JP6533603B2 - Laser beam irradiation method - Google Patents

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Description

本発明は,内部に設けられた複数のチャンネルに存在する蛍光物質を高感度に蛍光検出するためのマイクロチップ及びその製造方法,そのマイクロチップを用いて試料を分析するマルチチャンネル蛍光検出装置に関する。   The present invention relates to a microchip for highly sensitively detecting fluorescent substances present in a plurality of channels provided in the interior, a method of manufacturing the same, and a multichannel fluorescence detection apparatus for analyzing a sample using the microchip.

マイクロメートルサイズの流路や反応槽であるチャンネルをチップ上に構成し,生体物質等の試料の分析を行うマイクロチップの研究開発がこの20年間精力的に行われ,その実用化が進みつつある。マイクロチップは,透明なガラスや樹脂を部材とする場合が多く,サイズは数mmから数十cmまでと様々であり,厚さは上記サイズよりも小さい。マイクロチップによって,微量の試料を,短時間で,その場で簡便に分析することが可能である。既に実用化されているマイクロチップの例としては,PCR,リアルタイムPCR,デジタルPCR,電気泳動分析,免疫分析(イムノアッセイ),フローサイトメータ(セルソータ),単一細胞解析,マイクロリアクタ,等々がある。試料の導入,抽出,試薬との混合,反応を含めた分析の工程を集積したマイクロチップは,マイクロTAS(Total Analysis System)あるいはLab on a Chipと呼ばれ,実用化に向けた種々の課題を解決する研究開発が引き続き盛んに行われている。マイクロチップの計測手段としては,チャンネル内部に存在する物質を非接触に計測できる光計測が用いられる場合が多い。例えば,チャンネル中で生体物質に蛍光体を標識し,未標識の蛍光体を除去した後に,レーザビームを照射して発光した蛍光を計測する。あるいは,生体物質を光学顕微鏡で観察し,その形状や数を計測する,等である。   Research and development of microchips, which constitute channels of micrometre size channels and reaction vessels on the chip and analyze samples such as biological substances, have been vigorously carried out for the past 20 years, and their commercialization is in progress . The microchip is often made of transparent glass or resin as a member, and the size varies from several mm to several tens cm, and the thickness is smaller than the above size. With a microchip, it is possible to conveniently analyze a small amount of sample in a short time on the spot. Examples of microchips that have already been put to practical use include PCR, real-time PCR, digital PCR, electrophoresis analysis, immunoassay (immunoassay), flow cytometer (cell sorter), single cell analysis, microreactor, and so on. A microchip that integrates the steps of sample introduction, extraction, mixing with reagents, and analysis, including reactions, is called a micro TAS (Total Analysis System) or Lab on a Chip, and has various problems for practical use. R & D to be solved continues to be popular. As a measuring means of a microchip, optical measurement which can measure the substance which exists in the inside of a channel non-contact in many cases is used. For example, after labeling a fluorescent substance on a biological substance in a channel and removing an unlabeled fluorescent substance, the emitted fluorescence is measured by irradiating a laser beam. Alternatively, the biological material is observed with an optical microscope, and the shape and number thereof are measured, etc.

樹脂製のマイクロチップは,射出成形やナノインプリント等の加工技術により製造可能であり,低コストで量産可能であるため,使い捨ても可能である。このような使い捨て可能なマイクロチップは,医療診断や食品検査など,分析すべき試料以外のコンタミネーションを避けることが強く求められる分野で特に重要である。また,多数のチャンネルを単一のチップに構成し,これらを並列計測することは,一つの試料について多項目を並列分析する場合,あるいは複数種の試料を並列計測する場合,また,これらによって計測のスループットを向上させ,一つの分析あたりの分析コストを低減させる上で重要である。あるいは,単一のチャンネルの複数箇所を並列計測することによって,反応や分離の時系列変化を解析することが可能になる。   Resin-made microchips can be manufactured by processing techniques such as injection molding and nanoimprinting, and can be mass-produced at low cost, so they can be disposable. Such disposable microchips are particularly important in fields such as medical diagnostics and food testing where it is strongly required to avoid contamination other than the sample to be analyzed. Also, configuring a large number of channels on a single chip and measuring them in parallel is used to analyze multiple items of one sample in parallel, or to measure multiple samples in parallel, and measure them using these. It is important to improve the throughput of and reduce the analysis cost per analysis. Alternatively, by measuring multiple points of a single channel in parallel, it is possible to analyze time-series changes in reaction and separation.

ここで,マイクロチップに設けられた複数チャンネルを如何に効率良くレーザ照射蛍光検出を行うかが大きな課題であり,従来法は以下の(1)〜(5)に分類される。いずれの方法も,複数のチャンネルのレーザ照射部はチップ内の同一平面上に平行に配列している。以降,この平面を配列平面と呼ぶ。単一のチャンネルの複数箇所を並列計測する場合は,チャンネルを複数回折り返すことによって,チャンネルの計測したい箇所が,チップ内の同一平面上に平行に配列している。   Here, how to efficiently perform laser irradiation fluorescence detection on a plurality of channels provided in a microchip is a major problem, and the conventional method is classified into the following (1) to (5). In either method, laser irradiation parts of a plurality of channels are arranged in parallel on the same plane in the chip. Hereinafter, this plane is called an array plane. When multiple points of a single channel are measured in parallel, the points to be measured of the channels are arranged in parallel on the same plane in the chip by turning back the channels multiple times.

(1)ビーム拡大方式:複数チャンネルを跨るようにレーザビームを拡大して同時照射し,複数チャンネルからの蛍光を同時検出
レーザビームをライン状に拡大して複数のチャンネルを同時照射している場合と,レーザビームを円状に拡大して複数のチャンネルを同時照射している場合がある。レーザビームを単一のチャンネルに絞って照射する場合と比較すると,N本のチャンネルを同時照射する場合,レーザビーム強度密度は,ライン状に拡大すると(1/N)以下に,円状に拡大すると(1/N2)以下に減少する。このため,各チャンネルの蛍光検出感度が低下する。ビーム拡大方式の一形態として,レーザビームを複数本に分割し,それぞれを各チャンネルに照射する場合も考えられ,上記と同様の課題を有する。
(1) Beam expanding method: A laser beam is expanded and irradiated simultaneously so as to straddle multiple channels, and fluorescence from multiple channels is simultaneously detected. When a laser beam is expanded in a line shape and plural channels are irradiated simultaneously. In some cases, the laser beam is expanded in a circle to simultaneously irradiate a plurality of channels. Compared with the case where the laser beam is focused to a single channel and irradiated, when the N channels are simultaneously irradiated, the laser beam intensity density is expanded in a circle like (1 / N) or less when expanded in a line shape Then it decreases to (1 / N 2 ) or less. Therefore, the fluorescence detection sensitivity of each channel is reduced. As one form of the beam expansion method, the case where the laser beam is divided into a plurality of beams and each of them is irradiated to each channel can be considered, and has the same problem as described above.

(2)スキャン方式:単一チャンネルにレーザビームを絞って照射し,同チャンネルからの蛍光を検出する系を,複数のチャンネルに対してスキャン
レーザビームを単一のチャンネルに絞って照射してスキャンしない場合と比較すると,N本のチャンネルをスキャンによりシリアルに照射する場合,レーザビーム強度の実効密度は(1/N)以下に減少し,各チャンネルの蛍光検出感度が低下する。また,各チャンネルの時間分解能も(1/N)以下となり,計測上で不利になることがある。さらに,スキャン機構が必要となるため,装置が大型化,高コスト化し,故障が多くなる欠点もある。
(2) Scanning method: A system for detecting the fluorescence from the same channel by irradiating a single channel with a laser beam is narrowed and irradiated to a plurality of channels by irradiating the laser beam to a single channel for scanning When the N channels are serially irradiated by scanning, the effective density of the laser beam intensity is reduced to (1 / N) or less, and the fluorescence detection sensitivity of each channel is reduced, as compared with the case where no light is detected. In addition, the time resolution of each channel is also less than (1 / N), which may be disadvantageous in measurement. Furthermore, since the scanning mechanism is required, the size of the apparatus is increased, the cost is increased, and the number of failures is increased.

(3)独立照射検出系方式:単一チャンネルにレーザビームを絞って照射し,同チャンネルからの蛍光を検出する系を,複数のチャンネルに対して同数設置
各チャンネル毎に,最適なレーザや検出器を用いることができれば,いずれのチャンネルにおいても高い蛍光検出感度を得ることができるが,その場合は装置のコストが非常に高くなる。一方,同一チップ上にレイアウトできる複数のチャンネルは互いに近接せざるを得ないため,チャンネル毎に高感度なレーザ照射蛍光検出系を設けることは物理的に困難である。したがって,比較的感度が高くない,小型で低コストなレーザ照射蛍光検出系を採用する必要がある。
(3) Independent irradiation detection system method: A system for detecting fluorescence from the same channel by narrowing and irradiating a laser beam to a single channel is installed in the same number for a plurality of channels Optimal laser and detection for each channel If one can use the instrument, high fluorescence detection sensitivity can be obtained in any of the channels, but in that case the cost of the instrument becomes very high. On the other hand, since a plurality of channels which can be laid out on the same chip must be close to each other, it is physically difficult to provide a highly sensitive laser-irradiated fluorescence detection system for each channel. Therefore, it is necessary to adopt a compact and low-cost laser-irradiated fluorescence detection system which is relatively insensitive.

(4)光導波路方式:複数のチャンネルに隣接する光導波路にレーザビームを通してエバネッセント波で複数のチャンネルを照射し,複数チャンネルからの蛍光を同時検出
エバネッセント波はレーザビーム照射体積を非常に小さくできるため,チャンネル内の溶液に由来した背景光を低減することによって,例えば単一蛍光分子に由来する蛍光を高感度に検出する場合に有利である。しかし,マイクロチップで検出する対象物質は,多くの場合,そのような少数分子ではなく,多数分子である。そのような場合は,レーザビーム照射体積を小さくし過ぎると,逆に感度が低下してしまう。
(4) Optical waveguide method: A plurality of channels are irradiated with an evanescent wave through a laser beam to an optical waveguide adjacent to a plurality of channels, and fluorescence from multiple channels is simultaneously detected. The evanescent wave can make the laser beam irradiation volume very small. By reducing the background light derived from the solution in the channel, it is advantageous, for example, in the case of sensitively detecting fluorescence derived from a single fluorescent molecule. However, the target substance to be detected by the microchip is often a large number of molecules rather than such a small number of molecules. In such a case, if the laser beam irradiation volume is too small, the sensitivity will be reduced.

(5)横入射方式:チップ平面の側面から,配列平面に沿って,レーザビームを複数チャンネルを横切るように照射し,配列平面に垂直方向から複数チャンネルからの蛍光を同時検出
最も簡便な構成で,最も高感度を期待できるが,各チャンネルの界面でレーザビームが屈折するため,複数のチャンネルを効率良く照射することは困難である。レーザビーム幅を流路幅よりも拡大して照射する場合,レーザビーム強度密度が減少して蛍光検出感度が低下する。特許文献1では,チャンネル間にレンズ又はミラーを挿入することによって,屈折したレーザビームを集光することができ,レーザビームを絞った状態のまま複数のチャンネルを貫通させることができ,高感度な蛍光検出が可能である。一方,特許文献2では,マイクロチップ上の複数のチャンネルではなく,複数のキャピラリを同一平面上に配列した場合の横入射方式が示されている。複数のキャピラリの間にロッドレンズを挿入することよって,屈折したレーザビームを集光することができ,レーザビームを絞った状態のまま複数のキャピラリを貫通させることができ,高感度な蛍光検出が可能である。
(5) Transverse incidence method: A laser beam is emitted across multiple channels along the array plane from the side of the chip plane, and fluorescence from multiple channels is detected simultaneously from the direction perpendicular to the array plane in the simplest configuration. Although the highest sensitivity can be expected, it is difficult to efficiently irradiate a plurality of channels because the laser beam is refracted at the interface of each channel. When the laser beam width is expanded to be larger than the channel width, the laser beam intensity density decreases and the fluorescence detection sensitivity decreases. In Patent Document 1, a refracted laser beam can be condensed by inserting a lens or a mirror between the channels, and a plurality of channels can be penetrated while the laser beam is narrowed, which is highly sensitive. Fluorescence detection is possible. On the other hand, Patent Document 2 shows a lateral incidence method in the case where not a plurality of channels on a microchip but a plurality of capillaries are arranged on the same plane. By inserting a rod lens between a plurality of capillaries, it is possible to condense a refracted laser beam, to penetrate a plurality of capillaries while the laser beam is narrowed, and to detect fluorescence with high sensitivity. It is possible.

特開2011−59095号公報JP 2011-59095 A 特開平9−288088号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 9-288088 gazette

レーザビームを,絞った状態で,例えば,レーザビーム幅をチャンネル幅と同程度以下に絞った状態で,複数のチャンネルの長軸が平行に配列する配列平面に沿って,各チャンネルの長軸に垂直に導入し,複数のチャンネルを貫通させて同時にレーザビーム照射する横入射方式は,複数のチャンネルの最も効率の良いレーザ照射蛍光検出法であり,最も高感度を可能とする方法である。ここで,導入されたレーザビームが複数のチャンネル中を屈折を受けずに直進する場合のレーザビームの中心軸を横入射軸と以降で呼ぶ。横入射方式は,他の従来方式と比較して,レーザビームの利用効率が極めて高いこと,レーザビームが直接的又は反射等により間接的に検出器に進入する割合が非常に小さいこと,さらにマイクロチップの部材がレーザビーム照射によって発するレーリー散乱,ラマン散乱,蛍光等が,チャンネルから発せられる計測対象である蛍光と交じり合う割合が非常に小さいこと,等の特長を有する。いずれも,簡便な構成による高感度な蛍光検出の実現に寄与している。   With the laser beam narrowed, for example, with the laser beam width narrowed to less than or equal to the channel width, along the array plane in which the major axes of the plurality of channels are arranged in parallel, the major axis of each channel The lateral incidence method of vertically introducing and penetrating a plurality of channels and irradiating a laser beam simultaneously is the most efficient laser irradiation fluorescence detection method of a plurality of channels, and is a method which enables the highest sensitivity. Here, the central axis of the laser beam in the case where the introduced laser beam travels straight through the plurality of channels without being refracted will be hereinafter referred to as a horizontal incident axis. Compared with other conventional methods, the lateral incidence method has extremely high utilization efficiency of the laser beam, the ratio of the laser beam directly or indirectly entering the detector due to reflection, etc., and the micro It has the feature that Rayleigh scattering, Raman scattering, fluorescence, etc. emitted from the member of the tip by laser beam irradiation have a very small proportion of the fluorescence emitted from the channel being mixed with the fluorescence to be measured. Both contribute to the realization of highly sensitive fluorescence detection with a simple configuration.

特許文献1では,チャンネル間にレンズ又はミラーを挿入し,チャンネルを通過する際に屈折して横入射軸から外れようとするレーザビームを集光し,レーザビームを横入射軸に戻すことで次のチャンネルを通過させ,これを繰り返すことで横入射方式を実現している。しかしながら,実際にレンズ等をチャンネル間に配置することは困難である。まず,マイクロチップにレンズ等を挿入するための空間を形成する必要がある。例えば,複数のチャンネルを有するマイクロチップを製造した後に,マイクロチップを貫通し,レンズ等を収納できるサイズの穴を切削加工する必要がある。次に,レンズ等をこの空間に挿入し,レンズ等の光学的な中心軸を横入射軸と一致させた状態で,レンズ等を固定する必要がある。ここで,レンズ等の光学系の中心軸は,チャンネルの長軸方向,及びチャンネルの配列平面に垂直な方向のいずれに対しても,マイクロメートルレベルの精度で位置合わせしなければならない。また,このような高精度の位置合わせを,チャンネル間に配置する複数のレンズ等の全てについて行わなければならない。マイクロチップに設けられた穴にレンズ等をはめ込む際の機械精度だけで,このような位置精度を出すことは極めて困難であるため,例えば,個々のレンズ等をチャンネル間に挿入した後で,その位置を微調整して固定する必要がある。仮に,レンズ等の中心軸が横入射軸からずれると,レーザビームは横入射軸から偏向してしまうため,複数のチャンネルの同時照射が不可能になる。以上のような位置合わせは,手間と時間がかかる上,位置合わせの微調整ための機構が別途必要になり,マイクロチップの製造コストの高騰につながる。これはマイクロチップを使い捨てで使用するような場合に特に不利になる。   In Patent Document 1, a lens or a mirror is inserted between the channels, and a laser beam which is refracted and deviates from the transverse incident axis when passing through the channel is condensed, and the laser beam is returned to the transverse incident axis. The lateral incidence method is realized by passing this channel and repeating this. However, it is difficult to actually arrange a lens or the like between the channels. First, it is necessary to form a space for inserting a lens or the like into the microchip. For example, after manufacturing a microchip having a plurality of channels, it is necessary to cut a hole of a size that can penetrate the microchip and accommodate a lens or the like. Next, it is necessary to insert a lens or the like into this space and fix the lens or the like in a state in which the optical central axis of the lens or the like coincides with the transverse incident axis. Here, the central axis of an optical system such as a lens must be aligned with micrometer accuracy with respect to both the long axis direction of the channels and the direction perpendicular to the array plane of the channels. In addition, such high-precision alignment must be performed for all of a plurality of lenses or the like disposed between the channels. Since it is extremely difficult to obtain such positional accuracy only with the mechanical accuracy when inserting a lens or the like into the hole provided in the microchip, for example, after inserting each lens or the like between the channels, It is necessary to adjust the position finely and fix it. If the central axis of the lens or the like deviates from the horizontal incident axis, the laser beam is deflected from the horizontal incident axis, and simultaneous irradiation of a plurality of channels becomes impossible. The above alignment takes time and effort, and additionally requires a mechanism for fine adjustment of alignment, leading to a rise in the manufacturing cost of the microchip. This is particularly disadvantageous in the case of disposable use of the microchip.

また,特許文献1では,導入するレーザビームの中心軸と各レンズ等の中心軸を一致させながら,各レンズ等の位置はマイクロチップに固定化されているため,導入するレーザビームの中心軸を各チャンネルの長軸方向に自由に動かすことができない。レーザビームがレンズ等の中心軸からずれると,レーザビームは横入射軸から偏向してしまうためである。このことは,例えば,チャンネル内のキズやゴミが存在する位置を避けて横入射軸を設定し,最も検出感度が高くなるように調節することができないことを意味する。同様に,レーザビームを各チャンネルの長軸方向のみに拡大して横入射したり,各チャンネルの長軸方向に位置をずらした複数の横入射軸を設定し,それぞれに対して異なる複数のレーザビームを照射したりすることができない。これらは,各チャンネルに存在する蛍光物質の挙動を2次元イメージで捉えたり,異なる種類の蛍光物質の蛍光発光をそれぞれ独立かつ高感度に検出したりすることができないことを意味する。   Further, in Patent Document 1, since the positions of the respective lenses are fixed to the microchip while the central axis of the introduced laser beam and the central axes of the respective lenses coincide with each other, the central axis of the introduced laser beam It can not move freely in the longitudinal direction of each channel. If the laser beam is deviated from the central axis of the lens or the like, the laser beam is deflected from the transverse incident axis. This means that, for example, the horizontal incident axis can be set to avoid the position where flaws and dust are present in the channel, and adjustment can not be performed so as to maximize detection sensitivity. Similarly, the laser beam is expanded only in the major axis direction of each channel and laterally incident, or a plurality of transverse incident axes shifted in position in the major axis direction of each channel are set, and a plurality of different lasers are respectively set It can not irradiate the beam. These mean that the behavior of the fluorescent substance present in each channel can not be captured in a two-dimensional image, and fluorescence emissions of different types of fluorescent substances can not be detected independently and with high sensitivity.

さらに,特許文献1では,チャンネル間にレンズ等を挿入し,それを高い精度で位置合わせをするため,隣り合うチャンネル間の距離を大きく取る必要があり,単一のマイクロチップ内に設けることができるチャンネル数が,従来の(1)ビーム拡大方式や(2)スキャン方式と比較して少なくなってしまう課題がある。   Furthermore, in Patent Document 1, in order to insert a lens or the like between channels and align it with high accuracy, it is necessary to take a large distance between adjacent channels, and it is necessary to provide them in a single microchip There is a problem that the number of channels that can be made is smaller than that of the conventional (1) beam expansion method and (2) scan method.

一方,特許文献2では,複数のガラス製のキャピラリと,複数のガラス製のロッドレンズを,水中で同一平面上に交互に配列し,レーザビームを配列平面に平行かつ各キャピラリの長軸に対して垂直に導入して横入射方式を実現している。水中におけるキャピラリは,外表面におけるレーザビームの反射は空中と比較して抑えられるが,凹レンズとして作用するため,レーザビームは横入射軸から発散しようとする。しかし,隣に配列するロッドレンズは水中でも凸レンズとして作用するため,発散しようとするレーザビームを再集光する。この繰り返しにより,複数のキャピラリの同時レーザビーム照射及び高感度蛍光検出を可能にしている。   On the other hand, in Patent Document 2, a plurality of glass capillaries and a plurality of glass rod lenses are alternately arranged in the same plane in water, and the laser beam is parallel to the arrangement plane and with respect to the major axis of each capillary. Is introduced vertically to realize the transverse incidence method. The capillary in water suppresses the reflection of the laser beam on the outer surface compared to the air, but acts as a concave lens so that the laser beam tries to diverge from the transverse incident axis. However, the rod lenses arranged next to each other act as convex lenses even in water, so they refocus the diverging laser beam. This repetition enables simultaneous laser beam irradiation and high sensitivity fluorescence detection of a plurality of capillaries.

この方法では,キャピラリとロッドレンズの外径を揃えることができるため,例えば,交互に並べたキャピラリとロッドレンズを2枚の平板で挟み込むことによって,各キャピラリ及び各ロッドレンズの中心軸を比較的容易に平行かつ同一平面上に高密度に配列することが可能である。これは横入射軸とロッドレンズの中心軸を一致させて横入射方式を簡便に実現できること,多数のキャピラリの同時検出が可能となることを意味している。また,ロッドレンズはその軸方向に対して同じ光学特性を持つため,レーザビームの照射位置をキャピラリ及びロッドレンズの軸方向にずらしても,横入射軸が同様にずれ,同様に横入射方式を実現できる。つまり,最も感度が高くなる横入射軸を設定したり,レーザビームをキャピラリの軸方向にのみ拡大して2次元状の蛍光イメージを捉えたり,あるいは異なる複数のレーザビームをキャピラリの軸方向にずらして照射し,複数の横入射軸で異なる蛍光物質の発光蛍光を独立に計測することが可能である。   In this method, since the outer diameters of the capillary and the rod lens can be made uniform, for example, by sandwiching the alternately arranged capillary and the rod lens with two flat plates, the central axes of each capillary and each rod lens can be relatively compared. It is possible to easily arrange at high density in parallel and on the same plane. This means that the transverse incident system can be simply realized by making the transverse incident axis coincide with the central axis of the rod lens, and simultaneous detection of a large number of capillaries becomes possible. In addition, since the rod lens has the same optical characteristics with respect to its axial direction, even if the irradiation position of the laser beam is shifted in the axial direction of the capillary and rod lens, the horizontal incident axis is similarly shifted. realizable. In other words, set the horizontal incident axis that maximizes sensitivity, expand the laser beam only in the axial direction of the capillary to capture a two-dimensional fluorescence image, or shift different laser beams in the axial direction of the capillary It is possible to independently measure emission fluorescence of different fluorescent substances at a plurality of transverse incident axes.

しかしながら,この方法は,同一外径のキャピラリ及びロッドレンズを用いているから可能なのであって,キャピラリがマイクロチップに設けられたチャンネルに置き換えられると,ロッドレンズの中心軸をチャンネルの配列平面に一致させるようにロッドレンズを配列することは,特許文献1におけるレンズ等の配列と同様に,非常に困難となる。その作製には手間と時間を多く要し,非常に高価なマイクロチップになることを避けられず,使い捨て使用することはできなくなる。   However, this method is possible because capillaries and rod lenses of the same outer diameter are used, and when the capillaries are replaced with channels provided in the microtip, the central axes of the rod lenses coincide with the plane of arrangement of the channels It becomes very difficult to arrange the rod lenses in the same way as the arrangement of lenses etc. in Patent Document 1. It takes much time and effort for preparation, it can not be avoided that it becomes a very expensive microchip, and it can not be used disposable.

本発明では,横入射方式の従来法の抱える上述の課題を解決し,簡便な構成でありながら,単一のマイクロチップに設けられた複数のチャンネルに,チャンネル幅と同程度に絞ったレーザビームを横入射方式により同時に照射し,高感度に蛍光検出する方法を提示する。同時に,レーザビームの照射位置及び横入射軸を各チャンネルの長軸方向に移動可能とし,レーザビームを各チャンネルの長軸方向に拡大して照射したり,異なる複数のレーザビームを各チャンネルの長軸方向に横入射軸をずらして照射したりすることも可能とする方法を示す。マイクロチップの部材としては,ガラスだけでなく,単価の安い樹脂を対象とする。マイクロチップの製法としては,切削加工,光造形加工,半導体プロセス加工といった時間とコストを要する方法だけでなく,射出成形,ナノインプリントといった低コスト性と量産性に優れる方法を対象とする。例えば,樹脂材を用いた射出成形は低コスト性と量産性に優れるが,そのような使い捨て利用も可能なマイクロチップを用いながら,横入射方式を実現するための方法を提示する。   In the present invention, a laser beam which solves the above-mentioned problems of the conventional method of the lateral incidence method and which has a simple configuration but narrows the same degree to the channel width to a plurality of channels provided in a single microchip We present a method to detect fluorescence with high sensitivity by irradiating simultaneously with the lateral incidence method. At the same time, the irradiation position of the laser beam and the transverse incident axis can be moved in the long axis direction of each channel, and the laser beam can be expanded and irradiated in the long axis direction of each channel. The method which enables also making it possible to shift and irradiate a horizontal incident axis to an axial direction is shown. As a microchip member, not only glass but also resin with low unit price is targeted. The manufacturing methods for microchips are not only methods that require time and cost, such as cutting, optical shaping, and semiconductor processing, but also methods that are excellent in low cost and mass productivity, such as injection molding and nanoimprinting. For example, although injection molding using a resin material is excellent in low cost and mass productivity, a method for realizing a lateral incidence method is presented using a microchip that can be used in such a disposable manner.

本発明によるマイクロチップは,屈折率n1の透明固体部材の内部に複数のチャンネルが設けられ,複数のチャンネルは少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列され,複数のチャンネルには,内部に屈折率n2の第1の部材が満たされた第1のチャンネルと,屈折率n3の第2の部材が満たされた第2のチャンネルとが混在し,n2<n1<n3の関係を満たすものである。少なくとも一部の領域は,測定用のレーザビームが入射される領域を含む。 Microchip according to the present invention, a plurality of channels are provided in the transparent solid member having a refractive index n 1, a plurality of channels long axis of each channel are arranged parallel to each other in the same plane at least part of the region, the plurality of channels, a first channel the first member of the refractive index n 2 in the interior filled, a second channel second member having a refractive index n 3 is satisfied are mixed, n It satisfies the relationship 2 <n 1 <n 3 At least a part of the area includes an area where the measurement laser beam is incident.

一例として,第1のチャンネルと第2のチャンネルとは,複数のチャンネルの配列方向に交互に配置されている。   As an example, the first channel and the second channel are alternately arranged in the arrangement direction of the plurality of channels.

第2の部材は液体とすることができ,その場合,第2のチャンネルは第2の部材が抜け出さないように封止するのが好ましい。   The second member may be a liquid, in which case the second channel is preferably sealed to prevent the second member from coming off.

一例として,複数のチャンネルは,少なくとも一部の領域において長軸に垂直な断面形状が円形である。   As one example, the plurality of channels have a circular cross-sectional shape perpendicular to the major axis in at least a part of the area.

一例として,複数のチャンネルは,少なくとも一部の領域において長軸に垂直な断面形状が台形である。   As one example, the plurality of channels have a trapezoidal cross-sectional shape perpendicular to the long axis in at least a part of the area.

本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置は,屈折率n1の透明固体部材の内部に複数のチャンネルが少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列されたマイクロチップと,レーザ光源と,レーザ光源から発生されたレーザ光を,マイクロチップの側面から前記同一平面に沿って,互いに平行に配列された複数のチャンネルの長軸に垂直に入射させる照射光学系と,レーザビームの照射によってチャンネル内の蛍光体から発生された蛍光をそれぞれ分離して検出する蛍光検出光学系とを含み,マイクロチップの複数のチャンネルは,内部に屈折率n2の部材が満たされ検出すべき蛍光体が含まれる第1のチャンネルと,屈折率n3の第2の部材が満たされた第2のチャンネルとが混在し,n2<n1<n3の関係を満たすものである。 Multichannel fluorescence detection apparatus according to the present invention, a microchip long axis of each channel are arranged parallel to one another in the same plane at least part of the region is a plurality of channels in the interior of the transparent solid member having a refractive index n 1, A laser light source, an irradiation optical system for causing laser light generated from the laser light source to be perpendicularly incident on long axes of a plurality of channels arranged parallel to one another along the same plane from the side surface of the microchip; And each of the plurality of channels of the microchip is filled with a member of refractive index n 2 to be detected. A first channel containing a phosphor and a second channel filled with a second member of refractive index n 3 are mixed, and n 2 <n 1 <n It satisfies the relationship of 3 .

レーザビームを複数本設け,複数本のレーザビームを複数のチャンネルの長軸方向の異なる位置に入射するようにしてもよい。   A plurality of laser beams may be provided, and the plurality of laser beams may be incident on different positions in the long axis direction of the plurality of channels.

一例として,検出すべき蛍光体は生体由来の試料に標識された蛍光体であり,レーザビームの照射によって複数の第1のチャンネルから発光する蛍光を,上記同一平面に対して垂直方向から同時に検出するように構成する。   As an example, the fluorescent substance to be detected is a fluorescent substance labeled to a sample derived from a living body, and fluorescence emitted from a plurality of first channels upon irradiation of a laser beam is simultaneously detected from the direction perpendicular to the same plane Configure to

また,本発明によるマイクロチップの製造方法は,透明固体部材の内部に複数のチャンネルが少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列されたマイクロチップの製造方法であって,射出成形により,表面に断面形状が台形である複数の溝が前記少なくとも一部の領域において互いに平行になるように形成された屈折率n1の第1の板状の透明固体部材を作製する工程と,第1の板状の透明固体部材の上に屈折率n1の第2の板状の透明固体部材を張り合わせて複数の溝によって複数のチャンネルを構成する工程と,複数のチャンネルのうち所定の複数のチャンネルに屈折率n3の部材を充填する工程と,を有し,屈折率n1とn3は,n1<n3の関係を満たすことを特徴とする。 Further, the method of manufacturing a microchip according to the present invention is a method of manufacturing a microchip in which a plurality of channels are arranged in the same plane parallel to each other in at least a partial region of the transparent solid member. Preparation Te, by injection molding, the first plate-like transparent solid member having a refractive index n 1 which is formed so as to be parallel to each other a plurality of grooves in said at least part of the region which is a trapezoidal cross-sectional shape on the surface A second plate-like transparent solid member having a refractive index n1 laminated on a first plate-like transparent solid member to form a plurality of channels by a plurality of grooves, and a plurality of channels a out and filling a predetermined member having a refractive index n 3 a plurality of channels, the refractive index n 1 and n 3 is characterized by satisfying the relation of n 1 <n 3.

一例として,屈折率n3の部材は液体であり,屈折率n3の部材を充填した後,当該部材を充填したチャンネルを封止する工程を有する。 As an example, members of the refractive index n 3 is a liquid, after filling the member of the refractive index n 3, a step of sealing the channel filled with the member.

また,屈折率n3の部材を充填したチャンネル以外のチャンネルに屈折率n2の電気泳動用の媒体を充填する工程を有し,屈折率n2は,n2<n1<n3の関係を満たすようにしてもよい。 Also has a step of filling a medium for electrophoresis of the refractive index n 2 in the channels other than the channel filled with members of the refractive index n 3, the refractive index n 2, the relation of n 2 <n 1 <n 3 May be satisfied.

本発明によると,単一のマイクロチップに設けられた複数のチャンネルに対して横入射方式によりレーザビームを効率良く同時照射することができる。それによって,各チャンネルの内部に存在する蛍光物質を励起し,発光する蛍光を各チャンネルの配列平面に対して垂直方向から一括計測することによって,複数のチャンネルの高感度な蛍光検出を実現するシステムを構成できる。この際に用いるマイクロチップは射出成形等の量産性のある加工法で安価に製造可能なものであり,マイクロチップを使い捨てにすることも可能である。また,検出に用いる光学系を簡便にすることが可能であり,システム全体を小型で低コストにすることが可能である。   According to the present invention, a laser beam can be efficiently simultaneously irradiated to a plurality of channels provided in a single microchip by the lateral incidence method. Thus, a system that achieves high-sensitivity fluorescence detection of a plurality of channels by exciting the fluorescent substance present inside each channel and collectively measuring the emitted fluorescence from the direction perpendicular to the array plane of each channel. Can be configured. The microchip used in this case can be manufactured inexpensively by a mass-producible processing method such as injection molding, and it is also possible to make the microchip disposable. In addition, the optical system used for detection can be simplified, and the entire system can be compact and inexpensive.

上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。   Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the description of the embodiments below.

断面が円形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the microchip containing several channel with a circular cross section. 断面が四角形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the microchip containing several channel whose cross section is a square. 三角形プリズムに入射するレーザビームの屈折角の定義を示す図。The figure which shows the definition of the refraction angle of the laser beam which injects into a triangular prism. マイクロチップの製造プロセスを示す工程図。FIG. 7 is a process diagram showing a manufacturing process of a microchip. 本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a multi-channel fluorescence detection apparatus according to the present invention. 部材m3を充填したチャンネルの両端封止法を示す概略断面図。Schematic cross-sectional view showing the ends sealing method of a channel filled with members m 3. マイクロチップの構成例を示す概略図。Schematic which shows the structural example of a microchip. マイクロチップ構成aと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the ray-tracing simulation result of microchip structure a and a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成bと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure b and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成cと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure c and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成dと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure d and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成eと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure e and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成fと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure f and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成f’と横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the ray-tracing simulation result of microchip structure f 'and transversal incidence laser beam. マイクロチップ構成gと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure g and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. マイクロチップ構成g’と横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the microchip structure g 'and the ray tracing simulation result of a transverse incident laser beam. 本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a multi-channel fluorescence detection apparatus according to the present invention. マイクロチップ構成hと横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。The figure which shows the ray-tracing simulation result of microchip structure h and a transverse incident laser beam. 本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing an example of a multi-channel fluorescence detection apparatus according to the present invention. マイクロチップ構成h’の横入射レーザビームの光線追跡シミュレーション結果を示す図。FIG. 17 shows ray tracing simulation results for a laterally incident laser beam of microchip configuration h ′.

図1及び図2は,本発明のマイクロチップの基本的な構成例を示す断面模式図である。図1は断面が円形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示し,図2は断面が四角形の複数のチャンネルを含むマイクロチップの構成例を示す。   1 and 2 are schematic cross-sectional views showing a basic configuration example of the microchip of the present invention. FIG. 1 shows an example of the configuration of a microchip including a plurality of channels having a circular cross section, and FIG. 2 shows an example of the configuration of a microchip including a plurality of channels having a square cross section.

これらの図は,マイクロチップの横入射軸を含み,複数のチャンネルの長軸に垂直な断面図である。すなわち,複数のチャンネルがマイクロチップの内部で各チャンネルの長軸が平行かつ同一平面上に配列している位置において,各チャンネルの長軸に垂直な断面であって,各チャンネルの配列平面に沿って,各チャンネルの長軸に垂直に照射されるレーザビームの中心軸を含む断面である。これらの図に示される構成は,本発明の基本的な考えを表している代表例に過ぎず,同様の考えに基づく他の構成についても,本発明の対象となることは言うまでもない。   These figures are cross-sectional views perpendicular to the long axes of the plurality of channels, including the lateral incidence axis of the microchip. That is, at a position where a plurality of channels are arranged in parallel and on the same plane with the long axes of the channels inside the microchip, the cross section is perpendicular to the long axes of the channels and along the array plane of each channel The cross section includes the central axis of the laser beam emitted perpendicularly to the long axis of each channel. It goes without saying that the configurations shown in these figures are merely representative examples representing the basic idea of the present invention, and other configurations based on the same idea are also the subject of the present invention.

図1の構成aは,マイクロチップ1が屈折率n1の部材m1で構成され,各チャンネル2の断面が同一形状の円形であり,各チャンネル2は等しいピッチで配列しており,各チャンネル2が屈折率n2の部材m2で充填されている。部材m2はマイクロチップで分析する対象物質が存在する媒質であり,部材m2が充填されているチャンネル2を用いて対象物質の分析を行う。ここで,部材m1はガラスや樹脂等の透明な固体部材であるのに対して,部材m2は水溶液等の液体やゲル状の材料であり,多くの場合はn2<n1である。このとき,導入されたレーザビーム4に対して各チャンネル2は凹レンズとして機能し,レーザビーム4は横入射軸に沿って進行するに伴って横入射軸から発散するため,複数のチャンネル2を効率良く照射することができない。逆に,n1<n2となるような低屈折率の樹脂材を選択することも可能であり,その場合には各チャンネル2は凸レンズとして機能するため,レーザビーム4は集光されながら横入射軸に沿って進行し,複数のチャンネル2を効率良く照射することができる。例えば,部材m1としてフッ素系樹脂を用いるとをn1を小さくして,n1<n2とすることができる。以降は,より一般的なn2<n1の場合について本発明の構成例を説明する。 Structure a in FIG. 1, the microchip 1 is constituted by a member m 1 of refractive index n 1, the cross-section of each channel 2 is circular with the same shape, each channel 2 are arranged at equal pitches, each channel 2 is filled with members m 2 of refractive index n 2. Member m 2 were medium existing the target substance to be analyzed in the microchip, an analysis of the target substance using the channel 2 of member m 2 is filled. Here, the member m 1 is a transparent solid member such as glass or resin, while the member m 2 is a liquid or gel-like material such as an aqueous solution, and in many cases n 2 <n 1 . At this time, each channel 2 functions as a concave lens with respect to the introduced laser beam 4 and the laser beam 4 diverges from the transverse incident axis as it travels along the transverse incident axis. I can not irradiate well. Conversely, it is also possible to select a resin material with a low refractive index such that n 1 <n 2 , in which case each channel 2 functions as a convex lens, so that the laser beam 4 is collected horizontally A plurality of channels 2 can be efficiently irradiated while traveling along the incident axis. For example, the the use of fluorine-based resin as a member m 1 by reducing the n 1, can be n 1 <n 2. Hereinafter, the configuration example of the present invention will be described for the case of more general n 2 <n 1 .

図1の構成bは,構成aにおいて複数のチャンネルを1本置きに屈折率n3の部材m3で満たしている。ここで,n2<n1<n3とすることによって,レーザビーム4に対して,部材m2で満たされたチャンネル2は凹レンズ,部材m3で満たされたチャンネル3は凸レンズとして機能させる。部材m3は上記屈折率条件を満たし,透明で,レーザビーム4の吸収が小さい部材が好ましい。部材m3は液体でも良く,複数のチャンネルを有するマイクロチップが作製された後に容易に充填することが可能である。これにより,レーザビーム4が凹レンズによって横入射軸から発散するところを,凸レンズが集光して横入射軸に戻し,これを繰り返すことによって複数のチャンネル2を効率良く照射することができる。ここで,チャンネル2とチャンネル3の断面は同一形状の円形であり,同じ外径を持つ。 Structure b in FIG. 1 are filled with members m 3 of refractive index n 3 a plurality of channels every one in the configuration a. Here, by setting n 2 <n 1 <n 3 , for the laser beam 4, the channel 2 filled with the member m 2 functions as a concave lens, and the channel 3 filled with the member m 3 functions as a convex lens. Member m 3 satisfies the refractive index conditions, a transparent, member absorption of the laser beam 4 is preferably small. Member m 3 may be a liquid, it is possible to easily fill after microchip having a plurality of channels are prepared. As a result, the convex lens condenses the portion where the laser beam 4 diverges from the horizontal incident axis by the concave lens, returns it to the horizontal incident axis, and it is possible to efficiently irradiate the plurality of channels 2 by repeating this. Here, the cross sections of the channel 2 and the channel 3 are circular with the same shape, and have the same outer diameter.

この構成bは従来法と比較して以下のような違いと利点を有する。特許文献1では,チャンネル間にレンズ等を挿入し,レンズ等の中心軸が横入射軸とマイクロメートルレベルの精度で一致させることが困難であると考えられた。本発明では,複数のチャンネルの一部をあえて犠牲にして,通常では選択されない,n2<n1<n3を満たす屈折率n3の部材m3を充填することによって一部のチャンネルをレンズに変換させている。複数のチャンネル2及びチャンネル3は同一の加工プロセスによって一括して作製されるため,各チャンネルをマイクロチップ1の内部で同一平面上に配列すること,すなわち各チャンネルの中心軸を横入射軸に合わせることが容易であり,各チャンネル間の相対位置が変動する心配もなく,横入射方式によって複数のチャンネルを同時に効率良く照射することが可能である。また,このようにして作製された凸レンズ作用を有するチャンネル3はその長軸方向に対して光学的に等価であるため,例えば異なる複数のレーザビームをチャンネル2及びチャンネル3の長軸方向に位置をずらした複数の横入射軸に対して同時に照射することも可能である。 This configuration b has the following differences and advantages as compared to the conventional method. In Patent Document 1, it was considered difficult to insert a lens or the like between channels and to make the central axis of the lens or the like coincide with the horizontal incident axis with an accuracy of micrometer level. In the present invention, some channels are lensed by filling a member m 3 of refractive index n 3 satisfying n 2 <n 1 <n 3 , which is usually not selected, by sacrificing part of a plurality of channels. It is converted to Since the plurality of channels 2 and channels 3 are manufactured together by the same processing process, the respective channels should be arranged on the same plane inside the microchip 1, that is, the central axis of each channel is aligned with the transverse incident axis It is easy to do so and there is no concern that the relative position between the channels changes, and it is possible to efficiently irradiate a plurality of channels simultaneously by the lateral incidence method. In addition, since the channel 3 having a convex lens function manufactured in this manner is optically equivalent in the long axis direction, for example, the different laser beams are positioned in the long axis direction of the channel 2 and the channel 3 It is also possible to illuminate simultaneously for a plurality of offset transverse axes.

特許文献2は,マイクロチップに設けられた複数のチャンネルではなく,複数のキャピラリの凹レンズ作用をロッドレンズの凸レンズ作用で相殺させている点では構成bと類似している面があるが,横入射方式を実現するための光学特性条件に基づく手段が異なる。キャピラリは,屈折率n3=1.46の石英ガラス製の円筒管であり,内部は,例えば,屈折率n2=1.38の電気泳動用分離媒体が充填されている。ロッドレンズは,屈折率n3=1.46の石英ガラス製である。これに対して,複数のキャピラリ及びロッドレンズが配列する平面の周囲は,屈折率n1=1.33の水である。周囲を空気ではなく,水にしている理由は,レーザビームのキャピラリ外表面における反射損失を低減し,レーザビームの利用効率を向上するためである。しかし,周囲の屈折率をさらに上げて反射損失を一層低減しようとすると,キャピラリの凹レンズ作用が増強され,ロッドレンズの凸レンズ作用ではレーザビームの横入射軸からの発散を抑えきれなくなり,複数のキャピラリを効率良く同時照射できなくなる。つまり,特許文献2では,n1<n2<n3の光学特性条件を満たすことが必然であり,この条件を満たすときに最も効果が発揮される。これに対して本発明は,チャンネル2の内部の屈折率n2よりも外部の屈折率n1の方が高い条件下で,屈折率がn2よりも,n1よりもさらに高い屈折率n3の部材m3で満たされたチャンネル3を,屈折率n2の部材m2で満たされたチャンネル2と混在させる構成であり,n2<n1<n3の光学特性条件を満たすことが必然であり,この条件を満たすときに最も効果が発揮される。この構成は特許文献2では想定されていないものであり,実際,キャピラリ及びロッドレンズを用いて構成することは困難である。 Patent Document 2 has a surface similar to the configuration b in that the concave lens function of a plurality of capillaries is offset by the convex lens function of a plurality of capillaries instead of a plurality of channels provided in a microchip. The means based on the optical property conditions for realizing the method are different. The capillary is a cylindrical tube made of quartz glass having a refractive index n 3 = 1.46, and the inside is filled with, for example, an electrophoretic separation medium having a refractive index n 2 = 1.38. The rod lens is made of quartz glass having a refractive index n 3 = 1.46. On the other hand, the periphery of the plane in which the plurality of capillaries and rod lenses are arrayed is water having a refractive index n 1 = 1.33. The reason why the surrounding area is not air but water is to reduce the reflection loss of the laser beam on the outer surface of the capillary and to improve the utilization efficiency of the laser beam. However, if the refractive index of the surrounding area is further increased to further reduce the reflection loss, the concave lens action of the capillary is enhanced, and the convex lens action of the rod lens can not suppress the divergence of the laser beam from the transverse incident axis. Can not be irradiated simultaneously. That is, in Patent Document 2, it is inevitable that the optical characteristic condition of n 1 <n 2 <n 3 is satisfied, and the most effective effect is exhibited when this condition is satisfied. Whereas the present invention, under conditions that higher refractive index n 1 external than the refractive index n 2 of the internal channel 2, than the refractive index n 2, a higher refractive index than n 1 n channel 3 filled with 3 parts m 3, a structure to mix the channel 2 filled with members m 2 of refractive index n 2, n 2 <n 1 < be optical characteristics satisfying the n 3 Inevitably, it is most effective when this condition is met. This configuration is not assumed in Patent Document 2, and in fact, it is difficult to configure using a capillary and a rod lens.

構成bでは,チャンネル2とチャンネル3の断面の外径が等しいため,チャンネル2の凹レンズ作用が大きい場合,レーザビーム4がチャンネル3の断面の外形よりも大きく発散して隣接するチャンネル3に入射しなかった部分はチャンネル3による凸レンズ作用を受けないために発散を続ける。この場合,レーザビーム4の強度は横入射軸を進行するにしたがって減衰し,複数のチャンネル2を効率的に同時照射することが困難となる。   In configuration b, since the outer diameters of the cross sections of channel 2 and channel 3 are equal, when the concave lens function of channel 2 is large, laser beam 4 diverges more than the cross sectional outline of channel 3 and enters adjacent channel 3 The portion which was not present continues to diverge because it is not subjected to the convex lens action by the channel 3. In this case, the intensity of the laser beam 4 is attenuated as it travels in the transverse incident axis, making it difficult to efficiently irradiate the plurality of channels 2 simultaneously.

そこで,図1の構成cでは,構成bと異なり,部材m2が充填されるチャンネル2の断面の外径r2よりも,部材m3が充填されるチャンネル3の断面の外径r3の方を大きくしている(r2<r3)。これにより,チャンネル2の凹レンズ作用によって発散したレーザビーム4が隣接するチャンネル3に入射しない部分の割合を減らすことが可能となり,構成bよりも効率的に複数のチャンネル2の同時レーザビーム照射が可能となる。 Therefore, the structure c in FIG. 1, unlike the configuration b, than the outer diameter r 2 of the cross section of the channel 2 which member m 2 is filled, the cross-section of the channel 3 where the member m 3 is filled in the outer diameter r 3 Is larger (r 2 <r 3 ). This makes it possible to reduce the ratio of the portion where the diverging laser beam 4 does not enter the adjacent channel 3 due to the concave lens action of the channel 2 and allows simultaneous laser beam irradiation of a plurality of channels 2 more efficiently than the configuration b. It becomes.

図1の構成dは,構成cにおけるチャンネル2の断面形状を円形から正四角形に変更している。このことにより,チャンネル2のレーザビーム4に対する凹レンズ作用又は屈折作用が小さくなるため,チャンネル2の凹レンズ作用又は屈折作用によって発散したレーザビーム4が隣接するチャンネル3に入射しない部分の割合を一層減らすことが可能となり,構成cよりもさらに効率的に複数のチャンネル2の同時レーザビーム照射が可能となる。構成cと同様に,チャンネル2の断面の径r2よりもチャンネル3の径r3を大きくすることによって,より効率的にレーザビームの横入射方式を実現することができる。 Configuration d in FIG. 1 changes the cross-sectional shape of the channel 2 in configuration c from circular to square. As a result, the concave lens action or refraction action of the laser beam 4 of the channel 2 is reduced, so that the ratio of the portion where the laser beam 4 diverged by the concave lens action or refraction action of the channel 2 does not enter the adjacent channel 3 is further reduced. This enables simultaneous laser beam irradiation of a plurality of channels 2 more efficiently than configuration c. Like the configuration c, by increasing the diameter r 3 of the channel 3 than the diameter r 2 of the cross section of the channel 2, it is possible to realize a lateral incidence method of more efficiently laser beam.

以上,図1に示した構成では,チャンネル2及びチャンネル3の断面形状は円形又は正四角形としているが,もちろんそれ以外の形状でも同様の効果が得られる。例えば,円形の代わりに楕円形,半円あるいは楕円の一部であっても良く,正四角形の代わりに長方形であっても良い。また,各チャンネルは等しい間隔で配列しているが,そのように各チャンネルが等間隔で配列していなくても同様の効果が得られる。さらに,構成b〜dでは,チャンネル2とチャンネル3を交互に配列しているが,必ずしもそのようにする必要はなく,少なくとも1つ以上のチャンネル2及びチャンネル3が同一のマイクロチップ上に配列していることが必要である。   As mentioned above, although the cross-sectional shape of the channel 2 and the channel 3 is made circular or a square in the structure shown in FIG. 1, of course, the same effect is acquired also with other shapes. For example, instead of a circle, it may be an ellipse, a semicircle or a part of an ellipse, and instead of a square, it may be a rectangle. Also, although the channels are arranged at equal intervals, the same effect can be obtained even if the channels are not arranged at equal intervals. Furthermore, in configurations b to d, although channel 2 and channel 3 are alternately arranged, it is not necessary to do so, and at least one or more channel 2 and channel 3 are arranged on the same microchip It is necessary to

図1では,チャンネル2及びチャンネル3の断面形状が円形であるものを扱っているが,そのようなチャンネルを複数有するマイクロチップを低コストかつ高精度に製造することは困難である。例えば,光造形のような加工法を用いれば,図1に示す構成を1回のプロセスで製造可能であり,チャンネルの断面形状を円形にすることもできるが,そのようなプロセスは加工時間を要するために,量産性が低く,製造コストが高くなる傾向がある。   Although FIG. 1 deals with channels 2 and 3 having a circular cross-sectional shape, it is difficult to manufacture a microchip having a plurality of such channels at low cost and with high accuracy. For example, if a processing method such as stereolithography is used, the configuration shown in FIG. 1 can be manufactured in a single process, and the cross-sectional shape of the channel can be made circular, but such a process requires processing time As a result, mass productivity tends to be low and manufacturing costs tend to be high.

一方で,射出成形のような量産性に優れる加工法を用いる場合は,図1の構成において,マイクロチップ1を各チャンネル2及び3の中心軸を含む平面を境界面(図1に示さず)とする上下2つの部品で構成し,これら2つの部品を上記境界面で張り合わせて一体化することで製造できる。ここで,2つの部品の境界面にはそれぞれ,断面形状が半円形の溝が複数形成されている。以上のような加工法を採用する理由は,射出成形では,型に樹脂等の部材m1を流し込んで固めた後に型を抜き取るプロセスが必要なため,形成できる溝の断面形状は,溝の底から境界面に向かうに従って幅が広がっていく必要があるためである。ここで,マイクロチップ1の2つの部品を張り合わせる際の相互の位置精度が課題となる。2つの部品の張り合わせ位置が横入射軸方向にずれると,2つの部品に形成された断面形状がそれぞれ半円の溝の相対位置がずれて接合され,結果として作製されるチャンネルの断面形状が円形ではなくなってしまうためである。もちろん,高い位置精度で相互の位置を調整すれば,断面形状を円形にすることが可能であるが,それは加工時間及び製造コストを大きくする要因となる。 On the other hand, in the case of using a manufacturing method with high mass productivity such as injection molding, in the configuration of FIG. 1, the microchip 1 is a boundary plane including the central axes of the channels 2 and 3 (not shown in FIG. 1) It can be manufactured by assembling the two upper and lower parts and bonding these two parts together at the interface. Here, a plurality of grooves each having a semicircular cross-sectional shape are formed on the interface between the two parts. The reason why the above processing method is adopted is that, in injection molding, since a process of removing the mold is necessary after pouring and solidifying a member m 1 such as resin in the mold, the cross-sectional shape of the groove that can be formed is the bottom of the groove It is necessary for the width to expand from the center to the boundary surface. Here, the relative positional accuracy when bonding the two parts of the microchip 1 becomes an issue. When the bonding positions of the two parts shift in the transverse incident axis direction, the cross-sectional shapes formed in the two parts are joined with the relative positions of the semicircular grooves shifted, and the cross-sectional shape of the resulting channel is circular It is because it is not. Of course, if the mutual position is adjusted with high positional accuracy, it is possible to make the cross-sectional shape circular, but it becomes a factor to increase processing time and manufacturing cost.

図2に示す構成例では,上記の課題に対応するため,各チャンネル2及び3の断面形状を四角形としている。図2に示した構成は,マイクロチップ1を各チャンネル2及び3の上端面を含む平面を境界面5(図2に点線で示す)とする上下2つの部品で構成し,これら2つの部品を上記境界面で張り合わせて一体化することで製造できる。上下の部品の張り合わせは熱圧着等の方法により行われ,境界面5は光学的に透明となるようにされ,空気や接着剤の層が含まれないようにされている。ここで,境界面5より下側の部品の境界面5に断面が四角形の溝が複数設けられており,境界面5より上側の部品の境界面は溝が設けられていない平面である。このため,上下の部品の相互の張り合わせ位置がずれても,各チャンネル2及び3の形状や位置は影響を受けない。したがって,図2に示すマイクロチップ1は,射出成形のような量産性に優れる加工法及び位置精度を要求しない簡単な張り合わせプロセスで製造可能である。   In the configuration example shown in FIG. 2, the cross-sectional shape of each of the channels 2 and 3 is a quadrangle to cope with the above problem. In the configuration shown in FIG. 2, the microchip 1 is composed of two upper and lower parts, with the plane including the upper end face of each channel 2 and 3 as the boundary surface 5 (indicated by a dotted line in FIG. 2) It can manufacture by pasting together at the said interface and integrating. Bonding of the upper and lower parts is carried out by a method such as thermocompression bonding, and the interface 5 is made optically transparent so as not to include air or adhesive layers. Here, a plurality of grooves having a rectangular cross section are provided in the boundary surface 5 of the lower part of the boundary surface 5, and the boundary surface of the upper part of the boundary surface 5 is a plane in which no groove is provided. Therefore, the shapes and positions of the channels 2 and 3 are not affected even if the pasting positions of the upper and lower parts shift. Therefore, the microchip 1 shown in FIG. 2 can be manufactured by a processing method which is excellent in mass productivity such as injection molding and a simple laminating process which does not require positional accuracy.

図2の構成eでは,部材m1からなるマイクロチップ1に設けられた各チャンネル2の断面形状が同一形状の正四角形としている。各チャンネル2には部材m2が充填されている。ここで,図2において,正四角形の上面と下面は境界面5及び横入射軸と平行であり,正四角形の2つの側面はこれらと垂直である。このとき,レーザビーム4は,各チャンネル2について,これらの側面に対して常に垂直に入射するため,原理的には一切の屈折を受けず,横入射軸に沿って直進すると期待される。つまり,構成eは,レーザビーム4によって複数のチャンネル2を極めて効率良く同時に照射可能であり,各チャンネル2の内部に存在する蛍光物質を高感度に検出可能である。 In the configuration e of FIG. 2, the cross-sectional shape of each channel 2 provided in the microchip 1 made of the member m 1 is a square having the same shape. Member m 2 is filled in the channel 2. Here, in FIG. 2, the upper and lower surfaces of the square are parallel to the boundary surface 5 and the transverse incident axis, and the two side surfaces of the square are perpendicular to these. At this time, since the laser beam 4 is always incident perpendicularly to these side surfaces for each channel 2, it is expected that the laser beam 4 does not receive any refraction in principle and travel straight along the transverse incident axis. That is, the configuration e can simultaneously irradiate the plurality of channels 2 very efficiently by the laser beam 4 and can detect the fluorescent substance present inside each channel 2 with high sensitivity.

しかしながら,構成eのように各チャンネル2の断面形状を正四角形とすることは,射出成形のような加工法で製造する際に困難を伴う。理由は,前述の通り,射出成形では,型に樹脂等の部材m1を流し込んで固めた後に型を抜き取るプロセスが必要なため,形成できる溝の断面形状は,溝の底から境界面に向かうに従って幅が広がっていく必要があるためである。断面形状が正四角形ということは,溝の底での幅と境界面での幅が等しい場合であり,慎重に型を抜き取らなければ型又はマイクロチップを破損する恐れがある。 However, making the cross-sectional shape of each channel 2 a square as in the configuration e involves difficulties in manufacturing by a processing method such as injection molding. Because, as described above, in the injection molding, since the mold requires a process to extract the mold after solidifying by pouring member m 1 such as a resin, the cross-sectional shape of the formed can groove is directed from the bottom of the groove at the interface It is necessary to expand the width according to If the cross-sectional shape is a square, the width at the bottom of the groove and the width at the interface are equal, and if the mold is not removed carefully, the mold or microchip may be damaged.

そこで図2の構成fでは,部材m1からなるマイクロチップ1に設けられた各チャンネル2の断面形状を等脚台形とした。等脚台形の上底を境界面5の一部,下底をマイクロチップの境界面5より下側の部品に設けられた溝の底とし,上底の幅>下底の幅とする。このような形状であれば,射出成形等の加工法において型を抜き取るプロセスが容易となり,量産性を高くすることが可能である。等脚台形の底角の内,90度を超える部分を抜き勾配と呼ぶ。すなわち,抜き勾配をD度とするとき,等脚台形の底角は90+D度となる。抜き勾配Dは0度<D<90度であり,Dは大きいほど型を抜き取るプロセスが容易となるが,各チャンネルの断面形状としては均等であることが望ましく,Dは小さいほど良い。加工精度を考慮するとD>2度とすることが望ましい。 Therefore, in configuration f of Fig. 2, the cross-sectional shape of each channel 2 provided in the microchip 1 consisting of members m 1 was isosceles trapezoid. The upper base of the isosceles trapezoid is a part of the boundary surface 5 and the lower base is a bottom of a groove provided in the component below the boundary surface 5 of the microchip, and the width of the upper base> the width of the lower base. With such a shape, it is possible to facilitate the process of removing the mold in the processing method such as injection molding and to increase the mass productivity. Of the base angles of the isosceles trapezoid, the part exceeding 90 degrees is called the draft. That is, when the draft angle is D degrees, the base angle of the isosceles trapezoid is 90 + D degrees. The draft angle D is 0 degrees <D <90 degrees, and the larger the value of D, the easier the process of removing the mold. However, it is desirable that the cross-sectional shape of each channel be uniform. It is desirable to set D> 2 degrees in consideration of processing accuracy.

しかしながら,構成fのマイクロチップ1に対してレーザビーム4を横入射すると,レーザビーム4は,各チャンネル2を通過する毎に,横入射軸から境界面5とは反対側に,図2においては横入射軸から下側に,偏向する。この現象は以下のように説明できる。各チャンネル2の断面形状である等脚台形は二等辺三角形のプリズムの断面の一部と見なすことができるが,プリズムの周囲の屈折率,すなわちマイクロチップ1の部材m1の屈折率n1よりも,プリズムの屈折率,すなわち各チャンネル2に充填された部材m2の屈折率n2の方が小さいため,プリズムに入射したレーザビーム4は,二等辺三角形の底辺とは反対側に,頂角の側に,屈折するのである。 However, when the laser beam 4 is laterally incident on the microchip 1 of the configuration f, the laser beam 4 passes from each channel 2 to the side opposite to the boundary surface 5 from the transverse incident axis, in FIG. It deflects downward from the horizontal incident axis. This phenomenon can be explained as follows. Although isosceles trapezoid is a cross-sectional shape of each channel 2 can be regarded as a part of a cross section of an isosceles triangle of the prism, the refractive index of the surrounding of the prism, i.e. than the refractive index n 1 of the member m 1 microchip 1 Also, since the refractive index of the prism, ie, the refractive index n 2 of the member m 2 filled in each channel 2 is smaller, the laser beam 4 incident on the prism is the apex on the opposite side to the base of the isosceles triangle. It refracts to the side of the corner.

図3は,この現象を分かりやすく模式化したものである。屈折率n1の部材m1の中に,屈折率n2の部材m2からなり,断面が頂角Aの三角形プリズムが,底辺を水平に,頂角を下向きにして位置している。図3に定義されている通り,このプリズムに対して,仮想的に幅ゼロのレーザビームを水平に入射させた際の,入射面における入射角をα,屈折角をβ,出射面における入射角をγ,屈折角をδ,レーザビームがプリズムを通過する際の正味の屈折角をε2とする。α,β,γ,δはいずれも0度と90度の間の正の値を取るが,ε2は−90度<ε2<90度であり,符号は,レーザビームが図3のように底辺側に屈折する場合を正,構成fのように頂角側に屈折する場合を負とする。ε2は,図2で言えば,レーザビーム4がチャンネル2を通過する際に受ける屈折角のことである。ここで,スネルの法則,及び幾何学的関係より,以下が成り立つ。 FIG. 3 schematically illustrates this phenomenon in an easily understandable manner. Some members m 1 refractive index n 1, consists member m 2 of refractive index n 2, cross-section is triangular prism apex angle A, horizontally base, it is located in a vertical angle downward. As defined in FIG. 3, the incident angle on the incident surface is α, the refraction angle is β, and the incident angle on the emission surface when a laser beam of virtually zero width is horizontally incident on this prism. the gamma, the refraction angle [delta], the angle of refraction net when the laser beam passes through the prism and epsilon 2. alpha, beta, gamma, [delta] is a positive value between 0 and 90 degrees either but, epsilon 2 is -90 degrees <epsilon 2 <90 degrees, code, so that the laser beam of FIG. 3 The case of refraction to the base side is positive, and the case of refraction to the apex side as in the configuration f is negative. ε 2 is the angle of refraction that the laser beam 4 receives as it passes through the channel 2 in FIG. Here, according to Snell's law and geometrical relations, the following holds.

1*sinα=n2*sinβ (1)
2*sinγ=n1*sinδ (2)
γ=A−β (3)
ε2=α+δ−A (4)
また,射出成形の抜き勾配をDとすると,
A=2*D (5)
が成り立ち,入射レーザビームと底辺が平行であるため,
α=D (6)
が成り立つ。以上より,
ε2=sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n2)}*n2/n1]−D (7)
と表現される。構成fでは,n2<n1であるため,屈折角はε2<0となり,上述した通り,レーザビーム4はチャンネル2を通過する際に頂角側に,横入射軸から離れる方向に屈折する。さらに複数のチャンネル2を通過する際は上記の屈折角が積算されるため,レーザビーム4は横入射軸から急速に逸脱する。したがって,構成fは,レーザビームを横入射させて複数のチャンネル2を同時照射するには不適切な構成と言える。
n 1 * sin α = n 2 * sin β (1)
n 2 * sin γ = n 1 * sin δ (2)
γ = A−β (3)
ε 2 = α + δ−A (4)
Also, assuming that the draft of injection molding is D,
A = 2 * D (5)
Because the incident laser beam and the base are parallel,
α = D (6)
Is true. From the above,
ε 2 = sin −1 [sin {2 * D-sin −1 (sin D * n 1 / n 2 )} * n 2 / n 1 ] -D (7)
It is expressed as In the configuration f, since n 2 <n 1 , the refraction angle becomes ε 2 <0, and as described above, the laser beam 4 is refracted in the apex angle side and away from the horizontal incident axis when passing through the channel 2 Do. Further, when passing through a plurality of channels 2, the above-described refraction angle is integrated, so that the laser beam 4 deviates rapidly from the transverse incident axis. Therefore, the configuration f can be said to be an inappropriate configuration for laterally irradiating a laser beam and simultaneously irradiating a plurality of channels 2.

図2の構成gは,上記の構成fの課題を解決するため,部材m1からなるマイクロチップ1に屈折率n2の部材m2が充填された複数のチャンネル2と,屈折率n3の部材m3が充填された複数のチャンネル3を交互に配置し,図1に示した構成b,c,dと同様に,n2<n1<n3とする。このとき,レーザビーム4がチャンネル3を通過する際に受ける屈折角ε3は,上記のチャンネル2を通過する際に受ける屈折角ε2と同様の導出により,
ε3=sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n3)}*n3/n1]−D (8)
と表現される。ここで,n2<n1<n3であるため,ε2<0に対してε3>0となり,チャンネル3はチャンネル2とは逆向きにレーザビーム4を屈折させること,つまり,チャンネル2によって横入射軸から離れる方向に屈折したレーザビーム4をチャンネル3によって横入射軸に戻す方向に屈折させることが可能となる。
Configuration g of 2, in order to solve the above problems of the configuration f, a plurality of channels 2 member m 2 of refractive index n 2 in the microchip 1 is filled consisting member m 1, the refractive index n 3 a plurality of channels 3 which member m 3 is filled alternately arranged, arrangement b shown in FIG. 1, c, similarly to the d, and n 2 <n 1 <n 3 . At this time, the refraction angle ε 3 received when the laser beam 4 passes through the channel 3 is derived by the same derivation as the refraction angle ε 2 received when passing the channel 2 as described above,
ε 3 = sin -1 [sin {2 * D-sin -1 (sin D * n 1 / n 3 )} * n 3 / n 1 ] -D (8)
It is expressed as Here, since n 2 <n 1 <n 3 , ε 3 > 0 for ε 2 <0, and channel 3 refracts laser beam 4 in the direction opposite to channel 2, that is, channel 2 Thus, it is possible to refract the laser beam 4 refracted in the direction away from the transverse incident axis back to the transverse incident axis by the channel 3.

横入射方式を良好に機能させるためには,ε2とε3のバランスが重要であり,少なくとも,チャンネル2にチャンネル3が加わることによって正味の屈折角の絶対値を小さくさせること,つまり,
|ε2+ε3|<|ε2| (9)
の関係を満たすことが有効である。式(9)に式(7)及び式(8)を代入すると,
|sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n2)}*n2/n1]−D
+sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n3)}*n3/n1]−D|
<|sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n2)}*n2/n1]−D| (10)
となる。より理想的には,
|ε2+ε3|≒0 (11)
が有効である。同様に,式(10)に式(7)及び式(8)を代入すると,
|sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n2)}*n2/n1]−D
+sin-1[sin{2*D−sin-1(sinD*n1/n3)}*n3/n1]−D|≒0 (12)
となる。これらの関係が満たされるとき,レーザビーム4を横入射軸に沿って進行させることが可能となり,複数のチャンネル2を横入射方式により効率的に同時照射することが可能となる。
The balance of ε 2 and ε 3 is important to make the lateral incidence system work well, at least by making the absolute value of the net angle of refraction smaller by the addition of channel 3 to channel 2, ie,
| Ε 2 + ε 3 | <| ε 2 | (9)
It is effective to satisfy Substituting equations (7) and (8) into equation (9),
| Sin -1 [sin {2 * D-sin -1 (sin D * n 1 / n 2 )} * n 2 / n 1 ]-D
+ Sin -1 [sin {2 * D-sin -1 (sinD * n 1 / n 3)} * n 3 / n 1] -D |
<| Sin −1 [sin {2 * D-sin −1 (sin D * n 1 / n 2 )} * n 2 / n 1 ] -D | (10)
It becomes. More ideally,
| Ε 2 + ε 3 | ≒ 0 (11)
Is valid. Similarly, substituting equation (7) and equation (8) into equation (10),
| Sin -1 [sin {2 * D-sin -1 (sin D * n 1 / n 2 )} * n 2 / n 1 ]-D
+ Sin -1 [sin {2 * D-sin -1 (sinD * n 1 / n 3)} * n 3 / n 1] -D | ≒ 0 (12)
It becomes. When these relationships are satisfied, the laser beam 4 can be made to travel along the transverse incident axis, and the channels 2 can be efficiently irradiated simultaneously by the transverse incident method.

図4は,図2の構成gのマイクロチップ1を射出成形により製造するプロセスを断面模式図で示した工程図である。(a)に示す金型100に対して,(b)のように透明な樹脂を加熱溶融させた部材m1を射出注入し,冷却及び固体化させる。次に,金型100を抜き取ることによって,(c)のようにマイクロチップ1のチャンネルを有する部品101,すなわち構成gの境界面5より下側の部品101としての透明固体部材の成形品を得る。下側の部品101は,板状の透明固体部材の表面に台形の断面形状を有する複数本の溝が形成されたものである。この溝は,少なくとも一部の領域で相互に平行に配列されている。 FIG. 4 is a process diagram showing a process of manufacturing the microchip 1 having the configuration g of FIG. 2 by injection molding in a schematic cross-sectional view. Relative to the mold 100 shown in (a), a transparent resin member m 1 in which heated and melted by injection injected as in (b), however, allowed to cool and solidify. Next, the mold 100 is removed to obtain a molded part of the transparent solid member as the part 101 having the channel of the microchip 1 as shown in (c), that is, the part 101 below the interface 5 of the configuration g. . The lower part 101 is formed by forming a plurality of grooves having a trapezoidal cross-sectional shape on the surface of a plate-like transparent solid member. The grooves are arranged parallel to one another in at least part of the area.

一方,マイクロチップ1のチャンネルを有さない部品102,すなわち構成gの境界面より上側の部品102として板状の透明固体部材を別途作製し,(d)に示すように,部品101と境界面5で熱溶着等により張り合わせ,(e)に示すマイクロチップ1を得る。すなわち,この工程によって,部品101の表面に形成された複数本の溝によってマイクロチップのチャンネルが構成されることになる。この状態では,いずれのチャンネルも内部は空気で満たされている。最後に,(f)に示すように,複数のチャンネルの内の所望のチャンネルの内部に部材m3を充填し,チャンネル3を作製する。マイクロチップ1は,例えば(f)の状態でユーザに配布され,ユーザは分析を開始する前に,その他のチャンネルの内部に例えば電気泳動用の泳動媒体からなる部材m2を充填してチャンネル2を作製し,構成gの状態にする。もちろん,あらかじめ構成gの状態まで完成させてからユーザに配布しても良い。 On the other hand, a plate-like transparent solid member is separately prepared as the component 102 not having the channel of the microchip 1, ie, the component 102 above the interface of the configuration g, and as shown in (d) At 5 and bonding together by heat welding etc., the microchip 1 shown to (e) is obtained. That is, in this process, a plurality of grooves formed on the surface of the component 101 constitute a channel of the microchip. In this state, the inside of each channel is filled with air. Finally, as shown in (f), the member m 3 is filled inside the desired one of the plurality of channels to make the channel 3. The microchip 1 is distributed to the user, for example, in the state of (f), and the user fills the other channel with, for example, a member m 2 consisting of a migration medium for electrophoresis before starting analysis. And make it into the state of configuration g. Of course, it may be distributed to the user after completing the configuration g in advance.

以上では,チャンネル2及び3の断面形状が等脚台形の場合を考えたが,等脚でない台形の場合についても同様に考えることができる。台形の2つの底角を90+DL度(0度<DL<90度)及び90+DR度(0度<DR<90度)とするとき,D=(DL+DR)/2とすれば,近似的に式(1)から式(12)までの関係式をそのまま適用して構わない。 Although the case where the cross-sectional shape of the channels 2 and 3 is an isosceles trapezoid was considered above, the case of a trapezoid which is not isopod can also be considered similarly. Two base angles of the trapezoid 90 + D L level (0 degrees <D L <90 degrees) and 90 + D R of (0 ° <D R <90 degrees) when a, be and D = (D L + D R ) / 2 For example, the relational expressions from the expressions (1) to (12) may be applied as they are.

また,チャンネル2及びチャンネル3の断面形状が台形以外であっても同様の効果を得ることが可能である。例えば,等脚でない台形,平行四辺形,三角形,あるいは各辺が直線ではなく円弧状になっていたり,角が丸みを帯びていたりしても,屈折率n1のマイクロチップ1に設けられた屈折率n2のチャンネル2の持つレーザビーム4の屈折作用と屈折率n3のチャンネル3の持つレーザビーム4の屈折作用が逆向きであって,互いに相殺することによって正味の屈折作用を弱めることが本発明の特長であり,その代表的な条件がn2<n1<n3である。また,各チャンネルは等しい間隔で配列しているが,そのように各チャンネルが等間隔で配列していなくても同様の効果が得られる。さらに,構成gでは,チャンネル2とチャンネル3が交互に配置しているが,必ずしもそのように構成する必要はなく,少なくとも1つ以上のチャンネル2及びチャンネル3が同一のマイクロチップ上に配列していることが必要である。例えば,2つのチャンネル2の屈折作用と,1つのチャンネル3の屈折作用がバランス良く相殺する場合は,チャンネル2とチャンネル3の数は2:1の比率で配列すれば良い。 The same effect can be obtained even if the cross-sectional shapes of the channels 2 and 3 are other than trapezoidal. For example, it is provided on the microchip 1 of the refractive index n 1 even if the trapezoid which is not isopod, parallelogram, triangle, or each side is not a straight line but an arc shape or corners are rounded. a refractive action opposite the laser beam 4 with the channel 3 of the refractive action as the refractive index n 3 of the laser beam 4 having a channel 2 having a refractive index n 2, weakening the refractive effect of the net by offsetting each other Is a feature of the present invention, and typical conditions are n 2 <n 1 <n 3 . Also, although the channels are arranged at equal intervals, the same effect can be obtained even if the channels are not arranged at equal intervals. Furthermore, in configuration g, channel 2 and channel 3 are alternately arranged, but it is not necessary to configure as such, and at least one or more channel 2 and channel 3 are arranged on the same microchip Need to be For example, when the refraction of two channels 2 and the refraction of one channel 3 are well balanced, the numbers of channels 2 and 3 may be arranged in a ratio of 2: 1.

以下,本発明の実施の形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

[実施例1]
図5は,本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図である。本例は生体試料に含まれるDNAの電気泳動分析を行うシステムを示し,(a)はマイクロチップ1の鳥瞰図,(b)はシステムを構成するマイクロチップ1に対するレーザビーム4の横入射軸を含む断面,蛍光検出光学系の断面,及びデータ解析装置を示し,(c)は2次元センサ12で得られる2次元蛍光像を示している。
Example 1
FIG. 5 is a schematic explanatory view showing an example of the multi-channel fluorescence detection device according to the present invention. This example shows a system for performing electrophoresis analysis of DNA contained in a biological sample, where (a) is a bird's-eye view of the microchip 1, (b) contains the transverse incident axis of the laser beam 4 to the microchip 1 constituting the system. A cross section, a cross section of a fluorescence detection optical system, and a data analysis device are shown, and (c) shows a two-dimensional fluorescence image obtained by the two-dimensional sensor 12.

図5(a)に示すように,マイクロチップ1には,部材m2が充填された各チャンネル2と部材m3が充填された各チャンネル3が交互に,互いに平行に,同一平面上に配列されている。各チャンネル2のそれぞれに入口ポート6及び出口ポート7が設けられている。入口ポート6の近傍のチャンネル2のそれぞれには,試料を導入するためのクロスインジェクション部又はTインジェクション部が設けられているが,図5では省略してある。試料中のDNAは,あらかじめ興味のある領域が増幅され,蛍光体が標識されている。試料導入後,入口ポート6を負極,出口ポート7を正極として各チャンネル2の両端に電圧を印加することによって,試料に含まれる蛍光標識DNAを入口ポート6から出口ポート7に向かって電気泳動分離する。 Figure 5 (a), the the microchip 1, each channel 3 is alternately each channel 2 and the members m 3 which member m 2 was filled is filled, parallel to each other, arranged on the same plane It is done. An inlet port 6 and an outlet port 7 are provided in each of the channels 2 respectively. Each of the channels 2 in the vicinity of the inlet port 6 is provided with a cross injection part or a T injection part for introducing a sample, but it is omitted in FIG. The DNA in the sample is previously amplified in a region of interest and labeled with a fluorophore. After sample introduction, by applying voltage to both ends of each channel 2 with the inlet port 6 as the negative electrode and the outlet port 7 as the positive electrode, the fluorescently labeled DNA contained in the sample is electrophoretically separated from the inlet port 6 to the outlet port 7 Do.

一方で,各チャンネル3には,それぞれに入口ポート8及び出口ポート103が設けられている。各チャンネル3に充填する部材m3が固体の場合は入口ポート8や出口ポート103を開放したままでも良いが,液体の場合には,蒸発や圧力差によってチャンネル3から部材m3が抜け出ないような工夫が必要である。ここでは,部材m3をチャンネル3に充填後,入口ポート8及び出口ポート103を封止した。図6は,図5(a)の一つのチャンネル3に沿ったマイクロチップ1の略断面図である。図6(a)に示すように最初,入口ポート8,チャンネル3,出口ポート103はいずれも空気が満たされているが,図6(b)に示すようにチャンネル3の内部を部材m3で充填した。続いて図6(c)に示すように,入口ポート8及び出口ポート103のそれぞれにシリコン製のゴム栓107を挿入し,チャンネル3の内部の部材m3が動かないようにした。ここで,ゴム栓の代わりに,接着剤や樹脂で入口ポート8及び出口ポート103を固めても同様の効果が得られる。ゴム栓107で両端を封止されたチャンネル3の内部空間は,部材m3だけで満たされて空気が混入しないことが望ましい。しかし,少量の空気の混入であれば部材m3の動きが抑制され,チャンネル3の少なくともレーザビーム照射位置が測定中に常に部材m3で満たされるように制御できる。 On the other hand, each channel 3 is provided with an inlet port 8 and an outlet port 103 respectively. May remain member m 3 to be filled in each channel 3 in the case of solid opens the inlet port 8 and outlet port 103, but in the case of liquid, so as not to come out the member m 3 from the channel 3 by evaporation and the pressure difference It is necessary to Here, after filling the member m 3 in channel 3, sealing the inlet port 8 and an outlet port 103. FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the microchip 1 taken along one channel 3 of FIG. 5 (a). First, as shown in FIG. 6 (a), the inlet port 8, the channel 3, although both the outlet port 103 air is filled, a member m 3 inside the channels 3, as shown in FIG. 6 (b) It was filled. Subsequently, as shown in FIG. 6C, a silicone rubber plug 107 was inserted into each of the inlet port 8 and the outlet port 103 so that the member m3 inside the channel 3 would not move. Here, the same effect can be obtained by setting the inlet port 8 and the outlet port 103 with an adhesive or resin instead of the rubber plug. The internal space of the channel 3 which is sealed at both ends with a rubber stopper 107 is preferably filled with only member m 3 of air not mixed. However, the small amount of movement of the member m 3 if air contamination suppression can be controlled so that at least a laser beam irradiation position of the channel 3 is always filled with the member m 3 during the measurement.

図5(b)に示す通り,レーザ光源111から出射したレーザビーム4を,レンズを含む照射光学系により絞り,マイクロチップ1の側面から導入し,各チャンネル2及び3が配列した部分に,配列平面及び横入射軸に沿って,かつ各チャンネル2及び3の長軸に垂直に照射し,各チャンネル2及び3に貫通させて同時照射する。各チャンネル2の中を電気泳動する蛍光標識DNAは,横入射軸を横切る際,レーザビームによる励起を受け,蛍光を発光する。各チャンネル2から発光する蛍光は蛍光検出光学系によって検出される。すなわち,共通の集光レンズ9で平行光束にされ,フィルタ及び回折格子10を透過し,結像レンズ11によって2次元センサ12のセンサ面上に結像される。フィルタは蛍光検出の際の背景光となるレーザビームの波長を遮断するために設け,回折格子は蛍光を波長分散して多色検出するために設ける。なお,チャンネル2及びチャンネル3は,円柱レンズのようにチャンネルの長軸方向の広い位置で同様のレンズ作用をするので,マイクロチップ1へのレーザビーム4の入射位置が多少ずれても,蛍光検出精度には影響がない。   As shown in FIG. 5 (b), the laser beam 4 emitted from the laser light source 111 is introduced from the side of the microchip 1 by the illumination optical system including the lens and the side of the microchip 1, and arranged in the portion where each channel 2 and 3 are arranged. Irradiate along planar and transverse incident axes and perpendicular to the long axis of each channel 2 and 3 and penetrate through each channel 2 and 3 simultaneously. The fluorescently labeled DNA electrophoresed in each channel 2 is excited by the laser beam and emits fluorescence when crossing the transverse incident axis. The fluorescence emitted from each channel 2 is detected by a fluorescence detection optical system. That is, the light is collimated by the common condenser lens 9, transmitted through the filter and the diffraction grating 10, and imaged on the sensor surface of the two-dimensional sensor 12 by the imaging lens 11. A filter is provided to block the wavelength of the laser beam serving as background light in fluorescence detection, and a diffraction grating is provided to perform wavelength dispersion of fluorescence to detect polychromatic light. It should be noted that since the channel 2 and the channel 3 perform the same lens action at a wide position in the long axis direction of the channel like a cylindrical lens, even if the incident position of the laser beam 4 to the microchip 1 shifts slightly, fluorescence detection There is no impact on accuracy.

図5(c)は,2次元センサ12で得られる2次元蛍光像104を示す模式図である。波長分散の方向は,各チャンネル2の長軸方向(図5(b)の断面図に垂直な方向),つまり複数のチャンネル2の配列方向と垂直であるため,各チャンネル2からの発光蛍光の波長分散像が互いに重なり合うことなく,独立に計測される。ここで,各チャンネル2からはフィルタでは除去し切れないレーザ光散乱及び蛍光の波長分散像105が得られ,各チャンネル3からはフィルタでは除去し切れないレーザ光散乱の波長分散像106が得られる。このようにして計測された蛍光の信号はデータ解析装置13によって解析され,各チャンネル2に導入された試料の分析を行う。   FIG. 5C is a schematic view showing a two-dimensional fluorescence image 104 obtained by the two-dimensional sensor 12. The direction of wavelength dispersion is perpendicular to the long axis direction of each channel 2 (direction perpendicular to the cross-sectional view in FIG. 5B), that is, the arrangement direction of the plurality of channels 2. The wavelength dispersive images are independently measured without overlapping each other. Here, a wavelength dispersion image 105 of laser light scattering and fluorescence which can not be removed by a filter is obtained from each channel 2, and a wavelength dispersion image 106 of laser light scattering which can not be removed by a filter is obtained from each channel 3 . The fluorescence signal measured in this manner is analyzed by the data analyzer 13 to analyze the sample introduced to each channel 2.

図7は,図5(a)とは異なるマイクロチップ1の構成例を示す概略図である。複数のチャンネル2及び3が交互に配列している点は同じであるが,配列間隔がレーザビーム照射位置近傍で狭くなっていること,各チャンネル2及び3に共通の出口ポート113が存在することが異なる。これは,試料導入側には,入口ポート6及びクロスインジェクション等による試料導入機構をチャンネル2毎に独立に構成するための空間が必要であるのに対して,レーザビーム照射位置では配列間隔を狭くした方が横入射方式に有利であるためである。ここで,共通出口ポート113は電気泳動分析においてレーザビーム照射位置よりも下流であるため,共通化しても問題はない。また,チャンネル3の全長がチャンネル2のそれよりも短いのは,チャンネル3がレーザビーム照射位置だけ存在すれば良いためである。   FIG. 7 is a schematic view showing a configuration example of the microchip 1 different from that of FIG. 5A. Although the plurality of channels 2 and 3 are alternately arranged, they are the same, but the arrangement interval is narrowed near the laser beam irradiation position, and a common outlet port 113 exists for each channel 2 and 3 Is different. This is because the sample introduction side requires a space for forming the inlet port 6 and the sample introduction mechanism by cross injection independently for each channel 2, but the arrangement interval is narrow at the laser beam irradiation position. This is because it is advantageous to the lateral incidence method. Here, since the common outlet port 113 is downstream of the laser beam irradiation position in the electrophoresis analysis, there is no problem even if it is made common. The total length of the channel 3 is shorter than that of the channel 2 because the channel 3 only needs to be at the laser beam irradiation position.

図5は,本発明に共通する実施の形態の一部を示している。ただし,一部の実施例では,図5に示されるチャンネル3が存在しない場合もあるが,その場合は図5からチャンネル3,入口ポート8,及び出口ポート103が削除されたものを想定すれば良い。また,チャンネル2及び3の数や断面形状は例を示しているに過ぎず,これに限定されるものではない。   FIG. 5 shows a part of an embodiment common to the present invention. However, in some embodiments, channel 3 shown in FIG. 5 may not exist, in which case it is assumed that channel 3, inlet port 8 and outlet port 103 have been deleted from FIG. good. Further, the numbers and the cross-sectional shapes of the channels 2 and 3 are merely examples, and the present invention is not limited thereto.

本発明では,その効果を実証するために,マイクロチップに設けられた複数のチャンネルに対して横入射されたレーザビームの光線追跡シミュレーションを実施し,横入射される前のレーザビームの全強度に対する各チャンネルの内部を通過するレーザビームの強度の比率,すなわちチャンネル毎のレーザビーム照射効率を求め,どの程度のチャンネル数をどの程度の効率で横入射可能であるかを評価した。このような光線追跡シミュレーションから求められるチャンネル毎のレーザビーム照射効率は,特許文献2に示されている通り,実験で得られるチャンネル毎の蛍光強度比率と良く一致することが証明されており,極めて信頼性の高い評価方法である。本発明では,3次元光線追跡シミュレータとして,照明設計解析ソフトウェアLightToolTM(Synopsys’ Optical Solutions Group)を用いた。 In the present invention, in order to demonstrate the effect, ray tracing simulation of the laser beam laterally incident on a plurality of channels provided in the microchip is carried out, and for the total intensity of the laser beam before being laterally incident. The ratio of the intensity of the laser beam passing through the inside of each channel, that is, the laser beam irradiation efficiency for each channel, was determined, and it was evaluated how many channels can be cross incident with what efficiency. The laser beam irradiation efficiency for each channel obtained from such ray tracing simulation has been proved to be in good agreement with the fluorescence intensity ratio for each channel obtained in the experiment, as shown in Patent Document 2 It is a highly reliable evaluation method. In the present invention, as a three-dimensional ray tracing simulator using lighting design analysis software LightTool TM and (Synopsys' Optical Solutions Group).

図8は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成aと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。   FIG. 8 is a view showing a configuration a, which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and a result of ray tracing simulation of the laser beam 4 incident to the side thereof.

図8(a)は,マイクロチップ1の横入射軸を含み,各チャンネル2に垂直な断面を示す図である。#1から#24の合計24本のチャンネル2が同一平面上に配列している。ここで,#1はレーザビーム4が導入される側の端にあり,レーザビーム4が最初に照射されるチャンネル2の番号を示す。以降,#2,#3,‥‥,#24はレーザビーム4の進行方向に従って各チャンネル2に順番に付けられた番号を示す。図8(b)は,図8(a)の内,#1から#4の部分の拡大図である。図8は,y軸,z軸からなるyz平面で表されているが,その原点は#1の中心軸,z軸は横入射軸と一致させてある。   FIG. 8A is a view showing a cross section perpendicular to each channel 2 including the transverse incident axis of the microchip 1. A total of 24 channels 2 from # 1 to # 24 are arranged on the same plane. Here, # 1 is at the end to which the laser beam 4 is introduced, and indicates the number of the channel 2 to which the laser beam 4 is first irradiated. Hereinafter, # 2, # 3,..., # 24 indicate the numbers sequentially assigned to the respective channels 2 in accordance with the traveling direction of the laser beam 4. FIG. 8 (b) is an enlarged view of parts # 1 to # 4 in FIG. 8 (a). FIG. 8 is represented by a yz plane composed of the y-axis and the z-axis, but the origin is the central axis of # 1, and the z-axis coincides with the horizontal incident axis.

図8に示したマイクロチップ1の構成は図1の構成aに従っている。マイクロチップ1を空気中に配置した。マイクロチップ1の部材m1は,ZEONORTM(ゼオノア,日本ゼオン)とした。ゼオノアは,シクロオレフィンポリマー(COP)樹脂であり,透明性が高く,吸湿性が低いこと等の特長によりマイクロチップの部材に良く用いられる。ゼオノアの屈折率はn1=1.53である。チャンネル2の断面形状は直径50μmの円形とし,間隔300μmで24本のチャンネル2を同一平面上に配列した。つまり,#1の中心軸と#24の中心軸の距離は6.9mmである。各チャンネル2の内部には,3500/3500xL POP-7TM ポリマー(Life Technologies)を充填した。POP-7は8Mの尿素と電気泳動分離媒体となるポリマーを含む水溶液であり,その屈折率は8Mの尿素の影響により,n2=1.41である。 The configuration of the microchip 1 shown in FIG. 8 follows the configuration a of FIG. The microchip 1 was placed in the air. Member m 1 of the microchip 1 was a ZEONOR TM (ZEONOR, Nippon Zeon). Zeonor is a cycloolefin polymer (COP) resin and is often used for microchip members due to its high transparency and low hygroscopicity. The refractive index of Zeonor is n 1 = 1.53. The cross-sectional shape of the channel 2 was a circle with a diameter of 50 μm, and 24 channels 2 were arranged on the same plane at an interval of 300 μm. That is, the distance between the central axis of # 1 and the central axis of # 24 is 6.9 mm. Inside each channel 2, was charged with 3500 / 3500xL POP-7 TM polymers (Life Technologies). POP-7 is an aqueous solution containing 8 M urea and a polymer as an electrophoretic separation medium, and its refractive index is n 2 = 1.41 due to the effect of 8 M urea.

図8(c)及び(d)は,それぞれ図8(a)及び(b)において,横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションを行った結果を示す図である。レーザビーム4は,図8の左側から導入され,マイクロチップ1に左の側面に対して垂直に入射し,#1のチャンネル2を照射した。マイクロチップ1に入射する前のレーザビーム4は,波長505nm,径50μmの平行光束とし,その中心軸を横入射軸と一致させた。また,レーザビーム4は,300本の無限小幅のビーム要素で構成し,これらのビーム要素の位置は径50μmの内部で均一かつランダムに配置した。さらに,レーザビーム4は,その合計強度を1.0とし,各ビーム要素には等しくそれぞれ1/300の強度を持たせた。光線追跡シミュレーションでは,各ビーム要素毎に,マイクロチップ1への入射面,チャンネル1への入射面,チャンネル1からの出射面,等の屈折率が変化する位置でその都度,スネルの法則及びフレネルの法則を適用し,屈折光の進行方向と強度を追跡した。ただし,ビーム要素が屈折率が変化する位置で全反射する場合は,反射光の進行方向と強度を追跡した。図8(c)及び(d)は,そのようにして計算した300本のビーム要素の光路を示している。図8(e)は,そのようにして計算した300本のビーム要素の内,チャンネル毎に,その内部を透過するビーム要素を抽出し,それらのその位置での強度の合計をレーザビーム照射効率として表したものである。   FIGS. 8 (c) and 8 (d) show the results of ray tracing simulation of the laterally incident laser beam 4 in FIGS. 8 (a) and 8 (b), respectively. The laser beam 4 was introduced from the left side of FIG. 8 and was incident perpendicularly to the left side surface of the microchip 1 to irradiate the channel 2 of # 1. The laser beam 4 before entering the microchip 1 was a parallel beam with a wavelength of 505 nm and a diameter of 50 μm, and its central axis was aligned with the transverse incident axis. The laser beam 4 is composed of 300 infinitely narrow beam elements, and the positions of these beam elements are uniformly and randomly arranged within a diameter of 50 μm. Furthermore, the total intensity of the laser beam 4 is 1.0, and each beam element is equally given an intensity of 1/300. In ray tracing simulation, Snell's law and Fresnel at each position where the refractive index of the entrance surface to the microchip 1, the entrance surface to the channel 1, the exit surface from the channel 1, etc. changes for each beam element The law of L is applied to track the traveling direction and intensity of refracted light. However, when the beam element is totally reflected at the position where the refractive index changes, the traveling direction and intensity of the reflected light are tracked. Figures 8 (c) and (d) show the optical paths of the 300 beam elements so calculated. FIG. 8 (e) extracts the beam element transmitted through the inside for each channel among the 300 beam elements thus calculated, and sums the intensities at those positions as the laser beam irradiation efficiency. It is represented as

図8(c)及び(d)に示されている通り,横入射されたレーザビーム4は,n2(=1.41)<n1(=1.53)によって各チャンネル2が凹レンズ作用を持つため,横入射軸から発散した。図8(e)に示すように,レーザビーム照射効率は急激に減衰し,1本か,せいぜい2本のチャンネル2だけしかレーザビーム照射できないことが分かった。したがって,図8に示す本例のマイクロチップの構成aは,多数のチャンネルを横入射方式で効率良く同時照射することに適していないことが明らかとなった。 As shown in FIGS. 8C and 8D, the laterally incident laser beam 4 has a concave lens function for each channel 2 by n 2 (= 1.41) <n 1 (= 1.53). In order to have it, it diverged from the horizontal incident axis. As shown in FIG. 8 (e), it was found that the laser beam irradiation efficiency was sharply attenuated, and only one or at most two channels 2 could be irradiated with the laser beam. Therefore, it has become clear that the configuration a of the microchip of the present example shown in FIG. 8 is not suitable for efficient simultaneous irradiation of a large number of channels by the lateral incidence method.

以上の光線追跡シミュレーションは3次元モデル上で実行されたが,図8(a)〜(d)は,各チャンネル2の中心軸に垂直な平面に投影した2次元イメージである。図8(e)は,3次元で計算した結果である。   The ray tracing simulation described above was performed on a three-dimensional model, but FIGS. 8A to 8D are two-dimensional images projected on a plane perpendicular to the central axis of each channel 2. FIG. 8E shows the result of calculation in three dimensions.

図9は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成bと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成は,図1の構成bに従っている。以下,構成bの説明をするが,特に断りがない場合は,構成aと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成bと構成aとの違いは,図9(a)及び(b)に示されているように,24本のチャンネルの内,奇数#はチャンネル2のままであるが,偶数#はチャンネル3とし,チャンネル2とチャンネル3を交互に配列していることである。ここで,図9(a)及び(b)において,チャンネル3を見やすくするために,チャンネル3に輪郭を記した。   FIG. 9 is a diagram showing a configuration b, which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and a result of ray tracing simulation of the laser beam 4 transversely incident thereon. The configuration of this microchip 1 conforms to the configuration b of FIG. Hereinafter, the configuration b will be described. However, unless otherwise noted, it may be considered that the same description as that of the configuration a holds. As shown in FIGS. 9A and 9B, the difference between the configuration b and the configuration a is that among the 24 channels, the odd # remains as channel 2 but the even # as channel 3 The channel 2 and the channel 3 are alternately arranged. Here, in FIGS. 9A and 9B, in order to make the channel 3 more visible, the channel 3 is outlined.

マイクロチップ1の部材m1及びチャンネル2に充填する部材m2は構成aと同じとした。チャンネル3に充填する部材m3は,カーギル標準屈折液Standard Group Combined Set(ショットモリテックス)の内,屈折率がn3=1.60の標準屈折液とした。この標準屈折液セットは,屈折率範囲1.400〜1.700で,屈折率0.002刻み,公差±0.0002で市販されている。チャンネル3に上記標準屈折液を充填した後は,チャンネル3の両端を封止することによって,上記標準屈折液が蒸発や圧力等によりチャンネル3から抜け出ることを防いだ。このようにすれば,あらかじめチャンネル3に標準屈折液が充填されたマイクロチップを市場に流通させることが可能となり,ユーザがチャンネル3に標準屈折液を充填する手間を省くことが可能である。このとき,n2(=1.41)<n1(=1.53)<n3(=1.60)の関係が満たされ,各チャンネル2は凹レンズ作用を示すのに対して,各チャンネル3は凸レンズ作用を示す。 Member m 2 to be filled in member m 1 and channel 2 of the microchip 1 was the same as the configuration a. Member m 3 for filling the channel 3, of Cargill standard refractive liquid Standard Group Combined Set (shot Moritex), the refractive index is a standard refractive liquid n 3 = 1.60. This standard refractive liquid set is commercially available with refractive index range 1.400 to 1.700, refractive index 0.002 steps, tolerance ± 0.0002. After the channel 3 was filled with the standard refractive liquid, the both ends of the channel 3 were sealed to prevent the standard refractive liquid from coming out of the channel 3 due to evaporation, pressure or the like. In this way, it becomes possible to distribute to the market the microchip in which the channel 3 is filled with the standard refractive liquid in advance, and it is possible to save the user the trouble of filling the channel 3 with the standard refractive liquid. At this time, the relationship of n 2 (= 1.41) <n 1 (= 1.53) <n 3 (= 1.60) is satisfied, and while each channel 2 exhibits a concave lens action, each channel 3 shows a convex lens action.

図9(c)及び(d)に示されている通り,図8(c)及び(d)とは異なり,横入射されたレーザビーム4の一部を,横入射軸から発散せずに,横入射軸に沿って多数のチャンネル2及び3を透過させることができた。これは,チャンネル2の凹レンズ作用によって広がったレーザビーム4を,チャンネル3の凸レンズ作用が部分的に集光したためである。ただし,#1のチャンネル2によって発散したレーザビーム4の内,#2のチャンネル3に入射しないほどに広がったビーム要素は,チャンネル3による集光を受けられず,そのまま発散を続けた。   As shown in FIGS. 9 (c) and 9 (d), unlike FIGS. 8 (c) and 8 (d), a part of the laser beam 4 incident on the side is not diverged from the side incident axis, Multiple channels 2 and 3 could be transmitted along the transverse incident axis. This is because the convex lens action of the channel 3 partially condenses the laser beam 4 expanded by the concave lens action of the channel 2. However, among the laser beams 4 diverged by the channel 2 of # 1, the beam element expanded so as not to be incident on the channel 3 of # 2 was not received by the condensing by the channel 3 and continued diverging as it was.

これらの結果,図9(e)に示す通り,レーザビーム照射効率は,#1のチャンネル1から#2のチャンネル3にかけて急激に減少するが,それ以降の#24のチャンネル3までは減衰が非常に小さくなった。レーザビーム照射効率の変化は,#1から#2までは図8(e)と同様であるが,#3から#24までが図8(e)と大きく異なった。図9(e)の#24のレーザビーム照射効率は2割強あったため,経験上,蛍光検出感度は若干落ちるが,奇数#の12本のチャンネル2を用いた同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。#1と#2以降のチャンネルではレーザビーム照射効率が大きく異なるが,この程度の差があっても異なる試料を複数のチャンネルを用いて同時に分析することは可能である。ただし,チャンネル間で蛍光強度を比較したり,蛍光強度に定量性を求めたりするような場合には,チャンネル間のレーザビーム強度が揃っていることが望ましい。そのような場合は,#1は分析に用いずに#3以降のチャンネル2を分析に用いるのが良い。   As a result, as shown in FIG. 9 (e), the laser beam irradiation efficiency decreases rapidly from channel 1 of # 1 to channel 3 of # 2, but the attenuation is very high up to channel 3 of # 24 thereafter. It became smaller. The change in laser beam irradiation efficiency from # 1 to # 2 is similar to that in FIG. 8 (e), but from # 3 to # 24 is significantly different from that in FIG. 8 (e). Since the laser beam irradiation efficiency of # 24 in FIG. 9 (e) was over 20%, from the experience, the fluorescence detection sensitivity is slightly reduced, but simultaneous fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis using 12 channels 2 of odd # Was found to be possible. Although the laser beam irradiation efficiency differs greatly between channels # 1 and # 2 and thereafter, it is possible to simultaneously analyze different samples using a plurality of channels even with this difference. However, in the case where fluorescence intensity is to be compared between channels or quantitative property is required for the fluorescence intensity, it is desirable that the laser beam intensities between the channels be uniform. In such a case, it is better to use channel 2 after # 3 for analysis without using # 1 for analysis.

図10は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成cと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成は,図1の構成cに従っている。以下,構成cの説明をするが,特に断りがない場合は,構成bと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成cと構成bとの違いは,図10(a)及び(b)に示されているように,奇数#のチャンネル3の断面形状を2倍の直径100μmの円形としたことである。ここで,図10(a)及び(b)において,チャンネル3を見やすくするために,チャンネル3に輪郭を記した。   FIG. 10 is a diagram showing a configuration c which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and the result of ray tracing simulation of the laser beam 4 incident on the configuration c. The configuration of this microchip 1 conforms to the configuration c of FIG. The configuration c will be described below, but it may be considered that the same description as that of the configuration b holds unless otherwise noted. The difference between the configuration c and the configuration b is that, as shown in FIGS. 10A and 10B, the cross-sectional shape of the odd # channel 3 is a circle with a diameter of 100 μm which is twice as large. Here, in FIGS. 10A and 10B, in order to make the channel 3 easy to see, the channel 3 is outlined.

各チャンネル3に充填する部材m3は,同様のカーギル標準屈折液セットの内,屈折率がn3=1.68の標準屈折液とした。チャンネル3の断面の円形の直径を大きくしたのは,図9(c)及び(d)において,#1のチャンネル2によって発散したレーザビーム4の内,#2のチャンネル3に入射しないほどに広がったビーム要素の割合を低減するためである。一方で,チャンネル3の断面の円形の直径が大きくなることは,チャンネル3の表面の曲率が小さくなること,すなわち凸レンズ作用が弱くなることを意味する。そこで,内部の屈折率を構成bの場合よりも高くすることによって,チャンネル3の凸レンズ作用が維持されるように工夫した。n2(=1.41)<n1(=1.53)<n3(=1.68)の関係が満たされ,各チャンネル2の凹レンズ作用と各チャンネル3の凸レンズ作用をバランスさせた。 Member m 3 to be filled in each channel 3, of the same Cargill standard refractive liquid set, the refractive index is a standard refractive liquid n 3 = 1.68. In FIGS. 9 (c) and 9 (d), the diameter of the circle of the cross section of channel 3 is enlarged so that it does not enter channel 3 of # 2 among laser beams 4 diverged by channel 2 of # 1. To reduce the proportion of beam elements. On the other hand, an increase in the circular diameter of the cross section of the channel 3 means that the curvature of the surface of the channel 3 becomes smaller, that is, the convex lens action becomes weaker. Therefore, by making the internal refractive index higher than in the case of the configuration b, it is devised that the convex lens action of the channel 3 is maintained. The relationship of n 2 (= 1.41) <n 1 (= 1.53) <n 3 (= 1.68) is satisfied, and the concave lens function of each channel 2 and the convex lens function of each channel 3 are balanced.

図10(c)及び(d)に示されている通り,図9(c)及び(d)とは異なり,横入射されたレーザビーム4のより多くの部分を,横入射軸から発散せずに,横入射軸に沿って多数のチャンネル2及び3を透過させることができた。これは,チャンネル2の凹レンズ作用によって広がったレーザビーム4を,断面の大きなチャンネル3の凸レンズ作用がより効率的に集光したためである。これらの結果,図10(e)に示す通り,レーザビーム照射効率は,#1のチャンネル2から#2のチャンネル3にかけての減衰が図9(e)と比較して大幅に抑えられ,それ以降の#24のチャンネル3までの減衰も非常に小さく維持された。全体的に,レーザビーム照射効率は,図9(e)の場合と比較して約2倍に向上した。このことから,奇数#の12本のチャンネル2を用いた同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。   As shown in FIGS. 10 (c) and 10 (d), unlike FIGS. 9 (c) and 9 (d), more of the laterally incident laser beam 4 diverges from the transverse incident axis. In addition, a large number of channels 2 and 3 can be transmitted along the transverse incident axis. This is because the laser beam 4 expanded by the concave lens action of the channel 2 is more efficiently condensed by the convex lens action of the channel 3 having a large cross section. As a result, as shown in FIG. 10 (e), the attenuation of the laser beam irradiation efficiency from channel 2 of # 1 to channel 3 of # 2 is significantly suppressed as compared with FIG. 9 (e), and thereafter The attenuation up to channel 3 of # 24 was also kept very small. Overall, the laser beam irradiation efficiency was improved about twice as compared with the case of FIG. 9 (e). From this, it was found that simultaneous fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis using 12 channels 2 of odd # are possible.

図11は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成dと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成は,図1の構成dに従っている。以下,構成dの説明をするが,特に断りがない場合は,構成cと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成dと構成cとの違いは,図11(a)及び(b)に示されているように,奇数#のチャンネル2の断面形状を,直径50μmの円形から,等脚台形としたことである。等脚台形は,下底50μm,高さ50μm,底角92度とし,上底は約53.5μmとした。ここで,図11(a)及び(b)において,チャンネル3を見やすくするために,チャンネル3に輪郭を記した。   FIG. 11 is a view showing a configuration d which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and a result of ray tracing simulation of the laser beam 4 transversely incident thereon. The configuration of this microchip 1 is in accordance with the configuration d of FIG. Hereinafter, the configuration d will be described. However, unless otherwise noted, it may be considered that the same description as that of the configuration c holds. The difference between the configuration d and the configuration c is that, as shown in FIGS. 11A and 11B, the cross-sectional shape of the odd # channel 2 is changed from a circle with a diameter of 50 μm to an isosceles trapezoid is there. The isosceles trapezoid has a lower base of 50 μm, a height of 50 μm, a base angle of 92 degrees, and an upper base of about 53.5 μm. Here, in FIGS. 11A and 11B, in order to make the channel 3 easy to see, the channel 3 is outlined.

断面形状を四角形にした理由は,各チャンネル2の屈折作用を弱めることであるが,四角形の中でも等脚台形にしたのは,図13の構成fで後述するように,マイクロチップ1の量産性を向上するためである。各チャンネル2に充填する部材m2は構成cと同じであるが,各チャンネル3に充填する部材m3は,同様のカーギル標準屈折液セットの内,屈折率がn3=1.66の標準屈折液とした。各チャンネル3に充填する部材m3の屈折率n3を構成cよりも若干低下させたのは,上記の変更により,構成cの各チャンネル3よりも凸レンズ作用を落としてもレーザビーム4を良好に集光できると考えられたためである。n2(=1.41)<n1(=1.53)<n3(=1.66)の関係が満たされ,各チャンネル2の屈折作用と各チャンネル3の凸レンズ作用をバランスさせた。 The reason for making the cross-sectional shape into a square is to weaken the refraction of each channel 2. Among the squares, the isosceles trapezoidal shape is the mass productivity of the microchip 1, as will be described later in the configuration f of FIG. To improve the Member m 2 to be filled in each channel 2 is the same as structure c, member m 3 to be filled in each channel 3, of the same Cargill standard refractive liquid set, a refractive index of n 3 = 1.66 standard It was a refractive liquid. Was slightly lowered than constituting c the refractive index n 3 of the member m 3 to be filled in each channel 3, the above changes, also good laser beam 4 dropped the convex lens action than the channels 3 in the configuration c It was thought that it could be focused on the The relationship of n 2 (= 1.41) <n 1 (= 1.53) <n 3 (= 1.66) is satisfied, and the refraction of each channel 2 and the convex lens of each channel 3 are balanced.

図11(c)及び(d)に示されている通り,図10(c)及び(d)とは異なり,横入射されたレーザビーム4のすべてのビーム要素を,横入射軸から発散せずに,横入射軸に沿って多数のチャンネル2及び3を透過させることができた。これは,チャンネル2の屈折作用が弱いことに加えて,断面の大きなチャンネル3の凸レンズ作用が効率的に集光したためである。   As shown in FIGS. 11 (c) and (d), unlike in FIGS. 10 (c) and (d), all beam elements of the laser beam 4 incident on the side are not diverged from the side incident axis. In addition, a large number of channels 2 and 3 can be transmitted along the transverse incident axis. This is because, in addition to the weak refracting action of the channel 2, the convex lens action of the channel 3 having a large cross section efficiently collects light.

これらの結果,図11(e)に示す通り,レーザビーム照射効率は,#1から#24のすべてのチャンネル2及び3で,8割5分以上の高いレーザビーム照射効率を得ることができた。レーザビーム4のすべてビーム要素を活用できているため,チャンネル#にともなうレーザビーム照射効率の僅かな減衰は,レーザビーム4のマイクロチップ1の部材m1と各チャンネル2の部材m2又は各チャンネル3の部材m3との境界における反射ロスで説明される。また,#1のレーザビーム照射効率が9割5分程になっている理由は,レーザビーム4がマイクロチップ1に入射する際の反射ロスである。このことから,奇数#の12本のチャンネル2を用いた高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 11 (e), the laser beam irradiation efficiency was able to obtain a high laser beam irradiation efficiency of at least 85% for all channels 2 and 3 from # 1 to # 24. . Since all beam elements of the laser beam 4 can be utilized, the slight attenuation of the laser beam irradiation efficiency with the channel # is determined by the member m 1 of the microchip 1 of the laser beam 4 and the member m 2 of each channel 2 or each channel The reflection loss at the boundary of the third member m3 is described. The reason why the # 1 laser beam irradiation efficiency is about 90. 5 minutes is a reflection loss when the laser beam 4 is incident on the microchip 1. This indicates that highly sensitive simultaneous fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis using 12 channels 2 of odd # are possible.

[実施例2]
本実施例では,実施例1との差分を中心に説明し,特に説明がない場合は実施例1と同様の説明が成り立つと考えて良い。実施例1との基本的な差分は,各チャンネルの断面形状を円形ではなく,四角形としたことである。
Example 2
In the present embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and it may be considered that the same description as that of the first embodiment holds unless otherwise described. The basic difference from the first embodiment is that the cross-sectional shape of each channel is not circular but square.

図12は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成eと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成は,図2の構成eに従っている。図12(a)及び(b)に示した通り,#1から#24をすべてチャンネル2とし,断面形状を径50μmの正四角形とし,間隔300μmで24本のチャンネル2を同一平面上に配列した。実施例1と同様に,マイクロチップ1の部材m1はゼオノア(n1=1.53),各チャンネル2の内部に充填する部材m2は3500/3500xL POP-7TMポリマー(n2=1.41)とした。 FIG. 12 is a diagram showing a configuration e, which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and a result of ray tracing simulation of the laser beam 4 laterally incident thereon. The configuration of this microchip 1 is in accordance with the configuration e of FIG. As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), all the channels # 1 to # 24 were channels 2, the cross-sectional shape was a regular square with a diameter of 50 μm, and 24 channels 2 were arranged on the same plane at a spacing of 300 μm. . As in Example 1, member m 1 is ZEONOR (n 1 = 1.53) of the microchip 1, member m 2 to be filled within each channel 2 3500 / 3500xL POP-7 TM polymers (n 2 = 1 .41).

図12(c)及び(d)に示した通り,横入射されたレーザビーム4は各チャンネル2によって屈折を受けることなく,横入射軸に沿って直進した。これは,各チャンネル2の断面形状が正四角形であり,上下の辺は横入射軸と平行,かつ左右の辺は横入射軸と垂直であるため,レーザビーム4の各チャンネル2への入射角と出射角が常に直角となり,レーザビーム4が屈折を受けないためである。レーザビーム4を構成する300本すべてのビーム要素がすべてのチャンネル2の照射に寄与するため,図12(e)に示すように,レーザビーム照射効率は,#1から#24のすべてのチャンネル2で,8割5分以上の高いレーザビーム照射効率を得ることができた。図12(e)の結果は,図11(e)の結果とほぼ同じであり,いずれも理想的なレーザビーム4の横入射方式を実現できている。構成eでは#1から#24のすべてがチャンネル2であるため,24本のチャンネル2を用いた高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。   As shown in FIGS. 12C and 12D, the laterally incident laser beam 4 travels straight along the transverse incident axis without being refracted by each channel 2. This is because the cross sectional shape of each channel 2 is a square, the upper and lower sides are parallel to the horizontal incident axis, and the left and right sides are perpendicular to the horizontal incident axis. The emission angle is always at a right angle, and the laser beam 4 is not refracted. Since all 300 beam elements constituting the laser beam 4 contribute to the irradiation of all the channels 2, as shown in FIG. 12 (e), the laser beam irradiation efficiency is set to all the channels 2 of # 1 to # 24. Thus, it was possible to obtain a high laser beam irradiation efficiency of 80. 5 minutes or more. The result of FIG. 12 (e) is almost the same as the result of FIG. 11 (e), and both can realize the ideal lateral incidence method of the laser beam 4. In configuration e, since all of # 1 to # 24 were channel 2, it was found that highly sensitive simultaneous fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis using 24 channels 2 were possible.

図13は,マイクロチップ1の一形態である構成fと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成は,図2の構成fに従っている。以下,構成fの説明をするが,特に断りがない場合は,構成eと同様の説明が成り立つと考えて良い。   FIG. 13 is a view showing a configuration f which is one form of the microchip 1 and the result of ray tracing simulation of the laser beam 4 incident to the side thereof. The configuration of this microchip 1 conforms to the configuration f of FIG. Although the configuration f will be described below, it may be considered that the same description as that of the configuration e holds unless otherwise noted.

構成fと構成eとの違いは,図13(a)及び(b)に示されているように,各チャンネル2の断面形状を正四角形から等脚台形に変更したことである。この変更は,マイクロチップ1の量産性を向上するため,具体的には射出成形等の加工法によって容易に製造可能にするために行った。マイクロチップ1の部材m1及び各チャンネル2の内部に充填する部材m2は構成eと同等とした。等脚台形は,下底50μm,高さ50μm,底角92度とし,上底は約53.5μmであった。つまり,射出成形で等脚台形の溝を作製する場合の抜き勾配は2度である。このとき,レーザビーム4のチャンネル2による屈折角は式(7)によりε2=−0.31度と計算され,図13(a)及び(b)においてレーザビーム4は横入射軸より下方向に屈折を受ける。 The difference between the configuration f and the configuration e is that, as shown in FIGS. 13A and 13B, the cross-sectional shape of each channel 2 is changed from a square to an isosceles trapezoid. In order to improve the mass productivity of the microchip 1, specifically, this change is made to be easily manufacturable by a processing method such as injection molding. Member m 2 to fill the inside of the member m 1 and the channel 2 of the microchip 1 was equivalent to configuration e. The isosceles trapezoid had a lower base of 50 μm, a height of 50 μm, a base angle of 92 degrees, and an upper base of about 53.5 μm. That is, the draft angle in the case of producing an isosceles trapezoidal groove by injection molding is 2 degrees. At this time, the refraction angle of the laser beam 4 by the channel 2 is calculated by the equation (7) as ε 2 = −0.31 degrees, and in FIGS. 13A and 13B, the laser beam 4 is directed downward from the transverse incident axis. Under the influence of refraction.

図13(c)及び(d)に示した通り,横入射されたレーザビーム4は各チャンネル2を通過するのに伴い,徐々に横入射軸から下方向に偏向し,横入射軸から急激に逸脱した。これは,各チャンネル2による屈折作用が,レーザビーム4が通過するチャンネル2の数に応じて蓄積されるためである。#9のチャンネル2以降で,レーザビーム4はチャンネル2の配列から完全に逸脱した。図13(e)に示すように,レーザビーム照射効率は,#4のチャンネル2以降で急激に減衰し,#9のチャンネル2以降でゼロとなった。構成fによれば,横入射方式によってレーザビーム4が効率的に同時照射できるチャンネル2の数は6〜7本に過ぎないことが分かった。   As shown in FIGS. 13 (c) and 13 (d), as the transversely incident laser beam 4 passes through each channel 2, it is gradually deflected downward from the transverse incident axis and sharply from the transverse incident axis. I deviated. This is because the refraction by each channel 2 is accumulated according to the number of channels 2 through which the laser beam 4 passes. From channel 2 of # 9 onwards, laser beam 4 deviates completely from the array of channel 2. As shown in FIG. 13 (e), the laser beam irradiation efficiency is rapidly attenuated at channel 2 of # 4 and later, and becomes zero at channel 2 and later of # 9. According to the configuration f, it was found that the number of channels 2 which can be simultaneously irradiated with the laser beam 4 efficiently by the lateral incidence method is only 6 to 7.

図14は,マイクロチップ1の一形態である構成f’と,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成f’は,図2の構成fに従っている。以下,構成f’の説明をするが,特に断りがない場合は,構成fと同様の説明が成り立つと考えて良い。   FIG. 14 is a view showing a configuration f ′ which is one form of the microchip 1 and the result of ray tracing simulation of the laser beam 4 incident on the configuration f ′. The configuration f 'of the microchip 1 conforms to the configuration f of FIG. Hereinafter, the configuration f 'will be described. However, unless otherwise noted, it may be considered that the same description as the configuration f holds.

構成f’と構成fとの違いは,各チャンネル2の断面形状のみである。構成f’の各チャンネル2の断面形状は等脚台形であり,下底50μm,高さ50μm,底角94度とし,上底は約57.0μmであった。つまり,射出成形で等脚台形の溝を作製する場合の抜き勾配は4度である。構成f’の抜き勾配を構成fのそれよりも2倍に大きくしたのは,射出成形等の加工法による量産性を一層向上させるためである。このとき,レーザビーム4のチャンネル2による屈折角は式(7)によりε2=−0.63度と計算され,図13(a)及び(b)においてレーザビーム4は横入射軸より下方向に屈折を受け,その大きさは構成fの場合の2倍ほどである。 The difference between the configuration f ′ and the configuration f is only the cross-sectional shape of each channel 2. The cross-sectional shape of each channel 2 of the configuration f ′ is an isosceles trapezoid, with a lower base of 50 μm, a height of 50 μm, a base angle of 94 °, and an upper base of about 57.0 μm. That is, the draft angle in the case of producing an isosceles trapezoidal groove by injection molding is 4 degrees. The reason why the draft angle of the structure f ′ is twice as large as that of the structure f is to further improve the mass productivity by processing methods such as injection molding. At this time, the refraction angle of the channel 2 of the laser beam 4 is calculated by equation (7) to ε 2 = −0.63 degrees, and in FIGS. 13A and 13B, the laser beam 4 is directed downward from the transverse incident axis. Is about twice as large as in the case of configuration f.

図14(c)及び(d)に示した通り,横入射されたレーザビーム4は各チャンネル2を通過するのに伴い,図13(c)及び(d)の場合よりも大きく横入射軸から下方向に偏向し,横入射軸からより急激に逸脱した。これは,構成f’の各チャンネル2の屈折角が構成fのそれよりも大きいためである。#6のチャンネル2以降で,レーザビーム4はチャンネル2の配列から完全に逸脱した。図14(e)に示すように,レーザビーム照射効率は,#4のチャンネル2以降で急激に減衰し,#6のチャンネル2以降でゼロとなった。構成f’によれば,横入射方式によってレーザビーム4が効率的に同時照射できるチャンネル2の数は4〜5本に過ぎないことが分かった。   As shown in FIGS. 14 (c) and (d), as the transversely incident laser beam 4 passes through each channel 2, it is larger from the transverse incident axis than in the cases of FIGS. 13 (c) and (d). It is deflected downward and deviates more rapidly from the transverse incident axis. This is because the angle of refraction of each channel 2 of configuration f 'is greater than that of configuration f. From channel 2 of # 6 onward, laser beam 4 deviates completely from the array of channel 2. As shown in FIG. 14 (e), the laser beam irradiation efficiency is rapidly attenuated at channel 2 of # 4 and later, and becomes zero at channel 2 and later of # 6. According to the configuration f ', it is found that the number of channels 2 which can be simultaneously irradiated with the laser beam 4 efficiently by the lateral incidence method is only 4 to 5.

図15は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成gと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成は,図2の構成gに従っている。以下,構成gの説明をするが,特に断りがない場合は,構成fと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成gと構成fとの違いは,図15(a)及び(b)に示されているように,24本のチャンネルの内,奇数#はチャンネル2のままであるが,偶数#はチャンネル3とし,チャンネル2とチャンネル3を交互に配列していることである。ここで,図15(a)及び(b)において,チャンネル3を見やすくするために,チャンネル3に輪郭を記した。   FIG. 15 is a view showing a configuration g which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and a result of ray tracing simulation of the laser beam 4 transversely incident thereon. The configuration of this microchip 1 is in accordance with the configuration g of FIG. The configuration g will be described below, but if there is no particular notice, it may be considered that the same description as the configuration f holds. As shown in FIGS. 15A and 15B, the difference between the configuration g and the configuration f is that among the 24 channels, the odd # remains as channel 2 but the even # as channel 3 The channel 2 and the channel 3 are alternately arranged. Here, in FIGS. 15 (a) and 15 (b), in order to make the channel 3 more visible, the channel 3 is outlined.

マイクロチップ1の部材m1及びチャンネル2に充填する部材m2は構成fと同じとした。チャンネル3に充填する部材m3は,カーギル標準屈折液セットの内,屈折率がn3=1.66の標準屈折液とした。チャンネル3に上記標準屈折液を充填した後は,チャンネル3の両端を封止し,上記標準屈折液が蒸発や圧力等によりチャンネル3から抜け出ることを防いだ。このとき,n2(=1.41)<n1(=1.53)<n3(=1.66)の関係が満たされ,各チャンネル2の屈折作用と,各チャンネル3の屈折作用をバランスさせた。レーザビーム4のチャンネル2による屈折角は式(7)によりε2=−0.31度と計算される一方で,レーザビーム4のチャンネル3による屈折角は式(8)によりε3=0.34度と計算される。ε2+ε3=0.03度となり,式(9)が成立する。つまり,チャンネル2とチャンネル3の一組によるレーザビーム4の正味の屈折角の大きさは,チャンネル2だけによるレーザビーム4の屈折角の大きさよりも小さくなる。 Member m 2 to be filled in member m 1 and channel 2 of the microchip 1 was the same as the structure f. Member m 3 for filling the channel 3, of Cargill standard refractive liquid set, the refractive index is a standard refractive liquid n 3 = 1.66. After the channel 3 was filled with the standard refractive liquid, both ends of the channel 3 were sealed to prevent the standard refractive liquid from coming out of the channel 3 by evaporation, pressure or the like. At this time, the relationship of n 2 (= 1.41) <n 1 (= 1.53) <n 3 (= 1.66) is satisfied, and the refraction of each channel 2 and the refraction of each channel 3 are I made it balanced. The refraction angle of the laser beam 4 by the channel 2 is calculated by equation (7) as ε 2 = −0.31 degree, while the refraction angle of the laser beam 4 by the channel 3 is as ε 3 = 0 by the equation (8) Calculated at 34 degrees. As ε 2 + ε 3 = 0.03 degrees, equation (9) holds. That is, the magnitude of the net refraction angle of the laser beam 4 from the pair of channel 2 and channel 3 is smaller than the magnitude of the refraction angle of the laser beam 4 from channel 2 alone.

図15(c)及び(d)に示した通り,図13(c)及び(d)と大きく異なり,横入射されたレーザビーム4の大部分はチャンネル2及びチャンネル3を貫通し,それらを効率良く同時照射した。これは,構成fで明らかになっているチャンネル2による屈折作用が,構成gで追加されたチャンネル3による屈折作用に相殺されたためである。図15(e)に示すように,#1から#24のすべてのチャンネルのレーザビーム照射効率が8割以上に高く維持された。この結果は,図12(e)の構成eの理想的な結果と比較して遜色ないレベルである。したがって,構成gは,マイクロチップ1に設けられた複数のチャンネル2及び3を横入射方式によりレーザビーム4で効率良く同時照射する構成であり,奇数#の12本のチャンネル2による高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。   As shown in FIGS. 15 (c) and (d), most of the laterally incident laser beam 4 penetrates channels 2 and 3 and is different from those in FIGS. 13 (c) and (d). It was well irradiated simultaneously. This is because the refraction due to channel 2 which is apparent in configuration f is offset by the refraction due to channel 3 added in configuration g. As shown in FIG. 15 (e), the laser beam irradiation efficiencies of all the channels # 1 to # 24 were maintained high at over 80%. This result is comparable in level to the ideal result of configuration e of FIG. 12 (e). Therefore, the configuration g is a configuration for efficiently simultaneously irradiating the plurality of channels 2 and 3 provided in the microchip 1 with the laser beam 4 by the lateral incidence method, and high sensitivity simultaneous by the 12 channels 2 of odd # It has been found that fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis are possible.

図16は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成g’と,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。このマイクロチップ1の構成g’は,図2の構成gに従っている。以下,構成g’の説明をするが,特に断りがない場合は,構成gと同様の説明が成り立つと考えて良い。構成g’と構成gとの違いは,各チャンネル2及びチャンネル3の断面形状のみである。   FIG. 16 is a view showing a configuration g 'which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and the result of ray tracing simulation of the laser beam 4 incident to the side thereof. The configuration g 'of the microchip 1 conforms to the configuration g of FIG. Hereinafter, the configuration g ′ will be described, but it may be considered that the same description as the configuration g holds, unless otherwise noted. The difference between the configuration g ′ and the configuration g is only the cross-sectional shape of each channel 2 and channel 3.

図16(a)及び(b)に示した通り,構成g’の各チャンネル2及びチャンネル3の断面形状は等脚台形であり,下底50μm,高さ50μm,底角94度とし,上底は約57.0μmであった。つまり,構成g’は,構成f’において,24本のチャンネルの内の奇数#はチャンネル2のままであるが,偶数#はチャンネル3とし,チャンネル2とチャンネル3を交互に配列した構成と表現しても良い。ここで,図16(a)及び(b)において,チャンネル3を見やすくするために,チャンネル3に輪郭を記した。このとき,レーザビーム4のチャンネル2による屈折角は式(7)によりε2=−0.63度と計算される一方,レーザビーム4のチャンネル3による屈折角は式(7)によりε3=0.68度と計算される。ε2+ε3=0.05度となり,式(9)が成立する。つまり,チャンネル2とチャンネル3の一組によるレーザビーム4の正味の屈折角の大きさは,チャンネル2だけによるレーザビーム4の屈折角の大きさよりも小さくなる。 As shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), the cross-sectional shape of each channel 2 and channel 3 of configuration g 'is an isosceles trapezoid, lower 50 μm, height 50 μm, base angle 94 °, upper base Was about 57.0 μm. That is, in the configuration g ′, in the configuration f ′, the odd number # of the 24 channels remains the channel 2, but the even number # is the channel 3 and the channel 2 and the channel 3 are alternately arranged and expressed You may. Here, in FIGS. 16A and 16B, in order to make the channel 3 easy to see, the channel 3 is outlined. At this time, the refraction angle of the laser beam 4 by the channel 2 is calculated by equation (7) as ε 2 = −0.63 degrees, while the refraction angle of the laser beam 4 by the channel 3 is as ε 3 = by the equation (7) Calculated at 0.68 degrees. As ε 2 + ε 3 = 0.05 degrees, equation (9) holds. That is, the magnitude of the net refraction angle of the laser beam 4 from the pair of channel 2 and channel 3 is smaller than the magnitude of the refraction angle of the laser beam 4 from channel 2 alone.

図16(c)及び(d)に示した通り,図14(c)及び(d)と大きく異なり,横入射されたレーザビーム4の大部分はチャンネル2及びチャンネル3を貫通し,それらを効率良く同時照射した。これは,構成f’で明らかになっているチャンネル2による屈折作用が,構成g’で追加されたチャンネル3による屈折作用に相殺されたためである。図16(e)に示すように,#1から#24のすべてのチャンネルのレーザビーム照射効率が7割以上に高く維持された。この結果は,図15(e)の構成gと比較すると若干劣るが,高感度な蛍光検出に十分なレベルである。したがって,構成g’は,マイクロチップ1に設けられた複数のチャンネル2及び3を横入射方式によりレーザビーム4で効率良く同時照射する構成であり,奇数#の12本のチャンネル2による高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。   As shown in FIGS. 16 (c) and (d), most of the laterally incident laser beam 4 penetrates channels 2 and 3 and is different from those in FIGS. 14 (c) and (d). It was well irradiated simultaneously. This is because the refraction due to channel 2 which is apparent in configuration f 'is offset by the refraction due to channel 3 added in configuration g'. As shown in FIG. 16 (e), the laser beam irradiation efficiencies of all the channels # 1 to # 24 were maintained high at 70% or more. Although this result is slightly inferior to the configuration g of FIG. 15 (e), it is a level sufficient for highly sensitive fluorescence detection. Therefore, the configuration g ′ is a configuration for efficiently simultaneously irradiating the plurality of channels 2 and 3 provided in the microchip 1 with the laser beam 4 by the lateral incidence method, and high sensitivity by the 12 channels 2 of odd # It was found that simultaneous fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis were possible.

[実施例3]
図17は,本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図である。本例は複数のレーザビームを用いて生体試料に含まれるDNAの電気泳動分析を行うシステムを示し,(a)はマイクロチップ1の鳥瞰図,(b)はシステムを構成するマイクロチップ1のレーザビーム4又はレーザビーム108の横入射軸を含む断面,蛍光検出光学系の断面,及びデータ解析装置を示し,(c)は2次元センサ12で得られる2次元蛍光像を示している。図17の図5と異なる点を中心に以下,説明する。
[Example 3]
FIG. 17 is a schematic explanatory view showing an example of the multi-channel fluorescence detection device according to the present invention. This example shows a system for performing electrophoresis analysis of DNA contained in a biological sample using a plurality of laser beams, (a) shows a bird's-eye view of the microchip 1, (b) shows the laser beam of the microchip 1 constituting the system 4 shows a cross section including the transverse incident axis of the laser beam 108, a cross section of a fluorescence detection optical system, and a data analysis device, and (c) shows a two-dimensional fluorescence image obtained by the two-dimensional sensor 12. The following description will be made focusing on differences from FIG. 5 of FIG.

図17(a)に示した通り,複数のチャンネル2及び3の配列平面に沿って,各チャンネルの長軸に垂直に,レーザビーム4及びレーザビーム108を互いに平行,かつ各チャンネルの長軸方向に間隔をあけて照射した。レーザビーム4は波長505nmであるのに対して,レーザビーム108は波長635nmとした。いずれも径50μmの平行光束とした。このとき,図17(a)に示す通り,横入射軸はそれぞれのレーザビームに対して1本ずつ存在する。いずれの横入射軸においても,各チャンネルの断面形状,配列間隔,屈折率,等々の条件は同じであるため,同等の横入射方式を実現することが可能である。一般には,各部材の屈折率は波長によって異なるため,横入射方式の性能に影響を与えることがあるが,本発明で用いている各部材の屈折率の波長依存性は小さいため,その影響は小さい。   As shown in FIG. 17 (a), the laser beam 4 and the laser beam 108 are parallel to each other along the arrangement plane of the plurality of channels 2 and 3 and perpendicular to the long axis of each channel, and the long axis direction of each channel They were irradiated at intervals. The laser beam 4 has a wavelength of 505 nm while the laser beam 108 has a wavelength of 635 nm. All were made into the parallel beam of diameter 50micrometer. At this time, as shown in FIG. 17A, one horizontal incident axis exists for each laser beam. Since the conditions of the cross-sectional shape, arrangement interval, refractive index, etc. of each channel are the same for any horizontal incident axis, it is possible to realize the same horizontal incident method. Generally, the refractive index of each member varies depending on the wavelength, which may affect the performance of the lateral incidence method, but the wavelength dependency of the refractive index of each member used in the present invention is small, so the effect is small.

図17(b)はレーザビーム4又はレーザビーム108の横入射軸を含む断面図を示し,これらは互いに差はない。レーザビーム108はレーザ光源112から出射される。図17(c)は,得られる2次元蛍光像を示している。レーザビーム4の励起による各チャンネル2からのレーザ光散乱及び蛍光の波長分散像105,及び各チャンネル3からのレーザ光散乱の波長分散像106に加えて,レーザビーム108の励起による各チャンネル2からのレーザ光散乱及び蛍光の波長分散像109,及び各チャンネル3からのレーザ光散乱の波長分散像110が互いに独立して計測される。以上の構成によって,各チャンネル2で同時に検出可能な蛍光の種類の数を増やしたり,異なる蛍光を精度良く分離して検出することで微量な蛍光を識別することが可能となる。本実施例では,異なる試料をそれぞれ異なる蛍光体で標識し,同じチャンネルで同時に分析することでスループットを向上させた。以下の説明ではレーザビーム4についての説明を行うが,レーザビーム108についても同様の説明が成り立つ。   FIG. 17 (b) shows a cross-sectional view including the transverse incident axis of the laser beam 4 or the laser beam 108, which are not different from each other. A laser beam 108 is emitted from a laser light source 112. FIG. 17 (c) shows a two-dimensional fluorescence image obtained. In addition to the wavelength dispersion image 105 of laser light scattering and fluorescence from each channel 2 by excitation of the laser beam 4 and the wavelength dispersion image 106 of laser light scattering from each channel 3, from each channel 2 by excitation of the laser beam 108 The laser beam scattering and fluorescence wavelength dispersion image 109 of the laser light and the wavelength dispersion image 110 of the laser light scattering from each channel 3 are measured independently of each other. With the above configuration, it is possible to identify a minute amount of fluorescence by increasing the number of types of fluorescence that can be simultaneously detected in each channel 2 or by separating and detecting different fluorescences with high accuracy. In this example, different samples were labeled with different fluorophores and analyzed simultaneously in the same channel to improve throughput. In the following description, the laser beam 4 will be described, but the same description can be applied to the laser beam 108.

図18は,本発明のマイクロチップ1の一形態である構成hと,それに対して横入射されたレーザビーム4の光線追跡シミュレーションの結果を示す図である。構成hは,図16の構成g’のチャンネル3の断面形状を変更したものである。図18(a)及び(b)に示した通り,奇数#のチャンネル2の断面形状は変更しないが,偶数#のチャンネル3の断面形状を,等脚台形の底角を変えずに高さを50μmから100μmに増大させた。各チャンネル2及び各チャンネル3の上底は,構成g’の場合と同様に,同一平面上,すなわち境界面5に一致させた。一方で,各チャンネル2の下底と,各チャンネル3の下底は異なる平面上に並べた。つまり,構成hのチャンネル3の断面形状は,構成g’の断面形状と同じ上底,同じ勾配で深さを2倍にした形状である。すなわち,チャンネル3の断面形状は,下底約43.0μm,高さ100μm,底角94度とし,上底は約57.0μmであった。このような構成のマイクロチップ1は,実施例2の場合と同様に,各チャンネルの上底を境界面5とする上下2つの部品を張り合わせることによって容易に製造可能である。   FIG. 18 is a view showing a configuration h which is an embodiment of the microchip 1 of the present invention, and a result of ray tracing simulation of the laser beam 4 transversely incident thereon. The configuration h is a modification of the cross-sectional shape of the channel 3 of the configuration g 'of FIG. As shown in FIGS. 18A and 18B, the cross-sectional shape of odd-numbered channel 2 is not changed, but the cross-sectional shape of even-numbered channel 3 is the height without changing the base angle of the isosceles trapezoid It was increased from 50 μm to 100 μm. The upper base of each channel 2 and each channel 3 was coplanar, i.e. coincident with the interface 5, as in the case of the configuration g '. Meanwhile, the lower base of each channel 2 and the lower base of each channel 3 are arranged on different planes. That is, the cross-sectional shape of the channel 3 of the structure h is the same upper base as the cross-sectional shape of the structure g ', and is the shape obtained by doubling the depth with the same slope. That is, the cross-sectional shape of the channel 3 was about 43.0 μm in the lower base, 100 μm in height, 94 ° in base angle, and about 57.0 μm in the upper base. As in the case of the second embodiment, the microchip 1 having such a configuration can be easily manufactured by bonding two upper and lower parts with the upper bottom of each channel as the boundary surface 5.

マイクロチップ1の部材m1,チャンネル2に充填する部材m2,チャンネル3に充填する部材m3はいずれも構成g’と同等とした。このとき,レーザビーム4のチャンネル2及びチャンネル3による屈折角は,構成g’と変化なく,ε2=−0.63度,ε3=0.68度である。一方で,構成hのチャンネル3の深さが構成g’の場合の2倍もあるため,レーザビーム4のビーム要素の内,横入射軸から境界面5と反対側に,つまり図18(a)及び(b)の下側に偏向し,構成g’においては各チャンネル2及び3から逸脱したものを,構成hでは横入射軸の方向に屈折させることが可能となる。 Member m 1 of the microchip 1, member m 2 to be filled in the channel 2, member m 3 for filling the channel 3 was equivalent to a configuration g 'either. At this time, the refraction angles of the laser beam 4 by the channel 2 and the channel 3 are the same as the configuration g ′, and ε 2 = −0.63 degrees, ε 3 = 0.68 degrees. On the other hand, since the depth of the channel 3 of the configuration h is twice as large as that of the configuration g ′, of the beam elements of the laser beam 4 from the horizontal incident axis to the opposite side to the boundary surface 5, that is, FIG. And g) can be deflected in the direction of the transverse incident axis in arrangement h, in arrangement g '.

図18(c)及び(d)に示した通り,図16(c)及び(d)と比較して,横入射されたレーザビーム4のより多くの部分がチャンネル2及びチャンネル3を貫通し,それらを効率良く同時照射した。これは,構成g’では各チャンネルから逸脱してしまったビーム要素が,構成hでは逸脱させずに後段のチャンネルの照射に活用できるようになったためである。この結果,図18(e)に示すように,#1から#24のすべてのチャンネルのレーザビーム照射効率が8割以上に高く維持された。したがって,構成hは,マイクロチップ1に設けられた複数のチャンネル2及び3を横入射方式によりレーザビーム4で効率良く同時照射する構成であり,奇数#の12本のチャンネル2による高感度な同時蛍光検出及び同時電気泳動分析が可能であることが分かった。   As shown in FIGS. 18 (c) and (d), more parts of the laterally incident laser beam 4 pass through channel 2 and channel 3 compared to FIGS. 16 (c) and (d), They were simultaneously irradiated efficiently. This is because the beam element deviated from each channel in the configuration g 'can be used for irradiation of the subsequent channel without deviation in the configuration h. As a result, as shown in FIG. 18E, the laser beam irradiation efficiencies of all the channels # 1 to # 24 were maintained high at over 80%. Therefore, the configuration h is a configuration for efficiently simultaneously irradiating the plurality of channels 2 and 3 provided in the microchip 1 with the laser beam 4 by the lateral incidence method, and high sensitivity simultaneous by the 12 channels 2 of odd # It has been found that fluorescence detection and simultaneous electrophoresis analysis are possible.

図19は,本発明によるマルチチャンネル蛍光検出装置の一例を示す概略説明図である。本例は2分割レーザビームを両側から照射するマイクロチップ電気泳動分析装置を示し,(a)はマイクロチップ1の鳥瞰図,(b)はシステムを構成するマイクロチップ1のレーザビーム4又はレーザビーム108の横入射軸を含む断面,蛍光検出光学系の断面,及びデータ解析装置を示している。   FIG. 19 is a schematic explanatory view showing an example of the multi-channel fluorescence detection device according to the present invention. This example shows a microchip electrophoresis analyzer that irradiates a two-divided laser beam from both sides, (a) is a bird's-eye view of the microchip 1, (b) is a laser beam 4 or laser beam 108 of the microchip 1 constituting the system. 8A shows a cross section including the horizontal incident axis of the cross section of the fluorescence detection optical system, and a data analysis device.

構成h’では,チャンネル間のレーザビーム照射効率を一層均一に近づけるため,図19に示した通り,レーザビーム4及びレーザビーム108をハーフミラー114を用いて2分割し,複数のミラー115を用いて,これらを各チャンネル2及び3の配列平面の両側方から対向させ,それぞれの分割ビームの中心軸をそれぞれの横入射軸と一致させて照射した。この際に得られる2次元蛍光像は図17(c)と同様である。その他の条件は構成hと同等とした。以下の説明ではレーザビーム4についての説明を行うが,レーザビーム108についても同様の説明が成り立つ。   In the configuration h ′, the laser beam 4 and the laser beam 108 are divided into two by using the half mirror 114 and a plurality of mirrors 115 are used as shown in FIG. Then, they were made to face each other from both sides of the array plane of each channel 2 and 3, and the central axis of each divided beam was made to coincide with the respective transverse incident axes. The two-dimensional fluorescence image obtained at this time is the same as that shown in FIG. 17 (c). Other conditions were the same as in the configuration h. In the following description, the laser beam 4 will be described, but the same description can be applied to the laser beam 108.

図20は,構成h’におけるチャンネル毎のレーザビーム照射効率を示しており,構成hのそれと比較して,チャンネル間のレーザビーム照射効率を均一化できることが分かった。ここで,分割ビームの合計強度はそれぞれ0.5としている。チャンネル間のレーザビーム照射効率の標準偏差は,構成hで0.04であったのに対して,構成h’では0.01に大幅に低減することができた。このことにより,各チャンネルから発光される蛍光を高感度かつ均等に検出することができるようになり,実効的に蛍光検出ダイナミックレンジを拡大することが可能となった。   FIG. 20 shows the laser beam irradiation efficiency for each channel in the structure h ', and it was found that the laser beam irradiation efficiency between the channels can be made uniform as compared with that of the structure h. Here, the total intensity of the split beams is 0.5. The standard deviation of the laser beam irradiation efficiency between the channels could be significantly reduced to 0.01 in configuration h 'whereas it was 0.04 in configuration h. As a result, the fluorescence emitted from each channel can be detected with high sensitivity and uniformity, and it becomes possible to effectively expand the fluorescence detection dynamic range.

本発明では,レーザビーム4の中心軸と横入射軸を一致させて照射することが重要であるが,これを確実に実現するための手段として,各チャンネル2又は3に充填されている部材m2又はm3のレーザビーム4の照射によるラマン散乱,蛍光を指標とし,これらが最大あるいはチャンネル間で分離良く検出されるように,レーザビーム4とマイクロチップ1又は各チャンネルの配列平面の相対位置関係を微調整する方法が効果的である。また,この方法をさらに効果的にするために,各チャンネル3に充填される部材m3に蛍光性物質を混在させ,上記の指標をより明確化しつつ,各チャンネル2の試料由来の蛍光検出に影響を与えないことが可能である。 In the present invention, it is important to irradiate with the central axis of the laser beam 4 aligned with the horizontal incident axis, but as a means for realizing this reliably, a member m filled in each channel 2 or 3 Raman scattering by irradiation of 2 or m 3 laser beams 4 and fluorescence as an index, relative position of laser beam 4 and microchip 1 or array plane plane so that they are detected with maximum or separation between channels It is effective to fine-tune the relationship. In order to this method more effective, the member m 3, which is filled into the channels 3 are mixed fluorescent material, while more clearly the indication of the above, the fluorescence detection of the samples from each channel 2 It is possible not to affect.

以上の実施例は,いずれもマイクロチップを用いた電気泳動分析を例としたが,もちろんマイクロチップを用いた他の分析に本発明を応用することも可能である。例えば,複数の試料のPCRを異なる複数のチャンネル内で行い,これらにレーザビームを横入射することで同時蛍光検出を行い,複数の試料に含まれる対象DNA配列を高感度に定量することができる。また,本発明を応用したマイクロチップに前処理工程を集積化してマイクロTASあるいはLab on a Chipにすることも可能である。例えば,ヒトの血液試料をマイクロチップに注入した後,マイクロチップ内で,血球分離,ゲノム抽出等が行われ,それが分割されて複数のチャンネル内に導入され,各チャンネル内で特定の疾患に関連する複数のDNA配列の存在をPCRによって高感度に定量し,これらの結果を元に特定の疾患の遺伝子診断を行うようなシステムに本発明を応用することができる。このようなアプリケーションにおいては,マイクロチップを低コストに量産でき,試料間のコンタミを防止するために使い捨てできるようになることが必要であり,本発明の効果が特に発揮される。この他,マイクロチップ上で実施される免疫分析,フローサイトメータ,単一細胞解析,マイクロリアクタ,等々,様々なアプリケーションに本発明を応用することが可能である。   Although all of the above-described embodiments have exemplified electrophoresis analysis using a microchip, it is of course possible to apply the present invention to other analysis using a microchip. For example, simultaneous fluorescence detection can be performed by performing PCR of a plurality of samples in a plurality of different channels and irradiating the laser beam laterally to these channels, thereby quantifying a target DNA sequence contained in the plurality of samples with high sensitivity . In addition, it is also possible to integrate the pretreatment process on a microchip to which the present invention is applied to make a micro TAS or a lab on a chip. For example, after a human blood sample is injected into a microchip, blood cell separation, genome extraction, etc. are performed in the microchip, and it is divided and introduced into a plurality of channels, and a specific disease in each channel. The present invention can be applied to a system in which the presence of a plurality of related DNA sequences is quantified with high sensitivity by PCR, and a gene diagnosis of a specific disease is performed based on these results. In such applications, it is necessary to be able to mass-produce microchips at low cost and to be disposable in order to prevent contamination between samples, and the effects of the present invention are particularly exhibited. Besides, it is possible to apply the present invention to various applications performed on a microchip, such as an immunoassay, a flow cytometer, a single cell analysis, a microreactor, and so on.

本実施例では,図17及び図19に示した通り,各チャンネル2からの発光蛍光を共通の蛍光検出系で計測したが,各チャンネルの配列平面に対して垂直方向からの,各チャンネル毎に独立した蛍光検出系を構築しても良い。このような構成にすることによって,チャンネル間のクロストークをより低減することが可能となる。また,各チャンネルの配列平面に対して,蛍光検出を行う方向と反対方向のマイクロチップ1の外表面に光反射防止膜を形成しても良い。この反射防止膜は,マイクロチップ1の外表面に直接結合している必要は必ずしもなく,例えば光を吸収する部材をマイクロチップ1の外表面と接するように配置しても良い。このような構成にすることにより,各チャンネルからの発光蛍光の内,蛍光検出系とは反対側の方向に進行した成分が,マイクロチップ1の外表面あるいは外部で反射し,その反射光が蛍光検出系で検出され,これによってクロストークが生じる可能性を低減することが可能となる。   In this embodiment, as shown in FIG. 17 and FIG. 19, the emission fluorescence from each channel 2 was measured by a common fluorescence detection system, but for each channel from the direction perpendicular to the array plane of each channel An independent fluorescence detection system may be constructed. Such a configuration makes it possible to further reduce crosstalk between channels. In addition, a light reflection preventing film may be formed on the outer surface of the microchip 1 in the direction opposite to the direction in which fluorescence detection is performed with respect to the array plane of each channel. The antireflective film does not necessarily have to be directly bonded to the outer surface of the microchip 1 and, for example, a light absorbing member may be disposed in contact with the outer surface of the microchip 1. With such a configuration, among the fluorescence emitted from each channel, the component advancing in the direction opposite to the fluorescence detection system is reflected on the outer surface or the outside of the microchip 1 and the reflected light is fluorescence. Detection by a detection system makes it possible to reduce the possibility of crosstalk.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   The present invention is not limited to the embodiments described above, but includes various modifications. For example, the embodiments described above are described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Also, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. In addition, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, and replace other configurations.

1 マイクロチップ
1 マイクロチップ1の部材
1 マイクロチップ1の部材の屈折率
2 チャンネル
2 チャンネル2の内部の部材
2 チャンネル2の内部の部材の屈折率
2 チャンネル2の径
3 チャンネル
3 チャンネル3の内部の部材
3 チャンネル3の内部の部材の屈折率
3 チャンネル3の径
4 レーザビーム
5 境界面
6 チャンネル2の入口ポート
7 チャンネル2の出口ポート
8 チャンネル3の入口ポート
9 集光レンズ
10 フィルタ及び回折格子
11 結像レンズ
12 2次元センサ
13 データ解析装置
103 チャンネル3の出口ポート
104 2次元蛍光像
105 チャンネル2からのレーザ散乱光及び蛍光の波長分散像
106 チャンネル3からのレーザ散乱光の波長分散像
107 ゴム栓
108 レーザビーム
111 レーザ光源
112 レーザ光源
113 チャンネル2及びチャンネル3の共通出口ポート
114 ハーフミラー
115 ミラー
1 microchip m 1 microchip 1 member n 1 microchip 1 member refractive index 2 channel m 2 channel 2 internal member n 2 channel 2 internal member refractive index r 2 channel 2 diameter 3 channel m 3 channel 3 inner member n 3 channel 3 inner member refractive index r 3 channel 3 diameter 4 laser beam 5 interface 6 channel 2 inlet port 7 channel 2 outlet port 8 channel 3 inlet port 9 collection Light lens 10 filter and diffraction grating 11 imaging lens 12 two-dimensional sensor 13 data analysis device 103 outlet port 104 of channel 3 two-dimensional fluorescent image 105 wavelength dispersed image of laser light and fluorescence from channel 2 laser from channel 3 Wavelength dispersion image 107 of scattered light Rubber stopper 108 Laser beam 111 Laser light source 112 Source 113 Channel 2 and Channel 3 common exit port 114 half mirror 115 mirror

Claims (3)

屈折率n1の透明固体部材の内部に複数のチャンネルが設けられ,前記複数のチャンネルは少なくとも一部の領域において各チャンネルの長軸が同一平面に互いに平行に配列され,前記複数のチャンネルの長軸に垂直な断面形状の幅が前記同一平面に垂直方向の一方に向かって広がっており,前記複数のチャンネルには,内部に屈折率n2の第1の部材が満たされた第1のチャンネルと,屈折率n3の第2の部材が満たされた第2のチャンネルとが混在し,n2<n1<n3の関係を満たすマイクロチップに対して,レーザビームを前記マイクロチップの側面から前記同一平面に沿って,前記互いに平行に配列された前記複数のチャンネルの長軸に垂直に入射させる工程と,
前記複数のチャンネルに満たされた前記第1の部材又は前記第2の部材の前記レーザビームの照射によるラマン散乱又は蛍光を指標として,前記レーザビームと前記マイクロチップ又は前記複数のチャンネルの配列平面との相対位置関係を調整する工程と,
を有するレーザビーム照射方法。
A plurality of channels are provided inside the transparent solid member having a refractive index n 1 , and in the plurality of channels, the major axes of the channels are arranged parallel to each other in the same plane in at least a partial region, the lengths of the plurality of channels A width of a cross-sectional shape perpendicular to the axis extends toward one side perpendicular to the same plane, and the plurality of channels is a first channel filled with a first member of refractive index n 2 inside And a second channel filled with a second member of refractive index n 3 , and a laser beam is applied to the side surface of the microchip for the microchip satisfying the relationship of n 2 <n 1 <n 3 Perpendicularly from the long planes of the plurality of channels arranged parallel to one another along the same plane from the
The laser beam and the array plane of the microchip or the plurality of channels with reference to Raman scattering or fluorescence by irradiation of the laser beam of the first member or the second member filled in the plurality of channels, and Adjusting the relative positional relationship of
A laser beam irradiation method having:
前記ラマン散乱又は蛍光が最大となるように又は前記複数のチャンネル間で分離良く検出されるように前記相対位置関係を調整する,請求項1記載のレーザビーム照射方法。 The laser beam irradiation method according to claim 1, wherein the relative positional relationship is adjusted such that the Raman scattering or fluorescence is maximized or separated between the plurality of channels. 前記第2の部材に蛍光性物質を混在させる,請求項1記載のレーザビーム照射方法。   The laser beam irradiation method according to claim 1, wherein a fluorescent substance is mixed in the second member.
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