JP4635728B2 - マイクロチップ検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸光光度測定により測定対象の液状の検体中における検出対象成分を同定し、その濃度を測定するためのマイクロチップ検査装置に関する。特に、人体の肝機能を診断する上で必要とされるＧＰＴ（グルタミン酸ピルビン酸トランスアミナーゼ）やγ−ＧＴＰ（γグルタミルトランスペプチターゼ）等の酵素活性を測定するために使用するマイクロチップ検査装置に関する。

近年、マイクロマシン技術を応用して、化学分析等を従来の装置に比して微細化して行うμ−ＴＡＳ（μ−Ｔｏtａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）や「Ｌａｂ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ」と称されるマイクロチップをした分析方法が注目されている。特許文献１にはこの技術が開示されている。このようなマイクロチップを使用した分析システムは、マイクロマシン作製技術によって小さな基板上に形成された微細な流路の中において、試薬の混合、反応、分離、抽出及び検出等の分析全ての工程を行うことを目指したものであり、例えば、医療分野における血液の分析、超微量の蛋白質や核酸等の生体分子の分析等に用いられている。

μ−ＴＡＳでは、抽出物質や反応性生物などを定量するために吸光光度法の光学的測定方法がよく用いられる。吸光光度法は、マイクロチップ内に形成された断面が約１００〜１０００μｍ角と非常に小さい測定セル内に検体を充填し、測定光をその測定セルに入射し、測定セルを通過した通過光を受光しその通過光に基づいて液の吸光量を測定し、成分濃度を検出する方法である。

μ−ＴＡＳを利用した装置（以降マイクロチップ検査装置と呼称）において吸光光度測定を行うための光源は、平行度の高い光を入射させる必要があるため、理想的にはレーザーが考えられるが、化学分析に必要な光は多岐にわたっており、測定対象によって種々の波長の光を用いることから、1台のマイクロチップ検査装置で異なる波長の光を必要とする複数の測定対象を測定する場合、レーザーであると複数の波長の異なるレーザーを備える必要があり、装置が大型化し、装置コストも高くなってしまう。
そこで、ハロゲンランプやキセノンランプ等の連続光を放射するランプが用いることが考えられる。それは、必要な波長以外の光を波長選択フィルタによってカットでき、複数の波長利用に対応できるからである。しかし、ランプは発光点が大きく、前記測定セルの大きさに応じた径に光のビームを絞るためにアパーチャ部材を用いる。すなわち、アパーチャに入らなかったランプからの大部分の光は測定に使用されること無く捨てられている。

一方、生体物質の吸光光度法においては、酵素反応を用いる場合が多く、試薬の反応時には生体の通常温度、例えば血液測定などでは人の体温近くの３７℃程度に加温することが多くあり、加温する機構が必要となる。

特許文献２には医療や化学工業を含む広範な分野に使用される部材中に微小な流路を有する板状の微小ケミカルデバイスを温度調節する装置とその方法について開示されている。しかしながら、この開示技術は微小ケミカルデバイスの表裏両外面に接する、設定希望温度±１０℃の温度範囲に設定された温度調節ブロックを有するという技術である。その実施例において温度調節ブロックの加温には電気ヒーターを用いている。また、特許文献２の中にはペルチェ素子による温調、温水、冷水、オイル等の液体を温度調節ブロック内に流す温調、赤外線やマイクロ波などの電磁波による温調について記載があるが、単に列記されての記載であり、具体的に電気ヒーター以外の手段でどのようにして温度調節ブロックの加温を行っているかは一切開示されていない。
特開２００４−１０９０９９号公報 特開２００２−５８４７０号公報

吸光光度測定を行うためのハロゲンランプ等のランプは、測定に必要な波長の光以外の熱エネルギーも放射している。その熱エネルギーは利用せずにマイクロチップ検査装置の外へ排出しており、エネルギー的に非効率であった。そこで本発明の目的は、省エネルギー型のマイクロチップ検査装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、検体を収納したマイクロチップに光を照射し測定を行うマイクロチップ検査装置において、該マイクロチップ検査装置は、筐体と、該マイクロチップに所定の波長の光を照射する光源と、該マイクロチップが組み込まれるチップホルダと、該マイクロチップを通過した光を受光する受光器とを有するものであって、該チップホルダの光源に対向するホルダ外面に、黒クロムめっき層または黒ニッケルめっき層を形成することにより光吸収機能部を具備したことを特徴とするマイクロチップ検査装置とするものである。

請求項２に記載の発明は、前記光吸収機能部は該ホルダ外面に複数のくさび形状の溝を形成したものであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ検査装置とするものである。

本発明によれば、チップホルダの光源に対向するホルダ外面に光吸収機能を設けたことにより、光源の発する熱エネルギーをマイクロチップを加温するための熱源として利用でき、省エネルギー型のマイクロチップ検査装置を提供することができる。

本発明の実施の形態を、図１を用いて説明する。図１は、検体を収納したマイクロチップに光を照射し吸光光度測定を行うマイクロチップ検査装置１００の概略構成図を示す。このマイクロチップ検査装置１００は、筐体１内にマイクロチップ１０に所定の波長の光を照射する光源３と、マイクロチップ１０が組み込まれるチップホルダ６と、マイクロチップ１０を通過した光を受光する受光器７とを有し、チップホルダ６の光源３に対向するホルダ外面６ａに光吸収機能部８を具備している。

具体的には、金属製の筐体１の中の光源室２内に光源３としてショートアークキセノンランプを備え、そのショートアークキセノンランプからの放射光を略平行な光にする光学レンズ４の平凸レンズとを備える。そして、図４で後述するマイクロチップ１０を装填するチップホルダ６が筐体１に固定されており、そのチップホルダ６の光源３に対向するホルダ外面６ａには光吸収機能部８を備える。チップホルダ６は熱伝導性の良い材質で作製され、例えば銅やアルミニウムで作製される。光吸収機能部８は赤外域の光を吸収する機能があればよく、例えば黒クロムめっき層や、黒ニッケルめっき層などの光吸収層が好ましい。

図４に示すように、チップホルダ６には、光の入射方向に対面するホルダ外面６ａに開口しマイクロチップの測定セル１１へ光を導入するアパーチャ部１２が形成されている。チップホルダ６の光源３とは反対側には、マイクロチップ１０を通過した光を受光する受光器７がある。受光器７は例えばシリコンフォトダイオードである。そして、その受光器７は、測定に必要な波長を選択するフィルタ５であるバンドパスフィルタをその受光前面側に配設している。

図２に温度調節機構のブロック図を示す。チップホルダ６のホルダ外面６ａにて光吸収機能部８に吸収された光は熱となり、チップホルダ６の温度が上昇する。チップホルダ６の温度をモニターする温度センサ９と、チップホルダ６を冷却する冷却ファン４０とを備える。温度センサ９でモニタリングされ、所定の温度を上回った場合に温度調節器２１からリレー２２に信号が送られ、冷却ファン４０を回転させチップホルダ６を冷却する。

なお、フィルタ５はチップホルダ６の光被照射面に配設されてもよい。また、光源３はハロゲンランプ等の白熱ランプでもよい。

図４に本発明のマイクロチップ検査装置に使用されるマイクロチップ１０とチップホルダ６の一構成例を示す。マイクロチップ１０はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の熱可塑性樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等のプラスチック材料からなる。この例で示したマイクロチップ１０は、２枚の板部材が貼り合わされてできている。貼りあわせ面の片面に予め溝が形成され、貼りあわせることで溝が空洞を形成する。そしてチップ外部と連通し分析液をチップに導入する分析液導入部１４と分析液と反応させるための試薬を充填した試薬溜まり部１５と分析液と試薬を混合する試薬混合部１３と混合して出来た検査液に外部から光を通過させる吸光度測定部１１を備える。吸光度測定部１１は板部材の一端面に沿って直線状に配設されている。

図３はチップホルダ６の断面図を示すが、光吸収機能は、図３に示すようにホルダ外面に複数のくさび形状の溝を形成したものであってもよい。また、くさび形状の溝を形成したあとで更に前述の黒クロムめっき層や黒ニッケルめっき層を被覆してもよい。

次に、チップホルダ外面に光吸収機能を備えてない場合と、本発明のチップホルダ外面に吸収機能を備えた場合でチップホルダの昇温の比較実験を実施し、その結果を示す。
チップホルダ外面に光吸収機能を備えてない場合において、チップホルダはアルミニウム製であり、体積は１２．５ｃｍ^３である。光源は７０Ｗのショートアークキセノンランプである。ショートアークキセノンランプのバルブ面から5ｃｍ離間させて配置したチップホルダに平凸レンズを通して略平行光とした光を１時間照射した。その結果、光照射前にはチップホルダの温度は２５℃であり、１時間の照射後も２８℃までしか昇温しなかった。

それに対して本発明のチップホルダ外面に吸収機能を備えた場合において、チップホルダは同じくアルミニウム製であり、体積は１２．５ｃｍ^３である。チップホルダの光被照射面となる外面は黒ニッケルめっき（Ｎｉ−Ｐめっき）されている。光源は７０Ｗのショートアークキセノンランプである。ショートアークキセノンランプのバルブ面から同じく5ｃｍ離間させて配置したチップホルダに平凸レンズを通して略平行光とした光を照射した。光照射前にはチップホルダの温度は２５℃であったが、照射後、約１１分で３７℃まで昇温した。

医療分野で吸光光度測定により検査する例を挙げれば、肝機能を調べるのに、血液分析における酵素の検査項目ではγ―ＧＴＰ、ＧＯＴ、ＧＰＴなどがあり、測定波長はそれぞれ４０５ｎｍ、３４０ｎｍ、３４０ｎｍであり、測定温度はいずれも３７℃である。

なお、図１〜図４で示したマイクロチップは１チップ内に検体を収納する１つの測定セルしか備えない１チップ単一測定セルの例を示したが、本発明はマイクロチップの温度を所定の温度にすることを可能にするものであり、適用されるマイクロチップは１チップ単一測定セルのものに限らず、１チップ内に異なった検体を収納する複数の測定セルを備え、複数の成分分析を１チップで行うことができる１チップ複数測定セルのマイクロチップに対しても当然に適用される。

本発明のマイクロチップ検査装置の概略構成図を示す。 本発明のマイクロチップ検査装置の温度制御機構を示す。 チップホルダの断面図を示す。 本発明のマイクチップ検査装置に使用されるマイクロチップとチップホルダの一例を示す。

符号の説明

１ 筐体
２ 光源室
３ 光源
４ 光学レンズ
５ フィルタ
６ チップホルダ
６ａ ホルダ外面
７ 受光器
８ 光吸収機能部
９ 温度センサ
１０ マイクロチップ
１１ 測定セル
１２ アパーチャ部
１３ 試薬混合部
１４ 分析液導入部
１５ 試薬溜まり部
２０ 温度制御ユニット
２１ 温度調節器
２２ リレー
２３ 電源
３０ くさび状の溝
４０ 冷却ファン
１００ マイクロチップ検査装置

Claims (2)

1. 検体を収納したマイクロチップに光を照射し測定を行うマイクロチップ検査装置において、
   該マイクロチップ検査装置は、筐体と、
   該マイクロチップに所定の波長の光を照射する光源と、
   該マイクロチップが組み込まれるチップホルダと、
   該マイクロチップを通過した光を受光する受光器とを有するものであって、
   該チップホルダの光源に対向するホルダ外面に、黒クロムめっき層または黒ニッケルめっき層を形成することにより光吸収機能部を具備したことを特徴とするマイクロチップ検査装置。
2. 前記ホルダの外面に複数のくさび形状の溝を形成したことを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ検査装置。

Images