JP2016070849A - 検査チップ及び検査システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
第一保持部132の第一仮想面132Kが連通路154の連通方向Rと平行な方向に対して成す鋭角が角度αである。また、第一壁面132Aが連通方向Rと平行な方向に対して成す鋭角が角度βである。第一保持部132において、角度αは角度βより大きい。第二保持部133の第一仮想面133Kが連通方向Rと平行な方向に対して成す鋭角が角度αである。また、第一壁面133Aが連通方向Rと平行な方向に対して成す鋭角が角度βである。第二保持部133において、角度αは角度βより大きい。第二保持部133において、角度αが角度βより大きいので試薬注入部131への試薬の予め定められた注入量V0の試薬18は、第一保持部132及び第二保持部133で各々保持される。
【選択図】図4
Description
時間t1が
になるようにし、
前記検体定量部へ前記検体が注入される場合には、
時間t1が
になるように前記制御装置が前記第一回転装置及び前記第二回転装置を制御するようにしてもよい。
図1を参照して、検査システム3の概略構造について説明する。本実施形態の検査システム3は、液体である検体及び試薬を収容可能な検査チップ2と、検査チップ2を用いて検査を行う検査装置1とを含む。検査装置1が検査チップ2から離間した垂直軸線A1を中心として検査チップ2を回転させると、遠心力が検査チップ2に作用する。検査装置1が水平軸線A2を中心に検査チップ2を回転させると、検査チップ2に作用する遠心力の方向である遠心方向が切り替えられる。尚、本実施形態の検査システム3及び検査装置1は、特開2012−78107号公報に記載されているように周知の構造であるので、以下の説明では、検査装置1の構造の概略について説明する。
図1を参照して、検査装置1の構造について説明する。以下の説明では、図1の上方、下方、右方、左方、紙面手前側、及び紙面奥側を、夫々、検査装置1の前方、後方、右方、左方、上方、及び下方とする。本実施形態では、垂直軸線A1の方向は検査装置1の上下方向であり、水平軸線A2の方向は、検査チップ2が垂直軸線A1を中心として回転される際の速度の方向である。なお、図1は検査装置1の上部筐体30の天板が取り除かれた状態を示す。
図1を参照して、制御装置90の電気的構成について説明する。制御装置90は、検査装置1の主制御を司るCPU91と、各種データを一時的に記憶するRAM92と、制御プログラムを記憶したROM93とを有する。CPU91には、ユーザが制御装置90に対する指示を入力するための操作部94と、各種データ、及びプログラムを記憶するハードディスク装置95と、各種情報を表示するディスプレイ96とが接続されている。制御装置90としては、パーソナルコンピュータを用いてもよいし、専用の制御装置を用いてもよい。
図2及び図3を参照して、本実施形態に係る検査チップ2の詳細構造を説明する。以下の説明では、図2の上方、下方、左方、右方、紙面手前側、及び紙面奥側を、それぞれ、検査チップ2の上方、下方、左方、右方、前方、及び後方とする。
細い流路を通るときの壁面から受ける流路抵抗P[Pa]は
P[Pa]=λ×(L/S)×(ρ×Va2)/2 (式3)で表される。
ここで
λ=(64×ν)/(Va×S) (式4)
Va=L/t (式5)
ν=μ/ρ (式6)
式3に式4、式5、式6を代入して、
P=(32×μ×L2)/(S2×t) (式7)となる。
この流路抵抗Pより大きな遠心力を印加することで液体を細い流路から流出させることができる。この流出時の遠心力は圧力がかかる断面積と移動する液の質量および重力加速度を用いて
遠心力=P×S/(m×g)(式8)で表される。
(式8)に(式7)を代入して、
遠心力=32×μ×L2 /(S×t×m×g) (式9)となる。
従って、第一遠心力F0の大きさは、(式9)より大きくなるように、CPU91が公転コントローラ97を制御し、主軸モータ35の駆動を開始してターンテーブル33が所定の回転速度V0で回転するように制御する。この回転速度V0は、予め検査チップ2を使用した実験により求めた1秒当たりの回転数である。
F1>(2×(d2+w)×T×cosδ×cosθ2/cos(90−θ2))+1(式10)
となるように、CPU91が公転コントローラ97を制御し、主軸モータ35の駆動を開始してターンテーブル33が所定の回転速度V1で回転するように制御する。この回転速度V1は、予め検査チップ2を使用した実験により求めた1秒当たりの回転数である。
Fst=L2×Tcosα (式12)
検体定量部114から分離成分17Aが流れ出さない保持力を「F2」とすると、
F2=Fst/cos(90−θ2) (式13)
重力をF3とすると、F3=1 (式14)
この場合に必要な第二遠心力F1は、
F1>F2×cosθ2+F3 (式15)
式15に、式11〜式14を代入して、式10を得る。
F1>(2×(d2’+w’)×T’×cosδ’×cosθ’/cos(90−θ’))+1 (式16)
より大きい。この回転速度V1は、予め検査チップ2を使用した実験により求めた1秒当たりの回転数である。回転速度V1は、検査チップ2の上記各パラメータ及び分離成分17Aの上記物性値により異なる。
F1>(2×(d2’+w’)×T’×cosδ’×cosθ’/cos(90−θ’))+1 (式17)
より大きくなるように印加されるため、第二保持部133の第一壁面133Aに試薬18を残留させずに、試薬定量部134Aに試薬18を注入できる。
時間t1が
検体定量部114へ分離成分17Aが注入される場合には、
時間t1が
になるように制御装置90のCPU91が公転コントローラ97を制御し、主軸モータ35の駆動を開始してターンテーブル33が所定の回転速度で回転するように制御する。
式18は、検体定量部114に分離成分14Aが注入されるときに、液面が移動する距離Lmは、検体定量部114の定量部底から液面が上昇し第二検体定量部端部119に液が到達するまでの液面の移動距離である。
この距離Lmを移動する時間つまり検体定量部114への注入時の時間tは、加えられる遠心力による力((2×(d2’+w’)×T’×cosδ’×cosθ’/cos(90−θ’))+1)×gから算出される。式19に付いても同様である。
図1に示すように、L型プレート60から延びる支軸46は、装着用ホルダ61の後面中央に垂直に連結される。支軸46の回転に伴って、検査チップ2が支軸46を中心に自転する。検査チップ2は図2及び図3に示す定常状態である場合、上辺部21及び下辺部24が重力Gの方向と直交し、右辺部22及び左辺部23が重力Gの方向と平行、且つ、左辺部23が右辺部22よりも主軸57側に配置される。定常状態の検査チップ2が測定位置に配置されている状態において、光源71と光センサ72とを結ぶ測定光を測定部81に通過させることで、検査装置1は光学測定による検査を行う。
検査装置1及び検査チップ2を用いた検査方法について説明する。図2に示すように、注入口110から検体17が注入され、検体注入部111に配置される。試薬定量流路13の注入口130から第一試薬18が注入され、試薬定量流路13の試薬注入部131に配置される。図3に示すように、試薬定量流路15の注入口130から第二試薬19が注入され、試薬定量流路15の試薬注入部131に配置される。第一試薬18、第二試薬19、及び検体17の配置方法は限定されない。例えば、シート291,292における検体注入部111及び試薬注入部131に対応する位置に穴が開いており、ユーザが穴から、検体17、第一試薬18、及び第二試薬19を注入し、さらにシールをして封止してもよい。また、予め、第一試薬18と第二試薬19とが、試薬定量流路13,15のそれぞれの試薬注入部131に配置されて、シート291,292によって封止されていてもよい。この場合、シート291における検体定量流路11の検体注入部111に対応する位置に穴が開いており、ユーザが穴から検体17を注入し、さらにシールをして封止してもよい。また、第一試薬18の予め定められた注入量である体積V0は、一例として、使用者がピペットを用いて予め定められた体積V0を試薬注入部131に注入することで決まる。第二試薬19及び検体17の注入量についても、一例として、使用者がピペットを用いて予め定められた体積を試薬注入部131及び検体注入部111に注入することで決まる。
2 検査チップ
3 検査システム
17 検体
17A 分離成分
18 第一試薬
19 第二試薬
114 検体定量部
123 第二検体保持部
123A 第一壁面
123B 縦壁面
123C 壁部
123D 先端部
123K 第一仮想面
128 検体案内部
131 試薬注入部
132 第一保持部
132A 第一壁面
132B 縦壁面
132C 第一壁部
132D 先端部
132K 第一仮想面
133 第二保持部
133A 第一壁面
133B 第二壁面
133K 第一仮想面
134 試薬定量部
139 試薬案内部
Claims (6)
- 一方向に開口した凹部から形成され検体又は試薬が注入される注入部と、
凹部から形成され前記検体又は前記試薬が定量される定量部と、
前記注入部と前記定量部の間の流路において、前記検体又は前記試薬を保持する保持部と、
前記保持部において前記定量部の方向に延設された壁面である第一壁面と、
前記定量部の一端部である第一端部に接続され、前記定量部において定量された前記検体又は前記試薬が移動する第一案内部と、
前記定量部の他端部である第二端部に接続され、前記定量部から溢れた前記検体又は前記試薬が移動する第二案内部と、
を備え、
前記注入部への前記試薬の予め定められた注入量、又は検体を分離する分離部にて分離され、前記分離部から流出する分離後の前記検体の流出量が、前記注入部と前記保持部の連通方向と平行な方向に対して、前記第一壁面の先端部から角度α方向に延設された第一仮想面と、前記保持部を形成する壁面とにより形成される体積が等しい場合に、
前記角度αは、前記第一壁面が前記連通方向と平行な方向に対して成す角度βより大きく、かつ、
前記保持部から前記試薬又は前記検体が前記定量部に向けて流出する前記保持部の第一先端部を通り前記第一仮想面に垂直な直線である第一仮想線が、前記第二端部より前記第一端部側を通過することを特徴とする検査チップ。 - 前記定量部として、前記試薬を定量する試薬定量部と、前記検体を定量する検体定量部とを備え、
前記試薬定量部の定量量は、前記検体定量部の定量量よりも多く、
前記定量部が前記試薬定量部の場合には、前記第一仮想線が前記試薬定量部内を通過し、
前記定量部が前記検体定量部の場合には、前記第一仮想線が前記第一端部よりも第一案内部側を通過し、且つ、前記第一案内部を形成し前記第一端部と接続する第一案内壁面と前記第一仮想線とが成す角の内、前記第一案内部内の角度が90度未満であることを特徴とする請求項1に記載の検査チップ。 - 前記定量部が前記検体を定量する検体定量部の場合には、前記第一壁面が前記連通方向と平行な方向に対して成す角度β1は、前記定量部が前記試薬を定量する試薬定量部の場合に前記第一壁面が前記連通方向と平行な方向に対して成す角度β2より小さく、
前記分離部から流出する分離後の前記検体の前記流出量に対する前記検体定量部の定量量の比は、前記注入部への前記試薬の予め定められた前記注入量に対する前記試薬定量部の前記定量量の比よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載の検査チップ。 - 請求項1から3の何れかに記載の検査チップと、前記検査チップを保持して公転させて遠心力を前記検査チップに印加させ、かつ前記検査チップを自転させて前記遠心力の印加方向を変える検査装置とを備えた検査システムであって、
前記検査チップは、
前記定量部が前記検体を定量する検体定量部の場合には、前記保持部から前記検体を前記検体定量部に案内する検体案内部の開口幅が、前記検体定量部の開口幅よりも細く、
前記定量部が前記試薬を定量する試薬定量部の場合には、前記保持部から前記試薬を前記試薬定量部に案内する試薬案内部の開口幅が、前記検体案内部の開口幅よりも広く形成され、
前記検査装置は、
前記検査チップを保持する検査チップ保持部と、
前記検査チップ保持部を第一軸を中心に公転させ、前記検査チップに遠心力を印加させる第一回転装置と、
前記検査チップ保持部を前記第一軸と交差する第二軸を中心として自転させ、前記検査チップに印加される前記遠心力の方向を変える第二回転装置と、
前記第一回転装置及び前記第二回転装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置の記憶装置には、
前記検体の粘度μ、
前記検体案内部の流路長さL、
前記検体案内部の流路の断面積S、
前記検体定量部へ注入される前記検体の質量m、
重力加速度g、
前記定量部の前記第二端部に接続され、前記第二案内部を構成する傾斜面が前記連通方向と平行な方向に対して成す鋭角の角度θ、
前記定量部の前記第一端部と前記第二端部の開口幅d2、
前記定量部の深さw、
前記検体の表面張力T、
及び、前記検体の液の接触角δが予め記憶され、
前記制御装置は、
前記検体定量部へ前記検体が注入される場合には、前記第二回転装置を制御して、
前記第一仮想面に垂直な方向である第一遠心方向、前記第一壁面に垂直な方向である第二遠心方向、前記定量面に垂直な方向である第三遠心方向の順に、前記遠心力が印加されるように、前記検査チップを第二軸を中心として回転させる角度変更回転を実行し、
前記検体定量部へ前記検体の注入に係る注入時間である前記第一遠心方向から前記第二遠心方向に前記遠心力が印加される方向が変化する時間がtの場合には、
前記第一遠心方向及び前記第二遠心方向に印加される第一遠心力の大きさは、
32×μ×L2 /(S×t×m×g)より大きくなるように、前記第一回転装置による前記検査チップの公転速度を制御し、
その後、前記第三遠心方向に印加される第二遠心力の大きさは、
(2×(d2+w)×T×cosδ×cosθ/cos(90−θ))+1
より大きくなるように、前記第一回転装置による前記検査チップの公転速度を制御することを特徴とする検査システム。 - 前記記憶装置には、
前記定量部の前記第二端部に接続され、前記第二案内部を構成する傾斜面が前記連通方向と平行な方向に対して成す鋭角の角度θ’、
前記定量部の前記第一端部と前記第二端部の開口幅d2’、
前記定量部の深さw’、
前記試薬の表面張力T’、
及び、前記試薬の液の接触角δ’が予め記憶され、
前記試薬定量部へ前記試薬が注入される場合には、前記制御装置は、前記第一遠心力と異なる第三遠心力を前記第一遠心方向及び前記第二遠心方向に作用させ、前記第三遠心方向に前記三遠心力よりも大きい前記二遠心力を前記検査チップに作用させるように、前記第一回転装置及び前記第二回転装置を制御し、
前記第二遠心力は、
(2×(d2’+w’)×T’×cosδ’×cosθ’/cos(90−θ’))+1
より大きくなるように、前記第一回転装置による前記検査チップの公転速度を制御することを特徴とする請求項4に記載の検査システム。 - 前記第一仮想面と平行な第二仮想面が前記試薬定量部の底部と接する部分から前記第二端部に延びる第二仮想線の長さがLm’であり、
前記第一仮想面と平行な第二仮想面が前記検体定量部の底部と接する部分から第二検体定量部端部に延びる第二仮想線の長さがLmであり、
前記第一遠心方向に前記第一遠心力が印加されるときから前記第二遠心方向に前記第一遠心力が印加されるまでの時間がt1の間に前記検査チップに印加される遠心力がF1の場合には、
前記試薬定量部へ前記試薬が注入される場合には、
時間t1が
になるようにし、
前記検体定量部へ前記検体が注入される場合には、
時間t1が
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---|---|---|---|---|
WO2023002898A1 (ja) * | 2021-07-19 | 2023-01-26 | 株式会社堀場製作所 | マイクロチップ、検体検査装置および検体検査方法 |
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