される。
造における重要な課題は、精密光路長の製造である。こ
れは、一定の深さのキャビティを有する光学的に透明な
部品を製造することによって達成されてきた。キャビテ
ィは、光学的に透明な蓋によって覆われる。キャビティ
の精密な深さは、反復的に製造することが困難である
が、たとえ深さを反復的に製造することができるとして
も、取り付け方法の許容誤差のせいで、蓋を取り付け、
光路長を制御することは非常に困難である。加えて、若
しも取り付けに接着剤を使用するならば、接着剤の違い
が許容誤差を増大させる。音波溶接のような他のタイプ
の取り付けは、それ自体がばらつき性を有している。
る際の困難さは、透過モードで使用される光学的試薬セ
ンサを製造する際に決定的である。透過モードでは、毛
細管ギャップにおける光路長は、試験される分析対象物
に正比例する。若しも異なる光路長を有する2個のセン
サで同一の分析対象物を計測するならば、光路長のせい
で計測される結果は異なる。偏差又は許容誤差なしで再
現することができる精密毛細管チャネルを有する光学的
試薬センサを製造する方法が求められる。
細管チャネルの形成は、製造し難い。このタイプのセン
サを製造するための通常の方法は、造形された上蓋によ
って形成される毛細管区域の中にアクティブな区域を精
密スクリーン印刷する方法である。この構造によって求
められる費用及びアセンブリを減らすことが望ましい。
そのうえ、高さ0.0127cm(0.005インチ)未
満の小さな成形毛細管チャネルの中に電極を設けること
は困難であり、電気化学的分析に使用することができる
よう、成形(モールド)された電極を有するこのサイズ
のセンサを提供することが望ましい。
ンサ及び電気化学的センサならびに光学的試薬センサ及
び電気化学的センサを製造する方法に関する。光学的試
薬センサは、入口及び出口を有する精密毛細管チャネル
を含む。このようなセンサを製造するためには、化学的
エッチング、押し抜き、打ち抜き(ダイ・カット)又は
他の方法で所定の形状に形成される材料でできた精密な
厚さの支持体が、インサートとして提供される。光学的
センサを支持体上に成形し、ひとたび成形材料が硬化し
たならば、インサートを支持体から切り離し、センサか
ら取り出して、センサ中に精密な毛細管チャネルを残
す。試験される特定の分析対象物のために、そのチャネ
ルに試薬を被着させることができる。センサは、試験流
体を毛細管チャネルに引き込むことによって使用され
る。
成形された個々の電極又は接点を含む。この方法は、第
一の電極を下型(ベース・モールド)に配置し、犠牲イ
ンサートを第一の電極の上の型に配置することを含む。
そして、第二の電極をインサートの上で下型に配置す
る。上型(トップ・モールド)を下型の上に配置し、プ
ラスチック材料を上型及び下型の中に射出する。硬化
後、センサを型から取り出し、犠牲インサートを取り出
して、チャネル中に2個の接点/電極を有する毛細管チ
ャネルを残す。
のに要する力はかなり大きくなるため、センサに力を加
える間、インサートを定位置にしっかりと締め付けるツ
ールを使用することが望ましい。このツールは、インサ
ートを静止位置に締め付けるためのクランプと、センサ
が固着される可動ブロックとを含む。ブロックをクラン
プに対して動かし、それにより、インサートをセンサか
ら抜き取るために、駆動機構がブロックに結合されてい
る。
な説明を読み、図面を参照することによって理解されよ
う。
ることができるが、その具体的な実施態様を図面に例と
して示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、本発明
を、開示される具体的な形態に限定することを意図せ
ず、それどころか、請求の範囲によって定義される本発
明の本質及び範囲に該当するすべての変形、等価物及び
代替を包含することを意図することが理解されるべきで
ある。
センサフォーマット10が例示されている。フォーマッ
ト10は、光透過材料で形成された光学管である。光源
がフォーマット10の第一の脚部14の端部12に被着
される。光源からの光は、第一の脚部14の長手に沿っ
て移動して、第一の脚部14の縦軸に対して45°にな
っている第一の端面16に当たる。光は、端面16によ
って反射されて毛細管ギャップ18を透過する。ギャッ
プ18の材料によって吸収されない光は、フォーマット
10の第二の脚部22の縦軸に対して45°になってい
る第二の端面20に当たる。この光は、第二の脚部22
の長手に沿って反射されて、第二の脚部22の端部24
に配置された検出器に達する。
れ、ギャップ18中の光路長は、試験される分析対象物
に正比例する。若しも異なる光路長を有する2個の異な
るフォーマットで同じ分析対象物が計測されるならば、
計測結果は、異なる光路長のせいで異なるであろう。本
発明のフォーマット10は、フォーマット10ごとに精
密な厚さの毛細管ギャップ18を保証して、ギャップ1
8中の異なる光路長のせいで計測差違を最小限にする
か、なくすようなやり方で製造される。
8を含む単一支持体26又は多数のインサート32を含
む多重支持体30に射出成形することによって形成され
る。単一支持体26及び多重支持体30は、化学的エッ
チング、レーザ切断、機械的押し抜き、打ち抜き(ダイ
・カット)又は同様な加工方法により、精密毛細管ギャ
ップ18を形成するために必要な既知の精密な厚さ及び
形状にすることができる、金属のような材料でできてい
る。支持体26及び30の厚さは、ギャップ18の所望
の光路長に依存する。支持体26及び30は、融解温度
がフォーマット材料の融解温度よりも高い材料で形成す
ることができ、支持体材料は、フォーマット10を成形
したのちインサート28及び32をフォーマット10か
ら取り出すことを可能にするのに十分な引張り強さを有
しなければならない。
一支持体26及び多重支持体30がトラクタフィード又
はピン位置穴34によって成形ツールに配置されて固着
される。プラスチック材料を成形ツールの中に射出し、
単一支持体26及び多重支持体30の上にフォーマット
10を形成する。ひとたびプラスチック材料が硬化し、
支持体26及び30を成形ツールから取り外したなら
ば、インサート28及び32をぞれぞれ支持体26及び
30から切り離し、フォーマット10から取り出して、
精密毛細管ギャップ18を残す。各ギャップ18は、イ
ンサート28及び32の精密な厚さ及び寸法のおかげ
で、同じサイズ及び厚さである。試薬を各ギャップ18
中に吸い上げさせ、乾燥させることができる。若しもギ
ャップ18を側辺でシールしなければならないならば、
蓋(図示せず)を、光路の一部にすることなく、フォー
マット10の側辺に固着させることができる。
ォーマット10の第一の脚部14と第二の脚部22との
間に延び、脚部14と脚部22との間、すなわち光路間
に不透明な遮光壁を提供している(図3)。延長部36
はまた、脚部14及び22ならびにフォーマット10に
対して構造的完全性を提供する。遮光壁又は構造的完全
性が必要ないならば、延長部36を脚部14及び22か
ら除くこともできる(図4)。
学的読み取りを提供するフォーマット110が図5及び
6に示されている。フォーマット110は、図1〜4の
試薬フォーマット10の成形と同様な方法で、支持体1
12に対して射出成形される。支持体112は、支持体
26及び30と同じ材料であり、同じ方法で既知の精密
な厚さに製造されて、精密毛細管ギャップ114を形成
する。ギャップ114は、支持体112の一部であるイ
ンサート116によって形成される。
ン位置穴118によって成形ツールに配置され、注型材
料が成形ツールの中に射出されてフォーマット110を
形成する。注型材料が硬化したのち、支持体112が成
形ツールから取り出され、インサート116がフォーマ
ット110から抜き取られて、ミクロンサイズの精密毛
細管ギャップ114が残る。各ギャップ114に対する
入口117があり、入口117とは反対側に、支持体1
12上の延長部119によって形成される出口がある。
ギャップ114は、側辺114A及び114Bで囲い込
まれ、ギャップ114を形成するために蓋は不要であ
る。
上の第一の錐体120と、ギャップの下の第二の錐体1
22とを含む。錐体120及び122の形状は、正方形
のようないかなる形であってもよく、図示するような切
頭円錐形である必要はない。光源が第一の錐体120の
端部124に配置され、光又は光学検出器が第二の錐体
122の端部126に配置される。光源からの光は第一
の錐体120の中を移動してギャップ114中の分析対
象物に達し、ギャップ114及び分析対象物を透過した
光は、第二の錐体122に沿って通過して、分析対象物
又は他の試料の計測のための光学検出器に達する。錐体
120及び122は、光学部品(光源及び検出器)をギ
ャップ114及びギャップ中の試料から隔離して汚染を
防ぐ。若しも汚染が問題ではないならば、錐体120及
び122を除くこともできる。
サ210が例示されている。センサ210は、センサ2
10の中に成形された第一の電極212及び第二の電極
214を含む(図11)。センサ210はまた、犠牲イ
ンサート216によって形成される精密小型毛細管チャ
ネルを含む。
2を有する成形ツール218(図10)の中で射出成形
される。下型220(図7〜9)は、センサ210の形
のキャビティ224を含む。第一及び第二の電極212
及び215ならびに犠牲インサート216を正しく位置
づけるため、複数のロケータピン226、228、23
0、232、234、236、238及び240が下型
に設けられている。
犠牲インサート216がそれらの間に延びるように重ね
ることによって下型220内に装填される。まず、第一
の電極212の穴をロケータピン226、228及び2
30にはめることによって第一の電極212を装填する
(図7)。次に、インサートの穴をロケータピン238
及び240にはめることによって犠牲インサート216
を装填する(図8)。犠牲インサート216は、キャビ
ティ224の中に延び、第一の電極の前端に載って接す
る。第二の電極214は、ロケータピン232、234
及び236にはめられて下型220に装填され、その前
端が、犠牲インサート216に載って接し、第一の電極
212の前端の上に位置する(図9)。そして、上型2
22が下型220の上に配置され、犠牲インサート21
6の両側で圧縮装填を提供するように圧縮される。この
圧縮装填は、上型222を下型220に取り付けたと
き、それらの間で犠牲インサート216と係合する、下
型220及び上型222の隆起部分によって提供するこ
とができる。
たならば(図10)、プラスチック材料がツール218
の中に射出される。圧縮装填のおかげで、キャビティ2
24はプラスチック材料で充填されるが、プラスチック
は、第一及び第二の電極212及び214の前端とイン
サート216との積層部に流れ込むことはできないた
め、プラスチック材料が、電極212及び214の前端
とインサート216との間に流れることはない。
ば、成形ツール218を開いて、第一の電極212及び
第二の電極214ならびにインサート216を含むセン
サ210を取り出す。そして、インサート216がセン
サ210から取り除かれて、チャネル242の頂上に第
一の電極212を、チャネル242の底に第二の電極2
14を有する精密小型毛細管チャネル242(図11)
を残す。
が図13〜15に例示されている。これらの図13〜1
5には、光学的センサ410が例示されている。光学的
センサ410は、光学的センサ410が、電極212、
214の代わりとして、光源光学系のためのアクセス窓
412及びアクセス窓412のすぐ下にある検出光学系
のためのアクセス窓を含むことを除き、センサ210の
場合と同様な方法及びツールで成形される。毛細管キャ
ビティ又はチャネル414が、光学的センサ410中の
両アクセス窓の間に形成されて、アクセス窓412に送
り込まれた光源光学系からの光が毛細管キャビティ又は
チャネル414中の試料を透過し、低い方のアクセス窓
に配置された検出光学系によって読み取られるようにな
っている。
ルは、高度に研磨され型の中に延びるインサートを含
む。プラスチック材料が型の中に射出されると、プラス
チック材料は、インサートの周囲に流れてアクセス窓を
形成する。インサートは高度に研磨されているため、ア
クセス窓は、ゆがみがほとんどなく透明である。
ステンレス鋼又は同様な材料製でもよいインサート41
6によって形成される。インサート416は、図7〜1
1のインサートに類似しており、型(図8)のロケータ
ピン238及び240に類似したロケータピンにはまる
装着穴438及び440を含む。
ンサ410の成形中に型の中で大きな圧力が発生するた
め、プラスチック材料がインサート416の周囲を流れ
るときインサート416を把持し、それを安定に保持す
る型の一部により、光学的センサ410中にアクセス穴
418が形成される。光学的センサ410はまた、セン
サ210中の穴346に類似した穴446を含む。
ート28又は216は、ぞれぞれセンサ14又は210
から取り出されなければならず、それを実施するのに要
する力はかなり大きくなる。したがって、センサ14又
は210を定位置にしっかりと保持し、センサ14又は
210からインサート28又は216を抜き取るのに十
分な力をインサート28又は216に対して直列的に供
給するツールを使うことが望ましい。これらの目的を達
成するためのインサート取り出しツール、すなわちエク
ストラクタ300が図12に例示されている。エクスト
ラクタ300は、台312に固着され、クランプ314
を含む。クランプ314は、取っ手316がスタンド3
18に回動可能に取り付けられているDeStacaクランプ
であってもよい。スタンド318は台312に固着され
ている。取っ手316は、取っ手316を回動させるこ
とがクランプヘッド320を台312に近づけたり台か
ら離したりするよう、連結具322によってクランプヘ
ッド320に連結されている。
置されるキャビティ324を含む。カバープレート32
8がキャビティ324の一部の上で台312に固着され
ている。カバープレート328は溝穴330を有し、こ
の溝穴の中を、スライドブロック326に取り付けられ
た駆動ピン及び軸受け332が延びている。抜き取り駆
動レバー334が、ピン336によって台312上に回
動可能に取り付けられ、駆動ピン及びベアリング332
に当接して、抜き取り駆動レバー334がピン336を
中心に図12で見て右回り方向に回動すると、駆動ピン
及び軸受け332が溝穴330中を移動して、スライド
ブロック326をキャビティ324の端部から外に出す
ようになっている。
出すには、センサ14、210又は410(図12には
センサ210が例示されている)をキャビティ324に
配置し、同時に、センサ216の穴238及び240
(図11)を、台312に強固に取り付けられたピン3
42及び344にはめる。センサ210の穴346(図
11)をスライドブロック326のセンサピン上に配置
する。したがって、センサ210はスライドブロック3
26に固着され、インサート216は台312に固着さ
れる。力分与ブロック340をピン342及び344の
上に配置し、クランプ314によってインサート216
に締め付ける。
ャビティ324中でスライドブロック326を動かすこ
とにより、センサ210及びインサート216に対して
直列的な力によってインサート216をセンサ210か
ら抜き取る。この作用がセンサ210をインサート21
6から引き離して、インサートをきれいに抜き取る。
ら本発明を説明したが、当業者は、本発明の本質及び範
囲を逸することなく、本発明に対して多くの変更を加え
うることを認識するであろう。これらの各実施態様及び
その自明な変形は、請求の範囲に記載する、請求項に係
わる発明の本質及び範囲に入ると考えられる。
る。
である。
にある、支持体から取り外したセンサフォーマットの拡
大図である。
から除いた、図3に示すセンサフォーマットの縮小図で
ある。
トの代替態様の斜視図である。
大図である。
ツールの、第一の接点が配置されている下型の斜視図で
ある。
図7に類似した図である。
似した図である。
視図である。
気化学的バイオセンサの拡大斜視図である。
トを取り出すために使用されるツールの斜視図である。
る。
図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 毛細管ギャップを有する光学的試薬フォ
ーマットを製造する方法であって、 所定の厚さの支持体に所定の厚さのインサートを設ける
工程と、 該支持体を型に入れる工程と、 該支持体及びインサート上にフォーマットを成形する工
程と、 該インサートを該支持体から切り離す工程と、 該インサートを該フォーマットから取り出して、該フォ
ーマット中に毛細管ギャップを残す工程と、を含む光学
的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項2】 試薬を該毛細管ギャップ中に被着させる
工程をさらに含む、請求項1記載の光学的試薬フォーマ
ットを製造する方法。 - 【請求項3】 該毛細管ギャップが開口した側辺を有
し、該毛細管ギャップの該開口した側辺をシールする、
請求項1記載の光学的試薬フォーマットを製造する方
法。 - 【請求項4】 該フォーマットを該支持体から取り出す
工程をさらに含む、請求項1記載の光学的試薬フォーマ
ットを製造する方法。 - 【請求項5】 連結され、それぞれがインサートを含む
複数の支持体を連結して設け、該複数の支持体及びイン
サートのそれぞれの上にフォーマットを成形する、請求
項1記載の光学的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項6】 該フォーマットが1対の脚部を含み、該
フォーマットの1対の脚部の間に該毛細管ギャップを形
成する工程をさらに含む、請求項1記載の光学的試薬フ
ォーマットを製造する方法。 - 【請求項7】 該フォーマットを成形する工程が、該支
持体の上面に第一のフォーマットを成形し、該支持体の
下面に第二のフォーマットを成形する工程を含む、請求
項1記載の光学的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項8】 該第一及び第二のフォーマットが円錐形
である、請求項7記載の光学的試薬フォーマットを製造
する方法。 - 【請求項9】 毛細管ギャップを有する光学的試薬フォ
ーマットを製造する方法であって、 所定の厚さの支持体を設ける工程と、 該支持体上にインサートを設ける工程と、 該インサートの一部が該フォーマットの外に延びる状態
で、該支持体及び該インサート上にフォーマットを成形
する工程と、 該インサートを該フォーマットから取り出して、該フォ
ーマット中に、該インサートによって形成された、入口
及び出口を有する毛細管チャネルを設ける工程と、を含
む光学的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項10】 該支持体を該フォーマットから取り出
す工程を含む、請求項9記載の光学的試薬フォーマット
を製造する方法。 - 【請求項11】 該インサートが、該フォーマットの材
料の融解温度よりも高い融解温度の材料を含む、請求項
9記載の光学的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項12】 該フォーマットを、光源を被着するた
めの第一の脚部と、光検出器を被着するための第二の脚
部とを有し、該毛細管チャネルが該第一及び第二の脚部
の間にあるように、成形する工程を含む、請求項9記載
の光学的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項13】 該フォーマットを、該フォーマットの
第一の側にある第一の円錐形部材と、該フォーマットの
第二の側にある第二の円錐形部材とを有し、該毛細管チ
ャネルが該第一の円錐形部材と該第二の円錐形部材との
間にあるように、成形する工程を含む、請求項9記載の
光学的試薬フォーマットを製造する方法。 - 【請求項14】 犠牲インサートを使用して電気化学的
センサを成形する方法であって、 第一の型を設ける工程と、 該第一の型に第一の電気接点を挿入する工程と、 該第一の型に第二の電気接点を挿入する工程と、 該第一の型を第二の型で閉じる工程と、 センサを形成するための材料を該閉じた第一及び第二の
型の中に射出する工程と、 該材料を硬化させる工程と、 該犠牲インサートを該センサから抜き取る工程と、を含
む電気化学的センサを形成する方法。 - 【請求項15】 該犠牲インサートを抜き取る工程が、
該インサートを締め付け、該センサを該インサートに対
して動かすことを含む、請求項14記載の電気化学的セ
ンサを成形する方法。 - 【請求項16】 センサベースと、 該センサベース上の犠牲インサートと、 該犠牲インサートが間に配置される第一の電気接点及び
第二の電気接点と、 該センサベース上にあり且つ該犠牲インサートを覆うプ
ラスチック材料であって、その組成は該犠牲インサート
を該プラスチック材料から取り出すことを可能にして該
材料中に毛細管チャネルを残しうるプラスチック材料
と、を含む電気化学的センサ。 - 【請求項17】 電気化学的センサから犠牲インサート
を抜き取るためのツールであって、 犠牲インサートを静止位置で締め付けるためのクランプ
と、 該クランプに対して動くことができる第一のブロック
と、 該ブロックを該クランプに対して動かすための駆動部材
と、 犠牲インサートを含むセンサを該ブロックに取り付ける
ための、該ブロック上の取り付け部材と、を含むツー
ル。 - 【請求項18】 台をさらに含み、該クランプが、該台
に固着された第二のブロックを含む、請求項17記載の
ツール。 - 【請求項19】 センサ本体と、 該センサ本体中の第一のアクセス窓と、 該センサ本体中の第二のアクセス窓と、 該第一のアクセス窓と該第二のアクセス窓との間の該セ
ンサ本体中のインサートと、を含むセンサ。
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