JP6359348B2 - センサチップ及びセンサチップへの液体供給方法 - Google Patents
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Description
この実施形態の光学センサチップ10の構成について図1及び図2を参照して説明する。図1及び図2は、この実施形態の光学センサチップ10の一例を示す斜視図である。図1は、光学センサチップ10を斜め上方向から見た図である。図1において、破線で示す部分は、光学センサチップ10の内部の構成を示している。図2は、光学センサチップ10を斜め下方からみた図である。また、図においてx方向を光学センサチップ10の短手方向、y方向を光学センサチップ10の長手方向、z方向を上下方向とする。
図1及び図2に示すように、光学センサチップ10は、光センサ部1と、筐体部2とを含んで構成される。光学センサチップ10は、光センサ部1の上方に空隙部8である空間が画成されるように、光センサ部1と一体的に構成される。筐体部2は、上面2aと底面2bとを含む略直方体形状に形成される。光センサ部1は、上面1aと底面1bとを含む平板形状に形成される。底面1bと、底面2bとは、例えば、両者が同一平面上となるように構成されており、底面1bと底面2bとで光学センサチップ10の底面10bが構成される。底面1bは、例えば、底面2bに設けられた開口を塞ぐようにして設けられる。このとき、光学センサチップ10において底面10bは、底面1bと、その周囲を囲む底面2bとを含んで構成される。つまり、光センサ部1は、光学センサチップ10において底面10bの少なくとも一部を構成する。光センサ部1は透光性を備えた透明基板を含む。また、底面1bは、底面2bと平行であれば、必ずしも、底面2bと同一平面上となるように設けられる必要はない。底面1bは、例えば、底面2bよりも僅かに上方、又は僅かに下方に設けられてもよい。例えば、底面1bが底面2bよりもわずかでも奥まっていれば、光学センサチップ10を載置したときに底面2bが載置面に接した状態でも、底面1bは載置面から離間し、この載置面とは接触しない。そのため、底面1bが載置面との接触により汚れたり、傷ついたりすることを少なくすることができる。
光センサ部1においては、底面1bを介して、外部から光センサ部1の内部へ光が入射され、光センサ部1の内部から外部へ光が出射される。光センサ部1は、例えば、略直方体に形成される。光センサ部1は、底面1bが、光学センサチップ10の底面10bと同一平面上と成るように設けられる。光センサ部1が略直方体に形成される場合、例えば、その長手方向が、光学センサチップ10の長手方向と平行であるように設けられる。同様に、その短手方向が、光学センサチップ10の短手方向と平行であるように設けられる。ただし、このような構成にかぎらず、光センサ部1の長手方向が光学センサチップ10の短手方向と平行に、光センサ部1の短手方向が光学センサチップ10の長手方向と平行に設けられてもよい。
筐体部2を構成する材料は、どのようなものであってもよいが、耐光性、絶縁性、防湿性等を備えた材料で構成することができる。筐体部2を構成する材料としては、例えば、形成が容易なアクリル等の各種の樹脂材料を用いることができる。
筐体部2は、光センサ部1と組み合わされることで、空隙部8を形成する。空隙部8は、上面1aと、この面と対向する筐体部2の面2cとで挟まれることで画成された閉空間である。筐体部2は、空隙部8を画成する面のうち側面を構成することもできる。筐体部2は、例えば、光センサ部1の側部に密着して形成されることで、空隙部8に収容された試料溶液を封止することができる。空隙部8は、筐体部2が光センサ部1の上面1aの縁部を覆うことで形成されてもよい。閉空間である空隙部8には、外部と連通させる貫通孔4bが接続されることで、外部から液体を供給することができる。
凹部5は、筐体部2の上面2aに形成された開空間である。凹部5は、底面5bと、側面5cとによって形成される。これにより第1凹面5aは、全体として、上面2aから所定の深さを有する井戸型形状に形成される。底面5bは、光学センサチップ10に液体が供給される場合に、その液体が上方から滴下される。底面5bは、例えば、水平方向(xy方向)に平行な水平面によって構成される。底面5bの形状は、例えば、円形状とすることができる。その理由は、底面5bに液体が滴下され、貯留される際に、表面張力によって液滴が球形に成長するからである。この場合、底面5bは、液体が付着濡れをするように構成される。この構成は、例えば、実験的に求めることができる。また、側面5cは、例えば、上方に延びる形状に形成される。これにより、凹部5は、略円柱形状に形成される。また、底面5bの中心(例えば、底面5bの外周のうち、縁部5e以外の部分の曲率中心)に、図示しない窪み部を設けてもよい。この窪み部によって、底面5bが貯留可能な液体の量を増加させることができる。また、底面5bの中心を、液体滴下位置とすることで、この窪み部を底面5bに液体を滴下する際の目印とすることもできる。なお、上面10aには、上面2aと底面5bとが含まれる。
連通部3は、上面2aにおいて、凹部5に隣接して形成された空間である。連通部3の側面の一部は凹部5の側部の一部と接している。この接した側部は、上面2aにおいて側部開口5dとして形成されている。また、連通部3は、その底部が導入路4と連通している。この場合、連通部3の底部全体に、上部開口4aが形成されている。これにより、連通部3は、側面3cに囲まれる開空間を形成する。これらのことにより、連通部3は、側面3cにより、上部、下部、凹部5に隣接する側部が開口する開空間として画成される。上部開口4aが円形状である場合、連通部3は、凹部5と同じ高さで略円柱形状に形成される。また、底面5bが円形状である場合、側部開口5dは、凹部5に対応する円柱空間と、連通部3に対応する円柱空間とが重なりあった領域に形成される。
導入路4は、上部開口4aと下部開口4cとを、貫通経路である貫通孔4bで連通させることで形成される経路(流路)である。上部開口4a、下部開口4cは、例えば、円形状に形成される。これにより、導入路4は、流れの損失の少ない円管路を形成する。また、上部開口4aの中心と下部開口4cの中心とを結んだ線分は上下方向(z方向)と平行である。また、図4に示すように、上部開口4aの開口面積は、下部開口4cの開口面積よりも小さい。すなわち貫通孔4bは、上部開口4aから貫通孔4bの上部を構成するテーパー部4dにより、下部開口4cの大きさまで狭くなる。このテーパー部4dによって、貫通孔4b内に残る余分な液体を低減することができる。
空気排出路7は、上面2aに設けられた上部開口7aと、面2cに設けられた下部開口7cを、貫通孔7bで連通させることで形成された経路(流路)である。上部開口7a、下部開口7cは、例えば、円形状に形成される。これにより、空気排出路7は、流れの損失の少ない円管路を形成する。また、上部開口7aの中心と下部開口7cの中心とを結んだ線分は上下方向(z方向)と平行である。また、上部開口7aの面積と、下部開口7cの面積とを等しくすることができる。これにより、貫通孔7bは、上下方向に伸びる直管形状に形成することができる。また、上部開口7aの面積は、例えば、導入路4を形成する下部開口4cの面積と等しくすることができる。
前述したように、凹部5と、連通部3とが互いに接して形成され、連通部3と導入路4とが互いに接して形成されている。これにより、これら空間は、連続した空間を形成している。
次に、光学センサチップ10に液体を供給する動作について図参照して説明する。光学センサチップ10は図1〜図4に示したものを用いる。図6〜図11は、光学センサチップ10に液体を供給する動作を示した図である。図6〜図8、図10、及び図11は、図4に示した光学センサチップ10において液体が供給される動作を示す。図9は、図3に示した光学センサチップ10において液体が供給される動作を示す。この動作説明においては、図3及び図4において示したものを適宜用いる。図中斜線部は、貯留液21を明確に示すものであって断面を示すものではない。
図12は、第1の変形例の光学センサチップ10Aを示す上面図である。図13は、第1の変形例である光学センサチップ10Aを示す断面図である。図13は、図12に示したB−B’線に沿った垂直断面図である。
図14は、第2の変形例の光学センサチップ10Bを示す断面図である。図14に示すように、この光学センサチップ10Bは、図1〜4に示した光学センサチップ10において、貫通孔4bを上下方向に延びる直管形状としたものである。つまり、貫通孔4bがテーパー部4dを含まない。この変形例においては、図1〜4に示した光学センサチップ10において、下部開口4cの大きさを、上部開口4aと大きさとしたものである。そのため、連通部3は、側面3cと、底面3bとを含んで画成される。上部開口4aは、底面3bの中央に設けられる。変形例1及び2において、上部開口4a及び下部開口4cの大きさは、上述した、第1の貯留、及び第2の貯留をするための条件を勘案して適宜設定することができる。この光学センサチップ10Bの、上記以外の構成は光学センサチップ10と同様である。
図15は、第3の変形例の光学センサチップ10Cを示す断面図である。図15に示すように、この光学センサチップ10Cは、図1〜4に示した光学センサチップ10において、貫通孔4bを構成するテーパー部4dを凹部4fとして構成したものである。凹部4fは、底面4hと側面4gとを含んで画成される空間である。例えば、凹部4fの上部は、連通部3の底部と同一形状に形成される。底面4hは、例えば、水平面で形成される。側面4gは、例えば、鉛直面であって、側面3cに沿って形成される。側面4gの高さは適宜設定される。凹部4fの形状、深さ等は、上述した、第1の貯留及び第2の貯留をするための条件を勘案して適宜設定することができる。この設定に基づいて、底面4h及び側面4gが形成される。この光学センサチップ10Cの、上記以外の構成は光学センサチップ10と同様である。
図16は、第4の変形例の光学センサチップ10Dを示す断面図である。図16に示すように、この光学センサチップ10Dは、図1〜4、及び図12〜15に示した光学センサチップにおいて、貯留面である底面5bを傾斜させて構成したものである。底面5bは、空隙部8の長手方向に傾斜している。つまり、凹部5から導入路4に、貯留液(液体)が流れこむ方向に傾斜している。この傾斜方向は、この方向に限定されるものではない。また、この傾斜の角度は、上述した、第1の貯留及び第2の貯留をするための条件を勘案して適宜設定することができる。これにより、底面5bの傾きによって、液体が上部開口4aに流入されるまでに、凹部5で貯留される液量を制御することが出来る。また、凹部5に残る余分な貯留液21を低減することができる。この光学センサチップ10Cの、上記以外の構成は光学センサチップ10、及び10A〜Cと同様に構成することができる。
図17は、第5の変形例の光学センサチップ10Eを示す上面図である。図17に示すように、この光学センサチップ10Eは、図1〜4、及び図12〜15に示した光学センサチップにおいて、導入路4及び空気排出路7が画成される位置を任意に設定したものである。つまり、底面5bのx方向(空隙部8の短手方向)における中心軸と、上部開口4aの中心と上部開口7aの中心とを結ぶ線分とが、同一直線上である形態以外の形態を示す。
この実施形態の光学センサチップによれば、液体を内部に導入するための上部開口4aに隣接する位置に液体を所定量貯留する凹部を設け、この凹部に対し滴下されることで貯留された液体を上部開口4aに一度に供給するようにした。これにより、貯留された液体が、上部開口4aに溢れ出すことをきっかけとして、この液体が検出空間である空隙部8内に一度に供給される。これにより、貯留面である底面5bに液滴を滴下するという簡易な操作でセンサ部である空隙部8に液体を一度に導入することができる。また、貯留した後に、センサ部である空隙部8に液体を一度に導入するので、液滴が滴下される時間間隔に拠ることない。このため、液滴毎に濃度が異なる場合においても、空隙部8に導入される液体に濃度分布が生じにくくすることができる。また、空隙部8に液体が一度に導入されるので、測定開始点を測定毎に一定にすることが可能となる。
[光学センサチップ]
この実施形態の光学センサチップは、第1実施形態の光学センサチップにおいて、第2凹面3aを第1凹面5aと離間して形成し、第2凹面3aと第1凹面5aとを接続する連通路をさらに設けたて構成されたものである。第1凹面5aの底面と連通路の底面と第2凹面3aの底面とは、連続な面で形成されている。第2凹面3aは、その底面に貫通孔が設けられる。
この実施形態の光学センサチップによれば、第1実施形態の光学センサチップと同様な作用、効果を奏することができる。
この実施形態の光学センサチップは、第1実施形態の光学センサチップにおいて、第1凹面5aの底面に貫通孔が設けて構成されることで、第2凹面を形成せずに構成したものである。
この実施形態の光学センサチップによれば、第1実施形態の光学センサチップと同様な作用、効果を奏することができる。
この実施形態の光学センサチップは、第1実施形態の光学センサチップにおいて、上面2aを第1凹面5a及び第2凹面3aの底面とした。さらに、第1凹面5a及び第2凹面3aの側面を、上面2aに設けられた凸部によって形成したものである。これにより、上面2aに凸部を形成することで、第1凹面5a及び第2凹面3aが形成される。
この実施形態の光学センサチップによれば、第1〜第3実施形態の光学センサチップと同様な作用、効果を奏することができる。
この実施形態の光学センサチップは、第1〜4実施形態の光学センサチップにおいて、空気排出路7を画成する貫通孔7bを複数形成して構成されたものである。
この実施形態の光学センサチップによれば、第1〜第4実施形態の光学センサチップに空気排出路7を画成する貫通孔7bを複数形成して構成した。そのため、第1〜第4実施形態の光学センサチップと同様な作用、効果を奏することができる。さらに、空隙部8の角部近傍の位置に空気を排出するための貫通孔7bを少なくとも2つ設けたので、検査空間である空隙部8の角部付近に気泡が残存するリスクを更に低減することができる。また、空隙部8の角部近傍の位置にそれぞれ空気を排出するための貫通孔7bを設け、空隙部8の中心位置に、液体を内部に導入するための貫通孔4bを設けた。そのため、液体を導入するための貫通孔4bからそれぞれの空気を排出するための貫通孔7bまでの距離が等しくなるため、液体を空隙部により速やかに行き渡らせることができる。
この実施形態の光学センサチップは、第1〜5実施形態の光学センサチップにおいて、上面2aのうち、第1凹部及び第2凹部以外の領域に、溝部が形成されて構成されたものである。この溝部は、空気を排出するための貫通孔7bへ液体の進入を防止するために形成される。
この実施形態の光学センサチップによれば、第1〜第4実施形態の光学センサチップに空気排出路7を画成する貫通孔7bを複数形成して構成した。そのため、第1〜第4実施形態の光学センサチップと同様な作用、効果を奏することができる。さらに、上面2aのうち、第1凹部及び第2凹部以外の領域に、溝部を形成して構成したので、例えば、底面5bに液体を滴下する場合に、底面5b以外の位置に滴下された液体が、上面2aを流れることで貫通孔7bに到達する前に、溝部15によって捕捉することができる。また、凹部5から液体が溢れた場合、その液体が上面2aを流れることで貫通孔7bに到達する前に、溝部15によって捕捉することができる。
1a 上面
1b 底面
2 筐体部
2a 上面
2b 底面
2c 面
2d 側面
3 連通部
3a 第2凹面
3b 底面
3c 側面
4 導入路
4a 上部開口
4b 貫通孔
4c 下部開口
4d テーパー部
4e 直管部
4f 凹部
4g 側面
4h 底面
5 凹部
5a 第1凹面
5b 底面
5c 側面
5d 側部開口
5e 縁部
7 空気排出路
7a 上部開口
7b 貫通孔
7c 下部開口
8 空隙部
10,10A〜E 光学センサチップ
10a 上面
10b 底面
11 連通空間
11b 底面
11c 側面
12 凸部
12a 内周面
15 溝部
20 液滴
21 貯留液
21a 液面
30 ピペット
Claims (10)
- 上面及び少なくとも一部が信号透過性を有する底面を有し、上面と底面との間に空間が画成された筐体を備えたセンサチップであって
前記上面において、前記空間へ通じるように形成された貫通経路と、
前記上面の少なくとも一部を構成し、前記貫通経路の上端から水平方向に又は上方に傾斜して拡がり、前記貫通経路を通じて前記空間に供給される液体を貯留するための貯留面と、
前記貯留面の縁部に形成された側部と、
を備え、
前記貯留面の中心と、前記貫通経路の前記上端の開口の中心とは所定距離離れているセンサチップ。 - 前記側部は、前記貫通経路の前記上端の開口と、前記貯留面とを含む領域を囲んで形成され、前記側部で囲まれることにより単一空間が画成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のセンサチップ。 - 前記側部は、前記上面において、前記貫通経路の前記上端の開口を中心とし、前記開口の上方に設けられる上部空間を区画する第1の側部と、前記貯留面の上部空間を区画する第2の側部とからなり、
前記第1の側部により区画される空間と、前記第2の側部により区画される空間とは、所定距離離れて連結されることで前記単一空間を画成する、
ことを特徴とする請求項2に記載のセンサチップ。 - 前記液体が前記貯留面に滴下され、前記滴下された液体を前記貯留面において所定量貯留した後、前記貯留した液体を前記貫通経路に導入する、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のセンサチップ。 - 前記側部は、前記貫通経路の前記上端の開口の縁部に設けられた部分と、前記貯留面の縁部に設けられた部分とを含む連続面である、
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のセンサチップ。 - 前記貫通経路の前記上端の開口面積は、前記貫通経路の下端の開口面積よりも大きい、 ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載のセンサチップ。
- 前記貫通経路は、前記貫通経路の前記上端の開口から前記下端の開口に向かって、断面積が減少する漏斗状の経路を含む、
ことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のセンサチップ。 - 前記貯留面は、前記筐体の上面に形成された凹部の底面である、
ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のセンサチップ。 - 前記信号透過性を備えた前記底面は、透光性を備えた透明基板により構成される、
ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のセンサチップ。 - 上面及び少なくとも一部が信号透過性を有する底面を有し、上面と底面との間に空間が画成された筐体を備え、さらに前記上面において前記空間へ通じるように形成された貫通経路と、前記上面の少なくとも一部を構成し、前記貫通経路の上端から水平方向に又は上方に傾斜して拡がり、前記貫通経路を通じて前記空間に供給される液体を貯留するための貯留面と、前記貯留面の縁部に形成された側部とを備え、前記貯留面の中心と、前記貫通経路の前記上端の開口の中心とは所定距離離れているセンサチップにおける液体供給方法であって、
前記貯留面に液体を複数滴下することで、前記貯留面に前記液体を貯留させる第1の貯留工程と、前記貯留面において貯留された前記液体を前記上端から流入させることで、前記貯留した前記液体が、前記貯留面から前記貫通経路に亘って、前記貫通経路の前記上端を塞ぐように貯留される第2の貯留工程と、
を含む、
センサチップへの液体供給方法。
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