JP2009128024A - Temperature control method for liquid flowing in passage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流路内を通流する液体の温度を自動的に制御するための温度制御方法等に関する。より詳しくは、温度依存的に光学特性が変化し得る温度指標粒子を用いた温度制御方法等に関する。 The present invention relates to a temperature control method for automatically controlling the temperature of a liquid flowing through a flow path. More specifically, the present invention relates to a temperature control method using temperature indicator particles whose optical characteristics can change depending on temperature.
近年、半導体産業における微細加工技術を応用し、シリコンやガラス製の基板上に化学的及び生物学的分析を行うための流路を設けたマイクロチップが開発されてきている。これらのマイクロチップは、例えば、液体クロマトグラフィーの電気化学検出器や医療現場における小型の電気化学センサーなどに利用され始めている。 In recent years, a microchip having a flow path for performing chemical and biological analysis on a substrate made of silicon or glass has been developed by applying fine processing technology in the semiconductor industry. These microchips are beginning to be used in, for example, electrochemical detectors for liquid chromatography and small electrochemical sensors in the medical field.
このようなマイクロチップを用いた分析システムは、μ−ＴＡＳ（micro-total-analysis system）やラボ・オン・チップ、バイオチップ等と称され、化学的及び生物学的分析の高速化や効率化、集積化、あるいは分析装置の小型化を可能にする技術として注目されている。μ−ＴＡＳでは、単一のデバイス上で流体制御、試料処理、多段階反応、温度制御、分離及び検出等の工程を行うことが可能であるため、分析化学、生化学及び医療科学等の分野で大きな発展が期待される。 Such an analysis system using a microchip is called μ-TAS (micro-total-analysis system), lab-on-chip, biochip, etc., and speeds up and increases the efficiency of chemical and biological analysis. As a technology that enables integration or downsizing of an analyzer, it has been attracting attention. In μ-TAS, processes such as fluid control, sample processing, multi-step reaction, temperature control, separation and detection can be performed on a single device, so fields such as analytical chemistry, biochemistry and medical science A big development is expected.
特許文献１には、μ−ＴＡＳにおける液体処理方式に関し、可動光ビームによってマイクロチャネル（流路）内に発生させた気泡によってポンピングやミキシング、バルブ切換えを行うマイクロポンプシステムが開示されている（当該文献請求項１、請求項５５、請求項５６、請求項６０参照）。このマイクロポンプシステムは、例えば診断またはハイスループットスクリーニング等の分析を目的とする、または例えば組み合わせ化学ライブラリの合成のためのアプリケーションに使用可能なものである（当該文献段落０１４４参照）。 Patent Document 1 discloses a micropump system that performs pumping, mixing, and valve switching using bubbles generated in a microchannel (flow path) by a movable light beam, with respect to a liquid processing method in μ-TAS (the said (Refer to literature claims 1, 55, 56, and 60). This micropump system is intended for analysis such as diagnosis or high-throughput screening, or can be used for applications such as for the synthesis of combinatorial chemical libraries (see paragraph 0144).
μ−ＴＡＳの生物学的分析への応用例としては、マイクロチップ上に設けられた流路内で細胞等の微小粒子の特性を光学的に分析し、微小粒子中から所定の条件を満たすポピュレーション（群）を分別回収する微小粒子分取技術がある。 As an example of application of μ-TAS to biological analysis, the characteristics of microparticles such as cells are optically analyzed in a flow path provided on a microchip, and a population satisfying a predetermined condition from the microparticles. There is a fine particle sorting technology that separates and collects a group of particles (group).
この微小粒子分取技術に関連して、非特許文献１及び非特許文献２には、マイクロチップ流路内においてフローサイトメトリーを行い、所望の微小粒子を分別する技術が提案されている。このマイクロチップは、T字型の流路を形成させて、分取したい細胞とそれ以外の細胞とを、シース流の送流方向を切り換える(流路選択制御) ことによって分別を行うものである。また、特許文献２には、微粒子の移動方向を制御するための電極を有する微粒子分別マイクロチップが記載されている。この電極は、微粒子計測部位から微粒子分別流路への流路口付近に設置され、電界との相互作用により微粒子の移動方向を制御するものである。 In relation to this fine particle sorting technique, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 propose a technique for performing flow cytometry in a microchip flow path to separate desired microparticles. This microchip forms a T-shaped flow path and performs separation by switching the flow direction of the sheath flow (flow path selection control) between cells to be sorted and other cells. . Patent Document 2 describes a microparticle sorting microchip having an electrode for controlling the moving direction of microparticles. This electrode is installed in the vicinity of the channel opening from the particle measurement site to the particle sorting channel, and controls the moving direction of the particles by interaction with the electric field.
μ−ＴＡＳの化学的及び生物学的分析への利用を拡大するためには、マイクロチップ上の流路内において、溶液等の液体の温度を正確に測定し、流路内の液相反応の温度を高い精度で調整することが必要とされる。 In order to expand the use of μ-TAS for chemical and biological analysis, the temperature of a liquid such as a solution is accurately measured in the channel on the microchip, and the liquid phase reaction in the channel is measured. It is necessary to adjust the temperature with high accuracy.
特許文献３には、マイクロチップ流路内の液体温度の制御方法に関し、液相温度を蛍光物質からの発光強度の検知によって非接触で測定する温度測定方法、ならびに液相を赤外線（ＩＲ）レーザーの照射によって加熱して液相温度を調整する温度制御方法が開示されている。 Patent Document 3 relates to a method for controlling the liquid temperature in the microchip flow path, a temperature measurement method for measuring the liquid phase temperature in a non-contact manner by detecting the emission intensity from the fluorescent material, and the liquid phase as an infrared (IR) laser. A temperature control method is disclosed in which the liquid phase temperature is adjusted by heating by irradiation.
また、特許文献４には、マイクロデバイス（マイクロチップ）に保持された液成分に光源からの光エネルギーを直接供給することにより、または液成分に近接して設けられた昇温領域に光エネルギーを供給し、この昇温領域から移動する熱エネルギーにより、液成分の加熱を行う温調方法が開示されている。 Patent Document 4 discloses that light energy from a light source is directly supplied to a liquid component held in a microdevice (microchip) or light energy is supplied to a temperature rising region provided in the vicinity of the liquid component. A temperature control method is disclosed in which a liquid component is heated by heat energy supplied and moved from the temperature rising region.
μ−ＴＡＳでは、例えば、上記特許文献１中、図６で説明されるように、化学的及び生物学的反応における複雑な試料処理や多段階反応、分離処理等を行なうため、流路内に複数の液体を層流として送液することが行われている。 In μ-TAS, for example, as described in FIG. 6 in Patent Document 1, complicated sample processing, multistage reaction, separation processing, etc. in chemical and biological reactions are performed. A plurality of liquids are sent as a laminar flow.
例えば、上記非特許文献１及び２に開示されるマイクロチップを用いた微小粒子分取技術においては、微小粒子を流路中心部に送流することにより、流路に対し集光される光を精度良く微小粒子に照射して、光学測定精度を高めること等を目的として、流路内に形成した溶媒（シース液）層流中に微小粒子の分散液を導入し、分散液層流がシース液層流によって囲まれた状態で送液することが行われる。 For example, in the microparticle sorting technique using the microchip disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, the light collected on the flow path is obtained by sending the microparticles to the center of the flow path. For the purpose of irradiating fine particles with high accuracy and improving optical measurement accuracy, a dispersion of fine particles is introduced into the laminar flow of the solvent (sheath liquid) formed in the flow path, and the dispersion laminar flow is sheathed. Liquid feeding is performed in a state surrounded by a liquid laminar flow.
上記特許文献３及び４に開示される温度制御方法は、マイクロチップ流路内の液体温度を精度良く制御することを可能にするものである。しかしながら、上記のように流路内に複数の液体を層流として送液する場合において、各層流の温度を個別に制御することを想定したものとはなっておらず、μ−ＴＡＳにおける液体制御をより高い精度で行うためには、複数の層流の温度測定及び温度調整を個別に行うための技術が望まれる。 The temperature control methods disclosed in Patent Documents 3 and 4 make it possible to accurately control the liquid temperature in the microchip channel. However, in the case where a plurality of liquids are sent as laminar flows into the flow path as described above, it is not assumed that the temperature of each laminar flow is individually controlled, and liquid control in μ-TAS is performed. Therefore, a technique for individually measuring the temperature and adjusting the temperature of a plurality of laminar flows is desired.
そこで、本発明は、流路内の液体温度を精度良く制御することが可能であって、特に流路内に形成された複数の層流について個別に温度の測定と調整を行うことが可能な温度制御方法を提供することを主な目的とする。 Therefore, the present invention can accurately control the liquid temperature in the flow path, and in particular, can measure and adjust the temperature individually for a plurality of laminar flows formed in the flow path. The main object is to provide a temperature control method.
上記課題解決のため、本発明は、流路内を通流する液体中に、温度に依存して光学特性が変化する温度指標粒子を含有させておき、前記温度指標粒子に光を照射して前記光学特性を測定し、得られた測定値に基づいて前記液体の温度を算出する温度制御方法を提供する。
この温度制御方法は、さらに、前記液体中に光の照射によって蓄熱される温度制御粒子を含有させておき、前記蓄熱を利用して前記液体を加温することができる。
また、前記流路内に複数の層流として導入された前記液体の各層流に含有される前記温度指標粒子について、前記光学特性を測定することにより、各層流の温度を算出することもでき、さらに、前記層流に含有される前記温度制御粒子に対し光を照射することにより、各層流を加温することも可能である。これは、特に、流路内における微小粒子の光学測定方法において、前記流路内に導入された、前記微小粒子を含む分散液層流と、溶媒層流と、の温度制御を行う場合に有用となる。
In order to solve the above problems, the present invention includes a temperature indicator particle whose optical characteristics change depending on temperature in a liquid flowing in a flow path, and irradiates the temperature indicator particle with light. A temperature control method for measuring the optical characteristics and calculating the temperature of the liquid based on the obtained measurement value is provided.
In this temperature control method, the liquid can be further heated by using the heat storage by containing temperature control particles that are stored by light irradiation in the liquid.
Further, for the temperature indicator particles contained in each laminar flow of the liquid introduced as a plurality of laminar flows in the flow path, the temperature of each laminar flow can be calculated by measuring the optical characteristics, Furthermore, each laminar flow can be heated by irradiating the temperature control particles contained in the laminar flow with light. This is particularly useful when performing temperature control of the dispersion laminar flow containing the microparticles introduced into the flow path and the solvent laminar flow in the optical measurement method of the fine particles in the flow path. It becomes.
本発明において、「液体」という用語は広義に解釈されるべきであり、均質な液体、懸濁液、すなわち、微小粒子を含む液体、小さい気泡を含む液体、水性液、有機液体、二相系及び疎水性の液体及び親水性の液体を含み得るものとする。 In the present invention, the term “liquid” should be interpreted in a broad sense: homogeneous liquids, suspensions, ie liquids containing microparticles, liquids containing small bubbles, aqueous liquids, organic liquids, two-phase systems And a hydrophobic liquid and a hydrophilic liquid.
また、「微小粒子」とは、細胞や微生物、リポソームなどの生体関連高分子物質、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などの微小粒子が広く含まれる。対象とする細胞には、動物細胞(血球系細胞など)および植物細胞が含まれる。微生物には、大腸菌などの細菌類、タバコモザイクウイルスなどのウイルス類、イースト菌などの菌類などが含まれる。生体高分子物質には、各種細胞を構成する染色体、リポソーム、ミトコンドリア、オルガネラ(細胞小器官)などが含まれる。さらに、ガラスやポリスチレンなどの微小粒子の表面又は内部に、ＤＮＡやタンパク質、抗体等の生体関連高分子物質を、化学的又は物理的に修飾、固相化した微小粒子であってもよい。また、工業用粒子は、例えば有機もしくは無機高分子材料、金属などであってよい。有機高分子材料には、ポリスチレン、スチレン・ジビニルベンゼン、ポリメチルメタクリレートなどが含まれる。無機高分子材料には、ガラス、シリカ、磁性体材料などが含まれる。金属には、金コロイド、アルミなどが含まれる。これら微小粒子の形状は、一般には球形であるのが普通であるが、非球形であってもよく、また大きさや質量なども特に限定されない。 The “microparticle” includes a wide range of microparticles such as cells, microorganisms, bio-related polymer substances such as liposomes, or synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles. The cells of interest include animal cells (such as blood cells) and plant cells. Microorganisms include bacteria such as Escherichia coli, viruses such as tobacco mosaic virus, and fungi such as yeast. Biopolymer substances include chromosomes, liposomes, mitochondria, organelles (organelles) that constitute various cells. Furthermore, the microparticles | fine-particles which modified | denatured the surface or the inside of microparticles, such as glass and a polystyrene, chemically or physically modified | denatured bio-related high molecular substances, such as DNA, protein, and an antibody may be sufficient. The industrial particles may be, for example, organic or inorganic polymer materials, metals, and the like. Organic polymer materials include polystyrene, styrene / divinylbenzene, polymethyl methacrylate, and the like. Inorganic polymer materials include glass, silica, magnetic materials, and the like. Metals include gold colloid, aluminum and the like. The shape of these fine particles is generally spherical, but may be non-spherical, and the size and mass are not particularly limited.
「微小粒子測定方法」は、流路内において、上記の細胞や微生物、リポソームなどの生体関連微小粒子、あるいはラテックス粒子やゲル粒子、工業用粒子などの合成粒子などの微小粒子の光学特性を測定するための方法を広く意味する。具体的には、パーティクルアナライザーやフローサイトメーター、さらには光学特性の測定結果に基づいて微小粒子の分取を行うセルソータ等を用いた方法が含まれる。 The “microparticle measurement method” measures the optical properties of microparticles such as the above-mentioned microparticles such as cells, microorganisms, and liposomes in the flow path, or synthetic particles such as latex particles, gel particles, and industrial particles. Widely means the way to do. Specifically, a method using a particle analyzer, a flow cytometer, a cell sorter that sorts fine particles based on a measurement result of optical characteristics, or the like is included.
本発明により、流路内の液体温度を精度良く制御することが可能であって、特に流路内に形成された複数の層流について個別に温度の測定と調整を行うことが可能な温度制御方法が提供される。 According to the present invention, it is possible to accurately control the liquid temperature in the flow path, and in particular, temperature control capable of individually measuring and adjusting the temperature of a plurality of laminar flows formed in the flow path. A method is provided.
以下、本発明を実施するための好適な形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明の代表的な実施形態の一例を示したものであり、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, embodiment described below shows an example of typical embodiment of this invention, and, thereby, the range of this invention is not interpreted narrowly.
図１は、本発明に係る温度制御方法の第一実施形態を説明するための模式図である。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a first embodiment of a temperature control method according to the present invention.
図１（A）中、符号Ｃは、液体が導入される流路を示す。液体は、図中左から右へ矢印Ｆ方向に送液されるものとする。 In FIG. 1A, a symbol C indicates a flow channel into which a liquid is introduced. It is assumed that the liquid is fed in the direction of arrow F from left to right in the figure.
流路Ｃは、例えば、マイクロキャピラリーや、基板上に設けられたマイクロチャネル、フローセル等であって、化学的及び生物学的分析のための液体が送液される送液路である。 The flow path C is, for example, a microcapillary, a microchannel provided on a substrate, a flow cell, or the like, and is a liquid supply path through which a liquid for chemical and biological analysis is supplied.
図１（A）中、符号１及び２は、それぞれ温度指標粒子及び温度制御粒子を示す。また、図中、符号Ｌ１は、温度指標粒子１の光学特性を測定するための測定用レーザーを、符号Ｌ２は、温度制御粒子２を加熱するための加熱用レーザーを示す（図中、測定用レーザーＬ１及び加熱用レーザーＬ２の流路Ｃ照射面におけるレーザースポットを点線で囲った円形領域として示す）。また、測定用レーザーＬ１及び加熱用レーザーＬ２は、同一の光学スポットによって実現することも可能である。この場合には、図１（B）に示すように、レーザーをパルス状とし、測定用パルスＬ１と加熱用パルスＬ２とを照射する。この際、レーザーパルスの時間軸方向の間隔は、流路C内における温度指標粒子１及び温度制御粒子２の送流速度に対して十分短い時間間隔とする。これにより、測定用レーザーＬ１及び加熱用レーザーＬ２を単一の光学系により構成することが可能となる。 In FIG. 1A, reference numerals 1 and 2 denote temperature index particles and temperature control particles, respectively. In the figure, symbol L 1 indicates a measurement laser for measuring the optical characteristics of the temperature indicator particle 1, and symbol L 2 indicates a heating laser for heating the temperature control particle 2 (in the diagram, It shows a laser spot in the channel C irradiation surface of the measuring laser L 1 and the heating laser L 2 as a circular area surrounded by a dotted line). The measurement laser L 1 and the heating laser L 2 can also be realized by the same beam spot. In this case, as shown in FIG. 1 (B), the laser and pulsed, irradiated with the measurement pulse L 1 and heating pulse L 2. At this time, the interval in the time axis direction of the laser pulse is set to a sufficiently short time interval with respect to the flow rate of the temperature indicator particle 1 and the temperature control particle 2 in the channel C. Thus, the measuring laser L 1 and the heating laser L 2 it is possible to construct a single optical system.
温度指標粒子１は、温度依存的にその光学特性が変化し得る微小粒子であって、その光学特性の検知によって、温度指標粒子１が含有される液体温度を測定し得る微小粒子である。温度依存的な光学特性の変化としては、例えば、以下に説明する磁気カー効果による反射偏光角の変化や磁気ファラデー効果による透過偏光角の変化、相変化による透過率及び反射率の変化などが挙げられる。 The temperature index particle 1 is a microparticle whose optical characteristics can change depending on temperature, and is a microparticle capable of measuring the temperature of the liquid containing the temperature index particles 1 by detecting the optical characteristics. Examples of the temperature-dependent change in optical characteristics include a change in reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect, a change in transmission polarization angle due to the magnetic Faraday effect, and a change in transmittance and reflectance due to a phase change. It is done.
「磁気カー効果」とは、磁性物質が円偏光を吸収する際に左円偏光と右円偏光に対して吸光度に差が生じる現象のことをいう。直線偏光は同じ振幅を持つ左円偏光と右円偏光の和と見なすことができる。そのため、磁性物質に直線偏光を照射すると、その直線偏光を構成していた左円偏光と右円偏光に振幅の差が生じ、反射光が楕円偏光に変化する。この楕円偏光の偏光角度（反射偏光角度）は、磁性物質の温度に依存して変化し、磁性物質の磁化が消失するキュリー温度で０となることが知られている。 The “magnetic Kerr effect” refers to a phenomenon in which when a magnetic substance absorbs circularly polarized light, a difference in absorbance occurs between left circularly polarized light and right circularly polarized light. Linearly polarized light can be regarded as the sum of left circularly polarized light and right circularly polarized light having the same amplitude. Therefore, when the magnetic material is irradiated with linearly polarized light, a difference in amplitude occurs between the left circularly polarized light and the right circularly polarized light that constitutes the linearly polarized light, and the reflected light changes to elliptically polarized light. It is known that the polarization angle (reflection polarization angle) of this elliptically polarized light changes depending on the temperature of the magnetic material and becomes 0 at the Curie temperature at which the magnetization of the magnetic material disappears.
図２に、磁性物質の温度と、磁気カー効果による反射光の偏光角度（反射偏光角）と、の関係を模式的に示す。図中、横軸は温度、縦軸は偏光角度、符号Ｔ1はキュリー温度を示す。 FIG. 2 schematically shows the relationship between the temperature of the magnetic substance and the polarization angle (reflection polarization angle) of the reflected light due to the magnetic Kerr effect. In the figure, the horizontal axis represents temperature, the vertical axis represents the polarization angle, and the symbol T 1 represents the Curie temperature.
物質温度と反射偏光角は、図に示すような相関関係を有し、その相関曲線は各物質に応じた固有の温度特性によって表すことができる。従って、この相関曲線に基づけば、磁性物質の反射偏光角からその物質温度を求めることが可能となる。 The material temperature and the reflection polarization angle have a correlation as shown in the figure, and the correlation curve can be expressed by a specific temperature characteristic corresponding to each material. Therefore, based on this correlation curve, the material temperature can be obtained from the reflection polarization angle of the magnetic material.
光学特性として、磁気カー効果による反射偏光角を測定する場合には、温度指標粒子１を、例えば、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ、ＰＤＭＳ）により形成したマイクロビーズの表面に、磁性鉄や磁性コバルト、磁性ニッケル等の磁性金属（または磁性合金）を成膜、塗布、噴霧、溶着、内包することにより得る。また、光透過性マイクロビーズの内部に磁性金属を充填してもよい。この他、温度指標粒子１は、磁性物質に対し測定用レーザーＬ１を照射し、反射光を得ることが可能に構成されたものであれば特に限定されず用いることができる。温度指標粒子１の最表層面には、腐食防止や反応防止のための処理を行ってもよく、例えば、テフロン（登録商標）などの有機膜や、各種酸化膜などの無機膜を形成することができる。 When measuring the reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect as optical characteristics, the temperature index particles 1 are formed on the surface of microbeads formed of, for example, glass or various plastics (PP, PC, COP, PDMS). Or by depositing, coating, spraying, welding, or encapsulating a magnetic metal (or magnetic alloy) such as magnetic cobalt or magnetic nickel. Further, the inside of the light transmissive microbead may be filled with a magnetic metal. In addition, the temperature indicator particle 1 can be used without particular limitation as long as it is configured to irradiate the magnetic substance with the measurement laser L 1 and obtain reflected light. The outermost surface of the temperature indicator particle 1 may be subjected to treatment for preventing corrosion or preventing reaction. For example, an organic film such as Teflon (registered trademark) or an inorganic film such as various oxide films may be formed. Can do.
温度指標粒子１に対する測定用レーザーＬ１の照射によって得られる反射光の反射偏光角の測定は、ＭＯ（Mini Disk：登録商標）などの光磁気ディスクに用いられる公知の光ピックアップ装置と同様の原理によって行うことが可能である。一般的な光ピックアップ装置は、レーザー光源、複数個の検出器、偏光ビームスプリッタまたは偏光ホログラム素子、及び対物レンズなどから構成される。 The measurement of the reflection polarization angle of the reflected light obtained by irradiating the temperature indicator particle 1 with the measuring laser L 1 is the same principle as that of a known optical pickup device used for a magneto-optical disk such as MO (Mini Disk: registered trademark). Is possible. A general optical pickup device includes a laser light source, a plurality of detectors, a polarization beam splitter or a polarization hologram element, and an objective lens.
具体的な方法としては、さまざまな振動ベクトルを持った光の混ざった非偏光を励起光とし、偏光プリズムにて直線偏光とした後に、λ／４波長板などの円偏光変調器にて左右の円偏光に変換し、測定用レーザーＬ１とする。この測定用レーザーＬ１の左右円偏光に同期して、温度指標粒子１からの反射光の吸光度データを交互に光電子倍増管などの検出器で検出、計算処理し、反射偏光角を求める。レーザー光源には、アルゴンやヘリウム等のガスレーザーや半導体レーザー（LD）、発光ダイオード（LED）等公知の光源から適宜選択して用いればよい。 As a specific method, non-polarized light mixed with various vibration vectors is used as excitation light, linearly polarized by a polarizing prism, and then left and right by a circular polarization modulator such as a λ / 4 wavelength plate. converted into circularly polarized light, and measuring the laser L 1. In synchronization with the left and right circularly polarized light of the measurement laser L 1, detected by a detector such as a photomultiplier tube and the absorbance data of the reflected light from the temperature indicator particles 1 alternately, and calculation processing, obtains the reflection polarization angle. The laser light source may be appropriately selected from known light sources such as a gas laser such as argon or helium, a semiconductor laser (LD), or a light emitting diode (LED).
「磁気ファラデー効果」とは、物質に磁場をかけ、それと平行な方向に直線偏光を透過させたときに偏光面が回転する現象のことをいう。この偏光面の回転角度（透過偏光角）は、物質の温度に依存して変化し、その磁性物質の磁化が消失するキュリー温度で０となることが知られている。 The “magnetic Faraday effect” refers to a phenomenon in which the plane of polarization rotates when a magnetic field is applied to a substance and linearly polarized light is transmitted in a direction parallel thereto. It is known that the rotation angle (transmission polarization angle) of this polarization plane changes depending on the temperature of the substance and becomes 0 at the Curie temperature at which the magnetization of the magnetic substance disappears.
また、「相変化」とは、一般に、物質の液体、気体、個体の三相間の変化のことをいい、本発明では、特に、情報記録技術において、記録媒体が熱の印加によって結晶相とアモルファス相の間を変化することを利用した記録技術（相変化記録技術）と同義に用いるものとする。相変化は、物質の温度に依存した結晶相及びアモルファス相の間の変化により、該物質に照射される光の透過率及び透過率が変化することを利用している。 In addition, the term “phase change” generally refers to a change between three phases of a substance liquid, a gas, and an individual. In the present invention, particularly in information recording technology, a recording medium is transformed into a crystalline phase and an amorphous phase by application of heat. It shall be used synonymously with a recording technique (phase change recording technique) that utilizes changes between phases. The phase change utilizes the fact that the transmittance and transmittance of light irradiated to the material change due to the change between the crystalline phase and the amorphous phase depending on the temperature of the material.
図３に、物質の温度と磁気ファラデー効果による透過偏光角の関係（Ａ）、物質の温度と相変化による透過率及び反射率の関係（Ｂ）を模式的に示す。図（Ａ）中、横軸は温度、縦軸は透過偏光角、符号Ｔ1はキュリー温度を示す。図（Ｂ）中、横軸は温度、縦軸は透過率又は反射率、符号Ｔ２は相変化温度を示す。 FIG. 3 schematically shows the relationship (A) between the temperature of the material and the transmission polarization angle due to the magnetic Faraday effect, and the relationship (B) between the transmittance and the reflectance due to the temperature and phase change of the material. In the figure (A), the horizontal axis represents temperature, the vertical axis represents the transmission polarization angle, and the symbol T 1 represents the Curie temperature. In Figure (B), the horizontal axis represents temperature and the vertical axis transmittance or reflectance, the reference numeral T 2 are the phase change temperature.
図に示すように、物質温度と透過偏光角、及び、物質温度と透過率／反射率の相関関係は、各物質に応じた固有の相関曲線によって示すことができる。従って、この相関曲線に基づけば、物質の透過偏光角又は透過率／反射率からその物質温度を求めることが可能となる。 As shown in the figure, the correlation between the substance temperature and the transmission polarization angle, and the correlation between the substance temperature and the transmittance / reflectance can be represented by a unique correlation curve corresponding to each substance. Therefore, based on this correlation curve, the material temperature can be obtained from the transmission polarization angle or the transmittance / reflectance of the material.
光学特性として磁気ファラデー効果による透過偏光角を測定する場合には、温度指標粒子１は、例えば、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ、ＰＤＭＳ）により形成した光透過性のマイクロビーズに、磁性材料を含有させることにより得ることができる。磁性材料には、例えば、磁性ガーネットなどの透明（光透過）磁性体を用いる。 When measuring the transmission polarization angle by the magnetic Faraday effect as an optical characteristic, the temperature index particle 1 is magnetically coupled to a light-transmitting microbead formed of glass or various plastics (PP, PC, COP, PDMS), for example. It can be obtained by including a material. As the magnetic material, for example, a transparent (light transmitting) magnetic material such as magnetic garnet is used.
また、光学特性として相変化による透過率／反射率を測定する場合には、マイクロビーズの表面に相変化材料を成膜、塗布、噴霧、溶着するか、光透過性のマイクロビーズの内部に相変化材料を充填又は含有させる。相変化材料には、例えば、Ag-In-Sb-Te（銀-インジウム-アンチモン-テルル）合金やGe-Sb-Te（ゲルマニウム-アンチモン-テルル）合金などを用いることができる。 In addition, when measuring transmittance / reflectance due to phase change as an optical characteristic, a phase change material is formed, coated, sprayed, or welded on the surface of the microbead, or a phase is formed inside the light-transmitting microbead. Fill or contain change material. As the phase change material, for example, an Ag-In-Sb-Te (silver-indium-antimony-tellurium) alloy or a Ge-Sb-Te (germanium-antimony-tellurium) alloy can be used.
この他、温度指標粒子１は、磁性材料又は相変化材料に対し測定用レーザーＬ１を照射し、透過光又は反射光を得ることが可能に構成されたものであれば特に限定されず用いることができる。また、温度指標粒子１に対する測定用レーザーＬ１の照射によって得られる透過光の透過偏光角や、透過光（又は反射光）の透過率（又は反射率）の測定は、公知の装置及び測定原理によって行うことが可能である。 In addition, the temperature indicator particles 1 with respect to the magnetic material or phase change material is irradiated with measurement laser L 1, the use is not particularly limited as long as it is configured to be able to obtain the transmitted or reflected light Can do. Further, the measurement of the transmission polarization angle of transmitted light and the transmittance (or reflectivity) of transmitted light (or reflected light) obtained by irradiating the temperature indicator particle 1 with the measurement laser L 1 is performed by a known apparatus and measurement principle. Is possible.
本発明に係る温度制御方法では、温度指標粒子１における上述のような反射偏光角や透過偏光角、透過率／反射率などの光学特性の変化を、測定用レーザーＬ１により検知し、これら光学特性と物質温度との相関関係に基づいて温度指標粒子１の温度を測定することによって、温度指標粒子１が含有される液体の温度の測定を行う。 The temperature control method according to the present invention, the reflective polarization direction and transmitting polarization angle as described above at a temperature indicator particles 1, a change in the optical properties such as transmittance / reflectance was detected by measuring the laser L 1, these optical By measuring the temperature of the temperature indicator particles 1 based on the correlation between the characteristics and the substance temperature, the temperature of the liquid containing the temperature indicator particles 1 is measured.
温度指標粒子１は、上述の構成の他、種々の磁性ビーズ、蛍光ビーズ、光学ビーズ、形状記憶合金ビーズを用いてもよく、その光学特性として磁化量や蛍光量、透過率、吸収率等を測定用レーザーＬ１によって検知すれば、温度指標粒子１の温度、及び温度指標粒子１が含有される液体の温度の測定を行うことができる。 In addition to the above-described configuration, the temperature indicator particle 1 may use various magnetic beads, fluorescent beads, optical beads, shape memory alloy beads, and the optical characteristics thereof include magnetization amount, fluorescence amount, transmittance, absorption rate, and the like. if detected by the measuring laser L 1, it is possible to perform the temperature of the temperature indicator particles 1, and the temperature indicator particles 1 measured temperature of the liquid contained.
温度指標粒子１は、流路Ｃ内に導入される液体に予め含有されていてもよく、流路Ｃ内への導入後の液体に投入される場合であってもよい。温度指標粒子１は、液体中に含有され間歇的に流路Ｃ内を送流されるものであり、液体中における濃度（粒子数）は適宜設定される（なお、図１（A）では、模式的に３つの温度指標粒子１が等間隔に送流された状態を示している）。 The temperature indicator particles 1 may be previously contained in the liquid introduced into the flow path C, or may be introduced into the liquid after being introduced into the flow path C. The temperature indicator particles 1 are contained in a liquid and are intermittently sent through the flow path C, and the concentration (number of particles) in the liquid is set as appropriate (in FIG. 1A, a schematic diagram). 3 shows a state in which three temperature indicator particles 1 are sent at regular intervals).
以上、説明したように、本発明に係る温度制御方法では、流路Ｃ内を間歇的に送流される温度指標粒子１に対し、測定用レーザーＬ１を照射し、その光学特性を検知することで、液体温度の測定することができる。 As described above, in the temperature control method according to the present invention, the temperature indicator particle 1 that is intermittently sent in the flow path C is irradiated with the measurement laser L 1 and its optical characteristics are detected. Thus, the liquid temperature can be measured.
次に、温度制御粒子２について説明する。 Next, the temperature control particles 2 will be described.
温度制御粒子２は、熱源としての加熱用レーザーＬ２の照射によって蓄熱され得る微小粒子である。温度制御粒子２は、照射される加熱用レーザーＬ２から光エネルギーの供給を受けて蓄熱され、蓄熱した熱エネルギーにより流路Ｃ内の液体を加温する。 Temperature control particles 2 are small particles which can be heat accumulation by the irradiation of the heating laser L 2 as a heat source. The temperature control particles 2 are supplied with light energy from the irradiated heating laser L 2 and stored, and the liquid in the flow path C is heated by the stored heat energy.
加熱用レーザーＬ２の光源には、例えば、アルゴンやヘリウム等のガスレーザーや半導体レーザー（LD）、発光ダイオード（LED）等公知の光源が適宜選択して用いることができる。 A light source for heating laser L 2 is, for example, a gas laser or a semiconductor laser such as argon or helium (LD), a light emitting diode (LED) such as a known light source can be appropriately selected.
温度制御粒子２は、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ、ＰＤＭＳ）により形成したマイクロビーズの表面に、加熱用レーザーＬ２に対する吸光性に優れ、融点が高く熱により容易に変質もしくは変形しないような蓄熱材料を成膜、塗布、噴霧、溶着、内包またはスポットすることにより得ることができる。具体的には、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、クロム、アルミニウム、銅、亜鉛、スズなどの金属や、これらをベースとする合金、例えば、ステンレス、炭素鋼、黄銅、白銅、アルミニウム合金、さらにはアルミナ、ジルコニア、チタニア、窒化珪素、炭化珪素をはじめとするセラミックス等が好適に用いられる。また、これらを光透過性マイクロビーズの内部に充填又は含有させることにより温度制御粒子２を形成することもできる。この他、温度制御粒子２は、加熱用レーザーＬ２を吸光し、蓄熱され得るよう構成されたものであれば特に限定されず用いることができる。温度制御粒子２の最表層面には、腐食防止や反応防止のための処理を行ってもよく、例えば、テフロン（登録商標）などの有機膜や、各種酸化膜などの無機膜を形成することができる。 Temperature control particles 2, glass or various plastics (PP, PC, COP, PDMS ) on the surface of the microbeads formed by excellent absorption properties for the heating laser L 2, not easily altered or modified by high thermal melting point Such a heat storage material can be obtained by film formation, application, spraying, welding, inclusion or spotting. Specifically, for example, metals such as iron, nickel, cobalt, chromium, aluminum, copper, zinc, tin, and alloys based on these, such as stainless steel, carbon steel, brass, white copper, aluminum alloys, Ceramics such as alumina, zirconia, titania, silicon nitride, and silicon carbide are preferably used. Moreover, the temperature control particle | grains 2 can also be formed by filling or containing these in the inside of a light transmissive micro bead. In addition, temperature control particles 2, and absorption a heating laser L 2, as long as it is configured to be stored in the heat can be used without particular limitation. The surface of the temperature control particle 2 may be subjected to treatment for preventing corrosion or preventing reaction. For example, an organic film such as Teflon (registered trademark) or an inorganic film such as various oxide films may be formed. Can do.
温度制御粒子２は、流路Ｃ内に導入される液体に予め含有されていてもよく、流路Ｃ内への導入後の液体に投入される場合であってもよい。温度制御粒子２は、液体中に含有され間歇的に流路Ｃ内を送流されるものであり、液体中における濃度（粒子数）は適宜設定される（なお、図１（A）では、模式的に３つの温度制御粒子２が等間隔に送流された状態を示している）。 The temperature control particles 2 may be previously contained in the liquid introduced into the flow path C, or may be introduced into the liquid after introduction into the flow path C. The temperature control particles 2 are contained in a liquid and are intermittently sent through the flow path C, and the concentration (number of particles) in the liquid is set as appropriate (in FIG. 1A, a schematic diagram). 3 shows a state in which three temperature control particles 2 are sent at regular intervals).
本発明に係る温度制御方法においては、先に説明した温度指標粒子１に基づいて得られた流路Ｃ内の液体温度の測定結果に基づいて、温度制御粒子２に対し加熱用レーザーＬ２を照射して液体の加温を行う。 In the temperature control method according to the present invention, the heating laser L 2 is applied to the temperature control particle 2 based on the measurement result of the liquid temperature in the flow path C obtained based on the temperature index particle 1 described above. Irradiate to warm the liquid.
これまで、温度指標粒子１と温度制御粒子２を別個に構成する場合について説明したが、両者の機能を同一の粒子に付すことも可能である。この場合、図４の粒子断面模式図に示すように、温度指標粒子１に用いた磁性材料又は相変化材料などの温度測定用材料と、温度制御粒子２に用いた蓄熱材料と、を同一の粒子に修飾する。図４（A）は、符号１１１で示す温度測定用材料を粒子の表面に成膜し、符号１２１で示す蓄熱材料を粒子内部に含有させ構成した例を示している。また、図４（B）には、逆に、蓄熱材料１２１を粒子の表面に成膜し、温度測定用材料１１１を粒子の内部に含有させた例を示す。これらの態様において、粒子は、温度測定用材料１１１及び蓄熱材料１２１に光を照射するための光透過性を有していることが必要であり、測定用レーザーＬ１及び加熱用レーザーＬ２には、温度測定用材料１１１及び蓄熱材料１２１の光透過性を考慮して異なった波長のレーザーが用いられる。 So far, the case where the temperature index particle 1 and the temperature control particle 2 are configured separately has been described, but it is also possible to attach both functions to the same particle. In this case, the temperature measurement material such as the magnetic material or phase change material used for the temperature indicator particle 1 and the heat storage material used for the temperature control particle 2 are the same as shown in the particle cross-sectional schematic diagram of FIG. Modify the particles. FIG. 4A shows an example in which a temperature measurement material indicated by reference numeral 111 is formed on the surface of the particle, and a heat storage material indicated by reference numeral 121 is contained inside the particle. FIG. 4B shows an example in which the heat storage material 121 is formed on the particle surface and the temperature measuring material 111 is contained inside the particle. In these embodiments, the particles need to have light permeability for irradiating the temperature measurement material 111 and the heat storage material 121 with light, and the measurement laser L 1 and the heating laser L 2 In consideration of the light transmittance of the temperature measurement material 111 and the heat storage material 121, lasers having different wavelengths are used.
以下、具体的な装置の構成を示しながら、本発明に係る温度制御方法について説明する。 Hereinafter, the temperature control method according to the present invention will be described with reference to a specific apparatus configuration.
図５に、本発明に係る温度制御方法のためのシステム（装置）の構成を示す。 FIG. 5 shows the configuration of a system (apparatus) for the temperature control method according to the present invention.
このシステムは、測定用レーザーＬ１の光源３１と、測定用レーザーＬ１を基板３３上に配設された流路Ｃの所定位置に集光し、温度指標粒子１に照射するためのコリメータレンズ３１１とダイクロイックミラー３１２及び対物レンズ３１３を備えている。また、加熱用レーザーＬ２は、光源３２から出射され、コリメータレンズ３２１と対物レンズ３２３により、流路Ｃの所定位置に集光され、温度制御粒子２に照射されるよう構成されている。なお、図では、流路Ｃに対する加熱用レーザーＬ２の照射位置を、測定用レーザーＬ１の照射位置に対して、流路Ｃの送液方向（図中矢印Ｆ参照）下流に示したが、加熱用レーザーＬ２の照射位置が上流にある場合であってもよい。また、図１（B）において説明したように、測定用レーザーＬ１及び加熱用レーザーＬ２を同一の光学系により構成することもでき、これにより装置の小型化、省電力化を図ることが可能となる。 The system includes a light source 31 of the measuring laser L 1, condenses the measuring laser L 1 to a predetermined position disposed flow paths C on the substrate 33, a collimator lens for irradiating the temperature index particles 1 311, a dichroic mirror 312, and an objective lens 313. The heating laser L 2 is emitted from the light source 32, condensed at a predetermined position in the flow path C by the collimator lens 321 and the objective lens 323, and irradiated on the temperature control particles 2. In the figure, the irradiation position of the heating laser L 2 for channel C, the irradiation position of the measuring laser L 1, (see the arrow F in the drawing) liquid sending direction of the channel C is shown downstream , the irradiation position of the heating laser L 2 may be a case in upstream. Further, as described with reference to FIG. 1B, the measurement laser L 1 and the heating laser L 2 can be configured by the same optical system, thereby reducing the size and power consumption of the apparatus. It becomes possible.
測定用レーザーＬ１の照射により温度指標粒子１から生じる反射光は、ダイクロイックミラー３１２と偏光板３１４を経て、検出器３２に導光され検出される。検出器３４は、検出された反射光を増幅して電気信号へと変換し、解析部３５へ出力する。 Reflected light generated from the temperature index particle 1 by irradiation with the measurement laser L 1 is guided to the detector 32 through the dichroic mirror 312 and the polarizing plate 314 and detected. The detector 34 amplifies the detected reflected light, converts it into an electrical signal, and outputs it to the analysis unit 35.
温度指標粒子１の透過光を検出する場合には、検出器３４は、測定用レーザーＬ１の照射方向に対し、基板３３の反対側に設けられる必要がある。この場合、基板３３は、測定用レーザーL１を透過可能な材質により形成される（基板３３の材質については後述する）。 When detecting the transmitted light of the temperature indicator particle 1, the detector 34 needs to be provided on the opposite side of the substrate 33 with respect to the irradiation direction of the measurement laser L 1 . In this case, the substrate 33, (described later on the material of the substrate 33) of the measuring laser L 1 is formed by a permeable material to.
解析部３５は、検出器３４から入力される電気信号に基づいて温度指標粒子１の光学特性を解析し、温度指標粒子１の温度と光学特性との相関関係に基づいて、温度指標粒子１の温度、すなわち流路Ｃ内の液体温度を算出する。さらに、解析部３５は、得られた液体温度の算出結果を、加熱用レーザーＬ２の光源３２のレーザー出力を制御するための制御部３６に対し出力する。 The analysis unit 35 analyzes the optical characteristics of the temperature index particles 1 based on the electrical signal input from the detector 34, and based on the correlation between the temperature of the temperature index particles 1 and the optical characteristics, The temperature, that is, the liquid temperature in the channel C is calculated. Further, the analysis unit 35, the calculation results of the fluid temperature, and outputs to the control unit 36 for controlling the laser power of the heating laser L 2 of the light source 32.
そして、制御部３６は、解析部３５から入力される算出結果に基づいて光源３２のレーザー出力の制御を行うことにより、温度制御粒子２に対する光エネルギーの供給量を変化させる。これにより、温度制御粒子２に蓄熱される熱エネルギーが調整され、流路Ｃ内の液体が予め設定された温度にまで加温される。なお、流路Ｃ内の液体温度の測定結果が、設定温度以上である場合には、温制御部３６は光源３２からのレーザー出力を０、ないしは０に近い低レベルに制御する。 And the control part 36 changes the supply amount of the light energy with respect to the temperature control particle | grains 2 by controlling the laser output of the light source 32 based on the calculation result input from the analysis part 35. FIG. Thereby, the thermal energy stored in the temperature control particles 2 is adjusted, and the liquid in the flow path C is heated to a preset temperature. When the measurement result of the liquid temperature in the channel C is equal to or higher than the set temperature, the temperature control unit 36 controls the laser output from the light source 32 to 0 or a low level close to 0.
以上のように、本発明に係る温度制御方法によれば、流路内の液体温度の制御を、温度指標粒子１と温度制御粒子２とにより、液相に対し非接触的に、かつ、反応速度に優れる光学的機序により行うことが可能であるため、流路内の液体の温度を極めて高精度に制御することが可能となる。 As described above, according to the temperature control method of the present invention, the temperature of the liquid in the flow path is controlled in a non-contact manner with respect to the liquid phase by the temperature indicator particles 1 and the temperature control particles 2. Since it can be performed by an optical mechanism with excellent speed, the temperature of the liquid in the flow path can be controlled with extremely high accuracy.
本発明に係る温度制御方法において、液体温度の測定は、流路の液体に臨む面に、温度依存的に光学特性が変化し得る温度指標部を形成し、その光学特性に基づいて測定を行うよう構成することもできる。 In the temperature control method according to the present invention, the liquid temperature is measured by forming a temperature indicator portion whose optical characteristics can change in a temperature-dependent manner on the surface of the flow channel facing the liquid, and measuring based on the optical characteristics. It can also comprise.
図６は、本発明に係る温度制御方法の第二実施形態を説明するための模式図である。 FIG. 6 is a schematic diagram for explaining a second embodiment of the temperature control method according to the present invention.
図中、符号４で示される温度指標部は、流路Ｃの液体に望む面に形成され、上述の温度指標粒子１と同様に、温度依存的にその光学特性が変化し、その光学特性の検知によって、流路Ｃ内の液体温度を測定し得ることを特徴とする。 In the figure, the temperature indicator portion indicated by reference numeral 4 is formed on the surface desired for the liquid in the channel C, and its optical characteristics change in a temperature-dependent manner, similar to the temperature indicator particles 1 described above. The liquid temperature in the channel C can be measured by detection.
温度依存的な光学特性の変化としては、例えば、先に説明した磁気カー効果による反射偏光角の変化や磁気ファラデー効果による透過偏光角の変化、相変化による透過率及び反射率の変化などであってよい。 Examples of changes in temperature-dependent optical characteristics include changes in the reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect described above, changes in the transmission polarization angle due to the magnetic Faraday effect, and changes in transmittance and reflectance due to phase changes. It's okay.
温度指標部４の光学特性として、磁気カー効果による反射偏光角を測定する場合には、例えば、磁性鉄や磁性コバルト、磁性ニッケル等の磁性金属（または磁性合金）を流路Ｃの表面に成膜、塗布、噴霧、溶着する。光学特性として磁気ファラデー効果による透過偏光角を測定する場合には、磁性材料の成膜等により、また、相変化による透過率／反射率を測定する場合には、相変化材料の成膜等により、温度指標部４を形成する。磁性金属、磁性材料及び相変化材料は、流路Ｃ内の液体温度をその光学特性に反映できる限りにおいて、流路Ｃの表面に限らず、流路壁面内部に含有させることも可能である。温度指標部４の最表層面には、腐食防止や反応防止のための処理を行ってもよく、例えば、テフロン（登録商標）などの有機膜や、各種酸化膜などの無機膜を形成することができる。 When measuring the reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect as the optical characteristic of the temperature indicator 4, for example, a magnetic metal (or magnetic alloy) such as magnetic iron, magnetic cobalt, or magnetic nickel is formed on the surface of the flow path C. Film, apply, spray, weld. When measuring the transmission polarization angle due to the magnetic Faraday effect as an optical characteristic, the film is formed of a magnetic material. When measuring the transmittance / reflectance due to the phase change, the film is formed of a phase change material. The temperature indicator part 4 is formed. The magnetic metal, the magnetic material, and the phase change material can be contained not only on the surface of the channel C but also inside the channel wall surface as long as the liquid temperature in the channel C can be reflected in the optical characteristics thereof. Treatment for preventing corrosion or reaction may be performed on the outermost surface of the temperature indicator portion 4, for example, forming an organic film such as Teflon (registered trademark) or an inorganic film such as various oxide films. Can do.
この他、温度指標部４は、種々の光学的反射膜、光学的干渉膜、光学的磁気膜として形成することができ、その光学特性として屈折率、透過率、吸収率、偏光角等を測定し、その温度、及び流路Ｃ内の液体の温度の測定を行うことができれば特に限定されない。 In addition, the temperature indicator 4 can be formed as various optical reflection films, optical interference films, and optical magnetic films, and its optical characteristics are measured for refractive index, transmittance, absorption rate, polarization angle, and the like. However, there is no particular limitation as long as the temperature and the temperature of the liquid in the channel C can be measured.
温度指標部４の光学特性の測定は、温度指標粒子１と同様の装置及び測定原理によって行うことが可能であり、その光学特性に基づいて得られた流路Ｃ内の液体温度の測定結果に基づいて、温度制御粒子２に対し加熱用レーザーＬ２を照射することによって、液体の加温を行うことができる。 The measurement of the optical characteristics of the temperature index portion 4 can be performed by the same apparatus and measurement principle as the temperature index particles 1, and the measurement result of the liquid temperature in the channel C obtained based on the optical characteristics is obtained. based on, by irradiating a heating laser L 2 with temperature control particles 2, it is possible to perform the heating of the liquid.
続いて、流路内に複数の層流として送液される液体の温度制御方法について説明する。 Subsequently, a method for controlling the temperature of the liquid fed as a plurality of laminar flows in the flow path will be described.
図７は、本発明に係る温度制御方法の第三実施形態を説明するための模式図である。 FIG. 7 is a schematic diagram for explaining a third embodiment of the temperature control method according to the present invention.
図７（Ａ）は、基板３３上に配設された流路Ｃの断面模式図であり、送流方向に直交する面での断面を示す（図５中、Ｐ−Ｐ断面に対応）。図中、符号３１１は基板３３の基板本体部、符号３３２は蓋部を示す。図７（Ｂ）及び（Ｃ）は、（Ａ）中、Ｑ−Ｑ断面に対応する流路Ｃの水平断面図である。通常、基板本体３３１は、通常、ガラスや各種プラスチック（ＰＰ，ＰＣ，ＣＯＰ、ＰＤＭＳ）であって測定用レーザーL１を透過可能であり、測定用レーザーL１に対して波長分散が少なく光学誤差の少ない材質を用いて形成される。また、蓋部３３２は、同材質のカバーシールとして、流路Ｃを形成した基板上にシールされる。なお、流路Ｃは、基板３３をガラス製とする場合には、ウェットエッチングやドライエッチングによる転写で、またプラスチック製とする場合には、ナノインプリントや成形によって、基板上に形成される。 FIG. 7A is a schematic cross-sectional view of the flow path C disposed on the substrate 33, and shows a cross section in a plane orthogonal to the flow direction (corresponding to the PP cross section in FIG. 5). In the figure, reference numeral 311 denotes a substrate body portion of the substrate 33, and reference numeral 332 denotes a lid portion. 7B and 7C are horizontal sectional views of the flow path C corresponding to the QQ cross section in FIG. Usually, the substrate main body 331 is generally glass or various plastics are permeable (PP, PC, COP, PDMS ) a measuring laser L 1 a, the wavelength dispersion is small relative to the measuring laser L 1 optical errors It is formed using a material with a small amount. Moreover, the cover part 332 is sealed on the board | substrate in which the flow path C was formed as a cover seal of the same material. The channel C is formed on the substrate by transfer by wet etching or dry etching when the substrate 33 is made of glass, or by nanoimprint or molding when the substrate 33 is made of plastic.
図７では、流路Ｃ内において、一の液体層流の周囲を囲むようにして、他の液体層流を形成し、送液する場合を例示した。各層流は、図（Ｂ）及び（Ｃ）中左から右へ矢印Ｆ方向に送液されるものとする。なお、流路Ｃ内に形成される層流は複数であってよく、各層流が流路Ｃ内に占める位置も図に示した位置関係に限定されない。 FIG. 7 illustrates a case where another liquid laminar flow is formed in the flow path C so as to surround the periphery of one liquid laminar flow, and the liquid is fed. Each laminar flow is assumed to be fed in the direction of arrow F from the left to the right in the drawings (B) and (C). In addition, the laminar flow formed in the flow path C may be plural, and the position occupied by each laminar flow in the flow path C is not limited to the positional relationship shown in the drawing.
図７中、流路Ｃの中心部を送液される層流（以下、「層流Ａ」という）中に含有される温度指標粒子を符号１１（図（Ｂ）中、黒色の六角形参照）で、周囲を囲む層流（以下、「層流Ｂ」という）に含有される温度指標粒子を符号１２（図中、黒色の円形参照）で示す。また、層流Ａ中に含有される温度制御粒子を符号２１（図中、白色の六角形参照）で、層流Ｂに含有される温度制御粒子を符号２２（図中、白色の円形参照）で示す。 In FIG. 7, the temperature indicator particles contained in the laminar flow (hereinafter referred to as “laminar flow A”) sent through the center of the flow path C are denoted by reference numeral 11 (see the black hexagon in FIG. 7B). ), The temperature indicator particles contained in the laminar flow surrounding the periphery (hereinafter referred to as “laminar flow B”) are denoted by reference numeral 12 (see the black circle in the figure). Further, the temperature control particles contained in the laminar flow A are denoted by reference numeral 21 (see the white hexagon in the figure), and the temperature control particles contained in the laminar flow B are denoted by reference numeral 22 (see the white circle in the figure). It shows with.
温度指標粒子１１と温度指標粒子１２には、例えば、温度指標粒子１１として、表面に磁性金属が成膜され、磁気カー効果による反射偏光角の変化を測定可能とされたマイクロビーズを用い、温度指標粒子１２には、磁性材料を含み、磁気ファラデー効果による透過偏光角の変化を測定可能とされた光透過性マイクロビーズというように、互いに異なる光学特性を測定可能なマイクロビーズを用いることができる。 For the temperature indicator particles 11 and the temperature indicator particles 12, for example, temperature beads are used as the temperature indicator particles 11, and microbeads having a magnetic metal film formed on the surface and capable of measuring the change in the reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect are used. The indicator particles 12 can be made of microbeads that can measure different optical characteristics, such as light-transmitting microbeads that contain a magnetic material and can measure the change in transmission polarization angle due to the magnetic Faraday effect. .
この場合、温度指標粒子１１から生じる反射光の温度依存的な光学特性（反射偏光角）の変化は、図２で示される。一方、温度指標粒子１２については、その透過光が、図３（Ａ）で示される温度依存的な光学特性（透過偏光角）の変化を示すこととなる。 In this case, the change of the temperature-dependent optical property (reflection polarization angle) of the reflected light generated from the temperature indicator particle 11 is shown in FIG. On the other hand, the transmitted light of the temperature indicator particles 12 shows a change in temperature-dependent optical characteristics (transmission polarization angle) shown in FIG.
測定用レーザーＬ１は、例えば図７（Ｂ）に示すように、グレーティングなどによって分割され、層流Ａ及び層流Ｂに対応する位置に、それぞれの層流幅に応じた大きさのレーザースポットとして分割照射される。これにより、反射光の光学特性変化（反射偏光角）からは温度指標粒子１１の温度を、透過光の光学特性変化（透過偏光角）からは温度指標粒子１２の温度を求めることができる。従って、温度指標粒子１１の温度から層流Ａの液体温度を、温度指標粒子１２の温度から層流Ｂの液体温度を、個別に測定することが可能となる。 The laser L 1 for measurement is divided by a grating or the like as shown in FIG. 7B, for example, and at a position corresponding to the laminar flow A and laminar flow B, a laser spot having a size corresponding to the laminar flow width. Are divided and irradiated. Thereby, the temperature of the temperature indicator particle 11 can be obtained from the change in the optical characteristic of the reflected light (reflection polarization angle), and the temperature of the temperature indicator particle 12 from the change in the optical characteristic of the transmitted light (transmission polarization angle). Therefore, it is possible to individually measure the liquid temperature of the laminar flow A from the temperature of the temperature indicator particles 11 and the liquid temperature of the laminar flow B from the temperature of the temperature indicator particles 12.
また、測定用レーザーＬ１の照射は、図７（Ｃ）に示すように、レーザースポットの大きさを層流Ａ及び層流Ｂの層流幅に対応させ、ガルバノミラーなどによって流路Ｃに直交する方向（図中矢印Ｒ参照）に走査させることにより行うこともできる。これにより、層流Ａ中の温度指標粒子１１及び層流Ｂ中の温度指標粒子１２の光学特性をそれぞれ測定し、層流Ａ及び層流Ｂの温度を個別に測定することができる。 Further, as shown in FIG. 7C, the measurement laser L 1 is irradiated with the size of the laser spot corresponding to the laminar widths of the laminar flow A and the laminar flow B, and applied to the flow path C by a galvanometer mirror or the like. It can also be performed by scanning in an orthogonal direction (see arrow R in the figure). Thereby, the optical characteristics of the temperature indicator particles 11 in the laminar flow A and the temperature indicator particles 12 in the laminar flow B can be measured, respectively, and the temperatures of the laminar flow A and the laminar flow B can be individually measured.
また、上記の例では、温度指標粒子１１と温度指標粒子１２に、互いに異なる光学特性（磁気カー効果による反射偏光角、と、磁気ファラデー効果による透過偏光角）を示すマイクロビーズを用いる例を説明したが、温度指標粒子１１と温度指標粒子１２には、一の光学特性（例えば、磁気カー効果による反射偏光角）において異なる温度特性を示すマイクロビーズを用いてもよい。 In the above example, an example in which microbeads having different optical properties (reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect and transmission polarization angle due to the magnetic Faraday effect) are used for the temperature index particle 11 and the temperature index particle 12 will be described. However, the temperature indicator particles 11 and the temperature indicator particles 12 may be microbeads having different temperature characteristics in one optical characteristic (for example, a reflection polarization angle by the magnetic Kerr effect).
図８に、磁気カー効果による反射偏光角において、異なる温度特性を示す温度指標粒子１１と温度指標粒子１２について、その温度と、磁気カー効果による反射光の偏光角度（反射偏光角）と、の関係を模式的に示す。図中、横軸は温度、縦軸は偏光角度、符号Ｔ1はキュリー温度を示す。 FIG. 8 shows the temperature and the polarization angle (reflection polarization angle) of the reflected light due to the magnetic Kerr effect for the temperature index particle 11 and the temperature index particle 12 showing different temperature characteristics in the reflection polarization angle due to the magnetic Kerr effect. The relationship is shown schematically. In the figure, the horizontal axis represents temperature, the vertical axis represents the polarization angle, and the symbol T 1 represents the Curie temperature.
図中、実線は、例えば、温度指標粒子１１における温度と反射偏光角の相関関係を、点線は、例えば、温度指標粒子１２における温度と反射偏光角の相関関係を表す。 In the figure, for example, the solid line represents the correlation between the temperature and the reflection polarization angle in the temperature indicator particle 11, and the dotted line represents the correlation between the temperature and the reflection polarization angle in the temperature indicator particle 12, for example.
このように、一の光学特性において異なる温度特性を示すマイクロビーズを用いても、図７（Ｂ）又は（Ｃ）に示したように測定用レーザーＬ１を照射することにより、層流Ａ及び層流Ｂの液体温度を個別に検出することが可能である。なお、この場合、測定用レーザーＬ１はパルス状の照射を行うことができる。 Thus, by irradiating also the measurement laser L 1 as shown in FIG. 7 (B) or (C) by using microbeads exhibit different temperature characteristics in one of the optical properties, laminar flow A and It is possible to individually detect the liquid temperature of the laminar flow B. In this case, the measuring laser L 1 can perform a pulse-like irradiation.
そして、図５において説明したように、温度指標粒子１１及び１２に基づいて得られた層流Ａ及び層流Ｂの液体温度の測定結果に基づいて、温度制御粒子２１及び２２に対し照射される加熱用レーザーＬ２のレーザー出力を制御することにより、層流Ａ及び層流Ｂの液体温度を独立して制御することが可能となる。加熱用レーザーＬ２についても、測定用レーザーＬ１と同様に分割又は走査により照射することができ（図７（Ｂ）及び（Ｃ）参照）、またパルス状の照射を行うことができる。 And as demonstrated in FIG. 5, based on the measurement result of the liquid temperature of the laminar flow A and the laminar flow B obtained based on the temperature indicator particles 11 and 12, it is irradiated with respect to the temperature control particles 21 and 22 by controlling the laser power of the heating laser L 2, it is possible to independently control the liquid temperature of the laminar flow a and laminar B. The heating laser L 2 can also be irradiated by division or scanning in the same manner as the measurement laser L 1 (see FIGS. 7B and 7C), and pulsed irradiation can be performed.
以上のように、本発明に係る温度制御方法では、複数の層流にそれぞれ異なった光学特性若しくは同一の光学特性において異なった温度特性を示す温度指標粒子と、温度制御粒子と、を含有させることにより、各層流の温度を個別に検出し、独立して温度制御を行うことが可能である。 As described above, in the temperature control method according to the present invention, a plurality of laminar flows contain temperature indicator particles that exhibit different optical characteristics or different temperature characteristics in the same optical characteristics, and temperature control particles. Thus, it is possible to individually detect the temperature of each laminar flow and perform temperature control independently.
先に説明したように、化学的及び生物学的反応における複雑な試料処理や多段階反応、分離処理等の工程では、流路内に複数の液体を層流として送液することが必要となる場合がある。 As described above, in complex sample processing, multistage reaction, separation processing, etc. in chemical and biological reactions, it is necessary to send a plurality of liquids as a laminar flow in the flow path. There is a case.
特に、微小粒子測定技術においては、細胞やマイクロビーズ等の微小粒子の分散液を、フローセル（流路）内に形成したシース液（溶媒）の層流の中心部に導入し、分散液の層流をシース液層流（シース流）で囲むようにして送流することが行われている。 In particular, in the fine particle measurement technology, a dispersion of fine particles such as cells and microbeads is introduced into the center of the laminar flow of the sheath liquid (solvent) formed in the flow cell (flow channel), and the dispersion liquid layer The flow is sent so as to be surrounded by a sheath liquid laminar flow (sheath flow).
これは、微小粒子を流路中心部に送流することにより、光を精度良く微小粒子に照射して、光学測定精度を高めることを主な目的としている。通常、微小粒子測定装置では、流路中央に光を集光して、流路内を送流される微小粒子の光学測定を行っているため、微小粒子の送流位置が流路中心部からずれて変位した場合には、微小粒子に対し精度良く光を照射することができず、測定精度の低下を生じる要因となるためである。 The main purpose of this is to increase the optical measurement accuracy by irradiating the fine particles with high accuracy by sending the fine particles to the center of the flow path. Normally, a microparticle measurement device collects light at the center of the flow path and optically measures the microparticles that are sent through the flow path. This is because if the light is displaced, the fine particles cannot be irradiated with light with high accuracy, resulting in a decrease in measurement accuracy.
しかし、この場合においても、測定の都度、蛍光色素を含有するマイクロビーズなどの標準物質を用いて、予め流路に対する光の照射位置を補正すること（キャリブレーション）が必要とされていた。 However, even in this case, it is necessary to correct the irradiation position (calibration) of the light with respect to the flow path in advance using a standard substance such as microbeads containing a fluorescent dye for each measurement.
これは、溶媒層流の中心部に分散液層流を形成する上記方法によっても、溶媒や分散液の温度変化などの要因により、常に微小粒子の送流位置が流路中心部に位置されない場合があるためである。 This is because even when the above method of forming a dispersion laminar flow at the center of the solvent laminar flow is not always located at the center of the flow path due to factors such as the temperature change of the solvent or dispersion Because there is.
流路内を通流する液体は、流路の中心部で最も送流速度が速く、流路壁面の近傍ほど送流速度が遅くなるため、流路中心部の分散液層流の層流速度と壁面近傍の溶媒層流の送流速度には送流速度に差が生じている。そして、溶媒層流と分散液送流がそれぞれ流路内に占める割合（層流の厚み）は、この送流速度差によって規定されている。 The liquid flowing through the channel has the fastest flow rate at the center of the channel, and the nearer the channel wall, the slower the flow rate, so the laminar flow rate of the dispersion laminar flow at the center of the channel There is a difference in the flow rate of the solvent laminar flow near the wall surface. The proportion of the solvent laminar flow and the dispersion liquid flow in the flow path (thickness of the laminar flow) is defined by this flow rate difference.
しかし、溶媒や分散液の温度が変化すると、溶媒層流及び分散液層流の粘度係数が変化し、それぞれの送流速度に変化が生じる。溶媒や分散液の温度がランダムに変化すると、溶媒層流及び分散液層流が流路内に占める割合（層流の厚み）も不規則に変化し、これにより分散液層流の送流位置にずれが生じる場合がある。 However, when the temperature of the solvent or the dispersion changes, the viscosity coefficient of the solvent laminar flow and the dispersion laminar flow changes, and the respective flow rates change. When the temperature of the solvent or dispersion changes randomly, the proportion of the solvent laminar flow and the dispersion laminar flow in the flow path (laminar thickness) also changes irregularly. Deviation may occur.
従来、上記のような溶媒及び分散液の温度変化による分散液の送流位置の変位を防止し、測定誤差を解消するためには、溶媒及び分散液の供給タンクを所定温度（例えば、４℃）に制御することで、一定温度の溶媒層流及び分散液層流を送液することで解決が図られていた。 Conventionally, in order to prevent the displacement of the dispersion sending position due to the temperature change of the solvent and the dispersion as described above and eliminate the measurement error, the solvent and dispersion supply tanks are set at a predetermined temperature (for example, 4 ° C.). ), The solution was achieved by sending a solvent laminar flow and a dispersion laminar flow at a constant temperature.
しかしながら、この方法では、供給タンクから流路内へ導入した後の溶媒及び分散液の温度変化や、流路内壁への夾雑物の付着等の他の要因で、測定中に分散液層流の送流位置のずれが生じた場合に、柔軟かつ迅速に対応することができず、正確な測定結果が得られないおそれがあった。 However, in this method, due to other factors such as changes in the temperature of the solvent and the dispersion liquid after they are introduced from the supply tank into the flow path and adhesion of impurities to the inner wall of the flow path, When a shift in the flow position occurs, it is not possible to respond flexibly and quickly, and there is a possibility that an accurate measurement result cannot be obtained.
本発明に係る温度制御方法では、複数の層流にそれぞれ異なった光学特性を示す温度指標粒子と、温度制御粒子と、を含有させることにより、各層流の温度を個別に検出し、独立して温度制御を行うことが可能であるため、測定中に上記のような要因で分散液層流の送流位置のずれが生じた場合にも、各層流の温度制御を介して、それぞれの粘度係数及び送流速度を制御することにより、溶媒層流又は／及び分散液送流が流路内に占める割合（層流の厚み）を柔軟に修正し、送流位置のずれを解消することが可能である。 In the temperature control method according to the present invention, the temperature of each laminar flow is detected individually by including temperature indicator particles each having different optical characteristics in a plurality of laminar flows, and temperature control particles, and independently. Since temperature control is possible, even if the dispersion laminar flow position shifts due to the above factors during measurement, the viscosity coefficient of each dispersion flow is controlled via the temperature control of each laminar flow. In addition, by controlling the flow rate, the ratio of the laminar flow or / and dispersion liquid flow in the flow path (thickness of the laminar flow) can be flexibly corrected, and the displacement of the flow position can be eliminated. It is.
これにより、特に、微小粒子測定技術においては高い測定精度を得ることが可能となる他、流路内に複数の液体を層流として送液し、複雑な試料処理や多段階反応、分離処理等を行なう化学的及び生物学的反応において、各層流の送流位置や流路内に占める割合（層流の厚み）を高精度に制御して、正確な測定結果を得ることが可能となる。 This makes it possible to obtain high measurement accuracy, especially in the microparticle measurement technology, and also to send multiple liquids as laminar flows into the flow path to perform complex sample processing, multistage reaction, separation processing, etc. In the chemical and biological reactions performed, the laminar flow position and the ratio of the laminar flow in the flow path (laminar flow thickness) can be controlled with high accuracy to obtain accurate measurement results.
さらに、本発明に係る温度制御方法の他の実施形態について説明する。 Furthermore, another embodiment of the temperature control method according to the present invention will be described.
図９は、本発明に係る温度制御方法の第四実施形態を説明するための模式図である。 FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a fourth embodiment of the temperature control method according to the present invention.
図は、反応緩衝液（図中、斜線で示す）が通流する流路Ｃ内に気体あるいは分離液を導入し、該気体あるいは分離液によって分断された状態で送液される反応緩衝液内に、複数の物質を注入し、これら物質の反応を検出するための方法を示している。一つの流路Ｃ内で、分断された各液体中において複数の反応を分析し得るため、化学的及び生物学的反応分析のハイスループット化に寄与するものである。以下、この反応分析方法について具体的に説明する。 The figure shows the inside of a reaction buffer solution that is introduced into a flow path C through which a reaction buffer solution (shown by diagonal lines) flows and is sent in a state of being separated by the gas or the separation solution. Shows a method for injecting a plurality of substances and detecting the reaction of these substances. Since a plurality of reactions can be analyzed in each separated liquid in one channel C, this contributes to a high throughput of chemical and biological reaction analysis. Hereinafter, this reaction analysis method will be specifically described.
流路Ｃ内に導入される反応緩衝液（以下、単に「液体」ともいう）は、図中左から右へ矢印Ｆ方向に送流されるものとする。液体中には、温度指標粒子１と温度制御粒子２が所定濃度で含有され、流路Ｃ内を間歇的に送流されている。 It is assumed that a reaction buffer solution (hereinafter also simply referred to as “liquid”) introduced into the channel C is sent in the direction of arrow F from the left to the right in the figure. In the liquid, the temperature indicator particles 1 and the temperature control particles 2 are contained at a predetermined concentration, and are intermittently sent in the flow path C.
図９中、符号５１は、流路Ｃ内に気体あるいは分離液を導入するための導入部を示す。導入部５１は、その一端において流路Ｃに連通し、他端から図示しない加圧ポンプにより供給される気体あるいは分離液を流路Ｃ内に導入する。以下、導入部５１が流路Ｃに連通する部分を「接続部Ｃ１２」といい、流路Ｃの接続部Ｃ１２上流を「導入路Ｃ１」、接続部Ｃ１２下流を「送液路Ｃ２」というものとする。 In FIG. 9, the code | symbol 51 shows the introduction part for introduce | transducing gas or a separated liquid in the flow path C. In FIG. The introduction part 51 communicates with the flow path C at one end, and introduces gas or separation liquid supplied from a pressure pump (not shown) into the flow path C from the other end. Hereinafter, the part where the introduction part 51 communicates with the flow path C is referred to as “connection part C 12 ”, the upstream of the connection part C 12 of the flow path C is “introduction path C 1 ”, and the downstream of the connection part C 12 is “liquid supply path”. “C 2 ”.
導入部５１からは、所定のタイミングで接続部Ｃ１２に気体あるいは分離液が導入され、導入路Ｃ１から送流される液体を気体あるいは分離液によって分断して送液路Ｃ２に送流する。ここで、「気体」という用語は、狭義に解釈されるべきでなく、空気や、窒素、等のガスなどを広く包含し得るものとする。また、「分離液」とは、反応緩衝液に対して、化学的及び物理的に混合や反応を起こすことがない液体を意味し、例えば、水に対する油のような液体を指すものとする。 From the introduction portion 51 is introduced gas or separated liquid to the connecting part C 12 at a predetermined timing, to flow sending the liquid feed path C 2 to the liquid flow sent from the introduction path C 1 divided by the gas or the separated liquid . Here, the term “gas” should not be construed in a narrow sense, and can broadly include gases such as air and nitrogen. In addition, the “separation liquid” means a liquid that does not cause a chemical or physical mixing or reaction with respect to the reaction buffer, and refers to a liquid such as oil for water, for example.
なお、図９では、導入部５１を１つ設けた場合を示したが、接続部Ｃ１２において連通させる導入部５１は二以上とすることができる。例えば、接続部Ｃ１２の両側（図８中上下）に導入部５１，５１を設け、流路Ｃの両方向（図９中上下方向）から接続部Ｃ１２に気体あるいは分離液を導入してもよい。 In FIG. 9, a case of introducing portion 51 which one is provided, the introduction portion 51 that communicates at a connection C 12 can be a two or more. For example, the inlet portion 51, 51 provided on both sides of the connection portions C 12 (in FIG. 8 vertical), be introduced a gas or separated liquid to the connecting part C 12 from both directions of the channel C (in FIG. 9 vertically) Good.
導入した気体によって、流路Ｃ内において液体を完全に分断させるため、流路Ｃは撥水性の材質を用いて形成されることが好ましい。また、流路Ｃの内壁表面に撥水加工を行ってもよい。撥水加工は、通常使用されるシリコン樹脂系撥水剤やフッ素樹脂系撥水剤などの塗布や、アクリルシリコーン撥水膜やフッ素撥水膜などの成膜による表面処理の他、流路表面に微細構造を形成することによって撥水性を付与することもできる。 In order to completely divide the liquid in the channel C by the introduced gas, the channel C is preferably formed using a water-repellent material. Further, water repellent processing may be performed on the inner wall surface of the flow path C. The water-repellent treatment is applied to the surface of the flow path in addition to the surface treatment by the application of normally used silicon resin-based water repellent and fluororesin-based water repellent, and film formation such as acrylic silicone water-repellent film and fluorine water-repellent film. Water repellency can also be imparted by forming a fine structure on the surface.
図９中、符号５２，５３は、送液路Ｃ２において分断された液体中に所定の物質を注入するための注入部を示す。図では、注入部５２から物質Ｓ１を、注入部３２から物質Ｓ２を注入し、反応検出部５４において物質Ｓ１と物質Ｓ２との反応を検出する場合を示した。 In FIG. 9, reference numerals 52 and 53 denote injection portions for injecting a predetermined substance into the liquid divided in the liquid supply path C < b > 2 . In the figure, the substance S 1 is injected from the injection part 52 and the substance S 2 is injected from the injection part 32, and the reaction detection part 54 detects the reaction between the substance S 1 and the substance S 2 .
注入部５２，５３は、送液路Ｃ２に複数配設することができ、分断された液体に、全ての注入部から又はいずれかの注入部から選択的に物質を注入する。また、各注入部からは、複数の物質を同時に注入してもよく、複数の物質から一以上の物質を選択的に注入してもよい。 Injection unit 52, 53 can be more disposed to the liquid feed passage C 2, the separated liquid, selectively injecting material from the injection portion of either or all of the injection unit. In addition, a plurality of substances may be injected simultaneously from each injection part, or one or more substances may be selectively injected from the plurality of substances.
一例として、注入部５２から注入される単一の物質Ｓ１と反応し得る物質をスクリーニングする目的では、注入部５３から物質Ｓ２として複数の候補物質を１つずつ、分断された各反応緩衝液中に順次注入し、反応検出部５４において各反応緩衝液内における反応の有無を検出する。その他、予め所定の物質を含有させた反応緩衝液を流路Ｃ内に導入すれば、該物質と一次反応し得る候補物質を注入部５２から、一次反応生成物と反応し得る二次反応候補物質を注入部５３から注入し、二段階のスクリーニングを行うことも可能である。 As an example, in order to screen a substance that can react with the single substance S 1 injected from the injection part 52, each of the reaction buffers obtained by dividing a plurality of candidate substances one by one as the substance S 2 from the injection part 53. The reaction is sequentially injected into the liquid, and the reaction detector 54 detects the presence or absence of a reaction in each reaction buffer. In addition, if a reaction buffer containing a predetermined substance in advance is introduced into the channel C, a candidate substance capable of undergoing a primary reaction with the substance is introduced from the injection section 52 into a secondary reaction candidate capable of reacting with a primary reaction product. It is also possible to inject a substance from the injection part 53 and perform two-stage screening.
また、ＰＣＲへの応用も可能である。例えば、予め増幅対象とする鋳型ＤＮＡと塩、ヌクレオチド（dTNPs）等を含有させた反応溶液を流路Ｃ内に導入し、注入部５２及び注入部５３からそれぞれフォワード及びリバースプライマーを複数の組み合わせで注入し、反応検出部５４において各反応溶液内における反応の有無を検出すれば、鋳型ＤＮＡを効率的に増幅し得るプライマーセットを見出すことができる。 Moreover, application to PCR is also possible. For example, a reaction solution containing a template DNA to be amplified in advance, a salt, nucleotides (dTNPs) and the like is introduced into the flow path C, and forward and reverse primers are combined in a plurality of combinations from the injection part 52 and the injection part 53, respectively. By injecting and detecting the presence or absence of reaction in each reaction solution in the reaction detection unit 54, a primer set capable of efficiently amplifying the template DNA can be found.
反応検出部５４は、一組の微小電極として送液路１１１の両側に配設され、電極間に交流電圧を印加して、電極間に流れるインピーダンスの変化により、物質Ｓ１と物質Ｓ２との反応を検出する。また、検出部２は、例えば、光学的に反応検出を行う構成であってもよく、公知の光学検出系により構成することができる。この場合、検出部５４として、レーザー光源と、光源からのレーザー光を送液路Ｃ２の所定の部位に集光・照射するための光学経路とを設け、レーザー光の照射によって送液路Ｃ２内から発生する光を同一又は他の光学経路により検出器に導光・検出することにより反応の検出を行う。この際、検出を行う光は、レーザー光の照射により発生する散乱光や蛍光などであってよい。 The reaction detection unit 54 is disposed on both sides of the liquid feeding path 111 as a set of microelectrodes, applies an AC voltage between the electrodes, and changes in the substance S 1 and the substance S 2 due to a change in impedance flowing between the electrodes. The reaction of is detected. Moreover, the detection part 2 may be the structure which performs reaction detection optically, for example, and can be comprised by a well-known optical detection system. In this case, as the detection unit 54, a laser light source, a laser beam from a light source into a predetermined portion of the liquid feed passage C 2 and an optical path for focusing Irradiation provided, the liquid feed passage C by irradiation of a laser beam The reaction is detected by guiding the light generated from the inside 2 to the detector through the same or other optical path. At this time, the light to be detected may be scattered light or fluorescence generated by laser light irradiation.
導入路Ｃ１に導入される液体中には、温度指標粒子１と温度制御粒子２が含有されており、導入部５１から導入される気体により分断された液体中にも、温度指標粒子１と温度制御粒子２が所定濃度で含まれている。 The liquid introduced into the introduction path C 1 contains the temperature indicator particles 1 and the temperature control particles 2, and the temperature indicator particles 1 and 1 are also contained in the liquid divided by the gas introduced from the introduction part 51. The temperature control particles 2 are contained at a predetermined concentration.
図９では、この分断された液体中に含まれる温度指標粒子１に対し、注入部５３からの物質Ｓ２と同時に、測定用レーザーＬ１を照射し、分断された液体（物質Ｓ１及びＳ２を含む）の温度を測定できるよう構成した場合を示した。 In FIG. 9, the temperature indicator particles 1 contained in the divided liquid are irradiated with the measurement laser L 1 simultaneously with the substance S 2 from the injection portion 53, and the divided liquids (substances S 1 and S The case where it comprised so that the temperature of 2 ) was measured was shown.
そして、温度指標粒子１の光学特性に基づいて得られた液体温度に応じて、注入部５３のすぐ下流において温度制御粒子２に対し照射される加熱用レーザーＬ２のレーザー出力を制御することによって、分断された各液体の温度の制御を行う。 Then, by depending on the liquid temperature obtained based on the optical characteristics of the temperature indicator particles 1, to control the immediate laser output of the heating laser L 2 irradiated with temperature control particles 2 in the downstream of the injection section 53 The temperature of each divided liquid is controlled.
これにより、分断された液体の温度を物質Ｓ１と物質Ｓ２の最適反応温度に制御することができため、例えば、上記のＰＣＲの例においては、注入部５２及び注入部５３から注入されるフォワード及びリバースプライマーに応じた適切な反応温度に液体を保持することが可能となる。 Thereby, since the temperature of the divided liquid can be controlled to the optimum reaction temperature of the substance S 1 and the substance S 2 , for example, in the above PCR example, the liquid is injected from the injection part 52 and the injection part 53. It becomes possible to keep the liquid at an appropriate reaction temperature according to the forward and reverse primers.
また、分断された液体について、それぞれの温度を一定の温度範囲内から段階的に変化させて制御することにより、例えば、注入部５２から注入される物質Ｓ１と反応し得る物質をスクリーニングする目的では、注入部５３から物質Ｓ２を注入する場合において、物質Ｓ１と物質Ｓ２が反応し得る最適反応温度を検討することも可能となる。 Further, the divided liquid, by controlling the respective temperature is changed stepwise from the predetermined temperature range, for example, screening a substance capable of reacting with the substance S 1 to be injected from the injection unit 52 object So, in the case of injecting the injection section 53 of the substance S 2, it is also possible to consider the optimum reaction temperature substance S 1 and the substance S 2 can react.
このように、本発明に係る温度制御方法を用いれば、例えば、流路内を通流する液体を分断し、分断された液体に種々の物質を注入することにより、一つの流路内で複数の化学反応を同時に分析するような上記の反応分析方法のように、流路内において各種の化学的及び生物学的反応を行なう場合において、反応温度の制御や最適温度の検討を容易に行うことが可能となり、分析の一層の精度向上及びハイスループット化を図ることが可能となる。 As described above, when the temperature control method according to the present invention is used, for example, by dividing the liquid flowing through the flow path and injecting various substances into the divided liquid, a plurality of substances can be formed in one flow path. When conducting various chemical and biological reactions in the flow path, as in the case of the above-described reaction analysis method that simultaneously analyzes chemical reactions, it is easy to control the reaction temperature and study the optimum temperature. Therefore, it is possible to further improve the accuracy of analysis and increase the throughput.
Ａ，Ｂ 層流
Ｃ 流路
Ｌ１ 測定用レーザー
Ｌ２ 加熱用レーザー
１，１１，１２ 温度指標粒子
１１１ 温度測定用材料
１２１ 蓄熱材料
２，２１，２２ 温度制御粒子
３３ 基板
３４ 検出器
３５ 解析部
３６ 制御部
４ 温度指標部
５１ 導入部
５２，５３ 注入部
５４ 反応検出器
A, B Laminar flow C Flow path L 1 Measurement laser L 2 Heating laser 1, 11, 12 Temperature indicator particle 111 Temperature measurement material 121 Thermal storage material 2, 21, 22 Temperature control particle 33 Substrate 34 Detector 35 Analysis unit 36 Control part 4 Temperature indicator part 51 Introduction part 52, 53 Injection part 54 Reaction detector
Claims (5)
前記温度指標粒子に光を照射して前記光学特性を測定し、
得られた測定値に基づいて前記液体の温度を算出する温度制御方法。 In the liquid flowing through the flow path, temperature indicator particles whose optical characteristics change depending on the temperature are contained,
Irradiating the temperature indicator particles with light to measure the optical characteristics,
A temperature control method for calculating the temperature of the liquid based on the obtained measurement value.
前記蓄熱を利用して前記液体を加温することを特徴とする請求項１記載の温度制御方法。 In the liquid, temperature control particles stored by light irradiation are contained,
The temperature control method according to claim 1, wherein the liquid is heated using the heat storage.
前記流路内に導入された、前記微小粒子を含む分散液層流と、溶媒層流と、の温度を、請求項４に記載の温度制御方法により制御することを特徴とする微小粒子測定方法。
In the optical measurement method of microparticles in the flow path,
The method for measuring fine particles, wherein the temperature of the dispersion laminar flow containing the fine particles and the solvent laminar flow introduced into the flow path is controlled by the temperature control method according to claim 4. .
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