JP2006317365A - 化学分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
化学分析装置において、分析デバイスを洗浄することなく再利用可能にする。
【解決手段】
間隔をおいてほぼ平行に配置した２枚の平板２０１、２０２のそれぞれの対向する面の一方側に、液滴が移動する移動経路となる駆動電極列２１１を配置し、他方に共通電極面２１４を形成する。移動経路の両端部に液溜め２０１１、２０１２を形成し、一方の液溜めは、平板の内面を濡らすオイルを供給する供給用の液溜めであり、他方の液溜めは使用後のオイルを収容可能な排出用の液溜めである。上側の平板に、サンプル１１を分注するサンプル分注部３と、試薬を分注可能な複数の試薬分注部４８、４９とを形成する。排出用液溜めは、オイルと混じらないサンプル及び試薬も収容可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を化学分析する化学分析装置に関する。

従来の化学分析装置に用いるＥＷＯＤ（Electrowetting on Dielectric）方式の液滴移送装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の液滴移送装置では、液滴を挟持する２枚の面の一方にだけ電極を配置し、その面上を液滴が移送される。この場合、電極が配置された面と平行に他方の面を配置し、液滴を挟持する。そして面に埋め込まれたまたは含まれる電極が、定められた手順に従って連続的に電圧の印加または停止を繰り返すことにより、ＥＷＯＤ方式による液滴移送が実行される。この公報に記載の方法によれば、種々の液滴移送方法が可能であり、例えば、２つの液滴の結合や混合、複数の液滴への分離、連続的な液のサンプリングが可能になっている。

液滴移送の他の例が、非特許文献１に記載されている。この文献には、μＴＡＳ（マイクロ・トータル・アナリシス）を実行するときに必要なデジタル・マイクロ流体回路を構成するために、不可欠な流体の４種の変化形態が開示されている。それらは、（１）液滴の生成、（２）液滴の移送、（３）液滴の分離、（４）液滴の結合である。これらすべてを、ＥＷＯＤで実行するために、液滴を挟持する並行平板間距離を液滴材料に応じて規定している。

国際公開２００４／０３０８２０号パンフレット Chuo et al, "Creating, Transporting, Cutting, and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits", JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS, VOL. 12, NO. 1, pp70-80, FEBRUARY 2003

上記特許文献１および非特許文献1に記載のＥＷＯＤ方式による液滴移送装置では、並行平板内に設けた電極列上で液滴を移動させるので、液の移動にポンプなどの機械要素を必要とせず、機構が簡素化する。しかしながら、ＥＷＯＤ方式では電極上の濡れ性を変化させて液滴を駆動しているので、操作できる液滴体積は電極のサイズ程度に制限される。そのため、移送する液滴の元となるサンプルと試薬の混合比の許容範囲が狭く、使用できる試薬も制限される。サンプルと試薬の混合比が制限されると、新たな試薬の開発も制限される。

また、一定量の液滴を分注するため、予め平行平板内部の電極上に液体塊を載せ、その電極に隣り合う下流側の電極列に電圧を順次印加して液体塊を引き伸ばす。その後、上流側の電極に電圧を印加して、上流側に液体塊を引き戻す。これにより、液体塊から一部の液体を分割して液滴を形成する。この液滴の分割には、液滴の駆動よりも高い電圧を必要とし、電極の寿命が短くなる。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ＥＷＯＤ方式を用いた化学分析装置において、構造を簡素化して小型化することにある。本発明の他の目的は、ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、平行平板を形成する分析デバイスを使い捨てにせずに再利用可能にすることにある。その際、チップの洗浄も不要にしてコストを低減する。本発明のさらに他の目的は、ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、使用できる試薬の制限をできるだけ排除することにある。そして本発明は、これら目的の少なくとも１つを達成することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の特徴は、間隔をおいてほぼ平行に配置した２枚の平板のそれぞれの対向する面の一方側に、液滴が移動する移動経路となる駆動電極列を配置し、他方を共通電極面としたＥＷＯＤを用いた化学分析装置において、前記移動経路の両端部に液溜めを形成し、一方の液溜めは、前記平板の内面を濡らす第１の液体を供給する供給用の液溜めであり、他方の液溜めは使用後の第１の液体を収容可能な排出用の液溜めであり、前記他の平板に供試液である第２の液を分注するサンプル分注部と、試薬である第３の液を分注可能な複数の試薬分注部とを形成し、前記排出用液溜めは、第１の液と混じらない第２及び第３の液体も収容可能としたことにある。

そしてこの特徴において、供給用の液溜めには第３の液を収容可能な供給容器が配管接続されており、前記他の液溜めにはポンプを介して配管接続された容器が複数個接続されているのがよく、駆動電極列は、同一パターンで前記平板のいずれかの内面側に複数個形成されており、複数個の駆動電極列をスペーサで区画されるのがよい。また、駆動電極列は、互いに離隔された複数の電極素子と、これら複数の電極素子のそれぞれに接続された電圧印加手段とを有し、隣り合う電極素子の電圧印加手段の電圧印加状態を互いに異ならせて液滴を移動させるのがよい。

上記目的を達成する本発明の他の特徴は、対向して配置した２枚の平板と、この平板の対向する面の双方に形成した電極と、各電極の表面に形成した絶縁体膜と、前記電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記電極はともに平板状をしており、前記平板の少なくとも一方に、対向配置された前記平板が形成する隙間に第１の液体を供給する供給部と、この第１の液体を排出する排出部とを設け、第１の液体と混じり合わない第２の液体を収容する容器から前記平板間に第２の液体を供給する第１の分注部と、第１の液体と混じり合わない第３の液体を収容する容器から前記平板間に第３の液体を供給する第２の分注部とを有することにある。

そしてこの特徴において、第２の液体を収容する容器を前記平板から離して配置し、前記第３の液体を収容する容器を前記平板に取り付けるのがよく、第２の分注部から平板間に分注された第３の液体と、第１の分注部から分注された第２の液体が混合するよう前記電極を配置するのがよい。また、平板間に形成される空間に連通する第１、第２の液溜めを形成し、第１の液溜めに第１の液体を供給する供給手段と、第２の液溜めから第１の液体を排出する排出手段とを設けるのが好ましい。

さらに、第１、第２の液溜めの少なくともいずれかに液溜め内の液位を計測するセンサを設け、このセンサが検出した検出信号に基づいて第１の液体の供給手段を制御する制御手段を設けるのがよく、第１、第２の分注部が、前記平板に形成された孔に挿入するノズルを有するのが望ましく、平板に形成した孔から漏出した液体を排出する排出手段を設けるのがよい。

また、前記駆動電極列はサンプル分注部の位置にこのサンプル分注部から分注される第２の液体を載せる電極を有し、この電極上に第２の液体があるときに、前記試薬分注部から分注された第３の液体が前記駆動電極列上を移動して第２の液体を載せた電極に導かれるよう前記駆動電極列を制御する制御手段を設けることが好ましい。

本発明によれば、化学分析装置の液滴移動部にサンプル液や試薬と混じり合わないオイルを適用したので、洗浄等の設備が不要となり、化学分析装置を大幅に簡素化できる。また、オイルが試薬やサンプル液と混じり合わないので、液滴移動部を有するチップを再利用可能になる。さらに液滴の流動性が高まったので、使用できる試薬の制限が少なくなる。

以下、本発明に係る化学分析装置の実施例を、図面を用いて説明する。図１に、化学分析装置の一実施例を、模式図で示す。この図１は模式図ではあるが、縦断面図である。図２及び図３に、分注部を斜視図で示す。この図２及び図３では、上部及び下部のアクセス基板の図示を省略している。

化学分析装置１００は、大別して被測定サンプル１１（以下サンプルと称する）を収容するサンプルカップ１０を有するサンプル収容部１５(図８参照)と、サンプル１１の成分を分析する分析デバイス２と、サンプルカップ１０内のサンプル１１を分析デバイス２に供給するサンプル分注部３と、試薬４５を分析デバイス２に供給する試薬分注部４８と、使用済みの廃液８５を分析デバイス２から排出する廃液排出部８８と、分析デバイス２内の反応液の状況を測定する検出部６１、６２と、オイル７３１を分析デバイスに供給するオイル供給部７９と、廃液８５からオイル７３１と反応済みの液８６を分離するオイル分離部９４とを有する。これら各部の詳細を、以下に順次説明する。
（１）サンプル収容部
サンプル収容部１５は、複数のサンプルカップ１０を有している。図１では、図示を省略したが、サンプルカップ１０は円板状のホルダの外周付近に保持される。サンプルカップ１０内には、サンプル１１が収容されている。サンプル１１は、たとえば血清である。
（２）サンプル分注部
サンプル分注部３は、サンプル収容部１５に収容されたサンプル１１を、ノズル３１を用いて分析デバイス２の所定位置に分注する。水またはサンプルと混じりあわないオイルなどの作動液３６１が蓄えられた作動液容器３６とサンプル分注部３は、チューブ３２２により配管接続されている。すなわち、チューブ３２２は作動液容器３６の液面より下まで一端部が挿入されている。チューブ３２２の他端は、バルブ３４を介してシリンジポンプ３３の一方の側に接続されている。シリンジポンプ３３の他方の側は、バルブ３５を介してノズル３１に接続されている。２個のバルブ３４、３５及びポンプ３３は、ＸＹＺステージ３７に搭載されている。

作動液３６１は、バルブ３４、３５およびシリンジポンプ３３の組により、作動液容器３６から汲み上げられ、ノズル３１の先端付近まで達している。このため、チューブ３２２やノズル３１中の空気が作動液３６１で置換され、サンプル１１を吸入排出するときの時間遅れを防止できる。

図１は、ノズル３１を用いてサンプル１１を分注する状態を示しているので、ノズル３１の先端は、後述する液受け３９１を貫通して、分析デバイス２まで延びている。サンプル収容部１５からサンプル３１を吸い込むときは、ノズル３１をサンプルカップ１０に挿入し、シリンジポンプ３３がサンプル１１をノズル内に吸い込む。

作動液３６１がオイルなどの場合には、ノズル１１の内面に付着したオイルがサンプル１１をはじき、ノズル１１の内面がサンプル１１で濡らされることがない。したがって、サンプル１１によるノズル３１の汚染を防止できる。サンプルカップ１０内のサンプル１１の液面を把握するため、ノズル３１の先端には、図示しない液面センサが取り付けられている。分析デバイス２の所定位置及び所定のサンプルカップ１０にノズル３１を位置決めするために、ＸＹＺステージ３７が用いられる。
（３）分析デバイス
分析デバイス２では、図２にその上面を示すように、矩形状の平板である上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２とが隙間をあけてほぼ平行に配置されている。上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２の少なくとも一方には、温度コントロール可能なペルチエ素子またはヒータを内蔵させる。これらのペルチエ素子やヒータは、図示しない制御手段で制御され、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２自体の温度を制御する。上部アクセス基板２０１及び下部アクセス基板２０２の大きさは、Ａ４サイズ程度であり、その材質には透明ガラス等を用いる。

上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２の間には、上部電極基板２３と下部電極基板２１とが互いに僅かな隙間をあけて平行配置されている。上部電極基板２３と下部電極基板２１も矩形状をしている。この電極基板２３、２１部の詳細を、図４に縦断面図で示す。

上部電極基板２３の内面側に、共通電極２１４を形成する。下部電極基板２１の内面側には、試薬４５やサンプル３１の液滴を駆動する駆動電極２１１を形成する。図２や図３に示すように、駆動電極２１１は区画された電極素子２１１１を、僅かの隙間を持って隣り合わせて形成される。駆動電極２１１の表面には、Parylen（商品名）やＣｙｔｏｐ(商品名)、ＳｉＯ_２などの誘電体薄膜２１２を絶縁薄膜として形成する。この誘電体薄膜２１２は、ＣＶＤなどで形成される。誘電体薄膜２１２のさらに表面には、撥水性を向上させるために、ＡＦ１６０１（商品名）などのフッ素系の撥水膜２１３をコーティングする。共通電極２１４には、撥水膜２１３のみコーティングする。各電極素子２１１１〜２１１５は、下部電極基板２１の周辺に設けた図示しない接点電極に個別に接続されており、この接点電極を介して外部の図示しない電源から電圧が印加される。

駆動電極の配置パターンは、化学分析装置１００の分析内容に依存するが、同一の配置パターンを１枚の下部電極基板２１に複数形成すれば、分析能率が向上する。図２や図３では、同一の駆動電極２１１の配置パターンを、下部電極基板２１に２個形成した様子を示している。１枚の下部電極基板２１に配置パターンを複数形成したときには、各配置パターンの境界部に、棒状のスペーサ２２を配置し、互いの配置パターンに導かれた液滴が混合しないようにする。

スペーサ２２は、上部電極基板２３と下部電極基板２１との間を、所定距離に保つのにも使用される。スペーサ２２は、境界部のみならず、駆動電極２１１が配置されていない部分であれば、どこにでも配置可能である。なお共通電極２１４は上部電極基板２３のほぼ全面に形成してもよいし、下部電極基板２１に形成した駆動電極２１１のパターンに合わせて形成してもよい。

上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２には、複数のサンプルポート３９を形成している。上部アクセス基板２０１に形成したサンプルポート３９は円筒状をしており、円筒内部は上部アクセス基板２０１の下側の隙間に連通している。そのため、上部電極基板２３ではこのサンプルポート３９に対応した位置に、孔が形成されている。サンプルポート３９の内径は、ノズル３１の外径より大きい。したがって、サンプルポート３９から上部電極基板２３と下部電極基板２１間であってスペーサ２２により形成される隙間にノズル３１を出し入れすれば、サンプル１１を分析デバイス２内に供給できる。
（４）試薬分注部
試薬分注部４８、４９では、サンプル１１に試薬４５を混合して検査するために、複数の密閉型の試薬容器４２、４２１が分析デバイス２の近傍に配置されている。試薬容器４２、４２１の下部には、ノズル４３が接続されている。試薬容器４２、４２１の上部には、通気配管が取り付けられており、この通気配管中にバルブ４４、４４１を取り付けている。上部アクセス基板２０１には、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２間に形成される隙間に連通する試薬ポート４１が、複数個形成されている。試薬容器４２、４２１のノズル４３をこれらの試薬ポート４１のいずれかに位置決めした後にバルブ４４、４４１を開くと、ノズル４３先端から試薬容器４２、４２１内の試薬４５が重力で分析デバイス２内に滴下される。滴下する試薬４５の量を、バルブ４４、４４１の開時間で調整する。

図５に、試薬分注部４８、４９の詳細を縦断面図で示す。試薬容器４２、４２１の下面に装着されたノズル４３は、上部アクセス基板２０１と上部駆動電極基板２３とに形成した孔に挿入されている。そして、上部アクセス基板２０１に保持されたＯリング４３２で、液漏れのないようシールされている。ノズル４３の先端は、下部電極基板２１に接触または極近接している。ノズル４３の先端は片側に切り欠き４３１が形成されており、ノズル４３に最も近い電極素子２１１１側に試薬４５を吐出できる。

ノズル４３の内面及び外面にはCytop（商品名）などの撥水性のコーティングが施されている。ノズル４３から所定量だけ吐出された試薬４５は、ノズル４３が撥水性を有しているので、ノズル４３に付着することなく吐出したときの慣性でノズル４３に最も近い電極素子２１１１側に吐出される。試薬４５の吐出量は、電極素子２１１１の面積と上下に配置した電極基板２３、２１間の隙間とで形成される体積よりも若干多い。

電極素子２１１１に電圧を印加し、試薬４５を電極素子２１１１上に引き付けると、電極素子２１１１に比べ幅の狭いノズル４３出口でくびれた形状になった試薬４５は、ノズル４３から液滴として容易に分離される。このようにして、試薬液滴４５１が形成され、電極素子２１１１上に広がる。ノズル４３からの吐出量を、バルブ４４の吐出時間で制御してもよいし、試薬４５が電極素子２１１１と上部電極基板２３の共通電極２１４との間に形成される隙間に入り込むと、電極素子２１１１と共通電極２１４間の電気容量が変化するので、電極素子２１１１と共通電極２１４との間の電気容量の変化に基づいて制御してもよい。
（５）検出部
下部電極基板２１の上部に形成した駆動電極２１１は、サンプル１１や試薬４５の移動経路を規定する。このサンプル１１や試薬４５の移動経路の途中の複数箇所に、検出部６１、６２が設けられている。検出部６１は、サンプル１１の状態を検出するものであり、検出部３２は、サンプル１１に試薬４５を混合した後の状態を検出するものである。検出部６１、６２は、ともに同様の構造をしている。これらの検出部６１、６２では、上部アクセス基板２０１に孔を形成し、この孔にＬＥＤ等の光源６１１、６２１を取り付けている。一方、下部アクセス基板２０２のこの光源６１１、６２１に対向する位置にも孔が形成されており、この孔に光センサ６１２が取り付けられている。

光センサ６１１、６１２は、光源６１１、６１２から出射された光が液滴を通る間に変化した吸光度の量や蛍光量、散乱量を検出する。ここで、光源から出射された光を検出するために、上部電極基板２３および下部電極基板２１の少なくともいずれかの検出部６１、６２とその回りをガラスなどの透明材料とし、電極もＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明材料とする。光源６１１、６２１の発光スペクトルは、互いに異なっていてもよい。
（６）オイル供給部
上部アクセス基板２０１の対向する辺の一方にはオイル供給部７９が、他方には後述するオイル分離部９４が形成されている。オイル供給部７９及びオイル分離部９４は、試薬供給部４８とは異なる辺に設けられている。オイル供給部７９は、上部アクセス基板２０１の端部を上方に持ち上げた形状であり、上部アクセス基板２０１の辺に沿って延びている。この上部アクセス基板の端部に別部材を接続して、液溜め２０１１を形成する。液溜め２０１１の上部には、液面センサ７９２が取り付けられている。

上部アクセス基板２０１の近傍には、オイル容器７３が配置されている。オイル容器７３には、血清などの水をベースとするサンプル１１に混じり難いシリコンオイルまたは炭化水素系オイル、フッ素系以外の液体と混じらないパーフルオロカーボンオイル（以下フッ素オイルと称する）のいずれかが貯蔵されている。オイル容器７３と液溜め２０１１とは、供給用チューブ７７１により接続されている。液溜め２０１１の上部にオイル供給ポート７１が形成されており、このオイル供給ポート７１に供給用チューブ７７１の先端が挿入されている。オイル容器７３を有するオイル供給部７９ａに、分析デバイス２で使用された後に分離されたオイルを戻しているので、戻り用チューブ７７２からの戻り液と供給液とを分離するために、戻り用チューブ７２２にバルブ７５２、７６１を、供給用チューブにバルブ７５１、７６２を取り付け、バルブ７５２、７６１間と、バルブ７５１、７６２間とを、ポンプ７４で接続している。戻り用チューブ７７２の先端は、オイル容器７３の液面より下まで挿入されており、供給用チューブ７７１の先端は液面の上方に位置している。
（７）オイル分離部
オイル供給部７９と反対端には、オイル供給部７９と同様にオイル分離部９４が形成されている。オイル分離部９４は、上部アクセス基板２０１の辺に沿う液溜め２０１２を有している。ただしオイル供給部７９とは異なり、下部アクセス基板２０２には戻り用チューブ７７２の接続端に、オイルドレインポート７２が形成されている。オイルドレインポート７２部は、ロート状の空間を形成している。
（８）廃液排出部
オイル分離部９４を構成する上部アクセス基板２０１の上部には、複数のポートが形成されており、一方のポートには廃液用チューブ３９４が挿入されている。この廃液用チューブ３９４の途中には、ポンプ７４３が取り付けられており、オイル分離部９４で分離され上澄みとなった廃液を廃液容器８２に送液する。オイル分離部９４の他のポートには、チューブ３９３が挿入されている。このチューブ３９３の他端は、ポンプ７４２の吐出側に接続されている。ポンプ７４２の吸込み側には、サンプルポート３９の上方に設けた液受け３９１の側面に連通するサンプル用チューブ３９２が、接続されている。ポンプ７４２は、サンプルポート３９から溢れ出てきたオイル７３１やサンプル１１を、液溜め２０１２に送液する。

このように構成した化学分析装置１００の動作を、以下に説明する。最初の状態では、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２間、より正確には上部電極基板２３と下部電極基板２１間は、スペーサ２２により仕切られた隙間を形成しており、その隙間には液は導入されていない。この状態で上部電極基板２３と下部電極基板２１に、サンプル１１や試薬４５が付着するのを防止するために、隙間にオイル７３１を導入する。

オイル７３１を導入するときは、オイル供給部７９ａのバルブ７５２、７６２を閉じ、バルブ７６１、７５１を開く。そして、ポンプ７４を起動してオイル容器７３内のオイル７３１をチューブ７８１からオイルポート７１を経て液溜め２０１１に供給する。ポンプ７４でオイル７３１を供給し続けると、隙間にあった空気は上部アクセス基板２０１のサンプルポート３９から分析デバイス２外に出て行く。これにより、隙間にあった空気がオイル７３１で置換される。さらにオイル７３１の供給を続けると、オイル分離部９４の液溜め２０１２やサンプルポート３９から液が溢れ出しそうになるから、液溜め２０１１に設けた液面センサ７９２が検出した液溜め２０１１内の液面が所定高さになったら、ポンプ７４を停止する。

なお、上部アクセス基板２０１のサンプルポート３９に挿入したノズル３１は、オイル７３１に埋没している。これにより、ノズル３１の外面はオイル７３１で覆われる。一方、オイル７３１をノズル３１から吸入すれば、ノズル３１の内面がオイル７３１で覆われる。このように、ノズル３１の内外周をオイル７３１で覆ったので、その後ノズル３１からサンプル１１を吸入しても、ノズル３１の表面のオイル７３１がサンプル１１をはじきノズル３１を汚染しない。

分析デバイス２の試薬４５やサンプル１１が通る表面がオイル７３１で覆われたので、サンプル分注部３からサンプル１１を分析デバイス２内に注入する。図示しないサンプル収容部の所定のサンプルカップに、ノズル３１を挿入する。サンプルカップ内のサンプル液面をノズルに３１取り付けた液面センサで検出する。ノズル３１が、確実にサンプル液内に入ったことを確認する。その後、バルブ３５を開きポンプ３３を駆動して、サンプル１１液をノズル３１内に吸入する。バルブ３５を閉じる。次に、ＸＹＺステージ３７を用いて、ノズル３１を分析デバイス２のサンプルポート３９に位置決めする。位置決め後、ノズル３１を下げて所定高さに達したら、バルブ３５を開きポンプ３３を駆動してサンプル１１液を吐出する。

この動作と同じ頃に、第１の試薬分注部４８から試薬４５を分注する。つまり、ノズル４３を試薬ポート４１内に位置決めし、試薬容器４２の上部に設けたバルブ４４を開く。ノズル４３先端から試薬容器４２内の試薬４５が分析デバイス２内に導かれる。なお、サンプル分注部３やサンプル収容部１５を省いて、手作業でサンプルポート３９からサンプル１１を供給するようにしてもよい。また、試薬４５を分注するのに、サンプル１１と同様の分注部を設けて分注してもよい。この場合、回転可能な試薬ディスクに複数の試薬容器４２を搭載すれば、試薬４５の分注が容易になる。

ノズル４３から所定量吐出された試薬４５は、ノズル４３の先端部で試薬液滴になり電極素子２１１１上に広がる。その後、電極素子２１１１に隣り合い、サンプルポート３９に近い側の電極素子２１１２（以後、この方向を下流側とする）に電圧を印加する。それとともに、電極素子２１１１への電圧印加を中止する。試薬液滴４５１は、電極素子２１１２に引き付けられ、終には電極素子２１１２上を移動する。この手順を電極素子２１１２、２１１３、…というように、下流側の電極素子について順次繰り返して、試薬液滴４５１をサンプルポート３９まで移動させる。

サンプルポート３９まで運ばれた試薬液滴４５１は、サンプルポート３９でサンプル１１と混合される。すなわち、上流側からサンプルポート３９に運ばれてきた試薬液滴４５１は、サンプルポート３９の下に配置された電極素子２１１３のところで、ノズル３１から噴射されたサンプル１１と合体する。このとき、電極素子２１１３上で、試薬液滴４５１とサンプル１１の合体した混合液４５２をその場に留まらせ、ノズル３１が混合液４５２を吸入または排出して攪拌し、混合を促進させるのが好ましい。次に、電極素子２１１３よりも下流の電極素子を動作させて、混合液４５２をそのまま下流側に移動させる。電極素子２１１３の下流側には、周回用の混合用電極素子列２１１４がロの字状に形成されているので、混合液滴４５２は混合用電極素子列２１１４上を周回する。その際、混合液敵４５２では、試薬液滴４５１とサンプル１１が攪拌混合する。試薬液滴４５１とサンプル１１との攪拌が完了したら、混合液滴４５２は下流側の第１の検出部６１に導かれる。第１の検出部６１では、混合液滴４５２の吸光度の変化や、蛍光量、散乱量を測定する。

第１の検出部６１での測定が終了した混合液滴４５２は、第２の試薬分注部４９に導かれる。この第２の試薬分注部４９では、他の試薬容器４２１から試薬４５と同様の方法で取出された試薬４５３が、電極素子２１１５上で混合液滴４５２に混合される。試薬液滴４５３と混合液滴４５２の混合及び攪拌を促進するために、第２の試薬分注部４９の下流にも、周回用のロ字状の混合電極素子列２１１６が配置されており、この混合電極素子列２１１６上を、液滴が周回すると試薬液滴４５３と混合液滴４５２とが攪拌混合する。

他の試薬４５３も混合した混合液滴４５４は、駆動電極列２１１により下流側に運ばれ、第２の検出部６２に導かれる。この第２の検出部６２では、混合液滴４５４の吸光度や蛍光が計測され、サンプル１１に含まれる成分が分析される。分析が終了した混合液滴４５４は、駆動電極列２１１によりさらに下流側に送られ、液溜め２０１２に送られる。

この一連の動作が終了すると、サンプル１１と試薬４５、４５１の混合液滴４５４は、廃液８５となってオイル分離部９４の液溜め２０１２に溜まる。液溜め２０１２では、液溜め２０１２直前に配置した電極が、廃液８５の到着を検出する。廃液８５とオイル７３１とは比重差があり、液溜め２０１２内をオイルが上昇または下降する。フッ素オイルのようにオイル７３１の比重が１より大きい場合には、図１に示すように、水ベースの廃液８５は液溜め２０１２内を上昇する。そして、廃液８５は、ポンプ７４３で廃液容器８２に送られる。

オイル７３１の比重が１より小さい場合は、廃液用チューブ３９４を下部アクセス基板２０２に取り付け、ポンプ７４３が液溜め２０１２から廃液８５を吸い取り、廃液容器８２廃液８５を送液する。オイル容器７３や廃液容器８２には、オイル７３１と廃液８５が混在する恐れがある。しかし、オイル７３１と廃液８５を、比重差や遠心分離、フィルタリングを用いて容易に分離できる。これらの装置を流路の途中に取り付けるか、回収したオイル７３１や廃液８５を独立の装置で処理すれば、オイル７３１を再利用することができる。この場合、廃液８５だけを廃棄すればよい。

ところで、メンテナンスなどの必要に応じ、分析デバイス２内のオイル７３１を排出するには、オイル分離部９４のオイルドレインポート７２からオイル７３１を排出する。この場合、オイル供給部７９ａのバルブ７５２、７６１を開き、供給用チューブ７７２から排出用チューブ７８１側に重力でオイル７３１を移動させる。または、バルブ７５１、７６１を閉じ、バルブ７５２、７６２を開く。そしてポンプ７４を駆動して、オイル７３１をオイルドレインポート７２からオイル容器７３に戻す。

以上説明した本実施例によれば、サンプル分注部３のノズル３１の表面をオイルで被覆したので、ノズル３１にサンプル１１が付着するのを防止できる。これにより、前回測定時に用いたサンプル１１が今回の測定に混入するのを防止でき、測定精度が向上する。また、ノズル３１を洗浄する必要がないので、洗浄に係る設備が不要になり、化学分析装置が小型化および低コスト化する。

サンプル用ノズル３１から噴射される液滴の量が駆動電極の大きさで制限されないので、任意の量のサンプル１１を試薬４５、４５１と混合できる。したがって、試薬４５、４５１とサンプル１１との混合比の幅が広がり、使用できる試薬の範囲が広まるとともに試薬開発が容易になる。

試薬用ノズル３１に最も近い電極素子上に直接試薬４５、４５１を分注するので、ＥＷＯＤによる液滴の分割が不要になる。これにより、駆動電極の構成が簡単になる。また、駆動電極に印加する電圧が低くて済み、電極が長寿命になる。オイル供給部７９から分析デバイス２に、随時オイル７３１を供給できるので、分析デバイス２内のオイル７３１の量を一定に保つことができる。したがって、オイル７３１がノズル３１に付着して持ち去られたり、蒸発して減少して各種ポートから気泡が混入するのを防止できる。また、オイルを新鮮なオイルで更新することが可能になる。オイル分離部９４が、オイル７３１と廃液８５を分離するので、オイル７３１再使用でき、オイル７３１の使用量を低減できる。

上記実施例では、説明を簡単にするために、同一パターンの駆動電極列２１１を２個、１枚の下部電極基板２１に形成する例を示した。１枚の下部電極基板２１に、同一パターンの駆動電極列２１１を４個形成した例を、図６に示す。図６は、化学分析装置１００の上面図である。各駆動電極列２１１に対応するサンプルポート３９を、一直線上に並べる。分析デバイス２に隣り合って、サンプルカップ１０を搭載し、このサンプルカップを駆動電極列２１１に並行に動かすローダ１３を、配置する。ＸＹＺステージ３７に搭載したノズル３１を用いて、各サンプルカップ１０からサンプル１１を吸入する。

サンプル１１を吸入した後は、ノズル３１を各サンプルポート３９に移動させ、サンプルポート３９から分析デバイス２にサンプル１１を供給する。各駆動電極列２１１は、スペーサ２２により他の駆動電極列２１１から区画されている。サンプル液滴や試薬液滴、混合液敵を順次駆動するため、駆動電極列２１１上の複数の液滴は互いに離れており、液滴間は電極素子１枚以上の間隔があいている。このように、測定する液滴が複数個同時に駆動電極列２１１上にあるので、測定の効率を上げるために、検出部を駆動電極列２１１に沿って複数設ける。

なお上記実施例では、試薬容器４２を２個ずつ組にしているが、試薬容器４２の数はこれに限るものではない。試薬４５、４５１の混合回数は、処理する対象により異なり、３回以上であってもよい。また本実施例によれば、１個の下部電極基板に複数の駆動電極列を設けているので、小型の化学分析装置で多数のサンプルを短時間で測定できる。

何らかの原因で、ある駆動電極列上から液滴が逸れた場合でも、スペーサ２２が駆動電極列間を分離しているので、隣の駆動電極列に液滴が混入して測定を阻害することがない。また、スペーサ２２により駆動電極列に沿ってオイルの流れが整流されるので、泡や駆動電極列を逸れた液滴の排出が容易になる。

本発明に係る化学分析装置１００の他の例を、図７〜図９を用いて説明する。図７は、化学分析装置１００の模式図を縦断面図で示した図である。図８は、化学分析装置１００の主要部の斜視図であり、図９はこの化学分析装置１００のサンプル分注部３の詳細縦断面図である。本実施例が上記実施例と相違するのは、サンプル分注部３の上流側には試薬分注部４８を配置していないこと、サンプル収容部１５として回転ディスク型の収容部を用いていることである。

サンプル収容部１５では、回転可能な回転ディスク１の外周部近傍に、複数のサンプルカップ１０が搭載されている。サンプル収容部１５の近傍には、サンプル分注部３が配置されている。サンプル分注部３は、サンプルカップ１０から回転アーム３８１の先端に取り付けたノズル３１がサンプル１１を採取する。回転アーム３８１の一端側には支柱３８２が取り付けられており、この支柱取り付け端と反対端にノズル３１が取り付けられている。回転アーム３８１は、支柱３８２の周りに回動可能である。なお、アーム３８１は上下動可能である。

サンプル１１の分注開始時には、ポンプ３３を起動して作動液３６１をノズル３１の先端まで満たす。アーム３８１を回転して、サンプルカップ１０上にノズル３１先端を位置決めし、アーム３８１を下げて図示しない液面センサでサンプル液面を検出する。液面から所定の深さまでノズル３１を下げ、ポンプ３３を駆動してサンプル１１をノズル３１内に必要量だけ吸入する。アーム３８１を上げるとともにアーム３８１を回転して、分析デバイス２のサンプルポート３９上にノズル３１を位置決めする。アーム３８１を下げて、ノズル３１を分析デバイス２内に挿入する。ポンプ３３を駆動し、ノズル３１内の液を吐出する。

サンプルポート３９に挿入したノズル３１は、サンプルポート３９内のオイル７３１に埋没し、ノズル３１の外周がオイル７３１で覆われる。作動液３６１をオイル７３１と同等の成分とすれば、ノズル３１内にサンプル１１を吸入したときに、作動液３６１がサンプル１１をはじき、ノズル３１の表面を汚染しない。ノズル３１をオイル７３１で被覆した後に、サンプル１１を分注する。

サンプルカップ１０から吸入するサンプル量をサンプル分注部３の電極素子２１５１部の体積より若干多くすれば、ノズル３１からサンプル１１を吐出した後にはノズル３１内にはサンプル１１が残らず、オイル７３１と同質の作動液３６１だけがあるので、サンプル１１は確実にサンプル液滴１１１を形成する。サンプル１１の液滴と試薬４５の液滴とは、混合部に配置した電極素子２１１７上で混合する。以後の構成及び手順は、上記実施例と同様である。

本実施例ではノズル３１から吸い込むサンプル１１の量とサンプル液適１１１の量をほぼ同じとしているが、ノズル３１内にサンプル１１を大量に吸い込み、分析デバイス２内にノズル３１を挿入した後に、間欠的にサンプル液滴１１１を生成し、搬送用電極列２１５または液滴保管用の保管用電極列２１６上に一時保存するようにしてもよい。この場合、必要に応じてサンプル液滴１１１を電極列２１１に送ればよい。

本実施例によれば、サンプル１１を必要量だけノズル３１に分注して分析デバイス２に供給するので、サンプ１１ルの消費量を抑制できる。また、同一のサンプル１１を複数の液滴１１１にして蓄えるバッファ電極列２１６を有しているので、サンプルカップ１０からサンプル１１を再度分注する必要が無く、分析を高速化できる。

本発明に係る化学分析装置の一実施例の模式図。 図１に示した化学分析装置の主要部の斜視図。 図１に示した化学分析装置の主要部の斜視図。 図１に示した化学分析装置で用いるデバイスの一実施例の縦断面図。 図１に示した化学分析装置のサンプル分注部の縦断面図。 図１に示した化学分析装置における駆動電極の配置を説明する図。 本発明に係る化学分析装置の他の実施例の模式図。 図７に示した化学分析装置の主要部の斜視図。 図７に示した化学分析装置のサンプル分注部の縦断面図。

符号の説明

２…分析デバイス、３…サンプル分注部、６…検出器、７…オイル供給部、１１…サンプル、２１…下部電極基板、２２…スペーサ、２３…上部電極基板、３９…サンプルポート、４５…試薬、１００…化学分析装置、１１１…サンプル液滴、２０１…上部アクセス基板、２０２…下部アクセス基板、２１１…駆動電極、２１４…共通電極、７３１…オイル、７９２…オイル液面センサ。

Claims (12)

1. 間隔をおいてほぼ平行に配置した２枚の平板のそれぞれの対向する面の一方側に、液滴が移動する移動経路となる駆動電極列を配置し、他方を共通電極面としたＥＷＯＤを用いた化学分析装置において、前記移動経路の両端部に液溜めを形成し、一方の液溜めは、前記平板の内面を濡らす第１の液体を供給する供給用の液溜めであり、他方の液溜めは使用後の第１の液体を収容可能な排出用の液溜めであり、前記他の平板に供試液である第２の液体を分注するサンプル分注部と、試薬である第３の液体を分注可能な複数の試薬分注部とを形成し、前記排出用液溜めは、第１の液と混じらない第２及び第３の液体も収容可能であることを特徴とする化学分析装置。
2. 前記供給用の液溜めには第３の液を収容可能な供給容器が配管接続されており、前記他の液溜めにはポンプを介して配管接続された容器が複数個接続されていることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
3. 前記駆動電極列は、同一パターンで前記平板のいずれかの内面側に複数個形成されており、複数個の駆動電極列をスペーサで区画したことを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
4. 前記駆動電極列は、互いに離隔された複数の電極素子と、これら複数の電極素子のそれぞれに接続された電圧印加手段とを有し、隣り合う電極素子の電圧印加手段の電圧印加状態を互いに異ならせて液滴を移動することを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
5. 対向して配置した２枚の平板と、この平板の対向する面の双方に形成した電極と、各電極の表面に形成した絶縁体膜と、前記電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記電極はともに平板状をしており、前記平板の少なくとも一方に、対向配置された前記平板が形成する隙間に第１の液体を供給する供給部と、この第１の液体を排出する排出部とを設け、第１の液体と混じり合わない第２の液体を収容する容器から前記平板間に第２の液体を供給する第１の分注部と、第１の液体と混じり合わない第３の液体を収容する容器から前記平板間に第３の液体を供給する第２の分注部とを有することを特徴とする化学分析装置。
6. 前記第２の液体を収容する容器を前記平板から離して配置し、前記第３の液体を収容する容器を前記平板に取り付けたことを特徴とする請求項５に記載の化学分析装置。
7. 前記第２の分注部から平板間に分注された第３の液体と、第１の分注部から分注された第２の液体が混合するよう前記電極を配置したことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
8. 前記平板間に形成される空間に連通する第１、第２の液溜めを形成し、第１の液溜めに第１の液体を供給する供給手段と、第２の液溜めから第１の液体を排出する排出手段とを設けたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の化学分析装置。
9. 前記第１、第２の液溜めの少なくともいずれかに液溜め内の液位を計測するセンサを設け、このセンサが検出した検出信号に基づいて第１の液体の供給手段を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項８に記載の化学分析装置。
10. 前記駆動電極列はサンプル分注部の位置にこのサンプル分注部から分注される第２の液体を載せる電極を有し、この電極上に第２の液体があるときに、前記試薬分注部から分注された第３の液体が前記駆動電極列上を移動して第２の液体を載せた電極に導かれるよう前記駆動電極列を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
11. 前記第１、第２の分注部が、前記平板に形成された孔に挿入するノズルを有することを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の化学分析装置。
12. 前記平板に形成した孔から漏出した液体を排出する排出手段を設けたことを特徴とする請求項１１に記載の化学分析装置。

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