JP6631867B2 - Method for measuring temperature of liquid in microchannel - Google Patents
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Description
本開示は、マイクロ流路中の液体の温度測定方法に関する。詳細には、マイクロ流路チップ内のサーマルリアクタ、特に遺伝子の増幅工程に用いられるポリメラーゼ・チェイン・リアクション(PCR)工程における温度測定方法に関する。 The present disclosure relates to a method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel. More specifically, the present invention relates to a thermal reactor in a microchannel chip, particularly to a temperature measuring method in a polymerase chain reaction (PCR) step used in a gene amplification step.
マイクロ流路内の液体の温度測定に対して、流路内に熱電対となる金属薄膜を配置して温度を測定する方法が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。 For measuring the temperature of a liquid in a microchannel, there is disclosed a method of arranging a metal thin film serving as a thermocouple in the channel to measure the temperature (for example, see Patent Document 1).
また、非接触に流体の温度を測定する方法として、蛍光色素を含んだ流体に対する蛍光強度の温度依存性を利用した測定方法が開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。この測定方法では、モルキュラービーコン型の分子プローブが、温度変化によって分子内の結合状態が変化するため蛍光強度が変化する。また、プロトン交換型の分子プローブでは、蛍光色素は温度変化により、プロトン授受が起こり、その量子効率が変化するため、蛍光強度が変化する。この測定方法では、蛍光強度を測定することにより流体の温度を推定することができる。 Further, as a method for measuring the temperature of a fluid in a non-contact manner, a measurement method utilizing the temperature dependence of the fluorescence intensity of a fluid containing a fluorescent dye has been disclosed (for example, see Non-Patent Document 1). In this measurement method, the molecular beacon-type molecular probe changes its binding state in the molecule due to a change in temperature, so that the fluorescence intensity changes. In a proton exchange type molecular probe, the fluorescent dye undergoes proton exchange due to a temperature change, and its quantum efficiency changes, so that the fluorescence intensity changes. In this measuring method, the temperature of the fluid can be estimated by measuring the fluorescence intensity.
しかし、上記のように金属薄膜をマイクロ流路内に配置する方法においては、製造工程が複雑になり、且つ、特殊な製造装置が必要になるという課題がある。 However, the method of arranging a metal thin film in a microchannel as described above has a problem that a manufacturing process is complicated and a special manufacturing apparatus is required.
また、上記のように蛍光色素の発光強度を利用した温度測定方法では、特定波長の励起光(例えばレーザ光等)と蛍光検出のための感度の高い撮像素子を含む高価な光学機器が必要となり、装置構成も複雑になるという課題がある。 In addition, as described above, the temperature measurement method using the emission intensity of the fluorescent dye requires expensive optical equipment including an excitation light having a specific wavelength (for example, laser light) and a highly sensitive image sensor for detecting fluorescence. In addition, there is a problem that the device configuration is complicated.
本開示は、マイクロ流路チップのマイクロ流路中の液体の温度を、複雑な製造工程を経ることのなく、高価な光学機器を導入することなく、簡便に測定できる方法を提供することを目的とする。 An object of the present disclosure is to provide a method that can easily measure the temperature of a liquid in a microchannel of a microchannel chip without going through a complicated manufacturing process and without introducing expensive optical equipment. And
本開示に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、マイクロ流路中のクレゾールレッドを含む液体からの光を受光するステップと、
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップと、
前記計測した光強度に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップと、
を含む。
The method for measuring the temperature of the liquid in the microchannel according to the present disclosure includes receiving light from a liquid containing cresol red in the microchannel,
Measuring the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less for the received light;
Calculating the temperature of the liquid in the microchannel based on the measured light intensity;
including.
本開示のマイクロ流路中の液体の温度測定方法によれば、マイクロ流路中の液体の温度を、複雑な製造工程を経ることなく、且つ、高価な光学機器を導入することなく、簡便に測定できる。 According to the method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to the present disclosure, the temperature of the liquid in the microchannel can be easily measured without going through complicated manufacturing steps and without introducing expensive optical equipment. Can be measured.
第1の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、マイクロ流路中のクレゾールレッドを含む液体からの光を受光するステップと、
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップと、
前記計測した光強度に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップと、
を含む。
上記構成によって、マイクロ流路チップ内のマイクロ流路中の液体の温度を複雑な製造工程を経ることなく、高価な光学機器を導入することなく精度よく測定できる。これによって、加熱工程及び冷却工程を繰り返すポリメラーゼ・チェイン・リアクション(PCR)の温度制御を精度よく行うことができる。
The method for measuring the temperature of the liquid in the microchannel according to the first aspect includes the steps of receiving light from a liquid containing cresol red in the microchannel,
Measuring the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less for the received light;
Calculating the temperature of the liquid in the microchannel based on the measured light intensity;
including.
With the above configuration, the temperature of the liquid in the microchannel in the microchannel chip can be accurately measured without going through complicated manufacturing steps and without introducing expensive optical equipment. This makes it possible to accurately control the temperature of the polymerase chain reaction (PCR) in which the heating step and the cooling step are repeated.
第2の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第1の態様において、前記液体の温度を算出するステップでは、前記計測した光強度から吸光度を算出し、算出した前記吸光度に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出してもよい。 In the method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to a second aspect, in the first aspect, in the step of calculating the temperature of the liquid, the absorbance is calculated from the measured light intensity, and the calculated absorbance is used. May be used to calculate the temperature of the liquid in the microchannel.
第3の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第1の態様において、前記少なくとも1つの波長の光の強度を計測するステップでは、340nm以上、470nm未満の波長範囲の2点以上の波長の光強度を計測し、
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、340nm以上、470nm未満の波長範囲の前記2点以上の波長の光強度の和又は平均に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出してもよい。
In the method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to a third aspect, in the first aspect, the step of measuring the intensity of the light of the at least one wavelength may be performed in a wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm. Measure the light intensity of the wavelength above the point,
In the step of calculating the temperature of the liquid in the microchannel, the temperature of the liquid in the microchannel is determined based on the sum or average of the light intensities of the two or more wavelengths in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm. It may be calculated.
第4の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第1の態様において、前記少なくとも1つの波長の光の強度を計測するステップでは、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の2点以上の波長の光強度を計測し、
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の前記2点以上の波長の光強度の和又は平均に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出してもよい。
In the method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to a fourth aspect, in the first aspect, the step of measuring the intensity of the light of at least one wavelength may be performed in a wavelength range of more than 470 nm and not more than 640 nm. Measure the light intensity at two or more wavelengths,
In the step of calculating the temperature of the liquid in the microchannel, the temperature of the liquid in the microchannel is based on the sum or average of the light intensities of the two or more wavelengths in a wavelength range exceeding 470 nm and not more than 640 nm. The temperature may be calculated.
第5の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第1の態様において、前記少なくとも1つの波長の光の強度を計測するステップでは、340nm以上、470nm未満の波長範囲の1点の波長の光強度と、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の1点の波長の光強度と、を計測し、
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、340nm以上、470nm未満の波長範囲の前記1点の波長の光強度と、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の1点の波長の光強度と、の差に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出してもよい。
According to a fifth aspect of the present invention, in the method for measuring the temperature of a liquid in a micro flow channel according to the first aspect, the step of measuring the intensity of the light having the at least one wavelength may include one of a wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm. Measuring the light intensity of the point wavelength and the light intensity of one point wavelength in the wavelength range exceeding 470 nm and not more than 640 nm,
In the step of calculating the temperature of the liquid in the microchannel, the light intensity of the one wavelength in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm and the light intensity of one wavelength in the wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less are used. The temperature of the liquid in the microchannel may be calculated based on a difference between the light intensity and the light intensity.
第6の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第2の態様において、前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、算出した吸光度に基づく数値について、あらかじめ記憶している吸光度と温度との関係を示す温度基準に基づいて、前記マイクロ流路中の液体の温度を算出してもよい。 In the method for measuring the temperature of a liquid in a micro flow channel according to a sixth aspect, in the second aspect, in the step of calculating the temperature of the liquid in the micro flow channel, a numerical value based on the calculated absorbance is stored in advance. The temperature of the liquid in the microchannel may be calculated based on a temperature reference indicating the relationship between the absorbance and the temperature.
第7の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第6の態様において、さらに、前記吸光度と温度との関係を示す温度基準について、算出した吸光度に基づく数値と、別途計測した前記マイクロ流路中の液体の温度とに基づいて、前記吸光度と温度との関係を示す温度基準を較正するステップを含んでもよい。 The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to a seventh aspect is the method for measuring a temperature of a liquid in a microchannel according to the sixth aspect, further comprising: a temperature reference indicating the relationship between the absorbance and the temperature; The method may include calibrating a temperature reference indicating a relationship between the absorbance and the temperature based on the temperature of the liquid in the micro flow channel.
第8の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法は、上記第1、第2、第4、第6、第7のいずれかの態様において、少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップは、前記受光した光について、少なくとも470nm以下の波長範囲の光を透過させない赤色フィルタを透過した光の強度を計測してもよい。
上記構成によって、特に、R(赤色波長域)の信号強度のみを得ることができ、他の色域、特にG(緑色波長域)からのバックグラウンド信号の影響を除去することができる。これによって、高い温度測定レンジおよび測定精度が得られる。
The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to an eighth aspect is the method of any one of the first, second, fourth, sixth, and seventh aspects, wherein the intensity of light having at least one wavelength is determined. The measuring may include measuring the intensity of the received light that has passed through a red filter that does not transmit at least light in a wavelength range of 470 nm or less.
With the above configuration, in particular, it is possible to obtain only the signal intensity of R (red wavelength region), and it is possible to remove the influence of the background signal from another color gamut, especially G (green wavelength region). Thereby, a high temperature measurement range and a high measurement accuracy can be obtained.
第9の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法は、上記第1の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法を2回行って、1回目の前記マイクロ流路中の液体の温度と、2回目の前記マイクロ流路中の液体の温度と、を算出し、前記マイクロ流路中の液体の温度変化を検出する。 A method for detecting a temperature change of a liquid in a micro flow channel according to a ninth aspect includes performing the method for measuring a temperature of a liquid in the micro flow channel according to the first aspect twice, and performing the first time measurement of the temperature in the micro flow channel. And the temperature of the liquid in the micro flow channel for the second time are calculated, and the temperature change of the liquid in the micro flow channel is detected.
第10の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法は、マイクロ流路中のクレゾールレッドを含む液体からの光を受光するステップと、
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測して1回目の光強度を得るステップと、
前記光を受光するステップと、前記少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップとを繰り返して、2回目の光強度を得るステップと、
前記1回目の光強度と、前記2回目の光強度とを対比して、光強度の変化からマイクロ流路中の液体の温度変化を検出するステップと、
を含む。
A method for detecting a change in temperature of a liquid in a microchannel according to a tenth aspect includes receiving light from a liquid containing cresol red in the microchannel,
Obtaining a first light intensity by measuring the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm to 640 nm for the received light;
Receiving the light, and repeating the step of measuring the intensity of the light of the at least one wavelength, obtaining a second light intensity,
Comparing the first light intensity with the second light intensity and detecting a temperature change of the liquid in the microchannel from a change in the light intensity;
including.
第11の態様に係るマイクロ流路チップは、液体を保持するマイクロ流路を有するマイクロ流路チップであって、
少なくとも一つの面が340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光を透過させる材料からなり、加熱又は冷却可能な流路を含むマイクロ流路と、
前記マイクロ流路中の液体に供給するクレゾールレッドを担持したクレゾールレッド担持部と、
を有する。
The microchannel chip according to the eleventh aspect is a microchannel chip having a microchannel for holding a liquid,
At least one surface is made of a material that transmits light of at least one wavelength except for a wavelength of 470 nm in a wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less, and includes a microchannel including a channel that can be heated or cooled;
A cresol red carrying unit carrying cresol red to be supplied to the liquid in the microchannel,
Having.
第12の態様に係るマイクロ流路チップは、上記第11の態様において、前記クレゾールレッド担持部は、前記マイクロ流路を流れる液体へクレゾールレッドを単位時間当たり一定量供給するようにクレゾールレッドが配置されていてもよい。 The microchannel chip according to a twelfth aspect is the microchannel chip according to the eleventh aspect, wherein the cresol red carrying portion is arranged such that cresol red is supplied to the liquid flowing through the microchannel in a constant amount per unit time. It may be.
第13の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置は、マイクロ流路中のクレゾールレッドを含む液体からの光を受光する受光部と、
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測する光強度計測部と、
前記計測した光強度に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出する液体温度算出部と、
を含む。
A temperature measuring device for liquid in the microchannel according to a thirteenth aspect, a light receiving unit that receives light from the liquid containing cresol red in the microchannel,
A light intensity measuring unit that measures the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less for the received light;
A liquid temperature calculation unit that calculates the temperature of the liquid in the microchannel based on the measured light intensity,
including.
第14の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置は、上記第13の態様において、前記液体温度算出部は、前記計測した光強度から吸光度を算出し、算出した前記吸光度に基づいて前記マイクロ流路中の前記液体の温度を算出してもよい。 An apparatus for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to a fourteenth aspect is the apparatus for measuring a liquid temperature in the thirteenth aspect, wherein the liquid temperature calculation unit calculates an absorbance from the measured light intensity, based on the calculated absorbance. The temperature of the liquid in the microchannel may be calculated.
第15の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置は、上記第14の態様において、前記液体温度算出部は、算出した吸光度について、あらかじめ記憶している吸光度と温度との関係を示す温度基準に基づいて、前記マイクロ流路中の液体の温度を算出してもよい。 In the temperature measuring device for a liquid in a microchannel according to a fifteenth aspect, in the fourteenth aspect, the liquid temperature calculator indicates a relationship between the absorbance and the temperature stored in advance for the calculated absorbance. The temperature of the liquid in the microchannel may be calculated based on a temperature reference.
第16の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置は、上記第13から第15のいずれかの態様において、前記光強度計測部は、前記受光した光を波長分離する分光器を含んでもよい。
上記構成によって、高い温度測定レンジおよび測定精度が得られる。
The apparatus for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to a sixteenth aspect is the apparatus according to any one of the thirteenth to fifteenth aspects, wherein the light intensity measurement unit includes a spectroscope for wavelength-separating the received light. May be.
With the above configuration, a high temperature measurement range and a high measurement accuracy can be obtained.
第17の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置は、上記第13から第16のいずれかの態様において、前記光強度計測部は、固体撮像素子を含んでもよい。
上記構成によって、小型で簡便なセットアップでマイクロ流路中の液体の温度を測定できる。
In the temperature measuring device for a liquid in a microchannel according to a seventeenth aspect, in any one of the thirteenth to sixteenth aspects, the light intensity measuring unit may include a solid-state imaging device.
With the above configuration, the temperature of the liquid in the microchannel can be measured with a small and simple setup.
第18の態様に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置は、上記第17の態様において、前記光強度計測部は、前記受光した光について、少なくとも470nm以下の波長範囲の光を透過させない赤色フィルタをさらに含んでもよい。
上記構成によって、特に、R(赤色波長域)の信号強度のみを得ることができ、他の色域、特にG(緑色波長域)からのバックグラウンド信号の影響を除去することができる。これによって、高い温度測定レンジおよび測定精度が得られる。
An apparatus for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to an eighteenth aspect is the apparatus according to the seventeenth aspect, wherein the light intensity measuring unit is configured to transmit at least a red light that does not transmit light in a wavelength range of 470 nm or less for the received light. It may further include a filter.
With the above configuration, in particular, it is possible to obtain only the signal intensity of R (red wavelength region), and it is possible to remove the influence of the background signal from another color gamut, especially G (green wavelength region). Thereby, a high temperature measurement range and a high measurement accuracy can be obtained.
第19の態様に係る液体の温度測定方法は、クレゾールレッドを含む液体からの光を受光するステップと、
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長の光を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップと、
前記計測した光強度に基づいて前記液体の温度を算出するステップと、
を含む。
A liquid temperature measuring method according to a nineteenth aspect, receiving light from a liquid containing cresol red,
For the received light, measuring the intensity of light of at least one wavelength excluding light of a wavelength of 470 nm in a wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less;
Calculating the temperature of the liquid based on the measured light intensity,
including.
第20の態様に係る液体の温度測定方法は、上記第19の態様において、前記液体の温度を算出するステップでは、前記計測した光強度から吸光度を算出し、算出した前記吸光度に基づいて前記液体の温度を算出してもよい。 In the liquid temperature measuring method according to a twentieth aspect, in the nineteenth aspect, in the step of calculating the temperature of the liquid, an absorbance is calculated from the measured light intensity, and the liquid is measured based on the calculated absorbance. May be calculated.
以下、本開示の実施の形態に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置、及び、マイクロ流路中の液体の温度測定方法について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。 Hereinafter, a device for measuring the temperature of a liquid in a microchannel and a method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態1)
<温度測定システム>
図1は、実施の形態1に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置10を含む温度測定システム100の構成を示す概略図である。温度測定システム100は、マイクロ流路中の液体の温度測定装置10と、マイクロ流路チップ11と、光源13と、を備える。温度測定システム100によって、マイクロ流路チップ11のマイクロ流路12中のクレゾールレッドを含む液体からの光を受光し、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測し、計測した光強度から吸光度を算出し、算出した吸光度に基づいて液体の温度を算出する。
温度測定システム100によれば、マイクロ流路チップ内のマイクロ流路中の液体の温度を複雑な製造工程を経ることなく、高価な光学機器を導入することなく精度よく測定できる。
(Embodiment 1)
<Temperature measurement system>
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a temperature measurement system 100 including a device 10 for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to the first embodiment. The temperature measurement system 100 includes a device 10 for measuring the temperature of a liquid in a microchannel, a microchannel chip 11, and a light source 13. The temperature measurement system 100 receives light from a liquid containing cresol red in the microchannel 12 of the microchannel chip 11 of the microchannel chip 11 and has at least one wavelength except for a wavelength of 470 nm in a wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less. The light intensity is measured, the absorbance is calculated from the measured light intensity, and the temperature of the liquid is calculated based on the calculated absorbance.
According to the temperature measurement system 100, the temperature of the liquid in the microchannel in the microchannel chip can be accurately measured without passing through complicated manufacturing steps and without introducing expensive optical equipment.
<マイクロ流路チップ>
図2Aは、マイクロ流路チップ11の一例の平面図であり、図2Bは、図2AのA−A方向から見た断面構造を示す断面図である。マイクロ流路チップ11は、液体を保持するマイクロ流路12を少なくとも備える。図2Aの平面図に示すマイクロ流路チップ11は、右上の入口部19aと、左下の出口部19bと、入口部19aと出口部19bとを接続するマイクロ流路12と、を有する。なお、入口部19aと出口部19bとは逆であってもよい。また、複数の入口部、複数の出口部があってもよい。
<Micro channel chip>
FIG. 2A is a plan view of an example of the microchannel chip 11, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure as viewed from the AA direction in FIG. 2A. The microchannel chip 11 includes at least a microchannel 12 for holding a liquid. The microchannel chip 11 shown in the plan view of FIG. 2A has an upper right inlet 19a, a lower left outlet 19b, and a microchannel 12 connecting the inlet 19a and the outlet 19b. In addition, the inlet 19a and the outlet 19b may be reversed. Further, there may be a plurality of entrances and a plurality of exits.
マイクロ流路チップ11の表面は、所定以下の幅を有する流路12を有する。流路12の幅は、例えば、1μm以上、1mm以下である。また、流路12の深さは、例えば、1μm以上、1mm以下である。流路12は、少なくとも側面と底面とで構成される。流路12は、流路12の進行方向に対して垂直なマイクロ流路チップ11の断面から見て、凹部の形状を有する。なお、流路12の側面と底面との間に、必ずしも明確な境界が形成されなくてもよい。また、図2Bに示すように、流路12は上面を有していてもよい。さらに、流路12の側面及び底面は、後述する光源13から出力される光に対して所定以上の透光性を有する材料で構成することが望ましい。特に、340nm以上640nm以下の波長範囲の光に対して所定以上の透光性を有することが望ましい。流路12の材料は、例えば、ガラス又はプラスチックなどである。 The surface of the microchannel chip 11 has a channel 12 having a width equal to or less than a predetermined width. The width of the flow channel 12 is, for example, 1 μm or more and 1 mm or less. The depth of the flow channel 12 is, for example, 1 μm or more and 1 mm or less. The channel 12 is composed of at least a side surface and a bottom surface. The flow channel 12 has a concave shape when viewed from a cross section of the micro flow channel chip 11 perpendicular to the traveling direction of the flow channel 12. Note that a clear boundary is not necessarily formed between the side surface and the bottom surface of the flow channel 12. Further, as shown in FIG. 2B, the flow channel 12 may have an upper surface. Further, it is desirable that the side surface and the bottom surface of the flow channel 12 are made of a material having a predetermined or higher translucency with respect to light output from the light source 13 described later. In particular, it is desirable to have a predetermined or higher transmittance for light in a wavelength range of 340 nm to 640 nm. The material of the flow channel 12 is, for example, glass or plastic.
流路12には、検知対象とする液体が配置される。具体的には、例えば、入口部19aから液体を導入し、内部の蛇行するマイクロ流路12を経由して左下の出口部19bから液体を導出する。この場合、液体は、マイクロ流路12内を流通する。なお、液体を導入後、入口部19a及び出口部19bを封止して、マイクロ流路12内に液体を保持してもよい。
さらに、流路12には、色素材料としてのクレゾールレッドが配置される。つまり、流路12には、液体及びクレゾールレッドが流れる。具体的には、マイクロ流路チップ11に導入する前に、あらかじめクレゾールレッドが液体に添加され、クレゾールレッドを含む液体をマイクロ流路チップ11に導入してもよい。あるいは、例えば図2Aに示すように、マイクロ流路チップ11の蛇行する流路12の前にクレゾールレッドを担持するクレゾールレッド担持部30を設けてもよい。クレゾールレッド担持部30によって、入口部19aに導入された液体にクレゾールレッドを供給し、クレゾールレッドを含む液体がマイクロ流路12を流れるようにしてもよい。さらに、クレゾールレッド担持部30には、クレゾールレッドを単位時間当たり一定量供給するようにクレゾールレッドを配置してもよい。なお、クレゾールレッドを単位時間当たり一定量供給する手段としては、クレゾールレッド担持部30として、クレゾールレッドの溶液を含む微少な流路を設け、マイクロ流路12へ一定量づつ合流させてもよい。あるいは、液体に一定量づつ溶解する膜にクレゾールレッドを包んでおいて液体に露出させてもよい。クレゾールレッド担持部30の構成は、上記の例に限定されない。
In the flow path 12, a liquid to be detected is arranged. Specifically, for example, the liquid is introduced from the inlet 19a, and is drawn out from the lower left outlet 19b via the meandering micro flow channel 12. In this case, the liquid flows in the micro flow channel 12. After the introduction of the liquid, the inlet 19a and the outlet 19b may be sealed to hold the liquid in the microchannel 12.
Further, cresol red as a coloring material is disposed in the flow channel 12. That is, the liquid and cresol red flow through the flow channel 12. Specifically, cresol red may be added to the liquid in advance before being introduced into the microchannel chip 11, and a liquid containing cresol red may be introduced into the microchannel chip 11. Alternatively, for example, as shown in FIG. 2A, a cresol red holding portion 30 that holds cresol red may be provided in front of the meandering flow channel 12 of the micro flow channel chip 11. The cresol red carrying section 30 may supply cresol red to the liquid introduced into the inlet 19a so that the liquid containing cresol red flows through the microchannel 12. Further, cresol red may be arranged in the cresol red carrying section 30 so that cresol red is supplied at a constant rate per unit time. As a means for supplying a fixed amount of cresol red per unit time, a minute flow path containing a cresol red solution may be provided as the cresol red holding unit 30 and may be joined to the micro flow path 12 by a fixed amount. Alternatively, cresol red may be wrapped in a film that dissolves in a fixed amount in a liquid and exposed to the liquid. The configuration of the cresol red carrier 30 is not limited to the above example.
なお、クレゾールレッドは、pH0.2〜1.8の第1の変色域より低いPHに対して赤色を示し、第1の変色域より高いPHに対して黄色を示す。また、クレゾールレッドは、pH7.2〜8.8の第2の変色域より低いpHに対して黄色を示し、第2の変色域よりも高いpHに対して赤色を示す。
そこで、測定対象の液体は、温度変化させる工程の前後でpH変化が生じない液体であることが好ましい。また、液体自体が緩衝液であるか、あるいは、液体に緩衝液を添加することがさらに好ましい。
In addition, cresol red shows red to PH lower than the first discoloration range of pH 0.2 to 1.8, and shows yellow to PH higher than the first discoloration range. In addition, cresol red shows yellow at a pH lower than the second color change range of pH 7.2 to 8.8, and shows red at a pH higher than the second color change range.
Therefore, the liquid to be measured is preferably a liquid that does not cause a pH change before and after the step of changing the temperature. Further, it is more preferable that the liquid itself is a buffer or that a buffer is added to the liquid.
なお、液体は、後述する光源13から出力される光に対して所定以上の透光性を有する材料であることが望ましい。マイクロ流路チップ11のマイクロ流路12に保持する液体としては、例えば、DNA、RNA、及び、これらの断片を含む生体試料、塩化カリウム、トリス塩酸、又はトリシン水酸化カリウムなどを含むバッファ水溶液である。 Note that the liquid is preferably a material having a predetermined or higher translucency with respect to light output from the light source 13 described later. Examples of the liquid retained in the micro flow channel 12 of the micro flow channel chip 11 include a biological sample containing DNA, RNA, and fragments thereof, and a buffer aqueous solution containing potassium chloride, tris-hydrochloric acid, or tricine potassium hydroxide. is there.
マイクロ流路チップ11は、流路12中の液体を加熱又は冷却して温度を調整する温度調整装置17を有する。温度調整装置17として、マイクロ流路チップ11の流路12を所定の温度に調整するために、公知の温度調整装置が用いられる。例えば、温度調整装置17として、ホットプレート又はペルチェ素子などを用いてもよい。さらに、マイクロ流路チップ21の底面に金属層を作成し、その金属層に電流を流して流路12を加熱することにより温度を調整してもよい。 The microchannel chip 11 has a temperature controller 17 for heating or cooling the liquid in the channel 12 to adjust the temperature. As the temperature adjusting device 17, a known temperature adjusting device is used to adjust the temperature of the flow channel 12 of the microchannel chip 11 to a predetermined temperature. For example, a hot plate or a Peltier device may be used as the temperature adjusting device 17. Furthermore, a temperature may be adjusted by forming a metal layer on the bottom surface of the microchannel chip 21 and applying a current to the metal layer to heat the channel 12.
<光源>
光源13は、流路12に向かって光を出力する。より正確には、光源13から流路12を流れる流体に向かって、光が出力される。光源13は、マイクロ流路チップ11における流路12を有する表面に対向するように配置される。例えば、光源13は、マイクロ流路チップ11に備え付けるように配置されてもよい。また、光源13は、所定の波長域を有する光を出力する。所定の波長域とは、340nm以上640nm以下の範囲であり、かつ、470nmの波長を除く波長域である。また、望ましい所定の波長域は、470nmより大きく、640nm以下の波長範囲である。また、所定の波長域は、380nm以上640nm以下の範囲であり、かつ、470nmの波長を除く波長域であってもよい。光源13が380nm以上の可視光の波長範囲の光を出力することで、使用者が眼で光源13から出力された光を確認できるためである。
光源13としては、例えば、キセノンランプ、ハロゲンランプ、又は白色LED照明を用いることができる。また、光源13は、太陽光等の自然光、又は、建物内の照明であってもよい。太陽又は建物内の照明の場合には、流路12が光を受けられるように配置すればよい。
<Light source>
The light source 13 outputs light toward the flow path 12. More precisely, light is output from the light source 13 toward the fluid flowing through the flow channel 12. The light source 13 is arranged so as to face the surface of the microchannel chip 11 having the channel 12. For example, the light source 13 may be arranged so as to be provided on the microchannel chip 11. The light source 13 outputs light having a predetermined wavelength range. The predetermined wavelength range is a wavelength range from 340 nm to 640 nm and excluding a wavelength of 470 nm. A desirable predetermined wavelength range is a wavelength range larger than 470 nm and 640 nm or less. Further, the predetermined wavelength range may be 380 nm or more and 640 nm or less, and may be a wavelength range excluding the wavelength of 470 nm. This is because the light source 13 outputs light in the visible light wavelength range of 380 nm or more, so that the user can check the light output from the light source 13 with his eyes.
As the light source 13, for example, a xenon lamp, a halogen lamp, or white LED illumination can be used. In addition, the light source 13 may be natural light such as sunlight or lighting in a building. In the case of lighting in the sun or in a building, the channel 12 may be arranged to receive light.
<液体温度測定装置>
液体温度測定装置10は、分光器15と、検出器16と、液体温度算出部18と、を少なくとも備える。
分光器15は、マイクロ流路12を透過した光を受光する。上述のようにマイクロ流路12中にはクレゾールレッドを含む液体が保持されている。つまり、光源分光器15で受光される光は、マイクロ流路12中のクレゾールレッドを含む液体を透過した光である。分光器15は、例えば、マイクロ流路チップ11を挟んで、光源13と対向して、配置される。分光器15では、受光した光を少なくとも340nm以上640nm以下の波長範囲について波長分離する。分光器15としては、例えば、プリズム、回折格子、フィルタ等を用いた分光器、あるいは干渉分光器等を用いることができる。
検出器16は、分光器15により受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測する。検出器16としては、波長分離後の光の強度を検出できるものであればよい。検出器16としては、例えば、CCDアレイ、CMOSアレイ、光電子倍増管等を用いることができる。なお、分光器15と検出器16とを分光光度計として一体的に構成してもよい。また、分光器15と検出器16とを、実施の形態2に示すように固体撮像素子として構成してもよい。
<Liquid temperature measurement device>
The liquid temperature measurement device 10 includes at least a spectroscope 15, a detector 16, and a liquid temperature calculator 18.
The spectroscope 15 receives the light transmitted through the micro flow channel 12. As described above, the liquid containing cresol red is held in the micro flow channel 12. That is, the light received by the light source spectroscope 15 is light that has passed through the liquid containing cresol red in the microchannel 12. The spectroscope 15 is arranged to face the light source 13 with the microchannel chip 11 interposed therebetween, for example. In the spectroscope 15, the received light is wavelength-separated at least in a wavelength range of 340 nm to 640 nm. As the spectroscope 15, for example, a spectroscope using a prism, a diffraction grating, a filter, or the like, an interference spectroscope, or the like can be used.
The detector 16 measures the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm to 640 nm for the light received by the spectroscope 15. Any detector can be used as long as it can detect the intensity of light after wavelength separation. As the detector 16, for example, a CCD array, a CMOS array, a photomultiplier, or the like can be used. Note that the spectroscope 15 and the detector 16 may be integrally configured as a spectrophotometer. Further, the spectroscope 15 and the detector 16 may be configured as a solid-state imaging device as described in the second embodiment.
液体温度算出部18は、計測された光の強度から吸光度を算出する。液体温度算出部18は、光源13から出力された光の出力強度を受け付け、光の出力強度に対する計測された光の強度の割合から吸光度を算出する。液体温度算出部18は、算出された吸光度と、予め保持する温度基準36とに基づいて、マイクロ流路12中の液体の温度を出力する。温度基準36は、計測された光強度に基づいて温度が決定される規則である。温度基準36の一例は、(温度)=a(係数)*X(分光器15で測定された温度)+(室温)である。
図3に、予め保持する温度基準37の他の一例を示す。温度基準37は、吸光度と温度とが対応付けられたテーブルである。液体温度算出部18は、温度基準37を参照して、算出された吸光度に対応する温度を出力する。液体温度算出部18は、温度基準37に含まれる吸光度の値に、算出された吸光度の値がない場合には、温度基準37に含まれる吸光度の値のうち算出された吸光度に最も近い値を有する温度を出力する。または、液体温度算出部18は、温度基準37に含まれる吸光度の値に算出された吸光度の値がない場合には、温度を出力しない。
図4に、予め保持する温度基準38の他の一例を示す。温度基準38は、計測された光の強度と温度とが対応付けられたテーブルである。液体温度算出部18は、光源13から出力された光の出力強度を受け付け、温度基準38を参照して、計測された光の強度に対応する温度を出力する。温度基準38は、光強度として、光源13から出力された光の強度等に基づいて、予め求められる値を含む。つまり、図4に示す温度基準に含まれる光強度は、A、B及びCと記載されているが、図4に含まれるA、B、及びCは、光源13から出力された光の強度等の値に相当する。
液体温度算出部18は、温度基準38に含まれる光強度の値に計測された光強度の値がない場合には、温度基準38に含まれる光強度の値のうち計測された光強度に最も近い値を有する温度を出力する。または、液体温度算出部18は、温度基準38に含まれる光強度の値に計測された光強度の値がない場合には、温度を出力しない。
The liquid temperature calculator 18 calculates the absorbance from the measured light intensity. The liquid temperature calculator 18 receives the output intensity of the light output from the light source 13 and calculates the absorbance from the ratio of the measured light intensity to the light output intensity. The liquid temperature calculation unit 18 outputs the temperature of the liquid in the micro flow channel 12 based on the calculated absorbance and the temperature reference 36 held in advance. The temperature reference 36 is a rule for determining the temperature based on the measured light intensity. An example of the temperature reference 36 is (temperature) = a (coefficient) * X (temperature measured by the spectroscope 15) + (room temperature).
FIG. 3 shows another example of the temperature reference 37 held in advance. The temperature reference 37 is a table in which the absorbance and the temperature are associated with each other. The liquid temperature calculation unit 18 outputs a temperature corresponding to the calculated absorbance with reference to the temperature reference 37. If there is no calculated absorbance value in the absorbance value included in the temperature reference 37, the liquid temperature calculation unit 18 determines a value closest to the calculated absorbance among the absorbance values included in the temperature reference 37. The output has the temperature. Alternatively, the liquid temperature calculator 18 does not output the temperature when the calculated absorbance value is not included in the absorbance value included in the temperature reference 37.
FIG. 4 shows another example of the temperature reference 38 held in advance. The temperature reference 38 is a table in which the measured light intensity is associated with the temperature. The liquid temperature calculator 18 receives the output intensity of the light output from the light source 13 and outputs a temperature corresponding to the measured light intensity with reference to the temperature reference 38. The temperature reference 38 includes a value previously obtained as the light intensity based on the intensity of the light output from the light source 13 and the like. That is, the light intensities included in the temperature reference shown in FIG. 4 are described as A, B, and C, but A, B, and C included in FIG. Corresponding to the value of
When there is no measured light intensity value in the light intensity value included in the temperature reference 38, the liquid temperature calculation unit 18 determines that the measured light intensity is the highest among the light intensity values included in the temperature reference 38. Output a temperature with a close value. Alternatively, the liquid temperature calculation unit 18 does not output the temperature when the measured light intensity value is not included in the light intensity value included in the temperature reference 38.
液体温度算出部18は、例えば図5に示すコンピュータによって構成される。
図5は、液体温度算出部18の物理的な構成の一例を示すブロック図である。液体温度算出部18は、CPU31、メモリ32、入出力部33、表示装置34、記憶装置35、およびインタフェース37を備える。また、記憶装置35は、液体の温度を算出する際に用いられる吸光度と温度との関係を示す温度基準36を記憶している。例えば、液体温度算出部18は、算出された吸光度と、予め保持する吸光度と温度との関係を示す温度基準36とを用いて、液体の温度を算出する。温度基準36とは、吸光度と温度とが例えば図10に示すように、所定濃度のクレゾールレッドを含む液体についての、所定波長(573nm)の吸光度と温度とが対応付けられた情報である。
The liquid temperature calculator 18 is configured by, for example, a computer shown in FIG.
FIG. 5 is a block diagram illustrating an example of a physical configuration of the liquid temperature calculation unit 18. The liquid temperature calculator 18 includes a CPU 31, a memory 32, an input / output unit 33, a display device 34, a storage device 35, and an interface 37. Further, the storage device 35 stores a temperature reference 36 indicating the relationship between the absorbance and the temperature used when calculating the temperature of the liquid. For example, the liquid temperature calculation unit 18 calculates the temperature of the liquid using the calculated absorbance and a temperature reference 36 indicating a relationship between the absorbance and the temperature held in advance. The temperature reference 36 is information in which the absorbance at a predetermined wavelength (573 nm) and the temperature are associated with each other with respect to a liquid containing a predetermined concentration of cresol red, as shown in FIG.
本発明者は、図10に示す所定波長(573nm)だけでなく、図6に示すクレゾールレッドを添加した液体を透過した光の波長に対する吸収率の関係が温度に対して顕著に変化することを初めて見出して、この吸収率の温度変化を用いて液体の温度を算出するという本発明を完成させたものである。 The present inventor has found that not only the predetermined wavelength (573 nm) shown in FIG. 10 but also the relationship of the absorptance to the wavelength of light transmitted through the liquid containing cresol red shown in FIG. The present invention was found for the first time and completed the present invention of calculating the temperature of the liquid using the temperature change of the absorption rate.
図6は、色素材料であるクレゾールレッドを添加した液体を透過した光の波長に対する吸収率の関係を示すグラフである。図6では、25℃、55℃、70℃、95℃の各温度での波長と吸収率との関係をそれぞれ示している。図6に示すように、クレゾールレッドを含む液体の吸収率には、200nm以上800nm以下の波長範囲で少なくとも4つ以上のピークを有する。吸収率と温度との関係が顕著なピークは約430nmのピークと約570nmのピークである。また、これらのピークを含む340nm以上640nm以下の波長範囲における光の吸収率が20℃から100℃の温度範囲で顕著に変化している。さらに、340nm以上470nm以下の波長範囲では温度上昇につれて吸収率(吸光度も同様)が増加する正の相関を有するのに対して、470nmを境にして、470nm以上640nm以下の波長範囲では温度上昇につれて吸収率が低下する負の相関を有する。なお、470nmでは温度によらず吸収率がほぼ一定となっている。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between the wavelength of light transmitted through a liquid to which cresol red as a coloring material is added and the absorptance. FIG. 6 shows the relationship between the wavelength and the absorptance at each of 25 ° C., 55 ° C., 70 ° C., and 95 ° C. As shown in FIG. 6, the liquid containing cresol red has at least four peaks in the wavelength range from 200 nm to 800 nm. Peaks having a remarkable relationship between the absorptance and the temperature are a peak at about 430 nm and a peak at about 570 nm. In addition, the light absorptivity in the wavelength range from 340 nm to 640 nm including these peaks changes significantly in the temperature range from 20 ° C to 100 ° C. Furthermore, in the wavelength range of 340 nm or more and 470 nm or less, there is a positive correlation that the absorption rate (similarly, the absorbance) increases as the temperature rises. It has a negative correlation with decreasing absorption. At 470 nm, the absorptance is almost constant regardless of the temperature.
液体温度算出部18は、図10に示す所定波長(573nm)に限られず、他の波長の光の強度について吸光度を求めて、得られた吸光度に基づいて液体の温度を算出してもよい。例えば、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測し、計測した光強度から吸光度を算出し、算出した吸光度に基づいて液体の温度を算出してもよい。なお、吸光度を算出することなく、計測した光強度に基づいて液体の温度を算出してもよい。 The liquid temperature calculation unit 18 is not limited to the predetermined wavelength (573 nm) shown in FIG. 10, but may obtain the absorbance for the intensity of light of another wavelength and calculate the temperature of the liquid based on the obtained absorbance. For example, the light intensity of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less is measured, the absorbance is calculated from the measured light intensity, and the temperature of the liquid is calculated based on the calculated absorbance. May be. Note that the temperature of the liquid may be calculated based on the measured light intensity without calculating the absorbance.
さらに、340nm以上640nm以下の波長範囲について、複数の波長の光強度を用いる場合としては、以下の3つの場合が挙げられる。
a)340nm以上、470nm未満の波長範囲の2点以上の波長について
液体温度算出部18は、340nm以上、470nm未満の波長範囲の2点以上の波長の光強度を計測し、上記2点以上の波長の光強度からそれぞれの吸光度を算出し、算出した吸光度の和又は平均に基づいて液体の温度を算出してもよい。
上述のように、340nm以上、470nm未満の波長範囲では温度上昇につれて吸収率(吸光度も同様)が増加する正の相関を有する。そこで、上記波長範囲の2点以上の波長の吸光度の和又は平均も同様に温度に対して正の相関を有するので、算出された和又は平均によって温度を算出することができる。
b)470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の2点以上の波長について
液体温度算出部18は、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の2点以上の波長の光強度を計測し、上記2点以上の波長の光強度からそれぞれの吸光度を算出し、算出した吸光度の和又は平均に基づいて液体の温度を算出してもよい。
上述のように、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲では温度上昇につれて吸収率が低下する負の相関を有する。上記波長範囲の2点以上の波長の吸光度の和又は平均も同様に温度に対して負の相関を有するので、算出された和又は平均によって温度を算出することができる。
c)470nmを境にして短波長側(340nm以上)の1点の波長と、長波長側(640nm以下)の1点の波長とについて
液体温度算出部18は、340nm以上、470nm未満の波長範囲の1点の波長の光強度と、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の1点の波長の光強度と、を計測し、340nm以上、470nm未満の波長範囲の1点の波長の光強度から算出した吸光度と、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の1点の波長の光強度から算出した吸光度と、の差に1を加算した値に基づいて液体の温度を算出してもよい。
なお、上記各場合では、計測した光強度から吸光度を算出したが、吸光度を算出することなく、計測した光強度に基づいて液体の温度を算出してもよい。計測した規格化されていない光強度を直接用いる場合には、c)の場合に、340nm以上、470nm未満の波長範囲の1点の波長の光強度と470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の1点の波長の光強度から算出した吸光度との差(正負を含む)又は比をそのまま用いてもよい。
Further, the following three cases are used as cases where light intensities of a plurality of wavelengths are used in the wavelength range of 340 nm to 640 nm.
a) About two or more wavelengths in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm The liquid temperature calculation unit 18 measures the light intensity of two or more wavelengths in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm, and The respective absorbances may be calculated from the light intensities of the wavelengths, and the temperature of the liquid may be calculated based on the sum or average of the calculated absorbances.
As described above, in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm, there is a positive correlation that the absorptance (similarly, the absorbance) increases as the temperature rises. Thus, the sum or average of the absorbances at two or more wavelengths in the above wavelength range also has a positive correlation with the temperature, so that the temperature can be calculated by the calculated sum or average.
b) About two or more wavelengths in the wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less The liquid temperature calculation unit 18 measures the light intensity at two or more wavelengths in the wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less. The respective absorbances may be calculated from the light intensities at two or more wavelengths, and the temperature of the liquid may be calculated based on the sum or average of the calculated absorbances.
As described above, in the wavelength range exceeding 470 nm and equal to or less than 640 nm, there is a negative correlation that the absorptance decreases as the temperature increases. Similarly, the sum or average of the absorbances at two or more wavelengths in the above wavelength range also has a negative correlation with the temperature, so that the temperature can be calculated from the calculated sum or average.
c) About one wavelength on the short wavelength side (340 nm or more) and one wavelength on the long wavelength side (640 nm or less) with 470 nm as a boundary The liquid temperature calculation unit 18 calculates the wavelength range from 340 nm to less than 470 nm. And the light intensity of one wavelength in the wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less is measured, and the light intensity of one wavelength in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm is measured. The liquid temperature may be calculated based on the value obtained by adding 1 to the difference between the absorbance calculated from the above and the absorbance calculated from the light intensity of one wavelength in the wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less. .
In each of the above cases, the absorbance is calculated from the measured light intensity, but the temperature of the liquid may be calculated based on the measured light intensity without calculating the absorbance. In the case of directly using the measured non-standardized light intensity, in the case of c), the light intensity of one wavelength in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm and the light intensity of one wavelength in the wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less are used. The difference (including positive and negative) or the ratio with the absorbance calculated from the light intensity at one wavelength may be used as it is.
上述のように、470nmを境にして吸収率(吸光度も同様)の温度変化の傾向が異なる。つまり、470nmを境にして短波長側の吸光度と長波長側の吸光度とをそのまま加算すると、温度に対する変化量の正負が減殺されてしまう。そこで、両者の差をとることによって温度に対する変化量を同符号で含むようにする。さらにこの両者の差は、それぞれの値の大小関係によって正又は負となる場合がある。そこで、25℃の573nmでの吸光度の値を1として規格化しているので、両者の差に1を加えて両者の大小関係にかかわらず数値全体を正の値とすることで、算出した値と温度との単純相関の関係を得ることができる。なお、数値全体を正の値にできれば加算する値は1に限られない。 As described above, the tendency of the temperature change of the absorptance (similarly, the absorbance) differs at the boundary of 470 nm. In other words, if the absorbance on the short wavelength side and the absorbance on the long wavelength side are added as they are at the boundary of 470 nm, the sign of the variation with respect to the temperature is reduced. Therefore, by taking the difference between them, the amount of change with respect to temperature is included with the same sign. Further, the difference between the two values may be positive or negative depending on the magnitude relationship between the respective values. Therefore, since the value of the absorbance at 573 nm at 25 ° C. is standardized as 1, the value calculated by adding 1 to the difference between the two and making the entire numerical value a positive value regardless of the magnitude relationship between the two, A simple correlation with temperature can be obtained. The value to be added is not limited to 1 if the whole numerical value can be made a positive value.
なお、液体温度算出部18は、上記温度基準36について、算出した吸光度に基づく数値と、別途計測した液体の温度とに基づいて、温度基準36を較正してもよい。あらかじめ記憶した温度基準36に対して実際の温度測定システム100では吸光度と温度との関係にずれが生じる場合がある。上記のように温度基準の較正を行うことでより精度の高い温度測定を行うことができる。 The liquid temperature calculation unit 18 may calibrate the temperature reference 36 based on the numerical value based on the calculated absorbance and the temperature of the liquid separately measured. In the actual temperature measurement system 100, the relationship between the absorbance and the temperature may deviate from the temperature reference 36 stored in advance. By performing the temperature reference calibration as described above, more accurate temperature measurement can be performed.
<温度測定方法>
以下、図11に計測された光強度と温度基準とを用いて温度を出力する温度測定システム100の温度測定方法の一例を示す。
(ステップ1)
分光器15は、液体が流れるマイクロ流路12を透過する光を受光する(S01)。
(ステップ2)
検出器16は、受光された光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測する(S02)。
(ステップ3)
液体温度算出部18は、予め保持する温度基準と、計測された光の強度とを用いて、マイクロ流路12を流れる液体の温度を出力する(S03)。
<Temperature measurement method>
Hereinafter, FIG. 11 shows an example of a temperature measurement method of the temperature measurement system 100 that outputs a temperature using the measured light intensity and the temperature reference.
(Step 1)
The spectroscope 15 receives light transmitted through the microchannel 12 through which the liquid flows (S01).
(Step 2)
The detector 16 measures the intensity of the received light at at least one wavelength excluding the 470 nm wavelength in the wavelength range from 340 nm to 640 nm (S02).
(Step 3)
The liquid temperature calculator 18 outputs the temperature of the liquid flowing through the micro flow channel 12 using the temperature reference held in advance and the measured light intensity (S03).
次に、図12に算出された吸光度と温度基準とを用いて温度を出力する温度測定システム100の温度測定方法の他の一例を示す。
(ステップ11)
マイクロ流路チップ11のマイクロ流路12を流れる液体に、色素材料としてクレゾールレッドを加えられる(S11)。流体に添加するクレゾールレッドの濃度は、検出器16の感度に合わせて任意の濃度に設定され得る。マイクロ流路の厚み約200μm以下で使用することを考慮すると、添加するクレゾールレッドの終濃度は200μM以上が好ましい。また、PCR用のサンプルに添加するのであれば、PCR収量の観点から200μM程度が特に好ましい。なお、クレゾールレッドの濃度によって吸光度が変化する(ランベルト−ベールの法則)ので、温度基準での所定の濃度に設定する。
(ステップ12)
光源13は、マイクロ流路12に向かって、光を出力する(S12)。より具体的には、光源13は、マイクロ流路12を流れる流体中のクレゾールレッドに向かって、光を出力する。光源13から出力される光は、200nm以上800nm以下程度の波長範囲を有する。望ましい光源13から出力される光は、少なくとも340nm以上640nm以下の波長のうち470nmの波長を除く波長域を有する。
(ステップ13)
分光器15は、マイクロ流路12からの光を受光する(S13)。
(ステップ14)
検出器16は、受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測する(S14)。
(ステップ15)
液体温度算出部18は、計測した光強度から吸光度を算出し、算出した吸光度に基づいてマイクロ流路12中の液体の温度を算出する(S15)。
Next, FIG. 12 shows another example of the temperature measurement method of the temperature measurement system 100 that outputs the temperature using the calculated absorbance and the temperature reference.
(Step 11)
Cresol red as a dye material is added to the liquid flowing through the micro flow channel 12 of the micro flow channel chip 11 (S11). The concentration of cresol red to be added to the fluid can be set to any concentration according to the sensitivity of the detector 16. Considering that the microchannel is used with a thickness of about 200 μm or less, the final concentration of cresol red to be added is preferably 200 μM or more. If added to a sample for PCR, about 200 μM is particularly preferable from the viewpoint of PCR yield. Since the absorbance changes depending on the concentration of cresol red (Lambert-Beer's law), the concentration is set to a predetermined concentration on a temperature basis.
(Step 12)
The light source 13 outputs light toward the microchannel 12 (S12). More specifically, the light source 13 outputs light toward cresol red in the fluid flowing through the microchannel 12. The light output from the light source 13 has a wavelength range of about 200 nm to 800 nm. The light output from the desirable light source 13 has a wavelength range excluding the wavelength of 470 nm out of the wavelengths of at least 340 nm to 640 nm.
(Step 13)
The spectroscope 15 receives the light from the micro flow channel 12 (S13).
(Step 14)
The detector 16 measures the intensity of the received light at at least one wavelength excluding the 470 nm wavelength in the wavelength range from 340 nm to 640 nm (S14).
(Step 15)
The liquid temperature calculator 18 calculates the absorbance from the measured light intensity, and calculates the temperature of the liquid in the micro flow channel 12 based on the calculated absorbance (S15).
高い測定精度を得るためには、事前にクレゾールレッドを添加しない流体を導入した系でバックグラウンドとなる光強度Ibaseを検出しておき、実測定の光強度Iとの差分(I−Ibase)を有効光強度とすることが望ましい。また、温度調整装置17を用いて温度を変化させながら取得した吸収スペクトルのうち、温度に対する変化が大きい波長域を用いることが望ましい。本実施の形態のようにクレゾールレッド由来のスペクトルから温度を算出する場合は、温度測定に用いる波長としては、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長であればよい。また、吸収率の温度変化が比較的大きい430nm付近、又は、573nm付近に設定することが好ましく、さらに、573nm付近の吸収率の温度変化が大きく最も好ましい。 In order to obtain high measurement accuracy, a light intensity I base serving as a background is detected in advance in a system in which a fluid to which cresol red is not added is introduced, and a difference (I-I base) from the light intensity I of the actual measurement is detected. ) Is desirably the effective light intensity. In addition, it is desirable to use a wavelength range in which the change with respect to the temperature is large among the absorption spectra obtained while changing the temperature using the temperature adjusting device 17. When calculating the temperature from the spectrum derived from cresol red as in the present embodiment, the wavelength used for temperature measurement is at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm to 640 nm. Good. Further, it is preferable that the temperature change of the absorptance is set to around 430 nm or 573 nm, which is relatively large.
(変形例1)
上記マイクロ流路中の液体の温度測定方法では、ある時点での温度を測定している。これに対して、変形例のマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法では、2つの異なる時点での温度を測定している。
このマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法は、具体的には、上記マイクロ流路12中の液体の温度測定方法を2回行って、1回目のマイクロ流路12中の液体の温度と、2回目のマイクロ流路12中の液体の温度と、を算出し、マイクロ流路12中の液体の温度変化を検出する。
(Modification 1)
In the method for measuring the temperature of the liquid in the microchannel, the temperature at a certain point is measured. On the other hand, in the method of detecting the temperature change of the liquid in the micro flow channel according to the modification, the temperatures at two different time points are measured.
Specifically, the method for detecting a change in the temperature of the liquid in the micro flow channel 12 is the same as the method for measuring the temperature of the liquid in the micro flow channel 12 twice. The second time, the temperature of the liquid in the micro flow channel 12 is calculated, and the temperature change of the liquid in the micro flow channel 12 is detected.
(変形例2)
変化例2に係るマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法は、具体的には、マイクロ流路中の液体の温度変化検出方法は、マイクロ流路中のクレゾールレッドを含む液体からの光を受光するステップと、
受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測して1回目の光強度を得るステップと、
光を受光するステップと、少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップとを繰り返して、2回目の光強度を得るステップと、
1回目の光強度と、2回目の光強度とを対比して、光強度の変化からマイクロ流路中の液体の温度変化を検出するステップと、
を含む。
この変化例2に係るマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法では、変化例1に係るマイクロ流路中の液体の温度変化検出方法と対比すると、吸光度を算出せず、1回目の光強度と、2回目の光強度とをそのまま対比して温度変化の有無を検出している点で相違する。このように吸光度を求めないで光強度そのままで対比するので簡易に温度変化の有無を判断できる。これによって加熱工程又は冷却工程でのヒータの接触不良等のエラーを簡易に判定できる。
(Modification 2)
The method for detecting the temperature change of the liquid in the micro flow channel according to the second variation is specifically, the method for detecting the temperature change of the liquid in the micro flow channel, which detects light from the liquid containing cresol red in the micro flow channel. Receiving light;
Obtaining a first light intensity by measuring the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less for the received light;
Receiving the light and repeating the step of measuring the intensity of the light of at least one wavelength to obtain a second light intensity;
Detecting the temperature change of the liquid in the microchannel from the change in the light intensity by comparing the first light intensity with the second light intensity;
including.
In the method for detecting the temperature change of the liquid in the micro flow channel according to the second variation, in comparison with the method for detecting the temperature change of the liquid in the micro flow channel according to the first variation, the first light intensity is calculated without calculating the absorbance. The point is that the presence or absence of a temperature change is detected by directly comparing the second light intensity with the second light intensity. As described above, since the light intensity is compared without determining the absorbance, the presence or absence of a temperature change can be easily determined. This makes it possible to easily determine an error such as poor contact of the heater in the heating step or the cooling step.
(実施の形態2)
<温度測定システム>
図13は、実施の形態2に係るマイクロ流路中の液体の温度測定装置20を含む温度測定システム100aの構成を示す概略図である。温度測定システム100aは、実施の形態1に係る温度測定システムと対比すると、マイクロ流路からの透過光ではなく、反射光を受光する点で異なる。このため、マイクロ流路チップ21もマイクロ流路22の上面を反射面としている。また、液体温度測定装置20においても、実施の形態1に係る液体温度測定装置と対比すると、光強度を計測する光強度計測部として固体撮像素子26を用いている点で異なる。
なお、実施の形態1と同様の事項については説明を省略する。
(Embodiment 2)
<Temperature measurement system>
FIG. 13 is a schematic diagram showing a configuration of a temperature measuring system 100a including the temperature measuring device 20 for liquid in a microchannel according to the second embodiment. The temperature measurement system 100a is different from the temperature measurement system according to the first embodiment in that the temperature measurement system 100a receives reflected light instead of transmitted light from the microchannel. For this reason, the microchannel chip 21 also uses the upper surface of the microchannel 22 as a reflection surface. The liquid temperature measuring device 20 also differs from the liquid temperature measuring device according to the first embodiment in that a solid-state image sensor 26 is used as a light intensity measuring unit that measures light intensity.
The description of the same items as in the first embodiment is omitted.
<マイクロ流路チップ>
実施の形態2では、マイクロ流路チップ21のカバープレート211およびマイクロ流路22に導入される液体で起こる光吸収について、マイクロ流路チップ21からの反射光を介して検出する。測定で用いるマイクロ流路チップのカバープレート211およびマイクロ流路中22に導入される流体は、光源23から発せられる光が十分に透過できる材料で構成されることが好ましい。またマイクロ流路チップ21の上面は、シリコンや金属など可視光を反射する材料が望ましい。この場合、マイクロ流路チップ21のカバープレート211の材料は、例えば、ガラス、プラスチックなど可視光に対して透過率が高い材料が好ましい。また、マイクロ流路22に導入される液体には、あらかじめクレゾールレッドが添加される。添加するクレゾールレッドの配置及び濃度は、実施の形態1とほぼ同様である。
また、上記マイクロ流路チップ21では、図13に示すように、温度調整装置27を加熱対象のマイクロ流路22の背面にも配置できるという利点を有する。
<Micro channel chip>
In the second embodiment, light absorption occurring in the liquid introduced into the cover plate 211 of the microchannel chip 21 and the microchannel 22 is detected via the reflected light from the microchannel chip 21. It is preferable that the fluid introduced into the cover plate 211 of the microchannel chip and the inside 22 of the microchannel used in the measurement be made of a material through which light emitted from the light source 23 can be sufficiently transmitted. The upper surface of the microchannel chip 21 is preferably made of a material that reflects visible light, such as silicon or metal. In this case, the material of the cover plate 211 of the microchannel chip 21 is preferably a material having high transmittance to visible light, such as glass or plastic. In addition, cresol red is added to the liquid introduced into the micro flow channel 22 in advance. The arrangement and concentration of cresol red to be added are almost the same as in the first embodiment.
Further, the microchannel chip 21 has an advantage that the temperature controller 27 can be arranged on the back of the microchannel 22 to be heated, as shown in FIG.
<光源>
光源23は、可視光をカバーしている光源が好ましく、キセノンランプ、ハロゲンランプ、自然光、白色LEDなど、種類は問わない。
<Light source>
The light source 23 is preferably a light source that covers visible light, and may be of any type such as a xenon lamp, a halogen lamp, natural light, and a white LED.
<液体温度測定装置>
液体温度測定装置24は、レンズ25、固体撮像素子26、液体温度算出部28と、を備える。
レンズ25は、測定対象のマイクロ流路22の領域の画像を固体撮像素子26に取り込むのに十分な倍率を持つ形態であればよく、材質など種類は特に問わない。
<Liquid temperature measurement device>
The liquid temperature measuring device 24 includes a lens 25, a solid-state image sensor 26, and a liquid temperature calculator 28.
The lens 25 may be of any form as long as it has a magnification sufficient to capture an image of the region of the microchannel 22 to be measured into the solid-state imaging device 26, and the type of the material is not particularly limited.
<固体撮像素子>
固体撮像素子26は、CCD、CMOSなど、種類は問わない。また、任意の波長が検出できるのであれば、2次元面での撮像機能を持たなくてもよく、光電子倍増管でもよい。クレゾールレッド由来のスペクトルの光強度から温度を算出する場合は、例えば、波長573nm付近での検知率が高くなるように、本実施の形態2のように固体撮像素子で取得されたデータを解析すればよい。
<Solid-state imaging device>
The solid-state imaging device 26 may be of any type, such as a CCD or a CMOS. In addition, as long as an arbitrary wavelength can be detected, an imaging function in a two-dimensional plane may not be provided, and a photomultiplier tube may be used. When calculating the temperature from the light intensity of the spectrum derived from cresol red, for example, the data acquired by the solid-state imaging device as in the second embodiment should be analyzed so that the detection rate near the wavelength of 573 nm is increased. Just fine.
特に、前記の340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップにおいて、固体撮像素子で取得されたRGB情報のうち、特に少なくとも470nm以下の波長範囲の光を透過させない赤色フィルタを用いて、R(赤色波長域)の信号強度とすることができる。その後、R(赤色波長域)の信号強度から温度を算出する。これによって、G(緑色波長域)から生じるバックグラウンド信号(430nm付近)の影響を除去することができる。そこで、高い温度測定レンジおよび測定精度が得られるという観点で好ましい。 In particular, in the step of measuring the light intensity of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less, at least 470 nm or less of the RGB information acquired by the solid-state imaging device. Using a red filter that does not transmit light in the wavelength range, the signal intensity can be R (red wavelength range). Thereafter, the temperature is calculated from the signal intensity of R (red wavelength region). This makes it possible to eliminate the influence of the background signal (around 430 nm) generated from G (green wavelength region). Therefore, it is preferable from the viewpoint that a high temperature measurement range and measurement accuracy can be obtained.
また、上記温度測定において、所望の部分への加熱または冷却の工程と、任意の温度になるように加熱または冷却を調整する工程を有することは、マイクロ流路チップの温度制御にこの温度測定方法を用いることができるという観点で好ましい。
また、上記温度測定において、前記温度測定の対象がポリメラーゼ・チェイン・リアクション(PCR)であることは、PCRの制御が精度よく、複雑な製造工程を経ることのなく、高価な光学機器を導入することなく行うことができる、という観点で好ましい。
温度測定システム100aは、マイクロ流路12を反射した光を用いること以外、実施の形態1の温度測定システム100と同様の温度測定方法により、液体の温度を測定する。
In the temperature measurement, the step of heating or cooling a desired portion and the step of adjusting the heating or cooling to an arbitrary temperature can be performed by controlling the temperature of the microchannel chip by using this temperature measurement method. It is preferable from the viewpoint that can be used.
In the temperature measurement, the object of the temperature measurement is the polymerase chain reaction (PCR), which means that the control of the PCR is accurate, and an expensive optical device is introduced without going through a complicated manufacturing process. It is preferable from the viewpoint that it can be carried out without using.
The temperature measurement system 100a measures the temperature of the liquid by the same temperature measurement method as that of the temperature measurement system 100 of the first embodiment except that the light reflected from the microchannel 12 is used.
以下、本開示をさらに具体的に説明する。なお、以下の実施例は、本開示をより詳細に説明するための例であって、本開示及び実施の形態は、以下の実施例のみに限定されない。 Hereinafter, the present disclosure will be described more specifically. The following embodiments are examples for describing the present disclosure in more detail, and the present disclosure and embodiments are not limited to only the following examples.
(実施例1)
実施例1について、図1、図6−図10を参照しながら説明する。
実施例1では、図1に示すようにマイクロ流路チップ11およびマイクロ流路12に導入される流体での透過光の検出を行った。
図1における、マイクロ流路チップ11は、ガラス基板を加工してマイクロ流路12を形成し、作製した。
マイクロ流路12を流れる流体は、濃度50mMを有するTris−HCl(pH8.0)であった。流体の量は、300μLであった。
マイクロ流路12を流れる流体に、60μLのクレゾールレッドを添加した。さらに、流体に840μLの超純水840μLを添加して希釈して封入した。また、検出器16の感度を考慮し、使用する流路厚みに対してクレゾールレッドの濃度を適当な濃度に調整した。流路厚み10mmのとき、クレゾールレッドの終濃度は50μMであった。
比較例として、クレゾールレッド以外にクレゾールレッドと同様にゲル方式の電気泳動でマーカとして一般的に使われる3種類の色素材料を用いた実験を同時に行った。比較のために、終濃度が本実施例と等しくなるように調製した(表1)。
(Example 1)
Example 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 10.
In Example 1, as shown in FIG. 1, the detection of transmitted light by the fluid introduced into the microchannel chip 11 and the microchannel 12 was performed.
The microchannel chip 11 in FIG. 1 was manufactured by processing a glass substrate to form a microchannel 12.
The fluid flowing through the microchannel 12 was Tris-HCl (pH 8.0) having a concentration of 50 mM. The volume of the fluid was 300 μL.
60 μL of cresol red was added to the fluid flowing through the microchannel 12. Further, 840 μL of ultrapure water (840 μL) was added to the fluid, diluted and sealed. Further, in consideration of the sensitivity of the detector 16, the concentration of cresol red was adjusted to an appropriate concentration with respect to the thickness of the flow channel to be used. When the flow path thickness was 10 mm, the final concentration of cresol red was 50 μM.
As a comparative example, an experiment using three types of dye materials generally used as markers in gel electrophoresis in the same manner as cresol red in addition to cresol red was performed at the same time. For comparison, the final concentration was adjusted to be equal to that of this example (Table 1).
光源13には、タングステンランプを用いた。
分光検出器14には、波長200nm以上800nm以下の範囲で分光できる回折格子型の分光器15と、光電子倍増管からなる固体検出素子16を用いた。
マイクロ流路チップ11の測定部位以外は、湯浴型の温度調整装置17で温め、チップの温度が全体的に均一に安定するまで3分間待ってから、分光検出器で吸収スペクトルの測定を行った。また、バックグラウンド信号は、各色素を添加しない状態で吸収スペクトルを測定し、そのデータ値をIbaseとして実測定値Iとの差分(I−Ibase)をとることで除去した。
As the light source 13, a tungsten lamp was used.
As the spectroscopic detector 14, a diffraction grating type spectrometer 15 capable of separating light in a wavelength range of 200 nm or more and 800 nm or less, and a solid state detection element 16 composed of a photomultiplier tube were used.
The portion other than the measurement site of the microchannel chip 11 is heated by a hot-water bath type temperature controller 17, waits for 3 minutes until the temperature of the chip is uniformly and uniformly stabilized, and then measures the absorption spectrum with a spectroscopic detector. Was. The background signal was removed by measuring the absorption spectrum without adding each dye, taking the data value as Ibase , and taking the difference (I- base ) from the actual measurement value I.
予め温度が測定された液体(25℃、55℃、70℃、及び95℃)に対して、温度測定方法を用いて、温度を測定した。
図6は、色素材料であるクレゾールレッドを添加した液体を透過した光の波長に対する吸収率の関係を測定した結果を示す。図7は、色素材料であるキセノンシアノールを添加した液体を透過した光の波長に対する吸収率の関係を測定した結果を示す。図8は、色素材料であるブロモフェノールブルーを添加した液体を透過した光の波長に対する吸収率の関係を測定した結果を示す。図9は、色素材料であるオレンジGを添加した液体を透過した光の波長に対する吸収率の関係を測定した結果を示す。
図7〜図9に示すように、比較例1〜3では25℃〜95℃の温度範囲で吸光度の変化がほとんど見られなかった。
The temperature of the liquid (25 ° C., 55 ° C., 70 ° C., and 95 ° C.) whose temperature was measured in advance was measured using a temperature measuring method.
FIG. 6 shows the results of measuring the relationship between the wavelength of light transmitted through a liquid to which cresol red as a coloring material is added and the absorptance. FIG. 7 shows the results of measuring the relationship between the wavelength of light transmitted through a liquid to which xenon cyanol, which is a coloring material, is added and the absorptance. FIG. 8 shows the result of measuring the relationship between the wavelength of light transmitted through a liquid to which bromophenol blue as a dye material is added and the absorptance. FIG. 9 shows the result of measuring the relationship between the wavelength and the absorptance of light transmitted through a liquid to which orange G as a coloring material is added.
As shown in FIGS. 7 to 9, in Comparative Examples 1 to 3, almost no change in absorbance was observed in the temperature range of 25 ° C. to 95 ° C.
本実施例、及び比較例1〜3の測定結果から、25℃における吸収スペクトルについて、以下のことがわかった。色素材料としてクレゾールレッドを用いた本実施例では波長573nm付近で色素由来の最も強い吸収が見られた。色素材料としてキセノンシアノールを用いた比較例1では620nm付近で色素由来の最も強い吸収が見られた。色素材料としてブロモフェノールブルーを用いた比較例2では590nm付近で色素由来の最も強い吸収が見られた。色素材料としてオレンジGを用いた比較例3では481nm付近で色素由来の最も強い吸収が見られた。
25℃での上記各波長での吸収率を1とし、温度を変えながら吸収率の測定を行った。図10に、各温度の吸収率(吸光度)をプロットした結果を示す。より具体的には、図10は、実施例1において、4種類の色素材料をそれぞれ添加した各液体について、所定波長の光の吸収率と温度との関係を示す。
この結果より、本発明者は、色素材料としてクレゾールレッドを液体に添加した場合、他の色素材料を用いた比較例1〜3と比べて、室温から100℃程度までの温度域で、所定波長の光の吸収率が非常に大きな温度応答性を示すことを確認した。つまり、573nmの波長を含む340nm以上640nm以下の波長範囲のうち、470nmを除く広い波長範囲の少なくとも1点の光の吸収率を測定することで、マイクロ流路12中の流体の温度を精度よく算出できる。
なお、異なる2点の時間について、この吸収率の時間変化を観測すれば、液体の温度変化を検出できる。
From the measurement results of this example and Comparative Examples 1 to 3, the following was found for the absorption spectrum at 25 ° C. In this example using cresol red as the dye material, the strongest absorption derived from the dye was observed at a wavelength around 573 nm. In Comparative Example 1 using xenon cyanol as the dye material, the strongest absorption derived from the dye was observed at around 620 nm. In Comparative Example 2 using bromophenol blue as the dye material, the strongest absorption derived from the dye was observed at around 590 nm. In Comparative Example 3 using orange G as the dye material, the strongest absorption derived from the dye was observed at around 481 nm.
The absorption at each of the above wavelengths at 25 ° C. was set to 1, and the absorption was measured while changing the temperature. FIG. 10 shows the results of plotting the absorption rate (absorbance) at each temperature. More specifically, FIG. 10 shows the relationship between the absorptance of light of a predetermined wavelength and the temperature for each liquid to which four types of dye materials are added in Example 1.
From these results, the present inventor has found that when cresol red is added to a liquid as a coloring material, a predetermined wavelength is obtained in a temperature range from room temperature to about 100 ° C. as compared with Comparative Examples 1 to 3 using other coloring materials. It was confirmed that the light absorptance of the sample showed a very large temperature response. In other words, by measuring the absorptivity of light at least at one point in a wide wavelength range excluding 470 nm in the wavelength range of 340 nm to 640 nm including the wavelength of 573 nm, the temperature of the fluid in the microchannel 12 can be accurately determined. Can be calculated.
By observing the time change of the absorptance at two different points in time, the temperature change of the liquid can be detected.
(実施例2)
実施例2について、図13、図14A乃至図14D、図15を参照しながら説明する。
実施例2では、図13に示すように、マイクロ流路チップ21のカバープレート211およびマイクロ流路22に導入される流体での光の吸収をマイクロ流路チップ21からの反射光を介して検出した。まず、厚み500nmのシリコン基板をリアクティブ・イオン・エッチング(RIE)で加工を行い、表面側に深さ約250μm、幅約500μmの蛇行状のマイクロ流路22を形成し、裏面にスルーホールを形成し、マイクロ流路チップ21を作製した。マイクロ流路22の表面は、厚み500nmのパイレックスガラスのカバープレート221を陽極酸化法で接着して封止した。裏面のスルーホールは、流体導入後に、シリコーンゴムのシーリングバルブ212を1Nの力で押し付けて封止した。マイクロ流路22には、クレゾールレッドの終濃度が200μMになるように調製されたPCR用の液体(組成は表2を参照)を封入した。
(Example 2)
Second Embodiment A second embodiment will be described with reference to FIGS. 13, 14A to 14D and FIG.
In the second embodiment, as shown in FIG. 13, light absorption by a fluid introduced into the cover plate 211 of the microchannel chip 21 and the microchannel 22 is detected through reflected light from the microchannel chip 21. did. First, a 500 nm-thick silicon substrate is processed by reactive ion etching (RIE) to form a meandering microchannel 22 having a depth of about 250 μm and a width of about 500 μm on the front side, and a through hole on the back side. The microchannel chip 21 was formed. The surface of the microchannel 22 was sealed by bonding a 500 nm thick Pyrex glass cover plate 221 by anodization. After the fluid was introduced, the through hole on the back surface was sealed by pressing a silicone rubber sealing valve 212 with a force of 1N. A liquid for PCR prepared so that the final concentration of cresol red was 200 μM (see Table 2 for the composition) was sealed in the microchannel 22.
プライマー1の配列は、(5‘−ACGGGCTGCAGGCATACACT−3‘)、プライマー2の配列は、(5’− GGC AGG TCC TGA ACC TC −3’)であった。
光源23には、白色LEDと自然光の混合光を用いた。液体温度測定装置24には、マイクロ流路チップ11中で測定したい領域(約6mm角)を取り込むのに十分な倍率を持ったレンズ25と、それを撮像するCCDからなる固体撮像素子26を用いた。任意の温度をマイクロ流路22に与えられるため、測定領域の裏面には、ペルチェ素子からなる温度調整装置27を接触させた。
The sequence of primer 1 was (5'-ACGGGCTGCAGGCATACACT-3 '), and the sequence of primer 2 was (5'-GGC AGG TCC TGA ACC TC-3').
As the light source 23, a mixed light of a white LED and natural light was used. As the liquid temperature measuring device 24, a lens 25 having a magnification sufficient to capture an area (approximately 6 mm square) to be measured in the microchannel chip 11 and a solid-state image sensor 26 composed of a CCD for imaging the lens 25 are used. Was. In order to apply an arbitrary temperature to the microchannel 22, a temperature controller 27 made of a Peltier element was brought into contact with the back surface of the measurement area.
図14A、図14B、図14C及び図14Dは、それぞれ温度を25℃(図14A)、60℃(図14B)、68℃(図14C)、98℃(図14D)と変化させた場合に、CCDからなる固体撮像素子26でマイクロ流路22を撮像した画像を示す。図14A〜図14Dは、赤色フィルタを介した画像のグレースケール図面である。温度上昇に応じて、色が変化することが目視でも観測された。さらに、固体撮像素子25で取得されたRGB情報のうち、R(赤色波長域)で得られた信号について、255階調の色分布と255階調の信号強度分布をマッピングした。色分布のうち任意の1階調(本実施例については、573nm付近に相当する1階調)に注目して、その信号強度について平均信号強度との差分を取った。差分値を検知率とした。図15に、25℃で測定したときの検知率を1としたときの検知率と温度と関係を示す。この結果より、このような簡便な測定系においても、室温から100℃程度までの温度域で、実施例1とほぼ同等の応答が得られることが確認された。すなわち、実施例1と同様、この検知率の変化を測定すれば、マイクロ流路12中の流体の温度を算出できるということが示された。 14A, FIG. 14B, FIG. 14C, and FIG. 14D show the case where the temperature is changed to 25 ° C. (FIG. 14A), 60 ° C. (FIG. 14B), 68 ° C. (FIG. 14C), and 98 ° C. (FIG. 14D), respectively. 3 shows an image of the micro flow channel 22 captured by a solid-state imaging device 26 composed of a CCD. 14A to 14D are grayscale drawings of an image through a red filter. A change in color with increasing temperature was also observed visually. Further, of the RGB information acquired by the solid-state imaging device 25, the color distribution of 255 gradations and the signal intensity distribution of 255 gradations were mapped for the signal obtained in R (red wavelength region). Focusing on one arbitrary gradation (one gradation corresponding to around 573 nm in the present embodiment) in the color distribution, the difference between the signal intensity and the average signal intensity was calculated. The difference value was used as the detection rate. FIG. 15 shows the relationship between the detection rate and the temperature when the detection rate measured at 25 ° C. is set to 1. From these results, it was confirmed that even in such a simple measurement system, a response almost equivalent to that of Example 1 was obtained in a temperature range from room temperature to about 100 ° C. That is, as in Example 1, it was shown that the temperature of the fluid in the microchannel 12 can be calculated by measuring the change in the detection rate.
(実施例3)
実施例3について、図16を参照しながら説明する。ここでは、ヒトゲノム検体からアセトアルデヒド脱水素酵素2(ALDH2)遺伝子の第12エクソンの114番目の塩基を含む所望のDNA断片(断片長143bp)のPCRによる増幅を行った。実験は実施例2と同様の構成で行った。
(Example 3)
Example 3 will be described with reference to FIG. Here, amplification of a desired DNA fragment (fragment length: 143 bp) containing the 114th base of exon 12 of the acetaldehyde dehydrogenase 2 (ALDH2) gene from a human genome sample was performed by PCR. The experiment was performed with the same configuration as in Example 2.
温度調整装置27で、98℃で2分間保持した後、98℃30秒、60℃30秒、68℃30秒の条件で30サイクルPCRを行った。その後、マイクロ流路22からアクリルアミドゲルの電気泳動法により、DNA増幅の有無を確かめた。結果を図16に示す。
図16は、実施例3の温度測定方法を用いてPCRされた増幅産物およびその比較例の増幅産物の電気泳動写真のグレースケール図面である。第1レーンは、参照用のラダーで、ラダー間のピッチは20bpである。第2レーンは、比較例としてクレゾールレッドを添加しないでPCRを行ったものである。第3レーンは、本実施例としてクレゾールレッドを添加してPCRを行った産物から得られた電気泳動結果である。本実施例においても、十分な増幅産物が得られることが確認された。
After holding at 98 ° C. for 2 minutes in the temperature controller 27, PCR was performed for 30 cycles at 98 ° C. for 30 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, and 68 ° C. for 30 seconds. Thereafter, the presence or absence of DNA amplification was confirmed by electrophoresis on acrylamide gel from the microchannel 22. FIG. 16 shows the results.
FIG. 16 is a gray scale drawing of an electrophoresis photograph of an amplification product subjected to PCR using the temperature measurement method of Example 3 and an amplification product of Comparative Example. The first lane is a ladder for reference, and the pitch between the ladders is 20 bp. In the second lane, PCR was performed without adding cresol red as a comparative example. The third lane shows the results of electrophoresis obtained from a product obtained by performing PCR with cresol red added in this example. Also in this example, it was confirmed that a sufficient amplification product was obtained.
本開示に係るマイクロ流路中の液体の温度測定方法によれば、マイクロ流路中の液体の温度を簡便に、且つ、精度よく測定できるので、化学合成、環境分析、臨床検体分析を実施するためのマイクロ流路チップやキャピラリ内の温度測定および温度較正に利用することができる。 According to the method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to the present disclosure, the temperature of the liquid in the microchannel can be measured easily and accurately, so that chemical synthesis, environmental analysis, and clinical sample analysis are performed. For temperature measurement and temperature calibration in a microchannel chip and a capillary for this purpose.
10、20 温度測定装置
11、21 マイクロ流路チップ
12、22 マイクロ流路
13、23 光源
15、25 分光器、レンズ(受光部)
16、26 固体検出素子、固体撮像素子(光強度計測部)
17、27 温度調整装置
18、28 液体温度算出部
19a 入口部
19b 出口部
30 クレゾールレッド担持部
100、100a 温度測定システム
211 カバープレート
212 シーリングバルブ
10, 20 Temperature measuring device 11, 21 Micro flow channel chip 12, 22 Micro flow channel 13, 23 Light source 15, 25 Spectroscope, lens (light receiving unit)
16, 26 Solid-state detection device, solid-state imaging device (light intensity measurement unit)
17, 27 Temperature controller 18, 28 Liquid temperature calculator 19a Inlet 19b Outlet 30 Cresol red carrier 100, 100a Temperature measuring system 211 Cover plate 212 Sealing valve
Claims (15)
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測するステップと、
前記計測した光強度に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップと、
を含み、
前記マイクロ流路は、クレゾールレッド担持部を備え、
さらに、前記受光するステップの前に、前記クレゾールレッド担持部によって、前記マイクロ流路中の液体に、前記クレゾールレッドを供給するステップを含む、
マイクロ流路中の液体の温度測定方法。 Receiving light from a liquid containing cresol red in the microchannel,
Measuring the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less for the received light;
Calculating the temperature of the liquid in the microchannel based on the measured light intensity;
Including
The microchannel includes a cresol red carrying unit,
Further, before the step of receiving light, the cresol red carrying unit, by the step of supplying the cresol red to the liquid in the micro flow path,
A method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel.
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、340nm以上、470nm未満の波長範囲の前記2点以上の波長の光強度の和又は平均に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出する、請求項1に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 In the step of measuring the intensity of light of at least one wavelength, the light intensity of two or more wavelengths in a wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm is measured,
In the step of calculating the temperature of the liquid in the microchannel, the temperature of the liquid in the microchannel is determined based on the sum or average of the light intensities of the two or more wavelengths in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm. The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 1, wherein the temperature is calculated.
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の前記2点以上の波長の光強度の和又は平均に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出する、請求項1に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 In the step of measuring the intensity of light of at least one wavelength, the light intensity of two or more wavelengths in a wavelength range exceeding 470 nm and 640 nm or less is measured,
In the step of calculating the temperature of the liquid in the microchannel, the temperature of the liquid in the microchannel is based on the sum or average of the light intensities of the two or more wavelengths in a wavelength range exceeding 470 nm and not more than 640 nm. The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 1, wherein the temperature is calculated.
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出するステップでは、340nm以上、470nm未満の波長範囲の前記1点の波長の光強度と、470nmを越えて、640nm以下の波長範囲の前記1点の波長の光強度と、の差に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出する、請求項1に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 In the step of measuring the intensity of light of at least one wavelength, the light intensity of one wavelength in a wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm and the light intensity of one wavelength in a wavelength range of more than 470 nm and 640 nm or less. Measure the intensity and
In the step of calculating the temperature of the liquid in the micro flow channel, the light intensity of the one point wavelength in the wavelength range of 340 nm or more and less than 470 nm and the one point wavelength in the wavelength range of 470 nm or more and 640 nm or less. The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 1, wherein the temperature of the liquid in the microchannel is calculated based on a difference between the light intensity of the microchannel and the light intensity of the liquid.
前記マイクロ流路中の液体の温度を算出する、請求項2に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 In the step of calculating the temperature of the liquid in the micro flow channel, for a numerical value based on the calculated absorbance, based on a temperature reference indicating the relationship between absorbance and temperature stored in advance,
The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 2, wherein the temperature of the liquid in the microchannel is calculated.
前記マイクロ流路中の液体の温度変化を検出する、マイクロ流路中の液体の温度変化検出方法。 The method for measuring the temperature of the liquid in the microchannel according to claim 1 twice, wherein the temperature of the liquid in the microchannel for the first time, the temperature of the liquid in the microchannel for the second time, Is calculated,
A method for detecting a temperature change of a liquid in a microchannel, wherein the method detects a temperature change of a liquid in the microchannel.
請求項1に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 The cresol red carrying section, in the supplying step, supplies a constant amount of the cresol red per unit time,
The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 1.
前記温度基準は、前記クレゾールレッド担持部が供給する前記単位時間当たりの一定量に対応している、
請求項10に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 In the step of calculating the temperature of the liquid, an absorbance is calculated from the measured light intensity, and a numerical value based on the calculated absorbance is calculated based on a temperature reference indicating a relationship between the absorbance and the temperature stored in advance. Calculate the temperature of the liquid in the flow path,
The temperature reference corresponds to a certain amount per unit time supplied by the cresol red carrying unit,
The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 10.
前記供給するステップにおいて、前記マイクロ流路中に、前記液体が供給されることにより、前記膜が溶解することで、前記クレゾールレッドが前記マイクロ流路中の液体に供給される、
請求項1に記載のマイクロ流路中の液体の温度測定方法。 The cresol red carrying section has cresol red surrounded by a film having solubility in the liquid,
In the supplying step, the liquid is supplied into the microchannel, and the film is dissolved, whereby the cresol red is supplied to the liquid in the microchannel.
The method for measuring the temperature of a liquid in a microchannel according to claim 1.
少なくとも一つの面が340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光を透過させる材料からなり、加熱又は冷却可能な流路を含むマイクロ流路と、
前記マイクロ流路中の液体に供給するクレゾールレッドを担持したクレゾールレッド担持部と、
を有する、マイクロ流路チップ。 A microchannel chip having a microchannel for holding a liquid,
At least one surface is made of a material that transmits light of at least one wavelength except for a wavelength of 470 nm in a wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less, and includes a microchannel including a channel that can be heated or cooled;
A cresol red carrying unit carrying cresol red to be supplied to the liquid in the microchannel,
A microchannel chip comprising:
前記受光した光について、340nm以上640nm以下の波長範囲のうち470nmの波長を除く少なくとも1点の波長の光の強度を計測する光強度計測部と、
前記計測した光強度に基づいて前記マイクロ流路中の液体の温度を算出する液体温度算出部と、
を含み、
前記液体温度算出部は、前記計測した光強度から吸光度を算出し、算出した前記吸光度に基づいて前記マイクロ流路中の前記液体の温度を算出し、
前記液体温度算出部は、算出した吸光度について、あらかじめ記憶している吸光度と温度との関係を示す温度基準に基づいて、前記マイクロ流路中の液体の温度を算出し、
前記温度基準は、前記マイクロ流路に位置するクレゾールレッド担持部が前記マイクロ流路に単位時間当たりに供給するクレゾールレッドの一定量に対応している、
マイクロ流路中の液体の温度測定装置。 A light receiving unit that receives light from a liquid containing cresol red in the microchannel,
A light intensity measuring unit that measures the intensity of light of at least one wavelength excluding the wavelength of 470 nm in the wavelength range of 340 nm or more and 640 nm or less for the received light;
A liquid temperature calculation unit that calculates the temperature of the liquid in the microchannel based on the measured light intensity,
Including
The liquid temperature calculation unit calculates the absorbance from the measured light intensity, calculates the temperature of the liquid in the microchannel based on the calculated absorbance,
The liquid temperature calculator, for the calculated absorbance, based on a temperature reference indicating the relationship between the absorbance and the temperature stored in advance, calculates the temperature of the liquid in the micro flow channel,
The temperature reference corresponds to a certain amount of cresol red supplied per unit time to the micro flow channel by the cresol red carrying portion located in the micro flow channel,
A device for measuring the temperature of a liquid in a microchannel.
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