JP5147483B2 - Liquid temperature measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、基板内に形成されたマイクロ流路内の液体の温度を計測する液体温度計測装置に関する。 The present invention relates to a liquid temperature measuring device that measures the temperature of a liquid in a microchannel formed in a substrate.
従来から、基板内に形成されたマイクロ流路内の液体に接触する温度センサーを配置して液体の温度を測定する方法が知られている(特許文献1参照)。 Conventionally, a method is known in which a temperature sensor that contacts a liquid in a microchannel formed in a substrate is arranged to measure the temperature of the liquid (see Patent Document 1).
また、液体の屈折率を測定する方法として、液体を三角プリズムセルの中に収容し、透過光の到達位置を位置センサーで検知して液体の屈折率を検知する方法が知られている(特許文献2参照)。 As a method for measuring the refractive index of a liquid, a method is known in which the liquid is accommodated in a triangular prism cell, and the position where transmitted light is detected by a position sensor to detect the refractive index of the liquid (patent) Reference 2).
また、被測定流体の温度と屈折率との関係から同流体の温度を求める方法も知られている(特許文献3参照)。この方法では、まず、被測定流体に光学ガラスを透過したレーザー光を入射させ、光学ガラスに対向して設置したレーザー光到達位置測定装置によって被測定流体の屈折角の変化によるレーザー光到達距離を測定する。そして、この屈折角から屈折率を算出し、あらかじめ求めておいた被測定流体の温度と屈折率との関係から同流体の温度を求める。
基板内にマイクロ流路を形成し、その中に流体を流し、生化学的反応を行うマイクロTASの手法は、多くの分野で取り入れられ、その有用性は、周知のものである。 A micro TAS method for forming a micro flow path in a substrate, flowing a fluid therein, and performing a biochemical reaction has been adopted in many fields, and its usefulness is well known.
この生化学的反応を効率良くすすめる上で、液体の温度管理は重要であり、上記特許文献1に示されるように液温センサーを液体に触れるように配置し液温をモニターする方法が行われている。しかし、このように小さいマイクロ流路の中にセンサーを配置することには、多くの課題がある。例えば、製作が困難である、限られたポイントでしか液温を検知できない、流路のレイアウトが制約を受ける、蛍光検知等他の光検知の際の散乱光が発生する、基板のコストが上がる等の課題である。そこで、センサーを基板内に配置することなく非接触で流路中の液温を測定する方法が望まれている。 In order to promote this biochemical reaction efficiently, the temperature control of the liquid is important. As shown in Patent Document 1, a liquid temperature sensor is arranged so as to touch the liquid, and the liquid temperature is monitored. ing. However, there are many problems in arranging a sensor in such a small microchannel. For example, it is difficult to manufacture, the liquid temperature can be detected only at a limited point, the flow path layout is restricted, scattered light is generated during other light detection such as fluorescence detection, and the cost of the substrate increases. It is a problem such as. Therefore, a method for measuring the liquid temperature in the flow path in a non-contact manner without arranging the sensor in the substrate is desired.
特許文献3のように、光学的に液体の屈折率を検知して温度を求める方法が知られている。しかし、この方法も液体中にセンサーを配置しなければならず、上記の課題を解決できない。 As in Patent Document 3, a method is known in which the temperature is obtained by optically detecting the refractive index of a liquid. However, this method also requires a sensor to be disposed in the liquid, and cannot solve the above-described problems.
特許文献2の方法は、ガラスでプリズムセルを形成し、中の液体の屈折率を測定する方法であり、求めた屈折率から液体温度を求めることは可能である。しかし、基板中に形成した流路中の液体の温度測定にこの方法を適用しようとした場合、流路でプリズムを形成し、細い流路の一つ一つに照明光を照準し、その透過光の到達位置を検知しなければならない。そのため、構造が複雑になり、照明光と流路のアライメントに高い精度が要求され、位置合わせに時間がかかるという問題が生じる。 The method of Patent Document 2 is a method in which a prism cell is formed from glass and the refractive index of the liquid inside is measured, and the liquid temperature can be obtained from the obtained refractive index. However, when this method is applied to measure the temperature of the liquid in the flow path formed in the substrate, a prism is formed in the flow path, the illumination light is aimed at each thin flow path, and its transmission The arrival position of light must be detected. Therefore, the structure becomes complicated, and high accuracy is required for alignment of the illumination light and the flow path, and there is a problem that it takes time for alignment.
そこで本発明は、温度センサーを基板内に配置することなく、かつ基板内のマイクロ流路に対する照明光の高精度の位置合わせを必要としない液体温度計測装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a liquid temperature measurement device that does not require a temperature sensor to be arranged in a substrate and does not require high-precision alignment of illumination light with respect to a microchannel in the substrate.
上記目的を達成するため、本発明の液体温度計測装置は、内部にマイクロ流路が形成された基板に向けて略平行光を照射する照明手段と、前記略平行光のうち前記マイクロ流路の側壁面で偏向してから前記マイクロ流路内を透過した平行光である第1の平行光と、前記平行光のそれ以外の平行光である第2の平行光とを分離する光分離手段と、前記第1の平行光を受光する位置に配置された撮像手段と、前記撮像手段の上における前記第1の平行光の受光位置に基づいて前記基板及び前記マイクロ流路内の液体の温度を求める温度検出手段と、を有する。 In order to achieve the above object, a liquid temperature measuring device according to the present invention includes an illumination unit that irradiates substantially parallel light toward a substrate having a microchannel formed therein, and the microchannel of the substantially parallel light. Light separating means for separating first parallel light that is parallel light transmitted through the microchannel after being deflected by the side wall surface, and second parallel light that is parallel light other than the parallel light; The temperature of the liquid in the substrate and the microchannel is determined based on the imaging means disposed at a position for receiving the first parallel light, and the light receiving position of the first parallel light on the imaging means. And a temperature detecting means to be obtained.
本発明によれば、温度センサーを基板内に配置することなく、かつ基板内のマイクロ流路に対する照明光の高精度の位置合わせを必要としない液体温度計測装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a liquid temperature measurement device that does not require a high-precision alignment of illumination light with respect to a microchannel in a substrate without arranging a temperature sensor in the substrate.
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
(液体温度計測装置の全体構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る、マイクロ流路内の液体の温度を計測する液体温度計測装置を示す概略構成図である。
[First Embodiment]
(Overall configuration of liquid temperature measuring device)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a liquid temperature measuring device for measuring the temperature of a liquid in a micro flow channel according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す液体温度計測装置は、レーザー光源1、レーザーシャッター2、ビームエクスパンダー3及びビームホモジナイザー4を有しており、これらによって略平行光の照明光を照射する光照射手段が構成されている。また、液体温度計測装置は、内部にマイクロ流路を有するマイクロ流路基板6が配置される基板載置台5を備えている。さらに、基板載置台5の、光照射手段から照射された照明光がマイクロ流路基板6を透過して出射される側には、光分離プリズム7が配置されている。光分離プリズム7は、照明光(平行光)を、マイクロ流路基板6内に形成されたマイクロ流路の側壁面で屈折して偏向した後にマイクロ流路内を透過した第1の平行光と、それ以外の第2の平行光とに分離する。光分離プリズム7の光出射側には撮像素子8が配置されている。撮像素子8は、CPU10、メモリー11、A/D変換回路12等を有する制御回路9に接続されている。撮像素子8からの出力は制御回路9に入力され、そのA/D変換回路12によってデジタル信号に変換されてメモリー11に保存される。なお、照明光の平行光束は、厳密に平行でなくとも良く、以下に説明する温度測定に影響を与えない範囲であれば本発明の目的を達成する。
The liquid temperature measuring apparatus shown in FIG. 1 has a laser light source 1, a laser shutter 2, a beam expander 3, and a beam homogenizer 4, and these constitute light irradiation means for irradiating substantially parallel illumination light. Yes. Further, the liquid temperature measuring device includes a substrate mounting table 5 on which a
(マイクロ流路基板)
図2は、図1に示したマイクロ流路基板の平面図である。
(Microchannel substrate)
FIG. 2 is a plan view of the microchannel substrate shown in FIG.
マイクロ流路基板6には、マイクロ流路101〜104が形成されており、各々のマイクロ流路は、導入口105〜108及び廃液口109〜112にそれぞれ接続されている。さらに、マイクロ流路101および102は試薬リザーバー113に接続され、マイクロ流路103および104は試薬リザーバー114に接続されている。
マイクロ流路基板6の上面には、白金エッチング等によってヒーター115〜118が形成されており、それぞれのヒーターには電極119〜126が回路パターンを介して接続されている。
図2中に破線で示す領域は、PCR(Polymerase Chain Reaction)反応を行うPCR増幅部6Pである。このPCR増幅部6Pは、上記のヒーター115〜118及び後述する温度ブロックを用いてマイクロ流路101〜104中の液体の温度制御を行い、温度制御が適切に行われていることをモニターする。
A region indicated by a broken line in FIG. 2 is a PCR amplification unit 6P that performs a PCR (Polymerase Chain Reaction) reaction. The PCR amplification unit 6P controls the temperature of the liquid in the
(計測方法)
次に、このような構成の液体温度計測装置を用いてマイクロ流路基板内のマイクロ流路中の液体の温度を計測する方法を説明する。
(Measurement method)
Next, a method for measuring the temperature of the liquid in the microchannel in the microchannel substrate using the liquid temperature measuring device having such a configuration will be described.
図1を参照すると、レーザー光源1からレーザービーム光を出射させ、レーザーシャッター2を開放すると、レーザービーム光がビームエクスパンダー3に導入される。レーザービーム光は、ビームエクスパンダー3によってビーム径が拡大され、次にビームホモジナイザー4に導入される。ビームホモジナイザー4は光軸付近の透過率を低下させたフィルター等で構成されており、レーザービーム光は、ビームホモジナイザー4によってガウシアン分布を補正して略均一な強度を有するレーザービーム光に変換される。そして、ビームホモジナイザー4から出射されたレーザービーム光は、基板載置台5上に置かれたマイクロ流路基板6のPCR増幅部6Pを照明する。なお、レーザー光源1からは平行光が出力されており、PCR増幅部6Pの全体に入射角度の略等しい平行光が照射される。
Referring to FIG. 1, when laser beam light is emitted from the laser light source 1 and the laser shutter 2 is opened, the laser beam light is introduced into the beam expander 3. The beam diameter of the laser beam light is expanded by the beam expander 3 and then introduced into the beam homogenizer 4. The beam homogenizer 4 is composed of a filter having a reduced transmittance near the optical axis, and the laser beam light is converted into a laser beam light having a substantially uniform intensity by correcting the Gaussian distribution by the beam homogenizer 4. . Then, the laser beam light emitted from the beam homogenizer 4 illuminates the PCR amplification unit 6P of the
図3は、図1に示したマイクロ流路基板、基板載置台、光分離プリズム及び撮像素子の断面を示す図である。図3を参照して、マイクロ流路基板に入射した光線の進み方を説明する。 FIG. 3 is a diagram illustrating a cross section of the microchannel substrate, the substrate mounting table, the light separation prism, and the imaging device illustrated in FIG. 1. With reference to FIG. 3, how the light beam that has entered the microchannel substrate travels will be described.
マイクロ流路101〜104は、基板6の平面(下面6A及び上面6B)と略平行な底面及び上面と、基板6の平面に対して略垂直な左右の側面とによって形成されており、正方形もしくは矩形の断面形状を有している。基板載置台5は、温度調整用ブロックの役割を有し、PCR増幅部6P(図2)に対向する領域には、光透過性の保温ガラス5Aが配置されている。基板載置台5の下部にはペルチェ素子5B,5Cが装着されており、これらによってマイクロ流路基板6の温度を調整可能になっている。
The
図3に示すように、光照射手段から照射されたレーザービーム光は、マイクロ流路101〜104に対して垂直な方向で、かつマイクロ流路基板6の下面6Aに対して斜め方向から、マイクロ流路101〜104の温度測定領域を照明する。上述の通り、この光線は平行光であるから、照明領域においてマイクロ流路基板6への入射角は同一である。
As shown in FIG. 3, the laser beam emitted from the light irradiating means is microscopic in a direction perpendicular to the
しかし、光線の入射位置により、マイクロ流路101〜104による光線の屈折の仕方が異なるため、光線の出射角度は光線が通る経路により異なる。以下に、異なる経路を通る光線130〜135について説明する。
However, since the way in which light is refracted by the
光線130〜133は、それぞれ、保温ガラス5Aを透過し、基板6の下面6Aで屈折し、次にマイクロ流路101〜104の垂直な側壁面で屈折して偏向し、マイクロ流路101〜104内に入る。そして、マイクロ流路101〜104の上面で再び屈折して、基板6の上面6Bから出射する。このとき、マイクロ流路101〜104の壁面での2回の屈折作用により、基板6の上面6Bから出射する光線130〜133の出射角は、基板2の下面6Aへの光線130〜133の入射角よりも小さくなっている。そして、基板6から出射した光線130〜133は光分離プリズム7に入射し、光分離プリズム7の反射面7Rで全反射して撮像素子8に達する。
The light beams 130 to 133 are transmitted through the heat insulating glass 5A, refracted on the
光線134は、保温ガラス5Aを透過し、基板6の下面6Aで屈折し、次にマイクロ流路103の底面からマイクロ流路103内に進入する。その後、光線134はマイクロ流路103の垂直な側壁面で再び屈折して基板6内に再び進入し、基板6の上面6Bに達する。このとき、基板6の上面6Bへの光線134の入射角が臨界角を超えている場合は全反射され、光線134は再び基板6内に進入する。その入射角が臨界角よりも小さい場合には光線134は基板6の上面6Bから出射するが、その出射角は基板6の下面6Aへの光線134の入射角よりも大きい。光線134が基板6の上面6Bから出射した場合には、光線134は、光線分離プリズム7に入射するが、全反射面7Rへの入射角が臨界角よりも小さいためこの面で屈折し、光線分離プリズム7の外に出射する。
The
光線135は、保温ガラス5Aを透過し、基板6の下面6Aで屈折し、マイクロ流路102,103の間を通り、基板6の上面6Bから出射する。つまり、光線135はいずれのマイクロ流路も通らない。基板6の上面6Bから出射する光線135の出射角は、基板2の下面6Aへの光線135の入射角と等しい。この光線135も、光線分離プリズム7に入射するが、全反射面7Rへの入射角が臨界角よりも小さいためこの面で屈折し、光線分離プリズム7の外に出射する。
The
また、上記の光線と同様に基板6に入射した光線の中にはヒーター115,116によって反射されるものもあり、このような光線は基板6の上面6Bから出射されることはない。
Similarly to the above-described light rays, some of the light rays that have entered the
このように、基板6の下面6Aから入射した平行光のうち、マイクロ流路101〜104の側壁面で屈折して偏向してからマイクロ流路内を透過した第1の平行光は、基板6の上面6Bから出射される。そして、この第1の平行光は光線分離プリズム7の全反射面7Rで全反射して撮像素子8に達する。
Thus, among the parallel light incident from the
一方、基板6の下面6Aから入射した平行光のうち、上記第1の平行光以外の第2の平行光は、基板6の上面6Bで全反射して上面6Bから出射されない光と、基板6の上面6Bから出射される光とに分かれる。これらの光のうち、マイクロ流路の側壁面で屈折せずに基板6の上面6Bから出射された光も、光線分離プリズム7に入射する。しかしながら、マイクロ流路101〜104の側壁面で屈折せずに基板6の上面6Bから出射された光は、マイクロ流路101〜104の側壁面で屈折して基板6の上面6Bから出射した光とは、上面6Bからの出射角が異なる。そのため、マイクロ流路101〜104の側壁面で屈折せずに基板6の上面6Bから出射された光は、光線分離プリズム7の全反射面7Rで屈折して光線分離プリズム7から出射してしまい、撮像素子8に達することはない。
On the other hand, among the parallel light incident from the
したがって、本実施形態における光線分離プリズム7によれば、マイクロ流路の側壁面で屈折して偏向してからマイクロ流路を透過し、基板6の上面6Bから出射された第1の平行光のみを選択的に抽出することができる。よって、撮像素子8はこの第1の平行光のみを受光する。
Therefore, according to the light
図4は、これらの光線130〜133の撮像素子8上での受光位置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing the light receiving positions of the
上述したようにマイクロ流路101〜104内を透過して撮像素子8に到達した光線130〜133によって、撮像素子8上には、マイクロ流路101〜104に対応した像401〜404が形成される。それぞれの像401〜404における部位は、対応するマイクロ流路101〜104における相当部位に対応している。したがって、像401〜404を解析することで、マイクロ流路101〜104の流れ方向における各部位の液温を計測することができる。
As described above, the
(基板への入射角とマイクロ流路の側壁面における光の偏向との関係)
上記では、基板6の下面6Aから入射した光線がマイクロ流路の垂直な側壁面で屈折して偏向し、マイクロ流路内に進入すると説明した。しかしながら、基板6の下面6Aへの光線の入射角が小さい場合には、光線がマイクロ流路の垂直な側壁面で全反射されてマイクロ流路内に進入しないため、マイクロ流路内の液温を測定することはできない。
(Relationship between angle of incidence on substrate and light deflection on side wall of microchannel)
In the above description, it has been described that the light incident from the
一例として、基板6の材料として合成石英(屈折率1.461)を用い、マイクロ流路内に水(屈折率1.333)を流す場合について説明する。
As an example, a case where synthetic quartz (refractive index 1.461) is used as the material of the
図5中の破線は、マイクロ流路の垂直側面における石英と水との境界面において基板6からマイクロ流路内に進入する光線の臨界角を示している。その臨界角は65.84°(=ASIN(1.333/1.461))である。臨界角で入射する光線の基板6の下面6Aでの屈折角は24.16°(=90°−65.84°)であるから、臨界角で入射する光線の基板6の下面6Aへの入射角は36.72°である。基板6の下面6Aへの光線の入射角がこの角度よりも小さい場合には、その光線はマイクロ流路の垂直な側壁面で全反射するため、マイクロ流路内の液温を検知できない。したがって、基板6の下面6Aへの照射光の入射角度は36.72°よりも大きくなければならない。
The broken lines in FIG. 5 indicate the critical angle of light rays that enter the microchannel from the
たとえば、図5中の実線に示すように基板6の下面6Aへの照射光の入射角を45°に設定した場合には、基板6の下面6Aでの照射光の屈折角は28.95°であり、マイクロ流路の垂直な側壁面への入射角は61.05°(=90°−28.95°)となる。この角度は上記の臨界角よりも小さいため、照射光はこの側壁面で屈折してマイクロ流路内に進入する。この側壁面での照射光の屈折角度は73.55°であり、したがって、マイクロ流路の上面への入射角は16.45(=90°−73.55°)である。照射光は、マイクロ流路の上面で屈折角14.97で屈折し、屈折角22.17°で基板6の上面6Bから出射する。
For example, when the incident angle of the irradiation light on the
なお、上記ではマイクロ流路の側壁面が基板の平面(上面及び下面)に対して垂直である場合について説明したが、基板6の下面6Aへの照射光の最小の入射角度は、マイクロ流路の側壁面と基板の平面(上面及び下面)とのなす角度によって異なる。そのため、基板6の下面6Aへの照射光の入射角度は、上記のように全反射角をもとに計算して決定する。
Although the case where the side wall surface of the microchannel is perpendicular to the plane (upper surface and lower surface) of the substrate has been described above, the minimum incident angle of the irradiation light to the
(温度と屈折率との関係)
図6は、合成石英ガラス及び水の屈折率の温度特性を示すグラフである。
(Relationship between temperature and refractive index)
FIG. 6 is a graph showing the temperature characteristics of the refractive index of synthetic quartz glass and water.
図6に示すように、合成石英ガラスは温度上昇に伴って屈折率が若干大きくなるが、水は温度上昇に伴って屈折率が低下する。マイクロ流路の側壁面での屈折角度がこの屈折率差によって決まるため、撮像素子8上における光線位置から光線の屈折角度を求め、その屈折角度に基づいてマイクロ流路内の液体の温度を計測することができる。
As shown in FIG. 6, the refractive index of synthetic quartz glass slightly increases with increasing temperature, but the refractive index of water decreases with increasing temperature. Since the refraction angle at the side wall surface of the microchannel is determined by this refractive index difference, the refraction angle of the light beam is obtained from the position of the light beam on the
(温度と光線角度)
図7は、マイクロ流路基板6の下面6Aから入射した照明光が、マイクロ流路の側壁面からマイクロ流路内に進入し、マイクロ流路の上面及びマイクロ流路基板6の上面6Bから出射する光路を示す図である。図中、入射角(A0)は45°であり、符号A1〜A6は各部の入射角若しくは出射角を示している。
(Temperature and ray angle)
In FIG. 7, illumination light incident from the
また、図8は、マイクロ流路基板の温度が25℃から95℃まで変化したときの、図7の符号A1〜A6で示す各部における光線角度と、基板の上面から100mm離して配置したセンサーへの光線到達位置の変化(=ΔD)とを示す表である。 Further, FIG. 8 shows a light beam angle at each part indicated by reference numerals A1 to A6 in FIG. 7 when the temperature of the microchannel substrate is changed from 25 ° C. to 95 ° C. and a sensor arranged 100 mm away from the upper surface of the substrate. It is a table | surface which shows the change (= (DELTA) D) of the light ray arrival position of.
図8から、5℃の温度変化につき、光線到達位置はおおよそ0.14mm移動することがわかる。したがって、1画素の大きさが7μm程度の撮像素子8を用いた場合には、光線到達位置が1画素分変化すると、0.25℃の温度変化が生じていることがわかる。図8に示す光線到達位置と温度との相関関係は、図1に示す制御回路9のメモリー11に記憶されている。
FIG. 8 shows that the light beam arrival position moves approximately 0.14 mm with respect to a temperature change of 5 ° C. Therefore, it can be seen that when the
(光線の分離)
図9は、光分離プリズムによって、平行光を、マイクロ流路基板内に形成されたマイクロ流路の側壁面で屈折して偏向しマイクロ流路内を透過する第1の平行光と、それ以外の第2の平行光とに分離する様子を示す図である。
(Separation of rays)
FIG. 9 shows the first parallel light that is refracted and deflected by the light separation prism on the side wall surface of the microchannel formed in the microchannel substrate and transmitted through the microchannel, and the other parts. It is a figure which shows a mode that it isolate | separates into the 2nd parallel light.
屈折率1.51633のガラスで製作した直角プリズムを光分離プリズム7として用いた場合、図9に示すように、全反射面7Rでの臨界角は41.26°であり、この臨界角の光線のプリズム底面での屈折角度は3.74°になる。この光線の入射角は5.68°であり、プリズム底面と基板6の上面6Bとのなす角度を22.5°とすると、基板6からの射出角度は28.18°になる。図中の破線9Aで示す光線のように、基板6からの射出角が28.18°よりも大きい光線は全反射面7Rで屈折するが、実線9Bで示す光線のように射出角度が28.18°よりも小さい光線は全反射面7Rで反射される。すなわち、図8の表に示したように、マイクロ流路基板内に形成されたマイクロ流路の側面で屈折された光線の射出角(A6)は21°から23°の範囲であり、何れも28.18°よりも小さいため、全反射面7Rで全反射される。マイクロ流路の側面で屈折しなかった光線の射出角度は入射角と同じ45°であるから、そのような光線は全反射面7Rで全反射されずに全反射面7Rを透過するため、撮像手段8に達することはない。このようにして、光分離プリズム7は、平行光を、マイクロ流路基板内に形成されたマイクロ流路の側壁面で屈折して偏向しマイクロ流路内を透過する第1の平行光と、それ以外の第2の平行光とに分離することができる。
When a right angle prism made of glass having a refractive index of 1.51633 is used as the
(温度測定)
次に、本実施形態の液体温度計測装置を用いてマイクロ流路内の液体の温度を計測する動作について説明する。
(Temperature measurement)
Next, an operation for measuring the temperature of the liquid in the microchannel using the liquid temperature measuring apparatus of the present embodiment will be described.
検査者は、図2に示した基板6上の液導入口105〜108に検体液をセットするとともに、排液口109〜112に不図示のシリンジを装着し、マイクロ流路101〜104内の検体液を吸引する。このようにしてマイクロ流路101〜104内に吸引された検体は、リザーバー113,114内の試薬と混合され、PCR増幅部6Pに達する。PCR増幅部6Pでは、ヒーター115〜118による加熱及びペルチェ素子5B,5C(図3参照)による加熱、冷却によって55℃から90℃の範囲でサーマルサイクルが行われ、これによりPCR反応が行われる。
The inspector sets the sample liquid in the liquid inlets 105 to 108 on the
このとき、このサーマルサイクルが適正に行われているかどうかを、本実施形態の液体温度計測装置によって検知する。 At this time, whether or not this thermal cycle is properly performed is detected by the liquid temperature measuring device of the present embodiment.
まず、液導入とともに、前述の説明の通りに基板6にレーザー光(照明光)を照射し、基板6内のマイクロ流路の側面で屈折した光を撮像素子8で受光する。基板6内のマイクロ流路内に導入される液及び基板6を室温相当の25℃であるとき、撮像素子8上には、図10の符号601〜604に示す光線の像が写る。この画像を読み出し、A/D変換し、画像データとしてメモリー11に記録する。
First, as the liquid is introduced, the
次に、55℃まで液温を上昇させるため、ヒーター及びペルチェ素子を作動させる。基板6内のマイクロ流路内に導入される液及び基板6が55℃であるとき、撮像素子8上には、図10の符号605〜608に示す光線の像が写る。上述したように、図8に示す光線到達位置と温度との相関関係は図1に示す制御回路9のメモリー11に記憶されている。したがって、制御回路9によって、撮像素子8上における光線の像601〜604に対する像605〜608の受光位置の差異に基づいて基板6及びマイクロ流路内の液体の温度を求めることにより、マイクロ流路内の液体の温度検出を行うことができる。このように、制御回路9は、撮像素子8における第1の平行光の受光位置に基づいて基板6及びマイクロ流路内の液体の温度を求める温度検出手段としての機能も有している。
Next, in order to raise the liquid temperature to 55 ° C., the heater and the Peltier element are operated. When the liquid introduced into the microchannel in the
この温度検出の測定値に基づき、流路101〜104のPCR増幅部6P全体にわたり温度を均一にするために、各ヒーター115〜118及びペルチェ素子5B,5Cを制御する。さらに、基板6内のマイクロ流路内に導入される液及び基板6の温度を95℃まで上昇させた時も同様に、撮像素子8には図10の符号609〜612で示すように光線の像601〜604からさらに離れた位置に線像が写る。撮像素子8は一定周期で画像データを制御回路9に出力し、制御回路9はこのデータをメモリー11に記憶された図8に示す相関関係と照合して、マイクロ流路内の液体の温度を求める。制御回路9はヒーター115〜118及びペルチェ素子5B,5Cを駆動制御する役割も兼ねており、制御回路9は求めた液温に基づいてヒーター115〜118及びペルチェ素子5B,5Cをフィードバック制御する。
Based on the temperature detection value, the
[第2の実施形態]
上述した第1の実施形態では、基板6の裏面6Aから光線を入射させる構成について説明した。この構成に代えて、図11に示すように、基板載置台5の基板裏面6Aと接する面5Rの鏡面性を高く仕上げ、この面5Rを反射面として用いることにより、基板6の上面6Bから光線を入射させる構成としてもよい。
[Second Embodiment]
In the first embodiment described above, the configuration in which light is incident from the
図11に示す構成では、符号201〜204で示す光線は上面6Bから基板6内に入射して基板載置台5の反射面5Rで反射し、マイクロ流路101〜104の側壁面で屈折し偏向してマイクロ流路内に入る。そして、マイクロ流路の上面で屈折して再び基板6内に入射する。そして、基板6の上面6Bで屈折して基板6から出射し、光線分離プリズム7に入射して全反射面7Rで全反射して撮像素子8に達する。
In the configuration shown in FIG. 11, light beams denoted by
また、符号207で示す光線は、上面6Bから基板6内に入射し、基板載置台5の反射面5Rで反射する前にマイクロ流路101〜104の側壁面で屈折し偏向してマイクロ流路内に入り、マイクロ流路の下面で屈折して再び基板6内に入射する。そして、基板載置台5の反射面5Rで反射し、基板6の上面6Bで屈折して基板6から出射し、光線分離プリズム7に入射して全反射面7Rで全反射して撮像素子8に達する。
The light beam denoted by
一方、符号205で示す光線は、上面6Bから基板6内に入射した後、マイクロ流路内に入ることなく、基板載置台5の反射面5Rで反射して基板6の上面6Bで屈折して基板6から出射する。この光線207は、基板上面6Bへの入射角と同じ角度で基板6から射出され、図3に示した光線135と同様、光線分離プリズム7に入射しても全反射面7Rを透過してしまうため、撮像素子8に達することはない。また、符号206で示す光線は、上面6Bから基板6内に入射した後、基板載置台5の反射面5Rで反射し、マイクロ流路の下面で屈折してマイクロ流路内に入り、マイクロ流路の側壁面で屈折して再び基板6内に入射する。この光線206は、図3に示した光線134と同様、その後に基板6の上面6Bで全反射するため、基板上面6Bから射出されることはない。
On the other hand, the light beam denoted by
図11に示す構成によれば、まず、第1の実施形態で説明した装置と同様に、基板載置台5の反射面5Rで反射してからマイクロ流路101〜104の側壁面で屈折して偏向し、マイクロ流路内を透過する光線201〜204を撮像素子8で撮像することができる。これに加えて、図11に示す構成では、マイクロ流路101〜104の側壁面で屈折して偏向し、マイクロ流路内を透過してから基板載置台5の反射面5Rで反射する光線207も撮像素子8で撮像することができる。このように、図11に示す構成では、マイクロ流路101〜104を透過したより多くの光線を撮像することができ、その分だけ多くの情報が得られるため、温度計測の精度を向上させることができる。
According to the configuration shown in FIG. 11, first, similarly to the apparatus described in the first embodiment, the light is reflected by the reflecting
また、上述した第1の実施形態では、基板6のマイクロ流路を基板6の平面(上面及び下面)に対して垂直な両側壁面と、基板6の平面と平行な上面及び下面とで形成した例について説明した。この構成に代えて、図12に示すように、底面が基板6の平面(上面及び下面)と平行で、かつ断面が直角三角形のマイクロ流路301〜304を基板6内に形成した構成としてもよい。これにより、基板6への照明光の入射角を基板6の下面6Aに対し垂直にすることができる。この構成でも、光線分離プリズム7を用いることにより、マイクロ流路301〜304を透過した光線を分離することが可能であり、上述した効果と同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment described above, the micro flow path of the
本発明の装置は、臨床検査における生物化学的反応をマイクロ流路を用いて行う場合の温度管理に用いることができる。 The apparatus of the present invention can be used for temperature management when a biochemical reaction in a clinical test is performed using a microchannel.
1 レーザー光源
3 ビームエクスパンダー
6 マイクロ流路基板
7 光分離プリズム
8 撮像素子
9 制御回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light source 3
Claims (3)
前記略平行光を、前記マイクロ流路の側壁面で偏向してから前記マイクロ流路内を透過した第1の平行光と、それ以外の平行光である第2の平行光とに分離する光分離手段と、
前記第1の平行光を受光する位置に配置された撮像手段と、
前記撮像手段の上における前記第1の平行光の受光位置に基づいて前記基板及び前記マイクロ流路内の液体の温度を求める温度検出手段と、
を有する液体温度計測装置。 Illumination means for irradiating substantially parallel light toward a substrate having a microchannel formed therein;
Light that separates the substantially parallel light into first parallel light that has been deflected by the side wall surface of the microchannel and then transmitted through the microchannel, and second parallel light that is other parallel light. Separating means;
An imaging means disposed at a position for receiving the first parallel light;
Temperature detecting means for determining the temperature of the liquid in the substrate and the microchannel based on the light receiving position of the first parallel light on the imaging means;
A liquid temperature measuring device.
前記プリズムは、前記第1の平行光が前記プリズムの全反射面に対して臨界角よりも大きい角度で入射し、前記第2の平行光が前記プリズムの全反射面に対して臨界角よりも小さい角度で入射するように配置されている、請求項1に記載の液体温度計測装置。 The light separating means is composed of a prism having a total reflection surface,
In the prism, the first parallel light is incident on the total reflection surface of the prism at an angle larger than the critical angle, and the second parallel light is greater than the critical angle with respect to the total reflection surface of the prism. The liquid temperature measuring device according to claim 1, wherein the liquid temperature measuring device is arranged so as to be incident at a small angle.
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