JP2007078589A

JP2007078589A - ３ｄマイクロチップ

Info

Publication number: JP2007078589A
Application number: JP2005269023A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Shoji; 習一庄子; Michio Osumi; 道夫大角; Naoki Agawa; 直樹阿川
Original assignee: Seishin Enterprise Co Ltd
Current assignee: Seishin Enterprise Co Ltd
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-15
Also published as: JP4651490B2

Abstract

【課題】微細粒子の形状を観察し、解析するためのもので、微細粒子を分散させた懸濁サンプル液を細長く扁平に流し、この扁平懸濁サンプル液流中の微細粒子の形状、分散状態を観察して解析することができる３Ｄマイクロチップを提供する。
【解決手段】３Ｄマイクロチップ１には、この３Ｄマイクロチップ１の厚さおよび幅方向の略中央部に位置して、扁平流路18が形成され、この細長扁平流路18の厚さ方向一側部は、透明で、サンプル液と略同一の屈折率を有する材料でもって構成され、この細長扁平流路の扁平面に対し交叉する方向の第一キャリア液注入孔14が形成されるとともに、この細長扁平流路18に隣接する３Ｄマイクロチップ１の厚さ方向他側部に、この細長扁平流路18の扁平面に対し交叉する方向の第二キャリア液注入孔16が形成されたものである。
【選択図】図５

Description

本発明は、数ミクロンから百ミクロン程度の大きさの微細粒子、具体的には、複写機、プリンター等に用いられるトナーや、合成樹脂粉末、粒子状触媒、研磨材、粉末状医薬等の微細粒子の形状を観察し、解析するためのもので、これらの微細粒子を溶解しない分散媒たるキャリア液にこの微細粒子を分散させた懸濁サンプル液を細長く扁平に流し、この扁平懸濁サンプル液流中の微細粒子の形状、分散状態を観察して解析することができる３Ｄマイクロチップに関するものである。

前述した微細粒子を液中に分散させ流路中に分散・ソーティングを行い、観察する為の技術としてフローセルがある。このフローセルの例として特許文献１記載（図９ないし図11参照）のフローセル01は、メインフローセル02とサブフローセル03とよりなり、メインフローセル02は、図11に図示されるように比較的厚みのある二枚の外部ガラス板04、05と、この二枚の外部ガラス板04、05の内側に積層された薄い二枚の内部ガラス板06、07とで構成され、他方の外部ガラス板05には、観察用孔08が形成され、一方の内部ガラス板06の幅中央部には、その幅が下方に拡がった形状に欠除されて扁平流路09が形成されている。

メインフローセル02の上方に配置されるサブフローセル03には、図10に図示されるように、下方に向かって先細楔状縮小流路010が形成され、その縮小流路010の下端厚さは、メインフローセル02の扁平流路09の上端開口の厚み（一方の内部ガラス板06の厚みに相当する）と略同一の厚さになっている。

そしてフローセル01にサンプル液とシース液を供給するためには、図９に図示されるように、サンプル液をフローセル01に供給するためのノズル011と、シース液供給ニップル012を備え、下向き流路014にノズル011を装入支持するシース形成部013と、このシース形成部013を上部で保持するとともにフローセル01の下部を保持するコ字状のフローセル保持体016を必要とし、フローセル01の上部はシース形成部013の下方孔015に下方から上部に向かって嵌合されるとともに、フローセル01の下部はコ字状のフローセル保持体016の下部に保持具017を介して保持されている。

また、特許文献２記載（図12ないし図15参照）のフローセル020は、図13に図示されるように、一対の細長薄板状正面板021と、長手方向内側中央部が高くて長手方向両端に向かって低く傾斜した一対の縮流板022と、一対の細長薄板状の側面板023と、中央に断面正方形状の孔025が形成された一対の厚円板状フランジ024とからなり、一対の細長薄板状正面板021の内面の長手方向中央に一対の縮流板022の平面が一体に接合され、一対の細長薄板状正面板021の両側縁に一対の側面板023の両面縁が水密に一体に接合され、前記正面板021の両端部と側面板023の両端部が厚円板状フランジ024の正方形状孔025に一体に嵌合されて、フローセル020が構成されている。

さらに、フローセル020にサンプル液とシース液を供給するためには、前述の特許文献1と同様に、サンプル液をフローセル020に供給するためのノズル031と、シース液供給ポート026を備え、下向き流路028にノズル031を装入支持するシース形成部027と、このシース形成部027を上部で保持するとともにフローセル020を下部で保持するコ字状のフローセル保持体029を必要とし、フローセル020の上部厚円板状フランジ024は、シース形成部027の下向き流路028に嵌合されるとともに、フローセル020の下部厚円板状フランジ024は、コ字状フローセル保持体029の下部の孔030に嵌合されている。

特開平3-105235号公報特開2003-161691号公報

特許文献１に記載された図９ないし図11に図示のフローセル01では、ノズル011の横断面形状とノズル011内の流路横断面形状とがいずれも円形であるので、メインフローセル02の扁平流路09が扁平であり、縮小流路010の下端開口部が、扁平流路09の扁平面に沿った方向に向き、かつ扁平流路09の扁平面に沿って一対のシース液供給ニップル012が配置されていても、ノズル011から噴出したサンプル液の周りにシース液が均等に存在するため、先細楔状縮小流路010内において、サンプル液が扁平流路09の扁平面に沿った扁平層に形成されることと、そのサンプル液扁平層の両面に扁平なシース液が形成されることは、殆ど期待できない。この結果、たとえ扁平流路09内で、サンプル液とシース液との混合液が扁平流となっても、微細粒子が扁平流路09の扁平面と直交する方向に重なり、微細粒子の形状や大きさを正確に把握することが不可能となり、かつ微細粒子が扁平流路09の表面に付着して、観察用孔08に面した他方の内部ガラス板07が曇って微細粒子を明瞭に観察することが困難であった。

また、サンプル液およびシース液の供給圧力を増大させて扁平三層を形成しようとしても、他方の内部ガラス板07における観察用孔08と扁平流路09に挟まれた部分07aは、厚い他方の外部ガラス板05で補強されていないため、他方の内部ガラス板07の前記部分07aが破損される惧れがある。

さらに、ノズル011を交換せずに、サンプル液扁平層の厚さや、扁平流路中のサンプル液扁平層の厚さ方向位置の調整が不可能であった。

特許文献２に記載された図12ないし図15に図示のフローセル020では、一対の正面板021と、一対の縮流板022と、一対の側面板023と、一対の厚円板状フランジ024とを、それぞれ正確な寸法に加工する必要があり、かつこれらを所定の相対的な位置関係に正確に組み付ける必要があるので、加工および組付けのための手間が多くかかり、コスト高が避けられない。

また、微小粒子の大きさや密度や観察対象の微小粒子に対する難溶解性のシース液の粘性等に対応して最適のフローセル020を多種類用意しなければならず、この面でもフローセル020はコスト高の要因となった。

さらに、微小粒子の種類やシース液の種類が変わる毎にフローセル020やノズル31を交換または調整する必要があるため、微細粒子の観察や測定を能率良く行うことが困難であった。

さらにまた、フローセル020では、下向き流路028内を流れるシース液の真中にシース液の流れと正確に向き合わせてノズル031からサンプル液を噴出させないと、サンプル液の膜状流動層が波打って、微細粒子を安定して観察、測定することができず、またサンプル液の膜状流動層が広く分散し、あるいは乱れを起し、微細粒子の観察、測定を正確に行なうことが困難であった。

また、ノズル031は図15に図示されるように、上下に二分割されたノズル本体032が上下の所定の間隙をなして配置され、そのノズル本体032の両側面に先端へ向かって先細に形成されたガイド033が一体に接合されることによって構成されているので、部品の点数が多く、しかも所定の寸法にノズル本体032、ガイド033が正確に加工され、かつ所定の間隔をなして平衡にノズル本体032が配置されることを要求される結果、低コストでノズル031生産することが困難であった。

しかも、このフローセル020でも、ノズル031を交換せずに、サンプル液扁平層の厚さや、扁平流路中のサンプル液扁平層の厚さ方向位置を必要に応じて調整することができない。

本発明は、このような難点を克服した３Ｄマイクロチップの開発に係り、本発明の目的とする処はサンプル液中の微細粒子の観察、測定を安定して正確に、かつ能率良く容易に行うことができる安価な３Ｄマイクロチップを提供することにある。

本願請求項１記載の発明は、３Ｄマイクロチップには、この３Ｄマイクロチップの厚さおよび幅方向の略中央部に位置して、幅が狭く厚さが薄い細長い扁平流路が形成され、この細長扁平流路に隣接する少なくとも３Ｄマイクロチップの厚さ方向一側部は、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と略同一の屈折率を有する材料でもって構成され、前記細長扁平流路に隣接する３Ｄマイクロチップの厚さ方向他側部の一端寄りに、この細長扁平流路の扁平面に対し交叉する方向の第一キャリア液注入孔が形成されるとともに、この第一キャリア液注入孔から前記細長扁平流路の他端に向い所定の距離を存した流路幅方向中央部に位置し、この細長扁平流路に隣接する３Ｄマイクロチップの厚さ方向他側部にこの扁平流路の扁平面に対し交叉する方向に向いこの扁平流路幅より小さなサンプル注入孔が形成され、かつ、前記サンプル注入孔からさらに前記細い扁平流路の他端に向い所定の距離を存した個所に位置し、この細長扁平流路に隣接する３Ｄマイクロチップの厚さ方向他側部に、この細長扁平流路の扁平面に対し交叉する方向の第二キャリア液注入孔が形成され、前記細長扁平流路は、その長さ方向全長に亘って均一な厚さに形成されるとともに、前記第一キャリア液注入孔開口部分からサンプル液注入孔開口部分に向かって細長扁平流路幅が徐々に拡大した形状に形成され、前記細長扁平流路中を流れるサンプル液の観察領域は、前記第二キャリア液注入孔から前記細長扁平流路の他端寄りに設定されたことを特徴とする３Ｄマイクロチップである。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の３Ｄマイクロチップにおいて、前記３Ｄマイクロチップの構成部材が前記キャリア液に対する濡れ性が劣る場合には、前記細長扁平流路の表面に前記キャリア液に対する濡れ性の優れた被膜が形成されたことを特徴とするものである。

さらに、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の３Ｄマイクロチップにおいて、前記３Ｄマイクロチップの構成部材は、二枚の細長部材よりなり、前記細長扁平流路の横断面形状は正方形または長方形またはこれに近い形状に形成され、この二枚の内の少なくとも一方の第一細長部材は、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と略同一の屈折率を有し、前記二枚の細長い部材の内の他方の第二細長部材には、前記第一キャリア液注入孔、第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔が形成されるとともに、前記細長扁平流路の横断面形状と同一横断面形状の凹部がこの細長扁平流路の長手方向全長に亘って前記第二細長部材に形成され、この第二細長部材の凹部開口側面と前記第一細長部材の表面とが水密、かつ一体に接合されたことを特徴とするものである。

さらに、請求項４記載の発明は、請求項１または請求項２記載の３Ｄマイクロチップにおいて、前記３Ｄマイクロチップの構成部材は、三枚の細長部材よりなり、この三枚の内の中央に位置する第二細長部材には、均一の厚さで、前記細長扁平流路の平面形状と同一の形状および大きさの欠除部が形成され、前記第二の細長部材を挟む第一の細長部材および第三の細長部材の内の少なくとも一方の第一細長部材は、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と同一の屈折率を有し、前記第三の細長部材には、前記第一キャリア液注入孔、第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔が形成され、前記第二細長部材を挟んで残りの第一の細長部材および第三細長部材の表面が、前記第二細長部材の両表面にそれぞれ水密かつ一体に接合されたことを特徴とするものである。

また、請求項５記載の発明は、請求項１ないし請求項４いずれか記載の３Ｄマイクロチップにおいて、前記３Ｄマイクロチップの細長扁平流路を流れるサンプル液の観察領域を除いた全領域は、補強、保護カバー覆われたことを特徴とするものである。

さらに、請求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項５いずれか記載の３Ｄマイクロチップにおいて、前記第一キャリア液、第二キャリア液およびサンプル液の注入圧力をそれぞれ適宜調整できる第一キャリア液供給圧力調整手段、第二キャリア液供給圧力調整手段およびサンプル液供給圧力調整手段を具備し、これら供給圧力調整手段によりサンプル液流層の厚さおよび幅と、前記細長扁平流路におけるサンプル液流層の厚さ方向の位置が変更されることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、第一キャリア液注入孔から細長扁平流路の一端部に流入した第一キャリア液は、この第一キャリア液注入孔の開口部分からサンプル液注入孔の開口部分に向かって細長扁平流路幅が拡大する流路幅拡大部分を流れる間、第一キャリア液の流速が低下するとともに第一キャリア液の静圧が回復し、第一キャリア液の流れが整流される。

この発明の効果の項において、説明を容易に理解し易いようにするため、実施形態の説明とは相違して、細長扁平流路は水平面に沿った前後方向に沿って置かれ、第一キャリア液注入孔、第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔は細長扁平流路の下面に開口しているものとして説明する。

第一キャリア液流層が、サンプル液注入孔の開口部分に達すると、この細長扁平流路の幅方向中央に位置したサンプル液注入孔の開口から、このサンプル液注入孔の開口側の細長扁平流路下面と第一キャリア液流層下面との間にサンプル液が流れ込み、細長扁平流路における液注入側面の流路幅中央に位置して細長扁平流路幅より小幅のサンプル液流層が前記第一キャリア液流層とともに平行して第二キャリア液注入孔の開口部分に向かって流れる。

層状に重なった第一キャリア液流層とサンプル液流層とが第二キャリア液注入孔の開口部分に達すると、細長扁平流路の幅方向に一杯に広がった第二キャリア液注入孔の開口から、第一キャリア液流層幅方向中央に位置したサンプル液流層の下面およびサンプル液流層の左右両側に位置した第一キャリア液流層の下面と細長扁平流路下面との間に第二キャリア液が流れ込み、幅狭で薄いサンプル液流層の周囲に第一キャリア液流層と第二キャリア液流層とが包囲して、細長扁平流路の他端に向い流れる。

この第二キャリア液注入孔開口より下流側に位置して前記３Ｄマイクロチップの上方から下方へ光（本明細書では光は通常の可視光の外にレーザー光や可視光の波長に近い電磁波も含まれたものとしている）を投射し、３Ｄマイクロチップの下方に配置されたCCDカメラでそのサンプル液中に分散された微細粒子を撮影し、またその画像を観察・解析することができる。

前述したように第一キャリア液が整流され、しかもサンプル液流層の周囲に第一キャリア液流層と第二キャリア液流層とが包囲して細長扁平流路をその下流端に向い流れるので、サンプル液流層が第一キャリア液流層と第二キャリア液流層とで撹乱されずに安定して層流を維持できる結果、微細粒子の画像を正確に撮影することができ、また微細粒子画像を明瞭に観察することができる。

また、第一キャリア液、サンプル液および第二キャリア液の供給圧力または流量を適切な比率に選定することにより、サンプル液流層の厚さや、その幅および細長扁平流路におけるサンプル液流層の厚さ方向位置を自由に設定することができる。

請求項２記載の発明においては、細長扁平流路の表面に濡れ性の優れた被膜が形成されているため、微細粒子が分散されたサンプル液やキャリア液が細長扁平流路の表面に密着することがでできるとともに、３Ｄマイクロチップ中の細長扁平流路壁面への微細粒子の付着と該細長扁平流路壁面への気泡発生が未然に阻止され、微細粒子の測定および観察を確実に遂行することが可能となる。

請求項３記載の発明においては、二枚の細長部材の内の他方の第二細長部材のみに所要の深さと開口形状をした凹部を形成するとともに、第一キャリア液注入孔と第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔を形成し、この他方の第二細長部材の凹部開口面と一方の第一細長部材の面に一体に接合することにより、所定の形状、寸法の３Ｄマイクロチップを単純な加工で効率良く、低コストで生産することができる。

請求項４記載の発明においては、三枚の細長部材よりなり、三枚の細長部材の内の一枚の第二部材には、細長扁平流路の平面形状と同一の形状および欠除部を形成するとともに残りの二枚内の少なくとも一方の上方に位置した第一細長部材に、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と同一の屈折率を具備させ、前記第三細長部材には、前記第一キャリア液注入孔、第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔を形成し、前記第二細長部材を挟んで残りの第一細長部材および第三細長部材の表面を、第二細長部材の両表面にそれぞれ水密、かつ一体に接合することにより、所定の開口形状と深さの凹部一枚の細長部材に形成するよりも、簡単な加工で３Ｄマイクロチップを構成することができるので、請求項３記載の発明よりもさらに簡単に３Ｄマイクロチップを生産することができる。

請求項５記載の発明のように、３Ｄマイクロチップの長扁平流路を流れるサンプル液の観察領域を除いた全領域は、補強、保護カバー覆ったため、第一キャリア液、第二キャリア液およびサンプル液の各注入圧力を増大させても、３Ｄマイクロチップの破損を未然に防止することができる。

請求項６記載の発明においては、第一キャリア液、第二キャリア液およびサンプル液の各注入圧力をそれぞれ適宜調整できる第一キャリア液供給圧力調整手段、第二キャリア液供給圧力調整手段およびサンプル液供給圧力調整手段を設けたため、これらの供給圧力調整手段でもって、これら第一キャリア液、第二キャリア液およびサンプル液の各注入圧力をそれぞれ適宜に調節し、これら液の各流量を調整することにより、サンプル液流層の厚さおよび幅と、前記細長扁平流路におけるサンプル液流層の厚さ方向の位置が変更し、光学系の焦点位置および画角内にサンプル液流量層を設定することができる。

以下、図１ないし図８に図示された本発明の一実施形態について説明する。

本願発明の３Ｄマイクロチップ１を備えた湿式分散微粒子画像解析装置０は、粒径が数ミクロンから百ミクロン程度の大きさのトナー、顔料、粒子状触媒、研磨材、粉末状医薬、合成樹脂製粉末等のサンプル微細粒子の形状および大きさを観察、測定、解析するものである。

図５および図６に図示される３Ｄマイクロチップ１には、前記サンプル微細粒子をキャリア液と同一成分の液または屈折率が同一の液に分散させたサンプル液が通過することができる流路が形成されており、この３Ｄマイクロチップ１には、３Ｄマイクロチップ１の長手方向を上下鉛直状態でこの３Ｄマイクロチップ１を着脱自在に保持する３Ｄマイクロチップ保持ユニット２と、３Ｄマイクロチップ１に第一キャリア液、第二キャリア液およびサンプル液をそれぞれ供給する第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５とが付設されている。

また、湿式分散微粒子画像解析装置０には、図２および図４において左側にストロボ６とCCDビデオカメラ９が配置され、U字状に変曲された光ファイバー７の一端がストロボ６に接続され、光ファイバー７の他端は、３Ｄマイクロチップ保持ユニット２の右側に配置され、３Ｄマイクロチップ保持ユニット２を挟んで光ファイバー７の他端の反対側に撮影ユニット移動ユニット８および鏡筒9aを備えたCCDビデオカメラ９が設けられ、これら第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４、サンプル液供給ユニット５、ストロボ６、光ファイバー７および撮影ユニット移動ユニット８が基台20上に据え付けられるとともに、画像解析処理装置10も基台20上に据え付けられており、画像解析処理装置10は第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４、サンプル液供給ユニット５、撮影ユニット移動ユニット８およびCCDビデオカメラ９の動作を制御するようになっている。

なお、本実施形態では、正面図として図示される図２において、紙面手前側を手前または前方、紙面奥側を奥側または後方、紙面左側を左側または左方、紙面右側を右側または右方として説明されている。

３Ｄマイクロチップ１は、図６に図示されるように、二枚の第一細長透明板12、第二細長透明板13よりなり、この第一細長透明板12および第二細長透明板13は、ガラス板または、プラスチック板である。

なお、光を３Ｄマイクロチップ１に透過させるタイプでなく光を３Ｄマイクロチップ１において落射させるタイプの場合には、第一細長透明板12および第二細長透明板13いずれか一方（光が入射する側に対して反対側）をガラス板でなくシリコンウエハーまたは、プラスチック板で構成してもよい。

図６に図示されるように、右側の第二細長透明板13には、第一キャリア液注入孔14、サンプル液注入孔15、第二キャリア液注入孔16および液排出孔17が、第二細長透明板13の幅方向中央に位置した長手中心線に沿って位置した個所に配置され、第一キャリア液注入孔14およびサンプル液注入孔15の横断面形状は、正方形にエッジング処理により形成されている。また、第二キャリア液注入孔16および液排出孔17の横断面形状は、矩形にエッジング処理により形成されている。

また、第二細長透明板13の内面（第一細長透明板12と当接する面で、図６で左側面）には、第一キャリア液注入孔14の開口から液排出孔17の開口に亘って図６に図示されるように、流路形成溝18が設けられ、この流路形成溝18の開口形状は、図５に点線で図示されるように、第一キャリア液注入孔14の開口部分では、この第一キャリア液注入孔14の開口と同一幅であり、第一キャリア液注入孔14の開口下線から下がった位置にある拡大始点Aからさらに下がった位置にある拡大始点Bに亘って、溝幅が拡大始点の拡大始点Aから拡大始点Bまで直線的または緩やかな曲線的に拡大した形状に形成されている。

なお、第二細長透明板13の第一キャリア液注入孔14、サンプル液注入孔15、第二キャリア液注入孔16および液排出孔17および流路形成溝18の表面および流路形成溝18に対面した第一細長透明板12の表面には、キャリア液（水、エタノール、メタノール、イソプロピールアルコール、粘度1/100Pa・S程度の低粘度シリコンオイル等）に対して濡れ性に優れた酸化被膜が形成されている。

３Ｄマイクロチップ保持枠22には、図７に図示されるように、３Ｄマイクロチップ保持枠22の略中央部に大きな３Ｄマイクロチップ保持用開口22aとその下方に小さな開口22dとが配設され、３Ｄマイクロチップ保持用開口22aの右側（図７参照）には、開口面積の狭い開口段部22bが形成されるとともに、３Ｄマイクロチップ保持用開口22aの左側（図７参照）には、開口面積の広い開口段部22cが形成されており、３Ｄマイクロチップ保持用開口22aの右側開口段部22bには、３Ｄマイクロチップ保持枠22の右側から３Ｄマイクロチップ受け部材23の外周部23aが嵌合されるとともに、３Ｄマイクロチップ保持用開口22aの左側開口段部22cには、３Ｄマイクロチップ保持枠22の左側から３Ｄマイクロチップ押え蓋24の外周部24aが嵌合され、この３Ｄマイクロチップ受け部材23の外周部23aの４隅を貫通する図示されないネジでもって、３Ｄマイクロチップ受け部材23が、３Ｄマイクロチップ保持枠22の右側に着脱自在に取り付けられるとともに、前記３Ｄマイクロチップ押え蓋24の外周部24aの４隅を貫通する図示されないネジでもって、３Ｄマイクロチップ押え蓋24が、３Ｄマイクロチップ保持枠22の左側に着脱自在に取り付けられるようになっている。

前記３Ｄマイクロチップ受け部材23の中央厚肉部23bには、図７に図示の如く、前記３Ｄマイクロチップ１の第一キャリア液注入孔14、サンプル液注入孔15、第二キャリア液注入孔16および液排出孔17に対応した個所に、第一キャリア液注入ニップル25、サンプル液注入ニップル26、第二キャリア液注入ニップル27および液排出ニップル28の各右端部が、３Ｄマイクロチップ受け部材23より右方に突出するように、第一キャリア液注入ニップル25、サンプル液注入ニップル26、第二キャリア液注入ニップル27、液排出ニップル28が水密に嵌着され、第二キャリア液注入ニップル27の下方には大径の光通過用孔23cが形成され、前記３Ｄマイクロチップ押え蓋24の略中央には縦長の開口24bが形成されている。

さらに、前記３Ｄマイクロチップ保持枠22の下方開口22dの前後両側方に位置して左右一対の枢支片29が図示されないネジによって着脱自在に取り付けられ、この枢支片29には、揺動基片30を貫通する揺動軸31の両端が揺動自在に挿入され、この揺動基片30に３Ｄマイクロチップ押え部材32の下部が図示されないネジによって一体に取り付けられるようになっている。そして、３Ｄマイクロチップ押え部材32の中央に縦長の開口32aが形成されている。

さらにまた、３Ｄマイクロチップ１を左右両側から水密に保持するパッキン33の縦横寸法は、３Ｄマイクロチップ保持枠22の３Ｄマイクロチップ保持用開口22aの横断面縦横寸法と同一寸法に設定され、パッキン33が３Ｄマイクロチップ保持枠22の３Ｄマイクロチップ保持用開口22aに位置合わせされた状態において、このパッキン33には、第一キャリア液注入ニップル25、サンプル液注入ニップル26、第二キャリア液注入ニップル27、液排出ニップル28および３Ｄマイクロチップ受け部材23の光通過用孔23cの設置個所に対応した個所にそれぞれ孔33a、33b、33c、33d、33eが形成されている。

そして、３Ｄマイクロチップ保持枠22の４隅の貫通するネジ35（図７参照）でもって３Ｄマイクロチップ保持枠22は保持体21に一体に装着され、３Ｄマイクロチップ押え部材32の頂部を貫通するネジ36でもって３Ｄマイクロチップ押え部材32は、３Ｄマイクロチップ保持枠22および３Ｄマイクロチップ押え蓋24に押しつけられ、３Ｄマイクロチップ１はそのパッキン33と３Ｄマイクロチップ押え部材32とでもって挟まれるとともに、３Ｄマイクロチップ１の第一キャリア液注入孔14、サンプル液注入孔15、第二キャリア液注入孔16および液排出孔17は、パッキン33の孔孔33a、33b、33c、33dを介して３Ｄマイクロチップ受け部材23の第一キャリア液注入ニップル25、サンプル液注入ニップル26、第二キャリア液注入ニップル27、液排出ニップル28とそれぞれ連通されるようになっている。

次に、図２、図３および図4を参照して、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５について説明するが、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５の構造は共通しているために、主として第一キャリア液供給ユニット３についてのみ説明する。

図２に図示されるように、このユニット支持台37上に、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５は、左方から右方へサンプル液供給ユニット５、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４の順に並べられて載置されている。

図２および図３に図示されるように、サンプル液供給ユニット５、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４のユニットフレーム38は、前記ユニット支持台37上に一体に据え付けられ、ユニットフレーム38の後方（図３で右方）にポンプ駆動モータ39が取り付けられ、その前方には、鉛直方向に指向したポンプ駆動モータ39の回転軸39aと平行にボールネジ40が回転自在に枢支され、このボールネジ40は減摩用ボールを内蔵したボールメスネジ41が螺合され、このボールメスネジ41にブラケット42を介して、液供給ポンプ43のピストン44が一体に取り付けられ、このピストン44はシリンダ45に上下昇降自在に嵌装され、ブラケット42はユニットフレーム38の縦溝（図示されず）に上下へ摺動自在に嵌合され、ポンプ駆動モータ39の回転軸39aと一体のプーリ46と、ボールネジ40と一体のプーリ47とに無端ベルト48が架渡されており、ポンプ駆動モータ39が正逆転するとボールネジ40が正逆転されて、ブラケット42およびピストン44が上下に昇降駆動されるようになっている。

各第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５には、それぞれ第一キャリア液電磁切換弁49、第二キャリア液電磁切換弁50およびサンプル液電磁切換弁51が付設され、この各第一キャリア液電磁切換弁49、第二キャリア液電磁切換弁50およびサンプル液電磁切換弁51の入口側ポートは、吸入側プラスチック製パイプ58の一端に接続されている。

また、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４の左右中間で、かつ手前側に一個のキャリア液貯留ビン52が配置されているとともに、サンプル液供給ユニット５およびの手前側に、それぞれサンプル液貯留ビン53および洗浄液貯留ビン54が配置され、前記第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50の入口側ポートに一端が接続されている吸入側プラスチック製パイプ58の他端は、キャリア液貯留ビン52内に挿入され、第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50の出口側の３Ｄマイクロチップポートは、図７に図示されるように、プラスチック製の第一キャリア液供給パイプ55、第二キャリア液供給パイプ57の一端に接続されている。

そして、第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50の非動作状態においては、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４のピストン44が上昇すると、キャリア液貯留ビン52からキャリア液が、第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50の一方のポンプポートより、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４のシリンダ45に吸入され、また、第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50が動作状態に切換えられた場合には、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４のピストン44が下降するにともない、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４のシリンダ45内にそれぞれ吸入されたキャリア液は、第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50の他方の３Ｄマイクロチップポートより、第一キャリア液供給パイプ55および第二キャリア液供給パイプ57と第一キャリア液注入ニップル25および第二キャリア液注入ニップル27とを介して３Ｄマイクロチップ１の第一キャリア液注入孔14および第二キャリア液注入孔16に供給されるようになっている。

さらに、サンプル液電磁切換弁51の入口側ポートには、図２に図示されるように、吸入側プラスチックパイプ58の一端が接続され、この吸入側プラスチックパイプ58の他端は、サンプル液貯留ビン53内に挿入され、サンプル液電磁切換弁51の出口側の３Ｄマイクロチップポートはサンプル液供給ユニット５における液供給ポンプ43のシリンダ45に接続され、サンプル液電磁切換弁51の出口側３Ｄマイクロチップポートは、図７に図示の出口側のプラスチック製のサンプル液供給パイプ56の一端に接続され、このサンプル液供給パイプ56の他端はサンプル液注入ニップル26に接続され、また、３Ｄマイクロチップ１の液排出孔17は、排出ニップル28と液排出パイプ59を介して排液貯留ビン60に接続されている。

画像解析処理装置10では、オペレータ入力でもって、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４、サンプル液供給ユニット５における液供給量が設定されるとともに、撮影ユニット移動ユニット８の動作でもってCCDビデオカメラ９の位置が適切な個所に移動設定され、３Ｄマイクロチップ１を流れるサンプル液中の微細粒子の画像が鮮明に撮影されるようになっている。

また、画像解析処理装置10に設定されたフローに従って湿式分散微粒子画像解析装置０が順次所定の動作を行い、分散媒中の微細粒子の性状、分布を解析できるようになっている。

図１ないし図８に図示の実施形態は、前記したように構成されているので、下記に述べる動作を行うことができる。

３Ｄマイクロチップ１は画像解析の対象となるサンプル液中に分散されている微細粒子の大きさ（最大寸法）に応じた寸法流路形成溝19を備えた３Ｄマイクロチップ１を選び出す。

そして、３Ｄマイクロチップ１を３Ｄマイクロチップ保持ユニット２にセットした状態において、第一キャリア液電磁切換弁49および第二キャリア液電磁切換弁50の入口側ポートに一端が接続されている吸入側プラスチックパイプ58の他端部をキャリア液貯留ビン52に挿入し、かつサンプル液電磁切換弁51の入口側ポートに一端が接続されている吸入側プラスチックパイプ58の他端部をサンプル液貯留ビン53に挿入した状態において、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５のポンプ駆動モータ39を作動させて、ピストン44を上昇させると、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５のシリンダ45内にそれぞれキャリア液、サンプル液が吸入される。
次に、第一キャリア液電磁切換弁49を切換作動させるとともに、第一キャリア液供給ユニット３のポンプ駆動モータ39を逆転させると、第一キャリア液供給ユニット３のシリンダ45内のキャリア液が第一キャリア液供給パイプ55および第一キャリア液注入ニップル25を介して３Ｄマイクロチップ１の第一キャリア液注入孔14より流路形成溝18に供給される。

流路形成溝18内にキャリア液が充満した後、サンプル液供給ユニット５のポンプ駆動モータ39を逆転させて、サンプル液供給ユニット５のシリンダ45内のサンプル液をサンプル液供給パイプ56およびサンプル液注入ニップル26を介して３Ｄマイクロチップ１のサンプル液注入孔15より流路形成溝18内に供給し、さらに第二キャリア液供給ユニット４のポンプ駆動モータ39を逆転させて、第一キャリア液供給ユニット３のシリンダ45内のキャリア液を第二キャリア液供給パイプ57および第二キャリア液注入ニップル27を介して３Ｄマイクロチップ１の第二キャリア液注入孔16より流路形成溝18内に供給し、第一キャリア液供給ユニット３、第二キャリア液供給ユニット４およびサンプル液供給ユニット５の各液供給ポンプ43から供給される各液の圧力比を適当な比率になるように設定すると、図８に図示されるように、サンプル液供給ユニット５からサンプル液注入孔15を介して供給されたサンプル液流層は、第一キャリア液供給ユニット３および第二キャリア液供給ユニット４から第一キャリア液注入孔14および第二キャリア液注入孔16を介して、流路形成溝18内に供給された第一キャリア液流層および第二キャリア液流層に厚さ方向で挟まれ、かつサンプル液の幅方向両側には、第一キャリア液供給ユニット３から第一キャリア液注入孔14を介して流路形成溝18に供給された第一キャリア液流層に挟まれ、サンプル液は、第二細長透明板13における流路形成溝18の表面および第一細長透明板12における流路形成溝18の対向表面に触れることがなく、これらの表面がサンプル液中の微細粒子によって汚される惧れがない。

また、サンプル液流層は薄く、かつ安定して流路形成溝18中を流れるため、CCDビデオカメラ９で得られた微細粒子の画像は鮮明であり、適正な解析結果を容易に得ることができる。

さらに、流路形成溝18中において、第一キャリア液注入孔14の下流側A点からB点に亘って流路幅が徐々に拡大しているため、第一キャリア液注入孔14の下流側のキャリア液の静圧が徐々に増大し、キャリア液流が整流される。

また、３Ｄマイクロチップ１は、極めて簡単な構造であるので、安価であり、その結果、解析対象となる微細粒子の大きさや性状に応じて多種類の３Ｄマイクロチップ１を用意することにより、広い範囲に亘る微細粒子の解析を容易に遂行することができる。

さらに、第一キャリア液注入孔14、サンプル液注入孔15、第二キャリア液注入孔16よりキャリア液やサンプル液を流路形成溝18の長手方向に対し、直角方向に向けて流路形成溝18内に供給するために、流路形成溝18内の液の流れに片寄りがない。

前記実施形態では、３Ｄマイクロチップ１を鉛直面に沿って配置したが、水平面に沿って配置してもよい。

本願発明の３Ｄマイクロチップを備えた湿式分散微粒子画像解析装置の概略図である。湿式分散微粒子画像解析装置の正面図である。湿式分散微粒子画像解析装置の右側面図である。湿式分散微粒子画像解析装置の平面図である。本願発明の３Ｄマイクロチップの拡大正面図である。図５のVI−VI線に沿って裁断した縦断面図である。保持体、３Ｄマイクロチップ保持枠の縦断正面図である。３Ｄマイクロチップ中を流れるキャリア液およびサンプル液の流動状態を図示した説明図である。特許文献１に図示のフローセルを備えた装置の要部縦断正面図である。特許文献１のフローセルの斜視図である。図10の要部横断面図である。特許文献２に図示のフローセルを備えた装置の分解斜視図である。図12におけるフローセルの分解斜視図である。フローセルの要部斜視図である。フローセルのノズル部の要部斜視図である。

符号の説明

０…湿式分散微粒子画像解析装置、１…３Ｄマイクロチップ、２…３Ｄマイクロチップ保持ユニット、３…第一キャリア液供給ユニット、４…第二キャリア液供給ユニット、５…サンプル液供給ユニット、６…ストロボ、７…光ファイバー、８…撮影ユニット移動ユニット、９…CCDビデオカメラ、10…画像解析処理装置、11…モニタテレビ、
12…第一細長透明板、13…第二細長透明板、14…第一キャリア液注入孔、15…サンプル液注入孔、16…第二キャリア液注入孔、17…液排出孔、18…流路形成溝、
20…基台、21…保持体、22…３Ｄマイクロチップ保持枠、23…３Ｄマイクロチップ受け部材、24…３Ｄマイクロチップ押え蓋、25…第一キャリア液注入ニップル、26…サンプル液注入ニップル、27…第二キャリア液注入ニップル、28…液排出ニップル、29…枢支片、30…揺動基片、31…揺動軸、32…３Ｄマイクロチップ押え部材、33…パッキン、35…ネジ、36…ネジ、
37…ユニット支持台、38…ユニットフレーム、39…ポンプ駆動モータ、40…ボールネジ、41…ボールメスネジ、42…ブラケット、43…液供給ポンプ、44…ピストン、45…シリンダ、46…プーリ、47…プーリ、48…無端ベルト、49…第一キャリア液電磁切換弁、50…第二キャリア液電磁切換弁、51…サンプル液電磁切換弁、52…キャリア液貯留ビン、53…サンプル液貯留ビン、54…洗浄液貯留ビン、55…第一キャリア液供給パイプ、56…サンプル液供給パイプ、57…第二キャリア液供給パイプ、58…吸入側プラスチックパイプ、59…液排出パイプ、60…排液貯留ビン。

Claims

３Ｄマイクロチップには、この３Ｄマイクロチップの厚さおよび幅方向の略中央部に位置して、幅が狭く厚さが薄く細長い扁平流路が形成され、
この細長扁平流路に隣接する少なくとも３Ｄマイクロチップの厚さ方向一側部は、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と略同一の屈折率を有する材料でもって構成され、
前記細長扁平流路に隣接する３Ｄマイクロチップの厚さ方向他側部の一端寄りに、この細長扁平流路の扁平面に対し交叉する方向の第一キャリア液注入孔が形成されるとともに、
この第一キャリア液注入孔から前記細長扁平流路の他端に向い所定の距離を存した流路幅方向中央部に位置し、この細長扁平流路に隣接する３Ｄマイクロチップの厚さ方向他側部にこの扁平流路の扁平面に対し交叉する方向に向いこの扁平流路幅より小さなサンプル注入孔が形成され、
かつ、前記サンプル注入孔からさらに前記細い扁平流路の他端に向い所定の距離を存した個所に位置し、この細長扁平流路に隣接する３Ｄマイクロチップの厚さ方向他側部に、この細長扁平流路の扁平面に対し交叉する方向の第二キャリア液注入孔が形成され、
前記細長扁平流路は、その長さ方向全長に亘って均一な厚さに形成されるとともに、前記第一キャリア液注入孔開口部分からサンプル液注入孔開口部分に向って細長扁平流路幅が徐々に拡大した形状に形成され、
前記細長扁平流路中を流れるサンプル液の観察領域は、前記第二キャリア液注入孔から前記細長扁平流路の他端寄りに設定されたことを特徴とする３Ｄマイクロチップ。
前記３Ｄマイクロチップの構成部材が前記キャリア液に対する濡れ性が劣る場合には、前記細長扁平流路の表面に前記キャリア液に対する濡れ性の優れた被膜が形成されたことを特徴とする請求項１記載の３Ｄマイクロチップ。
前記３Ｄマイクロチップの構成部材は、二枚の細長部材よりなり、前記細長扁平流路の横断面形状は正方形または長方形またはこれに近い形状に形成され、この二枚の内の少なくとも一方の第一細長部材は、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と略同一の屈折率を有し、
前記二枚の細長い部材の内の他方の第二細長部材には、前記第一キャリア液注入孔、第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔が形成されるとともに、
前記細長扁平流路の横断面形状と同一横断面形状の凹部がこの細長扁平流路の長手方向全長に亘って前記第二細長部材に形成され、
この第二細長部材の凹部開口側面と前記第一細長部材の表面とが水密、かつ一体に接合されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の３Ｄマイクロチップ。
前記３Ｄマイクロチップの構成部材は、三枚の細長部材よりなり、この三枚の内の中央に位置する第二細長部材には、均一の厚さで、前記細長扁平流路の平面形状と同一の形状および大きさの欠除部が形成され、
前記第二の細長部材を挟む第一の細長部材および第三の細長部材の内の少なくとも一方の第一細長部材は、透明で、かつキャリア液およびサンプル液と同一の屈折率を有し、
前記第三の細長部材には、前記第一キャリア液注入孔、第二キャリア液注入孔およびサンプル液注入孔が形成され、
前記第二細長部材を挟んで残りの第一の細長部材および第三細長部材の表面が、前記第二細長部材の両表面にそれぞれ水密かつ一体に接合されたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の３Ｄマイクロチップ。
前記３Ｄマイクロチップの細長扁平流路を流れるサンプル液の観察領域を除いた全領域は、補強、保護カバー覆われたことを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の３Ｄマイクロチップ。
前記第一キャリア液、第二キャリア液およびサンプル液の注入圧力をそれぞれ適宜調整できる第一キャリア液供給圧力調整手段、第二キャリア液供給圧力調整手段およびサンプル液供給圧力調整手段を具備し、
これら供給圧力調整手段によりサンプル液流層の厚さおよび幅と、前記細長扁平流路におけるサンプル液流層の厚さ方向の位置が変更されることを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか記載の３Ｄマイクロチップ。