JP3933959B2 - Chemical microdevices - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、微少な量で分析や反応等を行うのに用いるマイクロチップ,マイクロリアクター等の化学マイクロデバイスに係り、特に、プラスチック基板に設けられた検出部における被検体に光源から所定の光を照射させて、被検体との相互作用によって光量及び/又は波長が変換された光(以下、変換光という。)を検出するのに使用するプラスチック製の化学マイクロデバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、DNA分析,電気泳動分析,ポリメラーゼ連鎖反応(PCR),細胞反応,細胞ソーティングあるいは微量化学反応等の各種の反応,分離,分析を数多く行うため、微少な量で反応や分析を行うマイクロチップ,マイクロリアクター等の化学マイクロデバイスが使用されるようになった。
【0003】
また、このような化学マイクロデバイスにおいて、各種の分析や反応の確認等を行うために、被検体に所定の光を照射して、この被検体からの変換光を検出することが行われている。なお、上記の所定の光は、光源から直接導かれる場合もあるが、目的に対応してフィルターやプリズムを介して必要な波長や光量に調整される場合もある。例えば、被検体に励起光を照射して、この被検体からの蛍光を検出することや、被検体に連続波長の光を照射して、被検体との相互作用によって吸収された光量、実質的には透過光量を波長ごとに測定する所謂紫外,可視,赤外等の分光分析、或いは、被検体によって吸収、反射或いは散乱された光量を測定し、この光量を基にした濃度分析等が行われる。
【0004】
ここで、被検体に所定の光を照射して、この被検体による変換光を検出するにあたり、従来においては、1つの化学マイクロデバイスにおいて反応や分析を数多く行うため、例えば、図1及び図2に示すように、ガラス基板1に被検体Aを供給する数多くの供給部2を設けて、各供給部2から被検体Aを微細な各流路3を通して検出部4に導き、このように導かれた被検体Aに対してそれぞれ光源Lから所定の光を照射し、この所定の光による被検体Aからの変換光を適当な位置に設けた光センサーSにより検出するようにしており、その後は、被検体Aを各流路3を通して回収部5に回収するようにしていた。なお、上記の光源Lとは所定の光を発光させる手段をいい、必要に応じて、フィルター,プリズム,レンズ等を含む系をいう。
【0005】
ここで、このようにして被検体Aによる変換光を検出するにあたり、上記の検出部4における流路3間の間隔が大きいと、各流路3によって検出部4に導かれた被検体Aに対して所定の光を適切に照射させるために、励起用光源Lを移動させることが必要になるため、従来においては、検出部4において流路3間の間隔を狭めて集約させるようにしていた。
【0006】
しかし、上記のようにガラス基板1に被検体Aを供給する数多くの供給部4を設け、各供給部4から被検体Aを導く微細な各流路3を上記のように設けることは非常に面倒であり、このような化学マイクロデバイスを量産することができず、製造コストが高くつくという問題があった。
【0007】
また、上記のように検出部4において流路3間の間隔を狭めて集約させるのにも限界があり、検出部4における流路3の数を多くした場合には、各流路3により検出部4に導かれた被検体Aに対して所定の光を適切に照射させるために、依然として励起用光源Lを移動させることが必要になった。
【0008】
さらに、所定の光と被検体Aとの相互作用によって波長ごとに吸収され、透過した光量の異なる光や、相互作用によって波長・光量が変換された光は、その光量が少ないため、被検体Aからの変換光を光センサーSによって適切に検出することが困難になる等の問題があった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、微少な量で分析や反応等を行うのに用いるマイクロチップ,マイクロリアクター等の化学マイクロデバイスにおける上記のような問題を解決することを課題とするものであり、上記のような化学マイクロデバイスの製造が簡単に行えて、安価に量産できるようにすると共に、検出部における流路の数を多くした場合においても、各流路を通して検出部に導かれた被検体に対して所定の光を適切に照射させることが簡単に行え、また所定の光と被検体との相互作用による変換光を適切に検出できるようにすることを課題とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明における第1の化学マイクロデバイスにおいては、上記のような課題を解決するため、プラスチック基板10における検出部11において、光源Lから被検体Aに所定の光を照射させ、被検体Aとの相互作用による変換光を検出するのに使用するプラスチック製の化学マイクロデバイスにおいて、所定の光が照射される照射面側における検出部11に凹レンズ12aを一体成形したのである。
【0012】
また、この発明における第2の化学マイクロデバイスにおいては、上記のような課題を解決するため、プラスチック基板10における検出部11において、励起用光源Lから被検体Aに所定の光を照射させ、被検体Aとの相互作用によって光量及び/又は波長が変換された光を検出するのに使用するプラスチック製の化学マイクロデバイスにおいて、所定の光が照射される照射面側における検出部11に凹レンズ12aを一体成形すると共に、この照射面と反対側における検出部11に凸レンズ12bを一体成形したのである。
【0013】
そして、この発明における第1,第2の化学マイクロデバイスのように、プラスチック基板10を用いると、検出部11に被検体Aを導く微細な流路等を射出成形等によって簡単に設けることができ、化学マイクロデバイスの製造が容易になって量産が可能になり、製造コストが低減され、また所定の光が照射される照射面側における検出部11に凹レンズ12aを一体成形したり、この照射面と反対側における検出部11に凸レンズ12bを一体成形したりすることも簡単に行える。
【0014】
また、この発明における第1の化学マイクロデバイスのように、所定の光が照射される照射面側に凹レンズ12aを設けると、所定の光がこの凹レンズ12aによって広がり、検出部11に被検体Aを導く流路の数を多くした場合においても、光源Lを移動させずに、検出部11に導かれた各被検体Aに対して所定の光を適切に照射させることが簡単に行えるようになる。
【0016】
さらに、この発明における第2の化学マイクロデバイスのように、所定の光が照射される照射面側に凹レンズ12aを設けると共に、照射面と反対側に凸レンズ12bを設けると、上記の第1の化学マイクロデバイスの効果の他に、所定の光により励起された被検体Aからの蛍光がこの凸レンズ12bにより集光されて、光センサー等によって適切に検出できる効果が得られるようになる。
【0017】
また、この発明における第1,第2の化学マイクロデバイスにおいては、1工程2段階射出成形法によって、上記の検出部11や凹レンズ12aや凸レンズ12bを上記のプラスチック基板10と異なるプラスチック材料で構成することも可能である。
【0018】
ここで、上記の検出部11や凹レンズ12aや凸レンズ12bを、所定の光によって励起される蛍光発光量や、広い範囲の波長域にわたって透明性に優れたプラスチック材料で構成すると、所定の光によって検出部11やレンズ12が発光したりするのが抑制され、被検体Aからの変換光だけが適切に検出されるようになる。なお、所定の光による発光が少ないプラスチック材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレートの水素原子をフッ素原子に置換したフッ化ポリメチルメタクリレート等のフッ素系のプラスチック材料や、使用条件によっては、添加する触媒や安定剤等の添加剤に蛍光を発しない部材を用いたポリメチルメタクリレートやポリカーボネート等を用いることができる。
【0019】
また、この発明における第1,第2の化学マイクロデバイスにおいては、上記のプラスチック基板10における検出部11以外の部分を耐熱性のプラスチック材料で構成し、このように耐熱性のプラスチック材料で構成された部分において各種試薬を加熱して反応させ、反応生成物からなる被検体Aを上記の検出部11に導くようにすることもできる。そして、このように検出部11以外の部分を耐熱性のプラスチックで構成すると、加熱させて反応を行う場合に、このプラスチック基板10が熱によって変形したり、薬品等によって侵されるということも少なくなる。なお、上記の耐熱性のプラスチック材料としては、例えば、ポリイミド,ポリベンツイミダゾール,ポリエーテルエーテルケトン,ポリスルホン,ポリエーテルイミド,ポリエーテルスルホン,ポリフェニレンサルファイト等を用いることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態に係る化学マイクロデバイスを添付図面に基づいて具体的に説明する。
【0021】
この実施形態における化学マイクロデバイスにおいては、図3及び図4に示すように、プラスチック基板10の片面に、被検体Aを供給する数多くの供給部14と、各供給部14に供給された被検体Aを導く各流路15と、各流路15によって検出部11に導かれた被検体Aを回収する回収部16とを射出成形によって成形すると共に、上記の検出部11において所定の光が照射される照射面側にレンズ12として凹レンズ12aを、この照射面と反対側にレンズ12として凸レンズ12bを一体成形している。
【0022】
そして、この実施形態における化学マイクロデバイスにおいては、上記の各供給部14にそれぞれ被検体Aを供給し、各被検体Aを流路15を通して上記のように凹レンズ12aと凸レンズ12bとが設けられた検出部11に順々に導き、光源Lから所定の光を、照射面側に設けられた上記の凹レンズ12aを通して検出部11に導かれた被検体Aに照射し、この所定の光と被検体Aとの相互作用による変換光を照射面と反対側に設けられた上記の凸レンズ12bにより集光させて適当な位置に設けた光センサーSに導き、このように集光させた変換光を光センサーSによって検出するようにしている。
【0023】
ここで、上記のように検出部11に導かれた被検体Aに対して、光源Lから所定の光を上記の凹レンズ12aを通して照射させるようにすると、所定の光がこの凹レンズ12aによって広がり、検出部11における流路15の数を多くした場合においても、検出部11に被検体Aを導く流路15間の間隔を非常に狭くしたり、光源Lを移動させたりせずに、各流路15に導かれた被検体Aに対して所定の光を適切に照射させることができるようになる。
【0024】
また、上記のように所定の光と被検体Aとの相互作用による変換光を上記の凸レンズ12bにより集光させて光センサーSに導くようにすると、被検体Aにおける変換光が弱い場合においても、この変換光が光センサーSによって適切に検出されるようになる。
【0025】
なお、この実施形態における化学マイクロデバイスにおいて、検出部11において所定の光が照射される照射面側に凹レンズ12aを設けると共に、この照射面と反対側に凸レンズ12bを設けるようにしたが、凹レンズ12aと凸レンズ12bとの何れか一方だけを設けるようにすることも可能である。
【0026】
また、前記のように1工程2段階射出成形法により、上記の検出部11や凹レンズ12aや凸レンズ12bを、プラスチック基板10と異なるプラスチック材料で構成することも可能である。
【0027】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明における第1,第2の化学マイクロデバイスにおいては、検出部における被検体に光源から所定の光を照射させ、被検体との相互作用による変換光を検出するにあたり、プラスチック基板を用い、このプラスチック基板において所定の光が照射される検出部における照射面側に凹レンズを、またこの照射面と反対側に凸レンズを一体成形するようにしたため、検出部に被検体を導く微細な流路等を射出成形等によって簡単に設けることができると共にレンズを一体成形することも簡単に行え、化学マイクロデバイスの製造が容易になって、製造コストが低減された。
【0028】
また、この発明における第1及び第2の化学マイクロデバイスのように、所定の光が照射される照射面側に凹レンズを設けると、所定の光がこの凹レンズによって広がり、検出部に被検体を導く流路等の数を多くした場合においても、光源を移動させずに、検出部に導かれた各被検体に対して所定の光を適切に照射させることができるようになった。また、この発明における第2の化学マイクロデバイスのように、所定の光が照射される照射面と反対側に凸レンズを設けると、所定の光と被検体との相互作用による変換光がこの凸レンズにより集光されて、被検体からの変換光が光センサー等によって適切に検出されるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の化学マイクロデバイスの概略平面図である。
【図2】 従来の化学マイクロデバイスにおいて、検出部における被検体に所定の光を照射させて、被検体との相互作用による変換光を検出する状態を示した部分拡大断面図である。
【図3】 この発明の実施形態1における化学マイクロデバイスの概略平面図である。
【図4】 上記の実施形態1の化学マイクロデバイスにおいて、検出部における被検体に所定の光を照射させて、被検体との相互作用による変換光を検出する状態を示した部分拡大断面図である。
【符号の説明】
10 プラスチック基板
11 検出部
12 レンズ
12a 凹レンズ
12b 凸レンズ
A 被検体
L 光源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical microdevice such as a microchip or a microreactor used to perform analysis or reaction in a minute amount, and in particular, emits predetermined light from a light source to a subject in a detection unit provided on a plastic substrate. The present invention relates to a plastic chemical microdevice used for detecting light that has been irradiated and whose light amount and / or wavelength has been converted by interaction with a subject (hereinafter referred to as converted light).
[0002]
[Prior art]
In recent years, microchips that perform reactions and analyzes in minute quantities to perform a variety of reactions, separations, and analyzes such as DNA analysis, electrophoresis analysis, polymerase chain reaction (PCR), cell reaction, cell sorting, or trace chemical reaction Chemical microdevices such as microreactors have come to be used.
[0003]
Further, in such a chemical microdevice, in order to perform various types of analysis and confirmation of reaction, the subject is irradiated with predetermined light and converted light from the subject is detected. . The predetermined light may be directly guided from the light source, but may be adjusted to a necessary wavelength or light amount via a filter or a prism in accordance with the purpose. For example, by irradiating the subject with excitation light and detecting fluorescence from the subject, or by irradiating the subject with continuous wavelength light, the amount of light absorbed by the interaction with the subject, substantially For this purpose, so-called ultraviolet, visible and infrared spectroscopic analysis that measures the amount of transmitted light for each wavelength, or measurement of the amount of light absorbed, reflected or scattered by the subject and concentration analysis based on this amount of light is performed. Is called.
[0004]
Here, in irradiating a subject with predetermined light and detecting converted light by the subject, conventionally, many reactions and analyzes are performed in one chemical microdevice. For example, FIG. 1 and FIG. As shown in FIG. 5, a number of
[0005]
Here, in detecting the converted light by the subject A in this way, if the interval between the flow paths 3 in the detection unit 4 is large, the subject A guided to the detection unit 4 by each flow path 3 On the other hand, since it is necessary to move the excitation light source L in order to appropriately irradiate predetermined light, conventionally, the detection unit 4 is configured to reduce the interval between the flow paths 3 and to collect them. .
[0006]
However, it is very difficult to provide a large number of supply sections 4 for supplying the subject A to the glass substrate 1 as described above, and to provide the fine channels 3 for guiding the subject A from the supply sections 4 as described above. There is a problem that such a chemical microdevice cannot be mass-produced and the manufacturing cost is high.
[0007]
In addition, as described above, there is a limit to consolidating the intervals between the flow paths 3 in the detection unit 4. When the number of the flow paths 3 in the detection unit 4 is increased, the detection is performed by each flow path 3. In order to properly irradiate the subject A guided to the unit 4 with predetermined light, it is still necessary to move the excitation light source L.
[0008]
Furthermore, light having a different amount of light that is absorbed and transmitted for each wavelength by the interaction between the predetermined light and the subject A, and light that has been converted in wavelength / light amount by the interaction, has a small amount of light. There is a problem that it becomes difficult to properly detect the converted light from the light sensor S.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in chemical microdevices such as microchips and microreactors used for performing analysis and reactions in minute amounts. Microdevices can be easily manufactured and mass-produced at low cost, and even when the number of flow channels in the detection unit is increased, a predetermined amount of the sample guided to the detection unit through each flow channel is determined. It is an object of the present invention to make it possible to easily irradiate light appropriately and to appropriately detect converted light due to interaction between predetermined light and a subject.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In the first chemical micro devices in the present invention, to solve the above problems, in the
[0012]
In the second chemical microdevice of the present invention, in order to solve the above-described problems, the
[0013]
If the
[0014]
Also, as in the first chemical micro devices in the present invention, when providing the
[0016]
Furthermore, when the
[0017]
In the first and second chemical microdevices according to the present invention, the
[0018]
Here, when the
[0019]
In the first and second chemical microdevices according to the present invention, portions other than the
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a chemical microdevice according to an embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
[0021]
In the chemical microdevice according to this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, a large number of
[0022]
In the chemical microdevice according to this embodiment, the subject A is supplied to each of the
[0023]
Here, when the subject A guided to the
[0024]
Further, if the converted light resulting from the interaction between the predetermined light and the subject A is condensed by the
[0025]
In the chemical microdevice in this embodiment, the
[0026]
In addition, as described above, the
[0027]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the first and second chemical microdevices according to the present invention , the subject in the detection unit is irradiated with predetermined light from the light source, and the converted light due to the interaction with the subject is detected. Since a plastic lens is used, a concave lens is integrally formed on the irradiation surface side of the detection unit irradiated with predetermined light on the plastic substrate, and a convex lens is integrally formed on the opposite side of the irradiation surface. A fine flow path or the like for guiding can be easily provided by injection molding or the like, and the lens can be easily formed integrally, which facilitates the manufacture of the chemical microdevice and reduces the manufacturing cost.
[0028]
Further, as in the first and second chemical microdevices of the present invention, when a concave lens is provided on the irradiation surface side irradiated with predetermined light, the predetermined light spreads by the concave lens and guides the subject to the detection unit. Even when the number of flow paths and the like is increased, it is possible to appropriately irradiate each subject guided to the detection unit with predetermined light without moving the light source. Further, when a convex lens is provided on the side opposite to the irradiation surface irradiated with the predetermined light as in the second chemical microdevice in the present invention, the converted light due to the interaction between the predetermined light and the subject is caused by the convex lens. After being collected, the converted light from the subject is appropriately detected by an optical sensor or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a conventional chemical microdevice.
FIG. 2 is a partial enlarged cross-sectional view showing a state in which a conventional chemical microdevice irradiates a subject with predetermined light in a detection unit and detects converted light due to interaction with the subject.
FIG. 3 is a schematic plan view of a chemical microdevice according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional view showing a state in which, in the chemical microdevice of Embodiment 1 described above, the object in the detection unit is irradiated with predetermined light and the converted light due to the interaction with the object is detected. is there.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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