JP2008064590A - マイクロチップ検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 マイクロチップを厳密に位置決めし、付着した検体液を容易に取り除くことができるチップホルダを有するマイクロチップ検査装置を提供すること。
【解決手段】 測定ステージ上に設けられ蓋部と箱部からなるチップホルダと、光学測定部を有し前記チップホルダに収納されるマイクロチップと、前記マイクロチップの光学測定部に対し、光を入射させる光源と、前記光学測定部を透過した光を受光する検出器と、装置を制御する制御部とを有することを特徴とするマイクロチップ検査装置において、前記チップホルダには、前記光学測定部の光軸に垂直な2方向に前記マイクロチップを位置決めする基準面と、前記基準面に前記マイクロチップを押し当てる押し部が設けられ、前記チップホルダの前記蓋部を閉じることで、前記マイクロチップが前記チップホルダ内で位置決めされることを特徴とする。
【選択図】 図3

Description

本発明は、マイクロチップを用いて、光度分析法により検体液分析を行うマイクロチップ検査装置に関する。
近年、半導体の微細加工技術やマイクロマシンの製造技術を応用して、化学分析等を従来の装置に比べて微細化して行うμ−TASやLab.on a Chipと称されるマイクロチップを使用した分析方法が注目されている。μ−TASを医療分野に使用した場合には、例えば、血液等の検体量を少なくすることにより患者への負担を軽減することができ、また、試薬量を少なくすることができるので検査コストを低減することができる。さらに、装置が小型化されるので、検査を簡便に行うことができる等の利点を有する。
マイクロチップを使用した吸光光度法による分析は、(1)無痛針によって採血された検体液をマイクロチップ内に導入し、(2)マイクロチップ内の検体液に対し遠心分離処理を施して、血漿と血球とに分離し、(3)血漿と試薬とを均一に混合させて測定対象液とし、(4)測定対象液を光学測定部に導入し、(5)光学測定部に導入された測定対象液に光源からの光を当てて特定波長の光の減衰量を測定する、という一連の作業を行い、血漿中に含まれる所望の酵素の濃度を測定するものである。
例えば、特開2006−145309号公報には、測定対象液が光学測定部に導入されたマイクロチップに、光源からの光を光学測定部に当てて特定波長の光の減衰量を検出器にて測定し、血漿中に含まれる所望の酵素の濃度を測定するマイクロチップ検査装置が記載されている。
図23は、検体液分析のために使用される従来技術に係るマイクロチップ検査装置の一例を示す図である。
このマイクロチップ検査装置は、チップホルダ102、及び、光源103、検出器104を備えて構成され、チップホルダ102に光学測定部105が形成されたマイクロチップ101が収納される。光源103は、光学測定部105に光を照射できる位置に配置され、検出器104は、光学測定部105を透過した光を受光できる位置に配置される。
特開2006−145309号公報
しかしながら、特開2006−145309号公報に示す従来のマイクロチップ検査装置には、チップホルダ102の構成が十分に記載されておらず、その詳細を知ることができない。また、マイクロチップ101の光学測定部105の光軸に垂直な断面の径は、例えば1.0mm角であり、チップホルダ102内に位置決めされず、単に収納されている状態で、正確に光を当てることは難しい。光学測定部105に正確に光を当てないと、光学測定部105を透過する光の光路がわずかに伸びて光の減衰量が大きくなり、これが原因となって誤った検査結果を出力することがある。このように、吸光光度法による分析は、マイクロチップ101を厳密に位置決めして行う必要があるため、チップホルダ102に単に収納しただけのマイクロチップ101に対して行うことができない。
また、マイクロチップ101に検体液を注入する際に、検体液がこぼれる可能性がある。こぼれた検体液がチップホルダ102に付着すると、他のマイクロチップ101の検査結果にも影響を与える。また、衛生面からも、こぼれた検体液は取り除かれることが好ましい。
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、マイクロチップを厳密に位置決めし、付着した検体液を容易に取り除くことができるチップホルダを有するマイクロチップ検査装置を提供することにある。
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第1の手段は、測定ステージ上に設けられ蓋部と箱部からなるチップホルダと、光学測定部を有し前記チップホルダに収納されるマイクロチップと、前記マイクロチップの光学測定部に対し、光を入射させる光源と、前記光学測定部を透過した光を受光する検出器と、装置を制御する制御部とを有することを特徴とするマイクロチップ検査装置において、前記チップホルダには、前記光学測定部の光軸に垂直な2方向に前記マイクロチップを位置決めする基準面と、前記基準面に前記マイクロチップを押し当てる押し部が設けられ、前記チップホルダの前記蓋部を閉じることで、前記マイクロチップが前記チップホルダ内で位置決めされることを特徴とする。
第2の手段は、第1の手段において、前記チップホルダの蓋部と箱部には凹部と凸部とが設けられ、前記凸部と前記凹部のはめ合い関係によって、蓋部と箱部が係合および離脱することを特徴とする。
本発明に係るマイクロチップ検査装置によれば、チップホルダに光学測定部の光軸に垂直な2方向にマイクロチップを位置決めする基準面と、基準面にマイクロチップを押し当てる押し部が設けられ、チップホルダの蓋部を閉じることでマイクロチップがチップホルダ内で位置決めされる。これより、マイクロチップは、その光学測定部の光軸に垂直な2方向に対し位置決めされるので、光学測定部に光源からの光を正確に入射し、光学測定部を透過した光を受光し、その受光量に基づいて検査結果を算出することができる。また、チップホルダの蓋部と箱部には凹部と凸部が設けられ、凹部と凸部のはめあいの関係によって、蓋部と箱部が係合および離脱するので、蓋部を補助的道具を用いることなく簡易にマイクロチップ検査装置から取り外して、洗浄することができる。
以下に、本発明の第一の実施形態を図1乃至図15を用いて説明する。
図1は、本発明に係るマイクロチップ検査装置の外観図である。
同図に示すように、マイクロチップ検査装置の外側面は直方体の筐体1よりなる。筐体1には、マイクロチップ2を出し入れするための筐体蓋3が設けられ、例えば、ヒンジによって開閉可能に固定されている。マイクロチップ2をマイクロチップ検査装置に組み入れるときは、筐体蓋3を開け、マイクロチップ挿入部4にあるチップホルダ5にマイクロチップ2を置き、蓋部6を閉めて固定し、筐体蓋3を閉じる。
図2(a)は、マイクロチップ検査装置のチップホルダ5に収納される単項目検査用のマイクロチップ2を示す平面図、図2(b)は、図2(a)に示すA−Aの断面図、すなわち、Y方向とZ方向を表す断面図である。
図2(b)に示すように、マイクロチップ2は、遮光性樹脂7と透光性樹脂8とを張り合わせて形成されたものである。また、図2(a)に示すように、マイクロチップ2は、上表面に注入口65が形成され、内部に検体液の流路となる溝9が形成され、例えば1mm角の光学測定部10が一箇所形成されている。注入口65から検体液がマイクロチップ2の内部に導入され、所定の位置に封入された不図示の試薬等が検査の所定段階で自動的に検体液と混合して測定対象液となり、測定対象液が光学測定部10に導入される。光学測定部10に光に透過させて測定する吸光光度法や比濁法、または光学測定部10で発生した光を利用した蛍光法により分析を行う。光学測定部10に入射させる光は、光学測定部10に平行な光に限らず、収束光または拡散光の一部でもよい。また、マイクロチップ2の表面には、二次元コード11が貼付され、シリアルナンバー、チップの有効期限、測定項目の種類、光学測定部10の位置、マイクロチップ毎の試薬ロットのばらつき等の情報が記憶されている。
図3は、図2に示すマイクロチップ2が収納されるチップホルダ5の外観図である。
同図に示すように、チップホルダ5は、例えば、樹脂製であり、マイクロチップ2が収納されるチップ収納空間12を有する箱部13と、不図示のマイクロチップ2を所定の場所に位置合わせをして固定する蓋部6よりなる。箱部13には、作業者がマイクロチップ2を載置するチップ支持部63と、蓋部6を支持する支点14が設けられている。蓋部6は、支点14によりヒンジで固定され、マイクロチップ2に貼付された二次元コード11を外部から読み取るためのコードリーダ読み取り窓15と、マイクロチップ2に導入された検体量が十分であるかを検査するための検体量センサ読み取り孔16が設けられている。
蓋部6はマイクロチップ2に遠心力がかかっても開かないように、蓋部6のフック67を箱部13のフック固定孔68に引っ掛けて固定している。これは、マイクロチップ2に導入する検体液として血液を用いた場合、血液を血球と血漿に分離するためには、例えば、1分間、毎分3000回転で回転させなければならない。そのため、マイクロチップ2の回転時には、チップホルダ5には400Gを超える遠心力がかかり、それでも蓋部6が開かないように固定するためである。
また、チップホルダ5は、光学測定部10の光軸に垂直な2方向に誤差±0.2mm以内の精度で、マイクロチップ2をチップ収納空間12内で動かないように位置合わせして固定する必要がある。光学測定部10の光軸に垂直な断面の径は、例えば1.0mm角と小さいが、チップホルダ5に収納された状態で、光学測定部10に不図示の光源からの光を的確に当てて、特定波長の光の減衰量を正確に測定するためである。
作業者が操作しやすいように、マイクロチップ2をチップホルダ5に容易に収納できるようにしなければならない。蓋部6が開いているときは、マイクロチップ2がチップ支持部63によりチップホルダ5から浮き上がるように支持される。マイクロチップ2の挿入時はチップ支持部63にマイクロチップ2を載置するだけでよく、また、マイクロチップ2の取外し時はチップ収納空間12からマイクロチップ2が浮き上がっているので、取り扱いやすい。
チップ支持部63に載置されたマイクロチップ2を、蓋部6を閉じると同時にチップ収納空間12に収納しなければならない。そのため、チップ収納空間12はマイクロチップ2に対して、余裕をもって形成される。例えば、マイクロチップ2のX方向の長さは40mm、Y方向の長さは50mmであるが、チップ収納空間12のX方向の長さは40.5mm、Y方向の長さは50.5mmとなっている。
このようにマイクロチップ2はマイクロチップ2のチップ収納空間12を数mm程度移動できる状態にあり、正確に位置決めされないので、チップホルダ5にマイクロチップ2を位置合わせして固定する機構が必要となる。そこで、チップホルダ5の箱部13にZ基準面69、Y基準面55、X基準面53を設け、チップホルダ5の蓋部6にZ方向押し部70、Y方向押し部56、X方向押し部54を設け、蓋部6のフック67をフック固定孔68に係合させて蓋部6を閉じるときにマイクロチップ2を位置決め固定できるようにしている。
図4乃至図6は、図3に示すチップホルダ5にマイクロチップ2を位置合わせして固定することを説明するための図であり、図4(a)、図5(a)、図6(a)はマイクロチップ2を収納したチップホルダ5の上面図、図4(b)は、図4(a)に示すA−Aの断面図、すなわち、Y方向とZ方向を表す断面図、図5(b)は、図5(a)に示すA−Aの断面図、すなわち、X方向とZ方向を表す断面図、図6(b)は、図6(a)に示すA−Aの断面図、すなわち、X方向とZ方向を表す断面図である。
まず、Y方向の位置合わせ機構について説明する。図4(b)に示すように、Y方向押し部56は蓋部6のマイクロチップ2と当接する面がテーパ状に形成されることにより機能する。蓋部6のフック67を箱部13のフック固定孔68に引っ掛けてマイクロチップ2を固定する際、フック67がフック固定孔68に入ると同時に、Y方向押し部56はマイクロチップ2をY方向に押し、マイクロチップ2をY基準面55に押し当てる。マイクロチップ2はY基準面55に密接して配置され、Y方向に対し誤差±0.2mm以内の精度で位置決めされる。このとき、Y基準面55はY方向押し部56のY軸延長上にないが、後述するようにX方向にも同時に位置決め固定されるため、マイクロチップ2に回転力が働くことはない。
続いて、Z方向の位置あわせ機構について説明する。図5(b)に示すように、Z方向押し部70は、蓋部6のマイクロチップ2と当接する面が他より肉厚に形成されることにより機能する。蓋部6を閉じると、Z方向押し部70がマイクロチップ2をZ基準面69に押し当てる。図示しないチップ支持部63は、蓋部6が開いているときにマイクロチップ2を支持するが、蓋部6が閉じるとZ方向押し部70に押されるマイクロチップ2の押圧力により支持部収納溝72に収納される。マイクロチップ2はZ基準面69に密接して配置され、Z方向に対し誤差±0.2mm以内の精度で位置決めされる。
このようにして、マイクロチップ2をチップ支持部63に載置し、チップホルダ5の蓋部6を閉じ、フック67をフック固定孔68に引っ掛けるだけで、光学測定部10に透過する光の光軸に対し、垂直な2方向となるY方向とZ方向にマイクロチップ2を位置決めすることができる。
なお、光軸が光学測定部10に於いて途中で向きを変える場合は、それぞれの向きに対して、光軸に垂直な2方向に位置決めしなければならない。例えば、光軸が光学測定部10の内部でX方向からY方向に向きを変える場合は、X方向の光軸に垂直なY方向とZ方向、Y方向の光軸に垂直なZ方向とX方向、すなわちX方向、Y方向、Z方向に対してマイクロチップ2を位置決めしなければならない。また、光学測定部10の内部に光導波路や光ファイバーなど光が多重に反射する部材が組み込まれている場合には、多重反射部材の中心線を光軸とする。
また、前述したように、マイクロチップ2をY方向に位置決めしたときに、マイクロチップ2が回転しないように、X方向にもある程度位置合わせをしなければならない。図6(b)に示すように、X方向介在物71はX方向に自在に移動可能に箱部13に遊嵌されている。蓋部6を閉じると同時に、X方向押し部54がX方向介在物71を押し、X方向介在物71はマイクロチップ2をX基準面53に押し当てる。マイクロチップ2はX基準面53に密接して配置され、X方向に対し誤差±0.2mm以内の精度で位置決めされる。
図7は、チップホルダ5の蓋部6が着脱可能であることを説明するための図であり、図7(b)は、支点14と蓋部6の接合部の拡大断面図である。
マイクロチップ2を用いた吸光光度法等による分析では、検体液はわずか数μl程度しか必要としないことが多い。しかし、図2に示すように、マイクロチップ2の上表面に注入口65から検体液を導入するので、作業者が注入口65の周りに検体液をこぼすことも考えられる。こぼれた検体量はわずかであっても、マイクロチップ2の上表面に接するチップホルダの蓋部6に検体液が付着する可能性がある。検体液の付着が検査結果に影響を与えることも考えられ、また衛生面からも取り除かれることが好ましい。そこで、図5に示すように、蓋部6を取り外し、洗浄できるようにしている。
蓋部6の取外し機構を説明する。作業者が蓋部6の側面57をX方向内側に両側から押した状態で引き上げて、蓋部6を箱部13から取り外すことができる。図7(b)に示すように、側面57を矢印方向に押すと、支点14の回転軸としての機能を有する凸部58が側面57の凹部59から外れ、その状態を保持して蓋部6を引き上げると、凸部58が浅溝60をスライドし、蓋部6を支点14から取り外すことができる。蓋部6を箱部13に取り付ける際は、この逆の操作をすればよい。このように、チップホルダ5の蓋部6と箱部13には凹部59と凸部58が設けられ、凹部59と凸部58のはめあいの関係によって、蓋部6の側面57をX方向内側に押して引き上げ、または、側面57をX方向内側に押して引き下げるだけで、蓋部6と箱部13が離脱および係合するので、蓋部6を例えばドライバー、スパナなどの補助的道具を用いることなく簡易にマイクロチップ検査装置から取り外して、洗浄することができる。
図8は、図3に示すチップホルダ5の一部拡大図であり、チップホルダ5に収納されたマイクロチップ2の光学測定部10における光の透過を説明するための図である。
同図に示すように、チップホルダ5の箱部13の側面にアパーチャー18を形成し、アパーチャー18を通して不図示の光源からの光をマイクロチップ2の光学測定部10に入射させる。アパーチャー18は、マイクロチップ2の光学測定部10の断面に対応する形状となっており、例えば、直径φ0.6mmの孔であり、光学測定部10に余分な光が入り込まないように遮光の役目を有する。アパーチャー18から入射した光は、光学測定部10を透過し、不図示の光透過孔から出射する。出射した光は、ミラー17で反射されて、不図示の検出器で受光される。
図9は、マイクロチップ検査装置の筐体1の内部に配置される測定室19の外観図である。
同図に示すように、測定室19は、中空円盤状に構成され、例えば、4本の脚部20に支持され、脚部20は装置本体に固定されている。測定室19の上面21には、図1に示す筐体1のマイクロチップ挿入部4に対応する位置に、測定室チップ挿入窓22が設けられている。また、測定室19の内部には、中空円盤状の測定ステージ23が設けられ、測定ステージ23の上面にも、筐体1のマイクロチップ挿入部4に対応する位置に、測定ステージチップ挿入窓24が設けられている。これにより、図1に示す筐体蓋3を開けると、マイクロチップ挿入部4から直接にチップホルダ5を操作することができる。
また、測定室19の上面21には、光学測定部10を透過し、ミラー17で反射された反射光を受光する検出器36、マイクロチップ2に貼付された二次元コード11を読み取るコードリーダ25、マイクロチップ2に導入された検体量を測定する検体量センサ26、およびマイクロチップ2の向きを検出する反射センサ27が取り付けられている。コードリーダ25、検体量センサ26、および反射センサ27は、任意の位置に取り付け可能であるが、測定室チップ挿入窓22から測定室19の内部に入る迷光等を避けるために、測定室チップ挿入窓22から離れた位置に設けることが好ましい。なお、コードリーダ25、検体量センサ26、および反射センサ27を、所定の位置にあるマイクロチップ2に対応する位置に設ければ、マイクロチップ2がその位置にあるとき、2乃至3つの測定を同時に行うことができる。
検出器36は、マイクロチップ2の光学測定部10を透過し、ミラー17で反射された反射光を受光する。検出器36で受光した光の受光量に基づいて光強度信号が出力され、検査結果が算出される。検出器36は受光素子よりなり、受光素子としては、例えば、シリコンフォトダイオード等を用いることができる。シリコンフォトダイオードは、波長300〜1100nmの波長領域の光に対して感度を有する受光素子である。すなわち、検出器36で受光された受光量に基づいて光強度信号が出力され、その特定の波長の光の減光量が測定され、光学測定部10の測定対象液中における検出対象成分の濃度が算出される。
コードリーダ25は、マイクロチップ2に貼付された二次元コード11を読み取る機能を有し、二次元コード11を画像として読み取るため、レンズの焦点を合わせる等の理由から、測定室19から離間して設けられる。二次元コード11に記憶された情報に基づいて、マイクロチップ2に加える回転速度、回転時間および遠心方向が決定される。
検体量センサ26は、マイクロチップ2に検体液が十分導入されたかを確認する機能を有し、検体量センサ26から検体液に吸収されやすい波長、例えば、550nm付近の光をマイクロチップ2の流路に向けて出射し、その反射光の強度を測定するものである。マイクロチップ2に検体液が十分に導入されていれば、光が検体液に吸収され、反射光は検体量センサ26でほとんど検出されない。マイクロチップ2に導入された検体液が不十分な場合は、光がマイクロチップ2の検体液流路の底面から反射され、反射光はほとんど減衰されずに検体量センサ26で受光される。これより、検体量センサ26で受光する光の強度によって、マイクロチップ2に導入された検体液が十分であるかを判断することができる。
反射センサ27は、マイクロチップ2の向きを検出する機能を有し、マイクロチップ検査装置に振動等が与えられて安全停止装置が作動したときや、電源が急に落ちてしまって、マイクロチップ2の処理動作が突然停止したとき等に、反射センサ27でマイクロチップ2の向きを確認して再始動する。
図10は、図9に示す測定室19のうち、測定室19の上面21と、測定ステージ23の上面を取り外した、測定室19の内部構造を示す外観図である。
同図に示すように、マイクロチップ2は、測定ステージ23の中央に対し対称に配置されるチップホルダ5内に収納される。チップホルダ5の箱部13は測定ステージ23と一体に形成され、測定ステージ23に突出する支点14に蓋部6がヒンジで固定される。測定ステージ23は図示しない回転駆動源39により反時計回りに回転される。
測定室19の側面には、光源35が設けられている。光源35は、マイクロチップ2が所定の位置にあるときに、光源35から出射された光が、図8に示したように、チップホルダ5のアパーチャー18を通過し、マイクロチップ2の光学測定部10を透過し、チップホルダ5のミラー17を反射して、検出器36で受光できるように配置されている。また、測定ステージ23の側面には、光源35からの出射光を妨げないように、光源35に対応する位置に光源溝37が設けられている。
光源35としては、キセノンランプ、プロジェクターの光源として好適に用いられるような超高圧水銀ランプ、ショートアーク型メタルハライドランプ、LED、LD等を用いることができる。なお、大きな発光強度が得られると共に点光源化が容易であり、その上、波長250〜1400nmの広い波長領域において連続スペクトルを有し、特に吸光光度測定に多く用いられる波長領域(具体的には波長300〜800nmの領域)において輝線の発生がなく安定的な放射スペクトルが得られることから、消費電力20〜75Wのショートアーク型キセノンランプを用いることが好ましい。
このように、チップホルダ5に光学測定部10の光軸に垂直な2方向にマイクロチップ2を位置決めするY基準面55、Z基準面69が箱部13に設けられ、それぞれの基準面にマイクロチップ2を押し当てるY方向押し部56、Z方向押し部70が蓋部6に設けられ、チップホルダ5の蓋部6を閉じることでマイクロチップ2がチップホルダ5内で位置決めされる。これより、マイクロチップ2は、その光学測定部10の光軸に垂直な2方向に対し位置決めされるので、光学測定部10に光源35からの光を正確に入射し、光学測定部10を透過した光を受光し、その受光量に基づいて検査結果を算出することができる。
図11は、遠心方向切替機構28を設けた測定室19の内部構造を示す外観図である。
マイクロチップ2に加える遠心方向を自動に切り替えて、マイクロチップ2内部の検体液をより複雑に移動させる必要があることがある。そのような場合は、同図に示すように、測定ステージ23の中央に遠心方向切替機構28を設け、マイクロチップ2を遠心方向切替機構28に対称に配置されるチップホルダ5内に収納させる。チップホルダ5は側面に歯が形成された遊星ギア34上に設けられる。なお、主軸回転体と遊星回転体には、例えば、歯と歯が係合して歯合するギアや、ゴムとゴムが係合して摩擦するローラー等がある。以下では、歯と歯が歯合する主軸ギア44と遊星ギア34を用いた場合について説明するが、ローラー等を用いた場合でも同様に遠心方向を切り替えることができることは当然のことである。また、チップホルダ5の箱部13と、側面に歯が形成された遊星ギア34とを、別体として設けることも可能である。
図12は、遠心方向切替機構28を備えたマイクロチップ検査装置の筐体1内の内部構造を示す断面図である。
同図に示すように、回転駆動源39は、測定室19に固定され、制御部40により制御される。また、遠心方向切替機構28も制御部40により方向切替モータ30を駆動することで制御される。回転駆動源39の上部中央から、回転軸41が伸びており、回転軸41を覆うようにして主軸42が、例えば、ネジ止めにより回転軸41に固定されている。これにより、主軸42は回転駆動源39により回転される。また、測定ステージ23は、主軸42に接続して設けられ、例えば、ネジ止めにより主軸42に固定されている。これより、回転軸41、主軸42、および測定ステージ23に、回転駆動源39からの回転運動が伝わり、一体となって回転する。遊星ギア34は、測定ステージ23と、例えば、0.2mm離間した状態を保ち、測定ステージ23に固定された遊星主軸43に、回転自在にネジ止めされる。
回転駆動源39は、不図示のDCモータとエンコーダからなり、制御部40により制御され、測定ステージ23を0.01°〜0.1°の精度で所定の角度に停止させることができる。すなわち、マイクロチップ2を円周方向に0.01〜0.1mmの精度で位置決めして、回転させたり、停止させたりすることができる。エンコーダは、円周上に多数の光学的スリットを並列して設けられた回転円板に、光をスリットを通して当て、その光を検出することによって、制御部40により回転角度や回転速度を測定する。この測定値に基づいて、制御部40からDCモータにON/OFF信号を送ることによって、回転駆動源39を所望の速度で回転させ、所望の角度に停止させる。また、回転停止時も、制御部40は、エンコーダが停止位置からわずかに動いたことを測定すると、DCモータを逆方向に回転させて、停止位置を保持することができる。なお、回転駆動源39としてステッピングモータも用いることができる。ただし、ステッピングモータは回転効率が悪いので、回転速度を上げると発熱することや、高速回転時のトルクが小さいことを、考慮して設計する必要がある。
主軸42に、遊星ギア34と係合する主軸ギア44が遊嵌され、主軸42と主軸ギア44はそれぞれ別々に回転することができる。また、主軸42の上部には、遠心方向切替機構28の上下動軸32が接続されている。遠心方向切替機構28は、偏心カム29、すべり軸受け31、上下動軸32、バネ45、上係合ピン46、下係合ピン47、主軸連結ピン48、および方向切替モータ30よりなる。上下動軸32は、中央の軸が主軸42の中心溝49に挿入され、主軸42と遠心方向切替機構28の軸中心が精度よく一致する。また、上下動軸32には、上係合ピン46、下係合ピン47が設けられる。すべり軸受け31には、上係合ピン46を挿入する上係合ピン溝50が設けられ、主軸ギア44には、下係合ピン47を挿入する下係合ピン溝51が設けられている。下係合ピン47はバネ45を介して下係合ピン溝51に挿入されるため、上下動軸32は常に上方向に力が働いている。しかし、上下動軸32の上面は、偏心カム29と当接しているので、上下動軸32が上昇しないように押圧力が働いている。
図13は、マイクロチップ検査装置の遠心方向切替機構28の動作を説明するための図であり、図13(a)は上下動軸32が下方にある遠心分離モードの状態を示し、図13(b)は上下動軸32が上方にある遠心方向切替モードの状態を示す図である。図14、図15は、マイクロチップ検査装置の測定ステージ23、主軸ギア44、および遊星ギア34の動作関係を説明するための図であり、図14は遠心分離モードの状態を示し、図15は遠心方向切替モードの状態を示す図である。
図13(a)に示すように、上下動軸32が下方にあり、遠心分離モードの状態のときは、主軸42から突出する主軸連結ピン48と、上下動軸32の回転規制溝52が係合するため、上下動軸32は主軸42に規制され、主軸42と一体となって回転する。また、主軸ギア44は、下係合ピン47により動きを規制されるため、主軸42と一体となって回転する。このため、図14に示すように、主軸ギア44が測定ステージ23と同一回転速度で回転するため、測定ステージ23に固定される遊星ギア34には相対運動が生じず、遊星ギア34を自転させることなく主軸42を中心として公転させることができる。すなわち、上下動軸32が下方にあるときは、マイクロチップ2は、主軸42を中心として回転し、遠心力が作用するので、遠心分離モードとなる。
図13(a)に示す状態から、制御部40により方向切替モータ30を駆動し、偏心カム29を180°回転させると、上下動軸32は、バネ45による上方向の力により上昇する。図13(b)に示すように、上下動軸32が上方に上がり、上下動軸32の回転規制溝52が主軸連結ピン48から外れ、上係合ピン46がすべり軸受け31の上係合ピン溝50に挿入され、上下動軸32は測定室19に固定されているすべり軸受け31により動きを規制されるので、固定されて回転しない。また、主軸ギア44も、下係合ピン47により動きを規制されるため、測定室19に連結して固定されて回転しない。なお、ここでは、主軸ギア44は、測定室19に連結して固定されて回転しないとしたが、測定室19以外でも、回転しない部材に連結して固定すれば主軸ギア44を回転しないようにできることは当然のことである。
図15(b1)〜(b5)を用いて、遠心方向切替機構28が、図13(b)に示すように上下動軸32が上にあるときのマイクロチップ2の動きについて説明する。図15(b1)は、上下動軸32が上に上がったときの状態を示す図である。主軸ギア44は固定されて回転しないが、遊星ギア34は測定ステージ23に回転自在に固定されているので、測定ステージ23と共に回転する。遊星ギア34は主軸ギア44に係合しているので、測定ステージ23が回転すると、遊星ギア34は主軸ギア44に係合しながら回転する。すなわち、遊星ギア34は、遊星主軸43を中心として自転しつつ主軸42を中心として公転する遊星運動をする。
図15(b2)は図15(b1)に示す状態から測定ステージ23を90°回転させた状態を示す図である。遊星ギア34は、測定ステージ23の回転に伴い主軸42を中心として90°公転する。また、遊星ギア34は主軸ギア44に係合して自転するため、マイクロチップ2もα°回転する。αは遊星ギア34の歯数と主軸ギア44の歯数の関係から決まる数であり、例えば、遊星ギア34の歯数が主軸ギア44の歯数の4倍とすれば、22.5となる。図15(b3)は、図15(b1)に示す状態から測定ステージ23を180°回転させた状態を示す図である。遊星ギア34は、測定ステージ23の回転に伴い主軸42を中心として180°公転する。遊星ギア34は主軸ギア44に係合して自転するため、マイクロチップ2も2α°回転する。
図15(b4)は、図15(b1)に示す状態から測定ステージ23を270°回転させた状態を示す図である。遊星ギア34は、測定ステージ23の回転に伴い主軸42を中心として270°公転する。遊星ギア34は主軸ギア44に係合して自転するため、マイクロチップ2も3α°回転する。図15(b5)は、図15(b1)に示す状態から測定ステージ23を360°回転、すなわち1回転させた状態を示す図である。遊星ギア34は、測定ステージ23の回転に伴い360°公転する。遊星ギア34が主軸ギア44に係合して自転するため、マイクロチップ2も4α°回転する。
以上に示したように、上下動軸32が上方にあるときは、マイクロチップ2は遊星主軸43を中心として自転しつつ公転する遊星運動をさせることができるので、遠心方向切替モードとなる。
図13(b)に示す状態から、再び制御部40により方向切替モータ30を駆動し、偏心カム29を180°回転させると、上下動軸32は偏心カム29に押圧されて下降し、図13(a)に示すような、遠心分離モードとなる。図15(b5)の状態で遠心分離モードに切り替えれば、マイクロチップ2は4α°回転した状態で主軸42を中心として回転することになり、遠心力も4α°回転した方向に作用させることができる。このように遠心方向切替機構23により主軸ギア44を操作し、遠心分離モードと遠心方向切替モードを切替操作することにより、マイクロチップ2に方向の異なる遠心力を種々作用させることができる。
また、回転規制溝52と主軸連結ピン48を上下動軸32と主軸42の径方向に対角に設ける場合、すなわち、回転規制溝52と主軸連結ピン48を、それぞれ上下動軸32と主軸42の円弧上に180°おきに設けた場合を説明する。回転規制溝52と主軸連結ピン48を上下動軸32と主軸42の径方向に対角に設ければ、図15(b3)の状態でも、遠心方向切替モードから遠心分離モードに切り替えることができる。図15(b3)の状態で遠心分離モードに切り替えれば、マイクロチップ2は2α°回転した状態で主軸42を中心として回転することになり、遠心力も2α°回転した方向に作用する。
このように、遊星ギア34の歯数と主軸ギア44の歯数の関係や、回転規制溝52と主軸連結ピン48の配置によって、マイクロチップ2を様々な角度に回転させた状態で遠心力を作用させることができ、マイクロチップ2に方向の異なる遠心力を種々作用させることができる。
なお、ここでは、遠心方向切替機構28は偏心カム29より上下動軸32が上昇し、上係合ピン46により上下動軸32と主軸ギア44が固定される例を示したが、上下動軸32の断面と主軸ギア44の断面が嵌合して固定されるもの、上下動軸32と主軸ギア44が磁石により固定されるもの、またクラッチ機構によるもの、主軸42と主軸ギア44を別々に駆動し、回転比率を調整するもの等が考えられる。また、上下動軸32と測定室19とはすべり軸受31を介して固定することが好ましく、主軸42は両端支持構造となり、剛性が上がり、測定ステージ23の回転による振動を低減することができる。
このように、遠心方向切替機構28を備えることによって、マイクロチップ2に加える遠心方向を自動に切り替えて、マイクロチップ2内部の検体液をより複雑に移動させることができる。なお、以上では、一対のマイクロチップ2が測定ステージ23に収納されている状態を説明したが、一方を他方とバランスを取るための単なる重石とし、マイクロチップ2を1つだけを検査することもできる。また、測定ステージ23に収納できるマイクロチップ2をさらに増やすこともできる。
続いて、本発明の第二の実施形態を図16乃至図22を用いて説明する。第二の実施形態におけるマイクロチップ2は、光学測定部10が複数形成された多項目検査用のマイクロチップである。
図16(a)は、多項目検査用のマイクロチップ2の外観図であり、図16(b)は図16(a)のA−A’断面拡大図である。多項目検査用のマイクロチップ2は、図16(b)に示すように、遮光性樹脂7の上面と下面に透光性樹脂8が張り合わされて形成されたものである。また、図2(a)に示すように、多項目検査用のマイクロチップ2の上表面に注入口65が形成され、図2(b)に示すように、内部に検体液の流路となる溝9が形成され、例えば、直径φ1.0mmの光学測定部10が形成される。検体液は注入口65からマイクロチップ2の内部に導入され、所定の位置に封入された不図示の試薬等が検査の所定段階で自動的に検体液と混合して測定対象液となり、測定対象液が光学測定部10に導入される。光学測定部10に光をマイクロチップ2に垂直に透過させて吸光光度法等による分析を行う。
また、マイクロチップ2の表面には、二次元コード11が貼付され、シリアルナンバー、チップの有効期限、測定項目の種類、光学測定部10の位置、マイクロチップ毎の試薬ロットのばらつき等の情報が記憶されている。
図17は、図16に示すマイクロチップ2が収納される多項目検査用のチップホルダ5の外観図である。
同図に示すように、チップホルダ5は、マイクロチップ2が収納されるチップ収納空間12を有する樹脂製の箱部13と、マイクロチップ2を所定の場所に位置合わせをして固定する金属製の蓋部6よりなる。蓋部6は、支点14によりヒンジで固定され、マイクロチップ2に貼付された二次元コード11を外部から読み取るためのコードリーダ読み取り窓15と、マイクロチップ2に導入された検体量が十分であるかを検査するための不図示の検体量センサ読み取り孔が設けられている。
蓋部6は、遠心力がかかっても開かないように、蓋部6のフック固定孔68を箱部13のフック67に引っ掛けて固定される。これは、マイクロチップ2に導入する検体液として血液を用いた場合、血液を血球と血漿に分離するためには、例えば、1分間、毎分3000回転で回転させなければならない。そのため、マイクロチップ2の回転時には、チップホルダ5には400Gを超える遠心力がかかり、それでも蓋部6が開かないように固定するためである。
また、チップホルダ5は、光学測定部10の光軸に垂直な2方向に対し、誤差が0.2mm以下となるような精度で、マイクロチップ2をチップ収納空間12内で動かないように位置合わせして固定する必要がある。光学測定部10の光軸に垂直な断面の径は、例えば直径φ1.0mmと小さいが、チップホルダ5に収納された状態で、光学測定部10に不図示の光源からの光を的確に当てて、特定波長の光の減衰量を正確に測定するためである。
作業者が操作しやすいように、マイクロチップ2をチップホルダ5に容易に収納できるようにしなければならない。蓋部6が開いているときは、例えばバネ等により、チップ支持部63を箱部13と蓋部6の間になるように持ち上げ、カセットテープの出し入れのように挿入しやすい構成となっている。マイクロチップ2の挿入時はチップ支持部63にマイクロチップ2を載置するだけでよく、また、マイクロチップ2の取外し時はチップ収納空間12からマイクロチップ2が浮き上がっているので、取り扱いやすい。
チップ支持部63はマイクロチップ2に対して、余裕をもって形成される。例えば、マイクロチップ2のX方向の長さは62mm、チップ支持部63のX方向の長さは63.5mmであり、マイクロチップ2をY方向に挿入するようになっている。チップ支持部63に載置されたマイクロチップ2は、蓋部6を閉じると同時にチップ収納空間12に収納される。
蓋部6を閉じると同時にマイクロチップ2を位置決めして収納するためには、チップホルダ5にマイクロチップ2を位置合わせして固定する機構が必要となる。そこで、チップホルダ5の箱部13にX基準面53、Y基準面55、X方向押し部54を設け、チップホルダ5の蓋部6にY方向押し部56を設け、蓋部6のフック固定孔68を箱部13のフック67に係合させるときにマイクロチップ2を位置決め固定できるようにしている。
まず、X方向の位置合わせ機構について説明する。X方向押し部54は、箱部13にフックのように突出して設けられ、マイクロチップ2に当接する先端はテーパ面に加工されている。蓋部6を閉じると同時に、X方向押し部54のテーパ面がマイクロチップ2をX基準面53に向かうようにガイドし、X方向押し部54がマイクロチップ2をX基準面53に押し当てる。マイクロチップ2はX基準面53に密接して配置され、X方向に対し誤差±0.2mm以内の精度で位置決めされる。
次に、Y方向の位置合わせ機構について説明する。Y方向押し部56は、その設置位置により図17のチップホルダ5の外観図ではわかりにくいので、蓋部6をX方向から見た図を用いて説明をする。図18は、X方向から見た蓋部6の外観図である。
Y方向押し部56は、突出部61の先端に、蓋部6を閉めた状態でY基準面55に平行となる面を有し、突出部61が蓋部6のフック固定孔68に例えば溶接により接合されて設けられる。蓋部6のフック固定孔68に図17に示す箱部13のフック67を引っ掛けてマイクロチップ2を固定する際、ヒンジ62によりフック固定孔68がY基準面55の方向に向かい、フック固定孔68に接続されたY方向押し部56もY基準面55の方向に向かう。これより、蓋部6を閉じると同時に、Y方向押し部56がマイクロチップ2をY基準面55に向かうようにガイドし、マイクロチップ2をY基準面55に押し当てる。マイクロチップ2はY基準面55に密接して配置され、Y方向に対し誤差±0.2mm以内の精度で位置決めされる。
このようにして、マイクロチップ2をチップ支持部63に載置し、チップホルダ5の蓋部6を閉じ、フック67をフック固定孔68に引っ掛けるだけで、光学測定部10に透過する光の光軸に対し、垂直な2方向となるX方向とY方向にマイクロチップ2を位置決めすることができる。
また、マイクロチップ2がチップホルダ5の内部で上下に振動しないように、Z方向にもある程度固定しなければならない。蓋部6を閉じると、図17に示すZ方向押し部70がマイクロチップ2を押してZ方向に固定する。また、蓋部6を閉めた状態にあるとき、蓋部6がマイクロチップ2の配置位置に影響を与えないように、チップ収納空間12に蓋部6の形状に対応した抜け溝64が形成され、蓋部6がマイクロチップ2を押圧しないようにしている。
図19は、チップホルダ5の蓋部6が着脱可能であることを説明するための図であり、図19(b)は、支点14と蓋部6の接合部の拡大断面図である。
支点14の凹部59は、上部が開口している軸受けである。軸受けの最大径と同一の幅の開口を設ければ、断面円形の軸を着脱することができる。蓋部6の凸部58は、凹部59にはめ合い、支点14の回転軸としての機能を有する。しかし、断面円形状の凸部58がはめ合うと容易に着脱できるが、凸部58は上に抜けて外れてしまう。
図19(b)は、幅の狭い開口部66を有する凹部59と、断面略長方形状の凸部58とがはめ合う部分の断面図を示したものである。
凸部58は上に抜けて外れないように、開口部66の幅が狭い鍵穴形状の凹部59を一部に設け、この開口部66を挿通できるように、鍵穴形状の凹部59に対応して、円形断面の両端を取り除いた断面略長方形状の凸部58を一部に設けている。断面略長方形状の凸部58が開口部66の凹部59にはめ合うようにすると、チップホルダ5にマイクロチップ2を収納する操作または取外す操作をするときは、凹部59に凸部58が係合して取り外れることがない。しかし、作業者が蓋部6を箱部13に対して垂直となるよう大きく開けると、蓋部13の断面略長方形状の凸部58が凹部59の開口部66に適合し、その状態で蓋部6を上に引き上げると、補助的道具を用いることなく簡単に取り外すことができる。このとき、例えば、蓋部6と箱部13の接する箇所に板バネを設置し、蓋部6に常に上向きの力がかかるようにすれば、蓋部13の凸部58が凹部59の開口部66に適合させるだけで、蓋部13が自動的に離脱するようになる。蓋部6を箱部13に取り付ける際は、この逆の操作をすればよい。
このように、チップホルダ5の蓋部6と箱部13には凹部59と凸部58が設けられ、凹部59と凸部58のはめあいの関係によって、蓋部6を大きく開ける、または、凸部58の形状を凹部59の開口部66に合わせるだけで、蓋部6と箱部13が離脱および係合するので、蓋部6を例えばドライバー、スパナなどの補助的道具を用いることなく簡易にマイクロチップ検査装置から取り外して、洗浄することができる。
図20は、図17(a)に示すマイクロチップ2に適用されるマイクロチップ検査装置における光源64と検出器65の配置例を示す一部断面図である。
同図に示すように、光源35から出射された光は、例えば、レンズ等により平行光に変換され、平行光はミラー17により反射されて、マイクロチップ2の光学測定部10に垂直に透過され、透過光は検出器36で受光される。このように光源64と検出器65とを配置することにより、単項目検査用マイクロチップ2に用いるマイクロチップ検査装置に、多項目検査用マイクロチップ2が収納されたチップホルダ5を組み替えて、吸光光度法等による分析を行うことができる。
図21は、多項目検査用マイクロチップ2を設置した測定ステージ23を示す外観図である。
マイクロチップ2は、測定ステージ23の中央に対称に配置されるチップホルダ5内に収納される。チップホルダ5の箱部13は測定ステージ23と一体に形成され、測定ステージ23に突出する支点14に蓋部6がヒンジで固定される。測定ステージ23は図示しない回転駆動源39により反時計回りに回転される。
図22は、遠心方向切替機構28を設けた測定ステージ23を示す外観図である。
測定ステージ23の中央に遠心方向切替機構28が設けられ、マイクロチップ2は遠心方向切替機構28に対称に配置されるチップホルダ5内に収納される。チップホルダ5は側面に歯が形成された遊星ギア34上に設けられる。なお、測定室19、遠心方向切替機構28等の構成は第一の実施形態に対応し、多項目検査用マイクロチップ2を設置した測定ステージ23を、単項目検査用マイクロチップ2を設置した測定ステージ23と交換して、マイクロチップ検査装置を作動することができる。
このように、チップホルダ5に光学測定部10の光軸に垂直な2方向にマイクロチップ2を位置決めするX基準面53、Y基準面55が箱部13に設けられ、それぞれの基準面にマイクロチップ2を押し当てるX方向押し部54、Y方向押し部56が設けられ、チップホルダ5の蓋部6を閉じることでマイクロチップ2がチップホルダ5内で位置決めされる。これより、マイクロチップ2は、その光学測定部10の光軸に垂直な2方向に対し位置決めされるので、光学測定部10に光源35からの光を正確に入射し、光学測定部10を透過した光を受光し、その受光量に基づいて検査結果を算出することができる。
本発明に係るマイクロチップ検査装置の外観図である。 マイクロチップを示す平面図および断面図である。 マイクロチップが収納されるチップホルダの外観図である。 チップホルダを示す平面図および断面図である。 チップホルダを示す平面図および断面図である。 チップホルダを示す平面図および断面図である。 チップホルダの外観図である。 チップホルダの一部拡大図である。 マイクロチップ検査装置の筐体の内部に配置される測定室の外観図である。 測定室の内部構造を示す外観図である。 測定室の内部構造を示す外観図である。 マイクロチップ検査装置の筐体内の内部構造を示す断面図である。 マイクロチップ検査装置の遠心方向切替機構の動作を説明するための図である。 マイクロチップ検査装置の測定ステージ、主軸ギア、および遊星ギアの動作関係の説明図である。 マイクロチップ検査装置の測定ステージ、主軸ギア、および遊星ギアの動作関係の説明図である。 マイクロチップの外観図および断面拡大図である。 マイクロチップに適用されるチップホルダの外観図である。 マイクロチップに適用される蓋部の外観図である。 マイクロチップに適用されるチップホルダの外観図である。 マイクロチップに適用されるマイクロチップ検査装置における光源と検出器の配置例を示す一部断面図である。 測定室の内部構造を示す外観図である。 測定室の内部構造を示す外観図である。 血液分析のために使用される従来技術に係る遠心分離装置の一例を示す図である。
符号の説明
1 筐体
2 マイクロチップ
3 筐体蓋
4 マイクロチップ挿入部
5 チップホルダ
6 蓋部
7 遮光性樹脂
8 透光性樹脂
9 溝
10 光学測定部
11 二次元コード
12 チップ収納空間
13 箱部
14 支点
15 コードリーダ読み取り窓
16 検体量センサ読み取り孔
17 ミラー
18 アパーチャー
19 測定室
20 脚部
23 測定ステージ
25 コードリーダ
26 検体量センサ
27 反射センサ
35 光源
36 検出器
40 制御部
53 X基準面
54 X方向押し部
55 Y基準面
56 Y方向押し部
57 側面
58 凸部
59 凹部
60 浅溝
61 突出部
62 ヒンジ
63 チップ支持部
64 抜け溝
65 注入口
66 開口部
67 フック
68 フック固定穴
69 Z基準面
70 Z方向押し部
71 X方向介在物
72 支持部収納溝

Claims (2)

  1. 測定ステージ上に設けられ蓋部と箱部からなるチップホルダと、
    光学測定部を有し前記チップホルダに収納されるマイクロチップと、
    前記マイクロチップの光学測定部に対し、光を入射させる光源と、
    前記光学測定部を透過した光を受光する検出器と、
    装置を制御する制御部とを有することを特徴とするマイクロチップ検査装置において、
    前記チップホルダには、前記光学測定部の光軸に垂直な2方向に前記マイクロチップを位置決めする基準面と、前記基準面に前記マイクロチップを押し当てる押し部が設けられ、
    前記チップホルダの前記蓋部を閉じることで、前記マイクロチップが前記チップホルダ内で位置決めされることを特徴とするマイクロチップ検査装置。
  2. 前記チップホルダの蓋部と箱部には凹部と凸部とが設けられ、前記凸部と前記凹部のはめ合い関係によって、蓋部と箱部が係合および離脱することを特徴とする請求項1に記載のマイクロチップ検査装置。
























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