JP2008070322A - 分析チップおよび分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射した光を分析対象の流体を透過させた後、光を検出するためのセンサに効率よく到達させる。
【解決手段】分析チップには構造体と円柱部材が設けられている。構造体は、分析対象の流体を保持するための空間を有する。構造体には円柱部材が、空間に一端側の端面が露出し一端が構造体内に埋没するように、かつ他端が構造体から突出するように設けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、微細流路で形成された物質を光学的に分析する分析チップ及び分析装置に関する。

従来、化学反応の結果は、様々な測定手法を用いて判定されるが、代表的なものに光学的な手法がある。例えば、吸光分析においては、石英や一般的なガラス製のセルと呼ばれる容器内に測定対象を入れ、この側壁面に直交する光軸に沿ってハロゲン光源から紫外線から赤外線にわたる周波数帯の光をセルに入れられた測定対象に通過させた後、測定対象を通過した光を検出する。そして、測定対象が吸収した光の波長とその割合（吸光度）を計算し、ライブラリーと比較することで、測定対象物を同定する。

化学反応を効率的に行うために、開口断面の代表寸法が数十μｍ〜ｍｍサイズ程度の微細流路を用いることがある。例えば、供給口から供給された２種類の化学物質を混合部において混合するＹ字形状の微細流路を有する流路基板を用い、混合された物質は微細流路に直交する光軸を持つ分析器で測定される（例えば、非特許文献１参照）。この場合、微細流路の測定に供される光源のスポット径は、せいぜい数百μｍの流路幅であり、又、距離も同程度の流路の深さでしかなく、一般的に正確な測定には不向きである。

このため、積層した平面板状のガラス基板の内部にコの字形の流路を形成し、この外側にガラス基板を介して検出光を入射する方法（例えば特許文献１参照）が提案されている。この場合、流路部は平板を３層に貼り合わせた構成となっている。
「生産研究」５２巻７号、２０００年７月、Ｐ３０４−３１１ 特開２００３−２７９４７１公報

しかしながら、従来の平板を３層に張り合わせた構成の流路部は、２つの屈折率分布型ロッドレンズを結ぶ光軸とガラス基板の貼り合わせ面が重なっている。すなわち、この張り合わせ面では検出光の意図しない散乱や屈折が生じてしまう恐れがある。

また、貼り合わせの前後に関わらず、流路を形成した後に検出光が通過する内外壁の表面、特に内壁の表面に、検出光の透過率を向上するための研磨処理を施すことは難しい。

また、大きなアスペクト比を有する流路にあっては、光軸に対する内外壁傾きがガラス基板上の流路形成の加工精度に依存し、加工後の調整ができないため、検出光が他端に効率よく到達するとは言い難い。

また、効率の向上には内壁の検出光が直交的に透過する部分に反射防止膜を形成することが望ましいが、特許文献１の方法では反射防止膜の成膜処理が困難である。これは特に流路幅が上述した微細流路において顕著である。

そこで、本発明は、入射した光を分析対象の流体を透過させた後、光を検出するためのセンサに効率よく到達させることができる分析チップおよび分析装置を提供することを目的とする。

本発明に係る分析チップは、分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第１の封止部材と、前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第２の封止部材と、が設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係る分析チップは、分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第１の円柱部材と、前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第２の円柱部材と、が設けられ、前記第１の円柱部材と前記第２の円柱部材が、前記第１の円柱部材の他端側の端面から光が入射した場合、前記光が前記第１の円柱部材の一端側、前記空間、前記第２の円柱部材の一端側の端面の順に通過し、前記第２の円柱部材の他端側の端面から出射する位置に設けられた事を特徴とする。

また、本発明に係る分析装置は、着脱可能な分析チップを用いて分析対象の流体を分析する分析装置であって、前記分析チップは、分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第１の封止部材と、前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第２の封止部材と、を有し、前記分析装置は、光を前記分析対象に照射するための光源と、前記分析対象を透過した前記光を検出するためのセンサと、前記分析チップと係合する係合部と、を有し、前記光源が、前記第１の封止部材に前記光が入射可能な位置に設けられ、前記センサが、前記第２の封止部材から出射した光を検出可能な位置に設けられたことを特徴とする。

また、本発明に係る分析装置は、着脱可能な分析チップを用いて分析対象の流体を分析する分析装置であって、前記分析チップは、分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第１の円柱部材と、前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第２の円柱部材と、を有し、前記分析装置は、光を前記分析対象に照射するための光源と、前記分析対象を透過した前記光を検出するためのセンサと、前記第１の円柱部材および前記第２の円柱部材と係合する溝形状の係合部と、を有し、前記第１の円柱部材と前記第２の円柱部材が、前記第１の円柱部材の他端側の端面から前記光が入射した場合、前記光が前記第１の円柱部材の一端側、前記空間、前記第２の円柱部材の一端側の端面の順に通過し、前記第２の円柱部材の他端側の端面から出射する位置に設けられ、前記光源が、前記第１の円柱部材の他端側の端面に前記光が入射可能な位置に設けられ、前記センサが、前記第２の円柱部材の他端側の端面から出射した光を検出可能な位置に設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、入射した光を分析対象の流体を透過させた後、光を検出するためのセンサに効率よく到達させることができる分析チップおよび分析装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１に第１の実施の形態に係る分析装置、および図２に第１の実施の形態に係る分析チップを示す。

分析装置１には、分析チップ２が着脱可能な分析チップ収容部１１が設けられている。分析チップ収容部１１は、分析チップ２を挿入、嵌合可能な様に形成されている。分析チップ収容部１１は、底部１２を有している。また、分析装置１には、光源１５およびセンサ１６が設けられている。

光源１５には、ハロゲンランプ１５−１と導光体１５−２が設けられている。ハロゲンランプ１５−１から照射された検出光は導光体１５−２を通って、嵌合された分析チップ２を照射する。

センサ１６には、検出素子１６−１と導光体１６−２が設けられている。検出素子１６−１には、例えば光学フィルタとフォトダイオードを有する検出素子モジュールを用いる事ができる。分析チップ２を透過した検出光は導光体１６−２を通って、検出素子１６−１に導かれ、電気信号へと変換される。

分析装置１はベース部１３とカバー部１４を有している。図３に示す様に、ベース部１３にはＶ形状の溝１３−１が形成されている。導光体１５−２、１６−２は溝１３−１に設けられる。カバー部１４を用いて、導光体１５−２、１６−２をベース部１３に向かって押さえることにより、導光体１５−２、１６−２の位置は溝１３−１のＶ形状の壁によってＶ字の溝深さ方向の位置が決定される。

分析チップ２には、貫通孔２１と、貫通孔２１と連通する溝２２が設けられた母材２３（構造体）と、母材２３の溝２２が設けられた封止面２３−１に貫通孔２１を塞ぐ様に設けられた封止部材２４が設けられている。封止部材２４は検出光を透過可能な材料で形成されている。封止部材２４の表面には、反射防止膜を例えば蒸着法等の方法により成膜する。

封止部材２４が貫通孔２１を塞ぐ様に設けられた結果、溝２２の端部が入口、出口となる流路（空間）が形成される。すなわち、封止部材２４−１は流路に一方の側の少なくとも一部が露出し、他方の側が外部に露出するように貫通孔２１を塞ぐ様に設けられる。また、封止部材２４−２は流路に一方の側の少なくとも一部が露出し、他方の側が外部に露出するように貫通孔２１を塞ぐ様に設けられる。こうして、封止部材２４−１を透過した検出光は、形成された流路の貫通孔２１部分の空間を通過し、封止部材２４−２を透過することにより、空間に供給された分析対象の流体の光学的な分析が可能となる。

このような分析装置１および分析チップ２は、封止部材２４には板状部材またはシート状部材を用いる事ができるので、反射防止膜の面内の厚さや組成のばらつきを低減することができる。また、分析装置１と分析チップ２の位置合わせは、分析チップ収容部１１と分析チップ２が嵌合することで可能となり、貫通孔２１に確実に検出光を入射させることができる。

（第２の実施の形態）
図４に第２の実施の形態に係る分析装置、および図５に第２の実施の形態に係る分析チップを示す。

分析装置１０１には、分析チップ１０２が着脱可能な分析チップ収容部１１１が設けられている。分析チップ収容部１１１は、分析チップ１０２を挿入、嵌合可能な様に形成されている。また、分析装置１０１には、光源１５およびセンサ１６が設けられている。

分析装置１０１はベース部１１３とカバー部１１４を有している。第１の実施の形態と同様に、ベース部１１３にはＶ形状の溝１１３−１が形成されている。導光体１５−２、１６−２は溝１１３−１に設けられる。カバー部１１４を用いて、導光体１５−２、１６−２をベース部１１３に向かって押さえることにより、導光体１５−２、１６−２の位置は溝１１３−１のＶ形状の壁によってＶ字の溝深さ方向の位置が決定される。

カバー部１１４は、溝１１３−１の一部を覆う様に、溝１１３−１の分析チップ収容部１１１側が露出する様に設けられている。また、導光体１５−２、１６−２は、分析チップ収容部１１１側から奥まった方向へとオフセットした位置に設けられている。すなわち、
溝１３３−１の分析チップ収容部１１１側は、溝１３３−１の壁が露出した状態となっている。

分析チップ１０２は、構造体１２３を有する。構造体１２３は、貫通孔１２１が設けられたカバー部１２３−１と、貫通孔１２１と連通するＶ形状の溝１２２が設けられたベース部１２３−２と、を有する。溝１２２の両端には、円柱部材１２４−１、１２４−２が設けられている。円柱部材１２４−１、１２４−２の両端の表面（円形形状の表面）には、反射防止膜を例えば蒸着法等の方法により成膜する。

円柱部材１２４−１、１２４−２は、溝１２２に一端側の端面が露出し一端が構造体１２３内に埋没するように、他端が構造体１２３から突出するように設けられている。カバー部１２３−１を用いて、円柱部材１２４−１、１２４−２をベース部１２３−２に向かって押さえることにより、円柱部材１２４−１、１２４−２の位置は溝１２２のＶ形状の壁によってＶ字の溝深さ方向の位置が決定される。

円柱部材１２４−１、１２４−２の構造体１２３から突出する部分は、分析装置１０１の溝１３３−１の壁が露出した部分と係合可能なように設けられている。円柱部材１２４−１、１２４−２と溝１３３−１とが係合することにより、分析チップ１０２の溝１３３−１の短手方向の位置が決定される。

円柱部材１２４−１、１２４−２と、溝１２２の壁面およびカバー部１２３−１との間の隙間は、例えば充填材を用いてシールする。この結果、貫通孔１２１が入口、出口となる流路（空間）が形成される。こうして、円柱部材１２４−１の他端側の端面から入射し、円柱部材１２４−１を透過した検出光は、円柱部材１２４−１の一端側の端面から溝１２２に出射された後、形成された流路の溝１２２の空間を通過し、円柱部材１２４−２の一端側の端面から円柱部材１２４−２に入射する。円柱部材１２４−２に入射し、円柱部材１２４−２を透過した検出光は、円柱部材１２４−２の一端側の端面から出射することにより、空間に供給された分析対象の流体の光学的な分析が可能となる。

このような分析装置１０１および分析チップ１０２は、円柱部材１２４−１、１２４−２の両端の表面が検出光の入射面または出射面として用いる事ができるので、反射防止膜の面内の厚さや組成のばらつきを低減することができる。

また、分析装置１０１と分析チップ１０２の位置合わせは、分析チップ収容部１１１と分析チップ１０２が嵌合することで可能となり、貫通孔２１に確実に検出光を入射させることができる。さらに、特に精密な位置合わせが必要な光軸の位置、すなわち導光体１５−２、１６−２の短手方向の位置と、円柱部材１２４−１、１２４−２の短手方向の位置は、溝１３３−１と円柱部材１２４−１、１２４−２とが係合するため、より確実に検出光を入射させることができる位置に位置決めすることができる。

なお、円柱部材１２４−１、１２４−２は、図６に示す様に透磁率の高い金属２０１にて検出光が入射する面および出射する面を避ける様に覆うこともできる。この場合、ベース部１１３に磁力発生源２０２を設けることにより、分析チップ１０２が磁力によって分析装置１０１に固定され、外力等の不意の外乱での分析チップ１０２の位置ずれを防止できる。

さらに、導光体１５−２、１６−２は、図６に示す様に透磁率の高い金属２０１にて検出光が入射する面および出射する面を避ける様に覆うこともできる。この場合、磁力発生源２０２から発生した磁力を、より効率的に円柱部材１２４−１、１２４−２を覆う金属２０１に伝えることができ、より効果的に分析チップ１０２の位置ずれを防止できる。

本発明の第１の実施の形態に係る分析装置を示す斜視図 本発明の第１の実施の形態に係る分析チップを示す斜視図 本発明の第１の実施の形態に係るベース部を示す斜視図 本発明の第２の実施の形態に係る分析装置を示す斜視図 本発明の第２の実施の形態に係る分析チップを示す斜視図 本発明の第２の実施の形態に係る分析装置および分析チップの変形例を示す図

符号の説明

１、１０１ 分析装置
２、１０２ 分析チップ
１１、１１１ 分析チップ収容部
１２ 底部
１３、１１３ ベース部
１３−１、１１３−１ 溝
１４、１１４ カバー部
１５ 光源
１５−１ ハロゲンランプ
１５−２ 導光体
１６ センサ
１６−１ 検出素子
１６−２ 導光体
２１、１２１ 貫通孔
２２、１２２、１３３−１ 溝
２３ 母材
２３−１ 封止面
２４ 封止部材
１２３ 構造体
１２３−１ カバー部
１２３−２ ベース部
１２４−１、１２４−２ 円柱部材
２０１ 金属
２０２ 磁力発生源

Claims (6)

1. 分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、
   前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第１の封止部材と、
   前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第２の封止部材と、
   が設けられたことを特徴とする分析チップ。
2. 分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、
   前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第１の円柱部材と、
   前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第２の円柱部材と、が設けられ、
   前記第１の円柱部材と前記第２の円柱部材が、前記第１の円柱部材の他端側の端面から光が入射した場合、前記光が前記第１の円柱部材の一端側、前記空間、前記第２の円柱部材の一端側の端面の順に通過し、前記第２の円柱部材の他端側の端面から出射する位置に設けられた事を特徴とする分析チップ。
3. 前記構造体は、一方の面にＶ形状の溝が設けられたベース部と、
   前記ベース部の一方の面側に設けられたカバー部とを有し、
   前記空間は、両端の開口部を前記第１の円柱部材と前記第２の円柱部材によって、前記ベース部の一方の面側の開口部を前記カバー部によって、前記溝を覆った結果形成されることを特徴とする請求項２に記載の分析チップ。
4. 着脱可能な分析チップを用いて分析対象の流体を分析する分析装置であって、
   前記分析チップは、分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、
   前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第１の封止部材と、
   前記空間に一方の側の少なくとも一部が露出し、かつ他方の側が外部に露出し、前記空間を封止するための第２の封止部材と、を有し、
   前記分析装置は、光を前記分析対象に照射するための光源と、
   前記分析対象を透過した前記光を検出するためのセンサと、
   前記分析チップと係合する係合部と、を有し、
   前記光源が、前記第１の封止部材に前記光が入射可能な位置に設けられ、
   前記センサが、前記第２の封止部材から出射した光を検出可能な位置に設けられたことを特徴とする分析装置。
5. 着脱可能な分析チップを用いて分析対象の流体を分析する分析装置であって、
   前記分析チップは、分析対象の流体を保持するための空間を有する構造体と、
   前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第１の円柱部材と、
   前記空間に一端側の端面が露出し一端が前記構造体内に埋没するように、かつ他端が前記構造体から突出するように設けられた第２の円柱部材と、を有し、
   前記分析装置は、光を前記分析対象に照射するための光源と、
   前記分析対象を透過した前記光を検出するためのセンサと、
   前記第１の円柱部材および前記第２の円柱部材と係合する溝形状の係合部と、を有し、
   前記第１の円柱部材と前記第２の円柱部材が、前記第１の円柱部材の他端側の端面から前記光が入射した場合、前記光が前記第１の円柱部材の一端側、前記空間、前記第２の円柱部材の一端側の端面の順に通過し、前記第２の円柱部材の他端側の端面から出射する位置に設けられ、
   前記光源が、前記第１の円柱部材の他端側の端面に前記光が入射可能な位置に設けられ、
   前記センサが、前記第２の円柱部材の他端側の端面から出射した光を検出可能な位置に設けられたことを特徴とする分析装置。
6. 前記光源と前記センサは、前記分析装置に設けられたＶ形状の溝と係合するように設けられたことを特徴とする請求項４および請求項５に記載の分析装置。

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