JP2003114193A - ラブ・オン・チップのための吸光検出システム - Google Patents
ラブ・オン・チップのための吸光検出システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行える
ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供す
る。 【解決手段】 ５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出
セル１と、検出セル１に光を平行に通過させるレンズを
設けるためのレンズ２５と、散乱光が検出器に入ること
を防止するためのスリット１９とを含み、検出セル１、
レンズ２５及びスリット１９が前記ラブ・オン・チップ
と一体形に形成されたラブ・オン・チップのための吸光
検出システム。よって、試料の特性に制限がなく、種々
なる試料の検出に用いることができ、試料にラベルを付
ける必要がないため、従来に比べて手間及びコストがか
からず、吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行える。
さらに、本発明は、ラブ・オン・チップのための様々な
研究分野において、試料検出のための反応無しに各種の
物質の検出に幅広く利用可能である。
ラブ・オン・チップのための吸光検出システムを提供す
る。 【解決手段】 ５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出
セル１と、検出セル１に光を平行に通過させるレンズを
設けるためのレンズ２５と、散乱光が検出器に入ること
を防止するためのスリット１９とを含み、検出セル１、
レンズ２５及びスリット１９が前記ラブ・オン・チップ
と一体形に形成されたラブ・オン・チップのための吸光
検出システム。よって、試料の特性に制限がなく、種々
なる試料の検出に用いることができ、試料にラベルを付
ける必要がないため、従来に比べて手間及びコストがか
からず、吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行える。
さらに、本発明は、ラブ・オン・チップのための様々な
研究分野において、試料検出のための反応無しに各種の
物質の検出に幅広く利用可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はラブ・オン・チップ
のための吸光検出システムに係り、より詳細には、検出
感度を高めるために長い光経路を有する検出セルと、該
検出セルに光を平行に通過させるためのマイクロレンズ
及び散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリッ
トをラブ・オン・チップと同一の物質によりラブ・オン
・チップと一体形に作製することにより、ラブ・オン・
チップにおける吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行
えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関
する。
のための吸光検出システムに係り、より詳細には、検出
感度を高めるために長い光経路を有する検出セルと、該
検出セルに光を平行に通過させるためのマイクロレンズ
及び散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリッ
トをラブ・オン・チップと同一の物質によりラブ・オン
・チップと一体形に作製することにより、ラブ・オン・
チップにおける吸光検出を効率良く、且つ高感度にて行
えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに関
する。
【０００２】また、本発明は、従来の吸光検出装置の問
題点を解決でき、しかも検出感度を１０倍以上高めるこ
とのできるプラスチック製のラブ・オン・チップのため
の吸光検出システムに関する。さらに、本発明は、光の
照射のために光ファイバを使用可能であることはもとよ
り、液状や固相の導波管あるいは超小型光源（例えば、
ランプ、発光ダイオード又はレーザ）をも使用可能なラ
ブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
題点を解決でき、しかも検出感度を１０倍以上高めるこ
とのできるプラスチック製のラブ・オン・チップのため
の吸光検出システムに関する。さらに、本発明は、光の
照射のために光ファイバを使用可能であることはもとよ
り、液状や固相の導波管あるいは超小型光源（例えば、
ランプ、発光ダイオード又はレーザ）をも使用可能なラ
ブ・オン・チップのための吸光検出システムに関する。
【０００３】さらにまた、本発明は、検出セルの近傍に
超小型レンズ及びスリットよりなるコリメータをさらに
設けて、５０μｍ以上の長い光経路を有する検出セルに
おいても効率良く吸光検出が行えるラブ・オン・チップ
のための吸光検出システムに関する。さらにまた、本発
明は、光ファイバから発せられる光を集めて平行光にし
て検出セルに照射するマイクロレンズ及び検出セルを正
常に通っていない光又は散乱光が検出器に入ることを防
止するスリットを含むコリメータを組み込んで、長い光
経路を有する検出セルの検出感度を大幅に高めることの
できるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに
関する。
超小型レンズ及びスリットよりなるコリメータをさらに
設けて、５０μｍ以上の長い光経路を有する検出セルに
おいても効率良く吸光検出が行えるラブ・オン・チップ
のための吸光検出システムに関する。さらにまた、本発
明は、光ファイバから発せられる光を集めて平行光にし
て検出セルに照射するマイクロレンズ及び検出セルを正
常に通っていない光又は散乱光が検出器に入ることを防
止するスリットを含むコリメータを組み込んで、長い光
経路を有する検出セルの検出感度を大幅に高めることの
できるラブ・オン・チップのための吸光検出システムに
関する。
【０００４】
【従来の技術】当業者に公知のように、混合物質よりな
る試料を分析するために、従来より、毛細管電気移動装
置、液体クロマトグラフィ、気体クロマトグラフィなど
の種々たる分析装置を用いてきている。特に、毛細管電
気移動装置及び液体クロマトグラフィは、分析可能な試
料の範囲が広くて検出方法が様々である理由から、多用
されてきている。これら装置に使用可能な検出方法とし
ては、吸光検出法、蛍光検出法及び電気化学検出法など
がある。中でも、蛍光検出法は検出感度が高いという長
所はあるものの、自体蛍光を発する試料があまりないが
ゆえに、自体蛍光性のない試料には蛍光ラベルを付ける
必要があるという短所がある。電気化学検出法もまた、
検出感度は高いものの、電荷を帯びているイオン性物質
しか検出できないという短所がある。これに対し、吸光
検出法は、試料の特性に制限がなく、様々な試料の検出
に使用可能であり、しかも、試料にラベルを付ける必要
もないことから、現在最も汎用されている。
る試料を分析するために、従来より、毛細管電気移動装
置、液体クロマトグラフィ、気体クロマトグラフィなど
の種々たる分析装置を用いてきている。特に、毛細管電
気移動装置及び液体クロマトグラフィは、分析可能な試
料の範囲が広くて検出方法が様々である理由から、多用
されてきている。これら装置に使用可能な検出方法とし
ては、吸光検出法、蛍光検出法及び電気化学検出法など
がある。中でも、蛍光検出法は検出感度が高いという長
所はあるものの、自体蛍光を発する試料があまりないが
ゆえに、自体蛍光性のない試料には蛍光ラベルを付ける
必要があるという短所がある。電気化学検出法もまた、
検出感度は高いものの、電荷を帯びているイオン性物質
しか検出できないという短所がある。これに対し、吸光
検出法は、試料の特性に制限がなく、様々な試料の検出
に使用可能であり、しかも、試料にラベルを付ける必要
もないことから、現在最も汎用されている。
【０００５】前記吸光検出法において、吸光度は、下記
式１で表わされるビール（Ｌａｍｂｅｒｔ Ｂｅｅｒ）
の法則により、光が試料を通る距離、即ち、光路長に比
例する。
式１で表わされるビール（Ｌａｍｂｅｒｔ Ｂｅｅｒ）
の法則により、光が試料を通る距離、即ち、光路長に比
例する。
【０００６】
【数１】
【０００７】（式中、Ａは吸光度であり、はモル吸光係
数（Ｌ／ｍｏｌ・ｃｍ）であり、ｂは光路長（ｃｍ）で
あり、Ｃはモル濃度（ｍｏｌ／Ｌ）である。）しかしな
がら、特に毛細管電気移動装置を用いた吸光検出法の短
所は、感度があまり高くないという点である。これは、
毛細管電気移動法に用いられる毛細管の内径が５０〜１
００μｍに過ぎず、光経路が極めて短いからである。ま
た、毛細管の断面が円形であるがゆえに一部の光のみが
毛細管中心を通り、実際の経路長は毛細管の内径よりも
短いからである。
数（Ｌ／ｍｏｌ・ｃｍ）であり、ｂは光路長（ｃｍ）で
あり、Ｃはモル濃度（ｍｏｌ／Ｌ）である。）しかしな
がら、特に毛細管電気移動装置を用いた吸光検出法の短
所は、感度があまり高くないという点である。これは、
毛細管電気移動法に用いられる毛細管の内径が５０〜１
００μｍに過ぎず、光経路が極めて短いからである。ま
た、毛細管の断面が円形であるがゆえに一部の光のみが
毛細管中心を通り、実際の経路長は毛細管の内径よりも
短いからである。
【０００８】毛細管電気移動装置を用いた吸光検出法の
検出感度を高めるために、光経路を長くする方法が試み
られてきているが、中でも、長方形の毛細管を用いる方
法と、Ｕ字状又はＺ字状の検出セルを用いる方法が代表
的である。これらの方法では、毛細管の内径を１０倍〜
５０倍ほど長くしている。一方、毛細管電気移動装置に
基づくラブ・オン・チップにおいては、ガラス板又はプ
ラスチック板に形成されているチャンネルが１０〜３０
μｍと極めて浅いために、毛細管電気移動装置を用いた
吸光検出法よりも検出感度が低い。この理由から、検出
感度を高めるために、ラブ・オン・チップにＵ字状の検
出セルを形成して感度を高めようとする試みがあった。
この方法は、検出セルの前方及び後方に光ファイバを設
け、これら光ファイバを介して検出セルに光を照射し、
且つ、他の光ファイバを介してセルを通った光を集める
検出方法である。ここで、前記ラブ・オン・チップにつ
いて調べてみれば、下記の通りである。
検出感度を高めるために、光経路を長くする方法が試み
られてきているが、中でも、長方形の毛細管を用いる方
法と、Ｕ字状又はＺ字状の検出セルを用いる方法が代表
的である。これらの方法では、毛細管の内径を１０倍〜
５０倍ほど長くしている。一方、毛細管電気移動装置に
基づくラブ・オン・チップにおいては、ガラス板又はプ
ラスチック板に形成されているチャンネルが１０〜３０
μｍと極めて浅いために、毛細管電気移動装置を用いた
吸光検出法よりも検出感度が低い。この理由から、検出
感度を高めるために、ラブ・オン・チップにＵ字状の検
出セルを形成して感度を高めようとする試みがあった。
この方法は、検出セルの前方及び後方に光ファイバを設
け、これら光ファイバを介して検出セルに光を照射し、
且つ、他の光ファイバを介してセルを通った光を集める
検出方法である。ここで、前記ラブ・オン・チップにつ
いて調べてみれば、下記の通りである。
【０００９】ラブ・オン・チップは、半導体製作工程に
用いられるフォトリソグラフィなどの微細加工技術を用
い、ガラス、シリコン又はプラスチックよりなる数ｃｍ
2の基板上に各種の装置（試料前処理、反応、試料注
入、分離、検出などのための装置）を集積した化学マイ
クロプロセッサである。これによれば、低いコストでも
高速で且つ効率良く化学分析可能である利点がある。ほ
とんどのラブ・オン・チップを用いた分析システムは、
溶液が入れられているチャンネルの両端に電圧をかけて
溶液の流れを誘導する毛細管電気浸透現象を用いて試料
を分離して分析する方法に基づく。かかる分析システム
は、機械的なポンプやバルブを用いず、単に高電圧だけ
でラブ・オン・チップに形成されている微細チャンネル
内において溶液の移動及び試料の分離が行えることか
ら、既存の分析装置に比べて小さくて安い。さらに、溶
液の移動、試料の反応、注入、分離及び検出などの一連
の過程が単一のラブ・オン・チップにおいて行える。
用いられるフォトリソグラフィなどの微細加工技術を用
い、ガラス、シリコン又はプラスチックよりなる数ｃｍ
2の基板上に各種の装置（試料前処理、反応、試料注
入、分離、検出などのための装置）を集積した化学マイ
クロプロセッサである。これによれば、低いコストでも
高速で且つ効率良く化学分析可能である利点がある。ほ
とんどのラブ・オン・チップを用いた分析システムは、
溶液が入れられているチャンネルの両端に電圧をかけて
溶液の流れを誘導する毛細管電気浸透現象を用いて試料
を分離して分析する方法に基づく。かかる分析システム
は、機械的なポンプやバルブを用いず、単に高電圧だけ
でラブ・オン・チップに形成されている微細チャンネル
内において溶液の移動及び試料の分離が行えることか
ら、既存の分析装置に比べて小さくて安い。さらに、溶
液の移動、試料の反応、注入、分離及び検出などの一連
の過程が単一のラブ・オン・チップにおいて行える。
【００１０】しかしながら、このようなラブ・オン・チ
ップを用いた分析システムは、試料及び試薬の消耗量が
小さく、しかも分析時間が速いという長所はあるもの
の、検出方法が蛍光検出法及び電気化学検出法に限られ
ているために様々な試料の分析が困難であるという短所
がある。これら短所を補完し且つ応用分野を広めるため
に、ガラス製の光ファイバを用いた吸光検出装置付きラ
ブ・オン・チップが開発されている。この光ファイバを
用いた吸光検出装置においては、照射光のほとんどをＵ
字状の検出セルに通過させるために、開口数が小さくて
コア直径が狭い単一モード光ファイバを用いる。
ップを用いた分析システムは、試料及び試薬の消耗量が
小さく、しかも分析時間が速いという長所はあるもの
の、検出方法が蛍光検出法及び電気化学検出法に限られ
ているために様々な試料の分析が困難であるという短所
がある。これら短所を補完し且つ応用分野を広めるため
に、ガラス製の光ファイバを用いた吸光検出装置付きラ
ブ・オン・チップが開発されている。この光ファイバを
用いた吸光検出装置においては、照射光のほとんどをＵ
字状の検出セルに通過させるために、開口数が小さくて
コア直径が狭い単一モード光ファイバを用いる。
【００１１】光ファイバから発せられる光は所定の角度
をもって円錐状に広がる。この時、単一モード光ファイ
バから発せられる光の直径ｗは下記式２から得られる。
をもって円錐状に広がる。この時、単一モード光ファイ
バから発せられる光の直径ｗは下記式２から得られる。
【００１２】
【数２】
【００１３】（式中、ｄは光ファイバのコア直径であ
り、ＮＡは光ファイバの開口数であり、λは照射光の波
長であり、Ｖ＝ｄ×π×ＮＡ／λである。） このように、従来のラブ・オン・チップにおける吸光検
出装置では、コアの直径が３μｍであり、クラッド直径
が１２５μｍであり、開口数が０．１である光ファイバ
を用い、且つ、４８８ｎｍの光がアルゴンイオンレーザ
から照射される。前記式２より、光ファイバから発せら
れる光の直径は３．９３μｍとなる。この時、光の広が
り角度θは下記式３から得られる。
り、ＮＡは光ファイバの開口数であり、λは照射光の波
長であり、Ｖ＝ｄ×π×ＮＡ／λである。） このように、従来のラブ・オン・チップにおける吸光検
出装置では、コアの直径が３μｍであり、クラッド直径
が１２５μｍであり、開口数が０．１である光ファイバ
を用い、且つ、４８８ｎｍの光がアルゴンイオンレーザ
から照射される。前記式２より、光ファイバから発せら
れる光の直径は３．９３μｍとなる。この時、光の広が
り角度θは下記式３から得られる。
【００１４】
【数３】
【００１５】（式中、ｎは光が通る媒質（水の場合には
１．３３、ガラスの場合には１．５２）の屈折率であ
る。） この広がり角度をもった光が所定の距離だけ媒質を通る
時、この距離における光の直径ｗ’は下記式４により得
られる。
１．３３、ガラスの場合には１．５２）の屈折率であ
る。） この広がり角度をもった光が所定の距離だけ媒質を通る
時、この距離における光の直径ｗ’は下記式４により得
られる。
【００１６】
【数４】
【００１７】単一モード光ファイバから発せられる光が
水により満たされている１５０μｍ長の検出セルを通る
時の光の直径は約２７μｍであり、５００μｍ長の検出
セルを通る時の光の直径は約８０μｍである。このた
め、 単一モードの光ファイバを用いて２５μｍの深さ
及び５０μｍの広さを有するＵ字状の検出セルを作製す
るに際しては、照射光のほとんどをＵ字状の検出セルに
通過可能にするため、検出セルを１５０μｍ以下に作製
しなければならない。その結果、従来のラブ・オン・チ
ップにおける吸光検出装置では、短い検出セルを用いた
検出方法に比べて検出感度が約３〜４倍しか増加できな
かった。
水により満たされている１５０μｍ長の検出セルを通る
時の光の直径は約２７μｍであり、５００μｍ長の検出
セルを通る時の光の直径は約８０μｍである。このた
め、 単一モードの光ファイバを用いて２５μｍの深さ
及び５０μｍの広さを有するＵ字状の検出セルを作製す
るに際しては、照射光のほとんどをＵ字状の検出セルに
通過可能にするため、検出セルを１５０μｍ以下に作製
しなければならない。その結果、従来のラブ・オン・チ
ップにおける吸光検出装置では、短い検出セルを用いた
検出方法に比べて検出感度が約３〜４倍しか増加できな
かった。
【００１８】これに加えて、従来のラブ・オン・チップ
における吸光検出装置はガラス製であるために製作し難
く、手間がかかるほか、装置の再現性が落ちる短所があ
った。さらに、製作された検出セルの断面が円形である
ために光の散乱が激しいという短所もあった。
における吸光検出装置はガラス製であるために製作し難
く、手間がかかるほか、装置の再現性が落ちる短所があ
った。さらに、製作された検出セルの断面が円形である
ために光の散乱が激しいという短所もあった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、５０μｍ〜５ｍ
ｍの光路長を有する検出セルと、前記検出セルに光を平
行に通過させるレンズを設けるためのレンズ構造物と、
散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリット構
造物をラブ・オン・チップと同一の物質によりラブ・オ
ン・チップと一体形に製作することにより、ラブ・オン
・チップにおける吸光検出を効率良く、且つ高感度にて
行えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムを
提供するところにある。
みてなされたものであり、その目的は、５０μｍ〜５ｍ
ｍの光路長を有する検出セルと、前記検出セルに光を平
行に通過させるレンズを設けるためのレンズ構造物と、
散乱光が検出器に入ることを防止するためのスリット構
造物をラブ・オン・チップと同一の物質によりラブ・オ
ン・チップと一体形に製作することにより、ラブ・オン
・チップにおける吸光検出を効率良く、且つ高感度にて
行えるラブ・オン・チップのための吸光検出システムを
提供するところにある。
【００２０】本発明の他の目的は、従来の吸光検出装置
の問題点を解決でき、しかも検出感度を１０倍以上高め
ることのできるプラスチック製のラブ・オン・チップの
ための吸光検出システムを提供するところにある。本発
明のさらに他の目的は、光の照射のために光ファイバを
使用可能であることはもとより、液状や固相の導波管あ
るいは超小型光源（例えば、ランプ、発光ダイオード又
はレーザ）をも使用可能なラブ・オン・チップのための
吸光検出システムを提供するところにある。
の問題点を解決でき、しかも検出感度を１０倍以上高め
ることのできるプラスチック製のラブ・オン・チップの
ための吸光検出システムを提供するところにある。本発
明のさらに他の目的は、光の照射のために光ファイバを
使用可能であることはもとより、液状や固相の導波管あ
るいは超小型光源（例えば、ランプ、発光ダイオード又
はレーザ）をも使用可能なラブ・オン・チップのための
吸光検出システムを提供するところにある。
【００２１】本発明のさらに他の目的は、検出セルの近
傍に超小型レンズ及びスリットよりなるコリメータをさ
らに設けて、５０μｍ以上の長い光経路を有する検出セ
ルにおいても効率良く吸光検出が行えるラブ・オン・チ
ップのための吸光検出システムを提供するところにあ
る。本発明のさらに他の目的は、光ファイバから発せら
れる光を集めて平行光にして検出セルに照射するマイク
ロレンズ及び検出セルを正常に通っていない光又は散乱
光が検出器に入ることを防止するスリットを含むコリメ
ータを組み込んで、長い光経路を有する検出セルの検出
感度を大幅に高めることのできるラブ・オン・チップの
ための吸光検出システムを提供するところにある。
傍に超小型レンズ及びスリットよりなるコリメータをさ
らに設けて、５０μｍ以上の長い光経路を有する検出セ
ルにおいても効率良く吸光検出が行えるラブ・オン・チ
ップのための吸光検出システムを提供するところにあ
る。本発明のさらに他の目的は、光ファイバから発せら
れる光を集めて平行光にして検出セルに照射するマイク
ロレンズ及び検出セルを正常に通っていない光又は散乱
光が検出器に入ることを防止するスリットを含むコリメ
ータを組み込んで、長い光経路を有する検出セルの検出
感度を大幅に高めることのできるラブ・オン・チップの
ための吸光検出システムを提供するところにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】これら目的を達成するた
めに、本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検
出システムは、５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出
セルと、前記検出セルに光を平行に通過させるレンズを
設けるためのレンズ構造物と、散乱光が検出器に入るこ
とを防止するためのスリット構造物とを含むラブ・オン
・チップのための吸光検出システムであって、前記検出
セル、レンズ構造物及びスリット構造物が前記ラブ・オ
ン・チップと一体形に形成される。
めに、本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光検
出システムは、５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出
セルと、前記検出セルに光を平行に通過させるレンズを
設けるためのレンズ構造物と、散乱光が検出器に入るこ
とを防止するためのスリット構造物とを含むラブ・オン
・チップのための吸光検出システムであって、前記検出
セル、レンズ構造物及びスリット構造物が前記ラブ・オ
ン・チップと一体形に形成される。
【００２３】好ましくは、前記検出セルとレンズ構造物
及びスリット構造物は、前記ラブ・オン・チップと同一
の物質よりなる。さらに、好ましくは、前記レンズ構造
物及びスリット構造物は前記検出セルへの照射光を平行
光にするコリメータを含んでなる。
及びスリット構造物は、前記ラブ・オン・チップと同一
の物質よりなる。さらに、好ましくは、前記レンズ構造
物及びスリット構造物は前記検出セルへの照射光を平行
光にするコリメータを含んでなる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき、本
発明の望ましい実施形態によるラブ・オン・チップのた
めの吸光検出システムを詳細に説明する。本発明を説明
するに当たって、関連する公知技術又は構成に関する具
体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする恐れがあると判
断される場合には、その詳細な説明は省かれる。そし
て、後述する用語は本発明における機能を考慮して定義
されたものであって、使用者、運用者の意図や慣例など
によって変わる場合がある。従って、その定義はこの明
細書の全体に亘っての内容に基づきなされるべきであ
る。
発明の望ましい実施形態によるラブ・オン・チップのた
めの吸光検出システムを詳細に説明する。本発明を説明
するに当たって、関連する公知技術又は構成に関する具
体的な説明が本発明の要旨を曖昧にする恐れがあると判
断される場合には、その詳細な説明は省かれる。そし
て、後述する用語は本発明における機能を考慮して定義
されたものであって、使用者、運用者の意図や慣例など
によって変わる場合がある。従って、その定義はこの明
細書の全体に亘っての内容に基づきなされるべきであ
る。
【００２５】先ず、図１Ａ及び図１Ｂを参照すれば、本
発明によるラブ・オン・チップのための吸光検出システ
ムにおいて、図１Ａの部材番号１００はコリメータ付き
高性能吸光検出システムが組み込まれているラブ・オン
・チップであり、図１Ｂの部材番号１００’は本発明の
他の実施形態によるコリメータ付きでない吸光検出シス
テムが組み込まれているラブ・オン・チップである。こ
の明細書において、前記コリメータは後述するレンズ２
５及びスリット（チャンネルとも呼ぶ、図２の１９）を
含むものと定義される。このコリメータはその名称から
明らかなように、光を平行光にして検出セル１に照射す
るためのものである。この明細書において、コリメータ
とは、上述の如く、レンズ及びスリットの組み合わせで
あるために、以下、コリメータは部材番号無しに用いら
れる。
発明によるラブ・オン・チップのための吸光検出システ
ムにおいて、図１Ａの部材番号１００はコリメータ付き
高性能吸光検出システムが組み込まれているラブ・オン
・チップであり、図１Ｂの部材番号１００’は本発明の
他の実施形態によるコリメータ付きでない吸光検出シス
テムが組み込まれているラブ・オン・チップである。こ
の明細書において、前記コリメータは後述するレンズ２
５及びスリット（チャンネルとも呼ぶ、図２の１９）を
含むものと定義される。このコリメータはその名称から
明らかなように、光を平行光にして検出セル１に照射す
るためのものである。この明細書において、コリメータ
とは、上述の如く、レンズ及びスリットの組み合わせで
あるために、以下、コリメータは部材番号無しに用いら
れる。
【００２６】図１中、部材番号１３は分析したい試料を
入れる試料容器であり、１４は緩衝溶液容器であり、１
５は試料排出容器であり、１６は緩衝溶液排出容器であ
る。１７はスリット充填用インクを入れる容器である。
１８は試料の分離のための分離チャンネルであり、５μ
ｍ〜１ｍｍの広さを有する。このチャンネルの広さは前
述の範囲内で応用分野に応じて決まる。図１Ａ及び図１
Ｂに示されたラブ・オン・チップのための吸光検出シス
テム１００，１００’において、検出セル１は各々同じ
長さの長い光経路を有する。この時、この光路長は５０
μｍ〜５ｍｍであり、応用分野に応じて決まる。検出セ
ル１は分離チャンネル１８につながっている。
入れる試料容器であり、１４は緩衝溶液容器であり、１
５は試料排出容器であり、１６は緩衝溶液排出容器であ
る。１７はスリット充填用インクを入れる容器である。
１８は試料の分離のための分離チャンネルであり、５μ
ｍ〜１ｍｍの広さを有する。このチャンネルの広さは前
述の範囲内で応用分野に応じて決まる。図１Ａ及び図１
Ｂに示されたラブ・オン・チップのための吸光検出シス
テム１００，１００’において、検出セル１は各々同じ
長さの長い光経路を有する。この時、この光路長は５０
μｍ〜５ｍｍであり、応用分野に応じて決まる。検出セ
ル１は分離チャンネル１８につながっている。
【００２７】光ファイバチャンネル２０の端部の近傍に
置かれる部材２５は、５μｍ〜１ｍｍの直径を有する超
小型レンズであり、光の拡散及び集中性質を防止して、
光を平行に進むようにする。この時、この超小型レンズ
としては凸レンズ、あるいは凸レンズ及び凹レンズの複
合レンズ又はグラディアントインデックスレンズが用い
られる。この時、凹レンズは光の集中を防止するために
有効であり、凸レンズは光の拡散を防止するのに有効で
ある。また、凹レンズと凸レンズの組合せやグラディア
ントインデックスレンズは前記の２種類の光の性質を適
切に防止するのに有効である。
置かれる部材２５は、５μｍ〜１ｍｍの直径を有する超
小型レンズであり、光の拡散及び集中性質を防止して、
光を平行に進むようにする。この時、この超小型レンズ
としては凸レンズ、あるいは凸レンズ及び凹レンズの複
合レンズ又はグラディアントインデックスレンズが用い
られる。この時、凹レンズは光の集中を防止するために
有効であり、凸レンズは光の拡散を防止するのに有効で
ある。また、凹レンズと凸レンズの組合せやグラディア
ントインデックスレンズは前記の２種類の光の性質を適
切に防止するのに有効である。
【００２８】この明細書中に用いられる構成部材の名称
において、例えば“光ファイバチャンネル”、“スリッ
トチャンネル”のように“チャンネル”が付いている構
成部材は、該当構成部材、即ち“光ファイバ”、“スリ
ット”が設けられたり、あるいは構造物として形成され
る所を言う。この明細書においては、例えば“光ファイ
バチャンネル”、“スリットチャンネル”は各々“光フ
ァイバ”、“スリット”と同じである。部材番号１９
は、散乱光が検出セルに入ることを防止するためのスリ
ット（チャンネル）であり、ここには散乱光が吸収可能
な物質、例えば黒インク、有機色素溶液、無機色素溶液
などが満たされている。部材番号２０は、検出セル１に
光を照射するための入射用光ファイバチャンネルであ
り、５μｍ〜１ｍｍの広さを有する。部材番号２１は、
検出セル１を通った光を集めて検出器（図５参照）に送
るための集光用光ファイバチャンネルである。通常、光
ファイバチャンネル２０，２１の入口は広く形成する
が、その理由は、広い入口を介しての光ファイバまたは
光導波管の挿入を容易にするためである。光ファイバま
たは光導波管は、所謂光を案内するガイドの役割を果た
し、これらを用いることで光の照射を効率よく行うこと
ができる。
において、例えば“光ファイバチャンネル”、“スリッ
トチャンネル”のように“チャンネル”が付いている構
成部材は、該当構成部材、即ち“光ファイバ”、“スリ
ット”が設けられたり、あるいは構造物として形成され
る所を言う。この明細書においては、例えば“光ファイ
バチャンネル”、“スリットチャンネル”は各々“光フ
ァイバ”、“スリット”と同じである。部材番号１９
は、散乱光が検出セルに入ることを防止するためのスリ
ット（チャンネル）であり、ここには散乱光が吸収可能
な物質、例えば黒インク、有機色素溶液、無機色素溶液
などが満たされている。部材番号２０は、検出セル１に
光を照射するための入射用光ファイバチャンネルであ
り、５μｍ〜１ｍｍの広さを有する。部材番号２１は、
検出セル１を通った光を集めて検出器（図５参照）に送
るための集光用光ファイバチャンネルである。通常、光
ファイバチャンネル２０，２１の入口は広く形成する
が、その理由は、広い入口を介しての光ファイバまたは
光導波管の挿入を容易にするためである。光ファイバま
たは光導波管は、所謂光を案内するガイドの役割を果た
し、これらを用いることで光の照射を効率よく行うこと
ができる。
【００２９】図２ないし図４に基づき、図１Ａ及び図１
Ｂに示されたラブ・オン・チップのための吸光検出シス
テム１００、１００’の製作過程について説明すれば、
下記の通りである。吸光検出のためのラブ・オン・チッ
プ１００は、光ファイバコアの中心を検出セル（図１の
１）の中央に位置づけ、検出セル１の前方及び後方に３
次元のスリット１９を形成するために３枚のフォトマス
クを用いて３層構造に製作される。図２は、吸光検出の
ためのラブ・オン・チップ１００の各部分の拡大図であ
る。
Ｂに示されたラブ・オン・チップのための吸光検出シス
テム１００、１００’の製作過程について説明すれば、
下記の通りである。吸光検出のためのラブ・オン・チッ
プ１００は、光ファイバコアの中心を検出セル（図１の
１）の中央に位置づけ、検出セル１の前方及び後方に３
次元のスリット１９を形成するために３枚のフォトマス
クを用いて３層構造に製作される。図２は、吸光検出の
ためのラブ・オン・チップ１００の各部分の拡大図であ
る。
【００３０】図２を参照すれば、ラブ・オン・チップの
上層板３０には５μｍ〜１ｍｍの深さを有する光ファイ
バチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成さ
れている。また、中間板４０は５μｍ〜１ｍｍと薄く、
この中間板４０を貫通して分離チャンネル１８、光ファ
イバチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成
されている。さらにまた、入射用光ファイバチャンネル
２０の端部にはレンズ、好ましくは、超小型凸レンズ２
５が付いている。そして、下層板５０には上層板３０と
同様に、５μｍ〜１ｍｍの光ファイバチャンネル２０及
びスリットチャンネル１９が形成される。この時、上層
板３０及び下層板５０各々のスリットチャンネル１９
は、検出セル１のチャンネルの広さよりも５倍〜１０倍
ほど長くし、中間板４０のスリットチャンネル１９は検
出セル１のチャンネル幅だけ隔たってチャンネルの左右
にスリットがある構造となる。
上層板３０には５μｍ〜１ｍｍの深さを有する光ファイ
バチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成さ
れている。また、中間板４０は５μｍ〜１ｍｍと薄く、
この中間板４０を貫通して分離チャンネル１８、光ファ
イバチャンネル２０及びスリットチャンネル１９が形成
されている。さらにまた、入射用光ファイバチャンネル
２０の端部にはレンズ、好ましくは、超小型凸レンズ２
５が付いている。そして、下層板５０には上層板３０と
同様に、５μｍ〜１ｍｍの光ファイバチャンネル２０及
びスリットチャンネル１９が形成される。この時、上層
板３０及び下層板５０各々のスリットチャンネル１９
は、検出セル１のチャンネルの広さよりも５倍〜１０倍
ほど長くし、中間板４０のスリットチャンネル１９は検
出セル１のチャンネル幅だけ隔たってチャンネルの左右
にスリットがある構造となる。
【００３１】前記ラブ・オン・チップの上層板３０、中
間板４０及び下層板５０はポリジメチルシロキサン（Ｐ
ＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポ
リカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ
プロピレン（ＰＰ）及びポリスチレン（ＰＳ）よりなる
群から選ばれるいずれか一種のプラスチック物質により
形成可能である。これら上層板３０、中間板４０及び下
層板５０に微細チャンネル及び構造物を形成する方法と
しては、鋳型に鋳型物を仕込んだ後に硬化させるモール
ディング手法、平らな基板を熱い鋳型により押さえるホ
ットエンボシング手法、あるいは機械的な手段又は光源
や熱源を用いる押印法、機械加工法、レーザ加工法など
が用いられる。これらの方法により構造物を形成するこ
とにより、最も効率よく生産性を向上させて製造するこ
とができる。
間板４０及び下層板５０はポリジメチルシロキサン（Ｐ
ＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポ
リカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリ
プロピレン（ＰＰ）及びポリスチレン（ＰＳ）よりなる
群から選ばれるいずれか一種のプラスチック物質により
形成可能である。これら上層板３０、中間板４０及び下
層板５０に微細チャンネル及び構造物を形成する方法と
しては、鋳型に鋳型物を仕込んだ後に硬化させるモール
ディング手法、平らな基板を熱い鋳型により押さえるホ
ットエンボシング手法、あるいは機械的な手段又は光源
や熱源を用いる押印法、機械加工法、レーザ加工法など
が用いられる。これらの方法により構造物を形成するこ
とにより、最も効率よく生産性を向上させて製造するこ
とができる。
【００３２】ＰＤＭＳを用い、モールディング手法によ
り前記上層板３０、中間板４０及び下層板５０を製作す
る方法を例にとって調べてみれば、下記の通りである。
以下、図３に基づき、上層板３０及び下層板５０の製作
工程について述べる。先ず、シリコンウェーハ１０２上
にＳＵ−８ネガティブ型フォトレジスト１０１を約５μ
ｍ〜１ｍｍの厚みに塗布し、その上にパターニングされ
たフォトマスク１０３を置いた後に紫外線を用いて露光
する。露光されたＳＵ−８フォトレジスト１０１を現像
液に浸漬して現像を行えば、所望のパターンを有する約
４０〜２５０μｍの高さの陽刻枠１０４がシリコンウェ
ーハ上に形成される。この陽刻枠１０４にＰＤＭＳ１０
５を注いで架橋結合させた後に取り外せば、陰刻パター
ンを有するＰＤＭＳ製ラブ・オン・チップの上層板３０
ａ及び下層板５０ａが各々得られる。
り前記上層板３０、中間板４０及び下層板５０を製作す
る方法を例にとって調べてみれば、下記の通りである。
以下、図３に基づき、上層板３０及び下層板５０の製作
工程について述べる。先ず、シリコンウェーハ１０２上
にＳＵ−８ネガティブ型フォトレジスト１０１を約５μ
ｍ〜１ｍｍの厚みに塗布し、その上にパターニングされ
たフォトマスク１０３を置いた後に紫外線を用いて露光
する。露光されたＳＵ−８フォトレジスト１０１を現像
液に浸漬して現像を行えば、所望のパターンを有する約
４０〜２５０μｍの高さの陽刻枠１０４がシリコンウェ
ーハ上に形成される。この陽刻枠１０４にＰＤＭＳ１０
５を注いで架橋結合させた後に取り外せば、陰刻パター
ンを有するＰＤＭＳ製ラブ・オン・チップの上層板３０
ａ及び下層板５０ａが各々得られる。
【００３３】次に、図４に基づき、ラブ・オン・チップ
１００の中間板４０を製作してこの中間板４０を上層板
３０及び下層板５０と貼り合わせる工程について述べ
る。図３の方法と同様に、シリコンウェーハ１０２上に
ＳＵ−８ネガティブ型フォトレジスト１０１を５μｍ〜
１ｍｍの厚みに塗布し、その上にパターニングされたフ
ォトマスク１０３ａを置いた後に紫外線を用いて露光す
る。露光されたフォトレジスト１０１を現像し、５μｍ
〜１ｍｍの高さを有する陽刻枠１０４ａをシリコンウェ
ーハ１０２上に形成する。この陽刻枠１０４ａに少量の
ＰＤＭＳ １０５ａを注ぎ、パターニングされていない
ＰＤＭＳ製板１０７を覆って陽刻枠１０４ａの上部及び
ＰＤＭＳ板１０７が完全に密着されるように押圧し、架
橋結合させてＰＤＭＳ製の薄膜を製作する。この時、パ
ターニングされていないＰＤＭＳ板１０７は予めテスラ
コイル（図示せず）を用いて形成したアーク放電により
表面処理を行い、シラン化反応により表面をコーティン
グして架橋結合されたＰＤＭＳ製の中間板４０から取り
外し易くする。
１００の中間板４０を製作してこの中間板４０を上層板
３０及び下層板５０と貼り合わせる工程について述べ
る。図３の方法と同様に、シリコンウェーハ１０２上に
ＳＵ−８ネガティブ型フォトレジスト１０１を５μｍ〜
１ｍｍの厚みに塗布し、その上にパターニングされたフ
ォトマスク１０３ａを置いた後に紫外線を用いて露光す
る。露光されたフォトレジスト１０１を現像し、５μｍ
〜１ｍｍの高さを有する陽刻枠１０４ａをシリコンウェ
ーハ１０２上に形成する。この陽刻枠１０４ａに少量の
ＰＤＭＳ １０５ａを注ぎ、パターニングされていない
ＰＤＭＳ製板１０７を覆って陽刻枠１０４ａの上部及び
ＰＤＭＳ板１０７が完全に密着されるように押圧し、架
橋結合させてＰＤＭＳ製の薄膜を製作する。この時、パ
ターニングされていないＰＤＭＳ板１０７は予めテスラ
コイル（図示せず）を用いて形成したアーク放電により
表面処理を行い、シラン化反応により表面をコーティン
グして架橋結合されたＰＤＭＳ製の中間板４０から取り
外し易くする。
【００３４】中間板４０及びパターニングされていない
ＰＤＭＳ板１０７をシリコンウェーハ１０２から取り外
し、中間板４０及び既製の上層板３０をテスラコイルに
より表面処理した後にパターンを合わせて貼り合わせ
る。この時、テスラコイルによるＰＤＭＳ板の表面処理
を通じての貼り合わせはＰＤＭＳ板だけではなく、ガラ
ス板、シリコンウェーハにも適用可能であるということ
は当業者にとって自明である。よって、検出セルとレン
ズ構造物及びスリット構造物をラブ・オン・チップとは
異なる物質であるガラス板、シリコンウェーハにより作
成し、ＰＤＭＳから作成されたラブ・オン・チップに組
み合わせることもできる。この時、検出セルとレンズ及
びスリットを、ラブ・オン・チップとは異なる物質から
別途に作製してラブ・オン・チップに組み込むことによ
り、ラブ・オン・チップ作成の自由度が生まれ、吸光検
出の高効率、高感度を達成することもできる。
ＰＤＭＳ板１０７をシリコンウェーハ１０２から取り外
し、中間板４０及び既製の上層板３０をテスラコイルに
より表面処理した後にパターンを合わせて貼り合わせ
る。この時、テスラコイルによるＰＤＭＳ板の表面処理
を通じての貼り合わせはＰＤＭＳ板だけではなく、ガラ
ス板、シリコンウェーハにも適用可能であるということ
は当業者にとって自明である。よって、検出セルとレン
ズ構造物及びスリット構造物をラブ・オン・チップとは
異なる物質であるガラス板、シリコンウェーハにより作
成し、ＰＤＭＳから作成されたラブ・オン・チップに組
み合わせることもできる。この時、検出セルとレンズ及
びスリットを、ラブ・オン・チップとは異なる物質から
別途に作製してラブ・オン・チップに組み込むことによ
り、ラブ・オン・チップ作成の自由度が生まれ、吸光検
出の高効率、高感度を達成することもできる。
【００３５】貼り合わせられた板からパターニングされ
ていないＰＤＭＳ板１０７を取り外し、図１に示された
ように、溶液が入れられる容器挿入用穴を開ける。ま
た、中間板４０の他方の面及び下層板５０を表面処理し
てパターンを合わせて貼り合わせれば、検出セル１、レ
ンズ、スリットと３層構造のＰＤＭＳ製のラブ・オン・
チップ１００とが一体に完成される。前記ＰＤＭＳ製の
ラブ・オン・チップ１００の各容器挿入用穴には２００
μｌ体積のピペットチップを適当な大きさに切って嵌め
込む。そして、光を検出セル１に照射するために、コア
直径が１μｍ〜１ｍｍであり、クラッド直径が２μｍ〜
２ｍｍである光ファイバ２０９（図５参照）を入射用光
ファイバチャンネル２０（図１参照）に挿入し、検出セ
ル１を通った光を集めて検出器２１１（図５参照）に送
るためにコア直径が１μｍ〜１ｍｍであり、クラッド直
径が２μｍ〜２ｍｍである光ファイバ２１０を集光用光
ファイバチャンネルに挿入する。この時、コリメータ付
き検出セル１（図１Ａ参照）の場合には超小型凸レンズ
２５（図２参照）の焦点距離に光ファイバを位置づけな
ければ、平行光線が得られない。最後に、スリット充填
用インク容器１７に散乱光が吸収可能な物質、例えば、
黒インク、有機色素溶液、無機色素溶液などを入れ、ス
リットチャンネル１９を満たす。
ていないＰＤＭＳ板１０７を取り外し、図１に示された
ように、溶液が入れられる容器挿入用穴を開ける。ま
た、中間板４０の他方の面及び下層板５０を表面処理し
てパターンを合わせて貼り合わせれば、検出セル１、レ
ンズ、スリットと３層構造のＰＤＭＳ製のラブ・オン・
チップ１００とが一体に完成される。前記ＰＤＭＳ製の
ラブ・オン・チップ１００の各容器挿入用穴には２００
μｌ体積のピペットチップを適当な大きさに切って嵌め
込む。そして、光を検出セル１に照射するために、コア
直径が１μｍ〜１ｍｍであり、クラッド直径が２μｍ〜
２ｍｍである光ファイバ２０９（図５参照）を入射用光
ファイバチャンネル２０（図１参照）に挿入し、検出セ
ル１を通った光を集めて検出器２１１（図５参照）に送
るためにコア直径が１μｍ〜１ｍｍであり、クラッド直
径が２μｍ〜２ｍｍである光ファイバ２１０を集光用光
ファイバチャンネルに挿入する。この時、コリメータ付
き検出セル１（図１Ａ参照）の場合には超小型凸レンズ
２５（図２参照）の焦点距離に光ファイバを位置づけな
ければ、平行光線が得られない。最後に、スリット充填
用インク容器１７に散乱光が吸収可能な物質、例えば、
黒インク、有機色素溶液、無機色素溶液などを入れ、ス
リットチャンネル１９を満たす。
【００３６】図５に基づき、本発明によるラブ・オン・
チップのための吸光検出システムの構成及び作用につい
て説明すれば、下記の通りである。図５は、本発明の一
実施の形態によるラブ・オン・チップ１００，１００’
のための試料分離及び吸光検出システムを示すものであ
る。ラブ・オン・チップ１００，１００’における試料
の移動、試料の注入及び分離は電気浸透流れを用いて行
われるが、このためには、高電圧供給装置２０１、電圧
分配器２０２及び高電圧リレイ２０３が用いられる。試
料の注入は開閉式注入方法により行われ、この時、各容
器１３ないし１５にかかる電圧は電圧分配器２０２によ
り調節する。試料の注入に先立って、試料容器１３に
０．１〜１０ｋＶの電圧を、緩衝溶液容器１４には試料
容器１３にかかる電圧の０．３〜０．９倍の電圧を、試
料排出容器１５には試料容器電圧の０〜０．９倍の電圧
を、そして緩衝溶液排出容器１６には０Ｖの電圧をかけ
る。
チップのための吸光検出システムの構成及び作用につい
て説明すれば、下記の通りである。図５は、本発明の一
実施の形態によるラブ・オン・チップ１００，１００’
のための試料分離及び吸光検出システムを示すものであ
る。ラブ・オン・チップ１００，１００’における試料
の移動、試料の注入及び分離は電気浸透流れを用いて行
われるが、このためには、高電圧供給装置２０１、電圧
分配器２０２及び高電圧リレイ２０３が用いられる。試
料の注入は開閉式注入方法により行われ、この時、各容
器１３ないし１５にかかる電圧は電圧分配器２０２によ
り調節する。試料の注入に先立って、試料容器１３に
０．１〜１０ｋＶの電圧を、緩衝溶液容器１４には試料
容器１３にかかる電圧の０．３〜０．９倍の電圧を、試
料排出容器１５には試料容器電圧の０〜０．９倍の電圧
を、そして緩衝溶液排出容器１６には０Ｖの電圧をかけ
る。
【００３７】試料の注入に際しては、緩衝溶液容器１４
にかける電圧を高電圧リレイ２０３を用いて所定時間
（０．０１秒〜１００秒間）切ってから接続し直す。注
入された試料は分離チャンネル１８を通りつつ分離され
る。この時、試料の検出方法には、重水素ランプ、水銀
ランプ、タングステンランプ、キセノンランプなどの紫
外線ランプや発光ダイオード、種々なるレーザから発せ
られる光または超小型光源及び光ファイバを用いた吸光
検出法を用いる。このような超小型光源は、光源を吸光
検出セルに近接して位置させることができ、光の照射を
効率よく行うことができる。本発明の一実施の形態にお
いては、アルゴンイオンレーザ２０８から発せられる４
８８ｎｍの光を光源として用いる。この光を入射用光フ
ァイバ２０９を介して検出セル１に送り、検出セル１を
通った光はさらに集光用光ファイバ２１０により集めて
検出器２１１を用いて光の強度を測定する。コンピュー
タ２１２は高電圧供給装置２０１の電圧及び高電圧リレ
イ２０３を制御し、検出器２１１からの信号を記録且つ
貯蔵するために用いられる。
にかける電圧を高電圧リレイ２０３を用いて所定時間
（０．０１秒〜１００秒間）切ってから接続し直す。注
入された試料は分離チャンネル１８を通りつつ分離され
る。この時、試料の検出方法には、重水素ランプ、水銀
ランプ、タングステンランプ、キセノンランプなどの紫
外線ランプや発光ダイオード、種々なるレーザから発せ
られる光または超小型光源及び光ファイバを用いた吸光
検出法を用いる。このような超小型光源は、光源を吸光
検出セルに近接して位置させることができ、光の照射を
効率よく行うことができる。本発明の一実施の形態にお
いては、アルゴンイオンレーザ２０８から発せられる４
８８ｎｍの光を光源として用いる。この光を入射用光フ
ァイバ２０９を介して検出セル１に送り、検出セル１を
通った光はさらに集光用光ファイバ２１０により集めて
検出器２１１を用いて光の強度を測定する。コンピュー
タ２１２は高電圧供給装置２０１の電圧及び高電圧リレ
イ２０３を制御し、検出器２１１からの信号を記録且つ
貯蔵するために用いられる。
【００３８】図６ないし図９に基づき、吸光検出セルに
おける光の経路を比較すれば、下記の通りである。この
図面では、図面の特性上、部材番号を他の図面の番号と
は異にした。即ち、図６及び図７中では検出セルを部材
番号１に、入射用光ファイバを部材番号２に、集光用光
ファイバを部材番号３にし、図８中では検出セルを部材
番号１に、入射用光ファイバを部材番号２に、超小型凸
レンズを部材番号３に、スリットを部材番号４にし、図
９中ではスリットを部材番号１に、検出セルを部材番号
２にした。
おける光の経路を比較すれば、下記の通りである。この
図面では、図面の特性上、部材番号を他の図面の番号と
は異にした。即ち、図６及び図７中では検出セルを部材
番号１に、入射用光ファイバを部材番号２に、集光用光
ファイバを部材番号３にし、図８中では検出セルを部材
番号１に、入射用光ファイバを部材番号２に、超小型凸
レンズを部材番号３に、スリットを部材番号４にし、図
９中ではスリットを部材番号１に、検出セルを部材番号
２にした。
【００３９】図２ないし図４に従い製作されたラブ・オ
ン・チップのための吸光検出システム１００、１００’
において、光ファイバから発せられた光の検出セル内に
おける広がり度を電荷結合素子写真機により測定し、そ
の結果を図６ないし図９に示す。図６は、光を照射する
前のコリメータのない検出セル１の写真である。検出セ
ル１の左右の光ファイバチャンネル２０（図１及び図２
参照）にはコア直径が３μｍである照射用（入射用）光
ファイバ２及びコア直径が５０μｍである集光用光ファ
イバ３が光ファイバチャンネルに挿通される。図７は、
試料の注入時間を長くして検出セル１に蛍光物質である
フルオロセインを完全に満たし、入射用光ファイバ２を
介して発せられるアルゴンイオンレーザの光を検出セル
１に通過させる時に生じる蛍光を撮った写真である。図
７から明らかなように、コリメータがない時には検出セ
ル１内のほぼ全体に亘って蛍光が生じ、その結果、ほと
んどの光が検出セル１を完全に通り難い。
ン・チップのための吸光検出システム１００、１００’
において、光ファイバから発せられた光の検出セル内に
おける広がり度を電荷結合素子写真機により測定し、そ
の結果を図６ないし図９に示す。図６は、光を照射する
前のコリメータのない検出セル１の写真である。検出セ
ル１の左右の光ファイバチャンネル２０（図１及び図２
参照）にはコア直径が３μｍである照射用（入射用）光
ファイバ２及びコア直径が５０μｍである集光用光ファ
イバ３が光ファイバチャンネルに挿通される。図７は、
試料の注入時間を長くして検出セル１に蛍光物質である
フルオロセインを完全に満たし、入射用光ファイバ２を
介して発せられるアルゴンイオンレーザの光を検出セル
１に通過させる時に生じる蛍光を撮った写真である。図
７から明らかなように、コリメータがない時には検出セ
ル１内のほぼ全体に亘って蛍光が生じ、その結果、ほと
んどの光が検出セル１を完全に通り難い。
【００４０】図８は、コリメータ付き検出セル１に蛍光
物質を満たした時、照射用（入射用）光ファイバ２を介
して発せられる光が超小型凸レンズ３を通って検出セル
１の内部を平行に進むことを撮った写真である。この
時、光ファイバ２がレンズ３の焦点距離に位置しなけれ
ば、平行光線が得られない。黒インクが満たされている
スリット４は散乱光を遮る役割をする。図９は、３次元
構造のスリット１により取り囲まれた検出セル２の断面
を撮った写真である。図１０に基づき、検出セルの吸光
効率の測定結果について調べてみれば、下記の通りであ
る。
物質を満たした時、照射用（入射用）光ファイバ２を介
して発せられる光が超小型凸レンズ３を通って検出セル
１の内部を平行に進むことを撮った写真である。この
時、光ファイバ２がレンズ３の焦点距離に位置しなけれ
ば、平行光線が得られない。黒インクが満たされている
スリット４は散乱光を遮る役割をする。図９は、３次元
構造のスリット１により取り囲まれた検出セル２の断面
を撮った写真である。図１０に基づき、検出セルの吸光
効率の測定結果について調べてみれば、下記の通りであ
る。
【００４１】コリメータ付き検出セル１及びコリメータ
のない検出セル１’の吸光効率を比較測定するために、
試料の注入時間を長くして検出セルに５ｐｐｍ〜１５０
０ｐｐｍ濃度のニューコクシン溶液をすっかり満たし、
光ファイバを介して光を照射した後にセルを通った光の
強度を検出器により測定した。溶液の吸光度は下記数５
から得られる。
のない検出セル１’の吸光効率を比較測定するために、
試料の注入時間を長くして検出セルに５ｐｐｍ〜１５０
０ｐｐｍ濃度のニューコクシン溶液をすっかり満たし、
光ファイバを介して光を照射した後にセルを通った光の
強度を検出器により測定した。溶液の吸光度は下記数５
から得られる。
【００４２】
【数５】
【００４３】ここで、I0は検出セルに試料を注入しなか
った時の検出器２１１からの信号の強度であり、Ｉは試
料を注入した時の信号の強度である。これより、溶液の
濃度が高まるほどＩ値が小さくなるために、吸光度は溶
液の濃度が高まるほど上がることが分かる。ビールの法
則によれば吸光度は濃度に比例するので、試料の濃度に
対する吸光度の変化は直線として現れることが理想的で
ある。従って、これは一次関数で表わせる。しかし、入
射光の一部が正常に検出セルを通っていないか、あるい
は検出器２１１に散乱光が入る場合には直線の濃度範囲
が減り、一次関数の傾斜は小さくなる。
った時の検出器２１１からの信号の強度であり、Ｉは試
料を注入した時の信号の強度である。これより、溶液の
濃度が高まるほどＩ値が小さくなるために、吸光度は溶
液の濃度が高まるほど上がることが分かる。ビールの法
則によれば吸光度は濃度に比例するので、試料の濃度に
対する吸光度の変化は直線として現れることが理想的で
ある。従って、これは一次関数で表わせる。しかし、入
射光の一部が正常に検出セルを通っていないか、あるい
は検出器２１１に散乱光が入る場合には直線の濃度範囲
が減り、一次関数の傾斜は小さくなる。
【００４４】図１０は、コリメータ付き検出セル１及び
コリメータのない検出セル１’を用い、 濃度による吸
光度の変化を測定して示すグラフである。このグラフか
ら明らかなように、コリメータ付き検出セル１を用いた
場合にはグラフが略１５００ｐｐｍまで直線として現れ
るのに対し、コリメータのない検出セル１’を用いた場
合には直線のグラフが約５００ｐｐｍまでしか現れな
い。また、（１）のグラフの傾斜が（１’）のグラフの
それよりも大きいことから、検出セル１の検出効果がよ
り高いことが分かる。このことから、コリメータ付き検
出セル１はコリメータのない検出セル１’に比べて吸光
効率に一層優れており、散乱光による効率の低下が見ら
れないことが分かる。
コリメータのない検出セル１’を用い、 濃度による吸
光度の変化を測定して示すグラフである。このグラフか
ら明らかなように、コリメータ付き検出セル１を用いた
場合にはグラフが略１５００ｐｐｍまで直線として現れ
るのに対し、コリメータのない検出セル１’を用いた場
合には直線のグラフが約５００ｐｐｍまでしか現れな
い。また、（１）のグラフの傾斜が（１’）のグラフの
それよりも大きいことから、検出セル１の検出効果がよ
り高いことが分かる。このことから、コリメータ付き検
出セル１はコリメータのない検出セル１’に比べて吸光
効率に一層優れており、散乱光による効率の低下が見ら
れないことが分かる。
【００４５】図１１に基づき、検出セルの感度測定の比
較結果について調べてみれば、下記の通りである。図１
１は、光路長が５０μｍである検出セル１１’及び光路
長が５００μｍであるコリメータ付き検出セル１１にお
ける試料分離の結果を示すものである。この時、試料と
してはフルオロセイン（１０μＭ）、オレンジII（５０
ｐｐｍ）、ニューコクシン（５０ｐｐｍ）の混合溶液が
用いられ、試料の注入時間は０．５秒である。この図か
ら明らかなように、コリメータ付き検出セル１１におけ
る各ピークの感度は５０μｍの検出セル１１’に比べて
約１０倍高まっている。従って、検出限界も５０μｍの
光路長の検出セル１１’の場合の１０〜３０ｐｐｍから
コリメータ付き検出セル１１の場合の１〜３ｐｐｍへと
大幅に向上されることが分かる。また、検出セルが長く
なっても分離効率の低下はほとんど見られなかった。
較結果について調べてみれば、下記の通りである。図１
１は、光路長が５０μｍである検出セル１１’及び光路
長が５００μｍであるコリメータ付き検出セル１１にお
ける試料分離の結果を示すものである。この時、試料と
してはフルオロセイン（１０μＭ）、オレンジII（５０
ｐｐｍ）、ニューコクシン（５０ｐｐｍ）の混合溶液が
用いられ、試料の注入時間は０．５秒である。この図か
ら明らかなように、コリメータ付き検出セル１１におけ
る各ピークの感度は５０μｍの検出セル１１’に比べて
約１０倍高まっている。従って、検出限界も５０μｍの
光路長の検出セル１１’の場合の１０〜３０ｐｐｍから
コリメータ付き検出セル１１の場合の１〜３ｐｐｍへと
大幅に向上されることが分かる。また、検出セルが長く
なっても分離効率の低下はほとんど見られなかった。
【００４６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るラブ・
オン・チップのための吸光検出システムは、試料の特性
に制限がなく、種々なる試料の検出に用いることができ
る。さらに、試料にラベルを付ける必要がないため、従
来に比べて手間及びコストがかからない。なおかつ、吸
光検出を効率良く、且つ高感度にて行える。さらに、本
発明は、ラブ・オン・チップのための様々な研究分野、
例えば、組み合わせ化学を用いて各種の物質を同時に合
成且つ検索しなければならない新薬探索分野、酵素や蛋
白質、アミノ酸などの微量の生理活性物質を取り扱う生
命科学分野、汚染物質の迅速な現場探知が必要な環境研
究分野などにおいて、試料検出のための反応無しに各種
の物質の検出に幅広く利用可能である。
オン・チップのための吸光検出システムは、試料の特性
に制限がなく、種々なる試料の検出に用いることができ
る。さらに、試料にラベルを付ける必要がないため、従
来に比べて手間及びコストがかからない。なおかつ、吸
光検出を効率良く、且つ高感度にて行える。さらに、本
発明は、ラブ・オン・チップのための様々な研究分野、
例えば、組み合わせ化学を用いて各種の物質を同時に合
成且つ検索しなければならない新薬探索分野、酵素や蛋
白質、アミノ酸などの微量の生理活性物質を取り扱う生
命科学分野、汚染物質の迅速な現場探知が必要な環境研
究分野などにおいて、試料検出のための反応無しに各種
の物質の検出に幅広く利用可能である。
【００４７】さらにまた、本発明は、既存の吸光検出シ
ステムに比べて検出感度にはるかに優れていることか
ら、微量物質の検出に有用である。以上、本発明の望ま
しい実施の形態について詳細に説明したが、これは単な
る例示に過ぎず、本発明が属する技術分野において当業
者であれば、請求範囲に定義された本発明の思想を免脱
しない範囲内で各種の変形が可能であることは言うまで
もない。
ステムに比べて検出感度にはるかに優れていることか
ら、微量物質の検出に有用である。以上、本発明の望ま
しい実施の形態について詳細に説明したが、これは単な
る例示に過ぎず、本発明が属する技術分野において当業
者であれば、請求範囲に定義された本発明の思想を免脱
しない範囲内で各種の変形が可能であることは言うまで
もない。
【図１Ａ】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸
光検出システムの平面図（１）。
光検出システムの平面図（１）。
【図１Ｂ】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸
光検出システムの平面図（２）。
光検出システムの平面図（２）。
【図２】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光
検出システムの各層の分解拡大斜視図。
検出システムの各層の分解拡大斜視図。
【図３】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光
検出システムの上層板及び下層板の製作工程図。
検出システムの上層板及び下層板の製作工程図。
【図４】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光
検出システムの中間板の製作工程図及び貼り合わせ工程
図。
検出システムの中間板の製作工程図及び貼り合わせ工程
図。
【図５】本発明に係るラブ・オン・チップのための吸光
検出システムの構成図。
検出システムの構成図。
【図６】本発明に係るコリメータのない検出セルの例示
図。
図。
【図７】本発明に係るコリメータのない検出セルにおけ
る光経路図。
る光経路図。
【図８】本発明に係るコリメータ付き検出セルにおける
平行進行光の経路図。
平行進行光の経路図。
【図９】本発明に係るコリメータ付き吸光検出セルにお
けるスリット及び検出セルの断面図。
けるスリット及び検出セルの断面図。
【図１０】本発明に係る検出セルの吸光効率を測定して
示すグラフ。
示すグラフ。
【図１１】本発明に係る検出セルの吸光感度を測定して
示すグラフ。
示すグラフ。
【符号の説明】
１ 検出セル
１３ 試料容器
１４ 緩衝溶液容器
１８ 分離チャンネル
１９ スリットチャンネル
２０ 光ファイバチャンネル
２５ レンズ
３０ 上層板
４０ 中間板
５０ 下層板
１００ コリメータ付きラブ・オン・チップのための
吸光検出システム １００’ コリメータのないラブ・オン・チップのため
の吸光検出システム ２０１ 高電圧供給装置 ２０９ 入射用光ファイバ ２１０ 集光用光ファイバ ２１１ 検出器
吸光検出システム １００’ コリメータのないラブ・オン・チップのため
の吸光検出システム ２０１ 高電圧供給装置 ２０９ 入射用光ファイバ ２１０ 集光用光ファイバ ２１１ 検出器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 沈 奉 柱
大韓民国ソウル特別市恩平区新沙１洞31−
15番地
(72)発明者 林 ▲クァン▼ 燮
大韓民国慶尚北道浦項市南区芝谷洞133番
地浦項工科大学校寄宿舎博士課程904号
Ｆターム(参考） 2G057 AA01 AB04 AB06 AC01 BA01
BB06 DA01 DA04 DA05 DB01
DC06
2G059 AA01 BB04 CC01 CC12 DD12
EE01 GG01 GG02 HH02 HH03
HH06 JJ11 JJ17 LL01 LL03
LL04
Claims (11)
- 【請求項１】５０μｍ〜５ｍｍの光路長を有する検出セ
ルと、前記検出セルに光を平行に通過させるレンズを設
けるためのレンズ構造物と、散乱光が検出器に入ること
を防止するためのスリット構造物とを含むラブ・オン・
チップのための吸光検出システムであって、 前記検出セル、レンズ構造物及びスリット構造物が前記
ラブ・オン・チップと一体形に形成された、ラブ・オン
・チップのための吸光検出システム。 - 【請求項２】前記検出セルに光を平行に通過させるレン
ズは凸レンズであるか、それとも凸レンズ及び凹レンズ
の複合レンズであるか、グラディアントインデックス
（ＧＲＩＮ）レンズである、請求項１に記載のラブ・オ
ン・チップのための吸光検出システム。 - 【請求項３】前記スリット構造物には、散乱光が吸収可
能な物質が満たされる、請求項１に記載のラブ・オン・
チップのための吸光検出システム。 - 【請求項４】前記散乱光が吸収可能な物質は黒インク、
有機色素溶液又は無機色素溶液である、請求項３に記載
のラブ・オン・チップのための吸光検出システム。 - 【請求項５】前記検出セルとレンズ構造物及びスリット
構造物は、前記ラブ・オン・チップと同一の物質よりな
る、請求項１に記載のラブ・オン・チップのための吸光
検出システム。 - 【請求項６】前記検出セルとレンズ構造物及びスリット
構造物は、前記ラブ・オン・チップとは異なる物質から
別途に作製してラブ・オン・チップに組み込む、請求項
１に記載のラブ・オン・チップのための吸光検出システ
ム。 - 【請求項７】前記ラブ・オン・チップは、ポリジメチル
シロキサン（ＰＤＭＳ）、ポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレ
ン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリスチレン
（ＰＳ）よりなる群から選ばれたいずれか一種以上のプ
ラスチック物質よりなる、請求項１に記載のラブ・オン
・チップのための吸光検出システム。 - 【請求項８】吸光検出のための所定の光源をレンズ構造
物に近接させ、検出セルからの光を検出器に導き出すた
めの光ファイバ又は光導波管を含んでなる、請求項１な
いし６のいずれか１項に記載のラブ・オン・チップのた
めの吸光検出システム。 - 【請求項９】吸光検出のための光源としてランプ、発光
ダイオード及びレーザよりなる群から選ばれたいずれか
一つの超小型光源が用いられる、請求項１ないし６のい
ずれか一項に記載のラブ・オン・チップのための吸光検
出システム。 - 【請求項１０】前記レンズ構造物及びスリット構造物
は、前記検出セルへの照射光を平行光にするためのコリ
メータを含む、請求項１に記載のラブ・オン・チップの
ための吸光検出システム。 - 【請求項１１】前記ラブ・オン・チップのための吸光検
出システムは、モールディング法、押印法、キャスティ
ング機械加工法及びレーザ加工法のうちいずれか一つの
方法により作製される、請求項１に記載のラブ・オン・
チップのための吸光検出システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2001-043106 | 2001-07-18 | ||
| KR10-2001-0043106A KR100413535B1 (ko) | 2001-07-18 | 2001-07-18 | 랩온어칩을 위한 흡광검출 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003114193A true JP2003114193A (ja) | 2003-04-18 |
| JP3670631B2 JP3670631B2 (ja) | 2005-07-13 |
Family
ID=19712252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002207735A Expired - Fee Related JP3670631B2 (ja) | 2001-07-18 | 2002-07-17 | ラブ・オン・チップのための吸光検出システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7157053B2 (ja) |
| JP (1) | JP3670631B2 (ja) |
| KR (1) | KR100413535B1 (ja) |
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| JP2007522448A (ja) * | 2004-01-22 | 2007-08-09 | インコム，インコーポレイテッド | 光ファイバー検査用マイクロ流体装置 |
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| JP2016038321A (ja) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | 国立大学法人九州大学 | 光分析システム、センサ装置及び光分析方法 |
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