JP4833228B2

JP4833228B2 - 溶液自動供給装置

Info

Publication number: JP4833228B2
Application number: JP2008001068A
Authority: JP
Inventors: 勉堀内; 達三浦; 弦岩崎; 倫子瀬山; 剛林; 淳一高橋; 恒之芳賀
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: JP2009162636A

Description

本発明は、微細な流路に検出部を備えたフローセルに対して試料溶液を供給するための溶液自動供給装置に関するものである。

抗原抗体反応やＤＮＡ断片（ＤＮＡプローブ）とＤＮＡとの結合などの高度な生体分子の識別機能を利用した測定は、臨床検査，生化学分野での測定，および環境汚染物質の測定で重要な技術となっている。例えば、マイクロＴＡＳ（Total Analysis Systems），マイクロコンビナトリアルケミストリー，化学ＩＣ，化学センサ，バイオセンサ，微量分析，電気化学分析，ＱＣＭ測定，ＳＰＲ測定（特許文献１，２参照），ＡＴＲ測定などがある。このような測定の分野では、測定対象の試料は微量な液体（溶液）の場合が多く、微量な試料溶液を薄めることなく高感度で測定するために、微小な流路に検出領域を設けた測定チップを用いるようにしている。

また、溶液に溶解または分散している検体の測定を行う場合、測定対象の試料溶液の測定結果と、参照溶液の測定結果との比較（差分）により、試料溶液中の検体を測定するようにしている。このような測定を、上述したような測定チップで行う場合、試料溶液用の系と参照溶液用の系とを同一チップ上に設けることが容易ではない。このため、一般には、１つの測定チップにおいて、まず、参照溶液の測定を行って参照溶液の１回目参照測定結果を求め、次に、試料溶液の測定を行って試料溶液測定結果を求め、この後、再度、参照溶液の測定を行って参照溶液の２回目参照測定結果を求め、１回目と２回目の参照測定結果の平均と、試料溶液測定結果との比較を行うようにしている。

特開２００１−１９４２９８号公報特開２００２−２１４１３１号公報

しかしながら、上述したような測定では、測定チップの微細な流路に対して微量な参照溶液および試料溶液を供給することになるので、所定の量の溶液を供給することが容易ではなく手間が掛かるという問題があった。また、溶液の供給に手間が掛かるので、複数の試料溶液を連続して測定するという一連の測定が迅速に行えずに時間間隔が大きくなり、例えば抗原抗体反応などを利用した測定では、測定の精度を低下させる場合もあった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、微量な溶液を測定する測定チップに対し、複数の微量な測定対象溶液をより迅速に供給できるようにすることを目的とする。

本発明に係る溶液自動供給装置は、第１試料導入口と、この第１試料導入口を上方として第１試料導入口より下方に延在する第１試料導入路と、この第１試料導入路の下方に配置され、第１試料導入路で第１試料導入口に連通する第１試料室と、この第１試料室の下方に設けられた試料供給口と、第１試料導入路の側方に配置された第２試料室と、この第２試料室の上部に設けられた第２試料導入口と、第２試料室と第１試料室とを連通し、この一方が第２試料室の下部で開口する第２試料導出路と、第２試料室と第１試料室とを連通し、この一方が第２試料室の上部で開口する第２試料室連通路と、第１試料導入路の側方に配置された第３試料室と、この第３試料室の上部に設けられた第３試料導入口と、第３試料室と第１試料室とを連通し、この一方が第３試料室の下部で開口する第３試料導出路と、第３試料室と第１試料室とを連通し、この一方が第３試料室の上部で開口する第３試料室連通路とを備え、第２試料導出路の第１試料室側の第２試料導出口，第２試料室連通路の第１試料室側の第２試料室連通口，第３試料導出路の第１試料室側の第３試料導出口，および第３試料室連通路の第１試料室側の第３試料室連通口は、それぞれ下方に向けて形成され、第２試料導出口は、第２試料室より下方に配置され、第３試料導出口は、第３試料室より下方に配置され、第２試料導出口および第２試料室連通口は、第３試料導出口および第３試料室連通口より上方に配置され、第２試料室連通口は、第２試料導出口と同じ高さもしくは第２試料導出口より上方に配置され、第３試料室連通口は、第３試料導出口と同じ高さもしくは第３試料導出口より上方に配置されているようにしたものである。

上記第２試料導出路は、第２試料室との接続部より上方に向かう流路を備えて上下に屈曲して形成され、第３試料導出路は、第３試料室との接続部より上方に向かう流路を備えて上下に屈曲して形成されている。また、試料供給口は、第２試料導出口および第３試料導出口と同径に形成されている。また、第１試料導入路，第１試料室，第２試料室，第２試料導出路，第２試料室連通路，第３試料室，第３試料導出路，および第３試料室連通路は、第１の板部材およびこの第１の板部材に対向して配置された第２の板部材に挟まれて形成され、第１の板部材は透明な材料から構成されているとよい。

以上説明したように、本発明によれば、第１試料室と、これ接続する第１試料導入路の両脇に第２試料室および第３試料室を備え、第２試料室の第２試料導出口が、第３試料室の第３試料導出口より高い位置で、第１試料室に接続されているようにしたので、微量な溶液を測定する測定チップに対し、複数の微量の測定対象溶液をより迅速に供給できるようになる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。始めに、本実施の形態における溶液自動供給装置の構成例について、図１，図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態における溶液自動供給装置の構成例を示す断面図、図２は、斜視図である。本実施の形態の溶液自動供給装置は、まず、第１試料導入口１０２と、第１試料導入口１０２を上方として第１試料導入口１０２より下方に延在する第１試料導入路１０３と、第１試料導入路１０３の下方に配置され、第１試料導入路１０３で第１試料導入口１０２に連通する第１試料室１０１と、第１試料室１０１の下方に設けられた試料供給口１０４とを備えている。

また、この溶液自動供給装置は、第１試料導入路１０３の側方に配置された第２試料室１０５と、第２試料室１０５の上部に設けられた第２試料導入口１０６と、第２試料室１０５と第１試料室１０１とを連通し、この一方が第２試料室１０５の下部で開口する第２試料導出路１０７と、第２試料室１０５と第１試料室１０１とを連通し、この一方が第２試料室１０５の上部で開口する第２試料室連通路１０８と、第１試料導入路１０３の側方に配置された第３試料室１０９と、第３試料室１０９の上部に設けられた第３試料導入口１１０と、第３試料室１０９と第１試料室１０１とを連通し、この一方が第３試料室１０９の下部で開口する第３試料導出路１１１と、第３試料室１０９と第１試料室１０１とを連通し、この一方が第３試料室１０９の上部で開口する第３試料室連通路１１２とを備えている。本実施の形態では、各試料導出路および各連通路が、第１試料室１０１の側部に接続した状態となっている。

図１では、第１試料導入路１０３を通る境界の左側に第２試料室１０５を配置し、右側に第３試料室１０９を配置し、各試料室、各流路が、ほぼ同一の平面上に配置された場合を例に示している。

また、この溶液自動供給装置は、第２試料導出路１０７の第１試料室１０１側の第２試料導出口１０７ａ，第２試料室連通路１０８の第１試料室１０１側の第２試料室連通口１０８ａ，第３試料導出路１１１の第１試料室１０１側の第３試料導出口１１１ａ，および第３試料室連通路１１２の第１試料室１０１側の第３試料室連通口１１２ａが、それぞれ下方に向けて形成されている。また、第２試料導出口１０７ａは、第２試料室１０５より下方に配置され、第３試料導出口１１１ａは、第３試料室１０９より下方に配置されている。

また、この溶液自動供給装置においては、第２試料導出口１０７ａおよび第２試料室連通口１０８ａは、第３試料導出口１１１ａおよび第３試料室連通口１１２ａより上方に配置し、第２試料室連通口１０８ａは、第２試料導出口１０７ａと同じ高さもしくは第２試料導出口１０７ａより上方に配置し、第３試料室連通口１１２ａは、第３試料導出口１１１ａと同じ高さもしくは第３試料導出口１１１ａより上方に配置している。

また、第２試料導出路１０７は、第２試料室１０５との接続部より上方に向かう流路を備えて上下に屈曲して形成され、第３試料導出路１１１は、第３試料室１０９との接続部より上方に向かう流路を備えて上下に屈曲して形成されている。加えて、試料供給口１０４は、第２試料導出口１０７ａおよび第３試料導出口１１１ａと同径に形成されている。

上述した本実施の形態の溶液自動供給装置は、例えば、図２に示すように、各試料室や各流路となる空間（領域）が形成された枠部２０１と、枠部２０１を両側から挟む板部材２０２および板部材２０３から構成することができる。例えば、板部材２０２の所定箇所に開口部を形成することで、第１試料導入口１０２，第２試料導入口１０６，および第３試料導入口１１０とすることができる。なお、板部材２０２および板部材２０３は、枠部２０１の側方（側面）において、枠部２０１に形成された空間部を密閉するように形成されていればよく、枠部２０１の外形全域に設けられている必要はない。また、板部材２０２および板部材２０３の一方が、ガラスなどの透明材料から構成されていると、収容されいてる試料溶液の状態が、目視で確認可能となる。

次に、上述した本実施の形態における溶液自動供給装置を用いた溶液の供給について、図３（ａ）〜図３（ｆ）を用いて説明する。以下では、溶液自動供給装置を、試料供給口１０４を大地の側に配置し、これより上方に第１試料導入口１０２が配置された状態で用いるものとする。なお、図中、ハッチング（斜線）の部分が、第１試料溶液を示し、クロスハッチングの部分が第２試料溶液を示し、グレーの部分が第３試料溶液を示している。

まず、図３（ａ）に示すように、第１試料室１０１に第１試料溶液が収容され、第２試料室１０１に第２試料溶液が収容され、第３試料室１０１に第３試料溶液が収容された状態とする。ここで、第１試料溶液の液面（上方の空間との界面）は、第２試料室連通口１０８ａより高い位置とする。また、第２試料溶液は、第２試料導出口１０７ａにまで到達し、第３試料溶液は、第３試料導出口１１１ａにまで到達した状態とする。

このように各試料溶液を導入した状態で、第１試料導入口１０２，第２試料導入口１０６，および第３試料導入口１１０が閉じられた状態とする。例えば、所定の栓を用いて各口を塞げばよい。この状態では、第２試料導出口１０７ａ，第２試料室連通口１０８ａ，第３試料導出口１１１ａ，および第３試料室連通口１１２ａは、第１試料室１０１に収容されている第１試料溶液中に埋没し、塞がれた状態となっている。

なお、第２試料室１０５における第２試料溶液の液面は、屈曲している第２試料導出路１０７の最上端以下の位置とされている方がよい。液面が第２試料導出路１０７の最上端より上にあると、第１試料溶液の液面が第２試料室連通口１０８ａより高く、これを塞いだ状態としていても、第２試料室１０５中の第２試料溶液が、第２試料導出口１０７ａより第１試料室１０１に流出し、第１試料室１０１の第１試料溶液が、第２試料室連通口１０８ａより第２試料室連通路１０８に浸入する可能性がある。第３試料室１０９における第３試料溶液についても同様である。

次に、上述したように各試料溶液を収容した溶液自動供給装置の試料供給口１０４が、目的とするセンサチップの供給口に接続された状態とする。この状態で、第１試料導入口１０２を開放すると、第１試料溶液が、試料供給口１０４より吐出され、センサチップの供給口に供給されるようになる。このようにして、第１試料溶液が第１試料室１０１より排出されると、第１試料溶液の液面は、徐々に下降する。

ここで、第１試料溶液の液面が第２試料室連通口１０８ａより上にある間は、第２試料室連通口１０８ａが塞がれているために、第２試料室連通口１０８ａを通して空気が第２試料室１０５に入り込むことがない。また、第２試料導出路１０７が上下に屈曲して形成されている。これらのことにより、第１試料溶液の液面が第２試料室連通口１０８ａより上にある間は、第２試料溶液が、第１試料室１０１に流入することが抑制された状態となっている。

この後、図３（ｂ）に示すように、下降する第１試料溶液の液面が第２試料導出口１０７ａに到達し、第２試料室連通口１０８ａが開放すると、第２試料室１０５に収容されている第２試料溶液が、第２試料導出口１０７ａより第１試料室１０１に流出すことが可能となる。なお、第２試料室連通孔１０８ａが、第２試料導出口１０７ａと同じ高さに形成されていても同様である。

この結果、図３（ｃ）に示すように、第１試料室１０１においては、試料供給口１０４の側（下側）の第１試料溶液の上に、第２試料溶液が配置される状態となる。ここで、試料供給口１０４と、第２試料導出口１０７ａとは、例えばほぼ同径であり、試料供給口１０４からの流出量と第２試料導出口１０７ａからの流出量とは、ほぼ等しくなり、第１試料室１０１における第２試料溶液の液面の上下位置は、全ての第２試料溶液が第１試料室１０１に流れ込むまで変化しない。

ここで、第２試料溶液の液面が第３試料室連通口１１２ａより上にある間は、第３試料室連通口１１３ａが塞がれているために、第３試料室連通口１１３ａを通して空気が第３試料室１０９に入り込むことがない。また、第３試料導出路１１１が上下に屈曲して形成されている。これらのことにより、第２試料溶液の液面が第３試料室連通口１１２ａより上にある間は、第３試料溶液が、第１試料室１０１に流入することが抑制された状態となっている。

次に、全ての第２試料溶液が第１試料室１０１に流れ込み、図３（ｄ）に示すように、第１試料室１０１における第２試料溶液の液面が下降して第３試料導出口１１１ａに到達すると、第３試料室連通口１１２ａが開放し、第３試料室１０９に収容されている第３試料溶液が、第３試料導出口１１１ａより第１試料室１０１に流出し始める。なお、第３試料室連通孔１１２ａが、第３試料導出口１１１ａと同じ高さに形成されていても同様である。

このように、第１試料室１０１に、第２試料溶液および第３試料溶液が順次に流入する中で、試料供給口１０４より、全ての第１試料溶液が流出すると、試料供給口１０４からは、第２試料溶液が流出し始め、センサチップの供給口には、第１試料溶液の後に、第２試料溶液が供給されるようになる。このようにして、第１試料溶液および第２試料溶液と、順次に各試料溶液が試料供給口１０４より流出していき、第１試料室１０１においては、図３（ｅ）に示すように、第２試料溶液の上に、第３試料溶液が配置される状態を経て、全ての第２試料溶液が試料供給口１０４より流出すると、図３（ｆ）に示すように、第３試料溶液が試料供給口１０４より流出する。

以上のことにより、センサチップの供給口には、第１試料溶液の後に、第２試料溶液が供給され、第２試料溶液の後に、第３試料溶液が供給されるようになる。また、これら各試料溶液は、時間を空けずに順次に供給されることになる。また、供給する各試料溶液を、予め正確に計量して各試料室に用意することは容易であるので、上述した本実施の形態における溶液自動供給装置によれば、微量な溶液を測定する測定チップに対し、正確な量の複数の測定対象溶液を、各々迅速に供給できるようになる。

次に、上述した本実施の形態の溶液自動供給装置で試料溶液を供給する対処となるセンサチップ（測定チップ）について、この一例を簡単に説明する。センサチップは、図４に示すように、透明なガラスからなる基板４０１と、カバー部４０２と、カバー部４０２に形成された供給口４０３と、カバー部４０２に形成された流路４０４と、カバー部４０２に形成された液溜まり４０５と、基板４０１の上に形成された金属膜４０６と備えている。金属膜４０６は、例えば金（Ａｕ）から構成され、基板４０１のカバー部４０２の側に形成され、流路４０４の一部において、金属膜４０６の表面が露出している。この金属膜４０６の露出面には、例えば、所定の抗体が固定されて検出領域を構成している。

このように構成されたセンサチップは、基板４０１の側と、後述するＳＰＲ（surface plasmon resonance：表面プラズモン共鳴）測定装置のチップ載置面とが対向するように載置する。この状態で、供給口４０３より供給された試料液体は、流路４０４を流れて液溜まり４０５に到達する過程で、検出領域の金属膜４０６の上に接触して通過する。このとき、試料液体に抗原が含まれており、この抗原が上記抗体に特異的なものであれば、抗原抗体反応により抗原が抗体に結合し、検出領域における屈折率が変化する。この屈折率の変化が、ＳＰＲ測定装置により測定される。

次に、ＳＰＲ測定装置について、簡単に説明する。ＳＰＲ測定装置による測定では、図５に示すように、光源５０１から出射された光を入射側レンズ５０２で集光し、この集光した光を半円柱状のプリズム５０３の曲面部の側に入射させ、プリズム５０３の平坦面側の測定面５０４に密着させているセンサチップ５０５の測定領域に照射する。前述したように、センサチップ５０５の測定領域にはＡｕの薄膜が形成されており、このＡｕの薄膜の表面に検体を接触させた状態で置き、Ａｕの薄膜の裏面に、センサチップ５０５を透過してきた集光光が照射される。このようにして照射された集光光は、Ａｕの薄膜の裏面で反射し、いわゆるＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子よりなる光検出部５０６で強度（光強度）が測定され、図６に示すように、上記共鳴が起こる角度で反射率が低くなる谷が観測される。

本発明の実施の形態における溶液自動供給装置の構成例を示す断面図である。本発明の実施の形態における溶液自動供給装置の構成例を示す斜視図である。本実施の形態における溶液自動供給装置を用いた溶液の供給につい説明する説明図である。溶液自動供給装置が適用されるセンサチップの構成例を示す構成図である。ＳＰＲ測定装置の構成例を示す構成図である。ＳＰＲ測定装置により測定される反射率の状態を示す特性図である。

符号の説明

１０１…第１試料室、１０２…第１試料導入口、１０３…第１試料導入路、１０４…試料供給口、１０５…第２試料室、１０６…第２試料導入口、１０７…第２試料導出路、１０７ａ…第２試料導出口、１０８…第２試料室連通路、１０８ａ…第２試料室連通口、１０９…第３試料室、１１０…第３試料導入口、１１１…第３試料導出路、１１１ａ…第３試料導出口、１１２…第３試料室連通路、１１２ａ…第３試料室連通口。

Claims

第１試料導入口と、
この第１試料導入口を上方として前記第１試料導入口より下方に延在する第１試料導入路と、
この第１試料導入路の下方に配置され、前記第１試料導入路で前記第１試料導入口に連通する第１試料室と、
この第１試料室の下方に設けられた試料供給口と、
前記第１試料導入路の側方に配置された第２試料室と、
この第２試料室の上部に設けられた第２試料導入口と、
前記第２試料室と前記第１試料室とを連通し、この一方が前記第２試料室の下部で開口する第２試料導出路と、
前記第２試料室と前記第１試料室とを連通し、この一方が前記第２試料室の上部で開口する第２試料室連通路と、
前記第１試料導入路の側方に配置された第３試料室と、
この第３試料室の上部に設けられた第３試料導入口と、
前記第３試料室と前記第１試料室とを連通し、この一方が前記第３試料室の下部で開口する第３試料導出路と、
前記第３試料室と前記第１試料室とを連通し、この一方が前記第３試料室の上部で開口する第３試料室連通路と
を備え、
前記第２試料導出路の前記第１試料室側の第２試料導出口，前記第２試料室連通路の前記第１試料室側の第２試料室連通口，前記第３試料導出路の前記第１試料室側の第３試料導出口，および前記第３試料室連通路の前記第１試料室側の第３試料室連通口は、それぞれ下方に向けて形成され、
前記第２試料導出口は、前記第２試料室より下方に配置され、
前記第３試料導出口は、前記第３試料室より下方に配置され、
前記第２試料導出口および前記第２試料室連通口は、前記第３試料導出口および前記第３試料室連通口より上方に配置され、
前記第２試料室連通口は、前記第２試料導出口と同じ高さもしくは前記第２試料導出口より上方に配置され、
前記第３試料室連通口は、前記第３試料導出口と同じ高さもしくは前記第３試料導出口より上方に配置されている
ことを特徴とする溶液自動供給装置。
請求項１記載の溶液自動供給装置において、
前記第２試料導出路は、前記第２試料室との接続部より上方に向かう流路を備えて上下に屈曲して形成され、
前記第３試料導出路は、前記第３試料室との接続部より上方に向かう流路を備えて上下に屈曲して形成されている
ことを特徴とする溶液自動供給装置。
請求項１または２記載の溶液自動供給装置において、
前記試料供給口は、第２試料導出口および第３試料導出口と同径に形成されている
ことを特徴とする溶液自動供給装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶液自動供給装置において、
前記第１試料導入路，前記第１試料室，前記第２試料室，前記第２試料導出路，前記第２試料室連通路，前記第３試料室，前記第３試料導出路，および前記第３試料室連通路は、
第１の板部材およびこの第１の板部材に対向して配置された第２の板部材に挟まれて形成され、
前記第１の板部材は透明な材料から構成されている
ことを特徴とする溶液自動供給装置。