JP2004353704A

JP2004353704A - 自己保持型マイクロ流路用バルブ及びそれを用いた光学バイオセンサ装置

Info

Publication number: JP2004353704A
Application number: JP2003149456A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamada; 孝弘山田; Atsushi Furusawa; 篤史古沢
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】低い消費電力で、確実に開閉状態を切り替えることができる自己保持型マイクロ流路用バルブと、その自己保持型マイクロ流路用バルブを用い、精度よく試料の検出・測定を行える光学バイオセンサ装置を提供する。
【解決手段】自己保持型マイクロ流路用バルブ３８は、試料流通管路２８ｃが形成されている流路プレート２８と、試料流通管路２８ｃを開閉する押圧部材６６と、押圧部材６６と連結する軸６９と、軸６９の外周を囲むソレノイド７３と、軸６９を吸引して押圧部材６６が試料流通管路２８ｃを閉状態にする位置に保持する磁石７１とを有する。さらに、押圧部材６６と軸６９とがバネ６４を介して連結されている。バネ６４により、弁体としての押圧部材６６が、開状態および閉状態とで移動する距離が少ないマイクロ流路用バルブの場合でも、磁石７１による自己保持機能を奏することができる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自己保持型マイクロ流路用バルブ及びそれを用いた光学バイオセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体物質を分離・分析する場合、極微量の試料を高速で測定できるようにすることが要求される。しかしながら、液体状の試料を分離・分析する場合、試料を供給するバルブやポンプが大型であると、測定試料が一定量以上必要となったり、測定時間が長くなるなどの不具合がある。そのため、例えばシリコン基板上に、微小な流路溝を設けて、この流路溝にマイクロポンプやマイクロバルブを形成して、極微量の試料を高速で測定できるようにした技術が例えば下記特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１には、シリコン基板と、該シリコン基板に形成されている液体の流路導出穴を覆う形態で配置されているシリコンゴムシートと、このシリコンゴムシートを流路導出穴に押圧して、流路導出穴を塞ぐアクチュエータを有するマイクロバルブが開示されている。アクチュエータとしては、具体的に圧電素子を採用している。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、圧電効果を利用して、圧電素子の変形により流路導出穴を塞ぐ方法を採用すると、圧電素子に電流を流し続けない限り、流路導出穴の閉状態を維持できない。そのため、消費電力が多くなったり、圧電素子が加熱されるという問題がある。このようなマイクロバルブを、生体物質等の試料を液体とともにマイクロ流路に流動させて、該試料を検出・測定するような光学バイオセンサ装置に使用すると、圧電素子等のバルブ機構が加熱して、試料の温度が変動するため、精度のよい検出・測定が行えない場合がある。
【０００５】
このように、アクチュエータに電流を流し続けることで、バルブの開状態あるいは閉状態を保持するようなマイクロバルブは、下記特許文献２にも開示されている。さらに、特許文献２には、弁体にガス圧を働かせて弁体を移動させる技術も開示されているが、ガス圧により、弁体を移動させようとすると、ガスを供給するための配管を取付けなければならず、バルブ全体の機構が大型となる問題がある。
【０００６】
一方、通常のバルブとしては、下記特許文献３に開示されているような、自己保持型のバルブがある。特許文献３に開示されているバルブは、軸心方向に往復動可能な軸と、この軸に連結されている弁体とを有し、軸の往復動により、弁体が流体の流路を開閉するようになっている。さらに、この軸の軸方向に、所定の間隔をあけて並べられた３個の固定磁極と、この３個の固定磁極をＮ−Ｓ−Ｎ及びＳ−Ｎ−Ｓと励磁する磁化ソレノイドとを有し、さらに、軸には軸方向にＳ−Ｎと磁化された永久磁石が取付けられている。このような自己保持型のバルブによれば、固定磁極の磁性をＮ−Ｓ−Ｎとしたときに、３個の固定磁極のうちＮ−Ｓとなっている固定磁極の間に永久磁石が安定して配置される。一方固定磁極の磁性をＳ−Ｎ−Ｓとしたときには、３個の固定磁極のうちＳ−Ｎとなっている固定磁極間に永久磁石が安定して配置される。そのため、励磁ソレノイドに電流を流すことにより、固定磁極の磁性を切り替えることで、永久磁石と接続された軸が軸方向に往復動することができるようになっている。さらに、励磁ソレノイドに電流を流し、固定磁極の磁性を切り替えて、軸を移動させた後に、励磁ソレノイドに流れる電流を切っても、固定磁極と永久磁石との吸引力により、軸の位置は保持されることになる。そのため、バルブの開閉を切り替えるときのみ励磁ソレノイドに電流を流せばよいので、低消費電力を実現することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２９１２３７２号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−２２８０３３号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平５−０８７２６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、特許文献１や特許文献２に開示されているようなマイクロバルブにおいて、消費電力の低減を目的として、特許文献３に開示されているような自己保持型のバルブを採用しようとすると、以下のような問題がある。つまり、マイクロバルブのように、弁体やこの弁体を移動させる軸の移動距離が短いバルブに、特許文献３のような磁力により弁体（軸）を位置決めする自己保持機能を付与すると、弁の開状態と閉状態とで、弁体（軸）を位置決めするのが困難となる。そのため、弁体に押圧力を加えて閉状態とし流路を塞ぐようなバルブの場合に、弁体に安定した押圧力を働かせることができないという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、弁の開閉状態を少ない電力で切り替えることが可能であり、かつ、開状態と閉状態とにおける弁体の移動距離が小さいようなマイクロバルブにおいても、安定的に弁体に押圧力を与えることができる自己保持型マイクロ流路用バルブを提供することを課題とする。また、低い消費電力でバルブの開閉を切り替えることができるとともに、試料の検出・測定を精度よく行うことができる光学バイオセンサ装置を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記課題を解決するために本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブは、流体の流通管路を塞いだり、連通させたりする弁体の移動距離が、例えば０．１ｍｍ以下となるようなマイクロ流路用バルブ（以下、マイクロバルブともいう）において、弁体が閉状態となる位置（閉位置）と開状態となる位置（開位置）とで移動可能とする軸の位置決めを、自己保持型としたことに特徴がある。そして、マイクロバルブの弁体の位置決めを自己保持型とする場合の従来の問題点を以下のような構成により解決したことを特徴とする。つまり、本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブは、流体が流通する流通管路が形成されている流路部材と、前記流通管路を閉状態とする閉位置と前記流通管路を開状態とする開位置との間で移動可能とされる弁体と、前記弁体に連結され、軸心の方向に往復動する軸と、前記軸の外周を囲む形態で配置されるソレノイドと、前記軸の一端側に配置され、前記弁体が前記閉位置あるいは前記開位置の少なくともいずれかに位置するときに、前記軸を吸引して位置決めする磁石と、を有し、前記軸は、前記弁体と弾性部材を介して接続されていることを特徴とする。
【００１３】
上記のような自己保持型マイクロバルブにおいては、弁体と軸とが連結され、前記ソレノイドに電流を流し、軸を、当該軸の軸方向に移動させることにより、弁体の開閉状態を切り替えることができる。さらに、弁体が開状態となる開位置と、閉状態となる閉位置とのいずれかに位置するときに、軸を吸引して位置決めする磁石を有するので、ソレノイドに常時電流を流しておかなくても、磁石に軸の少なくとも一端が吸引され、弁体の閉状態あるいは開状態を維持することができる。そのため、弁体の開状態と閉状態との切り替えを、低い消費電力で行うことができる。なお、本明細書において、弁体と軸とが連結されているとは、弁体と軸とが結合して一体となることを含むものであるが、それ以外に、弁体と軸とが単に当接しており、互いが連動して移動するものも指すものとする。
【００１４】
また、本発明の特徴は、弁体と軸とを弾性部材を介して接続したことにもある。このように、弁体と軸とを弾性部材を介して接続することにより、弁体を開状態と閉状態との間で、その状態を切り替える際に、弁体と連結する軸の移動距離を、閉状態の位置（閉位置）と開状態の位置（開位置）との間で弁体が移動する距離に対して長くしても、弁体の移動距離に対する軸の移動距離の過剰分が弾性部材の伸長・収縮により緩衝されることになる。そのため、マイクロ流路用バルブの場合に弁体の閉位置と開位置との間の距離が、例えば０．１ｍｍ以下となるような微小な距離であっても、軸の移動距離を長くすることができ、軸の一端側に配置される磁石による軸の位置決めを、確実に行うことができる。本発明は、このように弁体の開閉を切り替える際の当該弁体の移動距離が極端に少ないマイクロバルブにおいて、特に顕著な効果を奏する。なお、ガス圧を利用して弁体の閉状態と開状態とを切り替えるような場合のように、ガス配管等を設ける必要がないので、例えば生態物質等の検出・測定を行う光学バイオセンサ装置に組み付けても、装置が大型化しない。
【００１５】
さらに、本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブにおいては、前記流路部材は、表面に流路溝が形成されている流路プレートと、該流路プレートの前記流路溝が形成されている表面に当接される薄膜とを有し、前記流路溝が前記薄膜に覆われて前記流通管路が形成されているのがよい。
【００１６】
このような流路部材によれば、流路プレートの表面に流路溝を形成し、薄膜を流路プレートの流路溝が形成されている側の表面に当接することで、薄膜の表面と流路溝により流通管路を容易に形成することができる。
【００１７】
さらに、上記のような流路部材を採用する場合、前記弁体は、前記薄膜の前記流路溝とは反対側で、前記流通管路が形成されている領域に配置されており、前記流通管路に前記薄膜を押し込むように、前記流通管路に対して接近して、前記閉位置に移動するものであるとすることができる。
【００１８】
さらに、本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブにおいては、前記磁石は、前記弁体が前記閉位置に位置するときに、前記軸と接触するように配置されており、前記閉位置に前記弁体を保持するものであるとすることができる。
【００１９】
さらに、本発明は、上記のような自己保持型マイクロ流路用バルブを用いた光学バイオセンサを提供する。すなわち、本発明の光学バイオセンサ装置は、液体状の試料が流通する流通管路を有する流路部材と、前記流路部材を開閉するバルブと、前記流通管路を流動する試料に対して測定光を照射する光供給手段と、前記測定光に対する試料の光学応答を検出する検出手段とを、有する光学バイオセンサ装置において、前記バルブは、前記流通管路を閉状態とする閉位置と前記流通管路を開状態とする開位置との間で移動可能とされる弁体と、前記弁体に連結され、軸心の方向に往復動する軸と、前記軸の外周を囲む形態で配置されるソレノイドと、前記軸の一端側に配置され、前記弁体が前記閉位置あるいは前記開位置の少なくともいずれかに位置するときに、前記軸を吸引する磁石と、を備え、かつ、前記軸は、前記弁体と弾性部材を介して接続されている自己保持型マイクロ流路用バルブであることを特徴とする。
【００２０】
液体状の試料をサンプルとして測定を行う光学バイオセンサ装置においては、流路部材の流通管路を流動する試料を流通管路に流動させたり、流通管路を塞いだりするバルブが必要となるが、本発明の光学バイオセンサ装置は、この流通管路の開閉状態を制御するバルブとして、前述した本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブを採用したことが特徴である。
【００２１】
前述した本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブは、前記ソレノイドに電流を流すことで、該ソレノイドに囲まれた軸を、軸方向に移動させることができ、そして、この軸に接続されている弁体を移動させることができる。そして、弁体を、流通管路を開状態とする開位置と流通管路を閉状態とする閉位置との間で移動可能としておき、ソレノイドによる軸の移動により、弁体が流通管路を開閉するようになっている。さらに、軸の一端側には、弁体が開状態となる開位置と、閉状態となる閉位置との少なくともいずれかに弁体が位置するときに、軸を吸引して位置決めするための磁石が配置されているので、一端弁体が閉位置あるいは開位置に移動すれば、ソレノイドに電流を流さなくても軸が位置決めされ、弁体を閉位置あるいは開位置に保持することができる。そのため、圧電素子により弁体を移動させるような従来のマイクロ流路用バルブとは異なり、消費電力を大幅に削減することができる。さらに、弁体と軸とは弾性部材を介して連結されているため、ソレノイドによる軸の移動距離を比較的大きくしても、軸の移動距離の過剰分が弾性部材の伸縮により緩衝されることになり、弁体の閉位置と開位置との距離が短いマイクロ流路用バルブでも、確実に安定した弁体の開閉を行うことができるのである。ソレノイドによる軸の移動距離を大きくすることで、軸の一端側に配置される磁石による軸の位置決めを確実に行うことができるようになり、自己保持型バルブとしての機能を果たすことができる。
【００２２】
このような、自己保持型マイクロ流路用バルブを用いた光学バイオセンサ装置は、バルブの切換を安定して行うことができるとともに、電力の消費も少なく、そのため弁体を移動させるアクチュエータが加熱されにくいので、例えば、生体物質等の試料が加熱されて、精密な測定が行えないという装置上のトラブルも起こりにくい。
【００２３】
また、本発明の光学バイオセンサ装置においては、ガス圧等を利用しなくても、弁体の開閉状態を精度よく切り替えることができるので、配管等の容積が嵩張る部材を配置する必要がなく、装置の大型化を抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本実施形態の自己保持型マイクロ流路用バルブは、特に光学バイオセンサ装置に採用されるものである。図１は、本発明の自己保持型マイクロ流路バルブを用いた本発明の光学バイオセンサ装置を示すものである。図１に示す光学バイオセンサ装置は、特に表面プラズモン共鳴測定装置５０（以下、ＳＰＲ装置とする５０）である。図１は、ＳＰＲ装置５０の概略を示す模式図である。また、図２は、図１のＳＰＲ装置５０のＡ−Ａ断面図である。図２は断面図であるが、図面の見易さを優先して装置の説明上必要のないものにはハッチングをしていない。また、説明上不要と思われるものは削除しているものもある。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態のＳＰＲ装置５０は、透明基板としてのガラス基板１１の第一主表面に金属膜としての金膜１２が形成されてなるセンサチップ１０と、該センサチップ１０の金膜１２側に試料を接触させるために、試料を流すための流路プレート２８と、ガラス基板１１と同一の屈折率であり、ガラス基板１１の、金膜１２が形成されている第一主表面とは反対側の第二主表面側に配備されるプリズム１３と、光供給手段としての発光素子１４（以下ＬＤ１４とする）と、検出手段としてのフォトデテクタ１５（以下ＰＤ１５とする）と、を有する。ＬＤ１４からは測定光としての入射光線がプリズム１３を介してガラス基板１１の金膜１２側に照射されるようになっており、入射光線は金膜１２とガラス基板１１との界面において反射され、その反射光線をＰＤ１５により検出するようになっている。また、金膜１２のガラス基板１１と反対側の表面には、測定用の試料が接触するようになっており、本実施形態における検出面とされている。以下、金膜１２のガラス基板１１とは反対側の表面を表面プラズモン検出面（ＳＰ検出面４６）とする。図１中のＬ１は入射光線の経路を示し、Ｌ２は反射光線の経路を示す。入射光線は経路Ｌ１を通り、ガラス基板１１と金膜１２との界面近傍において反射され、反射光線は経路Ｌ２を通りＰＤ１５の受光面に照射される。なお、センサチップ１０への入射光線以外の光は、遮光手段としてのカバー３１により遮断されている。
【００２６】
このように、センサチップ１０のガラス基板１１と金膜１２との界面で全反射するように、ＬＤ１４から入射光線を照射すると、金膜１２側にエバネッセント波と呼ばれるエネルギー波が生じる。エバネッセント波では、金膜１２の自由電子がプラズモンの共鳴に使われるため、反射光線の特定の角度に、エネルギーの消失がみられ、反射光線の強度を測定すると、ある特定の角度で反射光線の強度が減衰するのが認められる。この光学現象がＳＰＲ（表面プラズモン共鳴）である。
【００２７】
反射光線の消失角度は、金膜１２の試料と接触する側の表面近傍における、試料の屈折率に依存して変化する。ＳＰＲ装置５０では、この現象を利用して、２分子の結合・解離を測定する。具体的には、金膜１２のガラス基板１１とは反対側の表面に形成した自己組織化膜に抗体を固定し、この抗体が固定された領域に、この抗体が特異的に認識する抗原ＴＧを含む試料を、流路プレート２８の試料流通管路を介して流動させる。そして、特異的抗体・抗原反応により、センサチップ１０の表面の質量が増加し、その結果として、センサチップ１０の表面の屈折率が増加する。この屈折率の変化に応じて、反射光線の強度が減衰する入射光線の角度は変化するが、この入射角度の径時変化をセンサグラムと呼ぶグラフとして表示することにより、センサチップ１０の表面での分子の相互作用をリアルタイムにモニタすることができる。
【００２８】
また、ＬＤ１４は、ＬＤ１４からの入射光線が、ガラスセンサ１１の金膜１２近傍に照射されるように、ＬＤ固定板１６に固定されており、ＰＤ１５は、前記ＳＰ検出面４６からの反射光線を検出できるように、ＳＰ検出面４６の照射点Ｐ１を向くように、ＰＤ固定板１７に固定されている。また、図１に示すように、ＬＤ固定部材１６には、ＬＤ保持台２４が固定されており、このＬＤ保持台２４に固定されるＬＤ収納ケース４４にＬＤ１４と、スプリッタ２０と、偏向板２１と、ピンホール２２とが収納されている。これらＬＤ１４、スプリッタ２０、偏向板２１、ピンホール２２はＬＤ収納ケース４４に位置固定されている。一方、ＰＤ固定板１７には、ＰＤ保持台２５が固定されており、このＰＤ保持台２５に固定されるＰＤ収納ケース４５にＰＤ１５と、ピンホール２３とが収納されている。これらＰＤ１５とピンホール２３とはＰＤ収納ケース４５に位置固定されている。
【００２９】
また、ＬＤ固定板１６には、第一支持点Ｐ３において、第一リンク部材１８の一端側が支持部材３０により取付けられており、第一支持点Ｐ３を中心として、第一リンク部材１８がＬＤ固定板１６に対して回動可能とされている。また、ＰＤ固定板１７には、第二支持点Ｐ４において、第二リンク部材１９の一端側が支持部材２９により取付けられており、第二支持点Ｐ４を中心として第二リンク部材１９がＰＤ固定板１７に対して、図１の紙面上において回動可能とされている。さらに、第一リンク部材１８の他端側と第二リンク部材１９の他端側とは、支点Ｐ２において、支持部材２７により連結されている。なお、第一リンク部材１８と第二リンク部材１９とは、支点Ｐ２を中心として相対的に回動できるように連結されている。
【００３０】
また、本実施形態のＳＰＲ装置５０としては、図２に示すように、ＬＤ固定板１６とＰＤ固定板１７とのいずれかひとつを、照射点Ｐ１を中心として回動させる駆動機構として、モータ３５を有する。このモータ３５のモータ軸３６は、その軸心Ｏ２がガラス基板１１と金膜１２との界面と同一平面上に位置し、さらに軸心Ｏ２が図１の照射点Ｐ１を通るように配置されている。さらに、図２に示すように、このモータ軸３６とＬＤ固定部材１６とは固定されており、本実施形態の場合、モータ３５はＬＤ固定部材１６を照射点Ｐ１を中心として回動するように駆動するものである。より具体的には、ＬＤ固定部材１６に形成される円筒部１６ａがモータ軸３６を覆い、円筒部１６ａの底部から固定部材３４により、ＬＤ固定板１６がモータ軸３６に固定されている。そして、ＰＤ固定部材１７に形成されている挿通孔１７ａにＬＤ固定部材１６の円筒部１６ａが挿通する形でＰＤ固定部材１７が位置決めされている。なお、ＬＤ固定板１６とＰＤ固定板１７との間、及びＰＤ固定板１７と固定部材３４との間には、スラスト軸受３２、３３が配置されており、ＰＤ固定板１７は、ＬＤ固定板１６とは独立して、照射点Ｐ１（モータ軸３６の軸心Ｏ２）を中心に回動できるようになっている。
【００３１】
また、本実施形態のＳＰＲ装置５０においては、図２に示すように、流路プレート２８に流通管路としての試料流通管路２８ｃが形成されている。この試料流通管路２８ｃは、その一部が金膜１２側に露出するように形成されており、この試料流通管路２８ｃを溶媒に混合された試料が流動することにより、金膜１２に試料が接触して、試料に対して表面プラズモン共鳴測定を行うことができるようになっている。より具体的には、流路プレート２８は、上側プレート２８ａと下側プレート２８ｂとにより構成されており、試料流通管路２８ｃの一部は、上側プレート２８ａに形成された溝部が下側プレート２８ｂの表面と重ねあわされることにより形成されるようになっている。
【００３２】
また、流路プレート２８の下方には、該流路プレート２８と接触する形態で、試料の温度を調節するための温度調節機が備えられている。
【００３３】
また、本実施形態のＳＰＲ装置５０においては、図２に示すように、流路部材としての流路プレート２８に形成されている流通管路としての試料流通管路２８ｃへの試料の流動を制御するバルブ機構を備える。このバルブ機構は、本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブ３８を有するものである。マイクロ流路用バルブ３８により、試料流通管路２８ｃに流動する試料を、表面プラズモン共鳴測定が行われる試料流通管路２８ｃの試料検出領域に流動させたり、あるいは、該試料流通管路に試料が混合されていないバッファ液のみを流動させたりして、試料検出領域における試料の流動形態を切り替えることができる。
【００３４】
以下、図４を用いて本実施形態の自己保持型マイクロ流路用バルブ３８（以下、単にマイクロバルブ３８とする）について、詳細に説明する。図４に示すように、本実施形態のマイクロバルブ３８は、流路部材としての流路プレート２８と、弁体としての押圧部材６６と、押圧部材６６に接続され、押圧部材６６と連動して移動する軸６９とを有する。さらに、押圧部材６６と軸６９とは弾性部材としてのバネ６４により接続されている。
【００３５】
押圧部材６６と軸６９との連結形態について具体的に説明する。押圧部材６６は、二つのピン６５を有し、この二つのピン６５が板状部材６１に接合され、この板状部材６１のピン６５とは反対側の表面の中央にシャフト６７が取付けられている。そして、この円柱上のシャフト６７に対応する形状の有底開口部６３ａが形成されているヘッド部６３が、有底開口部６３ａにシャフト６７を挿入する形で配置されている。さらに、ヘッド部６３の有底開口部６３ａが形成されている表面は、シャフト６７が取付けられている板状部材６１の表面に対向するようになっており、この対向する表面同士が弾性部材としてのバネ６４により接続されている。つまり、バネ６４が伸縮する範囲内において、押圧部材６６とヘッド部６３とがシャフト６７の軸方向に相対的に移動できるようになっている。さらに、ヘッド部６３の下方には、棒状部材６８が配置されている、この棒状部材６８はその中心部が支点Ｓに固定されており、この支点Ｓを中心として回動できるようになっている。また、棒状部材６８の一端側はヘッド部６３の下端と連結しており、他端側は軸６９の上端に連結されている。特に、棒状部材６８が支点Ｓを中心として回動したとき、棒状部材６８のそれぞれの端部に連結されている軸６９とヘッド部６３とがそれぞれ逆方向に移動するようになっている。
【００３６】
さらに、軸６９の下端側は、ソレノイドハウジング７２内に挿入されている。このソレノイドハウジング７２内には、軸６９の下端側の外周を覆うソレノイド７３が配置されている。また、ソレノイドハウジング７２の底面には、軸６９の下端を吸引する磁石７１が配置されている。これらソレノイド７３と磁石７１は、固定部材７０によりソレノイドハウジング７２内に位置決めされている。このソレノイド７３に電流を流すことにより、電磁力により、軸６９が該軸６９の軸方向（上下方向）に移動できるようになっている。
【００３７】
流路プレート２８は、上側プレート２８ａと、下側プレート２８ｂとを有し、これら上側プレート２８ａと下側プレート２８ｂとの間に挟まれる形態で薄膜としてのフィルム６２が配置されている。上側プレート２８ａの下側プレート２８ｂ側の表面には溝部が形成されており、この溝部が形成されている上側プレート２８ｂの表面に薄膜としてのフィルム６２が当接されて、溝部とフィルム６２とにより、流通通路としての試料流通管路２８ｃが構成されている。このフィルム６２は、本実施形態においては、ポリウレタンにより構成されており、ある程度の伸縮が許容されている。
【００３８】
下側プレート２８ｂとフィルム６２とは、下側プレート２８ｂの上側プレート２８ａと対向する表面において、脱着可能に当接されている。また、下側プレート２８ｂには、フィルム６２と接合する表面から反対側の表面に向かって貫通する貫通孔が形成されている。この貫通孔に、押圧部材６６が、二つのピン６５がフィルム側となるように収納されている。さらに、押圧部材６６のシャフト６７側は、下側プレート２８ｂのフィルム６２とは反対側の下面側に配置されるようになっており、このシャフト６７が有底開口部６３ａに挿通されるヘッド部６３が、下側プレート２８ｂの下面から、露出する形態で配置されている。
【００３９】
ピン６５は、ソレノイド７３による軸の移動により、フィルム６２と上側プレート２８ａにより形成される試料流通管路２８ｃに接近・離間するように移動することになる。ピン６５が試料流通管路２８ｃに接近するように移動する（図４では上方に移動する）と、ピン６５により、フィルム６２が試料流通管路２８ｃ側に押されて、最終的に、試料流通管路２８ｃの壁部にフィルム６２が押し付けられる形となり、試料流通管路２８ｃが塞がれる。フィルム６２が試料流通管路２８ｃに押し付けられ、試料流通管路２８ｃが閉状態となるときの弁体としての押圧部材６６の位置を閉位置とする。一方、試料流通管路２８ｃが塞がれている閉状態から、押圧部材６６を試料流通管路２８ｃから離間するように移動する（図４において下方に移動する）と、試料流通管路２８ｃの壁部に押し付けられていたフィルム６２が弾性復帰して、試料流通管路２８ｃが開状態となる。フィルム６２の弾性復帰が完全に回復して、試料流通管路２８ｃが完全に開状態となるときの、弁体としての押圧部材６６の位置を開位置とする。
【００４０】
流路プレート２８、特に上側プレート２８ａに形成されている試料流通管路２８ｃは、少なくとも一端が上側プレート２８ａの上方に形成される開口部に連通している。この上側プレート２８ａの試料流通管路２８ｃが連通する開口部には、チューブ７４が接続されている。より具体的には、上側プレート２８ａの開口部が形成されている近傍には、開口部を中心とするネジ穴部７８が形成されている。このネジ穴部７８内には、上側プレート２８ａに形成されている開口部とチューブ７４とをシールするシール部材７９が配置されている。このシール部材７９は、外径がネジ穴部７８の内径とほとんど同じものであって、内径がチューブ７４の外径とほとんど同じである。さらに、上側プレート２８ａの開口部と一端が連結しあうチューブ７４は、シール部材７９を介してネジ穴部７８に挿通されている。そして、中心部に挿通孔７５ａが形成されているボルト７５が、挿通孔７５ａにチューブ７４を挿通する状態で、ネジ穴部７８にねじ込まれている。ネジ穴部７８内に配置されるシール部材７９が、ボルト７５により上側プレート２８ａ側に押えつけられるとともに、ボルト７５がネジ穴部７８により締め付けられることにより、チューブ７４とシール部材７９とが位置決めされ、チューブ７４と上側プレート２８ａの開口部がシールされることになる。
【００４１】
以下、上記のような本実施形態のマイクロバルブ３８の作動形態について説明する。図５は、弁体としての押圧部材６６が試料流通管路２８ｃを開状態とする開位置に位置するときの、マイクロバルブ３８を示すものである。下側プレート２８ｂの、押圧部材６６が収納される挿通孔２８ｄの内周面は、下側プレート２８ｂの下面側が縮径する形態の階段状とされており、この階段状の部分が板状部材６１が載置される保持台部２８ｅとされている。押圧部材６６が開位置に位置するとき、押圧部材６６の板状部材６１が保持台部２８ｅ上に載置されるようになっており、なんの操作もされないと、押圧部材６６が開位置に位置する状態を常に維持できるようになっている。さらに、弁体としての押圧部材６６とヘッド部６３とを接続するバネ６４は、自然長かあるいは若干収縮している状態である。板状部材６１が保持台部２８ｅに載置されているので、ヘッド部６３は、下側プレート２８ｂの下面よりも、比較的下方に位置するようになっている。そして、ヘッド部６３が比較的下方に移動しているのに伴って、棒状部材６８のヘッド部６３と接続される一端側も下方に移動している。そのため、ヘッド部６３側の一端が下方に移動していることにより、支点Ｓを中心に回動可能な棒状部材６８の他端側は、比較的上方に移動している。そして、棒状部材６８の他端側に接続される軸６９も、比較的上方に移動している状態である。そのため、軸６９の下端に配置されている磁石７１と、軸６９の下端部とが接触していない。
【００４２】
上記のような押圧部材６６が開位置に位置している状態で、ソレノイド７３に電流を流すと、電流に起因する電磁力が軸６９に働き、軸６９が軸方向に移動することになる。そして、ソレノイド７３に軸６９を下方に移動させるような電流を流すと、軸６９が下方に移動され、軸６９の下端部が磁石に接近することになる。そして、図４に示すように、磁石７１の磁力により軸６９が吸引され軸６９が位置決めされる。この状態で、ソレノイド７３に流れる電流を停止しても、軸６９を吸引する磁石７１の磁力は変化しないので、軸６９の下端部は磁石７１に吸引され続けることになり、軸６９の位置を保持することができる。
【００４３】
上記のように、軸６９がソレノイド７３により下方に移動されると、軸６９の上端部で連結する棒状部材６８の他端部も下方に移動する。そのため、支点Ｓを中心に回動可能とされる棒状部材６８のヘッド部６３側の一端が上方に移動することになり、その結果ヘッド部６３が上方に押し上げられる。これにより、ヘッド部６３に接続される押圧部材６６も上方に移動することになり、押圧部材６６の二つのピン６５が、フィルム６２を試料流通管路２８ｃに押し込まれて、試料流通管路２８ｃを閉状態とする。このときの、弁体としての押圧部材６６の位置を閉位置とする。
【００４４】
本実施形態においては、試料流通管路２８ｃの、流路プレート２８の厚さ方向の幅が、例えば０．１ｍｍ以下とされ、弁体としての押圧部材６６の閉位置と開位置との距離が極端に短い。一方、軸６９の軸方向での移動距離は、弁体としての押圧部材６６の移動距離（閉位置と開位置との距離）に比べて大きく設定されている。これは、軸６９の移動距離が短い場合、弁体としての押圧部材６６が閉位置あるいは開位置に位置するそれぞれで、軸６９を位置決めするのが困難となるからである。つまり、弁体（押圧部材６６）が閉位置のときに軸６９を磁石７１の磁力により吸引して軸６９を位置決めする場合、軸６９の移動距離が短いと、弁体が開状態となったときに、軸６９の下端部が磁石７１から離間しても、軸６９が磁石７１により吸引され続ける場合があり、ソレノイドの電流を停止すると弁体の開状態を維持できないことがあるからである。
【００４５】
上記のように、本実施形態のマイクロバルブにおいては、弁体としての押圧部材６６の移動距離と、軸６９との移動距離との間に大きな差異があるが、この移動距離の差異は、押圧部材６６と軸６９とを接続するバネ６４の弾性変形に吸収される。つまり、軸６９の移動距離の過剰分が、バネ６４の収縮量に含まれることになる。具体的には、フィルム６２が試料流通管路２８ｃの壁部まで押し込まれると、押圧部材６６の上方への移動は停止するが、バネ６４が収縮するので、ヘッド部６３、ひいては軸６９は上方への移動を継続することになる。
【００４６】
このように、本実施形態のマイクロバルブ３８によれば、試料流通管路２８ｃを開閉する弁体（押圧部材６６）の移動距離が、例えば０．１ｍｍと小さくても、押圧部材６６を移動させる軸６９の移動距離を比較的大きく設定することができる。そのため、マイクロバルブにおいて、軸６９の位置決めを磁石の磁力により行う自己保持機能を備えさせることができる。そのため、弁体の閉状態を維持するのに、常時電力を必要としないので、消費電力を低減することができる。
【００４７】
さらに、バネ６４により、押圧部材６６の移動距離と軸６９の移動距離との間に遊びを持たせることができるため、確実に安定した押圧力をフィルム６２に付与することができる。
【００４８】
以上、本発明のマイクロバルブの一例を図面を用いて説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではなく、次のような形態を採用することもできる。図６は、本発明のマイクロバルブの図４とは異なる実施形態を示したものである。図６に示すマイクロバルブ８０は、図４に示すマイクロバルブ３８とは、ヘッド部８３が軸８８に直接連結されている点が異なる。つまり、軸８８が上方に移動したときに、バネ８４により軸８８と接続された弁体としての押圧部材８６が上方に移動するようになっている。
【００４９】
以下、図６に示すマイクロバルブ８０の構成について詳細に説明する。図４のマイクロバルブ３８と同様の構成のものは同じ符号を用いるとともに、その説明を省略する。本実施形態のマイクロバルブ８０において、下側プレート２８ｂの下面には、ソレノイドハウジング９２を保持するための固定部材９６が設置されている。そして、下側プレート２８ｂに収納されている弁体としての押圧部材８６の直下に、ソレノイドハウジング９２が配置されている。押圧部材８６のシャフト８７は、ヘッド部８３に形成されている有底開口部８３ａに挿通されており、ヘッド部８３が下側プレート２８ｃの下面から露出する形態となっている。ヘッド部８３の下面には、軸８８の上端が接続されており、軸８８の下端はソレノイドハウジング９２内に配置されている。ソレノイドハウジング９２内には、軸８８を囲む形態でソレノイド９３が配置されており、このソレノイド９３の下方にはソレノイド９３を固定する固定部材９０が配置されている。さらに、軸８８のソレノイド９３に囲まれる領域には、フランジ８８ａが形成されている。また、ソレノイドハウジング９２内の上面には、軸８８のフランジ８８ａを吸引する磁石９１が設置されている。
【００５０】
以下、図６に示すマイクロバルブ８０の作動形態について説明する。図７は、弁体としての押圧部材８６が試料流通管路２８ｃを開状態とする開位置に位置するときの、マイクロバルブ８０を示すものである。下側プレート２８ｂの、押圧部材８６が収納される挿通孔２８ｄの内周面は、下側プレート２８ｂの下面側が縮径する形態の階段状とされており、この階段状の部分が板状部材８１を載置する保持台部２８ｅとされている。押圧部材８６が開位置に位置するとき、押圧部材８６の板状部材８１が保持台部２８ｅ上に載置されるようになっており、なんの操作もされないと、押圧部材８６が開位置に位置する状態を常に維持できるようになっている。また、板状部材８１が保持台部２８ｅに載置されている状態では、ヘッド部８３は、下側プレート２８ｂの下面よりも、比較的下方に位置するようになっている。そして、ヘッド部８３が比較的下方に位置しているので、そのヘッド部８３の下面に接続されている軸８８も比較的下方に位置するようになっており、軸８８のフランジ部８８ａも、比較的下方に位置するようになっている。そのため、ソレノイドハウジング９２の内部上面に配置されている磁石９１とフランジ部８８ａとが、ある程度の距離を保って位置している。このように、試料流通管路２８ｃを弁体としての押圧部材８６が塞いでいない状態、つまり押圧部材８６が開状態となる、当該押圧部材８６の位置を開位置としている。
【００５１】
上記のように押圧部材８６が開位置に位置している状態で、ソレノイド９３に電流を流すと、電流に起因する電磁力が軸８８に働き、軸８８が軸方向に移動する。そして、ソレノイド９３に軸８８を上方に移動させるような電流を流すと、軸８８が上方に移動され、軸８８に形成されているフランジ部８８ａが磁石９１に接近することになる。そして、図６に示すように、磁石９１の磁力により軸８８が吸引され軸８８が位置決めされる。この状態で、ソレノイド９３に流れる電流を停止しても、軸８８を吸引する磁石９１の磁力は変化しないので、軸８８のフランジ部８８ａは磁石９１に吸引され続けることになり、軸８８の位置を保持することができる。
【００５２】
上記のように、軸８８がソレノイド９３により上方に移動されると、軸８８の上端部で連結するヘッド部８３も上方に移動する。そして、このヘッド部８３と押圧部材８６とは弾性部材としてのバネ８４により接続されているので、ヘッド部８３に接続される押圧部材８６も上方に移動することになる。押圧部材８６が上方に移動すると、押圧部材８６の二つのピン８５が、フィルム６２を試料流通管路２８ｃに押し込むことになり、試料流通管路２８ｃがフィルム６２により塞がれる。このように、弁体としての押圧部材８６が、試料流通管路２８ｃを塞ぐように位置するときの、当該押圧部材８６の位置を閉位置とする。
【００５３】
図６、図７で示される本実施形態のマイクロバルブ８０においても、図４、図５で示されるマイクロバルブ３８と同様に、試料流通管路２８ｃの、流路プレート２８の厚さ方向の幅が、例えば０．１ｍｍ以下とされ、弁体としての押圧部材８６の閉位置と開位置との距離が極端に短い。一方、軸８８の軸方向での移動距離は、弁体としての押圧部材８６の移動距離（閉位置と開位置との距離）に比べて大きく設定されている。このような弁体としての押圧部材８６の移動距離と、軸８８との移動距離との差異は、押圧部材８６と軸８８とを接続するバネ８４の弾性変形に吸収される。つまり、軸８８の移動距離の過剰分が、バネ８４の収縮量に含まれることになる。具体的には、フィルム６２が試料流通管路２８ｃの壁部まで押し込まれると、押圧部材８６の上方への移動は停止するが、バネ６４が収縮するので、ヘッド部８３、ひいては軸８８は上方への移動を継続することになる。
【００５４】
このように、本実施形態のマイクロバルブ８０によれば、試料流通管路２８ｃを開閉する弁体（押圧部材８６）の移動距離が、例えば０．１ｍｍ以下と小さくても、押圧部材８６を移動させる軸８８の移動距離を比較的大きく設定することができる。そのため、マイクロバルブ８０において、軸８８の位置決めを磁石９１の磁力により行う自己保持機能を付与することができる。ひいては、弁体の閉状態を維持するのに、常時電力を必要としないので、消費電力を低減することができる。
【００５５】
さらに、バネ８４により、押圧部材８６の移動距離と軸８８の移動距離との間に遊びを持たせることができるため、確実に安定した押圧力をフィルム６２に付与することができる。
【００５６】
図３は、本実施形態のＳＰＲ装置５０における流路プレート２８の流通管路としての試料流通管路の形態を模式的に示すものである。流路プレート２８には、図３に示すように、複数本の試料流通管路２８ｃが形成されており、バッファタンク１０２に充填されているバッファ液１０４をポンプ１０１によりくみ上げて、試料流通管路２８ｃに供給するようになっている。さらに流路プレート２８の試料流通管路２８ｃの経路上には、試料流通管路２８ｃに、試料としての抗原を供給するための試料供給口が設けられている。この試料供給口は、図４〜図７において説明したネジ穴部７８により形成されるものである。このネジ穴部７８には、図４〜図７において示したように、チューブ７４が挿入されており、このチューブ７４の他端に図３に示す抗原供給機器１０７を取り付け、抗原供給機器１０７に充填されている抗原１０６をチューブ７４を介して試料流通管路２８ｃを流れるバッファ液中に混入することができるようになっている。流路プレート２８には、このような試料供給口が、試料流通管路２８ｃの経路上に複数設けられている。そして、試料流通管路２８ｃには、試料としての抗原を一時的に蓄えておく為の試料貯蔵流路１０５が設けられており、例えば図４のマイクロバルブ３８のピン６５により、試料流通管路２８ｃの試料の流動をとめることで、試料貯蔵流路１０５に抗原が一時的に貯蔵されることになる。そして、前述したように、マイクロバルブ３８を操作することにより、マイクロバルブ３８を開状態として、試料としての抗原を試料流通管路２８ｃの測定領域１０４に供給することができるようになっている。この測定領域１０４は、流路プレート２８の金膜１２と接触する側の表面に露出する形態で形成されており、この部分に入射光線を照射することにより、表面プラズモン共鳴測定ができるようになっている。そして、この流路プレート２８と接触する金膜１２の、測定領域１０４と対応する領域には、抗体が取り付けられており、抗原・抗体反応における試料の質量変化をリアルタイムにモニタすることができるようになっている。
【００５７】
さらに、試料流路プレート２８には、２本の独立した試料流通管路が形成されており、一方には、前述したように試料としての抗原が供給されるようになっており、他方には、端にバッファ液のみが供給されて、バッファ液のみの表面プラズモン共鳴測定が行われて、リファレンス測定を行うことができるようになっている。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブは、弁体と連結する軸が、該軸を囲むソレノイドに電流を流すことにより軸方向に移動可能であるとし、軸の一端側に磁石を配置するようにしているので、ソレノイドにより軸を磁石側に移動させ、磁石の磁力により軸を吸引することで、軸を位置決めすることができる。そのため、軸が位置決めされた後、ソレノイドに流れる電流を停止しても、軸は磁石に吸引され続けるので、自己保持型のマイクロバルブを実現することができる。さらに、弁体と軸とを弾性部材を介して接続するようにしているので、流体の流通管路を開閉する弁体の、流通管路の開閉を切り替えるときの移動距離が小さいマイクロ流路用バルブにも、上記の自己保持機能を付与することが可能となる。つまり、弁体の移動距離と、軸の移動距離との間に大きな差異があっても、この移動距離の差異が弾性部材の弾性変形に包含されることになるので、弁体の移動距離に比べて軸の移動距離を大きく設定することができる。したがって、軸を磁石の磁力により吸引して位置決めする場合に、確実に軸の位置決めを行うことができ、マイクロ流路用バルブのように、弁体の移動距離が小さいバルブでも自己保持機能を付与することができるのである。そのため、低消費電力のマイクロバルブを提供することができる。
【００５９】
さらに、上記のような自己保持型マイクロ流路用バルブを使用する本発明の光学バイオセンサ装置は、試料が流動する流通管路の開閉を制御するバルブの切換を、低い消費電力で行うことができるとともに、弁体を移動させるアクチュエータ等に熱が生じることもないので、例えば、生体物質が加熱されて、精密な検出・測定が行えない等の装置上のトラブルも起こりにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光学バイオセンサ装置の一例を示す概略図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】流路プレートにおける試料流通管路の形態を説明する図。
【図４】本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブの一例を示す図。
【図５】図４に示す自己保持型マイクロ流路用バルブの作動形態を、図４とともに説明する図。
【図６】本発明の自己保持型マイクロ流路用バルブの図４とは異なる一例を示す図。
【図７】図６に示す自己保持型マイクロ流路用バルブの作動形態を、図６とともに説明する図。
【符号の説明】
１４発光素子（光供給手段）
１５受光素子（検出手段）
２８流路プレート（流路部材）
２８ｃ試料流通管路（流通管路）
３８、８０マイクロバルブ（自己保持型マイクロ流路用バルブ）
５０表面プラズモン共鳴測定装置（光学バイオセンサ装置）
６２フィルム
６４、８４バネ（弾性部材）
６６、８６押圧部材（弁体）
６９、８８軸
７３、９３ソレノイド
７１、９１磁石

Claims

流体が流通する流通管路が形成されている流路部材と、
前記流通管路を閉状態とする閉位置と前記流通管路を開状態とする開位置との間で移動可能とされる弁体と、
前記弁体に連結され、軸心の方向に往復動する軸と、
前記軸の外周を囲む形態で配置されるソレノイドと、
前記軸の一端側に配置され、前記弁体が前記閉位置あるいは前記開位置の少なくともいずれかに位置するときに、前記軸を吸引して位置決めする磁石と、を有し、
前記軸は、前記弁体と弾性部材を介して接続されていることを特徴とする自己保持型マイクロ流路用バルブ。
前記流路部材は、表面に流路溝が形成されている流路プレートと、該流路プレートの前記流路溝が形成されている表面に当接される薄膜とを有し、前記流路溝が前記薄膜に覆われて前記流通管路が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の自己保持型マイクロ流路用バルブ。
前記弁体は、前記薄膜の前記流路溝とは反対側で、前記流通管路が形成されている領域に配置されており、前記流通管路に前記薄膜を押し込むように、前記流通管路に対して接近して、前記閉位置に移動するものであることを特徴とする請求項２に記載の自己保持型マイクロ流路用バルブ。
前記磁石は、前記弁体が前記閉位置に位置するときに、前記軸と接触するように配置されており、前記閉位置に前記弁体を保持するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の自己保持型マイクロ流路用バルブ。
液体状の試料が流通する流通管路を有する流路部材と、前記流通管路を開閉するバルブと、前記流通管路を流動する試料に対して測定光を照射する光供給手段と、
前記測定光に対する試料の光学応答を検出する検出手段とを、有する光学バイオセンサ装置において、
前記バルブは、前記流通管路を閉状態とする閉位置と前記流通管路を開状態とする開位置との間で移動可能とされる弁体と、
前記弁体に連結され、軸心の方向に往復動する軸と、
前記軸の外周を囲む形態で配置されるソレノイドと、
前記軸の一端側に配置され、前記弁体が前記閉位置あるいは前記開位置の少なくともいずれかに位置するときに、前記軸を吸引する磁石と、を備え、かつ、前記軸は、前記弁体と弾性部材を介して接続されている自己保持型マイクロ流路用バルブであることを特徴とする光学バイオセンサ装置。