JP2004226207A - Liquid-feeding mechanism and analyzer provided with the same - Google Patents

Liquid-feeding mechanism and analyzer provided with the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analyzer for easily and accurately performing various analyses, such as a POC analysis and a compact and low-cost liquid-feeding mechanism suitable for feeding a liquid in the analyzer. <P>SOLUTION: The analyzer for biochemical measurement is constituted of a chip, a liquid-feeding apparatus, and an optical detecting device. The chip comprises a plurality of liquid chambers filled with a liquid, a channel connected to the liquid chambers, and diaphragm membranes for covering opening parts of the liquid chambers. The liquid-feeding apparatus comprises a pressure generating means, a non-compressible medium, a sealed container, and a diaphragm member. Then, by pressing the diaphragm membrane for feeding a liquid being provided at the chip by using the liquid-feeding apparatus, and changing the capacity of the liquid chamber, an aimed amount of liquid in the liquid in the liquid chamber is fed to the channel. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微量試料の分析,検出を簡便に行うことができる分析装置に関する。また、前記分析装置における液体の送液に好適な送液機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
医療診断に必要な測定を患者近傍で行うベッドサイド診断用の分析(POC(point of care )分析)や、河川や廃棄物中の有害物質の分析を河川や廃棄物処理場等の現場で行うこと(POU(point of use)分析)や、食品の調理,収穫,輸入の各現場における汚染検査等のような、分析・計測が必要とされる現場もしくは現場の近傍で分析・計測を行うこと(以下、「POC分析等」と総称する)の重要性が注目されている。そして、近年、このようなPOC分析等に適用される検出法や装置の開発が重要視されつつある。このようなPOC分析等は、簡便に短時間で、且つ低コストで行われることが要求される。
【0003】
従来、微量分析には、試料をキャピラリガスクロマトグラフィー(CGC),キャピラリ液体クロマトグラフィー(CLC)等で分離した後、質量分析計で定量するGC−MS装置やLC−MS装置が広く使用されてきた。しかしながら、これらの分析装置は質量分析計が大型であることと操作が煩雑であることから、患者のベッドサイドや汚染河川,廃棄物処理場近辺等の現場での測定に使用することには適していない。さらに、血液等を試料とする医療診断用途の分析装置は、試料が触れる部分を使い捨てにすることが望ましい。
【0004】
そこで、これらの問題点を解決するために、従来利用されてきた分析装置を小型化し、極微量の液体試薬を反応させるμTAS(micro total analysis system )の技術をPOC分析等へ応用する検討が進んできた。μTASでは、血液に限らず検体量を微量にするために、10cmから数cm角程度以下のガラスやシリコン製のチップの表面に溝を形成して、その溝中に試薬溶液や検体を流して分離,反応を行って、微量試料の分析を行っている(特開平2−245655号公報、特開平3−226666号公報、特開平8−233778号公報、 Analytical Chem. 69, 2626−2630 (1997) Aclara Biosciencesなど)。この技術においては、検体量,検出に必要な試薬量,検出に用いた消耗品等の廃棄物,廃液の量がいずれも少なくなる上、検出に必要な時間もおおむね短時間で済むという利点がある。
【0005】
本願出願人も、特願平10−181586号明細書(「混合分析装置及び混合分析方法」)、特開2000−2675号公報(「キャピラリ光熱変換分析装置」)、特開2000−2677号公報(「分析装置」)、国際公開WO99/64846号公報、特願平11−227624号明細書(「分析用カートリッジ及び送液制御装置」)等のμTAS関係の発明を出願している。
【0006】
これらの公報又は出願明細書には、チップとして樹脂製のマイクロチップを用いることや、微量成分の検出法として熱レンズ検出法を用いることなども記載されている。
熱レンズ検出法は、励起光で液体中の試料を励起して、いわゆる熱レンズを形成させ、検出光でその熱レンズの変化を測定する光熱変換検出法であり、その原理等は以前から知られている(特開昭60−174933号公報、A.C.Boccara et.al.,Appl.Phys.Lett.36,130,1980、J. Liquid Chromatography 12, 2575−2585(1989)、特開平10−142177号公報、特開平4−369467号公報、ぶんせきNo.4,280−284,1997、M.Harada,et.al.,Anal.Chem.Vol.65,2938−2940,1993、川西,他 日本分析化学会第44年会講演要旨集,p119,1995など)。
【0007】
キャピラリー中の成分を測定する方法としては、熱レンズ検出法の他に蛍光法や吸光度法等も用いることができるが、蛍光標識物質の導入などの操作をすることなく高い感度が実現できるので、熱レンズ検出法が適している。
一方、チップ中で、キャピラリ電気泳動そのものや、電気浸透流を用いて電圧をかけることによって送液する方法も提案されている(国際公開WO96/04547号公報、S.C.Jakobson,et.al.,Anal.Chem.Vol.66,4127−4132,1994、J. Liquid Chromatography 12, 2575−2585(1989)、特開平10−142177号公報、特開平4−369467号公報など)。
【0008】
しかしながら、電気泳動も電気浸透流も、チップ内の液体に電極を介して電圧をかけるため、電極表面で測定試薬や測定試料の電気分解が生じて、試薬組成や試料組成が変化してしまうことがある。また、試薬や試料の電気分解生成物がキャピラリの内面に付着して、キャピラリ表面のゼータ電位を変えてしまい、送液速度が変化するといった現象が起こる場合もある。
【0009】
また、カートリッジ内に凍結乾燥した固体試薬を入れておき、カートリッジ内に封入した溶解希釈液で血液検体を希釈し、さらに該希釈検体液で前記固体試薬を溶解して、分析反応を行い定量する方法が開示されている(特表平10−501340号公報,特表平9−504732号公報等)。
この方法では、送液は遠心力により行われているため、送液方向は常に遠心力の働く方向、つまり、円形カートリッジの円の中心から外方に向かう方向である。固体試薬はカートリッジ中の流路末端に位置する、円周沿いの小部屋内に置かれており、希釈された検体が各小部屋に流入して、固体試薬を溶解し反応して吸光度に変化を来すようになっている。
【0010】
しかしながら、カートリッジの構造上、固体試薬は流路の最終点におかれているため、1試薬による1段反応の検出反応しか行えないこととなり、検出項目によっては、検査センターや病院の臨床検査室などで行われている、学会や官庁などで定められた推奨法による検出反応とは異なる反応及び試薬組成を採用せざるを得ない。そのため、従来の検査データとの相関性が低い場合がある。さらに、検査項目によっては、このような円形カートリッジの反応様式では分析が困難な場合も考えられる。
【0011】
これに対して、密閉カプセル内での気泡による送液方法が報告されている。これには、気泡の熱膨張による送液と電解ガスの発生による送液とがある。前者は、密閉されたチャンバーと加熱材料及び充填液とにより行われる。加熱された気泡の膨張は高い圧力を発生し、早い送液が可能である。例えばNaruse Yoshihiroらの方法は、液が充填されたチャンバー内に吸光発熱材料を封入しておき、ガラスファイバーでレーザー光をチャンバー内に導くと、吸光発熱材料の発熱によりチャンバー内の気泡が膨張して送液が行われるというものである(USP5210817号明細書)。
【0012】
一方、後者は、密閉されたチャンバーとその中に充填された電解液とチャンバーに挿入された一対の電極とにより行われる。電極に電圧を印加することによる電解ガスの発生で圧力が生じ、送液が行われるというものである。例えば、D.A.Hopkins,Jr(USP5671905号明細書)やC.R.Neagu ら(C.R.Neagu, J.G.E.Gardeniers, M.Elwenspoek, J.J.Kelly, Journal of Micro Electro Mechanical Systems, 5,1, 2−9,(1996))が報告しているものがある。
【0013】
しかしながら、気泡は圧縮性を有するので、細いキャピラリ流路中に液を送る場合は、液の流れが始まってから安定するまでに長い時間が必要となる。場合によっては、液が流れ方向に振動して、送液がまったく安定しないという問題が発生するおそれがある。
さらにまた、気泡を使用することなく充填液を外部から押して液を送る方法が提案されており、例えば圧電素子による送液があげられる。圧電素子は、比較的少量のエネルギーで大きな力を発生させることが可能である。
【0014】
しかしながら、圧電素子が単一の結晶で構成されていると、極小さい距離しか液を押し動かすことができない。ストロークを大きくするには通常は複数の結晶で圧電素子を構成するが、そうすると多くの部品が必要になり、結局コストがかさんでしまう。
また、圧電素子は小さい電流で駆動するが高い電圧を必要とするため、必ずしも今日の半導体回路に適応しているとは言えない。さらに、伸張係数の異なる材料を積層して圧電素子を構成する必要があり、しかも積層に際しては正確なクリアランスが要求されるため、微小サイズ化することが難しい。さらに、振動による往復運動であるため、送液に適した一方向の力に変換するためには、逆止弁機能を有する複数のバルブを必要としたり、複数のポンプに位相差を付ける電気的制御を必要としたりするので、システム全体が非常に複雑になるという問題があった。ディフューザーなど整流効果のあるモジュールを流路内に設置することにより送液を行うことも可能であるが、その構造上の特性により、高流速でないと整流効果は期待できない。低流速の場合には流路幅を細くすることにより高速化することも可能ではあるが、この方法では流路での圧力損失が大きくなる,チップの製作精度や流量制御精度を高める必要がある,高コストにつながる等の理由により、実用的なシステムを組むことが困難になってくる。
【0015】
さらにまた、静電的な荷電反発と反対荷電の引き合いの原理に基づく送液も報告されている。例えば、 R. Zengerleらの方法では、薄い膜状電極とチップ固定電極との静電的反発によりチャンバー内の液が押し出される(R. Zengerle, A. Richter, H. Sandmaier, Micro Electro Mechanical Systems ’92, 4, 19,(1992)) 。
【0016】
しかしながら、ギャップ距離は送液に敏感なため、実際の送液では2,3μmに制限される。この狭いギャップはゴミ等による汚染に敏感で、高い電場ではゴミを引きつけやすく、このような汚染により適切な送液が阻害される。また、大きな電流は必要としないが高い電圧を必要とするので、必ずしも今日の半導体回路に適応しているとは言えない。さらに、大きな送液力を得るには大容量の荷電板が必要である。さらに、振動による往復運動であるため、送液に適した一方向の力に変換するためには、電気的に制御されるか又は逆止弁機能を有する複数のパイロットバルブが必要になり、システム全体が非常に複雑になるという問題があった。
【0017】
【特許文献1】
米国特許第5210817号明細書
【特許文献2】
米国特許第5671905号明細書
【非特許文献1】
C.R.Neagu, J.G.E.Gardeniers, M.Elwenspoek, J.J.Kelly,”Journal of Micro Electro Mechanical Systems” ,1996年, 第5巻, 第1号,p.2−9
【非特許文献2】
R.Zengerle, A.Richter, H.Sandmaier,”Micro Electro Mechanical Systems ’92”,1992年, 第4巻,p.19
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
このように、POC分析等を行う機器へ提供する送液技術として多くの提案があるが、多項目,小型,簡便,短時間,低コストという我々の目指す機器の要求全てに適合するものは未だ提案されていない。具体的には、装置が小型で平易に製造できるもの、操作が煩雑でなく簡単に測定ができるもの、コンタミネーション防止の観点から分析用チップが使い捨てにできるもの、検査結果が従来の検査法と相関性があるもの、光熱変換検出法(熱レンズ法)等による濃度測定が可能なもの、外部の送液装置と分析用チップとの間に複雑な接続機構がないもの、精度確保のため濃度標準液反応が行えるもの、等の多くの必要条件を満たすことのできる送液機構が求められている。
【0019】
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、その機構が平易で小型且つ低コストであるとともに、POC分析等をはじめとする種々の分析を行う分析装置に好適な送液機構を提供することを課題とする。また、該送液機構を備え、POC分析等をはじめとする種々の分析を簡便に短時間で正確に行うことができる分析装置を提供することを課題とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の送液機構は、壁体に囲まれて形成された液体槽の容積を変化させることによって、前記液体槽に満たされた液体を前記液体槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の液体槽に収納された液体を前記液体槽に送る送液機構であって、前記壁体の少なくとも一部が、前記液体槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔壁で構成されているとともに、前記隔壁の外面に接するダイアフラム部材と、前記ダイアフラム部材の有する面のうち前記隔壁と接していない面に接する非圧縮性媒質と、前記非圧縮性媒質を収納する容器と、前記非圧縮性媒質に圧力を負荷する圧力発生手段と、を備え、前記非圧縮性媒質が前記ダイアフラム部材と前記容器とに囲まれた密閉空間に密封されていて、前記圧力が前記非圧縮性媒質及び前記ダイアフラム部材を介して前記隔壁に負荷されて、前記隔壁が変形するようになっていることを特徴とする。
【0021】
また、本発明に係る請求項2の送液機構は、請求項1に記載の送液機構において、前記容器と前記圧力発生手段とを、非圧縮性媒質が充填された管状部材で連結したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項3の送液機構は、請求項1又は請求項2に記載の送液機構において、前記圧力発生手段は、往復式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする。
【0022】
さらに、本発明に係る請求項4の送液機構は、請求項1又は請求項2に記載の送液機構において、前記圧力発生手段は、回転式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項5の送液機構は、請求項1又は請求項2に記載の送液機構において、前記圧力発生手段は、物質の相変化に伴う体積変化を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする。
【0023】
さらに、本発明に係る請求項6の送液機構は、請求項5に記載の送液機構において、前記物質の温度を制御して前記物質に相変化に伴う体積変化を生じさせる加熱装置及び冷却装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項7の送液機構は、請求項1に記載の送液機構において、ゴム弾性を有する物質で前記非圧縮性媒質を構成し、前記圧力発生手段を、孔又は亀裂が設けられた前記容器と、前記容器の孔又は亀裂に連続する孔又は亀裂が設けられた前記非圧縮性媒質と、前記容器及び前記非圧縮性媒質の孔又は亀裂に挿入され往復運動するピン又は薄片と、で構成したことを特徴とする。
【0024】
さらに、本発明に係る請求項8の送液機構は、請求項1〜7のいずれかに記載の送液機構において、前記隔壁と前記ダイアフラム部材との接触部分近傍を大気圧未満に減圧することによって、前記隔壁と前記ダイアフラム部材とを密着させ、前記接触部分近傍を大気圧とすることによって、前記隔壁と前記ダイアフラム部材との密着を解除する手段を備えることを特徴とする。
【0025】
さらに、本発明に係る請求項9の送液機構は、壁体に囲まれて形成された液体槽の容積を変化させることによって、前記液体槽に満たされた液体を前記液体槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の液体槽に収納された液体を前記液体槽に送る送液機構であって、前記壁体の少なくとも一部が、前記液体槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔壁で構成されているとともに、前記隔壁の外面に接する非圧縮性媒質と、前記非圧縮性媒質を収納する容器と、前記非圧縮性媒質に圧力を負荷する圧力発生手段と、を備え、前記非圧縮性媒質が前記隔壁と前記容器とに囲まれた密閉空間に密封されていて、前記圧力が前記非圧縮性媒質を介して前記隔壁に負荷されて、前記隔壁が変形するようになっていることを特徴とする。
【0026】
さらに、本発明に係る請求項10の送液機構は、請求項9に記載の送液機構において、前記容器と前記圧力発生手段とを、非圧縮性媒質が充填された管状部材で連結したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項11の送液機構は、請求項9又は請求項10に記載の送液機構において、前記圧力発生手段は、往復式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする。
【0027】
さらに、本発明に係る請求項12の送液機構は、請求項9又は請求項10に記載の送液機構において、前記圧力発生手段は、回転式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項13の送液機構は、請求項9又は請求項10に記載の送液機構において、前記圧力発生手段は、物質の相変化に伴う体積変化を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする。
【0028】
さらに、本発明に係る請求項14の送液機構は、請求項13に記載の送液機構において、前記物質の温度を制御して前記物質に相変化に伴う体積変化を生じさせる加熱装置及び冷却装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項15の送液機構は、請求項9に記載の送液機構において、ゴム弾性を有する物質で前記非圧縮性媒質を構成し、前記圧力発生手段を、孔又は亀裂が設けられた前記容器と、前記容器の孔又は亀裂に連続する孔又は亀裂が設けられた前記非圧縮性媒質と、前記容器及び前記非圧縮性媒質の孔又は亀裂に挿入され往復運動するピン又は薄片と、で構成したことを特徴とする。
【0029】
さらに、本発明に係る請求項16の送液機構は、請求項9〜15のいずれかに記載の送液機構において、前記隔壁と前記非圧縮性媒質との接触部分の少なくとも一部を接着したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項17の送液機構は、請求項1〜16のいずれかに記載の送液機構において、前記隔壁を、気体は透過し液体は透過しない素材で構成したことを特徴とする。
【0030】
さらに、本発明に係る請求項18の送液機構は、請求項17に記載の送液機構において、前記素材は、疎水性を有する多孔質膜であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項19の送液機構は、請求項18に記載の送液機構において、前記多孔質膜が有機ポリマーで形成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項20の送液機構は、請求項17〜19のいずれかに記載の送液機構において、前記隔壁の外面に気体及び液体を透過しない被膜を被覆したことを特徴とする。
【0031】
さらに、本発明に係る請求項21の送液機構は、請求項20に記載の送液機構において、前記被膜は熱圧着又は熱融着によって前記隔壁に接合されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項22の送液機構は、壁体に囲まれて形成された液体槽に満たされた液体を、前記液体槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の液体槽に収納された液体を前記液体槽に送る送液機構であって、相変化に伴って体積が変化する物質を、前記送液される液体と混合しないように、前記液体槽の内部に封入したことを特徴とする。
【0032】
さらに、本発明に係る請求項23の送液機構は、請求項22に記載の送液機構において、前記物質を前記送液される液体と隔離して前記液体槽の内部に封入したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項24の送液機構は、請求項22に記載の送液機構において、前記物質は前記送液される液体と混合しない性質を有することを特徴とする。
【0033】
さらに、本発明に係る請求項25の送液機構は、請求項22〜24のいずれかに記載の送液機構において、前記物質の温度を制御して前記物質に相変化に伴う体積変化を生じさせる加熱装置及び冷却装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする。
このような構成の送液機構であれば、微量な液体であっても正確な送液を行うことができる。また、その機構が平易で小型且つ低コストであるとともに、POC分析等をはじめとする種々の分析を行う分析装置に好適に適用可能である。
【0034】
また、前記隔壁が、気体は透過し液体は透過しない素材で構成されていれば、液体槽や流路に液体を満たす際には空気抜きとして作用し、該液体を送液する際には変形して液体を押す又は引くことができるので、特別な弁や機構を用いることなく、簡便に送液機構を構成することが可能である。
なお、本発明においては、前述の「隔壁の外面」とは、隔壁が有する2面のうち前記液体槽の外側に向いた面を意味する。
【0035】
さらに、本発明に係る請求項26の分析装置は、液体状の試料、又は、液体状の試料及び液体状の試薬の混合液を流路内に流して、前記試料又は前記混合液中の所定成分を分析する分析装置であって、前記試料又は前記混合液が充填される液体槽と、前記液体槽に連結された前記流路と、を有するチップと、請求項1〜25のいずれかに記載の送液機構と、を備えることを特徴とする。
【0036】
さらに、本発明に係る請求項27の分析装置は、請求項26に記載の分析装置において、前記チップは一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成されていることを特徴とする。
【0037】
さらに、本発明に係る請求項28の分析装置は、請求項26又は請求項27に記載の分析装置において、前記チップは乾燥した試薬が収納されている液体槽を備えていて、この液体槽に溶解液を装入して前記試薬を前記溶解液で溶解することにより、前記液体状の試薬を前記チップ内で調製することが可能となっていることを特徴とする。
【0038】
このような構成の分析装置であれば、POC分析等をはじめとする種々の分析を簡便に短時間で正確に行うことができる。また、分析上必要な試薬溶液をチップの外部に準備するための特別な装置や機構を備える必要がないので、分析装置の構成を簡易なものとすることができる。
さらに、本発明に係る請求項29の分析装置は、請求項26〜28のいずれかに記載の分析装置において、複数の液体槽又は複数の流路内の液体を液押し用液体で押し流すことにより同時に移動させる機構を備える分析装置であって、請求項1〜25のいずれかに記載の送液機構により送液される前記液押し用液体が流れる液押し用流路を、前記複数の液体槽又は前記複数の流路にそれぞれ連結したことを特徴とする。
【0039】
このような構成であれば、分析上必要な液体の混合,希釈等の操作を、チップ内で自由に行うことができる。
以下に、本発明の送液機構及び分析装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の送液機構は、主に2つの部分で構成されている。すなわち、隔壁を備える液体槽及び流路を有する部分(チップに相当する部分であるので、以降の説明においてはチップと記す)と、隔壁を変形させて液体槽の容積を変化させる部分(以降の説明においては送液装置と記す)と、で構成されている。POC分析等で必要となる定量的な送液を実現するためには、目的とする送液量に等しい容積変化を液体槽に生じさせるように、送液装置が隔壁の形状を変化させる必要があり、液体槽の容積変化に従って正確に目的量の送液が行われる必要がある。
【0040】
〔チップについて〕
本発明の分析装置が備えるチップは、液体が充填される液体槽と微量の液体の送液や反応が行われる流路とを備えている。そして、この流路は、板面に溝を備える一対の平板状部材を貼り合わせることにより形成することが好ましい。すなわち、図1に示すように、板面に溝10aを備える平板状部材10の前記溝10aを備えた板面10bに、例えば樹脂製のカバーシート11を接着剤,粘着テープ等を介して貼り合わせると、液体の流路となるキャピラリ12を有するチップ1が形成される。
【0041】
この溝は、金型による成形やエンボス等の技術によって形成することができる。溝の形状,寸法については特に限定されるものではないが、現状の成形技術の観点からは、流路の幅と深さとの比が0.3〜10程度で、且つ、幅,深さはそれぞれ0.5μm以上が好ましく、必要とする試料,試薬の量の観点からは、幅,深さはそれぞれ500μm以下であることが好ましい。
【0042】
チップ(平板状部材)の材質として樹脂を採用する場合は、成形加工性が良好であることと、光学測定を実施する場合には透明であることが要求されるので、透明な熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。チップの材質としてガラスを採用することも可能であるが、コストを考慮すると樹脂の方が好ましい。
具体的には、ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート、メチルメタクリレート−スチレン共重合体等のメタクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、1,3−シクロヘキサジエン系重合体などがあげられる。また、これらの共重合体やブレンド品を用いることも可能である。
【0043】
〔隔壁及び隔壁を用いた送液について〕
図2の(a)に示すように、液体槽14は平板状部材10に設けられた貫通孔により形成され、その開口部を覆うように弾性を有する隔壁15が取り付けられている。隔壁15は柔軟性を有していて変形可能であるので、図2の(b)に示すようにチップ1の外側から隔壁15に押圧力を作用させると、隔壁15が変形して液体槽14の内部に押し込まれる。
【0044】
そうすると、この隔壁15の変形によって液体槽14の容積が減少するので、液体は非圧縮性であることから、図2の(b)に矢印で示すように、液体槽14内の液体Lが前記容積変化分だけキャピラリ12に押し出される。これにより液体槽14内の液体Lを移動させることができる。
このように隔壁の変形を利用して送液を行えば、外部からチップに配管を繋ぐような複雑な機構,設備等を用いなくても、チップ内で所望の送液を行うことができる。また、チップに配管の接続口等の専用の設備を設ける必要がないため、簡便に低コストでチップを作製することができる。
【0045】
隔壁15は、柔軟性を有していて、小型の機構で変形可能なシート状のものであれば特に限定されるものではないが、PTFE(ポリ四フッ化エチレン)多孔質膜が特に好ましい。PTFE多孔質膜のように空気は透過し液体は透過しない(撥水性によりはじかれてしまう)性質の膜で隔壁15を形成すれば、隔壁15は通気性を有し且つ液体槽14が液体で満たされた際には耐水性を有する機能膜になる。よって、空の液体槽14内にキャピラリ12から液体Lを導入すると、液体槽14内の空気は液体Lが充填されるにしたがって押し出されて隔壁15を透過して抜けていくが、隔壁15の撥水性によって液体Lが透過して抜けていくことはないので、液体槽14内を液体Lで完全に満たされた状態にすることができる。
【0046】
PTFE以外にも、様々な素材の多孔膜が隔壁15として使用可能である。ただし、液体が膜を透過しないためには、疎水性の有機ポリマーや無機素材を用いることが好ましい。
疎水性の有機ポリマーは、臨界表面張力が20℃で約0.04N/m以下であることが好ましく、例としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、シリコーン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリメチルペンテン、1,3−シクロヘキサジエン系重合体等があげられる。
【0047】
セルロースアセテート膜のようなものでも使用できる場合もあるが、界面活性剤が添加された試薬液の場合は、PTFE,シリコーン,ポリエチレン等の疎水性の強い膜の方が液体の透過を防ぐ耐水圧が大きいので好ましい。
耐水圧が大きいほど高い圧力で送液できるので、耐水圧は大きいほど好ましいが、本発明のチップに使用できる膜の耐水圧は、発明の実施の形態の項で後述するような流路構成では0.01MPa以上が好ましい。ただし、チップ内の流路や液体槽に迅速に液体を満たす必要がある場合には、耐水圧は0.1MPa以上であることがより好ましい。膜の平均孔径は0.1μmから約5μmのものが使用できるが、孔径が小さいほど耐水圧が高く透過空気量が僅かであることを考慮すると、0.1μm程度が最も好ましい。膜厚は25〜300μmのものが好ましい。
【0048】
図3に示すように、隔壁15の外面に気体,液体のいずれも透過しない被膜16を被覆すると、耐水圧をさらに高めることができる。隔壁(PTFE多孔質膜)のみで被膜を有していない場合は、液体槽内の気体は隔壁を膜厚方向に透過するのに対し、図3のように被膜16を有していると、液体槽内の気体は隔壁15の膜内を外縁に向かって透過する。よって、隔壁15の膜厚が厚くなったことと同じであるので、耐水圧を高めることができる。このように隔壁に被膜を被覆する場合は、前述の0.1μm程度よりも大きい平均孔径を有する膜を隔壁として採用することができる。
【0049】
表面エネルギの高いPTFE多孔質膜等を隔壁として用いた場合は、前記被膜を隔壁に接着剤で接合することは、一般に困難である。その場合は、前記被膜の素材として低密度ポリエチレンのような熱可塑性樹脂を選択すれば、PTFE多孔質膜等へ前記被膜を熱圧着又は熱融着により接合することが可能である。
〔送液装置について〕
まず、本発明に係る請求項1の送液機構において使用される送液装置の一例を、図4の概念図に示す。この送液装置は、圧力発生手段の一部をなすピストン41,非圧縮性媒質42,密閉容器43,及びダイアフラム部材44で構成されている。そして、非圧縮性媒質42は、密閉容器43とダイアフラム部材44とで囲まれた密閉空間に密封されている。
【0050】
図4の(b)に示すように、ピストン41により非圧縮性媒質42に圧力を印加する。このとき、ピストン41の非圧縮性媒質42内に存在する部分の体積が増加するが、この増加分は目的の送液量に等しい体積となるようにする。そうすると、密閉容器43中に充填された非圧縮性媒質42を介して前記圧力がダイアフラム部材44に伝達され、ダイアフラム部材44が密閉容器43の外側に向かって突出するように変形する。この突出した部分の体積は、密閉容器43の剛性が十分大きければ、前述した目的の送液量に等しい体積となる。
【0051】
このような送液装置5aを、図5の(a)に示すように、前述したようなチップ5bに装着する。その際には、送液装置5aのダイアフラム部材44の外側表面が、チップ5bの隔壁15の外面と密着するようにする。
図5の(b)に示すように、圧力発生手段を作動させてピストン41により非圧縮性媒質42に圧力を印加したときには、ダイアフラム部材44と隔壁15は密着しているので、前述したダイアフラム部材44の変形によって、隔壁15が液体槽14の内部に向かって突出するように変形する。そして、この隔壁15の変形によって液体槽14の容積が減少することとなるので、その容積の減少分だけ液体槽14内の液体Lが流路12を通じて外部へ送り出されることとなる。
【0052】
このとき、液体槽14の内部に突出した部分の体積は、前述のダイアフラム部材44が突出した部分の体積と等しいので、前述した目的の送液量に等しい体積の液体Lが送液されることとなる。すなわち、圧力発生手段による圧力が非圧縮性媒質42及びダイアフラム部材44を介して隔壁15に伝達され、隔壁15が変形することによって、液体槽14内の液体Lが外部へ送液されるのである。なお、非圧縮性媒質42に陰圧が負荷されるように圧力発生手段を作動すれば、液体槽14の容積が増大するので、前述の場合とは逆に、流路12を通じて液体槽14内に液体Lを引き込むことも可能である。これにより、流路12内又は流路12に連結する別の液体槽内の液体を移動させることができる。
【0053】
図4及び図5においては図示していないが、圧力発生手段は駆動源を備えており、その駆動源としては、例えばリニアステップモータ等のリニア型アクチュエータを用いることができる。
また、非圧縮性媒質42としては水,油等の液体があげられるが、実用上はシリコーンオイル等のように不揮発性である、室温において液体である、化学的に安定である等の性質を有するものが望ましい。液体の代わりに流動性が十分高いゲル状の物質を非圧縮性媒質として用いることもできる。本発明における所期の機能を発揮するためには、非圧縮性媒質中に気泡混入がないようにする必要がある。
【0054】
さらに、ダイアフラム部材44は、弾性を有し、非圧縮性媒質42を保持しうる薄板を用いて構成するが、その素材としては金属,樹脂などが好ましい。ダイアフラム部材44が突出した部分の体積と液体槽14の容積変化とが正確に等しくなるためには、ダイアフラム部材44及び隔壁15を介して対向する非圧縮性媒質42と液体槽14内の液体との対向面の形状を等しくし、ずれなく合わせることが好ましい。ただし、ダイアフラム部材44の外縁部が固定端として支持されている場合は、ダイアフラム部材44の外縁部の変形は微小であるから、非圧縮性媒質42と液体槽14内の液体との対向面の若干のずれは許容される。
【0055】
図5に示す送液機構においては、送液装置5aを繰り返し使用し、チップ5bを交換して用いることを想定しているが、これら両者を一体化して構成することも可能である。この場合は、図6に示すように、ダイアフラム部材を用いずに送液機構を構成することも可能である。
さらに、図7に示すように、密閉容器43と圧力発生手段の一部であるピストン41とを、非圧縮性媒質42が充填されたパイプ70(管状部材)で連結してもよい。このような構成とすれば、送液機構ひいては該送液機構を用いた分析装置のレイアウト設計上の自由度を高めることが可能である。
【0056】
図4〜7の送液機構は、圧力発生手段として往復式容積形ポンプ機構(ピストン・シリンダ機構又はプランジャ機構を有する容積形ポンプ機構)を採用しているが、圧力発生手段として別の機構を採用してもよい。例えば、リニア型アクチュエータと往復式容積形ポンプ機構の代わりに、回転モータとギヤポンプなどの回転式容積形ポンプ機構により圧力発生手段を構成することもできる。
【0057】
また、圧力発生手段、すなわち、体積変化を生じさせる手段として、上記のようなものの代わりに、物質の相変化に伴う体積変化を利用することが考えられる。例えば、パラフィンは室温から数十℃の温度変化で融解又は固化し、そのとき約15%の体積増減がある。パラフィン近傍に小型のヒータと温度センサを配置し、パラフィンの温度を制御すれば、体積変化をコントロールできる。
【0058】
相変化に伴う体積変化としては蒸発に伴う体積変化もあげられ、その体積変化の程度は固液相変化の場合よりもはるかに大きいが、気体は圧縮性が大きいので、定量送液が必要な場合には好ましくない。
図8の(a)に、相変化に伴う体積変化を利用した送液装置を示す。密閉容器43中に、非圧縮性媒質42と相変化に伴い体積変化を起こす物質81を収納する。相変化に伴う体積変化を起こす物質81は、液化した際に非圧縮性媒質42と混和しないように、前記体積変化に応じて膨張収縮自在な袋等(図示せず)に封入するべきであり、また、同袋内に加熱用のヒータ82を配置する。ヒータ82として温度によって電気抵抗が変化するサーミスタを採用し、該サーミスタに通電してその際の電圧降下を測定すれば、ヒータ機能と温度センサ機能とを兼ね備えた、小型で簡易な加熱装置を構成することが可能である。
【0059】
相変化に伴う体積変化は、非圧縮性媒質42を介して過不足なくダイアフラム部材44に伝達され、前記体積変化分だけダイアフラム部材44が突出し、本発明における送液装置として機能させることができる。なお、相変化に伴う体積変化を起こす物質81が非圧縮性媒質42と混合しない性質を有するならば、袋等に封入しなくてもよい。また、非圧縮性媒質42に代えて、相変化に伴い体積変化を起こす物質81で密閉容器43内を満たしても、同様の機能を実現可能である。
【0060】
物質の相変化に着目した圧力発生手段は、機械的要素を持たないため小型化が容易である。よって、図8の(b)に示すように、相変化に伴い体積変化を起こす物質81を、チップ内の液体槽14中に設置することも可能である。相変化を起こすための加熱手段としては、チップ近傍に設置したヒータ83で液体槽14とともに相変化を起こす物質81を加熱する方式が考えられる。また、レーザ集光加熱によって、相変化を起こす物質を加熱する方式も可能である。
【0061】
送液量を決定する体積変化は、非圧縮性媒質を介してダイアフラム部材の形状変化として表れ、さらに隔壁を介して液体槽中の液体に前記体積変化が伝達される。この体積変化の伝達が正確に行われるためには、以下のような要件が必要である。
第一に、ダイアフラム部材の形状変化が隔壁に正確に伝達されるためには、隔壁は極力柔軟なことが望まれる。また、液体槽内に液体を充填する際に液体槽内の気体を排除するために、隔壁にベント機能が必要となる。例えば、PTFE微多孔質膜は、この性質を備えている。
【0062】
第二に、ダイアフラム部材と隔壁との間に隙間がないことが好ましい。そのためには、まず送液装置とチップとを機械的に重ね合わせる。このとき、チップには製造上若干の反りがあるので、機械的に圧迫して両者の密着状態を高める。しかしながら、隔壁は柔軟性があり通常はたるみがあるため、微視的に見るとダイアフラム部材と隔壁との間には隙間があり、精密な定量送液においては無視できない場合がある。その場合には、隔壁の外面とダイアフラム部材の外面とを密着させることが必要となる。さらに、チップの交換を容易にするためには、密着状態と離脱状態とを容易に切り替えられることが要求される。
【0063】
密着状態と離脱状態との切り替えを実現する方法としては、図9に示すような真空を利用した方法があげられる。すなわち、ガスケット91等を用いてダイアフラム部材44と隔壁15との近傍部分を密封し、該近傍部分を図示しない真空ポンプ等を用いて陰圧にする。液体槽14内の液体Lは流路12を通じて大気圧に開放されていれば、隔壁15の内外面間の差圧で、隔壁15はダイアフラム部材44の表面に押しつけられ密着する。真空ポンプを停止してダイアフラム部材44と隔壁15との近傍部分を大気圧に戻せば、送液装置とチップとが容易に離脱する。
【0064】
送液装置を極めて安価に製造し、チップと一体化し使い捨てにする場合等においては、ダイアフラム部材と隔壁とを接着して、これらの間にすきまが生じないようにすることも可能である。
〔ゴム弾性を有する物質で非圧縮性媒質を構成した場合の送液について〕
本発明においては、前述のような一種のミニチュア的な油圧機構を送液装置の圧力発生手段として採用することが理想的である。しかしながら、ミニチュア的な油圧機構を実際に製作するには、精密な加工や組み立てが必要であり、また、作動油中から気泡を確実に排除することも必ずしも簡単ではない。そこで、ほぼ非圧縮性と見なしうる弾性体であるゴムを利用して、本発明における送液装置の構成要素である圧力発生手段,非圧縮性媒質,ダイアフラム部材を、より簡便に構成することができる。
【0065】
その例を図10に示す。一端が開口している筒状の容器101に、ゴム102が隙間なく充填されている。容器101の閉じた側の端部には微小な穴104が設けられていて、ゴム102に設けられた微小な穴105と連続している。そして、穴104から穴105にピン103が挿入されている。
理想化して考えると、ゴムは非圧縮性のため、挿入されたピン103の体積分だけゴム102の端面106が膨らむこととなる。この端面106とチップの隔壁とが密着するようにゴム102をチップに装着すれば、端面106の形状変化が隔壁を介して液体槽中の液体に伝達される。そして、ピン103の直径と挿入した長さから算出される体積の分だけ、前記液体が液体槽に連結された流路に送り出される。このような送液機構が正確に機能するためには、容器101が十分な剛性を持つこと、ゴム102に設けた穴105とピン103との間に隙間が生じぬように両者の径を選定することなどが必要である。
【0066】
なお、ゴム102に設ける穴105やピン103は、必ずしも断面円形状である必要はない。例えば、ゴム102に微小な穴105の代わりに亀裂を設け、ピン103に代わり金属製薄片を挿入することでも、同様の機能を実現できる。
また、上記のようなゴムを用いた送液機構が、変位縮小機構でもあることを説明する。まず、ゴムを用いた送液機構の場合について説明する。直径0.5mmのピンを用いた場合は、ピンの断面積は0.196mmであり、挿入長を5mmとすると体積変化すなわち送液量は1.0μLとなる。つまり、送液量1.0μLに対応する挿入長=アクチュエータ駆動量は5.0mmである。
【0067】
次に、仮にピン等で直接的に隔壁を押す場合について、アクチュエータ駆動量を概算してみる。隔壁の直径は3mmとし、ピンにより変形した隔壁の形状は円錐状であると仮定すれば、送液量1.0μLに対応するピンの挿入長は0.43mmとなる。したがって、アクチュエータ駆動量は、ゴムを用いた送液機構の場合はピン等で直接的に隔壁を押す場合に較べて約12倍である。単純に言うと、アクチュエータ駆動量の精度は一桁低くても問題ないので、駆動機構の低コスト化が可能になると思われる。
【0068】
【発明の実施の形態】
本発明に係る送液機構及び該送液機構を備える分析装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図においては、同一又は相当する部分には同一の符号を付してある。なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【0069】
〔分析装置について〕
図11に、チップ,送液装置,光学的検出装置,温調装置など、検体の分析に必要な全ての装置・機器を備えた分析装置の全体構成を説明する概念図を示す。以下に、分析装置の機能を、動作の順を追って説明する。
チップローディング機構によって分析装置内にチップを導入した後、送液装置と温調装置とでチップを挟み、チップを所定の位置に固定する。温調装置を作動させてチップを加温しながら、チップが所定温度に到達するまでの時間を利用して、チップ内の空の流路及び液体槽に緩衝液を導入する準備操作を行う。送液装置を作動させて、後述するような希釈操作及び反応操作を行う。検体中の測定対象物質の濃度に応じた反応の程度を、光学的検出装置を用いて(例えば吸光度により)測定する。光学的検出装置としては、いわゆる熱レンズ現象に基づく光熱変換型検出機も利用可能であり、これは微細な流路中の吸光度を測定するのに好適である。測定過程は、統括CPUにより制御される。また、マンマシンインターフェースにより、測定の進捗状況や結果が測定者に適宜提示される。
【0070】
このような構成の分析装置により、チップを用いた分析をほぼ自動的に速やかに行うことが可能である。
〔チップについて〕
生化学測定用の分析装置に用いるチップの一例を、図12の模式図を参照しながら説明する。なお、このチップを用いた分析の過程については、後に詳述する。
【0071】
厚さ2mmの透明なアクリル製プレートの一方の板面に、幅100〜300μm、深さ50μm、長さ20〜250mm程度の数本の溝をエンボス加工により設けた。また、これらの溝の両端には直径4〜5mmの貫通孔を形成した。そして、前記プレートの溝を有する板面に、厚さ0.3mmの透明なアクリル製シートを紫外線硬化接着剤を用いて接着することにより、流路を構成した。
【0072】
さらに、前記プレートの他方の板面のうち前記貫通孔が形成された部分に、厚さ70μmのPTFE微多孔質膜(平均孔径0.1μm)を貼り付けて前記貫通孔の開口部分を覆うことにより、隔壁を構成した。市販のPTFE微多孔質膜では隔壁として必要な耐水圧が得られず、PTFE微多孔質膜に液体槽中の緩衝液が浸潤して、バルブ機能が喪失される場合があるが、PTFE微多孔質膜の外面(チップの外側を向いた面)をポリエチレン薄膜などの熱可塑性樹脂で被覆すれば、耐水圧を向上することができる。熱可塑性樹脂で被覆しても、液体槽内の空気排除の機能は、従来のものと遜色はなかった。なお、熱可塑性樹脂の被膜は、熱圧着又は熱融着によってPTFE微多孔質膜に接合することが好ましい。
【0073】
〔送液装置について〕
フルストロークで約0.8μLの送液量が得られる送液装置を、次のようにして作製した。両端が開口しているアクリル製円筒(外径13mm,内径5mm,高さ15mm)に、シリコーンゴム(ダウコーニング・ジャパン社製シルポット184)を高さ10mmまで満たし、重合して固化させた。シリコーンゴムの上に2液性エポキシ接着剤を充填し、その固化後に、直径1.0mmのドリルにてシリコーンゴム上端に到達するように穴あけ加工を行った。
【0074】
さらに、この穴に直径1.0mmの針を挿入し、シリコーンゴムの内部まで差し込むことにより、ゴムに後述するピンを抜き挿しするための亀裂状の穴を設けた。そして、直径0.9mmのピンを前記穴に差し込み、このピンに1ステップ25μmのリニア型アクチュエータを接続して、シリコーンゴムにピンを抜き差しできるようにした。
【0075】
まず、前述のような送液装置において、ピンの挿入長とゴムの突出体積との関係を確認するため、図13に示す測定系を用意した。図13の測定系では、ピン103が差し込んである側を下方にして送液装置100を配置し、上方を向いたゴム端面106にガラス製キャピラリ111を取り付けている。気泡が残留しないように注意しながら、ガラス製キャピラリ111の下端側から水を注入し、キャピラリ全長の中程まで水を満たす。ピン103をゴム102に挿入した際の水面112の上下動を顕微鏡付き微動ステージ(図示せず)の昇降によって計測すれば、その計測結果とキャピラリ111の断面積とを用いて、ゴム端面106の突出による体積変化を算出できる。
【0076】
次に、図14に示すように、チップ上に前述の送液装置を配置した。その際には、前述のチップの隔壁15と送液装置のダイアフラム部材とが重なるように固定した。送液装置のアクリル製容器101の周囲にシリコーンゴム製のガスケット91を配置し、隔壁15の近傍部分を陰圧とするための図示しない小型真空ポンプ(到達真空度は−0.4MPa)を接続した。
【0077】
図14の測定系では、分岐や合流のない流路12の一端に、送液装置100が取り付けられ、他端にはガラス製キャピラリ111が取り付けられている。ガラス製キャピラリ111の上端から水を注入していき、隔壁15の通気性により空気を逃して、液体槽14内が満水になった時点で水の注入を停止する。ガラス製キャピラリ111の下端側から排水し、水面112がキャピラリ全長の中程になるように調整する。
【0078】
次に、前記小型真空ポンプを作動し、隔壁15と送液装置のゴム102の開放面とを密着させる。そして、ピン103をゴム102に挿入した際の水面112の上下動を前述の測定系と同様に測定することにより、挿入長と送液量との関係を得る。
図15のグラフに、このようにして得たデータを示す。このグラフには、理論値として、ピン103の断面積とピン103の挿入長との積で与えられる体積を示している。グラフから分かるように、ゴム端面の突出体積は理論値に対して数%小さい値であった。これは、ゴムがポアソン比が0.49程度の近似的な非圧縮性物質であるため、若干の圧縮性を有しているためと考えられる(完全な非圧縮性物質であれば、ポアソン比は0.5となる)。送液量は、ゴム端面の突出体積とほぼ一致しており、隔壁を介して体積変化が伝達されていることを示している。
【0079】
ピンの挿入長に対する送液量の関係を変更したい場合には、ピンの断面積(直径)を変えればよい。その例を図16のグラフに示す。
〔相変化に伴う体積変化を利用した送液機構について〕
相変化時に体積変化を起こす物質を利用して圧力発生手段を構成することもできるので、以下に説明する。
【0080】
相変化時に体積変化を起こす物質としては、パラフィンを採用した。図17に示すように、ガラス製キャピラリ111の一端に数十μLの容積を有する容器151を接続した。そして、同容器151の内部に6mgのパラフィン152(和光純薬製、融点公称値46〜48℃)を封入し、キャピラリ111の下端側から容器151内に水を注入した。注入する水量は、液面112がキャピラリ111の中程に達する量とし、注水の際には水中に気泡が極力混入しないように注意を払った。
【0081】
パラフィンの密度を約1g/cm、相変化に伴う体積変化率を約15%とすれば、6mgのパラフィンの融解によって約1μLの体積変化が起こるはずである。この体積変化は、キャピラリ111内の液面112の移動として観察される。図17に示すように、容器151を囲むように配置された水槽153に約70℃の水を満たし、自然冷却により温度が次第に下がる時のキャピラリ111の液面112の変化を測定し、体積変化を求めた。
【0082】
実際には、パラフィンだけでなく水,容器151,キャピラリ111も温度により僅かではあるが体積変化を起こすので、測定値に誤差をもたらす。そこで、対照実験としてパラフィンを封入しない系についても液面変化を測定し、得られたデータをパラフィンを封入した系のデータから差し引くことにより、誤差を補正した。
【0083】
このようにして得たパラフィンの固液相変化に伴う体積変化のデータを、図18のグラフに示す。70〜40℃の温度変化の過程で、約1μLの体積変化が生じることが確認できた。
なお、上記のような送液機構は、本発明に係る請求項22の送液機構の一例である。上記のような実験から、固液相変化に伴い体積変化を起こすパラフィン等の物質を、チップ内の流路に連続する液体槽内に封入した上、熱伝達等の手段により同物質を相変化させれば、液体を送液できることが示された。
【0084】
ただし、上記の例においては、パラフィンは水と混合しない性質を有しているので、送液される液体である水と隔離することなく液体槽内に水とともに封入したが、前記体積変化に応じて膨張収縮自在な袋等に入れるなどして送液される液体と隔離して液体槽内に封入するのであれば、送液される液体と混合する物質であっても、相変化に伴って体積が変化する物質として採用することができる。
【0085】
〔分析に必要な単位操作について〕
合流する流路を有するチップと送液装置とを組合わせることにより、分析に必要な単位操作である液体の希釈,混合等の操作を行うことができる。図19に、試験的に作製した希釈のみを行う分析装置を示し、その希釈の精度を評価した結果について述べる。
【0086】
図19の(a)は、チップとその上に固定された送液装置との構成を説明する断面図である。この送液装置は、前述のゴムを利用した送液装置3個が一体化されたものである。また、図19の(b)はチップの平面図である。このチップには4つの液体槽が形成されていて、そのうちP槽,Q槽,Q’槽は上記の3連の送液装置と同一ピッチで形成されている。
【0087】
一体化されたピン171を押し下げてゴム172に形成された穴に挿入すると、P槽,Q槽,Q’槽内の液体Lが各槽に連結する流路に送出されて、3つの流路の合流点で合流するようになっている。
また、P槽と、P槽から前記合流点までの流路と、前記合流点より下流側の流路(合流後流路)とには、測定対象である検体サンプルを模擬するキシレンシアノール色素水溶液(濃度は400μM)が充填してある。さらに、Q槽と、Q’槽と、Q槽から前記合流点までの流路と、Q’槽から前記合流点までの流路とには、緩衝液が充填してある。
【0088】
送液装置を作動させると、色素水溶液と緩衝液とが合流する。そして、両者が流路中で拡散・混合することで、希釈操作が行われる。ここでは、緩衝液用ピンの直径を0.7mm、検体サンプル(キシレンシアノール色素水溶液)用ピンの直径を0.3mmとしたが、希釈率を変更したい場合には、各液体槽に対応するピンの直径を変えればよい。
【0089】
合流後流路の終端近くに光熱変換型吸光度測定系(熱レンズ測定系)を配置すれば、該終端を通過する液体の濃度変化を捉えることができるので、希釈率を実測することが可能である。
図20に、希釈率を測定した結果を示す。このグラフには、送液開始後に希釈によって液体の吸光度が低下する様子が示されている。なお、別途測定した送液装置の特性を基にして、移流拡散現象を差分近似することによって数値計算した結果を、計算値として示している。
【0090】
グラフから分かるように実験値と計算値とは概ね一致しており、このことから本送液機構にて所期の希釈操作が実現できることが確認できた。
〔分析操作について〕
次に、チップを用いた分析の過程について詳述する。図12に、生化学測定用の分析装置のチップの構成を説明する模式図を示す。このチップには、9個の液体槽(P槽,Q槽,Q’槽,D槽,S槽,A槽,B槽,R槽,W槽)が備えられており、これらは流路により連通されている。
【0091】
P槽には血液から分離された血漿が充填され、A槽及びB槽には乾燥した反応試薬が槽の底部に付着されている。また、R槽には緩衝液が充填されている。また、各液体槽の開口部は、柔軟性,通気性,及び耐水性を有する隔壁(ポアサイズ約0.1μm、耐水圧0.39MPaのPTFE多孔質膜)で覆われている。P槽,Q槽,及びQ’槽には、図19に示す3連の送液装置が装着されている。また、D槽及びR槽には、図14に示すような送液装置100がそれぞれ装着されている。さらに、W槽には図21に示すバルブ201が装着され、初期状態ではバルブ201は閉状態とされている。バルブ201は、ガスケット202によりW槽の隔壁15の周囲を密閉するように設置されている。バルブ201が開状態であれば、W槽内の空気が隔壁を通過してバルブ201の外に流出でき、バルブ201が閉状態であれば、W槽内の空気が隔壁を通過してバルブ201の外に流出することが阻止される。したがって、バルブ201を開状態又は閉状態とすることにより、W槽内の空気を液体で置換するか否かを選択することができる。
【0092】
まず、R槽に取り付けられた送液装置を作動させ、緩衝液をチップ内の流路全体に充填する。すなわち、R槽に配された送液装置によってR槽内に充填されている緩衝液が押し出されるが、W槽のバルブ201が閉状態とされているため、緩衝液は流路sab,sa,sを通ってS槽,A槽,B槽に流入する。
S槽が満杯になると緩衝液はQ槽及びQ’槽へと流入するが、P槽は既に検体で満たされているため、P槽には流入しない。また、A槽及びB槽が満杯になると、緩衝液はD槽へ流入する。最終的にはQ槽,Q’槽,D槽,S槽,A槽,B槽への緩衝液が充填が完了する。W槽は、バルブ201が閉状態であるため、緩衝液は通過するのみで、W槽内はほぼ空気で満たされた状態である。
【0093】
この過程において、A槽,B槽に収納されていた乾燥A試薬と乾燥B試薬は緩衝液に溶解するので、A槽,B槽には各々の試薬溶液が準備される。試薬溶液の濃度は、液体槽の容積と乾燥試薬の量とで所望の値に設定することができる。このような操作により、試薬の溶解と送液のための緩衝液の各液体槽への充填とが完了した。
【0094】
次に、検体の希釈操作を行う。W槽のバルブ201を開状態とし、P槽,Q槽,及びQ’槽に装着された送液装置によって検体と緩衝液とを同時に押し出すと、両液が拡散、混合し、その混合液がS槽に流入する。すなわち、S槽内の緩衝液が希釈された検体で置換される。S槽内に当初存在した緩衝液は、流路s,流路sa,流路sabを通って廃液槽であるW槽に流入する。なお、検体の希釈の比率は、P槽,Q槽,及びQ’槽に装着された送液装置の設定流量によって決定される。
【0095】
この段階で、S槽に希釈検体が充填され、A槽,B槽には各々の試薬溶液が充填された状態となり、反応の準備が整った。
最後に、D槽に装着された送液機構によってD槽内に充填されている緩衝液を押し出すと、3分岐流路を介してS槽,A槽,B槽に緩衝液が流入し、これらに連結するそれぞれの流路へ、各液体槽の内容液が送出される。すなわち、流路sには希釈検体が、流路aにはA試薬溶液が、流路bにはB試薬溶液が送出される。このとき、緩衝液は液押し用液体として作用する。
【0096】
それぞれの流路には、3分岐流路の分岐点における各流路の圧力損失が等しくなるように、流量が配分される。チップの設計においては、希釈検体及びA,B各試薬溶液の流量が所望の値となるように、各液体の粘性の違いを勘案した上で、各流路の圧力損失係数を決定する。圧力損失係数は、流路断面の形状と流路長の2つの因子で決定される。なお、P槽,Q槽,及びQ’槽に装着された送液装置は停止しているので、これらの液体槽への液体の流入はない。
【0097】
希釈検体とA試薬溶液は流路saに流入し混合され、流路saで検体とA試薬との反応が起こる。この混合液は反応しながら流路bとの合流点に向かって流れ、流路saを流れる時間を反応時間とすれば、流速と流路saの長さとによって反応時間をコントロールすることができる。
検体とA試薬との反応が予定の時間進行した後、流路bとの混合点に到達させる。これにより、さらにB試薬と混合して反応が起きることによって、最終的な濃度測定が行える混合溶液が流路sabに流れることとなる。混合後、試薬反応系に適合するような適当な反応時間を経て、色素濃度として標識化される。流速を考慮して十分な反応時間をとれるように流路sabの長さを設定すれば、反応後、直ちに、図11で説明したような光学測定装置を使用して樹脂の基板を通して流路内の溶液の濃度測定が可能となる。
【0098】
濃度測定が行われた混合液は、W槽(廃液槽)へ到達し廃液として貯留される。濃度測定の後のチップはそのまま使い捨てにすることができるので、分析作業者に検体由来の感染等が発生することがない分析システムを構築することが可能である。
また、血液などの試料検体の希釈や抽出プロセスなども同様に考えることができ、上記のような方式を用いれば、考えられる試薬反応プロセスについてはほとんどが実現可能となる。
【0099】
【発明の効果】
以上のように、本発明の分析装置は、POC分析等をはじめとする種々の分析を簡便且つ正確に行うことができる。また、本発明の送液機構は、前記分析装置における液体の送液に好適で、小型且つ簡易な構成であり、低コストである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の分析装置のチップの構成を説明する断面図である。
【図2】本発明における送液原理を説明する模式図である。
【図3】隔壁の耐水圧を向上させる手段を説明する模式図である。
【図4】送液装置の原理を説明する模式図である。
【図5】送液装置とチップとを組み合わせて送液を行う原理を説明する模式図である。
【図6】本発明における別の送液機構を説明する模式図である。
【図7】密閉容器と圧力発生手段とをパイプで接続した構成を有する送液装置の模式図である。
【図8】固液相変化に伴い体積変化を起こす物質を圧力発生手段に利用した送液機構を説明する模式図である。
【図9】ダイアフラム部材と隔壁とを確実に密着する手段を説明する模式図である。
【図10】非圧縮性媒質をゴムで構成した送液装置の模式図である。
【図11】本発明の一実施形態の分析装置の全体構成を示す模式図である。
【図12】検体の希釈操作及び反応操作を行うためのチップの流路構成を説明する模式図である。
【図13】送液装置による送液量の測定方法を説明する模式図である。
【図14】送液装置及びチップによる送液量の測定方法を説明する模式図である。
【図15】図14の送液装置及びチップにおいて、ピンの挿入長と送液量との相関を測定した結果を示すグラフである。
【図16】ピンの直径を変えてピンの挿入長と送液量との相関を測定した結果を示すグラフである。
【図17】固液相変化に伴い体積変化を起こす物質を圧力発生手段に利用した送液機構において、送液量の測定方法を説明する模式図である。
【図18】図17の送液機構について送液の特性を測定した結果を示すグラフである。
【図19】送液装置及びチップを用いて行う希釈操作を説明する模式図である。
【図20】図19の送液装置及びチップを用いて行った希釈操作の特性を測定した結果を示すグラフである。
【図21】検体の希釈操作及び反応操作を行うにあたり、前準備操作において用いるバルブの構造を示す模式図である。
【符号の説明】
1,5b チップ
10 平板状部材
10a 溝
10b 板面
11 カバーシート
12 キャピラリ(流路)
14 液体槽
15 隔膜
16 被膜
41 ピストン
42 非圧縮性媒質
43 密閉容器
44 ダイアフラム部材
70 パイプ
81 相変化に伴い体積変化を起こす物質
82,83 ヒータ
101 容器
102,172 ゴム
103,171 ピン
104 穴
105 穴
152 パラフィン
L 液体
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an analyzer that can easily analyze and detect a trace sample. The present invention also relates to a liquid sending mechanism suitable for sending a liquid in the analyzer.
[0002]
[Prior art]
Analysis for bedside diagnosis (POC (point of care) analysis) that performs measurements necessary for medical diagnosis in the vicinity of patients and analysis of harmful substances in rivers and wastes are performed at sites such as rivers and waste disposal sites. Performing analysis / measurement at or near the site where analysis / measurement is required, such as point-of-use (POU) analysis or contamination inspection at each site of food preparation, harvesting, and importing (Hereinafter, collectively referred to as “POC analysis etc.”) has attracted attention. In recent years, development of detection methods and devices applied to such POC analysis and the like has been gaining importance. It is required that such POC analysis and the like be performed simply, in a short time, and at low cost.
[0003]
Conventionally, a GC-MS device or an LC-MS device that separates a sample by capillary gas chromatography (CGC), capillary liquid chromatography (CLC), or the like, and then quantifies the separated mass spectrometer has been widely used for microanalysis. Was. However, due to the large size of the mass spectrometer and the complicated operation, these analyzers are suitable for use in on-site measurements such as on the bedside of patients, contaminated rivers, and near waste disposal sites. Not. Further, in an analyzer for medical diagnosis using blood or the like as a sample, it is desirable that a portion touched by the sample is disposable.
[0004]
In order to solve these problems, studies have been made to reduce the size of conventionally used analyzers and apply μTAS (micro total analysis system) technology for reacting a trace amount of liquid reagent to POC analysis and the like. did it. In μTAS, a groove is formed on the surface of a glass or silicon chip of about 10 cm to several cm square or less in order to minimize the amount of a sample, not just blood, and a reagent solution or a sample is allowed to flow through the groove. A small amount of sample is analyzed by performing separation and reaction (JP-A-2-245655, JP-A-3-226666, JP-A-8-233778, Analytical Chem. 69, 2626-2630 (1997). ) Aclara Biosciences). This technique has the advantage that the amount of specimen, the amount of reagent required for detection, the amount of waste such as consumables used for detection, and the amount of waste liquid are all reduced, and the time required for detection is generally short. is there.
[0005]
The applicant of the present application also discloses Japanese Patent Application No. 10-181586 (“mixing analysis device and mixing analysis method”), JP-A-2000-2675 (“capillary photothermal conversion analyzer”), and JP-A-2000-2677. ("Analyzer"), International Patent Application WO 99/64846, and Japanese Patent Application No. 11-227624 ("Analysis Cartridge and Liquid Feeding Controller") have filed applications for µTAS-related inventions.
[0006]
These publications or application specifications also describe the use of a resin microchip as a chip, and the use of a thermal lens detection method as a method for detecting a trace component.
The thermal lens detection method is a photothermal conversion detection method in which a sample in a liquid is excited with excitation light to form a so-called thermal lens, and the change in the thermal lens is measured with the detection light. (Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-174933, A.C. Bocchara et. Al., Appl. Phys. Lett. 36, 130, 1980, J. Liquid Chromatography 12, 2575-2585 (1989); 10-142177, JP-A-4-369467, Bunseki No. 4,280-284,1997, M. Harada, et.al., Anal.Chem.Vol.65, 2938-2940, 1993, Kawanishi , Et al., Proceedings of the 44th Annual Meeting of the Japan Society for Analytical Chemistry, p119, 1995).
[0007]
As a method for measuring the components in the capillary, a fluorescence method or an absorbance method can be used in addition to the thermal lens detection method, but since high sensitivity can be realized without performing an operation such as introduction of a fluorescent labeling substance, Thermal lens detection is suitable.
On the other hand, a method of feeding a liquid by applying a voltage using a capillary electrophoresis itself or an electroosmotic flow in a chip has also been proposed (International Publication WO96 / 044747, SC Jakobson, et. Al.). Chem., Vol.66, 4127-4132, 1994, J. Liquid Chromatography 12, 2575-2585 (1989), JP-A-10-142177, JP-A-4-369467, and the like.
[0008]
However, in both electrophoresis and electroosmotic flow, a voltage is applied to the liquid in the chip via the electrodes, which causes electrolysis of the measurement reagent or measurement sample on the electrode surface, which changes the reagent composition or sample composition. There is. In addition, a phenomenon may occur in which the electrolysis product of the reagent or the sample adheres to the inner surface of the capillary, changes the zeta potential on the surface of the capillary, and changes the liquid sending speed.
[0009]
In addition, a lyophilized solid reagent is placed in a cartridge, a blood sample is diluted with a dissolution diluent sealed in the cartridge, and the solid reagent is further dissolved in the diluted sample solution, and an analysis reaction is performed to quantify. Methods have been disclosed (Japanese Patent Publication No. 10-501340, Japanese Patent Publication No. 9-504732, etc.).
In this method, since the liquid is sent by centrifugal force, the liquid sending direction is always the direction in which the centrifugal force acts, that is, the direction going outward from the center of the circle of the circular cartridge. The solid reagent is placed in a small chamber along the circumference, located at the end of the flow path in the cartridge.The diluted sample flows into each small chamber, dissolves the solid reagent, reacts, and changes the absorbance. Is coming.
[0010]
However, due to the structure of the cartridge, the solid reagent is located at the final point of the flow path, so that only one-step detection reaction can be performed with one reagent. For example, a reaction and a reagent composition different from the detection reaction according to the recommended method defined by the academic society or the government office must be adopted. Therefore, the correlation with the conventional test data may be low. Further, depending on the inspection item, it may be difficult to perform analysis by such a reaction mode of the circular cartridge.
[0011]
On the other hand, there has been reported a liquid feeding method using air bubbles in a sealed capsule. This includes liquid sending by thermal expansion of bubbles and liquid sending by generation of electrolytic gas. The former is performed by a closed chamber, a heating material and a filling liquid. The expansion of the heated bubble generates a high pressure and enables a fast liquid transfer. For example, in the method of Naruse Yoshihiro et al., A light-absorbing heat-generating material is sealed in a chamber filled with a liquid, and laser light is guided into the chamber with glass fibers. In this case, the liquid is sent by the pressure switch (US Pat. No. 5,210,817).
[0012]
On the other hand, the latter is performed by using a sealed chamber, an electrolytic solution filled therein, and a pair of electrodes inserted into the chamber. A pressure is generated by the generation of an electrolytic gas by applying a voltage to the electrode, and the liquid is sent. For example, D. A. Hopkins, Jr (US Pat. No. 5,671,905) and C.I. R. Neagu et al. (Reported by CR Neagu, JGE Gardeniers, M. Elwenspoek, JJ Kelly, Journal of Micro Electro Mechanical Systems, 5, 1, 96). There is something.
[0013]
However, since bubbles have compressibility, when sending a liquid into a narrow capillary channel, a long time is required from the start of the flow of the liquid until the liquid is stabilized. In some cases, the liquid may vibrate in the flow direction, and a problem may occur in which the liquid is not completely stabilized.
Furthermore, a method has been proposed in which the filling liquid is pushed from the outside without using bubbles to send the liquid, and for example, liquid feeding by a piezoelectric element can be mentioned. A piezoelectric element can generate a large force with a relatively small amount of energy.
[0014]
However, when the piezoelectric element is formed of a single crystal, the liquid can be pushed only a very small distance. In order to increase the stroke, a piezoelectric element is usually formed of a plurality of crystals, but this requires many parts, which eventually increases the cost.
Further, the piezoelectric element is driven by a small current but requires a high voltage, and therefore cannot always be said to be suitable for today's semiconductor circuits. Further, it is necessary to form a piezoelectric element by laminating materials having different expansion coefficients, and since accurate lamination is required for lamination, it is difficult to reduce the size. Furthermore, since the reciprocating motion is caused by vibration, in order to convert the force into a unidirectional force suitable for liquid feeding, a plurality of valves having a check valve function are required, and an electrical pump for providing a phase difference to a plurality of pumps is required. Since control is required, there has been a problem that the entire system becomes very complicated. It is also possible to feed liquid by installing a module having a rectifying effect such as a diffuser in the flow path, but due to its structural characteristics, a rectifying effect cannot be expected unless the flow velocity is high. In the case of low flow velocity, it is possible to increase the speed by narrowing the flow path width, but this method increases the pressure loss in the flow path, and it is necessary to increase the chip manufacturing precision and flow rate control precision For this reason, it is difficult to construct a practical system for reasons such as high cost.
[0015]
Furthermore, liquid transfer based on the principle of electrostatic charge repulsion and counter charge inquiries has been reported. For example, R. In the method of Zengerle et al., The liquid in the chamber is pushed out by the electrostatic repulsion between the thin film electrode and the chip fixed electrode (R. Zengerle, A. Richter, H. Sandmaier, Micro Electro Mechanical Systems '92, 4, 19, (1992)).
[0016]
However, the gap distance is sensitive to liquid sending, and is limited to a few μm in actual liquid sending. This narrow gap is susceptible to contamination by dust and the like, and it is easy to attract dust in a high electric field, and such contamination hinders appropriate liquid sending. Further, since a large current is not required but a high voltage is required, it cannot be said that the semiconductor circuit is necessarily adapted to today's semiconductor circuits. Further, a large-capacity charged plate is required to obtain a large liquid sending power. Furthermore, since the reciprocating motion is caused by vibration, a plurality of pilot valves that are electrically controlled or have a check valve function are required to convert the force into a unidirectional force suitable for liquid supply, and the system There was a problem that the whole was very complicated.
[0017]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 5,210,817
[Patent Document 2]
U.S. Pat. No. 5,671,905
[Non-patent document 1]
C. R. Neagu, J .; G. FIG. E. FIG. Gardeniers, M .; Elwenspoek, J .; J. Kelly, "Journal of Micro Electro Mechanical Systems", 1996, Vol. 5, No. 1, p. 2-9
[Non-patent document 2]
R. Zengerle, A .; Richter, H .; Sandmaier, "Micro Electro Mechanical Systems '92", 1992, Vol. 4, p. 19
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, there are many proposals as a liquid transfer technique to be provided to an apparatus for performing POC analysis and the like, but none of the techniques that meet all of the demands of the equipment of various items, small size, simple, short time, and low cost are still available. Not proposed. Specifically, the device is small and easy to manufacture, the device can be easily measured without complicated operations, the analysis chip can be disposable from the viewpoint of preventing contamination, and the test results are the same as those of the conventional test method. Correlation, concentration measurement by photothermal conversion detection method (thermal lens method), etc., lack of complicated connection mechanism between external liquid sending device and analysis chip, concentration to ensure accuracy There is a demand for a liquid sending mechanism that can satisfy many necessary conditions, such as those capable of performing a standard solution reaction.
[0019]
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, and its mechanism is simple, compact and low-cost, and is suitable for an analyzer that performs various analyzes including POC analysis. It is an object to provide a liquid feeding mechanism. It is another object of the present invention to provide an analyzer that includes the liquid feeding mechanism and can easily and accurately perform various analyzes including a POC analysis in a short time.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention has the following configuration. That is, in the liquid feeding mechanism of claim 1 according to the present invention, the liquid filled in the liquid tank is connected to the liquid tank by changing the volume of the liquid tank formed by being surrounded by the wall. A liquid sending mechanism for sending to the flow path, or for sending the liquid contained in another liquid tank connected to the flow path or the flow path to the liquid tank, wherein at least a part of the wall body is A diaphragm having elasticity capable of being deformed so as to protrude toward the inside or outside of the liquid tank, and a diaphragm member in contact with an outer surface of the partition, and a diaphragm in contact with the diaphragm among the surfaces of the diaphragm member. A non-compressible medium in contact with the non-compressible medium, a container for storing the incompressible medium, and pressure generating means for applying pressure to the incompressible medium, wherein the incompressible medium includes the diaphragm member and the Container and Enclosed have been sealed in the closed space, is loaded on the partition walls the pressure through the incompressible medium and said diaphragm member, wherein said partition wall is adapted to be deformed.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to the first aspect, the container and the pressure generating unit are connected by a tubular member filled with an incompressible medium. It is characterized.
Further, in the liquid feeding mechanism according to a third aspect of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to the first or second aspect, the pressure generating means generates the pressure using a reciprocating positive displacement pump mechanism. It is characterized by making it.
[0022]
Further, in the liquid feeding mechanism according to a fourth aspect of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to the first or second aspect, the pressure generating means generates the pressure using a rotary positive displacement pump mechanism. It is characterized by making it.
Further, in the liquid feeding mechanism according to a fifth aspect of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to the first or second aspect, the pressure generating means uses the volume change accompanying a phase change of the substance to generate the pressure. Is generated.
[0023]
Further, according to a sixth aspect of the present invention, there is provided the liquid feeding mechanism according to the fifth aspect, wherein the heating device and the cooling device control the temperature of the substance to cause the substance to undergo a volume change due to a phase change. It is characterized by including at least one of the devices.
Further, in the liquid feeding mechanism according to claim 7 of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to claim 1, the incompressible medium is formed of a material having rubber elasticity, and the pressure generating means is formed with a hole or a crack. , A non-compressible medium provided with a hole or crack that is continuous with a hole or crack in the container, and a pin that reciprocates by being inserted into the hole or crack of the container and the non-compressible medium. Or a thin section.
[0024]
Further, in the liquid feeding mechanism according to claim 8 of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to any one of claims 1 to 7, the pressure in the vicinity of a contact portion between the partition and the diaphragm member is reduced to less than the atmospheric pressure. And a means for bringing the partition and the diaphragm member into close contact with each other and releasing the close contact between the partition and the diaphragm member by setting the vicinity of the contact portion to atmospheric pressure.
[0025]
Further, in the liquid feeding mechanism according to claim 9 of the present invention, the liquid filled in the liquid tank is connected to the liquid tank by changing the volume of the liquid tank formed by being surrounded by the wall. A liquid sending mechanism for sending to the flow path, or for sending the liquid contained in another liquid tank connected to the flow path or the flow path to the liquid tank, wherein at least a part of the wall body is A partition that has elasticity that can be deformed so as to protrude toward the inside or outside of the liquid tank, and is in contact with the outer surface of the partition, an incompressible medium, and a container that stores the incompressible medium, Pressure generating means for applying pressure to the incompressible medium, wherein the incompressible medium is sealed in a closed space surrounded by the partition and the container, and the pressure is the incompressible medium. Is applied to the partition via Characterized in that it adapted to form.
[0026]
Further, in the liquid sending mechanism according to claim 10 of the present invention, in the liquid sending mechanism according to claim 9, the container and the pressure generating means are connected by a tubular member filled with an incompressible medium. It is characterized.
Furthermore, in the liquid feeding mechanism according to claim 11 of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to claim 9 or 10, the pressure generating means generates the pressure using a reciprocating positive displacement pump mechanism. It is characterized by making it.
[0027]
Further, in the liquid feeding mechanism according to a twelfth aspect of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to the ninth or tenth aspect, the pressure generating means generates the pressure using a rotary positive displacement pump mechanism. It is characterized by making it.
Further, according to a thirteenth aspect of the present invention, in the liquid feeding mechanism according to the ninth or tenth aspect, the pressure generating means uses the volume change accompanying the phase change of the substance to generate the pressure. Is generated.
[0028]
Further, in the liquid sending mechanism according to claim 14 of the present invention, in the liquid sending mechanism according to claim 13, a heating device and a cooling device that control a temperature of the substance to cause a volume change in the substance due to a phase change. It is characterized by including at least one of the devices.
Further, in the liquid sending mechanism according to claim 15 of the present invention, in the liquid sending mechanism according to claim 9, the incompressible medium is made of a material having rubber elasticity, and the pressure generating means is provided with a hole or a crack. , A non-compressible medium provided with a hole or crack that is continuous with a hole or crack in the container, and a pin that reciprocates by being inserted into the hole or crack of the container and the non-compressible medium. Or a thin section.
[0029]
Furthermore, in the liquid sending mechanism according to claim 16 of the present invention, in the liquid sending mechanism according to any one of claims 9 to 15, at least a part of a contact portion between the partition and the incompressible medium is bonded. It is characterized by the following.
Further, the liquid sending mechanism according to claim 17 of the present invention is characterized in that, in the liquid sending mechanism according to any one of claims 1 to 16, the partition wall is made of a material that is permeable to gas but not permeable to liquid. And
[0030]
Further, the liquid sending mechanism according to claim 18 of the present invention is characterized in that, in the liquid sending mechanism according to claim 17, the material is a porous membrane having hydrophobicity.
Further, a liquid feeding mechanism according to a nineteenth aspect of the present invention is the liquid feeding mechanism according to the eighteenth aspect, wherein the porous film is formed of an organic polymer.
Furthermore, the liquid sending mechanism according to claim 20 of the present invention is characterized in that, in the liquid sending mechanism according to any one of claims 17 to 19, the outer surface of the partition wall is coated with a film that does not transmit gas and liquid. I do.
[0031]
Further, the liquid sending mechanism according to claim 21 of the present invention is characterized in that, in the liquid sending mechanism according to claim 20, the coating is bonded to the partition wall by thermocompression bonding or heat fusion.
Further, the liquid sending mechanism according to claim 22 of the present invention sends the liquid filled in a liquid tank formed by being surrounded by a wall to a flow path connected to the liquid tank, or Or a liquid sending mechanism for sending a liquid contained in another liquid tank connected to the flow path to the liquid tank, wherein a substance whose volume changes with a phase change is mixed with the liquid to be sent. It is characterized in that it is sealed inside the liquid tank so as not to prevent it.
[0032]
Further, the liquid sending mechanism according to claim 23 of the present invention is characterized in that, in the liquid sending mechanism according to claim 22, the substance is sealed inside the liquid tank while being separated from the liquid to be sent. And
Further, a liquid sending mechanism according to claim 24 of the present invention is characterized in that, in the liquid sending mechanism according to claim 22, the substance has a property of not mixing with the liquid to be sent.
[0033]
Further, in the liquid sending mechanism according to claim 25 of the present invention, in the liquid sending mechanism according to any one of claims 22 to 24, the temperature of the substance is controlled to generate a volume change due to a phase change in the substance. And at least one of a heating device and a cooling device.
With a liquid sending mechanism having such a configuration, accurate liquid sending can be performed even with a small amount of liquid. Further, the mechanism is simple, small, and low-cost, and can be suitably applied to an analyzer that performs various analyzes such as POC analysis.
[0034]
Further, if the partition wall is made of a material that is permeable to gas but not liquid, it acts as an air vent when filling the liquid in the liquid tank or the flow path, and deforms when the liquid is sent. Since the liquid can be pushed or pulled, a liquid feeding mechanism can be easily configured without using a special valve or mechanism.
In the present invention, the “outer surface of the partition” means a surface facing the outside of the liquid tank among the two surfaces of the partition.
[0035]
Furthermore, the analyzer according to claim 26 of the present invention is configured such that a liquid sample or a liquid mixture of a liquid sample and a liquid reagent is caused to flow into a flow path, and a predetermined amount of the sample or the liquid mixture is measured. An analyzer for analyzing a component, a chip having a liquid tank filled with the sample or the mixture, and the flow path connected to the liquid tank, and a chip according to any one of claims 1 to 25. And a liquid feeding mechanism described above.
[0036]
Further, in the analyzer according to claim 27 of the present invention, in the analyzer according to claim 26, the chip is formed by bonding a pair of flat members, and at least one of the pair of flat members is provided. One is provided with a groove on the plate surface, and the flow path is formed by bonding together with the plate surface having the groove inside.
[0037]
Furthermore, the analyzer according to claim 28 of the present invention is the analyzer according to claim 26 or claim 27, wherein the chip includes a liquid tank containing a dried reagent, and the liquid tank is provided in the liquid tank. The liquid reagent can be prepared in the chip by loading a lysis solution and dissolving the reagent with the lysis solution.
[0038]
With the analyzer having such a configuration, various analyzes including the POC analysis and the like can be performed easily and accurately in a short time. Further, since there is no need to provide a special device or mechanism for preparing a reagent solution necessary for analysis outside the chip, the configuration of the analyzer can be simplified.
Furthermore, the analyzer according to claim 29 of the present invention is the analyzer according to any one of claims 26 to 28, wherein the liquid in the plurality of liquid tanks or the plurality of channels is flushed with the liquid for liquid pushing. An analyzer provided with a mechanism for simultaneously moving the plurality of liquid tanks, wherein the plurality of liquid tanks include a liquid pushing channel through which the liquid for pushing pushed by the liquid sending mechanism according to any one of claims 1 to 25 flows. Alternatively, each of the plurality of flow paths is connected.
[0039]
With such a configuration, operations such as mixing and dilution of liquids necessary for analysis can be freely performed in the chip.
Hereinafter, the liquid feeding mechanism and the analyzer according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The liquid feeding mechanism of the present invention is mainly composed of two parts. That is, a portion having a liquid tank provided with a partition and a flow path (a portion corresponding to a chip, which is referred to as a chip in the following description), and a portion changing the volume of the liquid tank by deforming the partition (hereinafter, referred to as a chip). In the description, it is referred to as a liquid sending device). In order to realize a quantitative liquid transfer required for POC analysis or the like, it is necessary for the liquid transfer device to change the shape of the partition so that a volume change equal to a target liquid transfer amount is caused in the liquid tank. Therefore, it is necessary to accurately send a target amount of liquid according to a change in the volume of the liquid tank.
[0040]
[About chip]
The chip provided in the analyzer of the present invention includes a liquid tank filled with a liquid and a flow path through which a small amount of liquid is sent or reacted. The flow path is preferably formed by laminating a pair of flat members having grooves on the plate surface. That is, as shown in FIG. 1, a cover sheet 11 made of, for example, a resin is attached to a plate surface 10b provided with the groove 10a of a plate-shaped member 10 provided with a groove 10a on the plate surface via an adhesive, an adhesive tape or the like. When combined, a chip 1 having a capillary 12 serving as a liquid flow path is formed.
[0041]
This groove can be formed by a technique such as molding with a mold or embossing. The shape and size of the groove are not particularly limited, but from the viewpoint of the current molding technology, the ratio of the width to the depth of the flow path is about 0.3 to 10, and the width and the depth are Each is preferably 0.5 μm or more, and from the viewpoint of required sample and reagent amounts, the width and depth are each preferably 500 μm or less.
[0042]
When a resin is used as the material of the chip (plate-shaped member), it is required that the moldability is good, and when performing an optical measurement, the material must be transparent. It is preferred to use. Although glass can be used as the material of the chip, resin is preferable in consideration of cost.
Specifically, polystyrene, styrene-based resin such as styrene-acrylonitrile copolymer, methacrylic resin such as polymethyl methacrylate, methyl methacrylate-styrene copolymer, polycarbonate, polysulfone, polyether sulfone, polyetherimide, polyarylate, Examples include polymethylpentene and 1,3-cyclohexadiene-based polymers. It is also possible to use these copolymers and blends.
[0043]
[About the partition and liquid transfer using the partition]
As shown in FIG. 2A, the liquid tank 14 is formed by a through hole provided in the flat member 10, and an elastic partition wall 15 is attached so as to cover the opening. Since the partition wall 15 has flexibility and can be deformed, when a pressing force is applied to the partition wall 15 from the outside of the chip 1 as shown in FIG. Is pushed inside.
[0044]
Then, since the volume of the liquid tank 14 is reduced by the deformation of the partition wall 15, the liquid is incompressible. Therefore, as shown by an arrow in FIG. The capillary 12 is pushed out by the volume change. Thereby, the liquid L in the liquid tank 14 can be moved.
Thus, by performing the liquid sending using the deformation of the partition wall, desired liquid sending can be performed in the chip without using a complicated mechanism or equipment for connecting a pipe from the outside to the chip. In addition, since it is not necessary to provide dedicated equipment such as a pipe connection port on the chip, the chip can be manufactured easily and at low cost.
[0045]
The partition wall 15 is not particularly limited as long as it is a sheet-like member having flexibility and deformable by a small mechanism, but a PTFE (polytetrafluoroethylene) porous film is particularly preferable. If the partition wall 15 is formed of a film such as a PTFE porous membrane having a property of transmitting air but not liquid (repelled by water repellency), the partition wall 15 has gas permeability and the liquid tank 14 is formed of a liquid. When filled, it becomes a water-resistant functional film. Therefore, when the liquid L is introduced from the capillary 12 into the empty liquid tank 14, the air in the liquid tank 14 is pushed out as the liquid L is filled, and passes through the partition 15 to escape. Since the liquid L does not penetrate and escape due to the water repellency, the liquid tank 14 can be completely filled with the liquid L.
[0046]
In addition to PTFE, porous films of various materials can be used as the partition wall 15. However, it is preferable to use a hydrophobic organic polymer or inorganic material so that the liquid does not pass through the membrane.
The hydrophobic organic polymer preferably has a critical surface tension of about 0.04 N / m or less at 20 ° C., for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), silicone, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride. , Polycarbonate, polysulfone, polyethersulfone, polyarylate, polymethylpentene, 1,3-cyclohexadiene-based polymer and the like.
[0047]
Cellulose acetate membranes can be used in some cases, but in the case of a reagent solution to which a surfactant has been added, a membrane with high hydrophobicity, such as PTFE, silicone, or polyethylene, is more resistant to water permeation. Is preferred because it is large.
Since the liquid pressure can be sent at a higher pressure as the water pressure is higher, the water pressure is more preferable as the water pressure is higher. 0.01 MPa or more is preferable. However, when it is necessary to quickly fill the flow path or the liquid tank in the chip with liquid, the water pressure resistance is more preferably 0.1 MPa or more. The average pore diameter of the membrane can be from 0.1 μm to about 5 μm. However, considering that the smaller the pore diameter, the higher the water pressure resistance and the smaller the amount of permeated air, it is most preferably about 0.1 μm. The thickness is preferably 25 to 300 μm.
[0048]
As shown in FIG. 3, when the outer surface of the partition wall 15 is coated with a coating 16 that is impermeable to both gas and liquid, the water pressure resistance can be further increased. In the case where only the partition walls (PTFE porous membrane) do not have a coating, the gas in the liquid tank passes through the partition walls in the film thickness direction, whereas if the coating has the coating 16 as shown in FIG. The gas in the liquid tank passes through the inside of the membrane of the partition 15 toward the outer edge. Therefore, since the thickness of the partition wall 15 is the same as that of the partition wall 15, the water pressure resistance can be increased. When the partition walls are coated with a coating as described above, a membrane having an average pore diameter larger than about 0.1 μm described above can be used as the partition walls.
[0049]
When a PTFE porous film or the like having a high surface energy is used as a partition, it is generally difficult to bond the coating to the partition with an adhesive. In this case, if a thermoplastic resin such as low-density polyethylene is selected as the material of the coating, the coating can be bonded to a PTFE porous film or the like by thermocompression bonding or thermal fusion.
[About the liquid sending device]
First, an example of a liquid feeding device used in the liquid feeding mechanism according to claim 1 of the present invention is shown in a conceptual diagram of FIG. This liquid feeding device includes a piston 41, a non-compressible medium 42, a closed container 43, and a diaphragm member 44, which form part of the pressure generating means. The incompressible medium 42 is sealed in a closed space surrounded by the closed container 43 and the diaphragm member 44.
[0050]
As shown in FIG. 4B, pressure is applied to the incompressible medium 42 by the piston 41. At this time, the volume of the portion of the piston 41 existing in the incompressible medium 42 increases, and the amount of the increase is set to be equal to the target liquid supply amount. Then, the pressure is transmitted to the diaphragm member 44 via the incompressible medium 42 filled in the closed container 43, and the diaphragm member 44 is deformed so as to protrude toward the outside of the closed container 43. If the rigidity of the closed container 43 is sufficiently large, the volume of the protruding portion is equal to the above-described target liquid supply amount.
[0051]
Such a liquid feeding device 5a is mounted on the above-described chip 5b as shown in FIG. At this time, the outer surface of the diaphragm member 44 of the liquid feeding device 5a is brought into close contact with the outer surface of the partition wall 15 of the chip 5b.
As shown in FIG. 5 (b), when the pressure generating means is operated to apply pressure to the incompressible medium 42 by the piston 41, the diaphragm member 44 and the partition wall 15 are in close contact with each other. Due to the deformation of 44, the partition wall 15 is deformed so as to protrude toward the inside of the liquid tank 14. Then, since the volume of the liquid tank 14 is reduced by the deformation of the partition wall 15, the liquid L in the liquid tank 14 is sent out through the flow path 12 to the outside by the reduced volume.
[0052]
At this time, since the volume of the portion protruding into the liquid tank 14 is equal to the volume of the portion where the diaphragm member 44 protrudes, the liquid L having a volume equal to the target liquid supply amount described above is supplied. It becomes. That is, the pressure generated by the pressure generating means is transmitted to the partition 15 via the incompressible medium 42 and the diaphragm member 44, and the liquid L in the liquid tank 14 is sent to the outside by deforming the partition 15. . If the pressure generating means is operated so that a negative pressure is applied to the incompressible medium 42, the volume of the liquid tank 14 increases, so that the inside of the liquid tank 14 is It is also possible to draw the liquid L into the liquid. Thereby, the liquid in the flow path 12 or another liquid tank connected to the flow path 12 can be moved.
[0053]
Although not shown in FIGS. 4 and 5, the pressure generating means includes a drive source, and a linear actuator such as a linear step motor can be used as the drive source.
Examples of the incompressible medium 42 include liquids such as water and oil. In practice, the non-compressible medium 42 has properties such as silicone oil, which is non-volatile, liquid at room temperature, and chemically stable. It is desirable to have one. Instead of a liquid, a gel-like substance having sufficiently high fluidity can be used as the incompressible medium. In order to achieve the intended function in the present invention, it is necessary to prevent air bubbles from being mixed in the incompressible medium.
[0054]
Further, the diaphragm member 44 is made of a thin plate having elasticity and capable of holding the incompressible medium 42, and is preferably made of metal, resin, or the like. In order for the volume of the portion where the diaphragm member 44 protrudes and the change in the volume of the liquid tank 14 to be exactly equal, the incompressible medium 42 and the liquid in the liquid tank 14 which face each other via the diaphragm member 44 and the partition 15 are It is preferable that the shapes of the opposing surfaces are made equal and matched without deviation. However, when the outer edge of the diaphragm member 44 is supported as a fixed end, the deformation of the outer edge of the diaphragm member 44 is very small, so that the surface of the incompressible medium 42 and the liquid in the liquid tank 14 facing each other is small. Some deviation is allowed.
[0055]
In the liquid feeding mechanism shown in FIG. 5, it is assumed that the liquid feeding device 5a is used repeatedly and the chip 5b is replaced and used, but it is also possible to integrate both of them. In this case, as shown in FIG. 6, it is possible to configure a liquid feeding mechanism without using a diaphragm member.
Further, as shown in FIG. 7, the closed container 43 and the piston 41 which is a part of the pressure generating means may be connected by a pipe 70 (tubular member) filled with the incompressible medium 42. With such a configuration, it is possible to increase the degree of freedom in the layout design of the liquid sending mechanism and the analysis device using the liquid sending mechanism.
[0056]
4 to 7 adopt a reciprocating positive displacement pump mechanism (a positive displacement pump mechanism having a piston-cylinder mechanism or a plunger mechanism) as a pressure generating means, but another mechanism is used as a pressure generating means. May be adopted. For example, instead of the linear actuator and the reciprocating positive displacement pump mechanism, the pressure generating means may be configured by a rotary positive displacement pump mechanism such as a rotary motor and a gear pump.
[0057]
As a pressure generating means, that is, a means for causing a volume change, it is conceivable to use a volume change accompanying a phase change of a substance instead of the above-described one. For example, paraffin melts or solidifies at a temperature change from room temperature to several tens of degrees Celsius, at which time the volume increases or decreases by about 15%. If a small heater and a temperature sensor are arranged near the paraffin and the temperature of the paraffin is controlled, the volume change can be controlled.
[0058]
Volume change due to phase change includes volume change due to evaporation, and the degree of volume change is much larger than that in the case of solid-liquid phase change.However, since gas is highly compressible, it is necessary to send a fixed amount of liquid. In this case, it is not preferable.
FIG. 8A shows a liquid sending device using a volume change accompanying a phase change. In the closed container 43, the incompressible medium 42 and a substance 81 which changes in volume with a phase change are stored. The substance 81 which undergoes a volume change due to a phase change should be sealed in a bag or the like (not shown) which can expand and contract according to the volume change so as not to mix with the incompressible medium 42 when liquefied. Further, a heater 82 for heating is arranged in the bag. If a thermistor whose electric resistance changes according to the temperature is adopted as the heater 82 and the voltage drop at that time is measured by energizing the thermistor, a small and simple heating device having both a heater function and a temperature sensor function can be configured. It is possible to do.
[0059]
The volume change due to the phase change is transmitted to the diaphragm member 44 via the incompressible medium 42 without excess and deficiency, and the diaphragm member 44 protrudes by the amount of the volume change, and can function as the liquid sending device in the present invention. Note that if the substance 81 causing a volume change due to a phase change has a property of not mixing with the incompressible medium 42, the substance 81 does not need to be enclosed in a bag or the like. Further, the same function can be realized by filling the inside of the closed container 43 with a substance 81 that changes in volume with a phase change instead of the incompressible medium 42.
[0060]
The pressure generating means that focuses on the phase change of the substance does not have any mechanical element, and therefore can be easily miniaturized. Therefore, as shown in FIG. 8B, it is also possible to install the substance 81 which changes in volume with the phase change in the liquid tank 14 in the chip. As a heating means for causing a phase change, a method in which a substance 81 which causes a phase change together with the liquid tank 14 is heated by a heater 83 provided near the chip can be considered. Further, a method of heating a substance causing a phase change by laser condensing heating is also possible.
[0061]
The change in volume that determines the amount of liquid transfer appears as a change in the shape of the diaphragm member via the incompressible medium, and the change in volume is transmitted to the liquid in the liquid tank via the partition. The following requirements are required for accurate transmission of this volume change.
First, in order for the shape change of the diaphragm member to be accurately transmitted to the partition, it is desirable that the partition be as flexible as possible. Further, in order to exclude gas in the liquid tank when filling the liquid tank with the liquid, the partition wall needs to have a vent function. For example, a PTFE microporous membrane has this property.
[0062]
Second, it is preferable that there is no gap between the diaphragm member and the partition. For that purpose, first, the liquid sending device and the chip are mechanically overlapped. At this time, since the chip has a slight warp in manufacturing, the chip is mechanically pressed to enhance the close contact between them. However, since the partition wall is flexible and usually has a slack, there is a gap between the diaphragm member and the partition wall when viewed microscopically, which may not be negligible in precise quantitative liquid sending. In that case, it is necessary to make the outer surface of the partition wall and the outer surface of the diaphragm member adhere closely. Further, in order to facilitate the exchange of the chip, it is required that the state can be easily switched between the close contact state and the detached state.
[0063]
As a method of realizing switching between the close contact state and the detached state, there is a method using a vacuum as shown in FIG. That is, the vicinity of the diaphragm member 44 and the partition wall 15 is sealed using a gasket 91 or the like, and the pressure in the vicinity is reduced to a negative pressure using a vacuum pump or the like (not shown). If the liquid L in the liquid tank 14 is released to the atmospheric pressure through the flow channel 12, the partition wall 15 is pressed against and adheres to the surface of the diaphragm member 44 due to the pressure difference between the inner and outer surfaces of the partition wall 15. When the vacuum pump is stopped and the portion near the diaphragm member 44 and the partition 15 is returned to the atmospheric pressure, the liquid sending device and the chip are easily separated.
[0064]
In the case where the liquid feeding device is manufactured at a very low cost, and is integrated with the chip and is disposable, the diaphragm member and the partition wall may be bonded to each other so that no gap is generated between them.
[About liquid sending when an incompressible medium is composed of a substance having rubber elasticity]
In the present invention, it is ideal to employ a kind of miniature hydraulic mechanism as described above as the pressure generating means of the liquid feeding device. However, in order to actually manufacture a miniature hydraulic mechanism, precise processing and assembly are required, and it is not always easy to reliably remove bubbles from hydraulic oil. Therefore, it is possible to more easily configure the pressure generating means, the incompressible medium, and the diaphragm member, which are the components of the liquid feeding device of the present invention, by using rubber, which is an elastic body that can be regarded as substantially incompressible. it can.
[0065]
An example is shown in FIG. A rubber container 102 is filled in a cylindrical container 101 having one end open without any gap. A minute hole 104 is provided at the end of the container 101 on the closed side, and is connected to the minute hole 105 provided in the rubber 102. The pin 103 is inserted from the hole 104 to the hole 105.
When idealized and considered, since rubber is incompressible, the end face 106 of the rubber 102 expands by the volume of the inserted pin 103. If the rubber 102 is mounted on the chip so that the end face 106 and the partition of the chip are in close contact with each other, the change in shape of the end face 106 is transmitted to the liquid in the liquid tank via the partition. Then, the liquid is sent out to the flow path connected to the liquid tank by the volume calculated from the diameter of the pin 103 and the inserted length. In order for such a liquid sending mechanism to function correctly, the container 101 must have sufficient rigidity, and the diameters of the two should be selected so that no gap is formed between the hole 105 provided in the rubber 102 and the pin 103. It is necessary to do things.
[0066]
The holes 105 and the pins 103 provided in the rubber 102 do not necessarily have to be circular in cross section. For example, a similar function can be realized by providing a crack in the rubber 102 instead of the minute hole 105 and inserting a thin metal piece instead of the pin 103.
Further, it will be described that the liquid feeding mechanism using rubber as described above is also a displacement reduction mechanism. First, the case of a liquid feeding mechanism using rubber will be described. When a pin having a diameter of 0.5 mm is used, the cross-sectional area of the pin is 0.196 mm. 2 When the insertion length is 5 mm, the change in volume, that is, the amount of liquid sent is 1.0 μL. That is, the insertion length corresponding to the liquid supply amount of 1.0 μL = the actuator drive amount is 5.0 mm.
[0067]
Next, in a case where the partition is directly pressed by a pin or the like, the actuator drive amount is roughly estimated. Assuming that the diameter of the partition wall is 3 mm and the shape of the partition wall deformed by the pin is a conical shape, the insertion length of the pin corresponding to 1.0 μL of the liquid supply amount is 0.43 mm. Therefore, the driving amount of the actuator is about 12 times larger in the case of the liquid feeding mechanism using rubber than in the case where the partition is directly pushed by a pin or the like. To put it simply, there is no problem even if the accuracy of the actuator drive amount is lower by an order of magnitude, so that the cost of the drive mechanism can be reduced.
[0068]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a liquid sending mechanism according to the present invention and an analyzer provided with the liquid sending mechanism will be described in detail with reference to the drawings. In each drawing, the same or corresponding parts are denoted by the same reference characters. Note that the present embodiment is an example of the present invention, and the present invention is not limited to the present embodiment.
[0069]
[About the analyzer]
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating an overall configuration of an analyzer including all devices and devices necessary for analyzing a sample, such as a chip, a liquid feeder, an optical detector, and a temperature controller. The functions of the analyzer will be described below in the order of operation.
After the chip is introduced into the analyzer by the chip loading mechanism, the chip is sandwiched between the liquid sending device and the temperature controller, and the chip is fixed at a predetermined position. While operating the temperature control device to heat the chip, a preparation operation for introducing a buffer solution into an empty flow path and a liquid tank in the chip is performed using the time until the chip reaches a predetermined temperature. The liquid feeding device is operated to perform a dilution operation and a reaction operation as described below. The degree of reaction according to the concentration of the substance to be measured in the sample is measured using an optical detection device (for example, by absorbance). As the optical detection device, a photothermal conversion type detector based on the so-called thermal lens phenomenon can also be used, which is suitable for measuring the absorbance in a fine channel. The measurement process is controlled by the general CPU. In addition, the progress status and results of the measurement are appropriately presented to the measurer by the man-machine interface.
[0070]
With the analyzer having such a configuration, the analysis using the chip can be performed almost automatically and promptly.
[About chip]
An example of a chip used for an analyzer for biochemical measurement will be described with reference to the schematic diagram of FIG. The analysis process using this chip will be described later in detail.
[0071]
Several grooves each having a width of about 100 to 300 μm, a depth of about 50 μm, and a length of about 20 to 250 mm were formed on one surface of a transparent acrylic plate having a thickness of 2 mm by embossing. Further, through holes having a diameter of 4 to 5 mm were formed at both ends of these grooves. Then, a transparent acrylic sheet having a thickness of 0.3 mm was adhered to the plate surface having the groove of the plate using an ultraviolet curable adhesive, thereby forming a flow path.
[0072]
Further, a 70 μm-thick PTFE microporous membrane (average pore diameter: 0.1 μm) is attached to a portion of the other plate surface of the plate where the through hole is formed to cover an opening of the through hole. Thus, a partition was formed. With a commercially available PTFE microporous membrane, the required water pressure as a partition cannot be obtained, and the buffer solution in the liquid tank may infiltrate the PTFE microporous membrane and the valve function may be lost. If the outer surface of the porous film (the surface facing the outside of the chip) is covered with a thermoplastic resin such as a polyethylene thin film, the water pressure resistance can be improved. Even when coated with a thermoplastic resin, the function of removing air in the liquid tank was not inferior to the conventional one. The thermoplastic resin film is preferably bonded to the PTFE microporous film by thermocompression bonding or heat fusion.
[0073]
[About the liquid sending device]
A liquid transfer device capable of obtaining a liquid transfer amount of about 0.8 μL in a full stroke was manufactured as follows. An acrylic cylinder (outside diameter: 13 mm, inside diameter: 5 mm, height: 15 mm) having both ends open was filled with silicone rubber (Sylpot 184, manufactured by Dow Corning Japan) to a height of 10 mm, polymerized and solidified. The silicone rubber was filled with a two-part epoxy adhesive, and after solidification, a hole having a diameter of 1.0 mm was drilled to reach the upper end of the silicone rubber.
[0074]
Further, a needle having a diameter of 1.0 mm was inserted into the hole and inserted into the inside of the silicone rubber, thereby forming a crack-shaped hole for inserting and removing a pin described later in the rubber. Then, a pin having a diameter of 0.9 mm was inserted into the hole, and a linear actuator of 25 μm in one step was connected to this pin so that the pin could be inserted and removed from the silicone rubber.
[0075]
First, a measurement system shown in FIG. 13 was prepared to confirm the relationship between the insertion length of the pin and the protruding volume of the rubber in the above-described liquid sending device. In the measurement system of FIG. 13, the liquid feeding device 100 is arranged with the side into which the pin 103 is inserted downward, and the glass capillary 111 is attached to the rubber end surface 106 facing upward. Water is injected from the lower end side of the glass capillary 111 while taking care not to leave air bubbles, and the water is filled up to the middle of the entire length of the capillary. If the vertical movement of the water surface 112 when the pin 103 is inserted into the rubber 102 is measured by moving up and down a fine movement stage with a microscope (not shown), the measurement result and the cross-sectional area of the capillary 111 are used to determine the rubber end surface 106. Volume change due to protrusion can be calculated.
[0076]
Next, as shown in FIG. 14, the above-mentioned liquid sending device was arranged on the chip. At that time, the above-mentioned partition wall 15 of the chip and the diaphragm member of the liquid sending device were fixed so as to overlap. A gasket 91 made of silicone rubber is arranged around the acrylic container 101 of the liquid sending device, and a small vacuum pump (not shown) (not shown) for negative pressure in the vicinity of the partition 15 is connected to the partition 15. did.
[0077]
In the measurement system of FIG. 14, the liquid sending device 100 is attached to one end of the flow path 12 without branching or merging, and the glass capillary 111 is attached to the other end. Water is injected from the upper end of the glass capillary 111, air is released by the air permeability of the partition wall 15, and the injection of water is stopped when the liquid tank 14 becomes full. Water is drained from the lower end side of the glass capillary 111, and the water surface 112 is adjusted so as to be in the middle of the entire length of the capillary.
[0078]
Next, the small vacuum pump is operated to bring the partition 15 into close contact with the open surface of the rubber 102 of the liquid sending device. Then, by measuring the vertical movement of the water surface 112 when the pin 103 is inserted into the rubber 102 in the same manner as in the above-described measurement system, the relationship between the insertion length and the liquid sending amount is obtained.
The data thus obtained is shown in the graph of FIG. This graph shows the volume given by the product of the cross-sectional area of the pin 103 and the insertion length of the pin 103 as a theoretical value. As can be seen from the graph, the protruding volume of the rubber end face was a value several percent smaller than the theoretical value. This is considered to be because rubber is an approximate incompressible substance having a Poisson's ratio of about 0.49, and therefore has some compressibility. Is 0.5). The amount of liquid sent almost coincides with the protruding volume of the rubber end surface, indicating that the volume change is transmitted via the partition.
[0079]
When it is desired to change the relationship between the insertion length of the pin and the amount of liquid supplied, the cross-sectional area (diameter) of the pin may be changed. An example is shown in the graph of FIG.
[About liquid transfer mechanism using volume change due to phase change]
The pressure generating means can be constituted by using a substance which changes its volume during a phase change, and will be described below.
[0080]
Paraffin was used as the substance that caused a volume change during the phase change. As shown in FIG. 17, a container 151 having a volume of several tens of μL was connected to one end of a glass capillary 111. Then, 6 mg of paraffin 152 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, nominal melting point of 46 to 48 ° C.) was sealed in the container 151, and water was injected into the container 151 from the lower end side of the capillary 111. The amount of water to be injected was set so that the liquid level 112 reached the middle of the capillary 111, and care was taken to prevent bubbles from being mixed into the water as much as possible during water injection.
[0081]
The density of paraffin is about 1 g / cm 3 If the rate of volume change due to phase change is about 15%, melting of 6 mg of paraffin should result in about 1 μL of volume change. This change in volume is observed as a movement of the liquid surface 112 in the capillary 111. As shown in FIG. 17, a water tank 153 arranged so as to surround the container 151 is filled with water of about 70 ° C., and the change in the liquid level 112 of the capillary 111 when the temperature is gradually lowered by natural cooling is measured, and the volume change is performed. I asked.
[0082]
Actually, not only the paraffin but also the water, the container 151 and the capillary 111 are slightly changed in volume depending on the temperature, so that an error is caused in the measured value. Therefore, as a control experiment, the liquid level change was also measured for a system without paraffin, and the obtained data was subtracted from the data of the system with paraffin to correct the error.
[0083]
FIG. 18 is a graph showing the data of the volume change of the paraffin thus obtained due to the solid-liquid phase change. It was confirmed that about 1 μL of volume change occurred during the temperature change of 70 to 40 ° C.
Note that the above-described liquid feeding mechanism is an example of the liquid feeding mechanism according to claim 22 of the present invention. From the experiments described above, a substance such as paraffin, which changes its volume due to a solid-liquid phase change, is sealed in a liquid tank that is continuous with the flow path in the chip, and the substance undergoes a phase change by means such as heat transfer. It was shown that the liquid could be sent by doing so.
[0084]
However, in the above example, since paraffin has a property of not mixing with water, it is sealed with water in a liquid tank without being isolated from water, which is a liquid to be sent, but according to the volume change. If it is sealed in a liquid tank by separating it from the liquid to be sent by putting it in a bag that can be expanded and contracted, etc., even if it is a substance that mixes with the liquid to be sent, It can be adopted as a substance whose volume changes.
[0085]
[Unit operation required for analysis]
By combining a chip having a flow path with which the liquid flows and the liquid sending device, it is possible to perform operations such as liquid dilution and mixing, which are unit operations necessary for analysis. FIG. 19 shows an analytical device that performs only dilution prepared experimentally, and describes the result of evaluating the accuracy of the dilution.
[0086]
FIG. 19A is a cross-sectional view illustrating the configuration of a chip and a liquid feeding device fixed thereon. This liquid feeding device is one in which three liquid feeding devices using the aforementioned rubber are integrated. FIG. 19B is a plan view of the chip. Four liquid tanks are formed in this chip, and the P tank, the Q tank, and the Q 'tank are formed at the same pitch as that of the above-described triple liquid sending device.
[0087]
When the integrated pin 171 is pushed down and inserted into the hole formed in the rubber 172, the liquid L in the P tank, the Q tank, and the Q ′ tank is sent out to the flow paths connected to each tank, and the three flow paths are formed. At the junction.
A xylene cyanol dye simulating a sample to be measured is provided in the P tank, a flow path from the P tank to the junction, and a flow path downstream of the junction (post-merge flow path). An aqueous solution (concentration: 400 μM) is filled. Further, the Q tank, the Q ′ tank, the flow path from the Q tank to the junction, and the flow path from the Q ′ tank to the junction are filled with a buffer solution.
[0088]
When the liquid sending device is operated, the aqueous dye solution and the buffer solution merge. Then, a dilution operation is performed by the two being diffused and mixed in the flow path. Here, the diameter of the buffer solution pin is 0.7 mm, and the diameter of the sample sample (xylene cyanol dye aqueous solution) pin is 0.3 mm. However, if the dilution rate needs to be changed, it is necessary to correspond to each liquid tank. What is necessary is just to change the diameter of a pin.
[0089]
If a photothermal conversion type absorbance measurement system (thermal lens measurement system) is arranged near the end of the flow path after the merging, the change in the concentration of the liquid passing through the end can be detected, so that the dilution ratio can be measured. is there.
FIG. 20 shows the result of measuring the dilution ratio. This graph shows how the absorbance of the liquid decreases due to dilution after the start of liquid supply. The results of numerical calculations by differentially approximating the advection-diffusion phenomenon based on separately measured characteristics of the liquid sending device are shown as calculated values.
[0090]
As can be seen from the graph, the experimental value and the calculated value were almost the same, and it was confirmed from this that the intended dilution operation could be realized with this liquid sending mechanism.
[About analysis operation]
Next, the analysis process using the chip will be described in detail. FIG. 12 is a schematic diagram illustrating the configuration of a chip of an analyzer for biochemical measurement. This chip is provided with 9 liquid tanks (P tank, Q tank, Q 'tank, D tank, S tank, A tank, B tank, R tank, W tank), Are in communication.
[0091]
The P tank is filled with plasma separated from blood, and the A and B tanks have dried reaction reagents attached to the bottom of the tank. The R tank is filled with a buffer solution. Further, the opening of each liquid tank is covered with a partition wall (a porous PTFE membrane having a pore size of about 0.1 μm and a water pressure resistance of 0.39 MPa) having flexibility, gas permeability, and water resistance. The P tank, the Q tank, and the Q ′ tank are equipped with a triple liquid feeding device shown in FIG. Further, a liquid feeding device 100 as shown in FIG. 14 is mounted in each of the D tank and the R tank. Further, the valve 201 shown in FIG. 21 is attached to the W tank, and the valve 201 is closed in an initial state. The valve 201 is installed so as to seal the periphery of the partition 15 of the W tank with a gasket 202. When the valve 201 is open, the air in the W tank can pass through the partition and flow out of the valve 201, and when the valve 201 is closed, the air in the W tank passes through the partition and the valve 201 It is prevented from flowing out of the. Therefore, by opening or closing the valve 201, it is possible to select whether or not to replace the air in the W tank with the liquid.
[0092]
First, the liquid sending device attached to the R tank is operated to fill the entire flow path in the chip with the buffer solution. That is, the buffer solution filled in the R tank is pushed out by the liquid sending device arranged in the R tank, but since the valve 201 of the W tank is in the closed state, the buffer solution flows through the flow paths sab, sa, and sab. s flows into the S tank, the A tank, and the B tank.
When the S tank is full, the buffer flows into the Q tank and Q 'tank, but does not flow into the P tank because the P tank is already filled with the sample. When the tank A and the tank B are full, the buffer flows into the tank D. Finally, the filling of the buffer solution into the Q tank, Q ′ tank, D tank, S tank, A tank, and B tank is completed. Since the valve 201 is closed in the W tank, only the buffer solution passes therethrough, and the inside of the W tank is almost filled with air.
[0093]
In this process, the dried A reagent and the dried B reagent stored in the A and B tanks are dissolved in the buffer solution, and thus the respective reagent solutions are prepared in the A and B tanks. The concentration of the reagent solution can be set to a desired value by the volume of the liquid tank and the amount of the dry reagent. By such an operation, the dissolution of the reagent and the filling of each liquid tank with the buffer solution for sending the liquid were completed.
[0094]
Next, the sample is diluted. When the valve 201 of the W tank is opened and the sample and the buffer solution are simultaneously pushed out by the liquid sending devices mounted on the P tank, the Q tank, and the Q ′ tank, the two liquids diffuse and mix, and the mixed liquid is mixed. It flows into the S tank. That is, the buffer in the S tank is replaced with the diluted sample. The buffer initially present in the S tank flows into the W tank, which is a waste liquid tank, through the flow path s, the flow path sa, and the flow path sab. Note that the dilution ratio of the sample is determined by the set flow rate of the liquid sending device mounted on the P tank, the Q tank, and the Q ′ tank.
[0095]
At this stage, the tank S was filled with the diluted sample, and the tanks A and B were filled with the respective reagent solutions, and the preparation for the reaction was completed.
Finally, when the buffer solution filled in the D tank is pushed out by the liquid sending mechanism mounted on the D tank, the buffer solution flows into the S tank, the A tank, and the B tank via the three branch flow paths. The liquid content of each liquid tank is sent out to each flow path connected to the liquid tank. That is, the diluted sample is sent to the channel s, the reagent A is sent to the channel a, and the reagent B is sent to the channel b. At this time, the buffer acts as a liquid for pushing.
[0096]
The flow rates are distributed to the respective flow paths so that the pressure loss of each flow path at the branch point of the three branch flow paths becomes equal. In designing the chip, the pressure loss coefficient of each flow path is determined in consideration of the difference in the viscosity of each liquid so that the flow rates of the diluted sample and each of the reagent solutions A and B become desired values. The pressure loss coefficient is determined by two factors: the shape of the cross section of the flow channel and the length of the flow channel. Since the liquid feeders mounted in the P, Q and Q 'tanks are stopped, no liquid flows into these liquid tanks.
[0097]
The diluted sample and the A reagent solution flow into the flow channel sa and are mixed, and a reaction between the sample and the A reagent occurs in the flow channel sa. The mixed solution flows toward the junction with the flow channel b while reacting, and the reaction time can be controlled by the flow speed and the length of the flow channel sa, when the time flowing through the flow channel sa is defined as the reaction time.
After the reaction between the sample and the reagent A has progressed for a predetermined time, the mixture is made to reach the mixing point with the flow channel b. Thereby, the mixed solution with which the final concentration measurement can be performed flows into the flow channel sab by further mixing with the reagent B and causing a reaction. After mixing, after an appropriate reaction time compatible with the reagent reaction system, labeling is performed as a dye concentration. If the length of the flow channel sab is set so that a sufficient reaction time can be taken in consideration of the flow rate, immediately after the reaction, the optical measurement device as described in FIG. Can be measured.
[0098]
The mixed solution whose concentration has been measured reaches a W tank (waste liquid tank) and is stored as a waste liquid. Since the chip after the concentration measurement can be disposable as it is, it is possible to construct an analysis system that does not cause a specimen-derived infection or the like to an analysis operator.
In addition, the dilution and extraction processes of a sample such as blood can be considered in the same manner, and if the above-described method is used, almost all possible reagent reaction processes can be realized.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, the analyzer of the present invention can easily and accurately perform various analyzes including POC analysis. Further, the liquid sending mechanism of the present invention is suitable for sending liquid in the analyzer, has a small and simple configuration, and is low in cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a chip of an analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the principle of liquid feeding in the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a means for improving the water resistance of a partition.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the principle of a liquid sending device.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the principle of performing liquid sending by combining a liquid sending device and a chip.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another liquid feeding mechanism according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic diagram of a liquid sending device having a configuration in which a closed vessel and pressure generating means are connected by a pipe.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a liquid sending mechanism using a substance that changes in volume with a change in solid-liquid phase as pressure generating means.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a means for securely bringing a diaphragm member and a partition into close contact with each other.
FIG. 10 is a schematic diagram of a liquid sending device in which an incompressible medium is made of rubber.
FIG. 11 is a schematic diagram showing the overall configuration of an analyzer according to one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a channel configuration of a chip for performing a sample diluting operation and a reaction operation.
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a method of measuring a liquid sending amount by a liquid sending device.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a method for measuring a liquid sending amount by a liquid sending device and a chip.
FIG. 15 is a graph showing a result of measuring a correlation between a pin insertion length and a liquid sending amount in the liquid sending device and the chip of FIG. 14;
FIG. 16 is a graph showing the results of measuring the correlation between the pin insertion length and the amount of liquid supplied while changing the diameter of the pin.
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a method of measuring a liquid sending amount in a liquid sending mechanism using a substance that changes in volume with a solid-liquid phase change as pressure generating means.
18 is a graph showing the results of measuring the characteristics of the liquid sending mechanism of the liquid sending mechanism of FIG.
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a dilution operation performed using a liquid sending device and a chip.
FIG. 20 is a graph showing the results of measuring characteristics of a dilution operation performed using the liquid sending device and the chip of FIG. 19;
FIG. 21 is a schematic diagram showing a structure of a valve used in a preparatory operation when performing a sample diluting operation and a reaction operation.
[Explanation of symbols]
1,5b chip
10 flat members
10a groove
10b Plate surface
11 Cover sheet
12 Capillary (flow path)
14 Liquid tank
15 diaphragm
16 Coating
41 piston
42 Incompressible medium
43 sealed container
44 Diaphragm member
70 pipe
81 Substance that causes volume change with phase change
82, 83 heater
101 container
102,172 rubber
103,171 pins
104 holes
105 holes
152 paraffin
L liquid

Claims (29)

壁体に囲まれて形成された液体槽の容積を変化させることによって、前記液体槽に満たされた液体を前記液体槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の液体槽に収納された液体を前記液体槽に送る送液機構であって、
前記壁体の少なくとも一部が、前記液体槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔壁で構成されているとともに、
前記隔壁の外面に接するダイアフラム部材と、前記ダイアフラム部材の有する面のうち前記隔壁と接していない面に接する非圧縮性媒質と、前記非圧縮性媒質を収納する容器と、前記非圧縮性媒質に圧力を負荷する圧力発生手段と、を備え、前記非圧縮性媒質が前記ダイアフラム部材と前記容器とに囲まれた密閉空間に密封されていて、
前記圧力が前記非圧縮性媒質及び前記ダイアフラム部材を介して前記隔壁に負荷されて、前記隔壁が変形するようになっていることを特徴とする送液機構。
By changing the volume of the liquid tank formed by being surrounded by the wall, the liquid filled in the liquid tank is sent to a flow path connected to the liquid tank, or the flow path or the flow path A liquid sending mechanism for sending a liquid stored in another connected liquid tank to the liquid tank,
At least a part of the wall body is formed of a partition having elasticity that can be deformed so as to project toward the inside or outside of the liquid tank,
A diaphragm member in contact with the outer surface of the partition wall, a non-compressible medium in contact with a surface of the diaphragm member that is not in contact with the partition wall, a container storing the non-compressible medium, and the incompressible medium. Pressure generating means for applying pressure, the incompressible medium is sealed in a closed space surrounded by the diaphragm member and the container,
The liquid feeding mechanism, wherein the pressure is applied to the partition via the incompressible medium and the diaphragm member, so that the partition is deformed.
前記容器と前記圧力発生手段とを、非圧縮性媒質が充填された管状部材で連結したことを特徴とする請求項1に記載の送液機構。The liquid feeding mechanism according to claim 1, wherein the container and the pressure generating unit are connected by a tubular member filled with an incompressible medium. 前記圧力発生手段は、往復式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 1, wherein the pressure generating unit generates the pressure using a reciprocating positive displacement pump mechanism. 前記圧力発生手段は、回転式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 1, wherein the pressure generating unit generates the pressure using a rotary positive displacement pump mechanism. 前記圧力発生手段は、物質の相変化に伴う体積変化を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 1, wherein the pressure generating unit generates the pressure using a volume change accompanying a phase change of a substance. 前記物質の温度を制御して前記物質に相変化に伴う体積変化を生じさせる加熱装置及び冷却装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項5に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 5, further comprising at least one of a heating device and a cooling device that controls a temperature of the substance to cause a volume change of the substance due to a phase change. ゴム弾性を有する物質で前記非圧縮性媒質を構成し、前記圧力発生手段を、孔又は亀裂が設けられた前記容器と、前記容器の孔又は亀裂に連続する孔又は亀裂が設けられた前記非圧縮性媒質と、前記容器及び前記非圧縮性媒質の孔又は亀裂に挿入され往復運動するピン又は薄片と、で構成したことを特徴とする請求項1に記載の送液機構。The incompressible medium is made of a material having rubber elasticity, and the pressure generating means is formed of the container provided with a hole or a crack, and the non-compressible medium provided with a hole or a crack continuous with the hole or the crack of the container. 2. The liquid feeding mechanism according to claim 1, comprising a compressible medium, and a pin or a flake inserted in holes or cracks of the container and the incompressible medium and reciprocated. 3. 前記隔壁と前記ダイアフラム部材との接触部分近傍を大気圧未満に減圧することによって、前記隔壁と前記ダイアフラム部材とを密着させ、前記接触部分近傍を大気圧とすることによって、前記隔壁と前記ダイアフラム部材との密着を解除する手段を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の送液機構。By reducing the pressure near the contact portion between the partition and the diaphragm member to less than the atmospheric pressure, the partition and the diaphragm member are brought into close contact with each other, and the pressure near the contact portion is set to the atmospheric pressure, whereby the partition and the diaphragm member are reduced. The liquid feeding mechanism according to any one of claims 1 to 7, further comprising: means for releasing contact with the liquid supply mechanism. 壁体に囲まれて形成された液体槽の容積を変化させることによって、前記液体槽に満たされた液体を前記液体槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の液体槽に収納された液体を前記液体槽に送る送液機構であって、
前記壁体の少なくとも一部が、前記液体槽の内部又は外部に向かって突出するように変形可能な弾性を有する隔壁で構成されているとともに、
前記隔壁の外面に接する非圧縮性媒質と、前記非圧縮性媒質を収納する容器と、前記非圧縮性媒質に圧力を負荷する圧力発生手段と、を備え、前記非圧縮性媒質が前記隔壁と前記容器とに囲まれた密閉空間に密封されていて、
前記圧力が前記非圧縮性媒質を介して前記隔壁に負荷されて、前記隔壁が変形するようになっていることを特徴とする送液機構。
By changing the volume of the liquid tank formed by being surrounded by the wall, the liquid filled in the liquid tank is sent to a flow path connected to the liquid tank, or the flow path or the flow path A liquid sending mechanism for sending a liquid stored in another connected liquid tank to the liquid tank,
At least a part of the wall body is formed of a partition having elasticity that can be deformed so as to project toward the inside or outside of the liquid tank,
An incompressible medium that is in contact with the outer surface of the partition, a container that stores the incompressible medium, and a pressure generator that applies pressure to the incompressible medium, wherein the incompressible medium includes the partition and Sealed in a closed space surrounded by the container,
The liquid feeding mechanism, wherein the pressure is applied to the partition via the incompressible medium, and the partition is deformed.
前記容器と前記圧力発生手段とを、非圧縮性媒質が充填された管状部材で連結したことを特徴とする請求項9に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 9, wherein the container and the pressure generating means are connected by a tubular member filled with an incompressible medium. 前記圧力発生手段は、往復式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 9, wherein the pressure generating unit generates the pressure using a reciprocating positive displacement pump mechanism. 前記圧力発生手段は、回転式容積形ポンプ機構を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 9, wherein the pressure generating unit generates the pressure using a rotary positive displacement pump mechanism. 前記圧力発生手段は、物質の相変化に伴う体積変化を利用して前記圧力を発生させることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to claim 9, wherein the pressure generating unit generates the pressure using a volume change accompanying a phase change of a substance. 前記物質の温度を制御して前記物質に相変化に伴う体積変化を生じさせる加熱装置及び冷却装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項13に記載の送液機構。14. The liquid feeding mechanism according to claim 13, further comprising at least one of a heating device and a cooling device for controlling a temperature of the substance to cause a volume change of the substance due to a phase change. ゴム弾性を有する物質で前記非圧縮性媒質を構成し、前記圧力発生手段を、孔又は亀裂が設けられた前記容器と、前記容器の孔又は亀裂に連続する孔又は亀裂が設けられた前記非圧縮性媒質と、前記容器及び前記非圧縮性媒質の孔又は亀裂に挿入され往復運動するピン又は薄片と、で構成したことを特徴とする請求項9に記載の送液機構。The incompressible medium is made of a material having rubber elasticity, and the pressure generating means is formed of the container provided with a hole or a crack, and the non-compressible medium provided with a hole or a crack continuous with the hole or the crack of the container. The liquid feeding mechanism according to claim 9, comprising a compressible medium, and pins or flakes that are inserted into holes or cracks of the container and the incompressible medium and reciprocate. 前記隔壁と前記非圧縮性媒質との接触部分の少なくとも一部を接着したことを特徴とする請求項9〜15のいずれかに記載の送液機構。The liquid sending mechanism according to any one of claims 9 to 15, wherein at least a part of a contact portion between the partition and the incompressible medium is adhered. 前記隔壁を、気体は透過し液体は透過しない素材で構成したことを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の送液機構。The liquid feeding mechanism according to any one of claims 1 to 16, wherein the partition wall is made of a material that is permeable to gas and not permeable to liquid. 前記素材は、疎水性を有する多孔質膜であることを特徴とする請求項17に記載の送液機構。The liquid feeding mechanism according to claim 17, wherein the material is a porous membrane having hydrophobicity. 前記多孔質膜が有機ポリマーで形成されていることを特徴とする請求項18に記載の送液機構。The liquid feeding mechanism according to claim 18, wherein the porous film is formed of an organic polymer. 前記隔壁の外面に気体及び液体を透過しない被膜を被覆したことを特徴とする請求項17〜19のいずれかに記載の送液機構。20. The liquid feeding mechanism according to claim 17, wherein an outer surface of the partition wall is coated with a film that does not allow gas and liquid to pass through. 前記被膜は熱圧着又は熱融着によって前記隔壁に接合されていることを特徴とする請求項20に記載の送液機構。21. The liquid feeding mechanism according to claim 20, wherein the coating is bonded to the partition wall by thermocompression bonding or thermal fusion. 壁体に囲まれて形成された液体槽に満たされた液体を、前記液体槽に連結された流路に送る、又は、前記流路若しくは前記流路に連結された別の液体槽に収納された液体を前記液体槽に送る送液機構であって、
相変化に伴って体積が変化する物質を、前記送液される液体と混合しないように、前記液体槽の内部に封入したことを特徴とする送液機構。
The liquid filled in the liquid tank formed by being surrounded by the wall is sent to a flow path connected to the liquid tank, or is stored in the flow path or another liquid tank connected to the flow path. A liquid sending mechanism for sending the liquid to the liquid tank,
A liquid sending mechanism characterized in that a substance whose volume changes with a phase change is sealed inside the liquid tank so as not to mix with the liquid to be sent.
前記物質を前記送液される液体と隔離して前記液体槽の内部に封入したことを特徴とする請求項22に記載の送液機構。23. The liquid sending mechanism according to claim 22, wherein the substance is sealed inside the liquid tank while being separated from the liquid to be sent. 前記物質は前記送液される液体と混合しない性質を有することを特徴とする請求項22に記載の送液機構。23. The liquid sending mechanism according to claim 22, wherein the substance has a property of not mixing with the liquid to be sent. 前記物質の温度を制御して前記物質に相変化に伴う体積変化を生じさせる加熱装置及び冷却装置の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項22〜24のいずれかに記載の送液機構。The liquid feeding mechanism according to any one of claims 22 to 24, further comprising at least one of a heating device and a cooling device that control a temperature of the substance to cause a volume change of the substance due to a phase change. 液体状の試料、又は、液体状の試料及び液体状の試薬の混合液を流路内に流して、前記試料又は前記混合液中の所定成分を分析する分析装置であって、
前記試料又は前記混合液が充填される液体槽と、前記液体槽に連結された前記流路と、を有するチップと、
請求項1〜25のいずれかに記載の送液機構と、
を備えることを特徴とする分析装置。
A liquid sample, or an analyzer for flowing a mixture of a liquid sample and a liquid reagent into a flow path, and analyzing a predetermined component in the sample or the mixture,
A liquid tank filled with the sample or the mixed liquid, and a chip having the flow path connected to the liquid tank,
A liquid feeding mechanism according to any one of claims 1 to 25,
An analyzer comprising:
前記チップは一対の平板状部材が貼り合わされて構成されており、この一対の平板状部材のうち少なくとも一方は板面に溝を備え、前記溝を備えた板面を内側にして貼り合わせることにより前記流路が形成されていることを特徴とする請求項26に記載の分析装置。The chip is formed by laminating a pair of flat members, and at least one of the pair of flat members has a groove in a plate surface, and is bonded with the grooved plate surface inside. The analyzer according to claim 26, wherein the flow path is formed. 前記チップは乾燥した試薬が収納されている液体槽を備えていて、この液体槽に溶解液を装入して前記試薬を前記溶解液で溶解することにより、前記液体状の試薬を前記チップ内で調製することが可能となっていることを特徴とする請求項26又は請求項27に記載の分析装置。The chip is provided with a liquid tank in which a dried reagent is stored, and a dissolving solution is charged into the liquid tank and the reagent is dissolved in the dissolving solution. 28. The analyzer according to claim 26, wherein the analyzer can be prepared by the following method. 複数の液体槽又は複数の流路内の液体を液押し用液体で押し流すことにより同時に移動させる機構を備える分析装置であって、
請求項1〜25のいずれかに記載の送液機構により送液される前記液押し用液体が流れる液押し用流路を、前記複数の液体槽又は前記複数の流路にそれぞれ連結したことを特徴とする請求項26〜28のいずれかに記載の分析装置。
An analyzer having a mechanism for simultaneously moving a plurality of liquid tanks or liquids in a plurality of flow paths by flushing the liquid in the liquid for liquid pushing,
A liquid pushing flow path through which the liquid pushing liquid sent by the liquid sending mechanism according to any one of claims 1 to 25 is connected to the plurality of liquid tanks or the plurality of flow paths, respectively. An analyzer according to any one of claims 26 to 28.
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