JP6132597B2 - マイクロチップ用遠心力印加装置 - Google Patents

Description

本発明は、マイクロチップ用遠心分析装置に関し、より詳しくは、これに載置した検査・分析用のマイクロチップに対して遠心力を印加するための遠心力印加装置に関する。

近年、ＤＮＡ、タンパク質、細胞、免疫若しくは血液等の生化学検査、化学合成又は環境分析等を、マイクロチップを用いて行う手法が注目されている。

マイクロチップを用いた検査・分析は、実験室で従来行っている一連の検査・分析操作を小さなチップ内で行えることから、検体及び液体試薬が微量で済み、コストが低く、反応速度が速く、ハイスループットな検査・分析が可能であり、検体を採取した現場で直ちに検査・分析結果を得ることができるなど多くの利点を有している。

マイクロチップとしては、流体回路（又はマイクロ流体回路）と呼ばれる、該回路内に存在する検体や液体試薬等の液体に対して特定の処理を行うための複数種類の部位（室）とこれらの部位を適切に接続する微細な流路とから構成される流路網をその内部に備えたものが従来公知である（例えば特許文献１）。このような流体回路を内部に備えるマイクロチップを用いた検体の検査・分析においては、その流体回路を利用して、流体回路内に導入された検体（又は検体中の特定成分）やこれと混合される液体試薬の計量（すなわち、計量を行うための部位である計量部への移動）、検体（又は検体中の特定成分）と液体試薬との混合（すなわち、これらを混合するための部位である混合部への移動）、ある部位から他の部位への移動等の種々の処理が行われる。

なお、マイクロチップ内でなされる、各種液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬、又は、これらのうちの２種以上の混合物等）に対してなされる処理を、以下では「流体処理」ともいう。これら種々の流体処理は、マイクロチップに対して適切な方向の遠心力を印加することにより行うことができる。

マイクロチップへの遠心力の印加は、遠心力印加装置にマイクロチップを載置して行うことができる。特許文献２には、回転自在な主軸に固定された測定ステージと、測定ステージに固定された遊星主軸に回転自在に固定された遊星ギアと、遊星ギア上に配置されるチップホルダとを備える遠心力印加装置（マイクロチップ検査装置）が開示されている。

特許文献２に記載されるような遠心力印加装置によれば、主軸を中心として測定ステージを回転させることにより、その回転速度に応じた強さの遠心力を、チップホルダ内に載置したマイクロチップに印加することができる。マイクロチップに対する遠心力の印加方向は、遊星主軸を中心として遊星ギアを回転させることにより調整することができる。複数のマイクロチップについて同時に検査・分析を行うことができるよう、測定ステージ上には複数の遊星ギア（従って複数のチップホルダ）を設けることができる。例えば特許文献２には、チップホルダを２個備える遠心力印加装置が図示されている。

特開２００７−２８５７９２号公報 特開２００８−０６４５９０号公報

上記特許文献２のように、主軸を中心とする測定ステージの回転によって遠心力を発生させる遠心力印加装置においては、偏心による装置動作不良を防止するために、マイクロチップをチップホルダに載置したときの測定ステージの重心が主軸上に位置するようにする必要があり、このために、例えばチップホルダを２個備える遠心力印加装置に対していずれか一方のチップホルダにのみマイクロチップを載置して検査・分析を行う場合には、従来、他方のチップホルダに上記マイクロチップと同じ重量を有するダミーチップ（バランスウェイト）を入れる必要があった。しかしながら、チップホルダに載置するマイクロチップの数やどのチップホルダにマイクロチップを載置するかに応じて、測定者が手動でダミーチップを出し入れする必要があり、操作の簡便化が望まれていた。

本発明は、マイクロチップをチップホルダに載置後、測定ステージの回転時における測定ステージの重心が主軸上に位置するように簡便に調整することができ、もって、チップホルダに載置するマイクロチップの数やどのチップホルダにマイクロチップを載置するかにかかわらず、測定ステージの回転時における偏心を効果的に防止することができる遠心力印加装置の提供を目的とする。

本発明は、以下のものを含む。
［１］ 回転駆動装置と、
前記回転駆動装置の回転により回転可能な第１主軸と、
前記第１主軸に固定され、前記第１主軸を中心に回転自在な第１回転体と、
前記第１回転体上に配置され、マイクロチップを載置するための載置部を有する回転体であって、前記第１回転体に固定された第２主軸を中心に回転自在な第２回転体を２以上と、
可動式重りを含み、前記可動式重りの位置調整により、前記第１回転体の回転時における前記第１回転体の重心が前記第１主軸上に位置するように調整するためのバランス調整部と、
を含む遠心力印加装置。

［２］ 前記バランス調整部は、前記第２回転体の載置部のうち、いずれの１又は２以上の載置部にマイクロチップが載置されるかに応じて、前記可動式重りの位置調整を行う［１］に記載の遠心力印加装置。

［３］ 前記バランス調整部は、前記第２回転体の載置部に載置されるマイクロチップの重量に応じて、前記可動式重りの位置調整を行う［１］に記載の遠心力印加装置。

［４］ 前記第２回転体の載置部のそれぞれについて、マイクロチップが載置されているか否かを検知するための検知部をさらに備える［２］又は［３］に記載の遠心力印加装置。

［５］ 前記バランス調整部による前記可動式重りの位置調整を制御するための制御部をさらに備える［１］〜［４］のいずれかに記載の遠心力印加装置。

［６］ 前記検知部の検知結果に応じて、前記バランス調整部による前記可動式重りの位置調整を制御するための制御部をさらに備える［４］に記載の遠心力印加装置。

［７］ 前記可動式重りの位置調整が前記可動式重りの位置移動を伴う場合において、
前記可動式重りの位置移動は、前記第１回転体の回転により前記可動式重りに印加される遠心力によってなされる［１］〜［６］のいずれかに記載の遠心力印加装置。

本発明の遠心力印加装置によれば、可動式重りの位置調整という簡便な操作により、第１回転体の回転時における偏心を効果的に防止することができ、ダミーチップを出し入れするという従来必須であった煩雑な操作を省くことができる。

第１の実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。 遠心力方向切替部の構造及びその動作を説明するための概略断面図である。 第１の実施形態に係る遠心力印加装置におけるバランス調整後の状態の一例を示す概略上面図である。 第２の実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。 第３の実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。 図５に示される第３の実施形態に係る遠心力印加装置において、重心調整のために可動式重りを移動させた後の状態を示す概略上面図である。 第４の実施形態に係る遠心力印加装置を模式的に示す上面図である。 第５の実施形態に係る遠心力印加装置を模式的に示す上面図である。 第６の実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。

以下、実施の形態を示して本発明を詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。図１に示される遠心力印加装置１は、マイクロチップに印加される遠心力の方向を自動で切り替えることができるよう、第１回転体１０の中央部に遠心力方向切替部４０（図２参照）を備えた遠心力印加装置であり、その基本構成は上記特許文献２における図１１及び図１２に記載の構成と同様であるが、第１回転体１０の回転時（マイクロチップへの遠心力印加時）における偏心を防止するために、第１回転体１０の重心を適切な位置に調整するためのバランス調整部３０を備えていることを１つの特徴としている。

より具体的に説明すると、遠心力印加装置１は、第１回転体１０の中央部下方に配置される図示しない回転駆動装置（モータ等）；回転駆動装置から延びる軸であって、回転駆動装置の回転により回転可能な第１主軸４４；例えばネジ止めにより第１主軸４４に固定され、第１主軸４４を中心に回転自在な第１回転体１０；第１回転体１０上に配置され、第１回転体１０に固定された第２主軸２１に例えばネジ止めにより固定されており、第２主軸２１を中心に回転自在な２つの第２回転体２０ａ，２０ｂ；可動式重り３１と、可動式重り３１を支持する支持体３２と、支持体３２をスライドさせるためのレール３３とからなるバランス調整部３０；第１主軸４４に結合された遠心力方向切替部４０（図１において図示せず。図２参照。）；第１主軸４４の周囲に設けられ、第２回転体２０ａ及び２０ｂのギア部と係合している主軸ギア４５を備えている。この主軸ギア４５と第１主軸４４とは別々に回転可能である。

なお、後述する図２に示すように、第１主軸４４には遠心力方向切替部４０が設けられているが、図１においては図示を省略している。

第２回転体２０ａ及び２０ｂ上には、マイクロチップを載置するための載置部が設けられているが、図１においてはこれを割愛している。載置部は、これに載置したマイクロチップが遠心力印加時（第１回転体１０の回転時）においてもその位置が振れないように、マイクロチップを固定した状態で収容できるものであれば特に限定されず、例えば特許文献２に記載のチップホルダ等であってよい。２つの第２回転体２０ａ及び２０ｂは、第１主軸４４を対称軸として対称に配置されている（第１主軸４４と第２主軸２１とは一直線上に並んでいる）。

遠心力印加装置１は、第１回転体１０上であって、第２回転体２０ａ，２０ｂの側方に配置された２つのバランス調整部３０を備えており、これらのバランス調整部３０は、第１主軸４４との距離が同じである。

バランス調整部３０において可動式重り３１を支持する支持体３２は、レール３３に沿ってスライド可能にレール３３と結合されている。従って、支持体３２をレール３３に沿ってスライドさせることにより可動式重り３１の位置を第１回転体１０上の適宜の位置へ移動させることができる。かかる可動式重り３１の位置調整により、バランス調整部３０は、第１回転体１０の回転時（マイクロチップへの遠心力印加時）における第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整する。

（遠心力方向切替部）
図２は、遠心力方向切替部の構造及びその動作を説明するための概略断面図である。本実施形態の遠心力印加装置１においては、遠心力方向切替部４０を具備することにより、第２回転体２０ａ及び／又は２０ｂの載置部に載置されたマイクロチップに印加される遠心力の方向を切り替えることができる。

図２（ａ）を参照して、遠心力方向切替部４０は、偏心カム４３；すべり軸受け４１；第１主軸４４の上部に接続され、回転規制溝５２を有する上下動軸４２；バネ４９；上下動軸４２に設けられた上係合ピン４６及び下係合ピン４７；主軸連結ピン４８；及び、偏心カム４３に接続される図示しない方向切替モータから構成されている。すべり軸受け４１には、上係合ピン４６を挿入する上係合ピン溝５０が設けられ、主軸ギア４５には、下係合ピン４７を挿入する下係合ピン溝５１が設けられている。下係合ピン４７はバネ４９を介して下係合ピン溝５１に挿入されるため、上下動軸４２は常に上方向に力が働いている。ただし、上下動軸４２の上面は、偏心カム４３と当接しているので、上下動軸４２が上昇しないように押圧力が働いている。

図２（ａ）は、上下動軸４２が下方にある「遠心力印加モード」の状態を示しており、図２（ｂ）は上下動軸４２が上方にある「遠心力方向切替モード」の状態を示している。図２（ａ）に示されるように、上下動軸４２が下方にある場合には、第１主軸４４から突出する主軸連結ピン４８と、上下動軸４２の回転規制溝５２が係合するため、上下動軸４２は第１主軸４４と一体となって回転する。主軸ギア４５もまた、下係合ピン４７により動きを規制されるため、第１主軸４４と一体となって回転する。よって、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させると、主軸ギア４５が第１回転体１０と同一回転速度で回転するため、第１回転体１０に固定される第２回転体２０ａ，２０ｂには相対運動が生じず、その結果、第２回転体２０ａ，２０ｂは自転することなく第１主軸４４を中心として公転する。すなわち、上下動軸４２が下方にあるときは、載置部に載置されたマイクロチップは、第１主軸４４を中心として回転し、遠心力が作用するので「遠心力印加モード」となる。

図２（ａ）に示される状態から、遠心力印加装置１を制御する制御部により方向切替モータを駆動し、偏心カム４３を１８０度回転させると、図２（ｂ）に示されるように、上下動軸４２は、バネ４９による上方向の力により上昇し、上下動軸４２の回転規制溝５２が主軸連結ピン４８から外れ、上係合ピン４６がすべり軸受け４１の上係合ピン溝５０に挿入される。従って、上下動軸４２は、固定されたすべり軸受け４１により動きを規制されるので、固定されて回転できない。また、主軸ギア４５も、下係合ピン４７により動きを規制されるため、固定されて回転できない。

図２（ｂ）に示されるように上下動軸４２が上にあるとき、主軸ギア４５は固定されて回転しないが、第２回転体２０ａ，２０ｂは第１回転体１０に回転自在に固定されているので、第１回転体１０とともに回転する。第２回転体２０ａ及び２０ｂは主軸ギア４５に係合しているので、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させると、第２回転体２０ａ及び２０ｂは主軸ギア４５に係合しながら回転する。すなわち、第２回転体２０ａ及び２０ｂは、第２主軸２１を中心として自転しながら第１主軸４４を中心として公転する。

例えば第１回転体１０を３６０度回転させた場合、第２回転体２０ａ，２０ｂは、第１回転体１０の回転に伴い第１主軸４４を中心として３６０度公転する。この際、第２回転体２０ａ，２０ｂは主軸ギア４５に係合して自転するため、載置部に載置されたマイクロチップもα度回転する。αは第２回転体２０ａ，２０ｂの周縁にあるギア部の歯数と主軸ギア４５の歯数の関係から決まる数であり、例えば、第２回転体２０ａ，２０ｂの歯数が主軸ギア４５の歯数の４倍である場合、αは９０度となる。

このように、上下動軸４２が上方にあるときは、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させると、第２回転体２０ａ，２０ｂ上の載置部に載置されたマイクロチップを第２主軸２１を中心として自転させることができるので、マイクロチップに対する遠心力方向を所望の方向に切り替える「遠心力方向切替モード」となる。制御部により再び方向切替モータを駆動し、偏心カム４３を１８０度回転させると、上下動軸４２は偏心カム４３に押圧されて下降し、「遠心力印加モード」となる。

（バランス調整部）
バランス調整部３０は、可動式重り３１と、可動式重り３１を支持する支持体３２と、支持体３２をスライドさせるためのレール３３とからなる。バランス調整部３０の可動式重り３１の位置調整によって、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整することにより偏心を防止することができる。

すなわち、本実施形態の遠心力印加装置１において支持体３２はその一方の側面にギア部を有しており、いくつかのギア（図１における上側のバランス調整部３０についてはギア６１，６２，６３，６４，６５及び６６、下側のバランス調整部３０についてはギア６７，６８，６９，７０及び７１）を介して主軸ギア４５に係合しているので、上下動軸４２が上方にある「遠心力方向切替モード」において、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させることにより、主軸ギア４５に係合するギア６１及び６７を自転させ、これに連動して可動式重り３１を有する支持体３２のそれぞれをレール３３に沿ってスライドさせることができる。その後、同じく「遠心力方向切替モード」において、必要に応じて、第２回転体２０ａ，２０ｂを自転させ、遠心力方向を切り替える。

図１の例において、第１回転体１０上の中央部にある可動式重り３１がスライドする方向は、当該図面における右方向である（図３参照）。好ましくは、バランス調整部３０による可動式重り３１の位置調整は、遠心力印加装置１の制御部（上述した回転駆動装置及び方向切替モータ等を制御する制御部）によって制御され、自動で行われる。

バランス調整部３０による第１回転体１０の重心調整について、図１及び図３を参照してより具体的に説明する。例えば２つの可動式重り３１が図１に示されるように、第１回転体１０上の中央部に位置している（２つの可動式重り３１の重心が第１主軸４４上にある）状態において、第２回転体２０ａ及び２０ｂ上の載置部の双方に同じマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部３０は、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心位置を第１主軸４４上に維持するために可動式重り３１の位置移動を行わず、そのままの位置を保持する。

一方、例えば２つの可動式重り３１が第１回転体１０上の中央部に位置している状態において、第２回転体２０ａ上の載置部のみにマイクロチップを載置した場合には、図３に示されるようにバランス調整部３０は、可動式重り３１をおよそ右端（ここでいう右とは図１及び図３における右であり、第２回転体２０ａとは反対方向を意味している。）までスライドさせ、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように重心調整を行う。

本実施形態の遠心力印加装置１において可動式重り３１の重量は、第２回転体２０ａ上の載置部にのみマイクロチップが載置され、２つの可動式重り３１がおよそ右端（図３に示される位置）まで移動したときに、第１回転体１０の重心が釣り合う（重心が第１主軸４４上に位置する）ような重量としている。可動式重り３１の重量は、このような重心の釣り合いが達成されるよう、適用されるマイクロチップの重量に応じて適宜設定される。マイクロチップの重量は通常、数ｇ〜数十ｇである。

可動式重り３１、支持体３２及びレール３３の材質は特に限定されず、例えば金属製であることができる。

以上のように、バランス調整部３０を備える本実施形態の遠心力印加装置１によれば、第２回転体２０ａ，２０ｂの載置部のうち、どの載置部にマイクロチップを載置するか（合計何個のマイクロチップをどの載置部に載置するか）に応じて可動式重り３１の位置調整を行うことで、簡便に、好ましくは自動で、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心調整を行うことができ、第１回転体１０の偏心を防止することができる。

なお、「遠心力方向切替モード」において、第１回転体１０の重心調整のために第１主軸４４を回転させて、可動式重り３１を所定の位置まで移動させると、これと同時に第２回転体２０ａ，２０ｂも自転する。図１に示される本実施形態の遠心力印加装置１においては、可動式重り３１をおよそ右端（図３に示される位置）まで移動させるためには、第１主軸４４を４５回転させる必要があり、一方、第２回転体２０ａ，２０ｂを、例えば±１８０度自転させるためには、第１主軸４４を±２回転させる必要がある。

従って、「遠心力方向切替モード」において、まず、第１回転体１０の重心調整のために第１主軸４４を４５回転させて、可動式重り３１を図３に示される位置まで移動させた後、遠心力方向を±１８０度変更するために第１主軸４４を±２回転させると、この±２回転の分、可動式重り３１の位置ずれが生じ得る。この位置ずれにより、例えば載置するマイクロチップの重量が１２ｇであり、第１回転体１０が３０００ｒｐｍで回転する場合、約２．４Ｎの偏心が第１主軸４４に生じるが、この偏心は、装置仕様（装置稼働を問題なく行うために許容できる最大の偏心）に比べて小さいため、あまり問題とならない。

上記位置ずれによる偏心は、可動式重り３１を図１の状態から図３の状態まで移動させるための第１主軸４４の回転数を、ギア比の調整により増やすことによってより小さくすることができる。例えば、可動式重り３１を図１の状態から図３の状態まで移動させるのに必要な第１主軸４４の回転数を４５回転から９０回転に増やすと、可動式重り３１の位置ずれは半減するため、上記偏心は約１．２Ｎとなる。

（検知部）
本実施形態の遠心力印加装置１（後述する他の実施形態についても同様）は、第２回転体２０ａ及び２０ｂの載置部のそれぞれにマイクロチップが載置されているか否かを検知するための検知部をさらに備えることができ、好ましくは、バランス調整部３０による可動式重り３１の位置調整は、検知部の検知結果に応じて、遠心力印加装置１の制御部（上述した回転駆動装置及び方向切替モータ等を制御する制御部）によって制御される。これにより、どの載置部にマイクロチップが載置されているかに応じた可動式重り３１の位置調整を自動で行うことが可能になり、測定者は必要なマイクロチップを置くだけでよい。

検知部は、例えば載置部に光を照射する手段と、該光の光軸上に配置された、載置部を通過した光を検出する手段とから構成することができる。このような検知部を用いる場合においては、光を検出する手段が載置部を通過した光を検出すると、その載置部にはマイクロチップが載置されていないと判断される。

＜第２の実施形態＞
図４は、本実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。図４に示される遠心力印加装置２は、バランス調整部９０が可動式重り９１（例えば金属製）と、その一端が第１回転体１０に固定されたバネである、可動式重り９１を支持する支持体９２と、可動式重り９１の位置移動を制限するストッパー９３と、可動式重り９１の移動方向を規制するガイド９４とから構成されること以外は上記第１の実施形態と同様である。図４に示される状態において可動式重り９１は、ストッパー９３により、第１回転体１０上の中央部で固定されている。可動式重り９１は、Ｕ字状のガイド９４内を、ガイド９４に沿って移動可能である。

なお、第１主軸４４には遠心力方向切替部４０が設けられているが、図１と同様、図４においては図示を省略している。また、第２回転体２０ａ及び２０ｂ上には、マイクロチップを載置するための載置部が設けられているが、図１と同様、図４においてはこれを割愛している。

遠心力印加装置２は、第１回転体１０上であって、第２回転体２０ａ，２０ｂの側方に配置された２つのバランス調整部９０を備えており、これらのバランス調整部９０は、第１主軸４４との距離が同じである。本実施形態の遠心力印加装置２においても、バランス調整部９０の可動式重り９１の位置調整によって、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整することにより偏心が防止される。

本実施形態の遠心力印加装置２においてストッパー９３はその一端にギア部を有しており、いくつかのギア（図４における上側のバランス調整部９０についてはギア７２及び７３、下側のバランス調整部９０についてはギア７４，７５及び７６）を介して主軸ギア４５に係合しているので、上下動軸４２が上方にある「遠心力方向切替モード」において、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させることにより、主軸ギア４５に係合するギア７２及び７４を自転させ、これに連動してストッパー９３を図４の矢印のように回転させることができる。これにより、ストッパー９３による可動式重り９１の位置移動の制限は開放されることとなる。点線で示される図４のＡの可動式重りは、第１回転体１０が回転していない状態において、ストッパー９３がはずされたときの可動式重り９１の位置を示している。

好ましくは、バランス調整部９０による可動式重り９１の位置調整、すなわち、ストッパー９３による可動式重り９１の固定／ストッパー９３の開放の切り替え操作は、遠心力印加装置２の制御部によって制御され、自動で行われる。

バランス調整部９０による第１回転体１０の重心調整について、図４を参照してより具体的に説明する。例えば２つの可動式重り９１が図４に示されるように、ストッパー９３により第１回転体１０上の中央部に位置している（２つの可動式重り９１の重心が第１主軸４４上にある）状態において、第２回転体２０ａ及び２０ｂ上の載置部の双方に同じマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部９０は、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心位置を第１主軸４４上に維持するために、ストッパー９３の切り替え操作を行わず、可動式重り９１の位置を保持する。

一方、例えば２つの可動式重り９１が第１回転体１０上の中央部に位置している状態において、第２回転体２０ａ上の載置部のみにマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部９０は、ストッパー９３を図４の矢印のように回転させ、可動式重り９１の位置移動の制限を開放状態とする。これにより可動式重り９１の位置は、図４のＡで示される位置となる。そして、続く「遠心力印加モード」において第１主軸４４の回転に伴って第１回転体１０が回転すると、その遠心力により可動式重り９１は、ガイド９４内を、点線で示される図４のＢの位置まで移動し、かかる可動式重り９１の位置移動により、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように重心調整がなされる。

図４に示されるＢの位置は、「遠心力印加モード」において所定の強さの遠心力が可動式重り９１に印加されたときの、可動式重り９１の移動位置である。本実施形態の遠心力印加装置２において可動式重り９１の重量は、第２回転体２０ａ上の載置部にのみマイクロチップが載置され、２つの可動式重り９１が位置Ｂまで移動したときに、第１回転体１０の重心が釣り合う（重心が第１主軸４４上に位置する）ような重量としている。可動式重り９１の重量は、このような重心の釣り合いが達成されるよう、適用されるマイクロチップの重量に応じて適宜設定される。

以上のように、バランス調整部９０を備える本実施形態の遠心力印加装置２は、「遠心力印加モード」での遠心力を利用して可動式重り９１の位置移動を行うものである。本実施形態の遠心力印加装置２によっても、第２回転体２０ａ，２０ｂの載置部のうち、どの載置部にマイクロチップを載置するか（合計何個のマイクロチップをどの載置部に載置するか）に応じて可動式重り９１の位置調整を行うことで、簡便に、好ましくは自動で、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心調整を行うことができ、第１回転体１０の偏心を防止することができる。

＜第３の実施形態＞
図５は、本実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。図５に示される遠心力印加装置３は、バランス調整部１００が４つの固定ピン１０３と、これらの固定ピン１０３に巻き掛けられたベルト１０２（例えばゴムベルトや樹脂製キャタピラー）と、ベルト１０２の一部を構成する可動式重り１０１（例えば金属製）からなること以外は上記第１の実施形態と同様である。

なお、第１主軸４４には遠心力方向切替部４０が設けられているが、図１と同様、図５においては図示を省略している。また、第２回転体２０ａ及び２０ｂ上には、マイクロチップを載置するための載置部が設けられているが、図１と同様、図５においてはこれを割愛している。

遠心力印加装置３は、第１回転体１０上であって、第２回転体２０ａ，２０ｂの側方に配置された２つのバランス調整部１００を備えており、これらのバランス調整部１００は、第１主軸４４との距離が同じである。２つのバランス調整部１００のベルト１０２は、それぞれ、ギア８１、ギア８５と係合しており、ギア８１、ギア８５の回転に伴って４つの固定ピン１０３の周囲を移動できるように構成されている。ベルト１０２の回転により、可動式重り１０１の位置を第１回転体１０上の適宜の位置へ移動させることができる。

本実施形態の遠心力印加装置３においても、バランス調整部１００の可動式重り１０１の位置調整によって、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整することにより偏心が防止される。

すなわち、本実施形態の遠心力印加装置３において２つのベルト１０２はギア８１又はギア８５と係合しており、これらのギアはいくつかのギア（ギア８１についてはギア７７，７８，７９及び８０、ギア８５についてはギア８２，８３及び８４）を介して主軸ギア４５に係合しているので、上下動軸４２が上方にある「遠心力方向切替モード」において、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させることにより、主軸ギア４５に係合するギア７７及び８２を自転させ、これに連動してベルト１０２を固定ピン１０３の周囲で移動させることができる。これにより、可動式重り１０１の位置移動が可能となる。

好ましくは、バランス調整部１００による可動式重り１０１の位置調整は、遠心力印加装置３の制御部によって制御され、自動で行われる。

バランス調整部１００による第１回転体１０の重心調整について、図５及び図６を参照してより具体的に説明する。例えば第２回転体２０ａ及び２０ｂ上の載置部の双方に同じマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部１００は、可動式重り１０１を図６に示される位置に移動させる。これにより、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように重心調整がなされる。

一方、例えば可動式重り１０１が図５に示される位置にある状態において、第２回転体２０ａ上の載置部のみにマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部１００は、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心位置を第１主軸４４上に維持するために、ベルト１０２の回転を行わず、可動式重り１０１の位置を保持する。

本実施形態の遠心力印加装置３において可動式重り１０１の重量は、第２回転体２０ａ上の載置部にのみマイクロチップが載置され、可動式重り１０１が図５に示される位置にあるときに、第１回転体１０の重心が釣り合う（重心が第１主軸４４上に位置する）ような重量としている。可動式重り１０１の重量は、このような重心の釣り合いが達成されるよう、適用されるマイクロチップの重量に応じて適宜設定される。

上記第１の実施形態と同様、遠心力方向を変更するために第１主軸４４を回転させると、可動式重り１０１の位置ずれが生じる。しかしながら本実施形態においては、可動式重り１０１が図６に示される矢印のように移動しても、２つの可動式重り１０１の合成重心は移動しないので、遠心力方向を変更するための第１主軸４４の回転に伴うわずかな偏心を防止することができる。

以上のように、バランス調整部１００を備える本実施形態の遠心力印加装置３によっても、第２回転体２０ａ，２０ｂの載置部のうち、どの載置部にマイクロチップを載置するか（合計何個のマイクロチップをどの載置部に載置するか）に応じて可動式重り１０１の位置調整を行うことで、簡便に、好ましくは自動で、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心調整を行うことができ、第１回転体１０の偏心を防止することができる。

＜第４の実施形態＞
図７は、本実施形態に係る遠心力印加装置を模式的に示す上面図であり、バランス調整部の他の一例を示した図である。図７に示されるバランス調整部は、支持体２０１の端部に固定された可動式重り２００（例えば金属製）と、その一端が支持体２０１に固定されたバネ２０２と、可動式重り２００の位置移動を制限するストッパー２０３とから構成される。支持体２０１における可動式重り２００を有する側とは反対側の端部は、２つの第２回転体の一方の載置部ＩＩの近傍において第１回転体１０に回転可能に固定されている。バネ２０２の他端も第１回転体１０に固定されている。ストッパー２０３は、例えば上下に移動可能なピンである。

本実施形態の遠心力印加装置においても、バランス調整部の可動式重り２００の位置調整によって、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整することにより偏心が防止される。

すなわち、例えば可動式重り２００が図７に示されるＣの位置にある状態において、２つの第２回転体上の載置部Ｉ及びＩＩの双方に同じマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部は、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心位置を第１主軸４４上に維持するために、ストッパー２０３による可動式重り２００の固定を維持し、可動式重り２００の位置をＣの位置に保持する。

一方、例えば可動式重り２００が図７に示されるＣの位置にある状態において、載置部Ｉのみにマイクロチップを載置した場合には、バランス調整部はストッパー２０３を下げ、可動式重り２００を図７に示されるＤの位置に移動させ、マイクロチップ載置後の第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように重心調整を行う。

本実施形態の遠心力印加装置において可動式重り２００の重量は、載置部Ｉにのみマイクロチップが載置され、可動式重り２００が図７に示されるＤの位置まで移動したときに、第１回転体１０の重心が釣り合う（重心が第１主軸４４上に位置する）ような重量としている。

＜第５の実施形態＞
図８は、本実施形態に係る遠心力印加装置を模式的に示す上面図である。上記の実施形態では、遠心力印加装置が２つの第２回転体を有し、従って２つの載置部を有する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、本実施形態のように４つの載置部を有していてもよい。この場合、４つの載置部は図示されるように対称に配置される。

このような４つの載置部を有する遠心力印加装置においては、図８（ｅ）に模式的に示すようなバランス調整部を用いることができる。このバランス調整部は、一端が第１回転体に回転可能に固定された支持体３０１と、支持体３０１の他端に固定された可動式重り３００から構成されており、可動式重り３００を図８（ｅ）に示されるＥの位置からＦの位置へ（若しくはその逆）及びＥの位置からＧの位置へ（若しくはその逆）、好ましくは制御部による制御により自動で、移動させることができる。

図８（ｅ）に示されるようなバランス調整部を備えた本実施形態の遠心力印加装置においては、４つの載置部のうち、どの載置部にマイクロチップを載置するか（合計何個のマイクロチップをどの載置部に載置するか）に応じて可動式重り２００の位置調整を行うことで、簡便に、好ましくは自動で、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心調整を行うことができ、第１回転体１０の偏心を防止することができる。

すなわち、例えば載置部Ｉにのみマイクロチップが載置される場合には、可動式重り３００をＦの位置に移動させる（図８（ａ））。載置部Ｉ及びＩＩにのみマイクロチップが載置される場合には、可動式重り３００をＥの位置に移動させる（図８（ｂ））。載置部Ｉ、ＩＩ及びＩＩＩにのみマイクロチップが載置される場合には、可動式重り３００をＧの位置に移動させる（図８（ｃ））。載置部Ｉ〜ＩＶのすべてにマイクロチップが載置される場合には、可動式重り３００をＥの位置に移動させる（図８（ｄ））。

＜第６の実施形態＞
図９は、本実施形態に係る遠心力印加装置を示す概略上面図である。図９に示される遠心力印加装置４は、２つのバランス調整部３０の代わりに２つのバランス調整部１５０を備えること、及び、第２回転体２０ａ及び２０ｂ上にあるマイクロチップを載置するための載置部（図示せず）にそれぞれ異なるタイプ、従って異なる重量のマイクロチップを載置できること以外は上記第１の実施形態と同様である。バランス調整部１５０は、第２第１回転体１０に固定された第３主軸に例えばネジ止めにより固定された回転体であって、第３主軸を中心に回転可能な第３回転体１５１；及び、第３回転体１５１上であってその外周部に配置される可動式重り１５２からなる。２つのバランス調整部１５０は、第１主軸４４との距離が同じである。第３回転体１５１は、その周縁にギア部を有しており、いくつかのギアを介して主軸ギア４５に係合している。

なお、第１主軸４４には遠心力方向切替部４０が設けられているが、図１と同様、図９においては図示を省略している。

バランス調整部１５０の第３回転体１５１は、いくつかのギアを介して主軸ギア４５に係合しているので、上下動軸４２が上方にある「遠心力方向切替モード」において、制御部により回転駆動装置を作動させ、第１主軸４４を回転させることにより、これに連動して第３回転体１５１を自転させることができる。

従って、本実施形態の遠心力印加装置４によれば、例えば次のような場合に、第２回転体２０ａ，２０ｂの載置部に載置されるマイクロチップの重量に応じて可動式重り１５２の位置調整を行うことで、簡便に、好ましくは自動で、第１回転体１０の回転時（遠心力印加モード）における第１回転体１０の重心調整を行うことができ、第１回転体１０の偏心を防止することができる。

（ａ）第２回転体２０ａの載置部にマイクロチップＡを載置し、第２回転体２０ｂの載置部にマイクロチップＡとは異なるタイプの（従って重さの異なる）マイクロチップＢを載置して、マイクロチップＡ及びＢの双方に対して流体処理を施して検査又は分析を行う場合。このような場合には、図９に示すように可動式重り１５２の位置を、第１主軸４４と第３回転体１５１の第３主軸とを通る線上からずらすことによって（例えばマイクロチップＡの方が重い場合には第２回転体２０ｂ側へずらす）、第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整した後に流体処理を行う。

（ｂ）第２回転体２０ａの載置部にマイクロチップＡを載置し、第２回転体２０ｂの載置部にはマイクロチップを載置せずにマイクロチップＡに対して流体処理を施して検査又は分析を行った後、第２回転体２０ａの載置部にはマイクロチップを載置せず第２回転体２０ｂの載置部にマイクロチップＡとは異なるタイプの（従って重さの異なる）マイクロチップＢを載置してマイクロチップＢに対して流体処理を施して検査又は分析を行う場合。この場合、図９に示すように可動式重り１５２の位置を、第１主軸４４と第３回転体１５１の第３主軸とを通る線上から第２回転体２０ｂ側へずらすことによって、第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整した後にマイクロチップＡに対して流体処理を施し、次いで、可動式重り１５２の位置を、上記線上から第２回転体２０ａ側へずらすことによって、第１回転体１０の重心が第１主軸４４上に位置するように調整した後にマイクロチップＢに対して流体処理を施す。

（マイクロチップ）
載置部に載置されるマイクロチップは従来公知のマイクロチップであることができ、例えば、各種化学合成、検査又は分析等を、それが内部に有する流体回路（内部に形成された空間）を用いて行うマイクロチップであることができる。かかるマイクロチップにおいては、流体回路内の液体（検体、検体中の特定成分、液体試薬等の試薬、及び、これらのうちの２種以上の混合物など）を所定方向の遠心力の印加により流体回路内の所定の位置（部位）に移動させることにより、該液体に対して適切な流体処理を行う。このために流体回路は、適切な位置に配置された種々の部位（室）を備えており、これらの部位は微細な流路を介して適切に接続されている。

流体回路が有する上記部位（室）としては、検査又は分析などの対象となる検体と混合（又は反応）させるための液体試薬を収容する試薬保持部；流体回路内に導入された検体から特定成分を取り出すための分離部；検体（検体中の特定成分である場合を含む。以下同じ。）を計量するための検体計量部；液体試薬を計量するための試薬計量部；検体と液体試薬とを混合するための混合部；得られた混合液についての検査又は分析（例えば、混合液中の特定成分の検出又は定量）を行うための検出部；廃液（例えば、計量時に検体計量部や試薬計量部からオーバーフローした検体や液体試薬）を収容する廃液溜め部；その他、特定の液体を一時的に収容しておくための収容部などを挙げることができる。

マイクロチップは通常、その一方の表面に、試薬保持部内に液体試薬を注入するための、試薬保持部まで貫通する貫通口である試薬注入口を有する。試薬注入口は、液体試薬が注入された後、例えば封止用ラベル（シール）などの封止層をマイクロチップ表面に貼着することにより封止される。また、マイクロチップは、その表面に、検査又は分析などの対象となる検体を注入するための、流体回路まで貫通する（流体回路に接続される）貫通口である検体注入口を有する。

検出部に導入された混合液を検査又は分析するための方法は特に制限されず、例えば、混合液を収容する検出部に光を照射して透過する光の強度（透過率）を検出する方法、検出部に保持された混合液についての吸収スペクトルを測定する方法等の光学測定を挙げることができる。本発明の遠心力印加装置は、このような光学測定を行うための光照射手段及び検出部を透過した光の検出等を行うための光検出手段を含むことができる。

マイクロチップは、上述の例示された部位（室）のすべてを有していてもよく、いずれか１以上を有していなくてもよい。また、これら例示された部位以外の部位を有していてもよい。各部位の数についても特に制限はなく、１又は２以上であることができる。

検体からの特定成分の抽出（不要成分の分離）、検体及び液体試薬の計量、検体と液体試薬との混合、得られた混合液の検出部への導入などのような流体回路内における種々の流体処理は、マイクロチップを遠心力印加装置の載置部に載置し、マイクロチップに対して適切な方向の遠心力を順次印加して、対象の液体を所定位置に配置された所定の部位に順次移動させることにより行うことができる。例えば、計量部による検体及び液体試薬の計量はそれぞれ、所定の容量（計量すべき量と同じ量）を有する検体計量部又は試薬計量部へ、遠心力の印加により計量されるべき検体又は液体試薬を導入し、過剰分の検体又は液体試薬を検体計量部又は試薬計量部からオーバーフローさせることにより実施することができる。オーバーフローした検体又は液体試薬は、流路を介して検体計量部又は試薬計量部に接続された廃液溜め部に収容させることができる。

マイクロチップは、第１の基板と、該第１の基板上に積層、貼合された第２の基板とから構成することができ、より具体的には、第１の基板上に、表面に溝を備える第２の基板を、当該第２の基板の溝形成側表面が第１の基板に対向するように貼り合わせて構成することができる。かかる２枚の基板からなるマイクロチップは、第２の基板表面に設けられた溝と第１の基板における第２の基板に対向する側の表面とから構成される内部空間からなる流体回路を備える。

またマイクロチップは、第１の基板と、基板の両表面に設けられた溝を備える第２の基板と、第３の基板とをこの順で積層、貼合したものであってもよい。かかる３枚の基板からなるマイクロチップは、第１の基板における第２の基板に対向する側の表面及び第２の基板における第１の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される内部空間からなる第１の流体回路と、第３の基板における第２の基板に対向する側の表面及び第２の基板における第３の基板に対向する側の表面に設けられた溝から構成される内部空間からなる第２の流体回路と、の２層の流体回路を備える。「２層」とは、マイクロチップの厚み方向に関して異なる２つの位置に流体回路が設けられていることを意味する。かかる２層の流体回路は、第２の基板を厚み方向に貫通する１又は２以上の貫通穴によって接続することができる。

基板同士を貼り合わせる方法は特に限定されず、例えば、貼り合わせる基板のうち、少なくとも一方の基板の貼合面を融解させて溶着する方法（溶着法）、接着剤を用いて接着する方法などを挙げることができる。溶着法としては、基板を加熱して溶着する方法；レーザー等の光を照射して、光吸収時に発生する熱により溶着する方法（レーザー溶着）；超音波を用いて溶着する方法などを挙げることができる。なかでもレーザー溶着法が好ましく用いられる。

マイクロチップの大きさは特に限定されず、例えば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ〜１ｃｍ程度とすることができる。

マイクロチップを構成する上記各基板の材質は特に制限されず、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリブタジエン樹脂（ＰＢＤ）、生分解性ポリマー（ＢＰ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）などの熱可塑性樹脂を用いることができる。

マイクロチップが第１の基板と、基板表面に溝を備える第２の基板とから構成される場合、検出光を利用する光学測定のための検出部を構築するために、第２の基板は透明基板とすることが好ましい。第１の基板は、透明基板であっても不透明基板であってもよいが、レーザー溶着を行う場合には、光吸収率を増大できることから、不透明基板とすることが好ましく、基板を上記熱可塑性樹脂から構成し、該熱可塑性樹脂中にカーボンブラック等の黒色顔料を添加することにより黒色基板とすることがより好ましい。

マイクロチップが第１の基板と、基板の両表面に溝を備える第２の基板と、第３の基板とから構成される場合、レーザー溶着の効率性の観点から、第２の基板を不透明基板とすることが好ましく、黒色基板とすることがより好ましい。一方、第１及び第３の基板は、検出光を利用する光学測定のための検出部を構築するために、透明基板とすることが好ましい。第１及び第３の基板を透明基板とすると、第２の基板に設けられた貫通穴と、透明な第１及び第３の基板とから光学測定のための検出部を形成でき、マイクロチップ表面と略垂直な方向から検出部に検出光を照射して、透過する光の強度（透過率）を検出するなどの光学測定を行うことが可能となる。

第２の基板表面に、流体回路を構成する溝（パターン溝）を形成する方法としては、特に制限されず、転写構造を有する金型を用いた射出成形法、インプリント法、切削加工法などを挙げることができる。第２の基板表面に形成される溝の形状及びパターンは、内部空間の構造が、所望される適切な流体回路構造となるように決定される。なお、第２の基板以外の基板（第１及び／又は第３の基板）にも、流体回路を構成する溝、外側表面に形成される溝や凹部、又は貫通穴などを適宜設けることができる。

１，２，３，４ 遠心力印加装置、１０ 第１回転体、２０ａ，２０ｂ 第２回転体、２１ 第２主軸、３０，９０，１００，１５０ バランス調整部、３１，９１，１０１，１５２，２００，３００ 可動式重り、３２，９２，２０１，３０１ 支持体、３３ レール、４０ 遠心力方向切替部、４１ すべり軸受け、４２ 上下動軸、４３ 偏心カム、４４ 第１主軸、４５ 主軸ギア、４６ 上係合ピン、４７ 下係合ピン、４８ 主軸連結ピン、４９，２０２ バネ、５０ 上係合ピン溝、５１ 下係合ピン溝、５２ 回転規制溝、６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１，８２，８３，８４，８５ ギア、９３，２０３ ストッパー、９４ ガイド、１０２ ベルト、１０３ 固定ピン、１５１ 第３回転体。

Claims (3)

1. 回転駆動装置と、
   前記回転駆動装置の回転により回転可能な第１主軸と、
   前記第１主軸に固定され、前記第１主軸を中心に回転自在な第１回転体と、
   前記第１回転体上に配置され、マイクロチップを載置するための載置部を有する回転体であって、前記第１回転体に固定された第２主軸を中心に回転自在な第２回転体を２以上と、
   可動式重りを含み、前記可動式重りの位置調整により、前記第１回転体の回転時における前記第１回転体の重心が前記第１主軸上に位置するように調整するためのバランス調整部と、
   を含み、
   前記バランス調整部は、前記第２回転体の載置部のうち、いずれの１又は２以上の載置部にマイクロチップが載置されるかに応じて、前記可動式重りの位置調整を行い、
   前記第２回転体の載置部のそれぞれについて、マイクロチップが載置されているか否かを検知するための検知部と、
   前記検知部の検知結果に応じて、前記バランス調整部による前記可動式重りの位置調整を制御するための制御部と、
   をさらに含む遠心力印加装置。
2. 回転駆動装置と、
   前記回転駆動装置の回転により回転可能な第１主軸と、
   前記第１主軸に固定され、前記第１主軸を中心に回転自在な第１回転体と、
   前記第１回転体上に配置され、マイクロチップを載置するための載置部を有する回転体であって、前記第１回転体に固定された第２主軸を中心に回転自在な第２回転体を２以上と、
   可動式重りを含み、前記可動式重りの位置調整により、前記第１回転体の回転時における前記第１回転体の重心が前記第１主軸上に位置するように調整するためのバランス調整部と、
   を含み、
   前記バランス調整部は、前記第２回転体の載置部に載置されるマイクロチップの重量に応じて、前記可動式重りの位置調整を行い、
   前記第２回転体の載置部のそれぞれについて、マイクロチップが載置されているか否かを検知するための検知部と、
   前記検知部の検知結果に応じて、前記バランス調整部による前記可動式重りの位置調整を制御するための制御部と、
   をさらに含む遠心力印加装置。
3. 前記可動式重りの位置調整が前記可動式重りの位置移動を伴う場合において、
   前記可動式重りの位置移動は、前記第１回転体の回転により前記可動式重りに印加される遠心力によってなされる請求項１または２に記載の遠心力印加装置。

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