JP2009139289A

JP2009139289A - 分析装置

Info

Publication number: JP2009139289A
Application number: JP2007317799A
Authority: JP
Inventors: Kenji Okada; 謙二岡田; Kenji Nakanishi; 謙治中西; Junji Tada; 淳二多田; Yoshiyuki Fujii; 善之藤井
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2027-12-10
Also published as: JP4808699B2

Abstract

【課題】微量の流体の混合攪拌において、従来に比べて短い時間であっても必要な加速度が得ることができる分析装置を提供することを目的とする。
【解決手段】分析用デバイスがセットされるターンテーブル（１０１）に回転運動を与える第１の駆動手段（７１）と、第１の駆動手段（７１）に選択的に係合し分析用デバイスに往復運動を与える第２の駆動手段（７２）と、第１の駆動手段（７１）と第２の駆動手段（７２）が係合する位置と係合しない位置に相対移動させる第３の駆動手段（７３）とを設けたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、生物などから採取した試料液が入った分析用デバイスを、遠心力によって測定チャンバーに向かって移送して分析する分析装置に関する。

従来、生物などから採取した液体を分析する方法として、液体流路を形成した分析用デバイスを用いて分析する方法が知られている。分析用デバイスは、回転装置を使って流体の制御をすることが可能であり、遠心力を利用して、試料液の希釈、溶液の計量、固体成分の分離、分離された流体の移送分配、溶液と試薬の混合等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。

遠心力を利用して溶液を移送する特許文献１に記載の分析用デバイス５０は、図１３に示すように注入口５１からピペットなどの挿入器具によって検体としての試料液を計量室５２へ注入し、計量室５２の毛細管力で試料液を保持した後、分析用デバイスの回転によって、試料液を分離室５３へ移送するように構成されている。このような遠心力を送液の動力源とする分析用デバイスは、円盤形状にすることで送液制御を行うためのマイクロチャネルを放射状に配置でき、無駄な面積が発生しないため好ましい形状として用いられる。

試料液と希釈液の混合攪拌は、この分析用デバイス５０をセットしたターンテーブルを、同一回転方向に加減速あるいは正転、逆転することで行っている。
特表平７−５００９１０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、分析用デバイスの慣性力や、駆動装置の応答性などが問題で、短時間で混合攪拌を行うに足りる加速度が十分に得られず、混合攪拌に長い時間を要しているのが現状である。

このことは、微量の流体の混合の場合に特に顕著であり、十分な時間をかけても混合攪拌が不十分である場合が発生する。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、微量の流体の混合攪拌において、従来に比べて短い時間であっても必要な加速度が得ることができる分析装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の分析装置は、遠心力によって試料液を測定チャンバーに向かって移送するマイクロチャネル構造を有する分析用デバイスがセットされる分析装置であって、セットされた分析用デバイスに回転運動を与える第１の駆動手段と、前記第１の駆動手段に選択的に係合し分析用デバイスに往復運動を与える第２の駆動手段と、前記第１の駆動手段と第２の駆動手段が係合する位置と係合しない位置に相対移動させる第３の駆動手段とを設けたことを特徴とする。

本発明の請求項２記載の分析装置は、請求項１において、第１の駆動手段は、分析用デバイスがセットされるターンテーブルとこのターンテーブルを回転駆動する第１のモータとで構成され、第２の駆動手段は、前記ターンテーブルの接線方向に往復自在あるいは揺動自在に支持されたレバーと、前記レバーを往復駆動あるいは揺動駆動する第２のモータとで構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項３記載の分析装置は、請求項２において、第１の駆動手段の前記ターンテーブルの外周部に第１のギア部を形成し、第２の駆動手段の前記レバーの先端に前記第１のギア部に噛合する第２のギア部を形成したことを特徴とする。

本発明の請求項４記載の分析装置は、請求項２において、第１のモータがアウターロータ型モータであって、そのアウターロータの外周部に第１のギア部を形成し、第２の駆動手段の前記レバーの先端に前記第１のギア部に噛合する第２のギア部を形成したことを特徴とする。

この構成によれば、第１の駆動手段に第２の駆動手段を係合させることによって、第１の駆動手段にセットされている分析用デバイスに往復運動を与えるので、従来のように第１の駆動手段のモータを、同一回転方向に加減速あるいは正転、逆転して試料液と希釈液の混合攪拌を行う場合に比べて、短い時間であっても必要な加速度を得ることができる。

以下に、本発明の分析装置の各実施の形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図１０は本発明の実施の形態１の分析装置を示す。

図８〜図１０は分析用デバイスを示す。
図８（ａ）（ｂ）は分析用デバイス１の保護キャップ２を閉じた状態と開いた状態を示している。図９は図８（ａ）における下側を上に向けた状態で分解した状態を示し、図１０はその組立図を示している。

図８と図９に示すこの分析用デバイス１は、微細な凹凸形状を表面に有するマイクロチャネル構造が片面に形成されたベース基板３と、ベース基板３の表面を覆うカバー基板４と、希釈液を保持している希釈液容器５と、試料液飛散防止用の保護キャップ２とを合わせた４つの部品で構成されている。

ベース基板３とカバー基板４は、希釈液容器５などを内部にセットした状態で接合され、この接合されたものに保護キャップ２が取り付けられている。
ベース基板３の上面に形成されている数個の凹部の開口をカバー基板４で覆うことによって、複数の収容エリアとその収容エリアの間を接続するマイクロチャネル構造の流路などが形成されている。１１は希釈液容器収容部、２３は分離キャビティ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄは空気孔、２８は溢流流路、２９は溢流キャビティ、３１はリファレンス測定チャンバー、３３は毛細管キャビティ、３４は連結流路、３６は溢流キャビティ、３７は毛細管流路、３８は計量流路、４０は測定チャンバー、４１は連結流路である。

収容エリアのうちの必要なものには各種の分析に必要な試薬が予め担持されている。保護キャップ２の片側は、ベース基板３とカバー基板４に形成された軸６ａ，６ｂに係合して開閉できるように枢支されている。検査しようとする試料液が血液の場合、毛細管力の作用する前記マイクロチャネル構造の各流路の隙間は、５０μｍ〜３００μｍに設定されている。

この分析用デバイス１を使用した分析工程の概要は、希釈液が予めセットされた分析用デバイス１に試料液を点着し、この試料液の少なくとも一部を前記希釈液で希釈した後に測定しようとするものである。

この分析用デバイス１を図５と図６に示す分析装置１００のターンテーブル１０１に分析用デバイス１をセットする。
ターンテーブル１０１の上面には溝１０２が形成されており、分析用デバイス１をターンテーブル１０１にセットした状態では分析用デバイス１のカバー基板４に形成された回転支持部１５と保護キャップ２に形成された回転支持部１６が溝１０２に係合してこれを収容している。

ターンテーブル１０１に分析用デバイス１をセットした後に、ターンテーブル１０１を回転させる前に分析装置のドア１０３を閉じると、セットされた分析用デバイス１は、ドア１０３の側に設けられた可動片１０４によって、ターンテーブル１０１の回転軸心上の位置がバネ１０５の付勢力でターンテーブル１０１の側に押さえられて、分析用デバイス１は、回転駆動手段１０６によって回転駆動されるターンテーブル１０１と一体に回転する。１０７はターンテーブル１０１の回転中の軸心を示している。

図７は分析装置１００の全体構成を示す。
この分析装置１００は、ターンテーブル１０１を回転させるための回転駆動手段１０６と、分析用デバイス１内の溶液を光学的に測定するための光学測定手段１０８と、ターンテーブル１０１の回転速度や回転方向および光学測定手段の測定タイミングなどを制御する制御手段１０９と、光学測定手段１０８によって得られた信号を処理し測定結果を演算するための演算部１１０と、演算部１１０で得られた結果を表示するための表示部１１１とで構成されている。

回転駆動手段１０６は、ターンテーブル１０１を介して分析用デバイス１を回転軸心１０７の回りに任意の方向に所定の回転速度で回転させるだけではなく、所定の停止位置で回転軸心１０７を中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせて分析用デバイス１を揺動させることができるように構成されている。

光学測定手段１０８には、分析用デバイス１の測定部に特定の波長光を照射するためのレーザー光源１１２（発光ダイオードでもよい）と、レーザー光源１１２から照射されたレーザー光のうち、分析用デバイス１を通過した透過光の光量を検出するフォトディテクタ１１３とを備えている。

分析用デバイス１をターンテーブル１０１によって回転駆動して、注入口１３から内部に取り込んだ試料液を、注入口１３よりも内周にある前記回転軸心１０７を中心に分析用デバイス１を回転させて発生する遠心力と、分析用デバイス１内に設けられた毛細管流路の毛細管力を用いて、分析用デバイス１の内部で溶液を移送していくよう構成されている。

図１〜図４は分析装置１００における回転駆動手段１０６の詳細を示している。
セットされた分析用デバイス１に回転運動を与える第１の駆動手段７１は、アウターロータ型の第１のモータ７１ａと、この第１のモータ７１ａの出力軸に取り付けられ前記分析用デバイス１がセットされる前記ターンテーブル１０１とで構成されている。ターンテーブル１０１の外周部には第１のギア部７４が形成されている。

回転駆動手段１０６は、第１の駆動手段７１の他に、所定の停止位置でターンテーブル１０１を、回転軸心１０７を中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせるために、第１の駆動手段７１に選択的に係合し分析用デバイス１に往復運動を与える第２の駆動手段７２と、第１の駆動手段７１と第２の駆動手段７２が係合する位置（図１（ｂ））と係合しない位置（図１（ａ））に相対移動させる第３の駆動手段７３が設けられている。この実施の形態では、第１の駆動手段７１に対して第２の駆動手段７２が移動している。

第２の駆動手段７２と第３の駆動手段７３は、図２〜図４に示すように構成されている。
第１のモータ７１ａが取り付けられているシャーシ７５には第２のモータ７２ａと第３のモータ７３ａなどが取り付けられている。シャーシ７５に対して矢印７６方向（図１（ａ），図２参照）にスライド自在に取り付けられた支持テーブル７７には、支持軸７８が取り付けられている。

支持軸７８にはレバー７９が枢支されている。レバー７９の前記ターンテーブル１０１の側の一端には、ターンテーブル１０１の第１のギア部７４に噛合できる第２のギア部８０が形成されている。レバー７９の他端には、凹部８１が形成されている。凹部８１には、第２のモータ７２ａの出力軸８２に取り付けられた偏芯カム８３が係合している。なお、図４はレバー７９を支持軸７８から取り外して図示した平面図である。

このように構成したため、第２のモータ７２ａに通電すると、偏芯カム８３を介してレバー７９が実線位置と仮想線位置に揺動する。
なお、レバー７９は、つるまきバネ（図示せず）によって付勢して前記揺動時のレバー７９のバックラッシュ（Backlash）が小さくなるように構成されている。

第３の駆動手段７３は、シャーシ７５に取り付けられた前記第３のモータ７３ａと、第３のモータ７３ａの出力軸８４に取り付けられたウォーム８５と、シャーシ７５に回転自在に取り付けられ前記ウォーム８５に噛合したウォームホイール８６と、支持テーブル７７に形成され前記ウォームホイール８６に噛合するラック８７とで構成されている。ウォームホイール８６とラック８７との間のバックラッシュが小さくなるように、支持テーブル７７とシャーシ７５の間には引っ張りコイルバネ８８が介装されている。

このように構成したため、検出スイッチ９１が図１（ｂ）に示すように支持テーブル７７を検出するまで第３のモータ７３ａに通電してウォームホイール８６を矢印８９方向（図１（ａ）参照）に回転させると、ラック８７がウォームホイール８６に噛合している支持テーブル７７が、ターンテーブル１０１に接近するようスライドして、図１（ｂ）に示すように、レバー７９の第２のギア部８０がターンテーブル１０１の第１のギア部７４に噛合し、この状態で第２のモータ７２ａが通電状態に維持されると、ターンテーブル１０１の接線方向にレバー７９によってターンテーブル１０１が揺動駆動されるので、第２のモータ７２ａの回転数を高くすることによって短い時間であっても分析用デバイス１内の微量の流体を攪拌するに十分な加速度を、短時間にして得ることができる。

なお、上記の実施の形態ではターンテーブル１０１に対して第２の駆動手段７２のレバー７９を接近させたが、第２の駆動手段７２のレバー７９に対してターンテーブル１０１を接近させて第１，第２のギア部７４，８０を噛合させて攪拌揺動したり、第１の駆動手段７１のターンテーブル１０１と、第２の駆動手段７２のレバー７９とを互いに接近させて第１，第２のギア部７４，８０を噛合させて分析用デバイス１を攪拌揺動することもでき、第３の駆動手段７３によってレバー７９とターンテーブル１０１が係合する位置と係合しない位置に、第１の駆動手段７１と第２の駆動手段７２を相対移動させることによって実現できると言える。

なお、上記の各実施の形態ではターンテーブル１０１の第１のギア部７４とレバー７９の第２のギア部８０との係合によって分析用デバイス１を攪拌揺動させたが、レバー７９に第２のギア部８０を設けずに、ターンテーブル１０１の第１のギア部７４にレバー７９の一端にも受けられた摩擦を有する部材を当接させて、ターンテーブル１０１とレバー７９とを係合するように構成しても実現できる。

上記の各実施の形態では、ターンテーブル１０１に設けた第１のギア部７４に第２の駆動手段７２が係合して駆動するように構成したが、第１のモータ７１ａのアウターロータ９０の外周部に第１のギア部７４を形成し、これに第２の駆動手段７２の第２のギア部８０が噛合したり、または揺動駆動される第２の駆動手段７２が第１のモータ７１ａのアウターロータ９０の外周部に当接して分析用デバイス１を回転軸心１０７を中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせることもできる。

（実施の形態２）
図１１と図１２は本発明の実施の形態２を示す。
実施の形態１の回転駆動手段１０６では、第２の駆動手段をターンテーブルの接線方向に揺動駆動させることにより分析用デバイスに往復運動を与える構成にしていたが、図１１と図１２に示す本発明の実施の形態２では、第２の駆動手段をターンテーブルの接線方向に往復駆動させるように構成した点が異なる。さらに第３の駆動手段の駆動源をソレノイドにした点だけが異なっている。

以下、実施の形態１と相違する点について詳細にその動作について説明する。
図１１と図１２に示すように、第１のモータ７１ａが取り付けられているシャーシ７５には、第２のモータ７２ａとソレノイド２０４および支持軸２０３ａ，２０３ｂ、支持軸２０９などが取り付けられている。

支持軸２０３ａ，２０３ｂには、レバー２０１が摺動可能にスペーサ２１０、締結部材２１２で枢支されている。レバー２０１の前記ターンテーブル１０１の側の辺は、第１のモータ７１ａのロータと平行になるように折り曲げられて成形されており、この折り曲げ辺２０１ｂの先端には、第１のモータ７１ａのロータと摩擦接触できるコルク、ブチルゴムなどでできた摩擦部材２０２が取り付けられている。またレバー２０１には、凹部２１１が形成され、第２のモータ７２ａの出力軸８２に取り付けられた偏芯カム８３が係合している。

このように構成したため、第２のモータ７２ａに通電すると、偏芯カム８３を介してレバー２０１が図１１の矢印２１３のように往復運動する。
第３の駆動手段７３は、シャーシ７５に取り付けられたソレノイド２０４と、ソレノイド２０４と係合したレバー２０６と、中間部がシャーシ７５に植接された支持軸２０９に枢支され一端が前記レバー２０６に植設された軸２０６ｂに係合するレバー２０５とで構成されている。なお、レバー２０５の他端２０５ｂは、レバー２０１の穴部２１４に挿入されて折り曲げ辺２０１ｂの先端に係合している。

また、レバー２０５は、引っ張りコイルばね２０７によって図１１（ａ）の矢印２１５の方向にレバー２０１の板ばねの作用を有する折り曲げ辺２０１ｂの先端を付勢している。

このように構成したため、ソレノイド２０４に通電するとソレノイド２０４によりレバー２０６が移動すると同時にレバー２０５が図１１（ｂ）の矢印２１６のように支持軸２０９を回転軸として回転し、レバー２０１の折り曲げ辺２０１ｂの先端の板ばね形状部が復帰し、摩擦部材２０２が第１のモータ７１ａのロータに当接する。

この状態で第２のモータ７２ａが通電状態に維持されると、ターンテーブル１０１の接線方向にレバー７９によってターンテーブル１０１が揺動駆動されるので、第２のモータ７２ａの回転数を高くすることによって短い時間であっても分析用デバイス１内の微量の流体を攪拌するに十分な加速度を、短時間にして得ることができる。

なお、上記の実施の形態では第１のモータ７１ａに対して第２の駆動手段７２のレバー２０１を接近させたが、第２の駆動手段７２のレバー２０１に対して第１のモータ７１ａを接近させて攪拌揺動したり、第１の駆動手段７１と、第２の駆動手段７２のレバー２０１とを互いに接近させて分析用デバイス１を攪拌揺動することもでき、第３の駆動手段７３によってレバー２０１と第１のモータ７１ａが係合する位置と係合しない位置に、第１の駆動手段７１と第２の駆動手段７２を相対移動させることによって実現できると言える。

なお、摩擦部材２０２を第１のモータ７１ａと係合するようにしたが、実施の形態１のようにレバー２０１の摩擦部材２０２をギア部材に変更し、ターンテーブル１０１あるいは第１のモータ７１ａに設けた第１のギア部７４と係合するように構成しても実現できる。

本発明は、生物などから採取した液体の成分分析に使用する分析用デバイスの混合攪拌を短時間で行うことができ、分析精度を維持して分析効率の向上に寄与する。

本発明の実施の形態１の分析装置の回転駆動手段の第１の駆動手段と第２の駆動手段との係合が解除された状態の平面図と、第１の駆動手段と第２の駆動手段が係合した状態の平面図同実施の形態の回転駆動手段の斜視図同実施の形態の回転駆動手段の側面図同実施の形態の第２の駆動手段のレバーを取り外した状態の平面図同実施の形態の分析装置のドアを開放した状態の斜視図分析用デバイスを分析装置にセットした状態の要部断面図同実施の形態の分析装置のブロック図本発明の実施の形態の分析用デバイスの保護キャップを閉じた状態と開いた状態の外観斜視図同実施の形態の分析用デバイスの分解斜視図保護キャップを閉じた状態の分析用デバイスを背面から見た斜視図本発明の実施の形態２の回転駆動手段の駆動前後を示す平面図同実施の形態の回転駆動手段の斜視図特許文献１の分析用デバイスの一部切り欠き斜視図

符号の説明

１分析用デバイス
２保護キャップ
３ベース基板
４カバー基板
５希釈液容器
６ａ，６ｂ軸
１１希釈液容器収容部
１３注入口
１５，１６回転支持部
２３分離キャビティ
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ空気孔
２８溢流流路
２９溢流キャビティ
３１リファレンス測定チャンバー
３３毛細管キャビティ
３４連結流路
３６溢流キャビティ
３７毛細管流路
３８計量流路
４０測定チャンバー
４１連結流路
７１第１の駆動手段
７１ａ第１のモータ
７２第２の駆動手段
７２ａ第２のモータ
７３第３の駆動手段
７３ａ第３のモータ
７４第１のギア部
７５シャーシ
７６支持テーブル７７のスライド方向
７７支持テーブル
７８支持軸
７９レバー
８０第２のギア部
８１凹部
８２第２のモータ７２ａの出力軸
８３偏芯カム
８４第３のモータ７３ａの出力軸
８５ウォーム
８６ウォームホイール
８７ラック
８８引っ張りコイルバネ
９０第１のモータ７１ａのアウターロータ
１００分析装置
１０１ターンテーブル
１０２溝
１０３ドア
１０４可動片
１０５バネ
１０６回転駆動手段
１０７回転軸心
１０８光学測定手段
１０９制御手段
１１０演算部
１１１表示部
１１２レーザー光源
１１３フォトディテクタ
２０１レバー
２０１ｂ折り曲げ辺
２０２摩擦部材
２０３ａ，２０３ｂ支持軸
２０４ソレノイド
２０５レバー
２０６ｂ軸
２０７引っ張りコイルばね
２０９支持軸
２１０スペーサ
２１１凹部
２１２締結部材
２１４レバー２０１の穴部

Claims

遠心力によって試料液を測定チャンバーに向かって移送するマイクロチャネル構造を有する分析用デバイスがセットされる分析装置であって、
セットされた分析用デバイスに回転運動を与える第１の駆動手段と、
前記第１の駆動手段に選択的に係合し分析用デバイスに往復運動を与える第２の駆動手段と、
前記第１の駆動手段と第２の駆動手段が係合する位置と係合しない位置に相対移動させる第３の駆動手段と
を設けた分析装置。
第１の駆動手段は、分析用デバイスがセットされるターンテーブルとこのターンテーブルを回転駆動する第１のモータとで構成され、
第２の駆動手段は、前記ターンテーブルの接線方向に往復自在あるいは揺動自在に支持されたレバーと、前記レバーを往復駆動あるいは揺動駆動する第２のモータとで構成されている
請求項１記載の分析装置。
第１の駆動手段の前記ターンテーブルの外周部に第１のギア部を形成し、
第２の駆動手段の前記レバーの先端に前記第１のギア部に噛合する第２のギア部を形成した
請求項２記載の分析装置。
第１のモータがアウターロータ型モータであって、そのアウターロータの外周部に第１のギア部を形成し、
第２の駆動手段の前記レバーの先端に前記第１のギア部に噛合する第２のギア部を形成した請求項２記載の分析装置。