JP2009041984A - 分析装置、分析用具、および光学検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化および分析に要する時間短縮が可能である光学検知システム、分析用具、分析装置を提供すること。
【解決手段】微細流路と、上記微細流路に繋がる開放空間、および上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜によって構成されており、上記隔離膜に開孔が形成された状態において、外部から入射した光が上記開孔を通して、外部に出射可能とされている１以上の被検知部と、を有するマイクロデバイスＡ１が装填される分析装置Ｂ１であって、上記被検知部を透過する光を出射可能な発光モジュール５Ａと、上記被検知部を透過してマイクロデバイスＡ１から出射した光を受光可能な受光モジュール６Ａと、マイクロデバイスＡ１と受光モジュール６Ａとの間に拡散板７を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光手段と受光手段とによって被検知部の状態を検知する光学検知システムに関し、さらに、この光学検知システムを構成することにより血液などの試料を分析するための分析器具、分析装置に関する。

従来より、たとえば試料と試薬を反応させたときの反応液を、光学的手法により分析する方法が行われている。このような方法により試料の分析を行う場合には、反応場を提供する分析用具が利用されている。そして、微量な試料を分析する場合には、分析用具としては、微細な流路を形成した、いわゆるマイクロデバイスが利用されている。図１７および図１８は、従来のマイクロデバイスおよび分析装置を示している。これらの図に示されたマイクロデバイスＸは、ともに透明樹脂からなるベース９１とカバー９２とが張り合わされた構造とされている。分析装置Ｙは、発光手段としての発光モジュール９４Ａ，９４Ｂを備えており、図外の支持台によってマイクロデバイスＸを支持可能とされている。

ベース９１には、導入室９１ａ、分析室９１ｂ、開放室９１ｄ、および流路９１ｅ，９１ｆが形成されている。なお、図１８は、理解の便宜上、マイクロデバイスＸのうち、導入室９１ａ、分析室９１ｂ、開放室９１ｄ、および流路９１ｅ，９１ｆを示している。導入室９１ａ、分析室９１ｂ、および開放室９１ｄは、断面円形状であり、互いに直列に並べられている。流路９１ｅ，９１ｆは、導入室９１ａ、分析室９１ｂ、および開放室９１ｄを連結している。分析室９１ｂには、試薬９１ｃが塗布されている。

カバー９２は、ベース９１のうち導入室９１ａ、分析室９１ｂ、開放室９１ｄ、および流路９１ｅ，９１ｆが形成された側を覆っており、導入孔９２ａおよび開孔９２ｂが形成されている。導入孔９２ａは、導入室９１ａと重なっており、開孔９２ｂは、開放室９１ｄと重なっている。開孔９２ｂは、樹脂製の隔離膜９３によって塞がれている。

発光モジュール９４Ａは、レーザチップを内蔵した光源装置であり、発光モジュール９４Ｂは、ダイオードチップを内蔵した光源装置である。発光モジュール９４Ａ，９４Ｂは、ともに所定の光を照射可能に構成されている。発光モジュール９４Ａは、隔離膜９３の直上に配置されており、発光モジュール９４Ｂは、分析室９１ｂの直上に配置されている。

マイクロデバイスＸおよび分析装置Ｙを用いた分析は、たとえば以下のようにして行う。まず、図１９に示すように、導入孔９２ａを通して導入室９１ａに検体Ｓを導入する。検体Ｓは、たとえば微量な血液、または所定の濃度に希釈された希釈血液である。次に、発光モジュール９４Ａから隔離膜９３に向けてレーザ光を照射する。レーザ光が隔離膜９３に吸収されると、隔離膜９３の一部の温度が急激に上昇する。これにより、隔離膜９３の一部が溶融し、レーザ孔９３ａが形成される。レーザ孔９３ａおよび開口９２ｂを通して開放室９１ｄが大気開放される。すると、図２０に示すように、毛細管現象によって導入部９１ａの検体Ｓが流路９１ｅ、分析室９１ｂ、流路９１ｆの順に流れ、開放室９１ｄに到達する。分析室９１ｂにおいては、乾燥状態であった試薬９１ｃが検体Ｓによって溶解される。このとき、検体Ｓの特定成分の量などに応じて呈色反応が生じる。そして、図２１に示すように発光モジュール９４Ｂから分析室９１ｂに向けて光を照射する。この光の透過光あるいは反射光を図外の受光手段によって受光する。これにより、検体Ｓに含まれる特定成分の分析を行うことができる。

しかしながら、分析装置Ｙにおいては、レーザ孔９３ａが適切に形成されたか否かを判断する手段が用意されていない。レーザ孔９３ａが形成されていないのに発光モジュール９４Ｂを発光させても、適切な分析は行えない。マイクロデバイスＸは、コスト削減や使用者の利便性向上などのためにますます小型化が図られる。このようなマイクロデバイスＸの隔離膜９３にレーザ孔９３ａが形成されたか否かを確実に判断しうる手段を、分析装置Ｙに新たに設けることは、とくにスペース確保の観点から極めて困難であった。

また、レーザ孔９３ａを適切に形成させた後であっても、検体Ｓが分析室９１ｂに到達するまでは、やはり適切な分析が行えない。たとえば、発光モジュール４Ａによってレーザ光を照射した後に、レーザ孔９３ａが形成され、かつ検体Ｓが分析室９１ｂに到達するのに十分な時間が経過するまで、上記分析を待っておく必要があった。

再表２００３−９３８３６号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、小型化および分析に要する時間短縮が可能である光学検知システム、分析用具、分析装置を提供することをその課題とする。

本発明の第１の側面によって提供される分析装置は、分析対象である流体が送液される微細流路と、上記微細流路に繋がる開放空間、および上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜によって構成されており、上記隔離膜に開孔が形成された状態において、外部から入射した光が上記開孔を通して、外部に出射可能とされている１以上の被検知部と、を有する分析用具が装填される分析装置であって、上記被検知部を透過する光を出射可能な１以上の発光手段と、上記被検知部を透過して上記分析用具から出射した光を受光可能な１以上の受光手段と、上記発光手段と上記分析用具との間、または上記分析用具と上記受光手段との間、の少なくともいずれかに、上記被検知部において光が透過する透過方向、およびこの透過方向と交差する方向、に光を進行させうる光路変更手段を備える

このような構成によれば、上記分析装置における上記受光手段または上記発光手段の少なくともいずれかの配置を上記被検知部に対して上記透過方向と交差する方向にシフトさせることが可能である。これは、上記分析装置の小型化を目的として、上記分析装置の構成要素を効率よく配置するのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光路変更手段は、上記透過方向交差する方向に延びる、透光性を有する拡散板である。このような構成によれば、上記分析装置の小型化に有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記発光手段が、上記隔離壁に対してエネルギーを付与するエネルギー付与手段を兼ねている。このような構成によれば、上記開孔が形成されたことを上記受光手段によってほぼ同時に検知することができる。また、上記分析装置の小型化をさらに進めることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの上記受光手段により、複数の上記被検知部からの光を受光する構成とされている。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの上記発光手段により、複数の上記被検知部に対して光を照射する構成とされている。このような構成によれば、上記分析装置の小型化に好適である。

本発明の第２の側面によって提供される分析用具は、分析対象である流体が送液される微細流路が形成された分析用具であって、光を透過しうる状態を有する１以上の被検知部を有しており、上記被検知部を透過する、または透過した光を、上記被検知部において光が透過する透過方向、およびこの透過方向と交差する方向、に進行させうる光路変更手段を備えていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記被検知部を透過する光を、上記被検知部に対して上記透過方向と交差する方向にシフトした位置に入射させ、あるいは上記交差する方向にシフトした位置から出射させることが可能である。これは、この光を発する発光手段またはこの光を受ける受光手段を、たとえば分析装置の小型化に適した配置とするのに適している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記被検知部は、上記微細流路に繋がる開放空間と、上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜とによって構成されており、上記隔離膜に開孔が形成された状態において、外部から入射した光が上記開孔を通して、外部に出射可能とされている。このような構成によれば、上記開孔が形成されたことにより、たとえば毛細管現象によって送液が開始されたことを、光学的な手段によって瞬時に検知することができる。

本発明の第３の側面によって提供される分析装置は、本発明の第２の側面によって提供される分析用具が装填される分析装置であって、上記被検知部を透過する光を出射可能な１以上の発光手段と、上記被検知部を透過して上記分析用具から出射した光を受光可能な１以上の受光手段と、を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記発光手段および受光手段を、たとえば上記分析装置の小型化に適した配置とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記分析用具の上記被検知部は、上記微細流路に繋がる開放空間と、上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜とによって構成されており、上記発光手段が、上記隔離壁に対してエネルギーを付与するエネルギー付与手段を兼ねている。このような構成によれば、上記開孔が形成されたことにより、たとえば毛細管現象によって送液が開始されたことを、光学的な手段によって瞬時に検知することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの上記受光手段により、複数の上記被検知部からの光を受光する構成とされている。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの上記発光手段により、複数の上記被検知部に対して光を照射する構成とされている。このような構成によれば、上記分析装置の小型化に好適である。

本発明の第４の側面によって提供される光学検知システムは、１以上の発光手段と、上記発光手段から発せられた光を透過しうる状態を有する１以上の被検知部と、上記被検知部を透過した光を受光する１以上の受光手段と、を備える、光学検知システムであって、上記発光手段と上記被検知部との間、または上記被検知部と上記受光手段との間、の少なくともいずれかに、上記被検知部において光が透過する透過方向、およびこの透過方向と交差する方向、に光を進行させうる光路変更手段を備えることを特徴としている。

このような構成によれば、上記受光手段または上記発光手段のいずれかを、上記被検知部に対して上記透過方向と交差する方向にシフトさせることが可能である。これにより、上記光学検知システムの構成要素の配置を容易とすることができる。たとえば、上記被検知部と上記受光手段との間に上記光路変更手段を設ければ、上記受光手段を上記被検知部の正面からシフトした位置に配置することができる。これにより、上記被検知部にたとえば電気基板を接近させ、この電気基板とシフトされた上記受光手段とを並列させることが可能である。これは、上記光学検知システムの薄型化に有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記光路変更手段は、上記透過方向と交差する方向に延びる、透光性を有する拡散板である。このような構成によれば、上記光路変更手段を設けるにもかかわらず、上記光学検知システムを比較的小型とすることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの上記受光手段により、複数の上記被検知部からの光を受光する構成とされている。

本発明の好ましい実施の形態においては、１つの上記発光手段により、複数の上記被検知部に対して光を照射する構成とされている。このような構成によれば、上記検知システムの小型化に有利である。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図６は、本発明に係る分析用具および分析装置の第１実施形態を示している。本実施形態のマイクロデバイスＡ１および分析装置Ｂ１は、たとえば血液などの検体Ｓを対象として、光学的手法により特定成分に関する分析を行うためのものである。マイクロデバイスＡ１は、本発明で言う分析用具の一例であり、分析装置Ｂ１は、マイクロデバイスＡ１を装填可能に構成されている。なお、図４においては、理解の便宜上、後述するマイクロデバイスＡ１のカバー２、隔離膜３、および分離膜４を省略している。

マイクロデバイスＡ１は、全体が略円板状とされており、図２に示すように、ベース１Ａ，１Ｂ、カバー２、隔離膜３、および分離膜４を備えている。ベース１Ａは、たとえばポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）といった透明な樹脂材料からなり、円板状とされている。図２および図４に示すように、ベース１Ａには、導入室１１、複数の分析室１２、複数の開放室１３Ａ，１４Ａ、複数の流路１５，１６，１７、および複数の凹部１８（図５参照）が形成されている。

導入室１１は、ベース１Ａの中央に設けられており、断面円形状とされている。複数の分析室１２は、ベース１Ａの周方向において等ピッチで設けられており、それぞれが断面円形状とされている。複数の開放室１３Ａは、複数の分析室１２よりもベース１Ａの中央寄りの領域に、ベース１Ａの周方向において等ピッチで設けられており、それぞれが分析室１２よりも若干小径である断面円形状とされている。複数の開放室１４Ａは、複数の分析室１２よりもベース１Ａの外縁寄りの領域に、ベース１Ａの周方向において等ピッチで設けられており、それぞれが開放室１３Ａと同程度のサイズの断面円形状とされている。分析室１２と開放室１４Ａとは、ベース１Ａの周方向位置がほぼ一致している。一方、開放室１３Ａは、分析室１２および開放室１４Ａに対して、ベース１Ａの周方向位置が若干ずれた関係となっている。

各分析室１２には、試薬１２ａが塗布されている。試薬１２ａは、検体が供給されたときに溶解する乾燥固体状とされており、検体中の特定成分と反応して発色するものである。本実施形態では、マイクロデバイスＡ１において複数の項目を測定できるように、たとえば成分または組成の異なる複数種類の試薬１２ａが準備されている。ただし、試薬１２ａは、必ずしも全ての分析室１２に設ける必要はなく、たとえば検体の色味による影響を補正するために利用される分析室１２については試薬１２ａが省略される。

複数の流路１５は、導入室１１から放射線状に延びており、導入室１１と複数の分析室１２とを繋いでいる。流路１６は、流路１５から直角に分岐しており、開放室１３Ａに繋がっている。流路１７は、分析室１２と開放室１４Ａとを繋いでいる。流路１５，１６，１７は、たとえば矩形断面とされており、幅および深さが１０〜５００μｍおよび５〜５００μｍ、幅／深さが０．５以上とされている。

後述する毛細管現象を利用した検体の送液を適切に行うには、流路１５，１６，１７の内面に親水処理を施しておくことが好ましい。親水処理方法としては、公知の種々の方法を採用することができるが、たとえば各内面に親水性ポリマーコート処理を施すことが好ましい。または、各内面に界面活性剤を塗布することにより行うこともできる。このほかには、フッ素ガスおよび酸素ガスを含む混合ガスを、各内面に接触させた後に、水または水蒸気を各内面に接触させることにより行ってもよい。この方法では、ガスや水などを用いて親水処理が行われるため、公知の親水処理方法である紫外線照射では困難な起立面（流路などの側面）に対しても、親水処理を確実に行うことができる。各内面の親水処理は、たとえば純水に対する接触角が０〜８０度となるように行われる。

図５に示すように、複数の凹部１８は、複数の分析室１２の厚さ方向反対側に設けられている。凹部１８は、ベース１Ａの厚さを部分的に薄くすることにより、分析室１２に照射されるレーザ光が減衰したり、色味が変わったりすることを極力避けるために設けられている。

ベース１Ｂは、たとえばポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）といった透明な樹脂材料からなり、円板状とされている。ベース１Ｂは、たとえば接着剤（図示略）によってベース１Ａに貼り付けられている。図２および図５に示すように、ベース１Ｂには、導入孔１１Ｂおよび複数の開放室１３Ｂ，１４Ｂが形成されている。導入孔１１Ｂは、導入室１１と重なる断面円形状の貫通孔である。複数の開放室１３Ｂは、複数の開放室１３Ａと重なる位置に設けられており、それぞれ断面円形状とされている。複数の開放室１４Ｂは、複数の開放室１４Ａと重なる位置に設けられており、それぞれが断面円形状とされている。

カバー２は、図２に示すように、隔離膜３および分離膜４を介してベース１Ｂに貼り付けられており、たとえばポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、あるいはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）といった透明な樹脂材料からなる円板状とされている。図２および図３に示すように、カバー２には、導入孔２１、複数の凹部２２、および複数の開孔２３，２４が形成されている。

導入孔２１は、カバー２の中央に設けられており、導入室１１および導入孔１１Ｂと重なる配置とされている。導入孔２１は、断面円形状の貫通孔である。複数の凹部２２は、カバー２の周方向において等ピッチで設けられており、それぞれが分析室１２と重なる配置とされている。凹部２２は、断面円形状であり、カバー２の厚さを部分的に薄くすることにより、分析室１２に照射されるレーザ光が減衰したり、色味が変わったりすることを極力避けるために設けられている。複数の開孔２３は、カバー２の周方向において等ピッチで設けられており、それぞれが開放室１３Ａ，１３Ｂと重なる配置とされている。開孔２３は、断面円形状の貫通孔である。複数の開孔２４は、カバー２の周方向において等ピッチで設けられており、それぞれが開放室１４Ａ，１４Ｂと重なる配置とされている。開孔２４は、断面円形状の貫通孔である。

隔離膜３は、図２、図５、および図６に示すように、ベース１Ｂとカバー２との間に介在しており、たとえば接着剤（図示略）によってこれらと接合されている。隔離膜３は、２つのリング状部３１，３２からなり、たとえば熱可塑性樹脂と、照射される光に対する吸収性を高めるための添加剤と、を含有した材料により形成されている。これにより、たとえば所定以上の出力を有するレーザ光が照射されると、隔離膜３はその照射された部分が瞬時に溶解し孔が形成される性質を備える。

リング状部３１は、複数の開放室１３Ａ，１３Ｂを覆うように設けられている。リング状部３２は、複数の開放室１４Ａ，１４Ｂを覆うように設けられている。さらに、リング状部３１，３２は、いずれも複数の分析室１２とは重ならないサイズおよび配置とされている。リング状部３１は、開放室１３Ａと開孔２３とを隔離している。リング状部３２は、開放室１４Ａと開孔２４とを隔離している。

熱可塑性樹脂としては、隔離膜３に照射すべき光エネルギ量を低減する観点からは、融点が１００℃以下であるものを使用するのが好ましく、さらに好ましくは、融点が８５℃以下のものが使用される。実用的には、熱可塑性樹脂として、融点が５０〜８５℃のものを使用するのが好ましい。熱可塑性樹脂の融点が不当に小さい場合には、保存時などに隔離膜３が軟化し、あるいは溶けてしまう一方、融点が不当に大きい場合には、上述のように照射すべき光エネルギ量が大きくなり、ランニングコストが増大するからである。また、使用するレーザのエネルギ量が小さいほど、分析装置Ｂ１に施すべき漏光対策が軽減される。これは、分析装置Ｂ１のコストダウンに有利である。

本発明で使用できる熱可塑性樹脂は、目的を達成できる範囲において選択すればよく、単一のモノマを重合させたホモポリマ（ストレートポリマ）に限らず、共重合体（コポリマ）あるいはポリマアロイを使用することができる。共重合体あるいはポリマアロイでは、その組み合わせおよび配合比率を選択することにより、目的とする融点を有する熱可塑性樹脂を形成することができる。

ホモポリマとしては、たとえば低融点（ナイロン系）ポリアミド樹脂を使用することができる。共重合体としては、エチレン系のものが好ましく使用され、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体やエチレン系アイオノマーを使用することができる。エチレン−酢酸ビニル共重合体では、酢酸ビニルの含量を大きくするほど融点を低くすることができ、たとえば酢酸ビニルの含量を６％とすれば融点を１００℃程度、酢酸ビニルの含量を２８％とすれば融点を５８℃程度とすることができる。エチレン−酢酸ビニル共重合体としては、典型的には、酢酸ビニルの含量が５〜３５％のものが使用される。エチレン系アイオノマーは、エチレンと不飽和カルボン酸の共重合体の金属塩であり、金属塩の種類やモノマの比率を選択することにより融点を８０〜１００℃の範囲とすることができる。金属塩としては、ＺｎやＮａを例示することができる。

さらに、上記添加剤としては、光吸収粒子として、フタロシアニン系顔料、カーボン系顔料、およびアンソラキノン系顔料などを用いることができる。この光吸収粒子の平均粒径は、０．１〜３０μｍ程度が好ましく、１〜３０重量部程度の割合で混入することが好ましい。

分離膜４は、検体中の固体成分、たとえば血液中の血球成分を分離するためのものである。分離膜４は、略円形状であり、図２および図５に示すように、ベース１Ｂの導入孔１１Ｂを覆うサイズとされている。分離膜４は、導入孔２１と導入孔１１Ｂとの間に介在する格好となっている。分離膜４としては、たとえば多孔質物質を使用することができる。分離膜４として使用できる多孔質物質としては、たとえば紙状物、フォーム（発泡体）、織布状物、不織布状物、編物状物、メンブレンフィルター、ガラスフィルター、あるいはゲル状物質が挙げられる。検体として血液を用い、分離膜４において血液中の血球成分を分離する場合には、分離膜４として、その細孔径（ポアサイズ）が０．１〜１０μｍのものを使用するのが好ましい。

図１に示すように、分析装置Ｂ１は、発光モジュール５Ａ，５Ｂ、受光モジュール６Ａ，６Ｂ、拡散板７、支持台８１、および回転軸８２を備えており、分析用具としてのマイクロデバイスＡ１を装填可能に構成されている。

支持台８１は、略円板状であり、マイクロデバイスＡ１をはめ込み可能な凹部が形成されている。回転軸８２は、支持台８１に連結されており、図外の駆動源としてのたとえばモータの駆動力によって支持台８１とともにマイクロデバイスＡ１を所定角度ずつ回転させるためのものである。

発光モジュール５Ａ，５Ｂは、分析装置Ｂ１の発光手段であり、支持台８１にマイクロデバイスＡ１が装填されたときに、マイクロデバイスＡ１の下方に位置するように設けられている。２つの発光モジュール５Ａは、開放室１３Ａ，１４Ａの下方に配置されており、隔離膜３に孔を設けるために用いられ、レーザ素子を内蔵することにより所定の波長のレーザ光を照射可能な光源装置として構成されている。発光モジュール５Ａに用いられるレーザ素子としては、赤色、緑色、青色の光、あるいは赤外光や紫外光を出射可能な単色光源を用いるのが好ましいが、白色などの複合光を出射可能なものを使用してもよい。レーザ光のスポット径、出力、および照射時間は、隔離膜３の膜厚や光吸収率にもよるが、それぞれ、たとえば５０〜３００μｍ、５〜５０ｍＷ、および０．１〜１０秒とされる。

発光モジュール５Ｂは、マイクロデバイスＡ１の分析室１２に対して光を照射するためのものであり、マイクロデバイスＡ１が装填されたときに分析室１２の下方に位置するように設けられている。発光モジュール５Ｂは、たとえば白色光を発光可能なレーザダイオードを内蔵している。発光モジュール５Ｂの出射方向正面には、たとえばフィルタ（図示略）が設けられている。発光モジュール５Ｂからの光は、このフィルタを透過した後に照射される。これは、フィルタにおいて、検体中の分析対象成分の光吸収特性に則した波長の光を選択するためである。

受光モジュール６Ａ，６Ｂは、たとえばシリコンフォトダイオードを内蔵しており、所定の波長の光を受光することにより、起電力を生じる機能を有する。さらに、ＩＣチップを内蔵することにより、上記起電力に基づく受光信号を出力することが可能である。受光モジュール６Ａは、発光モジュール５Ａから発せられたレーザ光を受光可能とされている。受光モジュール６Ｂは、発光モジュール５Ｂから発せられた光を受光可能とされており、マイクロデバイスＡ１が装填されたときに、分析室１２の直上に位置するように設けられている。

拡散板７は、入射した光をその全体に向けて拡散し、かつこれらの光を略全表面から出射することが可能とされた板状部材であり、図１、図３、図４に示すように本実施形態においては略コの字状とされている。このような拡散板７の形状は、１組の開放室１３Ａ，１４Ａを覆うとともに、これらの開放室１３Ａ，１４Ａに挟まれた分析室１２とは重ならないことが意図されたものである。本実施形態においては、拡散板７のうちマイクロデバイスＡ１の外縁寄り部分の直上に、受光モジュール６Ａが配置されている。拡散板７としては、たとえばアクリサンデー株式会社製アクリサンデー板（乳白色）を、適宜裁断することにより形成することができる。

次に、マイクロデバイスＡ１および分析装置Ｂ１を用いた分析方法の一例について説明する。この分析方法においては、本発明に係る光学検知システムが構成されている。

まず、図７に示すように、検体Ｓを導入室１１に導入する。検体Ｓは、たとえば人体から採取された血液から、分離膜４によって血球成分が除去されたものである。導入室１１に導入された検体Ｓは、複数の分析室１２において、それぞれに塗布された試薬１２ａに応じた分析がなされる。これらの分析は、マイクロデバイスＡ１を回転軸８２によって所定角度回転させることを繰り返すことにより順次行われる。以降の説明においては、発光モジュール５Ａ，５Ｂと受光モジュール６Ａ，６Ｂに挟まれた位置に置かれた分析室１２における分析について述べる。

導入室１１に繋がる流路１５，１６，１７、分析室１２、および開放室１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂは、いずれも閉空間とされている。このため、検体Ｓは、導入室１１に滞留したままとなっている。次いで、図８に示すように、開放室１３Ａの下方に位置する発光モジュール５Ａからレーザ光を照射する。このレーザ光は、ベース１Ａを透過し、開放室１３Ａ，１３Ｂを通して、隔離膜３のリング状部３１のうち開放室１３Ａ，１３Ｂを覆う部分に照射される。上述したように、隔離膜３は、レーザ光を吸収しやすい材質によって形成されている。レーザ光吸収によって生じる熱によりリング状部３１の一部が溶融すると、リング状部３１にレーザ孔３３が形成される。

発光モジュール５Ａからのレーザ光は、レーザ孔３３および開口２３を通して、拡散板７に入射することとなる。本実施形態においては、拡散板７の全体が乳白色に混濁した半透明の樹脂によって形成されている。このため、拡散板７に入射した光は、ただちに拡散板７の全体に拡散する。そして、拡散板７のほぼ全表面からあらゆる方向に向かって出射される。すなわち、拡散板７全体が発光モジュール５Ａからのレーザ光に応じた色に輝く状態となる。受光モジュール６Ａは、開放室１３Ａ，１３Ｂの直上には設けられていないが、拡散板７の一部に正対している。このため、拡散板７からの光が受光モジュール６Ａに入射する。受光モジュール６Ａが受光したことを知らせる受光信号が出力されることにより、リング状部３１にレーザ孔３３が形成されたことを認識できる。

レーザ孔３３が形成されることにより、開放室１３Ａ，１３Ｂが開孔２３と挿通状態となる。開孔２３は、マイクロデバイスＡ１外の大気に通じている。これにより、検体Ｓに毛細管現象が生じる。この結果、図９に示すように、検体Ｓは、流路１５、流路１６を経て、開放室１３Ａへと送液される。一方、流路１５のうち流路１６が連結された部分より下流側部分は、いまだ閉空間状態とされている。このため、検体Ｓは、流路１５のさらに下流側には送液されず、流路１５と流路１６との連結部分付近にとどまる。

受光モジュール６Ｂからの受光信号によりレーザ孔３３が形成されたことを認識すると、検体Ｓが送液されるのに適した時間を経過させた後に、図１０に示すように開放室１４Ａの下方に位置する発光モジュール５Ａからレーザ光を照射する。このレーザ光は、ベース１Ａ、開放室１４Ａ，１４Ｂを通して、隔離膜３のリング状部３２のうち開放室１４Ａ，１４Ｂを覆う部分に照射される。これにより、リング状部３２にレーザ孔３４が形成される。すると、発光モジュール５Ａからのレーザ光は、レーザ孔３４、および開孔２４を通して拡散板７に入射する。これにより、拡散板７全体が乳白色に輝く状態となり、その光が受光モジュール６Ａによって受光される。受光モジュール６Ａからの受光信号により、リング状部３２にレーザ孔３４が形成されたことを認識できる。

レーザ孔３４が形成されることにより、開放室１４Ａ，１４Ｂが開孔２４と挿通状態となる。開孔２４は、マイクロデバイスＡ１外の大気に通じている。これにより、検体Ｓに新たに毛細管現象が生じる。この結果、図１１に示すように、検体Ｓは、流路１５、分析室１２、および流路１７を経て、開放室１４Ａへと送液される。開放室１４Ａ，１４Ｂは、開孔２４と挿通しているが、比較的小径であるレーザ孔３４を有する隔離壁３によって覆われている。このため、開放室１４Ａ，１４Ｂに到達した検体Ｓがさらに開孔２４へと流出するおそれはない。

分析室１２に導入された検体Ｓは、試薬１２ａを溶融させる。これにより、試薬１２ａの種類に応じた、検体Ｓの特定成分との呈色反応が生じる。上述した受光モジュール６Ａが受光したことを認識してから、分析室１２が検体Ｓによって満たされ、かつ検体Ｓと試薬１２ａとの呈色反応が完了するのに十分な時間を経過させた後に、図１２に示すように、発光モジュール５Ｂから光を照射する。この光は、凹部１８からベース１Ａを透して分析室１２に到達する。試薬１２ａと検体Ｓとの呈色反応により、光は、分析室１２を透過する間に所定の色に選択されることとなる。この選択された色の光が、ベース１Ｂおよびカバー２を透して、凹部２２から受光モジュール６Ｂに入射する。拡散板７は、凹部２２を露出させる略コの字状とされているため、分析室１２を透過した光が、拡散板７に入射することはない。受光モジュール６Ｂにおいては、受けた光の光量に基づいて受光信号を生じる。この受光信号に基づいて、分析室１２における呈色反応の度合いが判定可能となり、試薬１２ａに応じた検体Ｓに含まれる特定成分の濃度などを分析することができる。

この後は、回転軸８２によってマイクロデバイスＡ１を所定角度回転させることにより、分析が終了した分析室１２と隣り合う分析室１２を発光モジュール５Ｂと受光モジュール６Ｂとの間に位置させる。そして、上述した毛細管現象を利用した検体Ｓの送液、および光学的手法による分析を行う。これらを繰り返すことにより、複数の分析室１２に塗布された試薬１２ａの種類に応じた、様々な分析を行うことができる。

次に、マイクロデバイスＡ１、分析装置Ｂ１、およびこれらを用いた分析方法、さらにはこれに含まれる光学検知システムの作用について説明する。

本実施形態によれば、発光モジュール５Ａからのレーザ光によってレーザ孔３３，３４が形成されたことを、受光モジュール６Ａによって瞬時に認識することができる。このため、検体Ｓが毛細管現象によって送液される時間だけ待てば次の分析処理などを行うことができる。この待ち時間には、レーザ孔３３，３４を確実に形成するために発光モジュール５Ａからの照射時間を一律に延長するなどの余分な時間は含まれない。したがって、検体Ｓの特定成分についての分析時間を短縮することが可能である。特に、マイクロデバイスＡ１を用いた分析においては、多数の分析室１２に対して分析処理が繰り返される。上述した理由により、１回あたりの分析時間が短縮されるため、これが積算されるマイクロデバイスＡ１全体の総分析時間を大幅に短縮することができる。

発光モジュール５Ａからレーザ光を照射したにもかかわらず、レーザ孔３３，３４が万が一形成されなかったとしても、受光モジュール６Ａによって受光しないことをもって、レーザ孔３３，３４の形成不良を認識することが可能である。これにより、たとえば検体Ｓが分析室１２に適切に送液されていない状態で、誤って光学的分析を行ってしまうことを防止することができる。また、レーザ孔３４が形成されたことを検知してから検体Ｓが分析室１２に送液されるのに十分な時間を経過させることにより、たとえば試薬１２ａが十分に溶解していない状態、すなわち呈色反応が完全に完了していない状態で分析を行ってしまうおそれが少ない。

開孔２３，２４を通過した光を入射させることにより全体が発光モジュール５Ａからのレーザ光に応じた色に輝く状態となった拡散板７は、開孔２３，２４の直上の位置以外に置かれた受光モジュール６Ａに光を受光させる。このため、受光モジュール６Ａを開孔２３，２４の直上以外の、たとえばマイクロデバイスＡ１の外縁寄り部分に配置することが可能である。特に、内周側に位置する開孔２３の直上には、たとえば検体Ｓを導入するための機構など、分析装置Ｂ１を構成する図外の部品などが配置される場合が多い。開孔２３，２４の位置にとらわれず、受光モジュール６Ａを配置可能であることは、小型化が図られたマイクロデバイスＡ１に適合したサイズの分析装置Ｂ１を構成するのに有利である。

光路変更手段としての拡散板７は、非常に薄肉の部材である。このため、マイクロデバイスＡ１に重なる位置に配置したとしても、分析装置Ｂ１が不当に大型化することを回避することができる。また、拡散板７は、開孔２３，２４を覆いつつ、分析室１２を露出させるような形状に仕上げることが容易である。これは、開孔２３，２４および分析室１２が密に配置されるほど、分析装置Ｂ１の設計を容易とする利点となる。

さらに、本実施形態においては、２つの開孔２３，２４を通過してきた光を、１つの受光モジュール６Ａによって受光する構成とされている。これにより、本発明で言う受光手段を設置するためのスペースを大幅に縮小することが可能である。拡散板７は、入射してきた光を広い領域に拡散させることが可能であり、マイクロデバイスＡ１の複数個所から出射される光を１つの受光モジュール６Ａによって受光させるのに好適である。

図１３〜図１６は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図１３は、本発明に係る分析装置の第２実施形態を示している。本実施形態の分析装置Ｂ２は、受光モジュール６Ａの配置が、上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、受光モジュール６Ａは、拡散板７に対してマイクロデバイスＡ１の径方向外方に設けられており、拡散板７の側面に正対している。発光モジュール５Ａのいずれかからレーザ光が拡散板７に入射すると、拡散板７全体がこのレーザ光に応じた色に輝く。このため、拡散板７の側面から出射された光が、受光モジュール６Ａによって受光される。

このような実施形態によっても、たとえば血液などに含まれる特定成分の分析に要する時間の短縮化や、分析装置Ｂ２の小型化を図ることができる。特に、受光モジュール６Ａを上述した配置とすることにより、マイクロデバイスＡ１の上方には、受光モジュール６Ａのためのスペースを確保する必要がない。これにより、分析装置Ｂ２のその他の構成部品を、マイクロデバイスＡ１の直上に位置するように設けることが容易となっている。

図１４は、本発明に係る分析装置の第３実施形態を示している。本実施形態の分析装置Ｂ３は、拡散板７の形状、および受光モジュール６Ａの配置が、上述したいずれの実施形態とも異なっている。本実施形態においては、拡散板７は、マイクロデバイスＡ１からマイクロデバイスＡ１の径方向外方にオーバーハングしている。たとえば、上述した第１および第２実施形態で示した拡散板７に、上記径方向外方に延びた部分が追加された形状とされている。そして、受光モジュール６Ａは、拡散板７のうちマイクロデバイスＡ１からオーバーハングした部分の直下において、上向きに配置されている。

このような実施形態によっても、たとえば血液などに含まれる特定成分の分析に要する時間の短縮化や、分析装置Ｂ３の小型化を図ることができる。特に、本実施形態においては、受光ジュール６Ａを発光モジュール５Ａ，５Ｂとともに、同一の回路基板（図示略）に搭載することも可能である。このように、光路変換手段としての拡散板７を備えることにより、本発明に係る分析装置は、受光モジュール６Ａの配置が拘束されにくいという利点を有する。

図１５は、本発明に係る分析用具の第２実施形態、および本発明に係る分析装置の第４実施形態を示している。本実施形態においては、本発明で言う光路変換手段が、分析装置Ｂ４ではなく、マイクロデバイスＡ２に備えられている点が、上述したいずれの実施形態とも異なっている。マイクロデバイスＡ２は、ベース１Ａ，１Ｂ、カバー２’、隔離膜３、分離膜４を備えている。カバー２’は、入射した光をその全体に導くとともに、その略全表面から出射可能となる材質によって形成されており、本発明で言う光路変換手段を兼ねている。カバー２’の具体例としては、上述したアクリサンデー株式会社製アクリサンデー板（乳白色）が挙げられる。

カバー２’には、開孔２２’、開放室２５，２６および通気溝２７，２８が形成されている。開放室２５，２６は、カバー２’の下面に開口する凹部であり、隔離膜３によって塞がれている。カバー２’には、複数の開放室２５，２６が、第１実施形態における複数の開孔２３，２４に対応する位置に設けられている。通気溝２７は、開放室２５と開放室２６とを繋ぐための溝である。通気溝２８は、開放室２６を大気と通じさせるための溝である。このような構成により、開放室２５，２６は、第１実施形態で述べた開孔２３，２４と同様に、毛細管現象を利用した送液を実現する機能を果たす。

開孔２２’は、分析室１２の直上に設けられており、第１実施形態における凹部２２に対応する。光学的分析を行うための発光モジュール５Ｂからの光は、分析室１２から開孔２２’を通して受光モジュール６Ｂによって受光される。このため、乳白色とされたカバー２’によって分析に供される光が吸収されたり拡散されたりすることはない。

カバー２’の上面は、透明膜２９によって覆われている。透明膜２９は、ほとんど全ての波長の光に対して透光性を有する膜であり、開孔２２’を通して分析室１２が大気に不当に暴露されることを防ぐため設けられている。カバー２’から受光モジュール６Ａに入射すべき光は、透明膜２９によって吸収されること無く受光モジュール６Ａに受光される。

このような実施形態によれば、分析装置Ｂ４には、本発明で言う光路変換手段を設ける必要がない。このため、分析装置Ｂ４の小型化をさらに促進することができる。マイクロデバイスＡ２としては、カバー２’に本発明で言う光路変換手段の機能を付与したにも関わらず、サイズが大きくなることがない。したがって、マイクロデバイスＡ２および分析装置Ｂ４の双方の小型化を図りつつ、本発明に係る光学検知システムを実現し、確実な分析および分析時間の短縮化が達成される。

図１６は、本発明に係る光学検知システムの他の例を示している。本実施形態の光学検知システムＣは、１つの発光モジュール５Ｂ、複数の受光モジュール６Ｂ、ベース１Ｃ、および拡散板７を備えている。そして、本実施形態においては、発光モジュール５Ｂとベース１Ｃとの間に、拡散板７が配置されている。ベース１Ｃは、複数の液貯め部１９を有している。ベース１Ｃは、液貯め部１９のそれぞれにたとえば検体Ｓが貯められることに用いられる。

発光モジュール５Ｂからの光は、拡散板７に入射した後に、すべての液貯め部１９に照射される。検体Ｓは、発光モジュール５Ｂからの光を吸収するものである。このため、液貯め部１９に適切に検体Ｓが貯められていると、その液貯め部１９の直下にある受光モジュール６Ｂは受光しない。一方、誤って検体Ｓが貯められていない液貯め部１９があると、この液貯め部１９の直下にある受光モジュール６Ｂは発光モジュール５Ｂからの光を受光することとなる。これにより、液貯め部１９に誤って検体Ｓが貯められていないことを検知することができる。

このような実施形態によれは、複数の液貯め部１９（被検知部）よりも少ない数の発光モジュール５Ｂによって、複数の検知処理を一括して行うことができる。このように、本発明は、発光手段および受光手段の双方の数を、被検知部の数よりも顕著に少ないものとすることが可能である。

本発明に係る光学検知システム、分析用具、分析装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る光学検知システム、分析用具、分析装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明で言う光学検知システムは、分析用具と分析装置とが組み合わされることにより構成されるものに限定されず、発光手段からの光が透過されたことを受光手段によって受光することにより検出するあらゆる系に採用することができる。

上述したベース１Ｂを省略し、ベース１Ａの略全面を覆う隔離膜３を備える構成としてもよい。この場合、隔離膜３には、導入室１１および複数の分析室１２を露出させる複数の開孔を設けておく。また、分離膜４は、隔離膜３に設けられた開孔に嵌め込むように配置すればよい。

本発明で言う被検知部は、光を透過する状態および全く透過しない状態のみを有するものに限定されない。たとえば、光に対する透過率が連続的に変化しうる被検知部であってもよい。この場合、この被検知部を透過する光の光量は、非検知部の状態に応じて連続的に変化することとなる。光路変更手段として、このような光量の変化を十分に伝達可能なものを用いれば、受光手段によって光量の変化を検知できる。このような構成によれば、非検知部の状態をある程度定量的に把握することができる。

本発明で言う光路変更手段は、上述した乳白色の拡散板に限定されず、たとえば、所定の形状に仕立てられたグラスウールを用いてもよい。グラスウールによれば、あらゆる方向に光を拡散させることが可能であり、さらに複雑な形状に仕上げやすいという利点がある。また、たとえば透明な材質からなる、屈折と反射とを利用したいわゆるプリズムタイプのものを用いてもよい。さらに、入射した光をあらゆる方向に拡散させる光路変更手段として、コロイド溶液、紙、布、半透明ガラス、高輝度光散乱ポリマ導光体を用いてもよい。

本発明で言う発光手段としては、レーザダイオードを内蔵するものの他に、発光ダイオード、ハロゲンランプ、キセノンランプ、あるいはタングステンランプなどを使用することもできる。

本発明に係る分析用具および分析装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図１に示す分析用具の分解斜視図である。 図１に示す分析用具の平面図である。 図１に示す分析用具のベースを示す平面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う要部断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿う要部断面図である。 図１に示す分析用具および分析装置を用いた分析方法において、導入室に検体を導入した状態を示す要部平面図である。 図１に示す分析用具および分析装置を用いた分析方法において、レーザ孔を形成する工程を示す要部断面図である。 図１に示す分析用具および分析装置を用いた分析方法において、検体の送液を示す要部平面図である。 図１に示す分析用具および分析装置を用いた分析方法において、レーザ孔を形成する工程を示す要部断面図である。 図１に示す分析用具および分析装置を用いた分析方法において、検体の送液を示す要部平面図である。 図１に示す分析用具および分析装置を用いた分析方法において、光学的手段による分析工程を示す要部断面図である。 本発明に係る分析装置の第２実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る分析装置の第３実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る分析用具の第２実施形態および分析装置の第４実施形態を示す要部断面図である。 本発明に係る光学検知システムの他の例を示す断面図である。 従来の分析用具の一例を示す要部平面図である。 図１７のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿う要部断面図である。 従来の分析方法の一例において、レーザ孔を形成する工程を示す要部断面図である。 従来の分析方法の一例において、検体の送液を示す要部平面図である。 従来の分析方法の一例において、光学的手段による分析工程を示す要部断面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 分析器具
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ 分析装置
Ｃ 光学検知システム
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ ベース
２ カバー
２’ カバー（光路変更手段）
３ 隔離膜
４ 分離膜
５Ａ，５Ｂ 発光モジュール（発光手段）
６Ａ，６Ｂ 受光モジュール（受光手段）
７ 拡散板（光路変更手段）
１１ 導入室
１１Ｂ 導入孔
１２ 分析室
１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ 開放室
１５，１６，１７ 流路
１４ａ 試薬
１８ 凹部
１９ 液貯め部
２１ 導入孔
２２ 凹部
２３，２４ 開孔
２５，２６ 開放室
２７，２８ 通気溝
２９ 透明膜
３３，３４ レーザ孔
８１ 支持台
８２ 回転軸

Claims (15)

1. 分析対象である流体が送液される微細流路と、上記微細流路に繋がる開放空間、および上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜によって構成されており、上記隔離膜に開孔が形成された状態において、外部から入射した光が上記開孔を通して、外部に出射可能とされている１以上の被検知部と、を有する分析用具が装填される分析装置であって、
   上記被検知部を透過する光を出射可能な１以上の発光手段と、
   上記被検知部を透過して上記分析用具から出射した光を受光可能な１以上の受光手段と、
   上記発光手段と上記分析用具との間、または上記分析用具と上記受光手段との間、の少なくともいずれかに、上記被検知部において光が透過する透過方向、およびこの透過方向と交差する方向、に光を進行させうる光路変更手段を備えることを特徴とする、分析装置。
2. 上記光路変更手段は、上記透過方向と交差する方向に延びる、透光性を有する拡散板である、請求項１に記載の分析装置。
3. 上記発光手段が、上記隔離壁に対してエネルギーを付与するエネルギー付与手段を兼ねている、請求項１または２に記載の分析装置。
4. １つの上記受光手段により、複数の上記被検知部からの光を受光する構成とされている、請求項１または２に記載の分析装置。
5. １つの上記発光手段により、複数の上記被検知部に対して光を照射する構成とされている、請求項１または２に記載の分析装置。
6. 分析対象である流体が送液される微細流路が形成された分析用具であって、
   光を透過しうる状態を有する１以上の被検知部を有しており、
   上記被検知部を透過する、または透過した光を、上記被検知部において光が透過する透過方向、およびこの透過方向と交差する方向、に進行させうる光路変更手段を備えていることを特徴とする、分析用具。
7. 上記被検知部は、上記微細流路に繋がる開放空間と、上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜とによって構成されており、
   上記隔離膜に開孔が形成された状態において、外部から入射した光が上記開孔を通して、外部に出射可能とされている、請求項６に記載の分析用具。
8. 請求項６または７に記載の分析用具が装填される分析装置であって、
   上記被検知部を透過する光を出射可能な１以上の発光手段と、
   上記被検知部を透過して上記分析用具から出射した光を受光可能な１以上の受光手段と、
   を備えることを特徴とする、分析装置。
9. 上記分析用具の上記被検知部は、上記微細流路に繋がる開放空間と、上記開放空間を遮蔽し、かつ外部からエネルギーを付与されることにより開孔可能とされた隔離膜とによって構成されており、
   上記発光手段が、上記隔離壁に対してエネルギーを付与するエネルギー付与手段を兼ねている、請求項８に記載の分析装置。
10. １つの上記受光手段により、複数の上記被検知部からの光を受光する構成とされている、請求項８に記載の分析装置。
11. １つの上記発光手段により、複数の上記被検知部に対して光を照射する構成とされている、請求項８に記載の分析装置。
12. １以上の発光手段と、
    上記発光手段から発せられた光を透過しうる状態を有する１以上の被検知部と、
    上記被検知部を透過した光を受光する１以上の受光手段と、
    を備える、光学検知システムであって、
    上記発光手段と上記被検知部との間、または上記被検知部と上記受光手段との間、の少なくともいずれかに、上記被検知部において光が透過する透過方向、およびこの透過方向と交差する方向、に光を進行させうる光路変更手段を備えることを特徴とする、光学検知システム。
13. 上記光路変更手段は、上記透過方向と交差する方向に延びる、透光性を有する拡散板である、請求項１２に記載の光学検知システム。
14. １つの上記受光手段により、複数の上記被検知部からの光を受光する構成とされている、請求項１２または１３に記載の光学検知システム。
15. １つの上記発光手段により、複数の上記被検知部に対して光を照射する構成とされている、請求項１２または１３に記載の光学検知システム。