JP2004150804A - 分析用具および分析装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】分析装置の大型化、製造コストおよびランニングコストを抑制しつつも、分析時における試料液を供給する際の負担を軽減し、簡易な構成により精度良く試料液の分析を行えるようにする。
【解決手段】分析用具Ｙにおいて、中央部に設けられた液導入口６１と、液導入口６１に連通し、かつ液導入口６１から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路５１と、を備えた。各流路５１は、たとえば中央部から周縁部に向けて直線状に延びるように形成される。この場合、複数の流路５１は、放射状に配置されるのが好ましい。複数の流路は、たとえば共通部分および個別部分を有する１または複数の集合流路にグループ化してもよい。この場合、集合流路は、中央部から周縁部に向けて分岐しつつ延びるように形成するのが好ましい。
【選択図】 図４
【解決手段】分析用具Ｙにおいて、中央部に設けられた液導入口６１と、液導入口６１に連通し、かつ液導入口６１から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路５１と、を備えた。各流路５１は、たとえば中央部から周縁部に向けて直線状に延びるように形成される。この場合、複数の流路５１は、放射状に配置されるのが好ましい。複数の流路は、たとえば共通部分および個別部分を有する１または複数の集合流路にグループ化してもよい。この場合、集合流路は、中央部から周縁部に向けて分岐しつつ延びるように形成するのが好ましい。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分析用具および分析装置を用いて、試料液の分析するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料液の分析方法としては、たとえば試料液と試薬を反応させたときの反応液を、光学的手法により分析する方法がある。このような手法により試料液の分析を行う場合には、反応場を提供する分析用具が利用されている。分析用具としては、１種類の試料液を用いて複数の項目を分析できるように、あるいは複数種類の試料液について同一項目を分析できるように、複数の流路を備えたものがある。
【０００３】
複数の流路を備えた分析用具としては、たとえば図１３（ａ）および（ｂ）に示したように矩形状の形態に形成され、複数の流路９０Ａ，９０Ｂの主要部が互いに平行に配置されたものがある。その一方で、複数の流路を放射状に配置した分析用具もある（たとえば特許文献１および２参照）。特許文献１に記載の分析用具は、キャピラリを介して、分析用具の周縁部から試料液を導入し、キャピラリの内部において酵素反応を生じさせるように構成されたものである。一方、特許文献２に記載の分析用具は、分析用具を回転させ、遠心力を利用して複数の流路に対して試料液を供給するように構成されたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２８７５号公報
【特許文献２】
特表平１０−５０１３４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３（ａ）に示した分析用具９Ａでは、液導入口９１Ａを介して各流路９０Ａに対して個別に試料液を供給する必要があるために、試料液を供給する作業が煩わしいものとなる。一方、図１３（ｂ）に示した分析用具９Ｂでは、複数の流路９０Ｂが１つの液導入口９１Ｂにつなげられているために、複数の流路９０Ｂに対する試料液の供給を一括して行うことができる。その反面、流路９０Ｂの数が大きくなるにつれて、各流路９０Ｂの長さを均一化するのが困難となる。流路９０Ｂの長さの違いは、試料液が液導入口９１Ｂから反応部９２Ｂに到達するまでの時間の相違として現れる。その結果、流路９０Ｂ毎に反応部９２Ｂに試料液が供給されるタイミングが相違することとなって、反応部９２Ｂ毎に反応に費やすことができる時間に不均一さが生じる。この不均一さは、測定結果に反映されるため、流路９０Ｂの長さの相違は、結果として測定精度に影響を与えることとなる。
【０００６】
図１３（ａ）および（ｂ）に示した分析用具９Ａ，９Ｂでは、各流路９０Ａ，９０Ｂに供給された試料液を光学的手法により分析するためには、１つの測光系を設けてこの測光系を走査させるか、あるいは流路９０Ａ，９０Ｂの数に応じた測光系を設ける必要がある。そのため、測光系が複雑化して分析装置が大型化し、また製造コストが高くなったり、ランニングコストが高くなってしまう。
【０００７】
特許文献１に記載の分析用具では、図１３（ａ）に示した分析用具９Ａと同様に、各キャピラリに対して個別に試料液を供給する必要があるために、キャピラリの数に応じた回数だけ試料液を供給する必要が生じ、試料液の供給作業が煩わしいものとなる。これに対して特許文献２に記載の分析用具では、流路の数に応じた分だけ試料液を供給する必要はないものの、流路に対して試料液を供給するために分析用具を高速で回転させ、試料液に目的とする遠心力を作用させる必要がある。そのため、分析用具を用いて試料液を分析するための装置が複雑化して製造コストが高くなり、また分析用具を高速で回転させる必要があるためにランニングコストが高くなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情のもとに考えだされたものであって、分析装置の大型化、製造コストおよびランニングコストを抑制しつつも、分析用具に試料液を供給する際の負担を軽減し、簡易な構成により精度良く試料液の分析を行えるようにすることを課題としている。
【０００９】
【発明の開示】
本発明では、上記した課題を解決するために、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の側面により提供される分析用具は、中央部に設けられた液導入口と、上記液導入口に連通し、かつ上記液導入口から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
各流路は、たとえば中央部から周縁部に向けて直線状に延びるように形成される。この場合、複数の流路は、放射状に配置されるのが好まししい。複数の流路は、たとえば共通部分および個別部分を有する１または複数の集合流路にグループ化してもよい。この場合、集合流路は、中央部から周縁部に向けて分岐しつつ延びるように形成するのが好ましい。
【００１２】
本発明の分析用具は、たとえば複数の測定部位を備えている。この場合、各流路には、複数の測定部位のうちの少なくとも１つの測定部位を設け、複数の測定部位を同一円周上に位置するように配置するのが好ましい。この構成では、分析用具を円盤状の形態に形成するのが好ましい。
【００１３】
複数の流路のうちの２以上の流路には、試料液と反応させるための試薬部を設け、かつ上記２以上の流路に設けられる試薬部を、互いに異なった試薬を含むものとして構成するのが好ましい。この構成では、液導入口を介して導入された１種類の試料液から複数の項目を測定できるようになる。
【００１４】
本発明の分析用具は、たとえば基板と、この基板に接合されるカバーと、を備えたものとして構成される。この場合、たとえば液導入口は、基板またはカバーに設けられた貫通孔によって構成され、複数の流路は、基板またはカバーに設けられた凹部によって構成される。
【００１５】
本発明の分析用具は、微量な試料液に基づいて分析を行うように構成するのが好ましい。この場合、凹部の主断面は、たとえば幅寸法ａが１０〜５００μｍ、深さ寸法ｂが５〜５００μｍであり、かつｂ／ａ≧０．５である矩形断面とされる。ここで、本発明でいう「主断面」とは、試料液の進行方向に直交する縦断面をさし、断面形状が一様でない場合においては、試料液を進行させることを主目的とした部分の縦断面をさすものとする。
【００１６】
本発明の第２の側面においては、分析用具を利用して試料液の分析を行うように構成された分析装置であって、上記分析用具が、中央部に設けられた液導入口と、上記液導入口に連通し、かつ上記液導入口から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路と、同一円周上に配置された複数の測定部位と、を備え、かつ上記各流路に上記複数の測定部位のうちの少なくとも１つの測定部位が設けられたものである場合において、上記分析用具を回転させるための回転手段と、上記測定部位に刺激を与える一方で、上記測定部位での応答を検知するための検知手段と、を備えたことを特徴とする、分析装置が提供される。この分析装置においては、刺激は、たとえば光として与えられ、応答は、たとえば反射光、透過光または散乱光として検知される。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、上記複数の測定部位が等間隔で配置されている場合において、上記回転手段は、隣接する測定部位相互の間隔に対応した角度ずつ上記分析用具を間欠的に回転させるように構成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１および図２に示した分析装置Ｘは、分析用具としてのマイクロデバイスＹを装着して試料液の分析を行うためのものであり、マイクロデバイスＹを装着するための装着部１、光源部２、受光部３および開放機構４を備えている。
【００２０】
図３ないし図５に示したマイクロデバイスＹは、反応場を提供するものであり、基板５、カバー６、接着層７および分離膜８を有している。
【００２１】
基板５は、透明な円盤状に形成されており、周縁部が段下げされた形態を有している。図５（ａ）および図６に示したように、基板５は、中央部に設けられた受液部５０と、この受液部５０に連通する複数の流路５１と、複数の凹部５２と、複数の分岐流路５３と、を有している。
【００２２】
受液部５０は、マイクロデバイスＹに供給された試料液を、各流路５１に導入するために保持するためのものである。受液部５０は、基板５の上面５Ａにおいて、円形状の凹部として形成されている。
【００２３】
各流路５１は、試料液を移動させるためのものであり、受液部５０に連通するように基板５の上面５Ａに形成されている。図５（ａ）に示したように、各流路５１は、受液部５０を介して、後述するカバー６の液導入口６１に繋げられており、基本的には、中央部から周縁部に延びる直線状に形成されている。その結果、複数の流路５１は、流路長が同一とされているとともに、放射状に配置されている。各流路５１は、分岐部５１Ａおよび反応部５１Ｂを有している。各流路５１における反応部５１Ｂを除いた部分は、略一様な矩形断面とされている。各流路５１は、この矩形断面の幅寸法および高さ寸法が、たとえば１０〜５００μｍおよび５〜５００μｍ、幅寸法／高さ寸法が０．５以上となるように形成されている。
【００２４】
図４および図６に示したように、分岐部５１Ａからは、流路５１に連通する分岐流路５３が延出している。分岐部５１Ａは、反応部５１Ｂに極力近い部位に設定されており、分岐部５１Ａと反応部５１Ｂとの距離が極力小さくなるようになされている。分岐流路５３は、略一様な矩形断面を有しており、この矩形断面の寸法は、流路の矩形断面と同様なものとされる。
【００２５】
反応部５１Ｂは、流路５１の主断面よりも大きな断面積を有している。個々の反応部５１Ｂは、同一円周上に設けられている。各反応部５１Ｂには、図５（ａ）に示したように試薬部５４が設けられている。ただし、試薬部５４は、必ずしも全ての流路５１に設ける必要はなく、たとえば試料液の色味による影響を補正するために利用される流路については試薬部が省略される。
【００２６】
試薬部５４は、試料液が供給されたときに溶解する固体状とされており、試料液中の特定成分と反応して発色するものである。本実施の形態では、マイクロデバイスＹにおいて複数の項目を測定できるように、たとえば成分または組成の異なる複数種類の試薬部５４が準備されている。
【００２７】
複数の凹部５２は、後述するように反応部５１Ｂに対して基板５の上面５Ａ側から光が照射されたときに、基板５の下面５Ｂ側に透過光を出射させるための部位である（図１および図２参照）。各凹部５２は、基板５の下面５Ｂにおける反応部５１Ｂに対応した部位に設けられている。その結果、図６に示したように、複数の凹部５２は、基板５の周縁部において同一円周上に配置されている。
【００２８】
基板５は、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系樹脂あるいはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）といった透明な樹脂材料を用いた樹脂成形により形成されている。受液部５０、複数の流路５１、複数の凹部５２、複数の分岐流路５３は、金型の形状を工夫することにより、上記樹脂成形の際に同時に作り込むことができる。
【００２９】
受液部５０、複数の流路５１、複数の凹部５２、および複数の分岐流路５３の内面には、親水処理を施しておくのが好ましい。親水処理方法としては、公知の種々の方法を採用することができるが、たとえばフッ素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを、各内面に接触させた後に、水または水蒸気を各内面に接触させることにより行うのが好ましい。この方法では、ガスや水などを用いて親水処理が行われるため、公知の親水処理方法である紫外線照射では困難な起立面（流路などの側面）に対しても、親水処理を確実に行うことができる。各内面の親水処理は、たとえば純水に対する接触角が０〜８０度となるように行われる。
【００３０】
カバー６は、周縁部が下方に突出した円盤状に形成されている。カバー６の突出部分６０は、基板５における段下げされた部分に当接する部分である。カバー６は、図５および図７に示したように、液導入口６１、複数の第１気体排出口６２、複数の凹部６３、共通流路６４および第２気体排出口６５を有している。
【００３１】
液導入口６１は、試料液を導入する際に利用されるものであり、貫通孔として形成されている。液導入口６１は、図５に良く表れているように、カバー６の中央部において、基板５の受液部５０の直上に位置するよう形成されている。
【００３２】
各第１気体排出口６２は、流路５１内の気体を排出するためのものであり、貫通孔として形成されている。各第１気体排出口６２は、図５（ｂ）によく表れているように、基板５の分岐流路５３の直上に位置するように形成されている。その結果、複数の第１気体排出口６２は、図４および図７に示したように同一円周上に位置するように設けられている。図５（ｂ）によく表れているように、各第１気体排出口６２は、シール材６２ａにより上部開口が塞がれている。シール材６２ａは、アルミニウムなどの金属により、あるいは樹脂により形成することができる。シール材６２ａは、たとえば接着材を用いて、あるいは融着により基板５に固定されている。
【００３３】
複数の凹部６３は、後述するように反応部５１Ｂに対してカバー６の上面６Ａ側から光を照射するための部位である（図１および図２参照）。各凹部６３は、図５（ａ）に示したように、カバー６の上面６Ａにおいて反応部５１Ｂの直上に位置するように設けられている。その結果、図４および図７に示したように、複数の凹部６３は、カバー６の周縁部において同一円周上に配置されている。
【００３４】
共通流路６４は、流路５１内の気体を外部に排出する際に、第２気体排出口６５に気体を導くための流路となるものである。共通流路６４は、図５および図７に示したように、カバー６の下面６Ｂの周縁部において、環状の凹部として形成されている。共通流路６４は、図５（ａ）および図６に示したように、基板５の複数の流路５１と連通している。
【００３５】
第２気体排出口６５は、図５（ａ）および図７に示したように共通流路６４に連通する貫通孔として形成されている。第２気体排出口６５の上部開口は、シール材６５ａによって塞がれている。シール材６５ａとしては、第１気体排出口６２を塞ぐためのシール材６２ａと同様なものを使用することができる。
【００３６】
カバー６は、基板５と同様に透明な樹脂材料を用いた樹脂成形により形成することができる。液導入部６１、複数の第１気体排出口６２、複数の凹部６３、共通流路６４および第２気体排出口６５は、上記樹脂成形の際に同時に作り込むことができる。カバー６についても、少なくとも基板５の流路５１を臨む部分に親水処理を施しておくのが好ましい。親水処理の方法については、基板５に対する親水処理方法と同様な手法を採用することができる。
【００３７】
接着層７は、図５に良く表れているように、基板５に対してカバー６を接合する役割を果たしている。図４および図５に示したように、接着層７は、中央部に貫通孔７０を備えた接着シートを、基板５とカバー６との間に介在させることにより形成されている。接着層７の貫通孔７０の径は、基板５の受液部５０やカバー６の液導入口６１の径よりも大きくされている。接着シートとしては、たとえば基材の両面に接着層を形成したものを使用することができる。
【００３８】
分離膜８は、試料液中の固体成分、たとえば血液中の血球成分を分離するためのものである。分離膜８は、図５に示したように、接着層７の貫通孔７０の径に対応した径を有しており、接着層７の貫通孔７０に嵌まり込むようにして、基板５の受液部５０とカバー６の液導入口６１との間に介在させられている。受液部５０は、凹部として形成されていることから、分離膜８は、受液部５０の底面に対して間隔を隔てて配置されている。分離膜８の径が受液部５０の径よりも大きな貫通孔７０の径に対応していることから、各流路５１における受液部５０に近い部位は分離膜８によって覆われている。このように分離膜８を配置することにより、液導入口６１から導入された試料液は、分離膜８の厚み方向に透過してから受液部５０に到達することとなる。
【００３９】
分離膜８としては、たとえば多孔質物質を使用することができる。分離膜８として使用できる多孔質物質としては、たとえば紙状物、フォーム（発泡体）、織布状物、不織布状物、編物状物、メンブレンフィルター、ガラスフィルター、あるいはゲル状物質が挙げられる。試料液として血液を用い、分離膜８において血液中の血球成分を分離する場合には、分離膜８として、その細孔径（ポアサイズ）が０．１〜１０μｍのものを使用するのが好ましい。
【００４０】
図１および図２に示した分析装置Ｘの装着部１は、マイクロデバイスＹを保持するための凹部１０を有している。装着部１には、光透過領域１１が設定されている。この光透過領域１１は、凹部１０にマイクロデバイスＹを装着したときに反応部５１Ｂに対応する部位に設けられている。この光透過領域１１は、装着部１の目的部位を透明樹脂などの透明材料により構成することにより形成されている。もちろん、装着部１の全体を透明な材料により形成してもよい。装着部１は、回転軸１２により支持されており、この回転軸１２を回転させることにより、装着部１が回転するように構成されている。回転軸１２は、図外の駆動機構に連結されており、マイクロデバイスＹにおける反応部５１Ｂの配置ピッチに対応した角度ずつ回転するように制御される。
【００４１】
光源部２は，マイクロデバイスＹの反応部５１Ｂに対して光を照射するためのものであり、カバー６の凹部６３に対向しうる部位に固定されている。光源部２は、たとえば水銀ランプや白色ＬＥＤにより構成される。これらの光源を用いる場合には、図面上は省略しているが、光源部２からの光をフィルタに入射させてから、反応部５１Ｂに光が照射される。これは、フィルタにおいて、反応液中の分析対象成分の光吸収特性に則した波長の光を選択するためである。
【００４２】
受光部３は、反応部５１Ｂを透過した光を受光するためのものであり、光源部２と同軸上において、基板５の凹部５２に対向しうる部位に固定されている。この受光部３での受光量は、試料液を分析（たとえば濃度演算）する際の基礎とされる。受光部３は、たとえばフォトダイオードにより構成される。
【００４３】
開放機構４は、シール部６２ａに開孔を形成するための第１開孔形成要素４１と、シール部６５ａに開孔を形成するための第２開孔形成要素４２と、を有している。これらの開孔形成要素４１，４２は、図外のアクチュエータによって上下方向に往復移動可能とされている。
【００４４】
第１開孔形成要素４１は、円盤状の基板４１ａの下面から、複数の針状部４１ｂが下方に向けて突出したものである。図８に示すように、各針状部４１ｂは、その径がカバー６における第１気体排出口６２の径よりも小さいものとされている。個々の針状部４１ｂは、第１気体排出口６２の配置に対応して、同一円周上に配置されている。このため、第１開孔形成要素４１の各針状部４１ｂと、カバー６の第１気体排出口６２とが位置合わせされた状態で第１開孔形成要素４１を下動させれば、複数のシール部６２ａに対して一括して開孔を形成することができる。これにより、各第１気体排出口６２が開放し、各流路５１の内部が分岐流路５３および第１気体排出口６２を介して、外部と連通した状態とされる。
【００４５】
第２開孔形成要素４２は、図１および図９に示したように針状部４２ａを有している。針状部４２ａの径は、カバー６における第２気体排出口６５の径よりも小さくされている。このため、第２開孔形成要素４２の各針状部４２ａと、カバー６の第２気体排出口６５とが位置合わせされた状態で第２開孔形成要素４２を下動させれば、シール部６５ａに対して開孔を形成することができる。これにより、第２気体排出口６５が開放し、各流路５１の内部が共通流路６４および第２気体排出口６５を介して、外部と連通した状態とされる。
【００４６】
もちろん、各第１および第２気体排出口６２，６５を開放させる方法は、上述した例には限定されない。たとえば、シート部材６２ａ，６５ａにエネルギを付与してシート部材６２ａ，６５ａを溶融または変形させて第１および第２気体排出口６２，６５を開放してもよい。エネルギの付与は、レーザなどの光源、超音波発信器あるいは発熱体などを用いることもできる。もちろん、シート部材６２ａ，６５ａを引き剥がすことにより、気体排出口６２，６５を開放するようにしてもよい。
【００４７】
試料液の分析時には、図５に示したように、マイクロデバイスＹに対して、試料導入口６１を介して試料液Ｓを供給する必要がある。試料液Ｓの供給は、たとえば液導入口６１に対して試料液Ｓを点着することにより行われる。このような試料液Ｓの供給は、分析装置ＸにマイクロデバイスＹを装着した状態で行ってもよいが、予めマイクロデバイスＹに試料液Ｓを供給しておいた上で、その後に分析装置ＸにマイクロデバイスＹを装着するのが好ましい。マイクロデバイスＹでは、一度の点着作業によって試料液の供給を複数の流路５１に対して一括して行うことができる。そのため、マイクロデバイスＹでは、試料液の供給を流路５１毎に個別に行う場合に比べれば、試料液を供給する煩わしさが少なくなる。
【００４８】
マイクロデバイスＹに対して試料液Ｓを供給した場合には、試料液Ｓは、図５から予想されるように分離膜８の厚み方向に透過して受液部５０に到達する。このとき、試料液Ｓ中の固体成分が除去される。たとえば試料液として血液を使用する場合には、血液中の血球成分が除去される。試料液Ｓの供給時には、第１および第２気体排出口６２，６５が閉鎖されているので、図１０（ａ）に模式的に示したように、試料液Ｓは受液部５０に保持され、流路５１内には導入されない。
【００４９】
本実施の形態においては、分離膜８の厚み方向に試料液を移動させて固体成分を除去するように構成されている。そのため、試料液を分離膜８の平面方向に移動させて固体成分を除去する場合に比べれば、分離膜８における試料液の滞留時間が短くなる。そのため、固体成分を除去するために必要な時間が短くなる。
【００５０】
流路５１内に試料液Ｓを導入する場合には、複数のシール部６２ａに対して同時に開孔を形成すればよい。複数のシール部６２ａに対する開孔の形成は、図８に示したように第１開孔形成要素４１を下動させて各シール部６２ａに針状部４１ｂを差し込んだ後、第１開孔形成要素４１を上動させて各シール部６２ａから針状部４１ｂを抜くことにより行われる。これにより、複数のシール部６２ａに対して同時に開孔が形成される。第１開孔形成要素４１の下動および上動は、たとえば使用者が操作スイッチを操作することにより、分析装置Ｘにおいて自動的に行われる。
【００５１】
シール部６２ａに開孔を形成した場合には、流路５１の内部が第１気体排出口６２および分岐流路５３を介して連通する。したがって、受液部５０に保持された試料液Ｓは、毛細管現象により流路５１の内部を移動する。図１０（ａ）に矢印で示したように、分岐部５１Ａに至った試料液Ｓは、分岐部５１Ａを超えて反応部５１Ｂに到達することができず、分岐流路５３に導入される。これにより、図１０（ｂ）に模式的に示したように、反応部５１Ｂのごく近傍に試料液Ｓが存在する状態が達成され、反応部５１Ｂにおいて試料液Ｓと試薬とを反応させるための準備が終了する。
【００５２】
一方、試料液Ｓを反応部５１Ｂに供給する場合には、シール部６５ａに開孔を形成すればよい。シール部６５ａに対する開孔の形成は、図９に示したように第２開孔形成要素４２を下動させてシール部６５ａに針状部４２ａを差し込んだ後、第２開孔形成要素４２を上動させてシール部６５ａから針状部４２ａを抜くことにより行われる。第２開孔形成要素４２の下動および上動は、たとえば使用者が操作スイッチを操作することにより、分析装置Ｘにおいて自動的に行われる。
【００５３】
シール部６５ａに開孔を形成した場合には、流路５１の内部が第２気体排出口６５および共通流路６４を介して連通する。したがって、反応部５１Ｂの手前で移動が停止された試料液Ｓは、再び毛細管現象により流路５１を移動する。これにより、各流路５１においては、図１０（ｃ）に示したように分岐部５１Ａを超えて試料液Ｓが移動し、複数の反応部５１Ｂに対して一括して試料液Ｓが供給される。
【００５４】
反応部５１Ｂでは、試料液により試薬部５４が溶解させられて液相反応系が構築される。これにより、試料液Ｓと試薬が反応し、たとえば液相反応系が試料中の被検知成分の量に相関した呈色を示し、あるいは被検知成分の量に応じた反応物が生成する。その結果、反応部５１Ｂの液相反応系は、被検知成分の量に応じた透光性（光吸収性）を示すこととなる。反応部５１Ｂへの試料供給から一定時間経過した場合には、図１および図２に示した光源部２により反応部５１Ｂに光を照射し、そのときの透過光量が受光部３において測定される。光源部２による光照射および受光部３での透過光の受光は、装着部１を一定角度ずつ回転させつつ、各流路５１に設定された全ての反応部５１Ｂに対して行われる。分析装置Ｘでは、受光部３での受光量に基づいて、試料の分析、たとえば被検知成分の濃度演算が行われる。
【００５５】
以上に説明した分析手法では、反応部５１Ｂの近傍（分岐部５１Ａ）まで試料液Ｓを導いた後、シール部６５ａを開孔することよって分岐部５１Ａからの試料液Ｓを反応部５１Ｂに供給するようになされている。つまり、１つの気体排出口を開放するだけで、複数の流路５１において、反応部５１Ｂに対して試料液Ｓを供給することができる。したがって、試料液Ｓの供給開始操作（シール部６５ａの開孔）から反応部５１Ｂに試料液Ｓが供給されるまでの時間が短くなって、流路５１毎、ひいては各回の測定毎（各分析用具毎）の供給開始操作から試料の供給までに要する時間のバラツキが小さくなる。つまり、反応部５１Ｂでの反応開始タイミングを、シール部６５ａの開孔という動作によって適切に制御できるようになる。
【００５６】
分析装置Ｘでは、マイクロデバイスＹを一定ピッチずつ回転させることにより反応部５１Ｂに対する光照射および透過光の受光が行われる。そのため、測定系としては、固定化された光源部２および受光部３の組を１組設ければよいため、分析装置Ｘの構成が簡略化され、分析装置Ｘの大型化、製造コストおよび測光に要するランニングコストを抑制することができるようになる。分析装置Ｘでは、マイクロデバイスＹの回転を一定ピッチずつ行うように構成されているため、遠心力を作用させる場合のような高速回転は要求されない。このため、マイクロデバイスＹを回転させるのに必要な動力が小さくてもよく、装着部１（マイクロデバイスＹ）を回転させるための動力源としては、比較的に出力の小さなものを用いることができるようになる。これによっても、分析装置Ｘの装置構成が簡略化され、分析装置Ｘの大型化、製造コストおよび測光に要するランニングコストをさらに抑制することができるようになる。
【００５７】
もちろん、本発明は上述した実施の形態には限定されず、種々に設計変更が可能である。たとえば、本発明に係る分析用具は、図１１および図１２に示したような構成とすることもできる。これらの図に示したマイクロデバイスでは、流路などの気体や液体が移動する部分については模式的に示してある。
【００５８】
図１１に示したマイクロデバイスＹａは、複数の流路５１が、中央部に設けられた液導入口６１から周縁に向けて直線状に延びる放射状に配置されているとともに、反応部５１Ｂが同一円周上に配置されている。これらの点においては、先に説明したマイクロデバイスＹ（図６参照）と同様である。その一方、マイクロデバイスＹａでは、先に説明したマイクロデバイスＹ（図６参照）とは異なり、各流路５１が個別に排気口６５Ａと連通し、分岐流路５３や共通流路６４（図６参照）が省略されている。
【００５９】
この構成においては、液導入口６１から各流路５１に導入された試料液は、反応部５１Ｂの手前において停止することなく、毛細管現象により排気口６５Ａに向けて進行する。マイクロデバイスＹａでは、液導入口６１が中央部に配置され、かつ反応部５１Ｂが同一円周上に配置されているために、液導入口６１から各反応部５１Ｂまでの距離が略同一とされている。これにより、試料液が各反応部５１Ｂに到達するタイミングが略画一化される。したがって、マイクロデバイスＹａにおいても、反応部５１Ｂ毎に反応開始タイミングや反応時間を画一化することができるため、精度良く分析を行えるようになる。
【００６０】
図１２に示したマイクロデバイスＹｂは、複数の反応部５１ＢがマイクロデバイスＹｂの周縁部において同一円周上に配置されている点において先に説明したマイクロデバイスＹａ（図１１参照）と同様である。マイクロデバイスＹｂでは、複数の流路５１が複数の集合流路５１Ｄとしてグループ化されている点において、先に説明したマイクロデバイスＹａ（図１１参照）とは異なっている。各集合流路５１Ｄは、共通部分５１Ｅ，５１Ｆ、および反応部５１Ｂが設けられた個別部分５１Ｇを有している。各集合流路５１Ｄにおいては、当該集合流路５１Ｄを構成する流路５１相互において、共通部分５１Ｅ，５１Ｆを共用している。
【００６１】
この構成においては、複数の流路５１に対して一括して試料液を供給することができ、しかも、最終的に分岐する個別部分５１Ｇ（反応部５１Ｂが設けられた部分）の数を少なくすれば、各流路５１の長さ、ひいては液導入口６１から各反応部５１Ｂまでの長さを略均一化することができる。
【００６２】
本実施の形態においては、マイクロデバイスが円盤状に形成された場合を例にとって説明したが、マイクロデバイスを平面視矩形状などのその他の形態に形成してもよい。また、本発明の技術思想は、微量な試料液を光学的手法により分析するように構成されたマイクロデバイスに限らず、マイクロデバイスよりも多量の試料液を用いて分析を行う分析用具、あるいは電気化学的手法など、その他の手法により分析を行うように構成された分析用具についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分析装置および分析用具の一例の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示したマイクロデバイスの全体斜視図である。
【図４】図３に示したマイクロデバイスの分解斜視図である。
【図５】（ａ）は図３のＶａ−Ｖａ線に沿う断面図、（ｂ）は図３のＶｂ−Ｖｂ線に沿う断面図である。
【図６】マイクロデバイスの基板の平面図である。
【図７】マイクロデバイスのカバーの底面図である。
【図８】第１気体排出口を開放させる動作を説明するための断面図である。
【図９】第２気体排出口を開放させる動作を説明するための断面図である。
【図１０】流路における試料液の移動状態を説明するための模式図である。
【図１１】本発明に係る分析用具の他の例を説明するための模式的平面図である。
【図１２】本発明に係る分析用具の他の例を説明するための模式的平面図である。
【図１３】従来の分析用具を説明するための模式的平面図である。
【符号の説明】
Ｘ 分析装置
Ｙ，Ｙａ，Ｙｂ マイクロデバイス（分析用具）
１ 装着部（回転手段を構成する）
１２ 回転軸（回転手段を構成する）
３ 受光部（検知手段を構成する）
５ 基板
５１ 流路
５１Ｂ 反応部（測定部位）
５１Ｄ 集合流路
５１Ｅ，５１Ｆ 共通部分
５１Ｇ 個別部分
６ カバー
６１ 液導入口
【発明の属する技術分野】
本発明は、分析用具および分析装置を用いて、試料液の分析するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料液の分析方法としては、たとえば試料液と試薬を反応させたときの反応液を、光学的手法により分析する方法がある。このような手法により試料液の分析を行う場合には、反応場を提供する分析用具が利用されている。分析用具としては、１種類の試料液を用いて複数の項目を分析できるように、あるいは複数種類の試料液について同一項目を分析できるように、複数の流路を備えたものがある。
【０００３】
複数の流路を備えた分析用具としては、たとえば図１３（ａ）および（ｂ）に示したように矩形状の形態に形成され、複数の流路９０Ａ，９０Ｂの主要部が互いに平行に配置されたものがある。その一方で、複数の流路を放射状に配置した分析用具もある（たとえば特許文献１および２参照）。特許文献１に記載の分析用具は、キャピラリを介して、分析用具の周縁部から試料液を導入し、キャピラリの内部において酵素反応を生じさせるように構成されたものである。一方、特許文献２に記載の分析用具は、分析用具を回転させ、遠心力を利用して複数の流路に対して試料液を供給するように構成されたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−２８７５号公報
【特許文献２】
特表平１０−５０１３４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１３（ａ）に示した分析用具９Ａでは、液導入口９１Ａを介して各流路９０Ａに対して個別に試料液を供給する必要があるために、試料液を供給する作業が煩わしいものとなる。一方、図１３（ｂ）に示した分析用具９Ｂでは、複数の流路９０Ｂが１つの液導入口９１Ｂにつなげられているために、複数の流路９０Ｂに対する試料液の供給を一括して行うことができる。その反面、流路９０Ｂの数が大きくなるにつれて、各流路９０Ｂの長さを均一化するのが困難となる。流路９０Ｂの長さの違いは、試料液が液導入口９１Ｂから反応部９２Ｂに到達するまでの時間の相違として現れる。その結果、流路９０Ｂ毎に反応部９２Ｂに試料液が供給されるタイミングが相違することとなって、反応部９２Ｂ毎に反応に費やすことができる時間に不均一さが生じる。この不均一さは、測定結果に反映されるため、流路９０Ｂの長さの相違は、結果として測定精度に影響を与えることとなる。
【０００６】
図１３（ａ）および（ｂ）に示した分析用具９Ａ，９Ｂでは、各流路９０Ａ，９０Ｂに供給された試料液を光学的手法により分析するためには、１つの測光系を設けてこの測光系を走査させるか、あるいは流路９０Ａ，９０Ｂの数に応じた測光系を設ける必要がある。そのため、測光系が複雑化して分析装置が大型化し、また製造コストが高くなったり、ランニングコストが高くなってしまう。
【０００７】
特許文献１に記載の分析用具では、図１３（ａ）に示した分析用具９Ａと同様に、各キャピラリに対して個別に試料液を供給する必要があるために、キャピラリの数に応じた回数だけ試料液を供給する必要が生じ、試料液の供給作業が煩わしいものとなる。これに対して特許文献２に記載の分析用具では、流路の数に応じた分だけ試料液を供給する必要はないものの、流路に対して試料液を供給するために分析用具を高速で回転させ、試料液に目的とする遠心力を作用させる必要がある。そのため、分析用具を用いて試料液を分析するための装置が複雑化して製造コストが高くなり、また分析用具を高速で回転させる必要があるためにランニングコストが高くなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような事情のもとに考えだされたものであって、分析装置の大型化、製造コストおよびランニングコストを抑制しつつも、分析用具に試料液を供給する際の負担を軽減し、簡易な構成により精度良く試料液の分析を行えるようにすることを課題としている。
【０００９】
【発明の開示】
本発明では、上記した課題を解決するために、次の技術的手段を講じている。
【００１０】
すなわち、本発明の第１の側面により提供される分析用具は、中央部に設けられた液導入口と、上記液導入口に連通し、かつ上記液導入口から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
各流路は、たとえば中央部から周縁部に向けて直線状に延びるように形成される。この場合、複数の流路は、放射状に配置されるのが好まししい。複数の流路は、たとえば共通部分および個別部分を有する１または複数の集合流路にグループ化してもよい。この場合、集合流路は、中央部から周縁部に向けて分岐しつつ延びるように形成するのが好ましい。
【００１２】
本発明の分析用具は、たとえば複数の測定部位を備えている。この場合、各流路には、複数の測定部位のうちの少なくとも１つの測定部位を設け、複数の測定部位を同一円周上に位置するように配置するのが好ましい。この構成では、分析用具を円盤状の形態に形成するのが好ましい。
【００１３】
複数の流路のうちの２以上の流路には、試料液と反応させるための試薬部を設け、かつ上記２以上の流路に設けられる試薬部を、互いに異なった試薬を含むものとして構成するのが好ましい。この構成では、液導入口を介して導入された１種類の試料液から複数の項目を測定できるようになる。
【００１４】
本発明の分析用具は、たとえば基板と、この基板に接合されるカバーと、を備えたものとして構成される。この場合、たとえば液導入口は、基板またはカバーに設けられた貫通孔によって構成され、複数の流路は、基板またはカバーに設けられた凹部によって構成される。
【００１５】
本発明の分析用具は、微量な試料液に基づいて分析を行うように構成するのが好ましい。この場合、凹部の主断面は、たとえば幅寸法ａが１０〜５００μｍ、深さ寸法ｂが５〜５００μｍであり、かつｂ／ａ≧０．５である矩形断面とされる。ここで、本発明でいう「主断面」とは、試料液の進行方向に直交する縦断面をさし、断面形状が一様でない場合においては、試料液を進行させることを主目的とした部分の縦断面をさすものとする。
【００１６】
本発明の第２の側面においては、分析用具を利用して試料液の分析を行うように構成された分析装置であって、上記分析用具が、中央部に設けられた液導入口と、上記液導入口に連通し、かつ上記液導入口から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路と、同一円周上に配置された複数の測定部位と、を備え、かつ上記各流路に上記複数の測定部位のうちの少なくとも１つの測定部位が設けられたものである場合において、上記分析用具を回転させるための回転手段と、上記測定部位に刺激を与える一方で、上記測定部位での応答を検知するための検知手段と、を備えたことを特徴とする、分析装置が提供される。この分析装置においては、刺激は、たとえば光として与えられ、応答は、たとえば反射光、透過光または散乱光として検知される。
【００１７】
好ましい実施の形態においては、上記複数の測定部位が等間隔で配置されている場合において、上記回転手段は、隣接する測定部位相互の間隔に対応した角度ずつ上記分析用具を間欠的に回転させるように構成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１９】
図１および図２に示した分析装置Ｘは、分析用具としてのマイクロデバイスＹを装着して試料液の分析を行うためのものであり、マイクロデバイスＹを装着するための装着部１、光源部２、受光部３および開放機構４を備えている。
【００２０】
図３ないし図５に示したマイクロデバイスＹは、反応場を提供するものであり、基板５、カバー６、接着層７および分離膜８を有している。
【００２１】
基板５は、透明な円盤状に形成されており、周縁部が段下げされた形態を有している。図５（ａ）および図６に示したように、基板５は、中央部に設けられた受液部５０と、この受液部５０に連通する複数の流路５１と、複数の凹部５２と、複数の分岐流路５３と、を有している。
【００２２】
受液部５０は、マイクロデバイスＹに供給された試料液を、各流路５１に導入するために保持するためのものである。受液部５０は、基板５の上面５Ａにおいて、円形状の凹部として形成されている。
【００２３】
各流路５１は、試料液を移動させるためのものであり、受液部５０に連通するように基板５の上面５Ａに形成されている。図５（ａ）に示したように、各流路５１は、受液部５０を介して、後述するカバー６の液導入口６１に繋げられており、基本的には、中央部から周縁部に延びる直線状に形成されている。その結果、複数の流路５１は、流路長が同一とされているとともに、放射状に配置されている。各流路５１は、分岐部５１Ａおよび反応部５１Ｂを有している。各流路５１における反応部５１Ｂを除いた部分は、略一様な矩形断面とされている。各流路５１は、この矩形断面の幅寸法および高さ寸法が、たとえば１０〜５００μｍおよび５〜５００μｍ、幅寸法／高さ寸法が０．５以上となるように形成されている。
【００２４】
図４および図６に示したように、分岐部５１Ａからは、流路５１に連通する分岐流路５３が延出している。分岐部５１Ａは、反応部５１Ｂに極力近い部位に設定されており、分岐部５１Ａと反応部５１Ｂとの距離が極力小さくなるようになされている。分岐流路５３は、略一様な矩形断面を有しており、この矩形断面の寸法は、流路の矩形断面と同様なものとされる。
【００２５】
反応部５１Ｂは、流路５１の主断面よりも大きな断面積を有している。個々の反応部５１Ｂは、同一円周上に設けられている。各反応部５１Ｂには、図５（ａ）に示したように試薬部５４が設けられている。ただし、試薬部５４は、必ずしも全ての流路５１に設ける必要はなく、たとえば試料液の色味による影響を補正するために利用される流路については試薬部が省略される。
【００２６】
試薬部５４は、試料液が供給されたときに溶解する固体状とされており、試料液中の特定成分と反応して発色するものである。本実施の形態では、マイクロデバイスＹにおいて複数の項目を測定できるように、たとえば成分または組成の異なる複数種類の試薬部５４が準備されている。
【００２７】
複数の凹部５２は、後述するように反応部５１Ｂに対して基板５の上面５Ａ側から光が照射されたときに、基板５の下面５Ｂ側に透過光を出射させるための部位である（図１および図２参照）。各凹部５２は、基板５の下面５Ｂにおける反応部５１Ｂに対応した部位に設けられている。その結果、図６に示したように、複数の凹部５２は、基板５の周縁部において同一円周上に配置されている。
【００２８】
基板５は、たとえばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル系樹脂あるいはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）といった透明な樹脂材料を用いた樹脂成形により形成されている。受液部５０、複数の流路５１、複数の凹部５２、複数の分岐流路５３は、金型の形状を工夫することにより、上記樹脂成形の際に同時に作り込むことができる。
【００２９】
受液部５０、複数の流路５１、複数の凹部５２、および複数の分岐流路５３の内面には、親水処理を施しておくのが好ましい。親水処理方法としては、公知の種々の方法を採用することができるが、たとえばフッ素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを、各内面に接触させた後に、水または水蒸気を各内面に接触させることにより行うのが好ましい。この方法では、ガスや水などを用いて親水処理が行われるため、公知の親水処理方法である紫外線照射では困難な起立面（流路などの側面）に対しても、親水処理を確実に行うことができる。各内面の親水処理は、たとえば純水に対する接触角が０〜８０度となるように行われる。
【００３０】
カバー６は、周縁部が下方に突出した円盤状に形成されている。カバー６の突出部分６０は、基板５における段下げされた部分に当接する部分である。カバー６は、図５および図７に示したように、液導入口６１、複数の第１気体排出口６２、複数の凹部６３、共通流路６４および第２気体排出口６５を有している。
【００３１】
液導入口６１は、試料液を導入する際に利用されるものであり、貫通孔として形成されている。液導入口６１は、図５に良く表れているように、カバー６の中央部において、基板５の受液部５０の直上に位置するよう形成されている。
【００３２】
各第１気体排出口６２は、流路５１内の気体を排出するためのものであり、貫通孔として形成されている。各第１気体排出口６２は、図５（ｂ）によく表れているように、基板５の分岐流路５３の直上に位置するように形成されている。その結果、複数の第１気体排出口６２は、図４および図７に示したように同一円周上に位置するように設けられている。図５（ｂ）によく表れているように、各第１気体排出口６２は、シール材６２ａにより上部開口が塞がれている。シール材６２ａは、アルミニウムなどの金属により、あるいは樹脂により形成することができる。シール材６２ａは、たとえば接着材を用いて、あるいは融着により基板５に固定されている。
【００３３】
複数の凹部６３は、後述するように反応部５１Ｂに対してカバー６の上面６Ａ側から光を照射するための部位である（図１および図２参照）。各凹部６３は、図５（ａ）に示したように、カバー６の上面６Ａにおいて反応部５１Ｂの直上に位置するように設けられている。その結果、図４および図７に示したように、複数の凹部６３は、カバー６の周縁部において同一円周上に配置されている。
【００３４】
共通流路６４は、流路５１内の気体を外部に排出する際に、第２気体排出口６５に気体を導くための流路となるものである。共通流路６４は、図５および図７に示したように、カバー６の下面６Ｂの周縁部において、環状の凹部として形成されている。共通流路６４は、図５（ａ）および図６に示したように、基板５の複数の流路５１と連通している。
【００３５】
第２気体排出口６５は、図５（ａ）および図７に示したように共通流路６４に連通する貫通孔として形成されている。第２気体排出口６５の上部開口は、シール材６５ａによって塞がれている。シール材６５ａとしては、第１気体排出口６２を塞ぐためのシール材６２ａと同様なものを使用することができる。
【００３６】
カバー６は、基板５と同様に透明な樹脂材料を用いた樹脂成形により形成することができる。液導入部６１、複数の第１気体排出口６２、複数の凹部６３、共通流路６４および第２気体排出口６５は、上記樹脂成形の際に同時に作り込むことができる。カバー６についても、少なくとも基板５の流路５１を臨む部分に親水処理を施しておくのが好ましい。親水処理の方法については、基板５に対する親水処理方法と同様な手法を採用することができる。
【００３７】
接着層７は、図５に良く表れているように、基板５に対してカバー６を接合する役割を果たしている。図４および図５に示したように、接着層７は、中央部に貫通孔７０を備えた接着シートを、基板５とカバー６との間に介在させることにより形成されている。接着層７の貫通孔７０の径は、基板５の受液部５０やカバー６の液導入口６１の径よりも大きくされている。接着シートとしては、たとえば基材の両面に接着層を形成したものを使用することができる。
【００３８】
分離膜８は、試料液中の固体成分、たとえば血液中の血球成分を分離するためのものである。分離膜８は、図５に示したように、接着層７の貫通孔７０の径に対応した径を有しており、接着層７の貫通孔７０に嵌まり込むようにして、基板５の受液部５０とカバー６の液導入口６１との間に介在させられている。受液部５０は、凹部として形成されていることから、分離膜８は、受液部５０の底面に対して間隔を隔てて配置されている。分離膜８の径が受液部５０の径よりも大きな貫通孔７０の径に対応していることから、各流路５１における受液部５０に近い部位は分離膜８によって覆われている。このように分離膜８を配置することにより、液導入口６１から導入された試料液は、分離膜８の厚み方向に透過してから受液部５０に到達することとなる。
【００３９】
分離膜８としては、たとえば多孔質物質を使用することができる。分離膜８として使用できる多孔質物質としては、たとえば紙状物、フォーム（発泡体）、織布状物、不織布状物、編物状物、メンブレンフィルター、ガラスフィルター、あるいはゲル状物質が挙げられる。試料液として血液を用い、分離膜８において血液中の血球成分を分離する場合には、分離膜８として、その細孔径（ポアサイズ）が０．１〜１０μｍのものを使用するのが好ましい。
【００４０】
図１および図２に示した分析装置Ｘの装着部１は、マイクロデバイスＹを保持するための凹部１０を有している。装着部１には、光透過領域１１が設定されている。この光透過領域１１は、凹部１０にマイクロデバイスＹを装着したときに反応部５１Ｂに対応する部位に設けられている。この光透過領域１１は、装着部１の目的部位を透明樹脂などの透明材料により構成することにより形成されている。もちろん、装着部１の全体を透明な材料により形成してもよい。装着部１は、回転軸１２により支持されており、この回転軸１２を回転させることにより、装着部１が回転するように構成されている。回転軸１２は、図外の駆動機構に連結されており、マイクロデバイスＹにおける反応部５１Ｂの配置ピッチに対応した角度ずつ回転するように制御される。
【００４１】
光源部２は，マイクロデバイスＹの反応部５１Ｂに対して光を照射するためのものであり、カバー６の凹部６３に対向しうる部位に固定されている。光源部２は、たとえば水銀ランプや白色ＬＥＤにより構成される。これらの光源を用いる場合には、図面上は省略しているが、光源部２からの光をフィルタに入射させてから、反応部５１Ｂに光が照射される。これは、フィルタにおいて、反応液中の分析対象成分の光吸収特性に則した波長の光を選択するためである。
【００４２】
受光部３は、反応部５１Ｂを透過した光を受光するためのものであり、光源部２と同軸上において、基板５の凹部５２に対向しうる部位に固定されている。この受光部３での受光量は、試料液を分析（たとえば濃度演算）する際の基礎とされる。受光部３は、たとえばフォトダイオードにより構成される。
【００４３】
開放機構４は、シール部６２ａに開孔を形成するための第１開孔形成要素４１と、シール部６５ａに開孔を形成するための第２開孔形成要素４２と、を有している。これらの開孔形成要素４１，４２は、図外のアクチュエータによって上下方向に往復移動可能とされている。
【００４４】
第１開孔形成要素４１は、円盤状の基板４１ａの下面から、複数の針状部４１ｂが下方に向けて突出したものである。図８に示すように、各針状部４１ｂは、その径がカバー６における第１気体排出口６２の径よりも小さいものとされている。個々の針状部４１ｂは、第１気体排出口６２の配置に対応して、同一円周上に配置されている。このため、第１開孔形成要素４１の各針状部４１ｂと、カバー６の第１気体排出口６２とが位置合わせされた状態で第１開孔形成要素４１を下動させれば、複数のシール部６２ａに対して一括して開孔を形成することができる。これにより、各第１気体排出口６２が開放し、各流路５１の内部が分岐流路５３および第１気体排出口６２を介して、外部と連通した状態とされる。
【００４５】
第２開孔形成要素４２は、図１および図９に示したように針状部４２ａを有している。針状部４２ａの径は、カバー６における第２気体排出口６５の径よりも小さくされている。このため、第２開孔形成要素４２の各針状部４２ａと、カバー６の第２気体排出口６５とが位置合わせされた状態で第２開孔形成要素４２を下動させれば、シール部６５ａに対して開孔を形成することができる。これにより、第２気体排出口６５が開放し、各流路５１の内部が共通流路６４および第２気体排出口６５を介して、外部と連通した状態とされる。
【００４６】
もちろん、各第１および第２気体排出口６２，６５を開放させる方法は、上述した例には限定されない。たとえば、シート部材６２ａ，６５ａにエネルギを付与してシート部材６２ａ，６５ａを溶融または変形させて第１および第２気体排出口６２，６５を開放してもよい。エネルギの付与は、レーザなどの光源、超音波発信器あるいは発熱体などを用いることもできる。もちろん、シート部材６２ａ，６５ａを引き剥がすことにより、気体排出口６２，６５を開放するようにしてもよい。
【００４７】
試料液の分析時には、図５に示したように、マイクロデバイスＹに対して、試料導入口６１を介して試料液Ｓを供給する必要がある。試料液Ｓの供給は、たとえば液導入口６１に対して試料液Ｓを点着することにより行われる。このような試料液Ｓの供給は、分析装置ＸにマイクロデバイスＹを装着した状態で行ってもよいが、予めマイクロデバイスＹに試料液Ｓを供給しておいた上で、その後に分析装置ＸにマイクロデバイスＹを装着するのが好ましい。マイクロデバイスＹでは、一度の点着作業によって試料液の供給を複数の流路５１に対して一括して行うことができる。そのため、マイクロデバイスＹでは、試料液の供給を流路５１毎に個別に行う場合に比べれば、試料液を供給する煩わしさが少なくなる。
【００４８】
マイクロデバイスＹに対して試料液Ｓを供給した場合には、試料液Ｓは、図５から予想されるように分離膜８の厚み方向に透過して受液部５０に到達する。このとき、試料液Ｓ中の固体成分が除去される。たとえば試料液として血液を使用する場合には、血液中の血球成分が除去される。試料液Ｓの供給時には、第１および第２気体排出口６２，６５が閉鎖されているので、図１０（ａ）に模式的に示したように、試料液Ｓは受液部５０に保持され、流路５１内には導入されない。
【００４９】
本実施の形態においては、分離膜８の厚み方向に試料液を移動させて固体成分を除去するように構成されている。そのため、試料液を分離膜８の平面方向に移動させて固体成分を除去する場合に比べれば、分離膜８における試料液の滞留時間が短くなる。そのため、固体成分を除去するために必要な時間が短くなる。
【００５０】
流路５１内に試料液Ｓを導入する場合には、複数のシール部６２ａに対して同時に開孔を形成すればよい。複数のシール部６２ａに対する開孔の形成は、図８に示したように第１開孔形成要素４１を下動させて各シール部６２ａに針状部４１ｂを差し込んだ後、第１開孔形成要素４１を上動させて各シール部６２ａから針状部４１ｂを抜くことにより行われる。これにより、複数のシール部６２ａに対して同時に開孔が形成される。第１開孔形成要素４１の下動および上動は、たとえば使用者が操作スイッチを操作することにより、分析装置Ｘにおいて自動的に行われる。
【００５１】
シール部６２ａに開孔を形成した場合には、流路５１の内部が第１気体排出口６２および分岐流路５３を介して連通する。したがって、受液部５０に保持された試料液Ｓは、毛細管現象により流路５１の内部を移動する。図１０（ａ）に矢印で示したように、分岐部５１Ａに至った試料液Ｓは、分岐部５１Ａを超えて反応部５１Ｂに到達することができず、分岐流路５３に導入される。これにより、図１０（ｂ）に模式的に示したように、反応部５１Ｂのごく近傍に試料液Ｓが存在する状態が達成され、反応部５１Ｂにおいて試料液Ｓと試薬とを反応させるための準備が終了する。
【００５２】
一方、試料液Ｓを反応部５１Ｂに供給する場合には、シール部６５ａに開孔を形成すればよい。シール部６５ａに対する開孔の形成は、図９に示したように第２開孔形成要素４２を下動させてシール部６５ａに針状部４２ａを差し込んだ後、第２開孔形成要素４２を上動させてシール部６５ａから針状部４２ａを抜くことにより行われる。第２開孔形成要素４２の下動および上動は、たとえば使用者が操作スイッチを操作することにより、分析装置Ｘにおいて自動的に行われる。
【００５３】
シール部６５ａに開孔を形成した場合には、流路５１の内部が第２気体排出口６５および共通流路６４を介して連通する。したがって、反応部５１Ｂの手前で移動が停止された試料液Ｓは、再び毛細管現象により流路５１を移動する。これにより、各流路５１においては、図１０（ｃ）に示したように分岐部５１Ａを超えて試料液Ｓが移動し、複数の反応部５１Ｂに対して一括して試料液Ｓが供給される。
【００５４】
反応部５１Ｂでは、試料液により試薬部５４が溶解させられて液相反応系が構築される。これにより、試料液Ｓと試薬が反応し、たとえば液相反応系が試料中の被検知成分の量に相関した呈色を示し、あるいは被検知成分の量に応じた反応物が生成する。その結果、反応部５１Ｂの液相反応系は、被検知成分の量に応じた透光性（光吸収性）を示すこととなる。反応部５１Ｂへの試料供給から一定時間経過した場合には、図１および図２に示した光源部２により反応部５１Ｂに光を照射し、そのときの透過光量が受光部３において測定される。光源部２による光照射および受光部３での透過光の受光は、装着部１を一定角度ずつ回転させつつ、各流路５１に設定された全ての反応部５１Ｂに対して行われる。分析装置Ｘでは、受光部３での受光量に基づいて、試料の分析、たとえば被検知成分の濃度演算が行われる。
【００５５】
以上に説明した分析手法では、反応部５１Ｂの近傍（分岐部５１Ａ）まで試料液Ｓを導いた後、シール部６５ａを開孔することよって分岐部５１Ａからの試料液Ｓを反応部５１Ｂに供給するようになされている。つまり、１つの気体排出口を開放するだけで、複数の流路５１において、反応部５１Ｂに対して試料液Ｓを供給することができる。したがって、試料液Ｓの供給開始操作（シール部６５ａの開孔）から反応部５１Ｂに試料液Ｓが供給されるまでの時間が短くなって、流路５１毎、ひいては各回の測定毎（各分析用具毎）の供給開始操作から試料の供給までに要する時間のバラツキが小さくなる。つまり、反応部５１Ｂでの反応開始タイミングを、シール部６５ａの開孔という動作によって適切に制御できるようになる。
【００５６】
分析装置Ｘでは、マイクロデバイスＹを一定ピッチずつ回転させることにより反応部５１Ｂに対する光照射および透過光の受光が行われる。そのため、測定系としては、固定化された光源部２および受光部３の組を１組設ければよいため、分析装置Ｘの構成が簡略化され、分析装置Ｘの大型化、製造コストおよび測光に要するランニングコストを抑制することができるようになる。分析装置Ｘでは、マイクロデバイスＹの回転を一定ピッチずつ行うように構成されているため、遠心力を作用させる場合のような高速回転は要求されない。このため、マイクロデバイスＹを回転させるのに必要な動力が小さくてもよく、装着部１（マイクロデバイスＹ）を回転させるための動力源としては、比較的に出力の小さなものを用いることができるようになる。これによっても、分析装置Ｘの装置構成が簡略化され、分析装置Ｘの大型化、製造コストおよび測光に要するランニングコストをさらに抑制することができるようになる。
【００５７】
もちろん、本発明は上述した実施の形態には限定されず、種々に設計変更が可能である。たとえば、本発明に係る分析用具は、図１１および図１２に示したような構成とすることもできる。これらの図に示したマイクロデバイスでは、流路などの気体や液体が移動する部分については模式的に示してある。
【００５８】
図１１に示したマイクロデバイスＹａは、複数の流路５１が、中央部に設けられた液導入口６１から周縁に向けて直線状に延びる放射状に配置されているとともに、反応部５１Ｂが同一円周上に配置されている。これらの点においては、先に説明したマイクロデバイスＹ（図６参照）と同様である。その一方、マイクロデバイスＹａでは、先に説明したマイクロデバイスＹ（図６参照）とは異なり、各流路５１が個別に排気口６５Ａと連通し、分岐流路５３や共通流路６４（図６参照）が省略されている。
【００５９】
この構成においては、液導入口６１から各流路５１に導入された試料液は、反応部５１Ｂの手前において停止することなく、毛細管現象により排気口６５Ａに向けて進行する。マイクロデバイスＹａでは、液導入口６１が中央部に配置され、かつ反応部５１Ｂが同一円周上に配置されているために、液導入口６１から各反応部５１Ｂまでの距離が略同一とされている。これにより、試料液が各反応部５１Ｂに到達するタイミングが略画一化される。したがって、マイクロデバイスＹａにおいても、反応部５１Ｂ毎に反応開始タイミングや反応時間を画一化することができるため、精度良く分析を行えるようになる。
【００６０】
図１２に示したマイクロデバイスＹｂは、複数の反応部５１ＢがマイクロデバイスＹｂの周縁部において同一円周上に配置されている点において先に説明したマイクロデバイスＹａ（図１１参照）と同様である。マイクロデバイスＹｂでは、複数の流路５１が複数の集合流路５１Ｄとしてグループ化されている点において、先に説明したマイクロデバイスＹａ（図１１参照）とは異なっている。各集合流路５１Ｄは、共通部分５１Ｅ，５１Ｆ、および反応部５１Ｂが設けられた個別部分５１Ｇを有している。各集合流路５１Ｄにおいては、当該集合流路５１Ｄを構成する流路５１相互において、共通部分５１Ｅ，５１Ｆを共用している。
【００６１】
この構成においては、複数の流路５１に対して一括して試料液を供給することができ、しかも、最終的に分岐する個別部分５１Ｇ（反応部５１Ｂが設けられた部分）の数を少なくすれば、各流路５１の長さ、ひいては液導入口６１から各反応部５１Ｂまでの長さを略均一化することができる。
【００６２】
本実施の形態においては、マイクロデバイスが円盤状に形成された場合を例にとって説明したが、マイクロデバイスを平面視矩形状などのその他の形態に形成してもよい。また、本発明の技術思想は、微量な試料液を光学的手法により分析するように構成されたマイクロデバイスに限らず、マイクロデバイスよりも多量の試料液を用いて分析を行う分析用具、あるいは電気化学的手法など、その他の手法により分析を行うように構成された分析用具についても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る分析装置および分析用具の一例の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示したマイクロデバイスの全体斜視図である。
【図４】図３に示したマイクロデバイスの分解斜視図である。
【図５】（ａ）は図３のＶａ−Ｖａ線に沿う断面図、（ｂ）は図３のＶｂ−Ｖｂ線に沿う断面図である。
【図６】マイクロデバイスの基板の平面図である。
【図７】マイクロデバイスのカバーの底面図である。
【図８】第１気体排出口を開放させる動作を説明するための断面図である。
【図９】第２気体排出口を開放させる動作を説明するための断面図である。
【図１０】流路における試料液の移動状態を説明するための模式図である。
【図１１】本発明に係る分析用具の他の例を説明するための模式的平面図である。
【図１２】本発明に係る分析用具の他の例を説明するための模式的平面図である。
【図１３】従来の分析用具を説明するための模式的平面図である。
【符号の説明】
Ｘ 分析装置
Ｙ，Ｙａ，Ｙｂ マイクロデバイス（分析用具）
１ 装着部（回転手段を構成する）
１２ 回転軸（回転手段を構成する）
３ 受光部（検知手段を構成する）
５ 基板
５１ 流路
５１Ｂ 反応部（測定部位）
５１Ｄ 集合流路
５１Ｅ，５１Ｆ 共通部分
５１Ｇ 個別部分
６ カバー
６１ 液導入口
Claims (11)
- 中央部に設けられた液導入口と、
上記液導入口に連通し、かつ上記液導入口から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路と、
を備えたことを特徴とする、分析用具。 - 上記各流路は、中央部から周縁部に向けて直線状に延びている、請求項１に記載の分析用具。
- 上記複数の流路は、放射状に配置されている、請求項１または２に記載の分析用具。
- 上記複数の流路は、共通部分および個別部分を有する１または複数の集合流路にグループ化されており、
上記集合流路は、中央部から周縁部に向けて分岐しつつ延びている、請求項１に記載の分析用具。 - 複数の測定部位を備えており、かつ上記各流路には上記複数の測定部位のうちの少なくとも１つの測定部位が設けられており、
上記複数の測定部位は、同一円周上に位置するように配置されている、請求項１ないし４のいずれかに記載の分析用具。 - 円盤状の形態を有している、請求項１ないし５のいずれかに記載の分析用具。
- 上記複数の流路のうちの２以上の流路には、試料液と反応させるための試薬部が設けられており、かつ上記２以上の流路に設けられる試薬部は、互いに異なった試薬を含んでいる、請求項１ないし６のいずれかに記載の分析用具。
- 基板と、この基板に接合されるカバーと、を備えており、
上記液導入口は、上記基板または上記カバーに設けられた貫通孔により構成されており、
上記複数の流路は、上記基板または上記カバーに設けられた凹部により構成されている、請求項１ないし７のいずれかに記載の分析用具。 - 凹部の主断面は、幅寸法ａが１０〜５００μｍ、深さ寸法ｂが５〜５００μｍであり、かつｂ／ａ≧０．５である矩形断面とされている、請求項８に記載の分析用具。
- 分析用具を利用して試料液の分析を行うように構成された分析装置であって、
上記分析用具が、中央部に設けられた液導入口と、上記液導入口に連通し、かつ上記液導入口から導入された試料液を、中央部から周縁部に向けて、毛細管現象を利用して進行させるための複数の流路と、同一円周上に配置された複数の測定部位と、を備え、かつ上記各流路に上記複数の測定部位のうちの少なくとも１つの測定部位が設けられたものである場合において、
上記分析用具を回転させるための回転手段と、上記測定部位に刺激を与える一方で、上記測定部位での応答を検知するための検知手段と、を備えたことを特徴とする、分析装置。 - 上記複数の測定部位が等間隔で配置されている場合において、
上記回転手段は、隣接する測定部位相互の間隔に対応した角度ずつ上記分析用具を間欠的に回転させるように構成されている、請求項１０に記載の分析装置。
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