JP4139764B2 - 試料検出デバイスおよび試料検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体に含まれる高分子などの試料液（以下、単に試料液という）を遠心分離や電場作用によって分離し、検出する試料検出デバイス、および試料検出装置に関するものである。

従来、例えば、液体に含まれるタンパク質や核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）などの極微量の高分子を分析する場合には、電気泳動装置が用いられており、その代表的な装置として、液体分離装置やキャピラリー電気泳動装置などが知られている。

液体に含まれる高分子成分を分離する第１の従来例として、例えば、特許文献１に開示された液体分離装置および液体分離方法がある。この液体分離装置は、ディスク状の基板に、ディスクの中心部分から放射状に延びており、始端と終端には電源電極を備えている、電気泳動用の複数の泳動路（流路）を備えている。この流路内に高分子を含む液体を電気泳動すると、高分子はその分子量や帯電性に応じて分離され、終端付近に設けられた検出用電極によって電気的に検出される。

また、液体に含まれる高分子成分を分離する第２の従来例として、例えば、特許文献２に開示されたキャピラリー電気泳動装置が知られている。これは、上記の電気的な検出以外に、蛍光物質を高分子に結合させ、レーザ光などによって蛍光検出を行う方法である。このキャピラリー電気泳動チップ（装置）は、レーザ光の照射スポットの位置、すなわちレーザ光の光路を流路の終端近くに固定しておき、泳動されてくるタンパク質や核酸などの高分子が通過する時間を検出することにより、高分子を検出するものである。これは、分子量の小さい高分子ほど早く通過するため、通過する時間によって分子量や帯電量を特定することができるためである。
特開平１１−２８１６１９号公報（公開日：１９９９年１０月１５日） 特開平９−３０４３３８号公報（公開日：１９９７年１１月２８日）

上記第１の従来例では電気的に高分子を検出するため、流路の終端近くに検出部を持っており、被検出高分子がこの検出部を通る時点で検出が完了する。しかしながら、電気的な検出では信号量が小さく、Ｓ／Ｎ比が低いため、高分子の種類によっては十分な検出が困難であった。

そこで、電気的な検出ではなく、光学的な検出によってＳ／Ｎ比を上げて検出の感度を高めた装置が上記第２の従来例である。この装置によれば、流路中を泳動する高分子に対してレーザ光を照射し、その高分子からの透過光を検出することで、Ｓ／Ｎ比を上げ、光学的に高分子を感度良く検出できる。

しかしながら、上記第２の従来例の装置は、レーザ入射光の光路を第１の反射膜で直角に曲げ、高分子を透過させた後に、さらにこの透過光を第２の反射膜で直角に曲げ、この透過光の反射光を検出するものである。したがって、入射光の光路と、透過光の反射光の光路とが一致していないため、対物レンズなどの光学系が、少なくとも入射光用と反射光用との２つ必要であり、このため、装置本体が大型化するという問題点があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、入射光と反射光との光学系を共通化して装置の小型化を実現できる試料検出デバイス、および試料検出装置を提供することである。

本発明に係る試料検出デバイスは、上記課題を解決するために、光ビームが照射される基板を備え、該基板には試料液を挿入させるための流路が形成されている試料検出デバイスにおいて、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記流路が形成されている領域に対応する領域には、光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る試料検出デバイスは、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記第１の反射膜が形成されている領域以外の領域には、金属からなる第２の反射膜が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る試料検出デバイスは、上記課題を解決するために、光ビームが照射される透過する基板を備え、該基板には試料液を挿入させるための流路が形成されている試料検出デバイスにおいて、さらに上記基板には、高分子を検出するための光ビームが、上記流路を横切って走査するための案内手段が設けられており、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記流路が形成されている領域、および上記案内手段が形成されている領域に対応する領域には、光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る試料検出デバイスは、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記第１の反射膜が形成されている領域以外の領域には、金属からなる第２の反射膜が形成されていることを特徴としている。

また、本発明に係る試料検出デバイスは、上記第１の反射膜は、多層の誘電体薄膜からなることを特徴としている。

また、本発明に係る試料検出装置は、上記課題を解決するために、上記いずれかの試料検出デバイスと、上記試料検出デバイスに対して光ビームを照射する光ビーム照射手段と、上記光ビームを上記試料検出デバイスに設けられた案内手段に沿って走査させる光ビーム走査手段と、上記試料検出デバイスに設けられている流路または案内手段に対して光ビームを照射した際に得られる、反射光、透過光、散乱光、および発光のうち、いずれかを検出する光学的検出手段と、上記光学的検出手段によって検出された光学情報に基づき、高分子を検出する試料検出手段と、を備えていることを特徴としている。

本発明に係る試料検出デバイスは、以上のように、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記流路が形成されている領域に対応する領域には、光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜が形成されているので、流路に高分子検出のための光ビームが照射されると、入射光の光路と反射光の光路とが一致する。このため、光ビームの往路用（入射光用）の光学系と復路用（反射光用）の光学系とを１つの光学系で兼用することができ、試料検出装置本体の小型化が容易となるという効果を奏する。また、光ビームの入射光は流路を通過（透過）した後、反射膜によって反射し、該反射光が再び流路を通過することになる。このため、流路中を泳動する高分子を光ビームが２回透過することになり、Ｓ／Ｎ比が向上する。さらに、上記反射膜は誘電体からなるため、流路における電気泳動用の電界強度が減少することなく、高速かつ確実に電気泳動を行うことができるという効果を奏する。

本発明に係る試料検出デバイスは、以上のように、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記第１の反射膜が形成されている領域以外の領域には、金属からなる第２の反射膜が形成されているので、流路が形成された領域以外では金属薄膜を備えることになる。このため、この金属薄膜からなる第２の反射膜部分から放熱を行うことが可能となる。したがって、電気泳動におけるジュール熱の発生による試料検出デバイスの温度上昇を防止することができ、高分子が変性することなく高精度で電気泳動が可能であるという効果を奏する。

本発明に係る試料検出デバイスは、以上のように、上記基板には、高分子を検出するための光ビームが、上記流路を横切って走査するための案内手段が設けられており、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記流路が形成されている領域、および上記案内手段が形成されている領域に対応する領域には、光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜が形成されているので、案内手段を流路上の所望の位置に配置することにより、光ビームが案内手段に沿って流路を横切り走査することが可能となり、その際に高分子を検出することができる。このため、分離速度の速い高分子に対しては、該案内手段の位置を流路の始点に近づけたデバイスを使用することにより、分離が速く終わっても、当該高分子が検出部位に到達するまで検出されないという問題を回避でき、効率的に高分子を検出することができる。また、分離速度の遅い高分子に対しては、該案内手段の位置を流路の終端に近づけたデバイスを使用することにより、分離される前に検出部位に到達してしまい、分離・検出ができないという問題を回避でき、これも効率的に高分子を検出することが可能となる。すなわち、高分子検出用の光ビームは、この案内手段に沿って流路をスキャンできるため、所望の位置で高分子を検出することが可能となるという効果を奏する。

さらに、流路および案内手段が形成される領域には第１の反射膜が形成されるため、流路または案内手段に対して、光ビームが照射されると、入射光の光路と反射光の光路とが一致する。このため、光ビームの往路用（入射光用）の光学系と復路用（反射光用）の光学系とを１つの光学系で兼用することができ、試料検出装置本体の小型化が容易となるという効果を奏する。また、光ビームの入射光は流路を通過（透過）した後、反射膜によって反射し、該反射光が再び流路を通過することになる。このため、流路中を泳動する高分子を光ビームが２回透過することになり、Ｓ／Ｎ比が向上する。さらに、上記反射膜は誘電体からなるため、流路における電気泳動用の電界強度が減少することなく、高速かつ確実に電気泳動を行うことができるという効果を奏する。

本発明に係る試料検出デバイスは、以上のように、上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記第１の反射膜が形成されている領域以外の領域には、金属からなる第２の反射膜が形成されているので、流路および案内手段が形成された領域以外では金属薄膜を備えることになる。このため、この金属薄膜からなる第２の反射膜部分から放熱を行うことが可能となる。したがって、電気泳動におけるジュール熱の発生による試料検出デバイスの温度上昇を防止することができ、高分子が変性することなく高精度で電気泳動が可能であるという効果を奏する。

本発明に係る試料検出デバイスは、以上のように、上記第１の反射膜は、多層の誘電体薄膜からなるので、高反射率が得られる。このため、効率よく反射光を得られるため、確実かつ精度良く高分子を検出することができるという効果を奏する。

本発明に係る試料検出装置は、以上のように、試料検出デバイスと、光ビーム照射手段と、光ビーム走査手段と、光学的検出手段と、試料検出手段と、を備えているので、光ビームを高速で流路を横切るように走査させて、高分子を効率的かつ確実に検出することが可能となるという効果を奏する。また、上記試料検出装置が、試料検出デバイスを着脱可能に搭載することができる場合、該試料検出デバイスのみ変更することによって、様々な高分子を効率的に検出することが可能となる。つまり、試料検出装置本体を変更する必要はなく、案内手段の位置が異なる試料検出デバイスを複数用意し、目的の高分子に応じた試料検出デバイスを試料検出装置本体に搭載し使用することで、効率的な高分子検出が可能となり、コスト的にもメリットが大きい。例えば、特定の病気を、ＤＮＡを検査することによって診断する場合、その検査対象のＤＮＡに対応した案内手段の位置を有する試料検出デバイスを使用することにより、試料検出装置はそのままで、安価で効率的に高分子を検出できる検出システムを提供可能であるという効果を奏する。

さらに、本試料検出装置は、入射光用の光学系と反射光用の光学系とを兼用することが可能であるため、装置本体の小型化が容易となるという効果を奏する。

本発明に係る電気供給デバイスおよび電気供給装置は、試料検出デバイスおよび試料検出装置と同様の特徴点を有する。そこで、以下では、本発明に係る試料検出デバイスについて説明し、次いで本発明に係る試料検出装置について説明し、電気供給デバイスおよび電気供給装置の説明に替えることとする。なお、本発明は以下の実施の形態に限られるものではない。また、以上の説明では、主に高分子の含まれる試料液の検出に限って説明したが、これに限らず溶媒（たとえば水）と溶質との化学的あるいは物理的な性質の違いを利用して、溶媒中での溶質の濃度分布を生じさせて検出する場合であれば、同様な課題や作用が生じる。すなわち、例えば、比較的分子量の低い分子や、コロイドなどの溶質が溶媒に分散している試料液であれば、本発明に係る試料検出デバイスおよび試料検出装置は利用可能である。つまり、本発明でいう「試料液」とは、比較的分子量の低い分子や、コロイドなどの溶質が溶媒に分散している試料液、または高分子が含まれる試料液をいい、「試料検出」とは、試料液中に含まれる試料（溶質、高分子等）を検出することをいう。なお、説明の便宜上、以下では、特に、高分子を含む試料液から高分子を検出する場合について説明する。

〔１〕本発明に係る試料検出デバイスについて
本発明に係る試料検出デバイスの一実施形態について図１〜図３に基づいて説明すると以下の通りである。

本実施の形態に係る試料検出デバイスは、光ビームが照射される基板を備え、該基板には試料液（例えば、高分子を含む試料液）を挿入（導通）させるための流路が形成されている試料検出デバイスである。なお、上記基板は、光ビームを透過することが好ましい。

図１（ａ）は、本実施の形態に係る試料検出デバイスの表面側を示す平面図であり、図１（ｂ）は、本実施の形態に係る試料検出デバイスの裏面側を示す平面図である。また、図２は、図１（ａ）に示す高分子デバイスをＳ−Ｓ線にて切断した場合の断面図である。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る試料検出デバイス１は、ディスク型である。また、図１、２に示すように、試料検出デバイス１には、ディスク基板１ａとディスク基板１ｂとを接着剤１５によって張り合わせた構造となっている。ディスク基板１ａ、ディスク基板１ｂおよび接着剤１５は、すべて高分子検出用の光ビームを透過する光透過性を有するものである。具体的には、ディスク基板１ａおよび１ｂとしては、ポリカーボネート基板あるいはガラス基板、石英基板を使用することが好ましい。

試料検出デバイス１は、注入口２、液溜３、流路４、第１電極５、第２電極６、第１電極接点７、第２電極接点８、番地情報表示部９、中心穴１１、反射膜１２、案内溝６０が形成されている。流路４は、流路４（Ａ）、流路４（Ｂ）、流路４（Ｃ）、４（Ｄ）の４本設けられており、それに対応して、番地情報表示部９も、番地情報表示部９ａ、番地情報表示部９ｂ、番地情報表示部９ｃ、番地情報表示部９ｄの４つ設けられている。また、第１電極５は、後述するように、配線パターン５ａ、５ｂ、５ｃから構成されており、注入口２、液溜３、第２電極６、配線パターン５ｂ、５ｃは、４本の流路４に対応して４つずつ設けられている。中心穴１１は、ディスク基板１ａ、１ｂの中心部に、ディスク基板１ａ、１ｂを貫通するように形成されており、後述する電気泳動台５０や試料検出装置１００に装着する場合の中心位置を定めるものである。

流路４は、高分子を含む液体を電気泳動し、該高分子を分離または抽出するための泳動路であり、中心穴１１から半径方向外方に向けて放射状に形成されている。流路４の幅は、数μｍ〜１００μｍ、長さは数ｃｍ〜数ｍであることが好ましい。この流路４は、本試料検出デバイス１には４本形成されており、Ａ〜Ｄで示す流路記号２３によって識別されており、上述したように４本の流路をそれぞれ流路４（Ａ）、４（Ｂ）、４（Ｃ）、４（Ｄ）と称する。各流路４の始端には、高分子を含む液体試料を流路４に供給するための注入口２が形成されており、また終端には液溜３が形成されている。

また、注入口２および液溜３は、ディスク基板１ａの表面に露出しているが、図２に示すように、流路４はディスク基板１ａの裏面に下向きに凹状の溝形状で加工されており、ディスク基板１ａとディスク基板１ｂとを張り合わせることによって、閉じた流路４が形成されることになる。

つまり、流路４は、ディスク基板１ａにおける面のうち、第１電極５が形成される面の裏面側に形成される。注入口２と液溜３とは、流路４の両端においてディスク基板１ａを貫通するように設けられる。ディスク基板１ｂには、案内溝６０が形成され、案内溝６０の一部に番地情報表示部９が加工され、その上に反射膜１２が成膜される。ディスク基板１ａにおける流路４が形成された面と、ディスク基板１ｂにおける反射膜１２が形成された面の裏面とを接着剤１５で張り合わせることにより、試料検出デバイス１が形成される。

また、上記注入口２および液溜３は、電気泳動で一般に使用されるものである。また、注入口２には第２電極６が接続されており、液溜３には第１電極５、より詳細には配線パターン５ｃが接続されている。このため、例えば、検出対象の高分子がＤＮＡである場合、ＤＮＡはマイナス（−）に帯電しているため、第１電極５にプラス（＋）の高電圧を印加し、第２電極６を接地すると、注入口２に注入された液体試料に含まれるＤＮＡは、流路４中をプラス（＋）側の第１電極５方向に引っ張られ、液溜３の方向に泳動される。ＤＮＡの帯電量や分子量によって電気泳動の速度が異なるため、流路４中を流れる移動速度の違いによってＤＮＡが分離されることになる。

また、案内溝６０は、上述のように、ディスク基板１ｂに形成されており、より詳細には、ディスク基板１ｂにおける、ディスク基板１ａとディスク基板１ｂとが接する面の裏面側に形成されており、案内溝６０がディスク基板１ｂに形成された後に、案内溝６０を覆うように反射膜１２が形成されている（図２参照）。この案内溝６０は、高分子を検出するための光ビームが走査する際に、光ビームの走査を導き案内するための案内手段として機能するものである。すなわち、光ビームは案内溝６０に沿って試料検出デバイスを走査することになる。この光ビームの走査を導き案内するための案内溝６０は、流路４を複数回横切るように、らせん状に設けられている。より詳細には、案内溝６０は、流路４の長手方向に対して垂直な方向に、光ビームが流路４を横切って走査することができるように設けられている。ここで、「流路を横切る方向」とは、流路４の長手方向に対して略垂直な方向のことをいう。

この案内溝６０の一部には、番地情報表示部９が凹凸形状で加工されている。ここで番地情報表示部９は、後述する試料検出装置１００から照射された光ビームが４本の流路Ａ〜Ｄのうち、どの流路を横切って走査したのかを識別するための流路識別手段として機能するものであり、さらに、光ビームが流路４を複数回横切って設けられた案内溝６０のうち、どの位置の案内溝６０に沿って走査したのかを識別するためのトラック識別手段として機能するものでもあり、４つの番地情報表示部９ａ〜９ｄが存在する。

すなわち、番地情報表示部９ａ〜９ｄは、流路４の数に対応して４列設けられ、それぞれの列（９ａ〜９ｄ）には隣接する流路４（Ａ）〜４（Ｄ）の流路識別情報が記録されている。つまり、番地情報表示部９ａには流路４（Ａ）の番地情報が、番地情報表示部９ｂには流路４（Ｂ）の番地情報が、番地情報表示部９ｃには流路４（Ｃ）の番地情報が、番地情報表示部９ｄには流路４（Ｄ）の番地情報が記録されている。これにより、例えば、光ビームが流路４（Ａ）と番地情報表示部９ａとを走査した場合は、流路４（Ａ）を走査したことが、光ビームが流路４（Ｂ）と番地情報表示部９ｂとを走査した場合は、流路４（Ｂ）を走査したことが、確実に識別できる。また、ひとつの番地情報表示部には、後述するように案内溝６０毎の案内溝の識別情報（例えば、トラック番号）も記録されている。これによって、番地情報表示部のうち、ある番地情報表示部のある案内溝６０に記録された番地情報は、流路を識別するための流路識別記号と流路の位置情報である案内溝のトラック番号とを示すことになる。

また、図１（ｂ）に示すように、ディスク基板１ｂの面のうち、ディスク基板１ａと接する面の裏面には、反射膜１２が成膜されている。すなわち、試料検出デバイス１の光ビームが入射される面（表面）の裏面側には反射膜１２が形成されている。この反射膜１２は、後述する試料検出装置１００が備える光ピックアップ装置１８から入射した光ビームを反射して、再び光ピックアップ装置１８に対して該反射光を入射させるためのものであり、光ピックアップ装置１８では該反射光を検出して信号を送信し、試料検出装置１００内の他の手段によって高分子を検出するように構成されている。これにより、透過光ではなく反射光を用いて高分子を検出することができるため、光ビームが入射される側にのみ光学系を備えた試料検出装置１００により高分子を検出することが可能となる。透過光を検出することによって高分子を検出する場合、試料検出デバイス１を挟んで、両側に光学系が配置する必要があるため、装置本体の小型化が容易にできない。その一方、上記のように試料検出デバイス１の光ビームが入射する面の裏面側に反射膜１２を形成することにより、入射した光ビームを反射させることができ、反射光の検出により高分子の検出が可能となる。このため、光ビームを入射する側にのみ光学系を備えている試料検出装置１００を作製でき、装置本体を容易に小型化することが可能となる。

また、反射膜１２は、後述するように、金属薄膜ではなく、誘電体薄膜を用いることが好ましい。特に多層薄膜を用いれば、高反射率が得られることがよく知られている。誘電体薄膜を用いた反射膜１２によって、反射光を使用して、装置の小型化が可能となる。

また、反射膜１２は、図１（ａ）に示す流路４、案内溝６０、番地情報表示部９（９ａ〜９ｄ）に照射された光ビームを反射し、該反射光を後述する光ピックアップ装置へ導くために使用されるものである。ここで、仮に、試料検出デバイス１に、従来の光ディスクと同じように、アルミニウム、銀などの金属薄膜からなる反射膜を使用する場合、ディスク基板１ａおよび１ｂを挟んで流路４が存在するため、電気泳動に必要な高電界を流路４に適切に印加できなくなる。つまり、流路４の直下を覆うように電気伝導体（金属薄膜）が配置されるため、高電界のほとんどが、第１電極５と金属薄膜からなる反射膜との間、および第２電極６と金属薄膜からなる反射膜との間に印加され、流路４の始端と終端との間に高電界が印加されなくなる。

そこで、反射膜１２を誘電体薄膜からなる反射膜として構成することにより、流路４の直下が金属ではなく誘電体となり、高電界が第１電極５と反射膜１２との間や、第２電極６と反射膜１２との間に印加されることなく、流路４の始端と終端との間に高電界を確実に印加することができる。すなわち、試料検出デバイス１における、光ビームが照射される面の裏面側であって、流路４が形成されている領域に対応する領域に、誘電体からなる反射膜１２を形成することにより、流路４の始端と終端との間に高電界を印加できるとともに、反射光を用いた試料検出装置１００本体の小型化をも可能とする試料検出デバイスを提供することができる。ここで、「試料検出デバイス１における、光ビームが照射される面の裏面側であって、流路４が形成されている領域に対応する領域に反射膜１２を形成する」とは、試料検出デバイス１における、光ビームが照射される面の裏面には、流路４は形成されていないが、該裏面側から試料検出デバイス１を見た場合、該裏面上に、流路４の形状に合わせて、流路４が形成された領域を覆うように反射膜１２を形成することをいう。

なお、図９に示すように、試料検出デバイス１における、光ビームが照射される側の裏面のうち、少なくとも流路４および案内溝６０を設けた領域に対応する領域にのみ、反射膜１２を形成すればよく、それ以外の領域では必ずしも必要ではない。すなわち、反射膜１２は、試料検出デバイス１における、光ビームが照射される側の裏面側であって、光ビームが走査する領域にのみ形成すればよく、その他の領域には特に必要ないといえる。ここで、「試料検出デバイス１における、光ビームが照射される面の裏面側であって、流路４および案内溝６０が形成されている領域に対応する領域に反射膜１２を形成する」とは、試料検出デバイス１における、光ビームが照射される面の裏面には、流路４は形成されていないが、案内溝６０は形成されているため、該裏面側から試料検出デバイス１を見た場合、該裏面上に、流路４の形状に合わせて、流路４が形成された領域を覆うように、かつ該裏面上に形成された案内溝６０の形状に合わせて、案内溝６０が形成された領域を覆うように反射膜１２を形成することをいう。

また、図１０に示すように、流路４の直下の領域にのみ誘電体薄膜からなる反射膜１２を形成し、それ以外の領域には金属薄膜からなる反射膜１３を形成してもよい。すなわち、試料検出デバイス１における、光ビームの照射される側の裏面であって、流路４が形成されている領域に対応する領域にのみ誘電体薄膜からなる反射膜１２を形成し、該裏面上のそれ以外の領域には、金属薄膜からなる反射膜１３を形成してもよい。

この場合は、反射膜１２と反射膜１３とを異なる材料で作製する必要があり、余分な工程が必要になる。しかし、以下に説明するように、金属薄膜からなる反射膜１３を形成することにより、この反射膜１３部分から放熱によって、試料検出デバイス１の温度が上昇することを防止することができる。すなわち、一般に、高電圧をかけて電気泳動を行う場合、ジュール熱が発生しデバイスの温度が上昇し、その結果、高分子が変性してしまうという問題点が生ずる。

そこで、上記のように流路４の直下の領域に形成する反射膜を誘電体薄膜からなる反射膜１２とし、それ以外を金属薄膜からなる反射膜１３とすると、金属薄膜の面積を広くでき、金属による効率的な放熱が可能となる。これによって、試料検出デバイス１全体の温度上昇を防止でき、流路４の部分の温度上昇も最低限に抑えることができる。ジュール熱は電界の強さの２乗に比例するため、高速で電気泳動を行うために高い高電界を印加する場合に、特に大きな効果が得られる。なお、電気泳動の速度を下げる場合、すなわち高電界を印加しない場合は、上記のような金属薄膜による反射膜１３は不要である。

また、上記誘電体の反射膜１２は、反射光を用いた装置の小型化を行うために適用するため、図１（ａ）のような番地情報表示部９（９ａ〜９ｄ）、案内溝６０は必ずしも必要ではない。すなわち、必要最小限の構成は、反射膜１２、流路４、第１電極５、および第２電極６である。しかし、試料検出デバイス１がディスク型であり、案内溝６０を螺旋状あるいは同心円状とし、番地情報表示部９（９ａ〜９ｄ）を設けることによって、電気泳動の高速化と、電気泳動後の検出の高速化を両立することが可能である。

また、上述したように、ディスク基板１ａの面のうち、ディスク基板１ｂと接する側の面に凹状の溝形状に形成された流路４は、ディスク基板１ｂとディスク基板１ａとを接着剤１５によって張り合わせることで、閉じた流路とすることができる。また、電極配線（例えば、第１電極５、第２電極６、第１電極接点７、第２電極接点８）は流路４が形成された面と反対側の面（裏面）に設けてあるが、これによって電極配線（例えば、第１電極５、第２電極６、第１電極接点７、第２電極接点８）と電源コネクタ３０とが容易に接続可能である（図２参照）。

第１電極５、第２電極６、第１電極接点７、第２電極接点８の配線パターンについて、図１（ａ）にしたがって説明する。まず、第２電極接点８は、流路４および番地情報表示部９と重ならず、かつ最小の面積となるように、ディスク基板１ａの中心部近傍に略円形状に設ける。すなわち、第２電極接点８は、ディスク基板１ａの最内周部に略円形状に設けられる。第２電極６は、ディスク基板１ａの半径方向に延びるように設けられており、注入口２と第２電極接点８とを電気的に接続するように設けられる。つまり、第２電極６は、略直線形状で、４つの注入口２に対応して、４本設けられている。

第１電極５は、図１（ａ）に示すように、ディスク基板１ａの最外周部に略円形状で設けられた配線パターン５ａと、ディスク基板１ａの半径方向に延びるように放射状に設けられた略直線の配線パターン５ｂと、ディスク基板１ａの半径方向に延びるように設けられ、配線パターン５ａと液溜３とを電気的に接続する配線パターン５ｃとによって構成されている。配線パターン５ａ、配線パターン５ｂ、および配線パターン５ｃは、流路４および番地情報表示部９と重ならず、かつ最小の面積となるように設けられている。

第１電極接点７は、ディスク基板１ａ上の、第２電極接点８の半径方向外方の位置に略円形状に設けられているが、完全な円形状ではなく、４つの第２電極６と電気的に接触しないように、８つの電極間隙部６３が設けられている。すなわち、第１電極接点７は、８つの電極間隙部６３と４つの第２電極６とによって、４つに分断された略円形状に形成されているといえる。また、第２電極６と電極間隙部６３とは、放射状に等回転角度に配置されている。なお、第１電極接点７も、流路４および番地情報表示部９と重ならず、かつ最小の面積となるように設けられている。

配線パターン５ａは、配線パターン５ｂによって第１電極接点７と電気的に接続している。また、第２電極６は、第２電極接点８と電気的に接している。第１電極接点７、第２電極接点８には、後述する電源コネクタ３０によって、電気泳動用の電源が供給されることになる。このとき、第１電極接点７、第２電極接点８ともに、ディスク基板１ａ（試料検出デバイス）の中心部近傍に設けられているため、略円形状の電源コネクタ３０を介して、確実かつ容易に電気泳動用の電圧を供給することができる。

また、番地情報表示部９と案内溝６０とは、ディスク基板１ｂにおける、ディスク基板１ａとディスク基板１ｂとの接する面とは逆の面（裏面）に設けられており、番地情報表示部９と案内溝６０との凹凸形状が流路４における液体試料が流れる流路面に現れないようにしている。もし、流路面に泳動方向と直角に凹凸形状が生じると、泳動性能に支障が生じるからである。上述のように、電極配線（例えば、第１電極５、第２電極６、第１電極接点７、第２電極接点８）、流路４、番地情報表示部９、案内溝６０および反射膜１２の配置にはそれぞれの意義がある。

次に、本発明の特徴的な部分である流路４、案内溝６０および番地情報表示部９ａ〜９ｄについてより詳細に説明するために、図３に、図１（ａ）における流路４（Ｂ）の近傍部分を拡大した部分拡大図を示す。

同図に示すように、注入口２（の内部）は第２電極６と電気的に接続しており、液溜３（の内部）は第１電極５と電気的に接続しており、より詳細には、配線パターン５ｃを介して配線パターン５ａと電気的に接続している。したがって、図１（ａ）、３に示すように、注入口２には、第２電極６を介して第２電極接点８から接地電位が供給され、液溜３には、第１電極５（配線パターン５ａ、５ｂ、５ｃ）を介して、プラス（＋）電位が供給される。

案内溝６０は、流路４をｎ回横切って形成されており、流路４近傍に着目すれば、案内溝６０はｎ本のトラックから構成されている。この流路４を横切るｎ本の案内溝６０を、注入口２に近いものから順にトラックｔ１、ｔ２、・・・とし、液溜３に最も近いトラックをｔｎと称する。

案内溝６０のトラックｔ１〜ｔｎの一部であって、流路４（Ｂ）の近傍には番地情報表示部９ｂが形成されており、それぞれのトラックに形成された番地情報表示部９ｂには、それぞれのトラック情報ｔ１〜ｔｎと、流路識別情報である流路４（Ｂ）の情報とが、番地情報ａｄ（Ｂｔ１）〜ａｄ（Ｂｔｎ）として記録されている。例えば、光ビームａが番地情報ａｄ（Ｂｔ１）を走査した場合、流路４（Ｂ）のうち、ｔ１という位置のトラックを横断して走査することを識別することができる。

ディスク型の試料検出デバイス１を図３中の矢印Ｘ方向に回転させ、光ビームａを案内溝６０のトラックｔ１に沿って走査させると、光ビームａは、まず番地情報ａｄ（Ｂｔ１）を走査し、番地情報ａｄ（Ｂｔ１）を読み取る。その後、流路４（Ｂ）のトラックｔ１の位置を横切って走査し、高分子を検出する。したがって、光ビームａが流路４（Ｂ）のトラックｔ１の位置を横切って走査する前に、番地情報を得ることができるため、高分子がどの流路のどの位置で検出されたのかを精度良く識別することができる。

また、ＤＮＡなどの高分子を検出する場合は、一般的な方法である蛍光材料をＤＮＡなどの高分子に結合させ、Ｓ／Ｎ比を上げることによって検出することができるが、その他にも高分子に着色材料を結合させて、反射光や透過光を検出してもよい。さらに、ディスク型の高分子デバイス１を高速回転させると、検出したＤＮＡ等の高分子がどの流路の、さらに流路のどの位置で検出されたかを高速で識別することもできる。

また、案内溝６０は螺旋状に形成されており、４本の流路４（Ａ）〜４（Ｄ）を複数回横切る構造である。したがって、ディスク型の高分子デバイス１の回転に伴って、注入口２側における案内溝６０のトラックｔ１から順次、液溜３側における案内溝６０のトラックｔｎを走査していくことにより、全ての流路４（Ａ）〜４（Ｄ）の、全てのトラックの位置において、高分子が存在するか否かを高速かつ効率的に検出することができる。

また、高分子の組成が予め分かっている場合は、その組成が検出されると予測される所望の案内溝６０のトラックへアクセスし、スティル動作を行って効率的に検出することも可能である。なお、高分子の組成が予め分かっている場合は、上述のような複数の案内溝６０を形成する必要はなく、所望の位置に１本のみ案内溝６０を形成したディスク型試料検出デバイスを使用してもよい。案内溝６０が１本であるが、半径位置（トラック位置）の異なる案内溝６０を有するディスク型試料検出デバイスを複数種類用意すれば、異なる高分子に対応した分離・検出が可能である。この場合、試料検出装置は、後述のように案内溝６０を有する試料検出デバイスを着脱可能に搭載できるため、一つの試料検出装置本体で複数種類のディスク型試料検出デバイスを使用することが可能である。

〔２〕本発明に係る試料検出装置について
試料検出デバイスの構造については、上記〔１〕欄において図１〜図３を用いて説明した。以後は、上記試料検出デバイスを搭載した試料検出装置について説明し、併せて、試料検出装置を用いて高分子を電気泳動し検出するまでの動作について図４〜８に基づいて説明する。

図４は、電気泳動を行うための電気泳動台５０に試料検出デバイス１を搭載する様子を模式的に示す図である。この電気泳動台５０上に試料検出デバイス１を搭載し、高分子の電気泳動を行って分離・精製した後に、後述する試料検出装置１００に搭載し、分離・精製した高分子を光ビームによって検出することになる。なお、電気泳動を実施する装置（電気泳動台５０）と光ビームを用いて高分子を検出する装置とが一体となっていてもかまわない。

図４において、電気泳動台５０には突起部５１が形成されており、試料検出デバイス１の中心穴１１と突起物５１とが嵌るように、試料検出デバイス１を電気泳動台５０上に搭載する。ディスク型試料検出デバイス１は、上記〔１〕欄で説明したように、ディスク基板１ａとディスク基板１ｂを張り合わせたものである。

試料検出デバイス１の中心穴１１が、電気泳動台５０の突起物５１に差し込まれることにより、位置決めが行われる。その後、試料検出デバイス１に電源コネクタ３０をかぶせるように接触させ、電源コネクタ３０と試料検出デバイス１の第１電極接点７および第２電極接点８とが電気的に接続される。このとき、試料検出デバイス１は、回転方向に対して任意の回転角位置で固定されるため、後述するように回転角に依存せず電源を供給できるように、電源コネクタ３０と試料検出デバイス１の第１電極接点７および第２電極接点８とが電気的に接続される必要がある。この電源コネクタ３０と試料検出デバイス１の第１電極接点７および第２電極接点８との電気的な接続の状態および電源を供給する（電圧を印加する、または電流を供給する）ための回路を模式的に表した図を図５に示す。

図５に示すように、電源コネクタ３０には、第２電極用接触部３１、４つの第１電極用接触部Ａ ３２ａ・３２ａ・３２ａ・３２ａ、４つの第１電極用接触部Ｂ ３２ｂ・３２ｂ・３２ｂ・３２ｂが形成されている。第１電極用接触部Ａ ３２ａおよび第１電極用接触部Ｂ ３２ｂは、交互に（一つおきに）同一半径の円形状に、等回転角度で設けられている。

また、第２電極用接触部３１は接地されている。一方、４つの第１電極用接触部Ａ ３２ａ・３２ａ・３２ａ・３２ａはそれぞれ、電源を供給するための回路７０とスイッチ３５またはスイッチ３６を介して接続されており、４つの第１電極用接触部Ｂ ３２ｂ・３２ｂ・３２ｂ・３２ｂはそれぞれ、電源を供給するための回路７１とスイッチ３３またはスイッチ３４を介して接続されている。回路７０、７１についての詳細な説明は、後述する。

第２電極接点８は、電源コネクタ３０の第２電極用接触部３１と電気的に接続される。より詳細には、第２電極用接触部３１は、電源コネクタ３０における、第１電極用接触部Ａ ３２ａまたは第１電極用接触部Ｂ ３２ｂの内周側に設けられ、図１（ａ）に示す第２電極接点８と重なるように電気的に接続される。

一方、第１電極接点７は、電源コネクタ３０の第１電極用接触部Ａ ３２ａまたは第１電極用接触部Ｂ ３２ｂと電気的に接続される。より詳細には、第１電極用接触部Ａ３２ａと、第１電極用接触部Ｂ ３２ｂは、それぞれ４つずつ、電源コネクタ３０における第２電極用接触部３１の外周側に設けられ、図１（ａ）に示す第１電極接点７に重なるように電気的に接続される。

第１電極用接触部Ａ ３２ａと第１電極用接触部Ｂ ３２ｂとは、後述するように、スイッチによって短絡することなく、プラス（＋）電源に接続される。このとき、第１電極用接触部Ａ ３２ａまたは第１電極用接触部Ｂ ３２ｂが、図１（ａ）に示す第１電極接点７の端部と第２電極接点６の配線に跨って、短絡を生じるおそれがある。このような短絡の問題を回避すべく、第１電極用接触部Ａ ３２ａまたは第１電極用接触部Ｂ ３２ｂの配線パターンの大きさを、図１（ａ）に示す第１電極接点７の端部と第２電極接点６の配線パターンとの間の電極間隔６３よりも小さくしておけばよい。さらに、図１（ａ）に示す第１電極接点７の配線パターンが存在する回転角を２π／８よりも大きくしておけば、図５に示す第１電極用接触部Ａ ３２ａまたは第１電極用接触部Ｂ ３２ｂの少なくとも一つが、常に図１（ａ）に示す第１電極接点７と接続されることになる。なお、上述では、図１（ａ）に示す第１電極接点７の数が４個の例を示したが、整数Ｎ個の場合は、第１電極用接触部Ａ ３２ａと、第１電極用接触部Ｂ ３２ｂは、それぞれＮ箇所ずつ、計２Ｎ箇所設けられ、図１（ａ）に示す第１電極接点７のパターンが存在する回転角を２π／２Ｎよりも大きくすればよい。このような構成にすることによって、電源コネクタ３０が任意の回転角で試料検出デバイス１に接続される場合でも、接地電位（第２電極接点６）とプラス電位（第１電極接点７の端部）とが短絡することを確実に防止することができる。

次に、第１電極用接触部Ａ ３２ａと第１電極用接触部Ｂ ３２ｂとが、スイッチによって短絡することなくプラス電源に接続される点について以下に説明する。図５に示すように、第１電極用接触部Ａ ３２ａは、スイッチ３５、スイッチ３６を介して回路７０と接続されており、より詳細には、スイッチ３５を介して電源４１と電気的に接続されており、スイッチ３６を介して電源４３と電気的に接続されている。また、第１電極用接触部Ｂ ３２ｂは、スイッチ３３、スイッチ３４を介して回路７１と接続されており、より詳細には、スイッチ３３を介して電源４０と電気的に接続されており、スイッチ３４を介して電源４２と電気的に接続されている。また、図５に示すように、回路７１において、スイッチ３４と電源４２との間は、抵抗３９、コンパレータ３７、ボリューム４４によって所定の回路が形成されている。また、回路７０において、スイッチ３６と電源４３との間は、抵抗４６、コンパレータ３８、ボリューム４５によって所定の回路が形成されている。このように、交互に同一半径の円形状で、かつ等回転角度に設けられた第１電極用接触部Ａ ３２ａおよび第２電極用接触部Ｂ ３２ｂは、それぞれ別々の電源供給手段と電気的に接続されている。以下、第１電極用接触部Ａ ３２ａと第１電極用接触部Ｂ ３２ｂとが、スイッチによって短絡することなくプラス電源に接続される動作について説明する。

まず、全てのスイッチ３３、３４、３５、３６はスイッチオフにする。次に、スイッチ３６をスイッチオンにする。このとき、第１電極用接触部Ａ ３２ａは、図１（ａ）に示す第１電極接点７と電気的に接続されている状態、または第２電極６の配線部分に電気的に接触している状態、若しくはそのいずれにも電気的に接続されていない状態の３状態のうち、１つの状態にあることになる。

もし、第１電極用接触部Ａ ３２ａが第１電極接点７と電気的に接続されている場合は、第１電極接点７を介して第１電極用接触部Ｂ ３２ｂにも電気的に接続されている状態か、または単独で第１電極接点７に接続されている状態である。このとき、第１電極用接触部Ａ ３２ａは、いずれにしても第１電極接点７と電気的に接続されていることになり、この場合、スイッチ３６を介して電流が流れる経路は存在しない。ボリューム４５を、予め半分程度に調節しておくと、コンパレータ３８のプラス入力には抵抗４６を介して電源４３の電圧Ｖが供給される。一方、コンパレータ３８のマイナス入力には、ほぼ１／２Ｖの電圧が供給されることになる。したがって、コンパレータ３８の出力はハイレベルとなる。つまり、第１電極用接触部Ａ ３２ａが正常に図１（ａ）の第１電極接点７と電気的に接続される場合は、コンパレータ３８の出力がハイレベルとなる。

一方、第１電極用接触部Ａ ３２ａが図１（ａ）に示す第２電極６の配線部分に接触している場合は、第２電極用接触部３１を介して接地される。したがって、この場合、スイッチ３６を介して電流が流れることになり、コンパレータ３８のプラス入力は接地電位となる。このため、コンパレータ３８の出力はローレベルとなる。つまり、第１電極用接触部Ａ ３２ａが誤って、図１（ａ）に示す第２電極６の配線部分と電気的に接触している場合は、コンパレータ３８出力がローレベルとなる。

また、第１電極用接触部Ａ ３２ａが図１（ａ）に示すどの配線にも接続されていない場合は、コンパレータ３８のプラス入力には抵抗４６を介して電源４３の電圧Ｖが供給される。このため、コンパレータ３８の出力はハイレベルとなる。つまり、第１電極用接触部Ａ ３２ａがどこにも接続されていない場合は、コンパレータ３８の出力がハイレベルとなる。

次に、第１電極用接触部Ｂ ３２ｂの接続の場合分けについて説明するが、上述の第１電極用接触部Ａ ３２ａの場合と略同様であり、素子の符号が異なるだけであるため、詳細は省略し、結論のみ述べる。すなわち、コンパレータ３７の出力がハイレベルの場合は、スイッチ３３をオフにした後、スイッチ３４をオンにして、電気泳動用の電源４２から第１電極用接触部Ｂ ３２ｂに対してプラス電位を供給する。すると、図１（ａ）に示す第１電極接点７に正常に電源を供給する状態か、または全くどこにも供給しない開放の状態のどちらか一方の状態となる。一方、コンパレータ３７の出力がローレベルの場合は、スイッチ３３をオフにし、スイッチ３４もそのままオフにしておくことにより、誤って電気泳動用の電源４２が第２電極用接触部３１を介して接地電位に短絡することを防止できる。

ここで、電源４０と電源４１とは、説明の便宜上別々に示したが、実際は同じものを使用してもよい。また、電源コネクタ３０の配線パターンと、図１（ａ）に示す第１電極接点７および第２電極６のパターンの配置によれば、第１電極用接触部Ａ ３２ａと第１電極用接触部Ｂ ３２ｂが同時に開放となることはなく、少なくともいずれか一方が電源４０または電源４１に接続されることになる。

以上をまとめると、コンパレータ３７およびコンパレータ３８の出力信号に基づいて、スイッチ３３〜３６を制御することによって、電源コネクタ３０を試料検出デバイス１に接続する場合、お互いの相対的な回転角に依存せず、短絡を防止しながら図１（ａ）の第１電極接点７に対して正常に電源を供給することが可能となる。なお、上記のスイッチ制御は、図示しない制御回路によって行われる。

また、図６は、試料検出デバイス１の断面図の一部と、これに光ビームａを照射し、反射光、透過光または発光を検出する光ピックアップ装置１８のうち、反射光を検出する光学系の主要部を示す図である。ここで、本実施の形態において、光ピックアップ装置１８は、試料検出デバイス１に設けられている流路４、案内溝６０、番地情報表示部（流路識別手段、またはトラック識別手段）９のうち、いすれかに対して光ビームａを照射した際に得られる、反射光、透過光、散乱光、および発光のうち、いずれかを検出する光学的検出手段として機能するものである。

また、ディスク基板１ａは、表面、すなわち光ビームが照射される面に第１電極５や第２電極６（不図示）が配線される。図６中では、光ビームａを案内溝６０に対して走査しながら、高分子検出時の動作を示すために、第１電極５のみを示す。また、光ビームａとして用いるレーザの波長が７８０ｎｍ、対物レンズ１６の開口数が０．４５の場合は、ディスク基板１ａおよびディスク基板１ｂの厚さはともに０．６ｍｍである。光ビームａとして用いるレーザの波長が６５０ｎｍ、対物レンズ１６の開口数が０．６の場合は、ディスク基板１ａおよびディスク基板１ｂの厚さはともに０．３ｍｍである。光ビームａとして用いるレーザの波長が４００ｎｍ、対物レンズの開口数が０．６５の場合は、ディスク基板１ａおよびディスク基板１ｂの厚さはともに０．３ｍｍである。いずれの場合も接着剤１５は数十μｍであり、試料検出デバイス１全体の厚さの誤差範囲内である。

光ピックアップ装置１８の光学系は、図６に示すように、対物レンズ１６、ハーフミラー５１、集光レンズ５２・５３、分割ディテクタ５４、ディテクタ５５、演算回路５６を備えている。光ビームａが、実線で示すように案内溝６０と番地情報表示部９とに焦点を結ぶように対物レンズ１６によって集光され、光ビームａの走査ピッチを上げ、走査精度を上げ、さらに高密度記録された番地情報が読み出せるように、光ピックアップ装置１８の光学系は構成されている。なお、案内溝６０のピッチは従来の光ディスクの場合の１〜２μｍにせず、高速で流路４を横切って走査できるようにするために、１０μｍ以上とする。案内溝６０の幅は従来の光ディスクと同じように１μｍ以下とする。

入射された光ビームａは、透明なディスク基板１ａ、透明な接着剤１５、透明なディスク基板１ｂを通過して、案内溝６０と番地情報表示部９に集光され、反射膜１２によって反射される。反射された光ビーム（反射光とも称する）ｙは、光ピックアップ装置１８の光学系における対物レンズ１６、ハーフミラー５１、集光レンズ５２を介して、分割ディテクタ５４に焦点を結ぶ。分割ディテクタ５４の出力を演算回路５６において適切に演算することによって、フォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｂが得られ、これに基づいてフォーカスサーボとトラックサーボが行われる。また、分割ディテクタ５４の出力を加算増幅した信号ｃによって番地情報表示部９に記録された番地情報の読み出しが可能である。以上の光学系の構成を、第１の光学系と称する。すなわち、第１の光学系とは、上記光ピックアップ装置１８が備えるものであって、不図示の光ビーム走査装置が光ビームａを案内溝６０または番地情報表示部９に集光する際に、案内６０または番地情報表示部９から得られる反射光、透過光、散乱光、および発光のうち、いずれかを集光して分割ディテクタ５４（案内用ディテクタ）に導く光学系といえる。なお、本実施の形態では、特に反射光または発光に対応した光学系である。また、これらのフォーカスサーボ、トラックサーボおよび番地情報の読み出し方法・手段は、いずれも光ディスク装置においてよく知られた技術である。すなわち、フォーカスサーボ、トラックサーボおよび番地情報の読み出し方法・手段については、従来公知の方法・手段を利用することができ、特に限定されるものではない。また、光ビームａを走査させる光ビーム走査手段も従来公知の技術を利用することができ、特に限定されるものではない。

また、試料検出デバイス１は、図６中の矢印Ｙ方向に回転移動するため、光ビームａは流路４に到達する。光ビームａが流路４に到達すると、反射光ｙの光路は図中に示す破線のように変化する。その結果、分割ディテクタ５４においては、焦点を結ばないため、分割ディテクタ５４における検出光量が大きく低下し、流路４における反射光あるいは発光を検出できなくなる。

そこで、ハーフミラー５１によって光路を分割し、集光レンズ５３を介してディテクタ５５に焦点を結ぶように第２の光学系を配置する。この第２の光学系では、ディテクタ５５では、流路４にて反射した光ビームｚを検出し電気信号に変換して、高分子検出信号ｍを出力する。なお、光ビームａが案内溝６０および番地情報表示部９に焦点を結んでいる場合は、上述のとおり、分割ディテクタ５４において焦点を結び、ディテクタ５５においては焦点を結ばないため、ディテクタ５５における出力は大きく低下することになる。すなわち、第２の光学系は、上記光ピックアップ装置１８が備えるものであって、不図示の光ビーム走査装置が光ビームａを流路４に集光する際に、流路４から得られる反射光、透過光、散乱光、および発光のうち、いずれかをディテクタ（試料検出用ディテクタ）５５に導く光学系といえる。

以上のように、光ビームａの光路上における流路４と、番地情報表示部９および案内溝６０との焦点距離が一致していなくても、光学系を２つに分けることによって、それぞれを正確に検出し再生することができる。すなわち、本実施の形態に係る光ピックアップ装置１８は、流路４における高分子の光量を検出する光学系（第２の光学系）と、案内溝６０および番地情報表示部９に集光するための光学系（第１の光学系）とを備える。なお、ディテクタ５５は回折パターンを検出する必要がないため、分割されたものを使用する必要はない。上述のように、光ビームａの往路（入射光）と復路（反射光）とが一致し、光学系の多くを兼用できるため、装置の小型化が可能である。

また、図７は、本実施の形態に係る試料検出装置１００の主要部をブロック図である。同図に示すように、試料検出装置１００は、対物レンズ１６を備える光ピックアップ装置１８、アクチュエータ１７、光量検出回路１９、番地再生回路２０、コントローラ２１、サーボ回路２２、メモリ２３、出力装置２４を備えている。ここで、光量検出回路１９は、上記光ピックアップ装置１８によって検出された光学情報に基づき、高分子を検出する試料検出手段として機能するものである。また、番地再生回路２０は、試料検出デバイス１に設けられている番地情報表示部（流路認識手段）９を、上記光ビームａが走査することによって得られる信号を読み取り、該光ビームａが（流路４（Ａ）〜４（Ｄ）のうちの）どの流路を横切って走査したかを示す流路識別情報を得るための流路識別信号読み取り手段として機能するとともに、試料検出デバイス１に設けられている番地情報表示部（トラック識別手段）９を、上記光ビームａが走査することによって得られる信号を読み取り、該光ビームａがどの位置の案内溝６０を走査したのかを示すトラック識別情報を得るためのトラック識別信号読み取り手段として機能するものである。また、出力装置２４は、番地再生回路２０によって得られる番地情報（流路識別情報、トラック識別情報等）と、光量検出回路１９によって得られる高分子検出情報とを対応させて出力する試料情報出力手段として機能するものである。

試料検出装置１００の主要部のより具体的な機能について、以下に説明する。まず、光ピックアップ装置１８から出射された光ビームａは対物レンズ１６によって集光され、試料検出デバイス１の案内溝６０または番地情報表示部９に集光される。案内溝６０または番地情報表示部９からの反射光は再び光ピックアップ装置１８に戻り、図６に示したようにフォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｂ、番地情報信号ｃおよび高分子検出信号ｍを出力する。

フォーカス誤差信号・トラック誤差信号ｂはサーボ回路２２を介してアクチュエータ１７にフィードバックされ、フォーカスサーボおよびトラックサーボ処理が行われる。番地情報信号ｃは番地再生回路２０に入力され、番地情報ｅがコントローラ２１と光量検出回路１９に送られる。コントローラ２１では、番地情報ｅを確認しながら制御信号ｇをサーボ回路２２に出力し、光ビームａを所望の位置にアクセスさせたり、後述するようにサーボ回路をオンにしたり、あるいはホールドしたりする。高分子検出信号ｍは、光量検出回路１９に入力され、番地情報ｅにおける高分子検出情報ｄを出力する。

つまり、光量検出回路１９は、流路識別情報（流路記号など）、トラック識別情報（流路上の位置を示すトラック番号）などの番地情報とともに、高分子検出情報ｄを出力する。なお、高分子に結合した蛍光材料や着色材料の存在、あるいは高分子そのものの光学特性によって、高分子検出信号ｍのレベルが変化する。このため、光量検出回路１９は、例えば、８ビットのＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）を備えることが好ましい。そして、出力された高分子検出情報ｄは、メモリ２３に格納され、必要に応じて出力装置２４から出力されることになるか、または光量検出回路１９から直接出力装置２４に出力されることもある。

なお、案内溝６０が１本しか存在しない試料検出デバイスの場合は、流路記号と高分子検出情報とを出力し、トラック番号は出力する必要はない。一方、流路４が１本しか存在しない試料検出デバイスの場合は、トラック番号と高分子検出情報とを出力し、流路記号は出力する必要はない。しかし、流路４または案内溝６０を１本のみ有する試料検出デバイスと、流路４または案内溝６０を複数有する試料検出デバイスとの互換性を考えると、流路４または案内溝６０が１本の試料検出デバイスにおいても、流路４または案内溝６０を複数有する試料検出デバイスと同様に番地情報を記録しておき、流路記号および流路上の位置を示すトラック番号と、高分子検出情報とをともに出力することが好ましい。

また、図８は、光ビームａが案内溝６０または番地情報表示部９上を走査した場合の番地情報信号ｃ、高分子検出信号ｍおよび制御信号ｇの動作タイミングを説明する図である。図７における光ビームａが、ある案内溝６０を走査しながら、試料検出デバイス１が矢印Ｙ方向に移動すると、図８に示すように、最初は案内溝６０だけのトラッキング領域を通過する。そして、順次、電極の配線領域、トラッキング領域、番地情報領域、トラッキング領域、流路領域トラッキング領域へと移動していく。

最初のトラッキング領域では制御信号ｇをハイレベルとし、サーボをオンにする。このとき、案内溝６０を読み出しただけであるため、番地情報信号ｃは一定レベルとなる。また、高分子検出信号ｍは、図６のディテクタ５５に集光されていないため、電圧は低いレベルとなる。

次に、配線領域に移動すると、制御信号ｇをローレベルとし、サーボをホールドする。配線領域で光ビームａが反射し、図６の分割ディテクタ５４およびディテクタ５５に集光されないため、番地情報信号ｃも高分子検出信号ｍも共に、電圧は低いレベルとなる。

次いで、再びトラッキング領域では制御信号ｇをハイレベルとし、サーボをオンにする。このとき、番地情報信号ｃは一定レベルとなり、高分子検出信号ｍにおける電圧は低いレベルのままである。

続いて、番地情報領域に移動すると、制御信号ｇはハイレベルのままとし、サーボをオンにしておく。番地情報表示部９によってで光ビームａが回折するため、番地情報信号ｃには番地情報が現れる。また、高分子検出信号ｍは低い電圧レベルのままである。

次に、再びトラッキング領域では制御信号ｇをハイレベルままとし、サーボをオンにしておく。番地情報信号ｃは一定レベルとなり、高分子検出信号ｍにおける電圧は低いレベルのままである。

次いで、流路領域に移動すると、制御信号ｇをローレベルとし、サーボをホールドする。このとき、案内溝６０には光ビームａが集光されないため、図６の分割ディテクタ５４にも集光されず、番地情報信号ｃにおける電圧は低いレベルとなる。しかし、流路からの反射光は分割ディテクタ５５に集光され、高分子検出信号ｍは高分子における反射光または発光などによって実線で示すように電圧レベルが上昇する。このとき、上述した光量検出回路１９が有するＡ／Ｄ変換回路（サンプリング手段）によって高分子検出信号ｍがサンプリングされる。なお、高分子が流路上の光ビームａの走査位置にない場合は、破線で示すように検出信号は得られない。

続いて、再びトラッキング領域では制御信号ｇをハイレベルままとし、サーボをオンにする。このとき、番地情報信号ｃは一定レベルとなり、高分子検出信号ｍの電圧は低いレベルとなる。

以上のように、本実施の形態に係る試料検出装置１００によれば、図７に示すコントローラ２１、サーボ回路２２、アクチュエータ１７によってサーボの制御を行いながら、番地情報ｅと高分子検出信号ｍを高速で読み出すことが可能である。

なお、ここまでの記述は電気泳動台５０において電気泳動を行った後、ターンテーブルを備える試料検出装置１００にディスク型の試料検出デバイス１を移して、検出を行う例を示したが、本発明はこれに限られるものではなく、図４、図５に示した電源コネクタ３０をターンテーブルと兼用すれば、試料検出装置１００上で電気泳動と高分子検出とを同時に行うことが可能である。また、ディスク型の試料検出デバイス１を回転しながら、電気泳動を行うこともできる。すなわち、電気泳動を行いながら、光ビームａの高速アクセスや走査を行い、リアルタイムで高分子検出をモニターすることが可能となり、従来のように検出点に高分子が泳動するまで待つ必要がなく、高速泳動および高速分離・高速検出が可能となるというメリットもある。

また、上述したように、本実施の形態では電気泳動によって高分子を分離する例を示したが、ディスクの回転による遠心力を利用した遠心分離によって高分子を分離する場合であっても本願発明を利用することができる。この場合は、電源コネクタや電極、電極配線は不要となる。

また、本実施の形態では、ディスク型の試料検出デバイス１を中心に説明したが、カード型などの固定された試料検出デバイスをレーザ光の走査によって読み出す装置も本発明に含まれる。この場合も、上述の案内溝６０による走査と、番地情報を読み出しながら高分子検出をおこなうことができる。しかし、上述のディスク型の試料検出デバイスを使用する場合に比べて、レーザ光走査用のポリゴンミラーを備えた光学系が必要となり、試料検出装置本体が大きくなるという欠点がある。したがって、ディスク型の試料検出デバイスを使用した装置の方が、構造が簡単となり小型化が容易であるというメリットがある。

さらに、本発明には、光ビームを透過する基板と、該基板上に設けられ、高分子を分離あるいは抽出するための泳動路手段とを備えた試料検出デバイスにおいて、 少なくとも前記泳動路手段に照射される光ビームの光路上において、前記光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜を備える試料検出デバイスも含まれる。

また、上記試料検出デバイスにおいて、前記第１の反射膜以外の光路上では、金属からなる第２の反射膜を備える試料検出デバイスも本発明に含まれる。

光ビームを透過する基板と、該基板上に設けられ、高分子を分離あるいは抽出するための泳動路手段とを備えた試料検出デバイスにおいて、前記光ビームの走査によって前記泳動路手段を横切るための案内手段と、少なくとも前記案内手段に照射される光ビームの光路上において、前記光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜を備える試料検出デバイスも本発明に含まれる。

また、上記試料検出デバイスにおいて、前記第１の反射膜以外の光路上では、金属からなる第２の反射膜を備える試料検出デバイスも本発明に含まれる。

また、上記試料検出デバイスにおいて、前記泳動路手段の始端から終端の間に複数の前記案内手段と、前記複数の案内手段の各々を識別するためのトラック番号手段を前記案内手段上に備える試料検出デバイスも本発明に含まれる。

前記試料検出デバイスに光ビームを集光する照射手段と、前記光ビームを前記案内手段に沿って走査する走査手段と、前記泳動路手段からの反射光を検出する光学的検出手段と、検出された光量をサンプリングするサンプリング手段とを備える試料検出装置も本発明に含まれる。

また、上記試料検出装置において、前記トラック番号手段を読み取るトラック番号読み取り手段と、前記検出された高分子情報とトラック番号を対応させて出力する試料情報出力手段を備える試料検出装置も本発明に含まれる。

また、本発明には、上記試料検出デバイスにおいて、上記案内手段は、上記流路を複数回横切るように設けられており、上記光ビームが、上記流路を複数回横切るように設けられた案内手段のうち、どの位置の案内手段に沿って走査したのかを識別するためのトラック識別手段が、上記案内手段に形成されている試料検出デバイスも含まれる。

また、上記試料検出装置において、上記試料検出デバイスに設けられている流路認識手段を、上記光ビームが走査することによって得られる信号を読み取り、該光ビームがどの流路を横切って走査したかを示す流路識別情報を得るための流路識別信号読み取り手段と、上記流路識別信号読み取り手段によって得られる流路識別情報と、上記試料検出手段によって得られる高分子検出情報とを対応させて出力する試料情報出力手段と、を備えている試料検出装置も含まれる。

また、上記試料検出装置において、上記試料検出デバイスに設けられているトラック識別手段を、上記光ビームが走査することによって得られる信号を読み取り、該光ビームがどの位置の案内手段を走査したのかを示すトラック識別情報を得るためのトラック識別信号読み取り手段と、上記トラック識別信号読み取り手段によって得られるトラック識別情報と、上記試料検出手段によって得られる高分子検出情報とを対応させて出力する試料情報出力手段と、を備えている試料検出装置も含まれる。

また、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、以上の実施例は高分子の検出に限って説明したが、これに限らず溶媒（たとえば水）と溶質との化学的あるいは物理的な性質の違いを利用して、溶媒中での溶質の濃度分布を生じさせて検出する場合であれば、同様に適用可能である。たとえば、比較的分子量の低い分子や、コロイドなどの溶質が溶媒に分散している試料液に適用可能である。

本発明に係る試料検出デバイスまたは試料検出装置は、ＤＮＡやＲＮＡなどの核酸やタンパク質などの生体高分子や、その他多くの高分子を効率的に分離・検出することができる。このため、種々の疾患の原因となる遺伝子やタンパク質などを分離・検出するなどの面において、医療用、製薬業、食品業などの非常に広範な産業に利用することができる。

（ａ）は本実施の形態に係る試料検出デバイスの表面（光ビーム入射面）を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の裏面側を示す図である。 図１（ａ）のＳ−Ｓ線にて切断した試料検出デバイスの断面を示す断面図である。 図１（ａ）の流路４（Ｂ）の近傍部分を拡大した部分拡大図である。 本実施の形態に係る試料検出デバイスの電気泳動台への搭載を模式的に示す図である。 図４における電源コネクタ３０と、試料検出デバイスの電極に電源を供給するための回路を示す図である。 本実施の形態に係る試料検出デバイスの部分断面図と、光ピックアップ装置における反射光を検出するための光学系の主要部を示す模式的に示す図である。 本実施の形態に係る試料検出装置の主要部を示すブロック図である。 番地情報信号ｃ、高分子検出信号ｍおよび制御信号ｇの動作タイミングを説明する図である。 本実施の形態に係る試料検出デバイスにおける光ビームが入射される面の裏面側を示す平面図である。 本実施の形態に係る試料検出デバイスにおける光ビームが入射される面の裏面側を示す平面図である。

符号の説明

１ 試料検出デバイス
１ａ ディスク基板（基板）
１ｂ ディスク基板（基板）
４ 流路
１２ 反射膜（第１の反射膜）
１３ 反射膜（第２の反射膜）
１８ 光ピックアップ装置（光ビーム照射手段、光ビーム走査手段、光学的検出手段）
１９ 光量検出回路（試料検出手段）
２０ 番地再生回路（流路識別信号読み取り手段、トラック識別信号読み取り手段）
２４ 出力装置（試料情報出力手段）
５５ ディテクタ（試料検出用ディテクタ）
５６ 分割ディテクタ（案内用ディテクタ）
６０ 案内溝（案内手段）
１００ 試料検出装置

Claims (4)

1. 光ビームが照射される基板を備え、該基板には試料液を挿入させるための流路が形成されている試料検出デバイスにおいて、
   上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記流路が形成されている領域に対応する領域には、光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜が形成されており、
   上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記第１の反射膜が形成されている領域以外の領域には、金属からなる第２の反射膜が形成されていることを特徴とする試料検出デバイス。
2. 光ビームが照射される基板を備え、該基板には試料液を挿入させるための流路が形成されている試料検出デバイスにおいて、
   さらに上記基板には、高分子を検出するための光ビームが、上記流路を横切って走査するための案内手段が設けられており、
   上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記流路が形成されている領域、および上記案内手段が形成されている領域に対応する領域には、光ビームを反射するための誘電体からなる第１の反射膜が形成されており、
   上記基板における、光ビームが入射する面の裏面側であって、上記第１の反射膜が形成されている領域以外の領域には、金属からなる第２の反射膜が形成されていることを特徴とする試料検出デバイス。
3. 上記第１の反射膜は、多層の誘電体薄膜からなることを特徴とする請求項１または２に記載の試料検出デバイス。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の試料検出デバイスと、
   上記試料検出デバイスに対して光ビームを照射する光ビーム照射手段と、
   上記光ビームを上記試料検出デバイスに設けられた案内手段に沿って走査させる光ビーム走査手段と、
   上記試料検出デバイスに設けられている流路または案内手段に対して光ビームを照射した際に得られる、反射光、透過光、散乱光、および発光のうち、いずれかを検出する光学的検出手段と、
   上記光学的検出手段によって検出された光学情報に基づき、高分子を検出する試料検出手段と、を備えていることを特徴とする試料検出装置。

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