JP2009115731A - Microchip inspection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロチップ検査装置に関するものである。 The present invention relates to a microchip inspection apparatus.
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、従来の試料調製、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段(例えばポンプ、バルブ、流路、センサーなど)を微細化して1チップ上に集積化したシステムが注目されている。これは、μ−TAS(Micro Total Analysis System)とも呼ばれ、マイクロチップといわれる部材に、試薬と試料(例えば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液を処理して抽出したDNA処理した抽出溶液など)を合流させ、その反応を検出することにより試料の特性を調べるものである。 In recent years, by making full use of micromachine technology and ultrafine processing technology, devices and means (for example, pumps, valves, flow paths, sensors, etc.) for performing conventional sample preparation, chemical analysis, chemical synthesis, etc. have been miniaturized. A system integrated on a chip attracts attention. This is also referred to as μ-TAS (Micro Total Analysis System), and a DNA-treated extraction solution obtained by processing a reagent and a sample (for example, urine, saliva, and blood of a subject to be examined) on a member called a microchip. Etc.) and the characteristics of the sample are examined by detecting the reaction.
マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、試薬や試料を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える液溜部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。 In the microchip, a substrate made of a resin material or a glass material is provided with a fine channel through which a reagent or sample can flow and a liquid reservoir for storing the reagent, and various patterns have been proposed.
そして、これらマイクロチップを用いて試料の特性を調べる際は、マイクロポンプなどで駆動液をマイクロチップの微細流路に送液し、マイクロチップ内に収容されている試薬や試料を押し出すことにより、試薬と試料とを反応させて被検出部に導き、検出を行う。被検出部では、例えば光学的な検出方法などによって目的物質の検出が行われる。 And when examining the characteristics of the sample using these microchips, the driving liquid is sent to the microchannel of the microchip with a micropump, etc., and the reagent or sample contained in the microchip is extruded, The reagent and the sample are reacted and guided to the detected part to perform detection. In the detected portion, the target substance is detected by, for example, an optical detection method.
このようなマイクロチップ検査装置として、例えば以下の特許文献1に記載のような検査装置が開示されている。
各種の分析、検査では、これらのマイクロチップにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためには、シンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが望まれている。 In various types of analysis and inspection, importance is attached to the quantitativeness of analysis, the accuracy of analysis, and the economy of these microchips. For this purpose, it is desired to establish a highly reliable liquid feeding system with a simple configuration.
マイクロポンプやマイクロチップには、複数の流路(チャンネル)が形成されているものが多く、解析の精度を向上させるには、各チャンネルの駆動液は均等な速度で送液されることが望まれる。 Many micropumps and microchips have a plurality of flow paths (channels) formed, and in order to improve the accuracy of analysis, it is desirable that the driving liquid of each channel be sent at an equal speed. It is.
しかしながら、マイクロチップ検査装置の設置された環境及び装置内の温度分布等によりチャンネル間に温度差を生じた場合、駆動液の粘度がチャンネル間で異なることになり、駆動液の送液速度がチャンネル間でバラツキを生じる問題がある。 However, when a temperature difference occurs between channels due to the environment where the microchip inspection device is installed and the temperature distribution in the device, etc., the viscosity of the driving liquid will differ between the channels, and the liquid feeding speed of the driving liquid will be different. There is a problem that causes variation.
また、環境温度が変化した場合でも、送液速度を毎回同等に維持することが望まれている。 In addition, even when the environmental temperature changes, it is desired to keep the liquid feeding speed equal each time.
本発明は上記問題に鑑み、設置された環境及び装置内の温度分布等に関わらず、駆動液の送液速度がチャンネル間で均等となされたマイクロチップ検査装置を得ることを目的とするものである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to obtain a microchip inspection apparatus in which the driving liquid feeding speed is equalized between channels regardless of the installed environment and the temperature distribution in the apparatus. is there.
上記の目的は、下記構成により解決される。 The above object is solved by the following configuration.
1,試料の混合、反応、検出が行われる流路の形成されたマイクロチップを収容するマイクロチップ収容部と、該マイクロチップ収容部に収容されたマイクロチップの被検出部に対応して設けられた検出部と、前記マイクロチップの流路に駆動液を注入するマイクロポンプと、該マイクロポンプに供給する駆動液を収容する駆動液タンクと、を有し、前記マイクロポンプより上流に、前記駆動液を温度調整する温度調整部を配置したことを特徴とするマイクロチップ検査装置。 1. A microchip housing portion that houses a microchip in which a channel for mixing, reacting, and detecting a sample is formed, and a detected portion of the microchip housed in the microchip housing portion. A detection unit, a micropump for injecting a driving liquid into the flow path of the microchip, and a driving liquid tank for storing a driving liquid to be supplied to the micropump, the upstream of the micropump, the driving A microchip inspection apparatus comprising a temperature adjusting unit for adjusting the temperature of a liquid.
2.前記マイクロポンプは、複数の流路を有していることを特徴とする1に記載のマイクロチップ検査装置。 2. 2. The microchip inspection apparatus according to 1, wherein the micropump has a plurality of flow paths.
3.前記温度調整部は、ヒータであることを特徴とする1又は2に記載のマイクロチップ検査装置。 3. 3. The microchip inspection apparatus according to 1 or 2, wherein the temperature adjustment unit is a heater.
4.前記温度調整部は、前記駆動液タンクからの流路が前記マイクロポンプに接続される接続部に配置されていることを特徴とする1又は2に記載のマイクロチップ検査装置。
4). 3. The microchip inspection apparatus according to
5.前記温度調整部は、前記駆動液を30℃〜50℃の間のいずれかの温度に保持することを特徴とする1〜4のいずれかに記載のマイクロチップ検査装置。 5). The microchip inspection apparatus according to any one of 1 to 4, wherein the temperature adjustment unit holds the driving liquid at any temperature between 30 ° C and 50 ° C.
6.前記駆動液タンクから前記マイクロポンプまでが一体的なカートリッジ部として交換可能となされており、前記温度調整部はヒータ部と該ヒータ部により加熱される熱伝導体とを有し、前記ヒータ部を前記カートリッジ部の外側に配置したことを特徴とする1〜5のいずれかに記載のマイクロチップ検査装置。 6). The drive liquid tank to the micro pump can be replaced as an integral cartridge part, and the temperature adjusting part has a heater part and a heat conductor heated by the heater part, and the heater part is The microchip inspection apparatus according to any one of 1 to 5, wherein the microchip inspection apparatus is disposed outside the cartridge portion.
設置された環境及び装置内の温度分布等に関わらず、駆動液の送液速度がチャンネル間で均等なマイクロチップ検査装置を得ることが可能となる。更に、環境温度が変化した場合にも、送液速度を毎回同等に維持することのできるマイクロチップ検査装置を得ることが可能となる。 Regardless of the installed environment, temperature distribution in the apparatus, and the like, it is possible to obtain a microchip inspection apparatus in which the liquid supply speed of the driving liquid is uniform between channels. Furthermore, it is possible to obtain a microchip inspection apparatus that can maintain the same liquid feeding speed every time even when the environmental temperature changes.
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments, but the present invention is not limited thereto.
図1は、本実施の形態に係るマイクロチップ検査装置の一例を示す断面図である。
同図において、1はマイクロチップ検査装置本体であり、マイクロチップ3が装置本体1のマイクロチップ挿入口4から、矢印Aの方向に着脱可能になっている。さらに、ポンプカートリッジ2は、装置本体1の奥側上部に装着されるように構成され、装置本体1とポンプカートリッジ2は第1ジョイント部C1によって液の漏洩がないように接続されている。また装置本体1は、装置の各部に電力を供給するための電源部D1を有しており、ポンプカートリッジ2は、装置本体1に装着した際に電源部D1と電気的に接続されるコネクタ部C3を介して電源部D1から電力が供給される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a microchip inspection apparatus according to the present embodiment.
In the figure,
また、マイクロチップ3内の検体と試薬との反応状態等を検出するための、例えば光発光部41と光受光部42等からなる検出部40を備えている。
(ポンプカートリッジ)
次にポンプカートリッジ2の詳細について説明する。
In addition, a
(Pump cartridge)
Next, details of the
ポンプカートリッジ2には、駆動液を収容する駆動液タンク5と、駆動液タンク5を載せるタンク装着台6と、駆動液タンク5と接続して駆動液を後工程に送液するためのジョイント部7を有している。また、送液された液を制御する電磁弁8、送液された液を一旦貯蔵する伸縮可能な中間袋9、液内にある不純物を取り除くフィルター部10、駆動液を送液する液駆動用ポンプ11(マイクロポンプ11という)、駆動液をマイクロチップ3に送液するための中間流路部材12がある。さらに、マイクロポンプ11を取り付けるベース基材13と、コネクターC3から供給される電気をポンプカートリッジ2の各部に供給する中継基板14を主な構成としている。ポンプカートリッジ2は、駆動液タンク5からマイクロポンプ11を経由して中間流路部材12に至るまで流路内に駆動液が予め満たされており、この状態で交換が行われるようになっている。
The
本実施の形態では、駆動液タンク5をポンプカートリッジ2の上部に配置して、駆動液タンク5から送液される駆動液が、重力の作用により流れ出るようにしてある。そして、駆動液タンク5を交換するときは、蓋Fを開いて矢印Bの方向に着脱することによって行うことができる。さらに駆動液タンク5は図1に示すように傾けて載置され、駆動液タンク5の液出口が最も低い位置になるようしている。
In the present embodiment, the driving liquid tank 5 is arranged above the
また、駆動液タンク5を着脱可能とするために、本実施の形態では駆動液タンク5側にメスジョイント、タンク装着台6側にオスジョイントを設けている。オス、メス一対のジョイントは、抜脱する際は駆動液が漏洩しない構成としたジョイントを使用している。また駆動液の粘性が1〜10mPa・s(環境温度25℃のとき)の範囲のものであれば、駆動液タンク5側の液出口部にゴムなどの弾性部材を設け、タンク装着台6側に例えば注射針のような細い針を設けて、着脱可能なようにしてもよい。(参考特許文献特開2005−11187号公報)
電磁弁8は、駆動液タンク5とマイクロポンプ11を繋ぐ流路の途中で駆動液タンク5より低く、マイクロポンプ11より高い位置に配置されている。また、伸縮可能な中間袋9の近傍には、その液量を検知する液量検知センサS1が設けられ、中間袋9に駆動液が送液されると共に袋が膨らんでくる位置を検知する。電磁弁8は、液量検知センサS1のON/OFF信号により、弁の開閉を行うことによりチューブから送液される駆動液の通過量をON/OFF制御する。
In order to make the drive fluid tank 5 detachable, in the present embodiment, a female joint is provided on the drive fluid tank 5 side and a male joint is provided on the tank mounting base 6 side. The pair of male and female joints uses a joint that is configured such that the driving fluid does not leak when being removed. Further, if the viscosity of the driving liquid is in the range of 1 to 10 mPa · s (when the ambient temperature is 25 ° C.), an elastic member such as rubber is provided at the liquid outlet on the driving liquid tank 5 side, and the tank mounting base 6 side For example, a thin needle such as an injection needle may be provided so as to be detachable. (Reference Patent Document JP 2005-11187 A)
The electromagnetic valve 8 is disposed at a position lower than the driving liquid tank 5 and higher than the
また、中間袋9内の水位位置h1と、マイクロチップ3の駆動液流入口部の位置h2との差Δh=(h1−h2)は静水圧と呼ばれ、中間袋9の取付位置を上下に移動することによりマイクロチップ3に流入する駆動液を制御している。
Further, the difference Δh = (h1−h2) between the water level position h1 in the intermediate bag 9 and the position h2 of the driving liquid inlet of the
なお、駆動液タンク5内の駆動液の残量を検知するために、タンク装着台6に液残量検知センサS2を設けている。液残量検知センサS2は、重さを信号情報として発信するロードセルなどが使われる。ロードセルからの信号情報は、装置本体1が有する制御部に一旦入力されその信号によって、図示しないが装置本体1の表示部に液残量を表示したり、あるいは警告ブザーを鳴らして、駆動液タンク内の駆動液の残量をユーザ(担当者)に知らせる。
In order to detect the remaining amount of the driving liquid in the driving liquid tank 5, a liquid remaining amount detecting sensor S2 is provided on the tank mounting base 6. The liquid remaining amount detection sensor S2 uses a load cell that transmits weight as signal information. The signal information from the load cell is once input to the control unit of the apparatus
次に、マイクロポンプ11について説明する。
Next, the
マイクロポンプ11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の中間流路部材12側に位置する第1絞り流路53、ポンプ室52のフィルタ部10側に位置する第2絞り流路54、等から構成され、ポンプカートリッジ内に平置されている。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。
The
駆動液を順方向(中間流路部材12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、駆動液が順方向に送液されることになる。
When the driving liquid is fed in the forward direction (the direction toward the intermediate flow path member 12), first, the
一方、駆動液を逆方向(フィルタ部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、駆動液が逆方向に送液されることになる。
On the other hand, when the driving liquid is fed in the reverse direction (the direction toward the filter unit 10), first, the
この、マイクロポンプ11より上流の、マイクロポンプ11とチューブT1との接続部60には、温度調整部61が配置されている。
A
図2は、本実施の形態のマイクロチップ検査装置の構成を上から見たブロック図であり、内容を解かり易くするために蓋などは省略してある。 FIG. 2 is a block diagram of the configuration of the microchip inspection apparatus according to the present embodiment as viewed from above. A lid and the like are omitted for easy understanding of the contents.
マイクロチップ3は、試薬と試液の種類とその数により流路パターンがそれぞれ異なるが、駆動液を取り入れる開口部120は一定のピッチp1で設けられている。一方マイクロポンプ11は、ピッチp2の間隔で複数のチャンネルが形成されている。この時、ピッチp2は必ずしもピッチp1と一致するとは限らない。そのため、中間流路部材12を設けてピッチを合わせている。
The
中間流路部材12とマイクロチップ3との第1ジョイント部C1、及びマイクロポンプ11と中間流路部材12との第2ジョイント部C2は、必要なシール性を確保して駆動液の漏出を防止するために、ポリテトラフルオロエチレン、シリコーン樹脂などの柔軟性(弾性、形状追随性)をもつ樹脂によって密着面が形成されることが好ましい。このような柔軟性を有する密着面は、例えばマイクロチップの構成基材自体によるものであってもよく、また、第1及び第2ジョイント部C1、C2における流路開口の周囲に貼着された柔軟性を有する別途の部材によるものであってもよい。
The first joint portion C1 between the intermediate
さらに、31はマイクロチップ3をずれないように第1ジョイント部C1に密着させるためのチップ押圧板であり、32はチップ押圧板31を昇降させるための押圧板駆動部である。またG1はマイクロチップ3を中間流路部材12に対して精度良く位置決めする規制部材である。
Further, 31 is a chip pressing plate for bringing the
同じく、中間流路部材12が第2ジョイント部C2でマイクロポンプ11と密着させるために、中間流路部材12を押し付ける部材押圧板33、部材押圧板33を昇降させるための部材押圧板駆動部34を備えている。さらに、中間流路部材12をマイクロポンプ11に対して精度良く位置決めする規制部材G2を備えている。
Similarly, in order for the intermediate
図3は、マイクロポンプ11とチューブT1との接続部60の拡大断面模式図である。
FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of the connecting
同図矢印で示すように、駆動液はチューブT1からフィルタ部10を通過し、マイクロポンプ11に送液される。62はOリングであり、液漏れを防止するパッキンである。
As indicated by the arrows in the figure, the driving liquid passes through the
図示の如く、温度調整部61は、マイクロポンプ11とチューブT1とが接続される部位に配置されている。このようにマイクロポンプ11とチューブT1との接続部60に温度調整部61を配置することで、マイクロポンプ11内に送液される直前で駆動液の温度を高めて一定に保持し、該駆動液の粘度を均等に低くすることができる。これにより、マイクロポンプ11内の各チャンネルに均等でかつ低粘度の駆動液を送液できるようになり、駆動液の送液速度がチャンネル間で均等となされ、送液が安定して行えるマイクロチップ検査装置を得ることができる。また、マイクロポンプ11の直前で駆動液の温度を調整することにより、マイクロポンプ11内での駆動液の温度バラツキを極力小さくできる。
As shown in the figure, the
なお、本実施の形態のマイクロチップ検査装置に用いられる駆動液は、図4に示すように、液温が低い方で粘度の高くなる液体(例えば、水)の場合には、温度調整部61には、周囲の環境温度より高い温度に上昇させ保持できるヒータ機能を有するものであればよい。駆動液が水の場合、温度調整範囲は、30℃〜50℃の間のいずれかの温度に保持することが好ましく、設定温度に対し±2℃以内であればよい。 As shown in FIG. 4, the driving liquid used in the microchip inspection apparatus according to the present embodiment is a liquid (for example, water) having a higher viscosity at a lower liquid temperature. Any heater may be used as long as it has a heater function capable of being raised to a temperature higher than the ambient environmental temperature. When the driving liquid is water, the temperature adjustment range is preferably maintained at any temperature between 30 ° C. and 50 ° C., and may be within ± 2 ° C. with respect to the set temperature.
また、逆に液温が高い方で粘度の高くなる液体の場合には、温度調整部61には、周囲の環境温度より低い温度に冷却させ保持できる冷却機能を有するものであればよい。
On the contrary, in the case of a liquid having a higher viscosity at a higher liquid temperature, the
なお、温度調整をおこなうための温度センサとしては、サーミスタ等を用いて温度検知することが好ましい。 In addition, as a temperature sensor for performing temperature adjustment, it is preferable to detect temperature using a thermistor or the like.
図5は、本実施の形態に係るマイクロチップ検査装置のその他の例を示す断面図である。同図に示すマイクロチップ検査装置も、マイクロポンプ11内に送液される直前で駆動液を温度調整するものであるが、図1に示したものと以下の部分が異なっている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the microchip inspection apparatus according to the present embodiment. The microchip inspection apparatus shown in the figure also adjusts the temperature of the driving liquid immediately before being fed into the
同図に示すマイクロチップ検査装置1の温度調整部61は、加熱部65と、熱伝導体66で構成されている。加熱部65により加熱された熱伝導体66が、ポンプカートリッジ2内部に延伸され、その先端がマイクロポンプ11とチューブT1とが接続される部位に当接している。このような構成でも、マイクロポンプ11内に送液される直前で駆動液を高温化することができる。
The
このように、加熱部65をポンプカートリッジ2の外に配置することにより、加熱部65への電力の供給が容易となり、ポンプカートリッジ2を交換する際にも、予め温度調整部61を外しておけば、再度使用することができ、コスト増を防止できる。
Thus, by disposing the
以上説明したように、マイクロポンプより上流に駆動液の温度調整をおこなう温度調整部を配置することにより、設置された環境及び装置内の温度分布等に関わらず、駆動液の送液速度をチャンネル間で均等となしたマイクロチップ検査装置を得ることができる。 As described above, by arranging the temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the driving fluid upstream from the micropump, the liquid feeding speed of the driving fluid can be adjusted regardless of the installed environment and the temperature distribution in the device. It is possible to obtain a microchip inspection apparatus that is uniform between the two.
1 マイクロチップ検査装置
2 ポンプカートリッジ
3 マイクロチップ
4 マイクロチップ挿入口
5 駆動液タンク
6 タンク装着台
7 ジョイント部
8 電磁弁
9 中間袋
10 フィルター部
11 マイクロポンプ
12 中間流路部材
13 ベース基材
14 中継基板
60 接続部
61 温度調整部
62 Oリング
65 加熱部
66 熱伝導体
C1 第1ジョイント部
C2 第2ジョイント部
C3 コネクタ部
D1 電源部
T1 チューブ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記マイクロポンプより上流に、前記駆動液を温度調整する温度調整部を配置したことを特徴とするマイクロチップ検査装置。 A microchip housing part that houses a microchip in which a channel for mixing, reacting, and detecting a sample is formed, and a detection provided corresponding to the detected part of the microchip housed in the microchip housing part A micropump for injecting the driving liquid into the flow path of the microchip, and a driving liquid tank for storing the driving liquid supplied to the micropump,
A microchip inspection apparatus, wherein a temperature adjustment unit for adjusting the temperature of the driving liquid is disposed upstream of the micropump.
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JP2016520823A (en) * | 2013-04-30 | 2016-07-14 | ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル.ピー.Hewlett‐Packard Development Company, L.P. | Microfluidic sensing device and system |
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