JP2003215139A

JP2003215139A - 検出装置及び検出方法

Info

Publication number: JP2003215139A
Application number: JP2002011202A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ezaki; 隆博江崎; Yasuhiro Santo; 康博山東; Yasuhisa Fujii; 泰久藤井; Shunichi Hayamizu; 俊一速水
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2003-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】微小な流路からの光を有効に利用して検出感
度を上げることができる検出装置及び検出方法を提供す
る。【解決手段】微小な流路２４に光を照射する光照射手
段３４と、流路２４からの光８４，８６を検出する検出
手段３２とを備える。検出手段３２が光を検出すること
が可能な検出領域３８内に、流路２４の幅Ｌが全体的に
含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出装置及び検出
方法に関し、詳しくは、微小な流路からの光を検出する
検出装置及び検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、マイクロマシニング技術を応用し
て、化学分析や合成などの機器一手法を微細化して行う
μ−ＴＡＳ(μ−ＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙ
ｓｔｅｍ)が注目されている。従来の装置に比べ微細化
されたμ−ＴＡＳでは、試料の量が少ない、反応時間が
短い、廃棄物が少ないなどのメリットがある。また、医
療分野に応用した場合、検体(血液)の量を少なくするこ
とで患者への負担を低減でき、試薬の量を少なくするこ
とで検査のコストを下げることができる。さらに、検体
・試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮さ
れ、検査の効率化が図れる。このようなことから、免疫
学的検査、生化学的検査、遺伝子検査等に応用する価値
は大きい。血液凝固検査に応用した場合は、時間短縮の
利点は得られないが検体・試薬量が減るというメリット
がある。

【０００３】現状のキュペットを用いるような大型(中
型)機器での反応検出方法は、免疫学的検査であれば、
抗原抗体反応を利用し標識抗体(発光したり蛍光を発し
たりする)を添加することで、蛍光や発光を光検出器で
検出する。生化学的検査であれば、比色法や比濁法が用
いられている。凝固検査では、散乱光の検出が一般的で
ある。

【０００４】例えば、特開２０００−９７４０号公報に
開示された血液検査装置は、血液検体中に含まれる懸濁
物質について、散乱光の変化を検出することで分析す
る。この装置は、キュベットを用いた大型装置であり、
検体・試薬の量が多い。また、チップ構造ではなく、流
路壁についても触れられていない。

【０００５】特開平１１−１５３５３４号公報に開示さ
れた光散乱強度測定装置は、レーザ光線を試料に投射
し、試料からの散乱光を反射鏡に反射させて集光し、結
像レンズにより結像された像を記録する。この装置は、
チップ構造ではなく、キュベットを用いているため、検
体・試薬の量が多い。さらに、散乱光を集光するための
反射鏡を設けているため、装置が大掛かりになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように光により
反応を検出する反応系の場合、検体の量が多いときは、
検出すべき光の量が多く、検出は容易である。しかし、
検体の量が減ると、検出すべき光の量が減り、反応を捕
らえるのが困難になってくる。マイクロチップのような
微小な流路内での反応を検出する場合、検体量が少ない
ため光が少なくなり、検出光の不足で検出感度が低下し
てしまう。フォトマルチプライヤーや冷却ＣＣＤなどの
大掛かりな装置を用いれば、検出光が少なくても検出感
度を上げることはできるが、装置が大きくなってしま
い、また高価なものになってしまう。

【０００７】したがって、本発明が解決しようとする技
術的課題は、微小な流路からの光を有効に利用して検出
感度を上げることができる検出装置及び検出方法を提供
することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記技術的課
題を解決するために、以下の構成の検出装置を提供す
る。

【０００９】検出装置は、微小な流路に光を照射する光
照射手段と、該流路からの光を検出する検出手段とを備
える。上記検出手段が光を検出することが可能な検出領
域内に、上記流路の幅が全体的に含まれる。

【００１０】上記構成において、検出手段は、流路に関
して光照射手段と同じ側又は反対側に配置され、流路か
らの光を検出する。

【００１１】上記構成によれば、検出領域内に流路の幅
が全体的に含まれ、検出領域の幅は流路の幅と等しい
か、流路の幅よりも大きいので、流路の幅方向の両端に
位置する側面も検出領域内に含まれる。これにより、検
出手段は、流路の側面で反射された光も検出し、検出光
が増える。

【００１２】したがって、微小な流路からの光を有効に
利用して、検出感度を上げることができる。

【００１３】好ましくは、上記検出領域内に含まれる流
路の内面に、突起を設ける。

【００１４】上記構成によれば、突起での反射により検
出光が増え、検出感度が向上する。

【００１５】好ましくは、上記検出領域内に含まれる流
路の内面に、反射面が形成される。

【００１６】上記構成において好ましくは、反射面は、
例えば、流路の内面に反射膜を形成したり、反射率の高
い材料を用いて流路を形成したり、流路を鏡面加工した
りして、形成する。

【００１７】上記構成によれば、流路内の光が反射面で
効率よく反射され、検出光が増えるので、検出感度が向
上する。

【００１８】検出光を増加させるには、流路のうち検出
領域に含まれる部分全体に漏れなく光が照射されること
が好ましい。そのためには、光照射手段が光を照射する
照射領域が、検出領域を含むようにすればよい。この場
合、照射領域は、検出領域と等しいか、検出領域よりも
大きくなる。

【００１９】好ましくは、上記検出領域内に含まれる上
記流路の面積割合が、３０％以上、９５％以下である。

【００２０】上記構成において、面積割合が９５％以下
であれば、多少の誤差があっても、検出領域内に流路が
全体的に含まれるように位置決めすることが容易であ
る。一方、面積割合が小さすぎると、流路以外の面から
受けるノイズ成分が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなる
が、面積割合が３０％以上であれば、ノイズの悪影響を
回避することができる。

【００２１】また、本発明は、以下の検出方法を提供す
る。

【００２２】検出方法は、微小な流路に光を照射する第
１ステップと、該流路からの光を検出する第２ステップ
とを備えたタイプの検出方法である。上記第２ステップ
において、光を検出することが可能な検出領域内に、上
記流路の幅が全体的に含まれる。

【００２３】上記方法において、流路からの光は、流路
に関して光を照射する側と同じ側又は反対側から、検出
する。

【００２４】上記方法によれば、検出領域内に流路の幅
が全体的に含まれ、検出領域の幅は流路の幅と等しい
か、流路の幅よりも大きいので、流路の幅方向の両端に
位置する側面も検出領域内に含まれる。これにより、流
路の側面で反射された光も検出し、検出光が増える。

【００２５】したがって、微小な流路からの光を有効に
利用して、検出感度を上げることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る検
出装置及び検出方法について、図面を参照しながら説明
する。

【００２７】まず、検出装置及び検査方法に用いる微小
な流路を有するマイクロチップについて、説明する。

【００２８】図１は、マイクロチップ１０の一例（上面
図）である。マイクロチップ１０には、微小な流路（チ
ャンネル）２０が形成されている。流路２０は、第１流
路２２、第２流路２３及び第３流路２４が略Ｙ字状に結
合している。第１流路２２の端部には、第１液を導入す
る第１液導入口１２が連通し、第２流路２３の端部に
は、第２液を導入する第２液導入口１４が連通し、第３
流路２４の端部には、第１液及び第２液を吸引するため
の吸引口もしくは空気抜き穴１６が連通するようになっ
ている。

【００２９】マイクロチップ１０は、適宜な方法によ
り、作製することができる。

【００３０】例えば、半導体の加工技術を応用して作製
することができる。具体的には、シリコン基板の両面に
酸化膜を成膜し、フォトリソグラフィーにより流路２０
の形にマスクを形成し、ＲＩＥにより酸化膜をパターニ
ングする。次に、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣ
ｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）装置を用いて、シリコン
のエッチングを行い、流路２０を形成する。そして、シ
リコン基板の両面にガラス板を、例えば陽極接合により
接合する。

【００３１】マイクロチップ１０は、流路形状をＰＭＭ
Ａなどの樹脂材料をシリコンの型から射出形成すること
で、作製することも可能である。さらには、ＰＤＭＳを
用いても、作製可能である。

【００３２】一例を挙げると、マイクロチップ１０の外
径寸法は、約２０ｍｍ×３０ｍｍ×１.４ｍｍである。
流路２０の幅は約３００μｍ、深さは約４００μｍであ
る。例えば、第１液導入口１２に検体、第２液導入口１
４に試薬を導入し、合流点２６で合流させて混合する。
混合液は、第３流路２４において所定の反応が起こり、
この反応を検出領域２８で検出する。

【００３３】次に、マイクロチップ１０を用いた検出装
置及び検出方法について説明する。

【００３４】まず、比較例の検出について、説明する。
図２及び図３は、図１の検出領域２８の断面図である。
光源４からの光９０を、流路２４内の反応液に照射する
ことによって、例えば反応液中に生成された散乱物質７
により、前方散乱光９２と後方散乱光９４が生じる。光
検出器２により、流路２４の幅より小さい検出スポット
８からの後方散乱光９４を受光し、散乱物質７の生成に
伴なう受光量の変化に基づき、流路２４内での反応状態
を分析する。

【００３５】図２のように後方散乱光９４が大きい反応
液については、光検出器２の受光量が大きく、従来の検
出方法でも検出可能である。しかし、図３のように前方
散乱光９２が大きく、後方散乱光９４が小さい反応液に
ついては、光検出器２の受光量が小さくなるため、検出
が困難になる。

【００３６】本発明の実施形態に係る検出装置及び検出
方法は、図４に示すように、比較例と同様に、光照射手
段である光源３４から流路２４に光８０を照射し、光検
出手段である光検出器３２で、流路２４からの光８４，
８６を検出する。光源３４には、レーザーやＬＥＤ（発
光ダイオード）、ハロゲンランプなどを用いる。光検出
器３２には、フォトダイオードやフォトマルチプライヤ
ーなどを用いる。

【００３７】図４のように、流路２４に対して斜めから
光を照射し、流路２４に対して正面から検出光を検出す
る場合、照射された光が流路２４内を通る距離を長くし
て、検出光（例えば、散乱光や蛍光発光）が流路内で発
生する確率を高くし、検出光を増やすことができる。ま
た、照射された光のうち、流路２４の内面で正反射した
正反射成分を、光検出器３２で検出しないようにするこ
とができる。したがって、検出感度を向上することがで
きる。

【００３８】本発明の実施形態に係る検出装置及び検出
方法は、図２及び図３の比較例と異なり、検出領域であ
る検出スポット３８は、マイクロチップ１０の流路２４
の幅Ｌより大きく、検出スポット３８に流路２４の幅Ｌ
が全体的に含まれる。特別な場合として、検出スポット
が流路２４の幅Ｌと等しく、検出スポット３８に流路２
４の幅Ｌが、ちょうど含まれてもよい。

【００３９】このように検出スポット３８を設定するこ
とにより、流路２４内面、すなわち底面４０や側面４
２，４４により光検出器３２に向けて反射させた前方散
乱光８６を、光検出器３２に導き、検出光を増やし、検
出感度を向上させることができる。

【００４０】この場合、底面４０や側面４２，４４は、
反射率が高い反射面であることが好ましい。例えば、金
属膜などの反射膜を成膜したり、流路２４の内面を鏡面
加工したり、シリコンなど反射率の高い材料を用いて流
路２４を形成するなどして、反射面を形成する。

【００４１】流路２４は微小であり、その幅Ｌは２ｍｍ
以下である。流路２４の幅Ｌが３００μｍ以下の場合に
は、流路２４の底面４０や側面４２，４４での反射の影
響が相対的に大きくなるため、検出感度の向上は、一
層、効果的である。

【００４２】後方散乱光８４が小さく、前方散乱光の強
い反応液について、検出感度向上の効果が特に顕著であ
るが、後方散乱光が大きい場合であっても、光検出器３
２の受光量が増えるので、検出感度の向上を図ることが
できる。

【００４３】図５は、変形例のマイクロチップ１０ａの
断面図である。マイクロチップ１０ａの流路２４の内面
には、突起３７を設け、流路２４の内面の表面積を増加
させている。突起３７の表面での反射により、光検出器
３２に導く散乱光を増加させ、検出感度をより向上させ
ることができる。突起３７は、例えば、直方体、角柱、
円筒、角すい、円すい、半球など、適宜な寸法・形状の
ものを選択すればよい。また、突起３７は、適宜位置に
適宜密度で配置することができ、例えば、底面４０に限
らず、側面４２，４４に設けてもよい。

【００４４】図８は、検査装置５０の一例（要部断面
図）である。検査装置５０は、光照射手段として、光源
（図示ぜず）からの光を光ファイバー５２で導き、検査
面５４に対して約４５度の角度で照明する。検出手段と
して、複数のレンズからなる光学系５８で、検査面５４
上の検出スポット５６を、不図示の光検出器の受光部に
結像する。検査面５４上には、例えばマイクロチップ１
０が配置され、ステージを用いてマイクロチップ１０を
移動させることにより、流路２４に対して検出スポット
５６を位置決めすることができる。

【００４５】図６及び図７は、検出スポットの位置決め
の一例である。マイクロチップ１０の流路２４の幅Ｌが
３００μｍ以下である場合、検出スポットの位置決め
は、特に精度を要する。

【００４６】図２及び図３の比較例のように検出スポッ
ト８が流路２４の幅Ｌより小さい場合、図６（ａ）のよ
うに、流路２４の幅Ｌ内に検出スポット８が位置決めさ
れていれば、正常な検出が可能である。しかし、図６
（ｂ）のように、検出スポット８と流路２４の全幅Ｌと
にズレが生じている場合、流路２４の側面４２，４４か
らの反射光の受光状態が、図６（ａ）の場合とは大きく
異なり、出力値が大きく異なる。

【００４７】図４及び図５の本発明の実施形態のよう
に、検出スポット３８が流路２４の幅Ｌより大きく、流
路２４の幅を全体的に含む場合、図７に示すように、図
６と同程度の検出スポット３８の位置ずれが生じても、
検出スポット３８内に流路２４の側面４２，４４が含ま
れ、流路２４の側面４２，４４からの反射光の受光状態
の変動が小さい。したがって、検出スポット３８の位置
決めが容易になる。

【００４８】検出スポット３８内に含まれる流路２４の
面積割合は、３０％以上、９５％以下とすることが好ま
しい。面積割合が８０％以下であれば、多少の誤差があ
っても、検出スポット３８内に流路２４が全体的に含ま
れるように位置決めすることが容易である。一方、面積
割合が小さすぎると、流路２４以外の面から受けるノイ
ズ成分が大きくなり、Ｓ／Ｎ比が悪くなるが、面積割合
が３０％以上であれば、ノイズの悪影響を回避すること
ができる。

【００４９】検査装置５０は、免疫学的検査や生化学的
検査で抗原抗体反応や酵素反応を用いて目的の物質を検
出することができる。例えば、励起光により発光した蛍
光を検出する方法、液の濁度を検出する方法(比濁法)な
どで、検出を行うことができる。例えば、マーカーにフ
ルオレシンを用いた場合、励起光波長４９５ｎｍに対し
て、測定波長５１５ｎｍ付近を用いる。このような反応
系の場合、検体の量が減ると検出すべき光の量は減り、
反応を捕らえることが困難になってくるが、流路２４の
底面４０や側面４２，４４で反射した光を光検出器に導
き、検出光を増やすことにより、検出感度を向上させる
ことができる。

【００５０】以上説明したように、検出スポット３８を
流路２４の幅と等しいか、流路２４の幅より大きくする
ことにより、検出領域内の流路２４の幅が全体的に検出
スポット３８に含まれるようにすることで、微小な流路
２４からの光を有効に利用して、検出感度を上げること
ができる。

【００５１】また、微小な流路内に検出スポットを位置
決めするには精度を要するものであるが、流路幅を含む
サイズの検出スポットを用いることで、位置決めが容易
になる。

【００５２】マイクロチップなどの微小な流路内での反
応を高感度に検出できることから、検体(血液)・試薬の
量が極微量でよい。液が微量であるので、反応が早く、
検査に要する時間が大幅に短縮され、検査の効率化を図
ることができる。また、緊急を要する場合に好適であ
る。さらに、装置を小型化できるので、ＰＯＣＴ（Ｐｏ
ｉｎｔＯｆＣａｒｅＴｅｓｔｉｎｇ）に適し、家
庭内での検査や、救急車内などの緊急を要する場合にも
使用することができる。

【００５３】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではなく、その他種々の態様で実施可能である。

【００５４】例えば、マイクロチップに限らず、微小な
流路からの光を検出する場合に広く適用することができ
る。また、流路に対する照明と、検出光の受光とが、流
路に対して反対側から行われるように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】マイクロチップの構成図である。

【図２】比較例の検出の説明図である。

【図３】比較例の検出の説明図である。

【図４】本発明の実施形態に係る検出の説明図であ
る。

【図５】変形例のマイクロチップの断面図である。

【図６】比較例の検出スポットの位置決めの説明図で
ある。

【図７】検出スポットの位置決めの説明図である。

【図８】検出装置の断面図である。

【符号の説明】

１０，１０ａマイクロチップ２４第３流路（微小な流路）３２光検出器（光検出手段）３４光源（光照射手段）３８検出スポット（検出領域）５０検査装置５２光ファイバー（光照射手段）５６検出スポット（検出領域）Ｌ流路の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井泰久大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内 (72)発明者速水俊一大阪府大阪市中央区安土町二丁目３番13号大阪国際ビルミノルタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微小な流路に光を照射する光照射手段
と、該流路からの光を検出する検出手段とを備えた、検
出装置において、上記検出手段が光を検出することが可能な検出領域内
に、上記流路の幅が全体的に含まれることを特徴とする
検出装置。
【請求項２】上記検出領域内に含まれる流路の内面
に、突起が形成されたことを特徴とする、請求項１記載
の検出装置。
【請求項３】上記検出領域内に含まれる流路の内面
に、反射面が形成されたことを特徴とする、請求項１記
載の検出装置。
【請求項４】上記検出領域内に含まれる上記流路の面
積割合が、３０％以上、９５％以下であることを特徴と
する、請求項１記載の検出装置。
【請求項５】微小な流路に光を照射する第１ステップ
と、該流路からの光を検出する第２ステップとを備えた
検出方法において、上記第２ステップにおいて、光を検出することが可能な
検出領域内に、上記流路の幅が全体的に含まれることを
特徴とする検出方法。