JP2007225419A - マイクロチップを用いる検査装置及びマイクロチップを用いる検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロチップ上の複数の被検出部の検出結果を基に総合判断を行う場合や複数の被検出部の結果を比較する場合等において高い信頼性が得られるマイクロチップを用いる検査装置を提供すること。
【解決手段】複数の被検出部を有するマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部に光を照射する光源と、前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部を介して前記光源からの光を受光する単一の受光部と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロチップを用いる検査装置及びマイクロチップを用いる検査システムに関する。

近年、微細流路が集積加工されたマイクロチップ上において、複数の溶液を混合して反応させ、当該反応の状態を検出して分析を行うマイクロ総合分析システム（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ；μＴＡＳ）が注目されている。

μＴＡＳでは、試料の量が少ない、反応時間が短い、廃棄物が少ない等のメリットがある。医療分野に使用した場合、検体（血液、尿、拭い液等）の量を少なくすることで患者への負担を軽減でき、試薬の量を少なくすることで検査のコストを下げることができる。また、検体、試薬の量が少ないことから、反応時間が大幅に短縮され、検査の効率化が図れる。さらに、装置が小型であるため小さな医療機関にも設置することができ、場所を選ばず迅速に検査を行うことができる。

特許文献１には、マイクロチップ上の反応検出流路に光を照射し、流路からの光を受光することにより反応状態の検出を行う検査装置が記載されている。
特開２００３−４７５２号公報

特許文献１においては、複数の流路の反応を検出するために、複数の反応検出流路（被検出部）のそれぞれに対応して受光部が設けられている。

しかしながら、受光部に用いられるセンサには感度の個体ばらつきがあり、複数の被検出部の結果を基に総合判断を行う場合や複数の被検出部の結果を比較する場合等において高い信頼性が得られない。

本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであり、マイクロチップ上の複数の被検出部の検出結果を基に総合判断を行う場合や複数の被検出部の結果を比較する場合等において高い信頼性が得られるマイクロチップを用いる検査装置及びマイクロチップを用いる検査システムを提供することを目的としている。

本発明のマイクロチップを用いる検査装置は、複数の被検出部を有するマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部に光を照射する光源と、前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部を介して前記光源からの光を受光する単一の受光部と、を有することを特徴としている。

本発明のマイクロチップを用いる検査システムは、本発明のマイクロチップを用いる検査装置と、複数の被検出部を有するマイクロチップと、を有し、前記複数の被検出部における隣り合う被検出部間の間隔が、前記検査装置の光源のビーム径の４倍以上であることを特徴としている。

本発明によれば、単一の受光部で受光するので、複数の被検出部に対応してそれぞれ受光部を設ける場合に比べて、受光部間での感度のばらつきの影響がなく、複数の被検出部の結果を基に総合判断を行う場合や複数の被検出部の結果を比較する場合等において高い信頼性が得られる。

本実施形態では、一例として、検体と試薬とをマイクロチップ上で反応させる場合について示すが、これに限られず、少なくとも２種類の流体をマイクロチップ上で混合させる場合に適用することができる。

（基本構成）
図１は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の外観図である。検査装置８０は、マイクロチップ１に予め注入された検体と試薬とを自動的に反応させ、反応結果を自動的に出力する装置である。

検査装置８０の筐体８２には、マイクロチップ１を装置内部に挿入するための挿入口８３、表示部８４、メモリカードスロット８５、プリント出力口８６、操作パネル８７、外部入出力端子８８が設けられている。

検査担当者は、図１の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。検査装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。検査終了後、検査担当者はマイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。

図２は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の構成図である。図２においては、マイクロチップが図１に示す挿入口８３から挿入され、セットが完了している状態を示している。

検査装置８０は、マイクロチップ１に予め注入された検体及び試薬を送液するための駆動液１１を貯留する駆動液タンク１０、マイクロチップ１に駆動液１１を供給するためのポンプ５、ポンプ５とマイクロチップ１とを漏れなく接続するパッキン６、マイクロチップ１の必要部分を温調する温度調節ユニット３、マイクロチップ１をずれないようにパッキン６に密着させるためのチップ押圧板２、チップ押圧板２を昇降させるための押圧板駆動部３２、マイクロチップ１をポンプ５に対して精度良く位置決めする規制部材３１、マイクロチップ１内の検体と試薬との反応状態等を検出する光検出部４（発光部４ａ、受光部４ｂ）等を備えている。受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に設けられ、一体構造となっている。

初期状態においては、チップ押圧板２は、押圧板駆動部３２により図２の状態から上方に退避している。これにより、マイクロチップ１は矢印Ｘ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３（図１参照）から規制部材３１に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。その後、チップ押圧板２は、押圧板駆動部３２により下方に移動されてマイクロチップ１に当接し、マイクロチップ１の下面が温度調節ユニット３及びパッキン６に密着されることになる。

温度調節ユニット３は、マイクロチップ１の必要部分を温調するもので、例えば、試薬が収容されている部分を冷却して試薬が変性しないようにしたり、検体と試薬とが反応する部分を加熱して反応を促進させたりする機能を有する。

ポンプ５は、ポンプ室５２、ポンプ室５２の容積を変化させる圧電素子５１、ポンプ室５２のマイクロチップ１側に位置する第１絞り流路５３、ポンプ室の駆動液タンク１０側に位置する第２絞り流路５４、等から構成されている。第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４は絞られた狭い流路となっており、また、第１絞り流路５３は第２絞り流路５４よりも長い流路となっている。

駆動液１１を順方向（マイクロチップ１に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を急激に減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第１絞り流路５３の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を緩やかに増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室５２内には第２絞り流路５４の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が順方向に送液されることになる。

一方、駆動液１１を逆方向（駆動液タンク１０に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を緩やかに減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第２絞り流路５４の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を急激に増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内には第１絞り流路５３の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が逆方向に送液されることになる。

図３は、本実施形態に係るマイクロチップ１の構成図である。一例の構成を示すものであり、これに限定されない。

図３（ａ）において矢印は、後述する検査装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図３（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図３（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。

図３（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。

本実施形態に係るマイクロチップ１には、化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる処理の一例を図３（ｃ）を用いて説明する。図３（ｃ）は、図３（ａ）において被覆基板１０９が取り外された状態を示している。

微細流路には、検体液を収容する検体収容部１２１、試薬を収容する試薬収容部１２０、ポジティブコントロールを収容するポジティブコントロール収容部１２２、ネガティブコントロールを収容するネガティブコントロール収容部１２３等が設けられている。試薬、ポジティブコントロール及びネガティブコントロールは、予め各収容部に収容されている。ポジティブコントロールは試薬と反応して陽性を示すもので、ネガティブコントロールは試薬と反応して陰性を示すものであり、正確な検査が実施されたか否かを確認するためのものである。

検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部であり、駆動液注入部１１０ａ〜１１０ｄはマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。

まず、マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器等を用いて注入する。図３（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。

次に、検体の注入されたマイクロチップ１は、検査担当者により図１に示す検査装置８０の挿入口８３に挿入され、図２に示すようにセットされる。

次に、図２に示すポンプ５が順方向に駆動され駆動液注入部１１０ａ〜１１０ｄから駆動液１１が注入される。駆動液注入部１１０ａから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、合流部１２４に検体を送り込む。駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通ってポジティブコントロール収容部１２２に収容されているポジティブコントロールを押し出し、合流部１２５にポジティブコントロールを送り込む。駆動液注入部１１０ｃから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通ってネガティブコントロール収容部１２３に収容されているネガティブコントロールを押し出し、合流部１２６にネガティブコントロールを送り込む。駆動液注入部１１０ｄから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って試薬収容部１２０に収容されている試薬を押し出し、上記の合流部１２４〜１２６に試薬を送り込む。

このようにして、合流部１２４では検体と試薬とが合流し、合流部１２５ではポジティブコントロールと試薬とが合流し、合流部１２６ではネガティブコントロールと試薬とが合流する。

その後、合流部１２４で合流した検体と試薬との混合液の一部は、被検出部１１１ａに送液される。合流部１２４で合流した検体と試薬との混合液の一部並びに合流部１２５で合流したポジティブコントロールと試薬との混合液の一部は、被検出部１１１ｂに送液される。合流部１２５で合流したポジティブコントロールと試薬との混合液の一部は、被検出部１１１ｃに送液される。合流部１２６で合流したネガティブコントロールと試薬との混合液は、被検出部１１１ｄに送液される。

被検出部の窓１１１ｅ及び被検出部１１１ａ〜１１１ｄは各混合液の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂等の透明な部材で構成されている。

（要部構成）
図４は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の要部構成図である。図２において、マイクロチップ１、発光部４ａ及び受光部４ｂをＸ方向右側から見た図に対応している。

発光部４ａは、４つの発光部４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４から構成され、それぞれの発光部は、マイクロチップ１の被検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄにそれぞれ対向するように設けられている。発光部４ａの光源としては、ＬＥＤやレーザダイオード等を用いることができる。

受光部４ｂは、単一の受光部からなりマイクロチップ１を介して４つの発光部４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４に対応するように設けられている。受光部４ｂの受光素子としては、フォトダイオード等を用いることができる。

４つの発光部４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４から照射されたそれぞれの光は、マイクロチップ１の被検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄをそれぞれ透過し、単一の受光部４ｂで受光される。

本実施形態のように単一の受光部４ｂで受光するようにすれば、それぞれの被検出部１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄに対応してそれぞれ受光部を設ける場合に比べて、受光部間での感度のばらつきの影響がなく、複数の被検出部の結果を基に総合判断を行う場合や複数の被検出部の結果を比較する場合等において高い信頼性が得られる。

検出を行う際には、４つの発光部４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４を時間をずらして発光させ、その発光のタイミングに合わせて受光部４ｂからの信号を抽出することにより、それぞれの被検出部の検出を行う。

図４においては、４つの発光部４ａ１、４ａ２、４ａ３、４ａ４を設けたが、発光部を１つのみ設け、検出の際にそれぞれの被検出部に対向する位置に当該１つの発光部を移動させるようにしてもよい。このようにすると、発光部における光量ばらつきの影響もなくなり好ましい。

発光部４ａから発せられるビームは、一般的にガウス状の分布の拡がりを有している。そのため、例えば、被検出部１１１ａの検出のために発光部４ａ１から発光されたビームが、隣り合う被検出部１１１ｂに照射されないようにマイクロチップ１の被検出部間の間隔を設定することが好ましい。ビーム径は、ビームの２次元強度分布の１／ｅ²レベルの断面径を指すことが一般的であり、そのため、実際にはビーム径の外側の周囲にもエネルギー分布を有している。以上を考慮すると、マイクロチップ１の被検出部間の間隔をビーム径の４倍以上とすることで、隣り合う被検出部へのビームの影響をほとんど取り除くことができる。被検出部間の間隔の上限については、複数の被検出部が受光部４ｂの有効検出領域に入っていれば特に制限はない。

本実施形態においては、マイクロチップ１は１箇所に複数の被検出部が設けられている場合について説明したが、マイクロチップ上において複数の被検出部が複数群存在する場合には、それぞれの群について単一の受光部を設ければよい。

本実施形態においては、透過光により光検出を行ったが、反射光により光検出を行う場合にも適用可能である。

本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の外観図である。 本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の構成図である。 本実施形態に係るマイクロチップの構成図である。 本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置の要部構成図である。

符号の説明

１ マイクロチップ
４ａ 発光部
４ｂ 受光部
８０ 検査装置
１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ 被検出部

Claims (3)

1. 複数の被検出部を有するマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、
   前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部に光を照射する光源と、
   前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部を介して前記光源からの光を受光する単一の受光部と、
   を有することを特徴とするマイクロチップを用いる検査装置。
2. 前記光源は、単一の光源であり、前記マイクロチップ収容部に収容されるマイクロチップの前記複数の被検出部に対向する位置に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップを用いる検査装置。
3. 請求項１又は２に記載のマイクロチップを用いる検査装置と、
   複数の被検出部を有するマイクロチップと、
   を有し、
   前記複数の被検出部における隣り合う被検出部間の間隔が、前記検査装置の光源のビーム径の４倍以上であることを特徴とするマイクロチップを用いる検査システム。

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