JP6912140B2 - 分光分析用チップ - Google Patents
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Description
特許文献2〜4にも同様の簡易分析チップや試験紙が開示されており、対象成分の存在量に応じた色調変化(比色法)、すなわち基材表面の反射光(散乱光)の変化量を目視や画像処理として数値化する旨が記載されている。
また、特許文献1〜5の技術では、反射光(散乱光)の変化量に基づいて分析を行った場合には、測定時におけるチップ表面の凹凸(ラフネス)や外部光の影響を受けやすいといった問題や、目視による比色分析を行う場合には、個人差や周囲の明るさ等により客観的な判定が得られにくいなどの問題が生じている。
つまり、従来の簡易分析技術では、試料中の目的成分の定性分析を行うことはできるものの、測定値にバラツキが生じたり十分な感度が得られないなどのことから、定量的な数値を得られないといったことや、高い精度を得ることができない、というのが常識である。
これらの分光分析法では、試料をセルに収容し、かかるセルに光を入射して、入射した光が試料中の目的成分と作用した光(例えば、透過光や蛍光など)を測定することで、試料中の目的成分を定量する方法である。
しかしながら、このような分光分析法では、定量性に優れている一方、セルに収容し得るだけの試料量(例えば0.1ml〜5ml)が必要となるため、試料量が少量しか得られないような上述した体液などの分析には不向きであるという問題がある。
本実施形態の分光分析用チップは、分光分析法に用いられる分析用具であって、少量の試料であっても簡単な操作で定量分析が行うことができるようにしたことに特徴を有している。
図1、図2に示すように、分光分析用チップ1は、検出部10を備えている。そして、この検出部10は、板状の基材11を備えている。この基11は、液体が通液可能な部材であり、表裏を貫通する貫通孔10hを有している。図2に示すように、基材11内部には、液体が毛細管現象によって通液可能な複数の空隙11hが形成されている。そして、この空隙11hは、貫通孔10hに連通するように形成されている。この貫通孔10は、液体を表面張力によって保持し得る大きさに形成されている。
具体的には、貫通孔10hは、基材11の表面に形成された貫通孔10hの表面開口10haの中心と、基材11の裏面に形成された貫通孔10hの裏面開口10hbの中心を結ぶ貫通孔10hの中心軸CLが基材11面(表面11saおよび/または裏面11sb)に対して略直交するように、基材11の表裏を貫通して形成されている。貫通孔10hの中心軸CLが基材11面11sa、11sbに対して略直交するように形成することにより、詳細は後述するが、試料Lを分析する際の精度を向上させることができるようになる。
図9に示すように、分光計SMは、分光分析用チップ1を設置するための測定窓を有するステージと、ステージの測定窓に設置した分光分析用チップ1の検出部10の複数の貫通孔10h内に形成された液膜Lfに対して照射光L1を照射する光源手段と、光源手段から照射された光が液膜Lfを透過した透過光L2を受光する受光手段と、この受光手段で受光した光を解析する解析手段と、を備えている。
分光計SMに用いられる受光手段および解析手段としては、吸光光度法、蛍光分光分析法または色調分析などを用いることができる。
以下、各分析方法を用いて試料L中の目的成分を分析する場合を順に説明する。
まず、吸光光度法または蛍光分光分析法を用いる場合について説明する。
図9に示すように、分光計SMには、ステージの測定窓を挟むようにして、光源手段と受光手段が配置されている。
光源手段は、光源と、光源から放出された光を照射する光照射ファイバとを備えている。光照射ファイバは、基端が光源に接続されており、光源からの光を先端の照射面から照射光L1として照射できるようになっている。
受光手段は、光照射ファイバと、この光照射ファイバから照射された照射光L1が測定窓に配置して分光分析用チップ1の検出部10に形成された液膜Lfを通過(透過)し、この透過した光(透過光L2)を受光する光受光ファイバと、を備えている。この光受光ファイバは、基端が解析手段に接続されており、先端の受光面で受光した透過光L2を解析手段へ伝搬できるようになっている。この解析手段は、受光手段の光受光ファイバから伝搬された光をデータ信号に変換して、変換されたデータ信号に基づいて試料L中の目的成分の濃度を算出する機能を有している。
例えば、図9に示すように、測定窓を介して、光照射ファイバの光軸上に光受光ファイバの受光面が位置するように、光照射ファイバと光受光ファイバを配置することができる。具体的には、測定窓の下方に光照射ファイバが配置される。このとき、光照射ファイバの照射面が、測定窓の開口面に対向するように配置される。つまり、光照射ファイバは、照射面から照射した照射光L1の光軸が、測定窓の開口面に対して直交するように配置される。そして、光受光ファイバは、光照射ファイバを設置した逆の位置、つまり、測定窓の上方に、光照射ファイバの照射面から照射された照射光L1が検出部10の液膜Lfを透過した透過光L2を受光面で受光できるように配置される。
そして、分光計SMの測定窓に分光分析用チップ1の検出部10を配置すれば、下方から順に、光照射ファイバの照射面、分光分析用チップ1の検出部10、光受光ファイバの受光面が位置するように設置することができる。
具体的には、光照射ファイバからの照射された照射光L1(蛍光分光分析法では励起光といい、以下、当該分析法では、励起光L1という)が受光ファイバに直接入射しない構成となるように光学系を配置する。このような配置にすることにより、蛍光分析を適切に行うことができる。より具体的には、光照射ファイバからの照射された励起光L1により、分光分析用チップ1の検出部10の貫通孔10h内に形成された液膜Lf中の目的成分が蛍光を発する。この蛍光は、照射された励起光L1に対して長波長側にシフトする。そして、この目的成分に基づく蛍光を適切に検出することにより、目的成分の濃度を適切に定量することができる。このためには、以下のような構成を採用する。
例えば、検出部10に形成された液膜Lfを透過した透過光L2のうち、低波長側の光成分を排除する光学フィルターを分光分析用チップ1の検出部10と受光ファイバとの間に配置する構成とする。または、目的成分に基づく蛍光は、ランダムな方向に放射されるので、光照射ファイバからの照射された励起光L1の光軸を外した方向(例えば、光照射ファイバからの照射された励起光L1の進行方向に対して垂直方向)に受光ファイバの受光面を配置する構成とする。
つぎに、色調分析を用いる場合について説明する。
色調分析を用いる場合には、光受光ファイバに替えて、光照射ファイバの反対側に光学顕微鏡を設けた構成とする。
この構成は、光学顕微鏡により分光分析用チップ1の検出部10の貫通孔10h内に形成された液膜Lfの状態を光学顕微鏡で観察できる構成であれば、とくに限定されない。
例えば、光学顕微鏡は、基端が解析手段に接続されており、観察した検出部10の貫通孔10h内の液膜Lfの画像をデータ化して解析手段へ送信できるようになっている。
この解析手段は、光学顕微鏡から送信された画像データに基づいて試料L中の目的成分の濃度を算出する機能を有している。例えば、この解析手段は、光学顕微鏡から送信された画像データに基づく着色を色空間(RGBやL*A*B*(エルスター・エースター・ビースター)などの表色系)を用いて解析し、得られた値から試料L中の目的成分の濃度を算出する機能を有している。
したがって、分光分析用チップ1は、検出部10の基材11が石英やガラス、プラスチックなど光を透過する透明素材で形成されていないにも関わらず、従来の分光分析法と同様の原理で試料L中の目的成分を定量することができるようになっている。
このため、検出部10の基材11の一の箇所に試料Lを供給すれば、供給された試料Lは、基材11表面から内部に浸透する。そして基材11内に浸透した試料Lは、空隙11h内を毛細管現象により自動的に移動しながら複数の貫通孔10h内にまんべんなく供給される。つまり、複数の貫通孔10hに均一に試料Lを供給しなくても、基材11の一箇所に試料Lを供給するだけで、複数の貫通孔10h内にほぼ均一に展開させて、貫通孔10h内に均一な液膜Lfを形成させることができる。このため、複数の液膜Lfから均質なデータを得ることができるようになる。つまり、一度の測定で、複数の液膜Lfのデータを解析することができるようになる。
したがって、分光分析用チップ1を用いれば、少ない試料量であっても、試料L中の目的成分を精度よく定量することができるようになる。
例えば、図5または図6(B)、図6(C)に示すように、各貫通孔10h内全体が試料Lで満たされるように展開された状態や、試料Lが各貫通孔10h内の半分程度に展開された状態(図6(A)参照)や、図示しないが、試料Lが各貫通孔10h内の三分の一程度に添加された状態などを挙げることができる。
例えば、図6(B)、図6(C)に示すように、液膜Lfの液膜長さRは、液膜Lfの上面Lsaと貫通孔10hの中心軸CLが交差する点Pと、液膜Lfの底面Lsbと貫通孔10hの中心軸CLが交差する点Qの距離で求めることができる。
例えば、図6(B)に示すように、液膜Lfは、試料Lの表面張力により上面Lsaや底面Lsbが凸状のメニスカス形状に形成されることがある。つまり、この試料Lを貫通孔10h内が満たされるように検出部10に供給すれば、液膜Lfの液膜長さRは、貫通孔10hの軸方向の長さよりも長くなる。なお、このような凸状のメニスカス形状を形成する試料Lとしては、水を溶媒とする水溶液のものを挙げることができる。
また、その逆に、図6(C)に示すように、液膜Lfは、液膜Lfの上面Lsaや底面Lsbが凹状のメニスカス形状に形成されることがある。そして、上記と同様にこの試料Lを貫通孔10h内全体に展開すれば、液膜Lfの液膜長さRは、貫通孔10hの軸方向の長さよりも短くなる。
滞留層により、分光分析法における光路長を、液膜Lfの上面Lsaが基材11表面11saと面一となる場合に比べて長くできる。言い換えれば、供給する試料L量を多くすることができる。そして、滞留層が形成されることにより複数の貫通孔10h内に確実に液膜Lfを形成させることができる。このため、分光分析により試料L中の目的成分を測定した際の感度を向上させることができる。しかも、複数の貫通孔10h内への液膜Lf形成がより適切に行われる。このため、試料L中の目的成分の定量値の精度をより向上させることができる。
したがって、基材11表面に滞留層を形成させることにより、試料Lの目的成分を感度よく測定することがきるので、試料L中の濃度を精度よく安定して定量することができるようになる。
さらに、従来の分光分析法で使用されるセルの材質は、内部に収容した試料が壁面等から外部へ染み出さないものである必要がある。具体的には、上記のようなガラス等の耐水性、耐溶媒性を有する材質のものを用いる必要がある。このため、従来の分光分析法では、ろ紙のような繊維等をセルの形状に成型して利用することは全く想定されていない。
具体的には、分光分析用チップ1は、検出部10の基材11が、紫外、可視、赤外光などの電磁波を透過しないまたは透過しにくい材質(例えば、繊維、ろ紙、耐水紙など)で形成されていても、この基材11に貫通孔10hを形成することにより、分光分析法に基づいて試料L中の目的成分の濃度を定量することができる。つまり、分光分析用チップ1は、検出部10の貫通孔10hを有する基材11と、従来技術の分光分析法に用いられているセルでは、分光分析法において、同様の機能を発揮するものの、両者は全く異なる技術的思想に基づいて構成されたものである。
このため、試料量が少なく従来技術の分光分析法では分析に適さない試料であっても、分光分析用チップ1を用いれば、分光分析法により試料L中の目的成分を適切に定量することができるようになる。
とくに、分光分析用チップ1の検出部10の基材11に貫通孔10hが複数形成されていれば、同時に複数の液膜Lfから目的成分の濃度を算出することができるので、より精度の高い定量を行うことができるようになる。
したがって、従来の技術のようにセルの材質の影響に基づく分析方法の選択を行う必要がなくなるので、分析の自由度を向上させることができるという利点も得られる。
この検出材料としては、試料L中の目的成分により抗原抗体反応や蛍光反応などを生じる様々な反応試薬を適宜選択し採用することができる。この場合、貫通孔10h内に液膜Lfが形成すれば、その液膜Lf中の目的成分と検出材料が反応するようになる。この反応した状態を分光分析に基づいて測定すれば、より選択的に目的成分を定量できるようになる。
つぎに、分光分析用チップ1の構造を詳細に説明する。
図1、図3に示すように、分光分析用チップ1は、板状の基材11を有する検出部10を備えている。
検出部10の基材11は、板状の部材であり、内部に毛細管現象によって液体が通液可能な空隙11hが形成されていれば、材質はとくに限定されない。
基材11は、透水性材料12だけを備えた構成としてもよいし(図2(A)参照)、透水性材料12と不透水性材料13とを備えた構成としてもよいし(図2(X)参照))、ナノファイバーnfからなるナノファイバー層14と不透水性材料13とを備えた構成としてもよいし(図2(Y)参照)、透水性材料12と不透水性材料13とナノファイバー層14とを備えた構成としてもよい。なお、各材質についての詳細は後述する。
ここで、吸光光度法では、セルにおける光路長が長ければ通過する光の吸光量が多くなるので感度を高くすることができる。このため、試料中の目的成分の濃度を適切に定量することができる。
しかしながら、光路長つまり貫通孔10hが形成される基材11の貫通孔領域における厚さ方向の長さをあまり長くすると、透過光において、貫通孔10hの内面の材質に基づく影響が発生する可能性がある。
具体的には、貫通孔10h内に展開した液膜Lfに基づく光吸収だけでなく、貫通孔10hの内面の材質に基づく照射光L1の吸収や散乱等による影響により、液膜Lf中の目的成分以外の透過光量の減少、すなわち測定への悪影響(感度の低下、測定精度の悪化)が発生する可能性がある。例えば、基材11の材質にもよるが、検出部10の基材11の貫通孔領域における厚みが10mmよりも厚い場合、測定値において、基材11の材質に基づく非特異な光の吸収が発生する可能性が生じる。
一方、例えば、基材11の貫通孔領域における厚みが0.01mmよりも薄くなりすぎると、液膜Lfの液膜長さRが短くなる結果、光路長が短くなりすぎてしまい、試料L中の目的成分の濃度を適切に測定することができなくなる可能性がある。また、検出部10の基材11の貫通孔領域における厚みが、上記値よりも薄くなると、貫通孔10hの形状が変化しやすくなる。
また、蛍光分光分析法に基づく場合も吸光光度法と同様に、基材11の貫通孔領域における厚みを厚くすれば、液膜Lfの液膜長さRを長く(つまり光路長を長く)できる一方、貫通孔10hの内面の材質に基づく影響が発生する可能性がある。
具体的には、液膜Lfの液膜長さRを長くしすぎると(つまり基材11の貫通孔領域における厚みを厚くしすぎると)、透過光において、貫通孔10hの内面の材質に基づく影響が発生する可能性がある。より具体的には、貫通孔10h内に展開した液膜Lfに基づく光吸収だけでなく、上述した吸光光度法の場合と同様の測定への悪影響(感度の低下、測定精度の悪化)が発生する可能性がある。
一方、基材11の貫通孔領域における厚みを薄くしすぎると、液膜Lfの液膜長さRが短くなる結果、光路長が短くなり、適切な蛍光強度を得られない。
色調分析に基づく場合も上述した吸光光度法や蛍光分光分析法と同様に、基材11の貫通孔領域における厚みを厚くすれば、液膜Lfの液膜長さRを長く(つまり光路長を長く)できる。そして、この液膜長さRが長くなれば、液膜Lf中の目的成分由来の吸光あるいは蛍光に基づく色調変化量を高くすることができる。
一方、基材11の貫通孔領域における厚みを厚くしすぎると、透過光において、貫通孔10hの内面の材質に基づく光の影響が発生する可能性がある。具体的には、貫通孔10h内に展開した液膜Lfに基づく光吸収だけでなく、貫通孔10hの内面の材質に基づく光吸収の影響により、液膜Lf中の目的成分の濃度に基づかない色調変化や色調が暗くなるなど、色調変化を視認できにくくなる、すなわち測定への悪影響(測定精度の悪化)が発生する可能性がある。
一方、検出部10の基材11の材質が、試料Lを吸収して膨潤等する場合には、試料Lを上述した場合に供給すれば、基材11の厚み方向の距離は、乾燥状態よりも長くなる(図6(D)の参照、矢印方向に膨潤)。このとき、図6(D)に示すように、基材11の膨潤に伴い、貫通孔10hの貫通軸方向の長さも長くなる。
このため、液膜Lfの液膜長さRが長くなるので、光路長も基材11が乾燥した状態の貫通孔10hの貫通軸方向の長さよりも長くなる。つまり、基材11の厚みが薄くても、試料Lにより膨潤等を生じやすい材質を基材11の材質として採用すれば、分析に適切な光路長を維持させることができるようになる。よって、基材11の厚みを薄くしても、基材11の材質を調整することにより、試料L中の目的成分の濃度を適切に定量することが可能となる。
なお、試料Lの性状により液膜Lfの液膜面Lsが凸状のメニスカス形状になる試料Lを供給すれば、液膜長さRをより長くできるので、光路長もより長くできる。
検出部10の基材11の形状や大きさは、分析に影響しない程度の形状や大きさであれば、とくに限定されない。
例えば、基材11の形状としては、例えば、円形状、矩形状、放射形状、らせん形状など様々な形状を採用することができる。基材11の大きさとしては、検出部10を分光計SMにセットできる程度の大きさでればよく、例えば、基材11の形状を正方形状にした場合には、一辺が0.1cm〜5cm程度となるように形成することができる。基材11の形状を円形状にした場合には、直径が0.1cm〜5cm程度となるように形成することができるが、分光計SMのステージの大きさ等に基づいて適宜調整すればよい。
図2に示すように、検出部10の基材11は、内部に上述した液体が毛細管現象によって通液可能な複数の空隙11hが形成されている。
この基材11内部の空隙11hは、液体が毛細管現象によって通液可能となるように形成されていれば、その空隙の幅はとくに限定されない。例えば、空隙11hの幅が0.1μm〜2000μm程度となるように形成することができ、より好ましくは0.2μm〜1000μm以下である。そして、より好ましくは0.4μm〜1000μm以下、さらに好ましくは1μm以上1000μm以下、さらにより好ましくは1μm以上200μm以下となるように形成する。
そして、基材11内において、複数の空隙11hが、網目状に形成されている。つまり、基材11内において、隣接する空隙11h同士が互いに連通するように複数の空隙11hが網目状に形成されている。言い換えれば、基材11内には、液体が毛細管現象によって通液可能な微細な空隙ネットワークが形成されているのである。
例えば、基材11の材質としては、透水性材料12であるセルロース繊維からなる一般的に市販されている実験用のろ紙や、ろ布(フエルト)、不織布等を採用することができる。このような一般的な材質を用いて基材11を形成した場合、その空隙率(ろ紙等の一定体積あたりの空隙11hの体積が占める割合)は、50%〜95%程度である。
例えば、基材11としてろ紙を用いた場合、その材質にもよるが、セルロース系であれば60%〜95%であり、シリカ系であれば90%、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)系であれば50%〜85%であり、ガラス系であれば80%〜90%であり、レーヨン・ポリエステル系不織布であれば80%〜90%である。
図1、図2、図4、図5に示すように、検出部10の基材11には、基材11の表裏を貫通する貫通孔10hが複数形成されている。そして、この貫通孔10hは、上述したように、基材11に対して略直交するように形成されている。具体的には、貫通孔10hは、中心軸CLが上述したように基材11の基材面11sに対して略直交するように形成されている。
なお、本明細書では、この略直交するとは、貫通孔10hのアスペクト比(貫通孔10hの開口幅と貫通孔10hの長さの比)の観点から、両者のなす角が90度±5度を示すことを意味する。言い換えれば、試料L中の目的成分を適切に定量する上では、貫通孔10h内に形成される液膜Lfに入射する照射光L1の入射角と透過光L2の減衰率に基づいて、アスペクト比が、tan5°(0.087)の逆数である11よりも高くならないように調整される。
このとき貫通孔10hが基材11の基材面11sに対して略直交するように形成されているので、液膜Lfが、照射光L1の光軸に対して略平行となるように形成できる。このため、液膜Lfに対して照射された照射光L1の光軸に対して、略同軸の光軸を有する透過光2を形成できる。このため、液膜Lf中の目的成分の濃度を透過光2に基づいて適切に定量することができる。
一方、貫通孔10hの中心軸CLと基材11の基材面11sのなす角が上記範囲を外れれば、適切な透過光L2が得られなくなる傾向にある。
したがって、分光分析用チップ1を用いて分光分析により試料L中の目的成分を適切に定量するという観点では、貫通孔10hは、基材11の基材面11sに対して略直交するように形成されているのが望ましい。
この貫通孔10hの大きさや形状は、貫通孔10h内に試料Lを供給した際に表面張力によって液膜Lfが形成された状態を保持し得る機能を有していれば、とくに限定されない。
貫通孔10hの形状としては、円形や楕円形状のほか、矩形状や三角形状等など様々な形状に形成することができる。
例えば、貫通孔10hの形状として、開口10ha、10hbの一部の曲率が他の曲率と比べて大きくなるような三角形状や楕円形状などの非円形状を採用する場合には、基材11中の空隙11hを移動してきた試料Lが貫通孔10hの内壁面に到達した際に曲率の大きい箇所から貫通孔10h内へ侵入する傾向にある。つまり、非円形状を採用すれば、円形に形成する場合と比べて、試料Lを効率よく貫通孔10h内に展開させやすい傾向にある。
貫通孔10hの大きさは、内部に供給された試料Lを表面張力によって液膜Lfの状態を保持できる大きさであれば、とくに限定されない。
また、例えば、材質としてガラス繊維からなるろ紙を基材11として採用し、この基材11に対して楕円形状の貫通孔10hを形成する場合、貫通孔10hは、開口10ha、10hbの長径が350μm〜600μm、短径が300μm〜400μmである。
さらに、例えば、材質としてニトロセルロース繊維からなるろ紙を基材11として採用し、この基材11に対して楕円形状の貫通孔10hを形成する場合、貫通孔10hは、開口10ha、10hbの長径が250μm〜500μm、短径が200μm〜300μmである。
貫通孔10hは、複数を基材11の貫通孔領域に形成することがき、その数は、とくに限定されない。
例えば、内径が約250μmの略円形の貫通孔10hの場合または長径が約300μm、短径が約200μmの楕円形状の貫通孔10hの場合、貫通孔領域において、貫通孔10hは、100個〜1000個/cm2となるように形成される。
分光分析において、貫通孔10hが複数形成されていれば、液膜Lfの数も複数となることから、得られるデータ数も多くできる。このため、試料L中の目的成分の定量精度を向上させることができる。また、貫通孔10hを複数形成することにより、分光計SMを用いた測定において、貫通孔10hに形成された液膜Lfの位置合わせが行い易くなる。このため、分析時の操作性を向上させることができるようになる。さらに、貫通孔10hを複数形成することにより、得られる定量値のバラツキを抑制できるので、各貫通孔10hの形状のバラツキをある程度大きくできる。このため、貫通孔10hの加工精度を低くできるので、分光分析用チップの生産性を向上させることができる。
一方、貫通孔10hを単一の孔とする場合には、基材11のコストを少なくでき、貫通孔10hの加工時間を少なくできるという利点を有する。
例えば、貫通孔10を形成する方法としては、レーザーや機械的パンチング、酸、塩基、有機溶媒等エッチングを用いることができる。とくに、レーザーを用いた形成方法では、基材11に対して貫通孔10hを略直交するように形成させ易い。
つぎに、分光分析用チップ1を用いた分光分析について説明する。
以下では、まず、分光分析法のうち吸光光度法に基づいて試料L中の目的成分を定量する場合を代表として詳細に説明する。
以下の説明で用いられる分光計SM、分光分析用チップ1の概略を説明する。
分光計SMは、光照射ファイバをステージの下方に位置し、連通孔を挟んだ反対側の上方に光受光ファイバを設けたものを用いる。
分光分析用チップ1の検出部10の基材11は、材質がろ紙(所定の空隙率を有する)であり、その大きさおよび形状としては、一辺が約10mmの正方形状に形成されている。この基材11は、各辺の内方に、一辺が約5mm四方の貫通孔領域を形成する。この貫通孔領域は、中心が基材11の重心と略一致するように基材11の略中央部に形成する。そして、この貫通孔領域には、直径100μm〜1000μm程度の円形状の貫通孔10hが200個〜300個/cm2形成されている。
まず、検出部10の各貫通孔10h内へ試料Lを展開させる。
図4、図10に示すように、試料Lは、分光分析用チップ1の検出部10の基材11における貫通孔領域の一部または貫通孔領域近傍付近に所定量滴下しながら供給される。
そして、基材11内の複数の空隙11hは、複数の貫通孔10hに連通して形成されている。つまり、貫通孔10hの内壁面には、無数の空隙11hの開口が形成されている。このため、空隙11h内を移動した試料Lが一の貫通孔10hに到達すれば、貫通孔10hの内壁面に形成された空隙11h開口から貫通孔10hへ侵入する。つまり、一の貫通孔10h内へ試料Lが供給される(図4(A)参照)。
貫通孔10hへ侵入した試料Lは、貫通孔10hの表面張力によって貫通孔10hを塞ぐように液膜Lfを形成する(図4(B)参照)。一方、この貫通孔10hは、複数の空隙11hにより隣接する貫通孔10hと連通されている(図2参照)。このため、一の貫通孔10h内へ侵入した試料Lは、液膜Lf長さが基材11の貫通孔領域の厚さ(基材11の厚さ方向の距離)とほぼ同じ程度の長さに保持された状態を維持しながら、隣接する貫通孔10hへ移動する(図4(B)から図4(D)参照)。
しかも、貫通孔10hに形成される液膜Lfは、その表面および裏面が貫通孔領域の表面に対してほぼフラットな状態となるように形成されるので、その液膜Lf長さを貫通孔10hの貫通軸方向の線の距離(つまり基材11の貫通領域の厚さ)とほぼ同じ長さにできる。
上記のごとき複数の貫通孔10h内に所定の液膜Lfが形成された分光分析用チップ1を、分光計SMのステージにセットする(図9参照)。
この照射光L1は、貫通孔10h内に形成された液膜Lfの下面から上面に向かって真っ直ぐに液膜Lfを透過する(図5参照)。このとき、液膜Lf中に照射光L1に反応する物質が存在すれば、液膜Lfに入射した照射光L1と液膜Lfを透過した透過光L2では、光の成分が異なる状態になる。
解析手段では、光受光ファイバから送信された透過光L2をデータ信号に変換する。そして、変換されたデータ信号に基づいて試料L中の目的成分の濃度が算出(つまり定量)される。
したがって、分光分析用チップ1の検出部10は、従来の分光分析法に用いられる石英やガラスなどの透明なセルと同様の機能を発揮させることができる。しかも、試料Lを供給する貫通孔10hの大きさが小さい(例えば約50μm)にも関わらず、試料L中の目的成分を分光分析法に基づいて精度よく定量することができる。
また、試料Lの測定においては、同じ分光分析用チップ1を用いたブランク測定をあらかじめ行うのが望ましい。具体的には、目的成分を含有しないブランク試料を調製し、同じ分光分析用チップ1を用いて試料Lと同様の分析を行えば、分光分析用チップ1に起因するバックグラウンドの吸光を補正できるなど、データのバラツキ等を抑制することができるので、目的成分の定量分析の精度をより向上させることができるという利点が得られる。
つぎに、分光分析法のうち色調分析を用いて試料L中の目的成分を定量する場合について、詳細に説明する。
上述したように分光計SMのステージに分光分析用チップ1をセットして、光照射ファイバから照射光L1を検出部10に対して照射する。すると、複数の貫通孔10h内に形成された液膜Lfは、試料L中の目的成分の濃度によって色調が変化する。本実施形態の色調分析は、この変化した液膜Lfの色調変化に基づいて試料L中の目的成分を定量するという技術である。
光学顕微鏡は、基端が解析手段に接続されており、観察した貫通孔10h内に形成された液膜Lfの画像をデータ化して解析手段へ送信できるようになっている。
解析手段では、画像データに基づいて試料中の目的成分の濃度が算出される。具体的には、解析手段は、画像データに基づく着色を色空間(RGBやL*A*B*(エルスター・エースター・ビースター)などの表色系)を用いることによって、試料中の目的成分の濃度が算出できるようになっている。
つまり、試料中(つまり液膜Lf中)に存在する目的成分とその濃度には、成分に固有の吸収波長と吸収量が存在するので、光学顕微鏡で観測された画像データに基づく色調から試料中の物質同定と定量を行うことが可能となる(図14参照)。
一方、複数の貫通孔10h内に形成された液膜Lfの色調を合算して平均化してもよい。データを平均化することによって、試料中の目的成分の定量性と再現性を向上させることが可能となる。つまり、分光分析用チップ1を用いれば、少ない試料量であっても、色調分析に基づいて試料中の目的成分の濃度を適切に定量することができる。
すると、目的成分の濃度が低くても、呈色等の色調変化に基づいて試料中の目的成分を定量することができるようになる。しかも、試料中の目的成分が照射光によって反応しないような場合であっても、反応試薬を設けることによって、目的成分の濃度を算出することが可能となるので、分析の自由度を向上させることが可能となる。
基材11は、上述したように、透水性材料12だけを備えた構成、水性材料12と不透水性材料13とを備えた構成、ナノファイバー層14と不透水性材料13とを備えた構成、全てを備えた構成など、様々な構成にできる。
以下、検出部10の基材11の材質(透水性材料12、不透水性材料13、ナノファイバー層14)をより具体的に説明する。
図2(A)に示すように、透水性材料12は、細い繊維fが束状になった繊維集合体であり、水などの液体をその内部に浸透させたり、または表面に沿って流したりできる性質を有するものであれば、とくに限定されない。
なお、図2(A)に示すように、基材11は、透水性材料12だけを用いてある程度の空隙率を有する構造にしてもよい。このような構造のものとしては、例えば、後述する市販のろ紙を挙げることができる。
例えば、透水性材料12を構成する繊維fとしては、セルロース繊維、繊維、麻繊維、パルプ繊維等の天然素材のもの(天然繊維)のほか、合成樹脂系材料(例えば、ポリエステルや、ナイロン、レーヨン、アクリル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ニトロセルロース、カーボンなど)を原料とした合成樹脂製の繊維(化学繊維)やスチールウール、銅、銀などを原料とした金属製の繊維(金属繊維)、ケイ素やチタンなど酸化物、マグネシウムなどの水酸化物、カルシウムなどの炭酸塩、バリウムなどの硫酸塩等の無機化合物系材料を原料とした繊維fなどを採用することができる。もちろん、上述したように2種以上を適宜混合したものも使用することができる。
不透水性材料13は、内部に水などの液体が浸透しない性質を有するものである。
図2(X)に示すように、不透水性材料13は、基材11において、複数の透水性材料12間に配置されるものである。
不透水性材料13の材質としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)のほか、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などの合成樹脂製のもののほか、カーボン製、ガラス製、シリカ製、金属製、炭酸カルシウム製、二酸化ケイ素製などを挙げることができる。とくに、試料として血液など動物の体液を用いる場合、これらの液体と反応性の低いPET製の不透水性材料13を使用するのが好ましい。
不透水性材料13の形状として繊維状を採用する場合、その大きさはとくに限定されない。例えば、繊維状の不透水性材料13は、繊維径が10μm〜500μm程度、繊維長が20μm〜5mm程度のものや、繊維径が50μm〜100μm程度、繊維長が50μm〜1mm程度のものを用いることができる。
まず、基材11が不透水性材料13を備えている。この透水性材料13は、基材11内において、複数の透水性材料12間に配置される。しかも、この複数の不透水性材料13は、基材11中に不均一(ランダム)に存在する。
このため、基材11の内部には、複数の網目状の空隙11hが形成される。つまり、基材11の内部には、網目状の空隙ネットワークが形成される。そして、この網目状の空隙11hは、試料Lが流れるための空隙11hの幅(つまり流路幅)が、試料Lが流れる方向(流路方向)に向かってより変化する(不均一に変化する)ように形成される。
すると、試料Lを基材11の貫通孔領域の近くに滴下すれば、滴下された試料Lは基材11内部へ浸透して、複数の網目状の空隙11内を移動しながら貫通孔10hへ向かう。そして、試料Lは、この網目状の空隙11h内を移動している間に、不純物が分離・除去される。つまり、分光分析用チップ1の検出部10の基材11は、試料L中の不純物等を分離・除去するフィルター機能を有しているのである。
ついで、基材11が透水性材料12を備えている。この透水性材料12は、その内部に、試料Lが毛細管現象により移動することができる複数の隙間12hを有している。
したがって、基材11は、不透水性材料13と、透水性材料12と、を備えることにより、内部に形成される上記空隙ネットワークをより複雑化させることができる。つまり、分光分析用チップ1の検出部10の基材11は、透水性材料12を備えることにより、より高いフィルター機能を発揮することができるようになる。
このため、試料L中の目的成分を定量する際には、試料L中の不純物の量に応じて適宜検出部10の基材11構造を調整することにより、試料Lの目的成分を適切に定量できるようになる。具体的には、不純物を多く含む試料Lを分析する場合には、透水性材料12のみを用いて形成する基材11よりも、透水性材料12と不透水性材料13を用いた基材11や後述するナノファイバー層14と不透水性材料13を用いた基材11を使用するのが好ましい。
基材11を構成する透水性材料12と不透水性材料13の配合割合は、上記フィルター機能を発揮することができれば、とくに限定されない。
例えば、両者の配合割合(質量割合)としては、例えば、透水性材料12:不透水性材料13=1:9〜9:1となるように配合することができる。
つぎに、基材11が、ナノファイバー層14と不透水性材料13とを備える場合を具体的に説明する。
図2(Y)に示すように、基材11は、複数のナノファイバー層14と複数の不透水性材料13とを備えることにより、その内部に、複数のナノファイバー層14と、この複数のナノファイバー層14間に配置された複数の不透水性材料13を有する構造になる。この複数のナノファイバー層14には、後述するように、不透水性材料13の影響により、表裏を貫通する孔が複数形成されている。
この複数の不透水性材料13は、複数のナノファイバー層14によって束ねられようにして配置されている。そして、複数の不透水性材料13を束ねた構造にすることにより、隣接する不透水性材料13間の距離を短くすることができる。このため、隣接する不透水性材料13間の空隙11hの幅(流路幅)を小さくすることができる。
したがって、検出部10の基材11は、ナノファイバー層14と不透水性材料13とを備えることにより、内部に形成される複数の空隙11hの流路幅をより複雑化させることができる。つまり、基材11内に形成される上記空隙ネットワークをさらに複雑化させることができる。
よって、分光分析用チップ1の検出部10の基材11は、ナノファイバー層14と不透水性材料13とを備えることにより、より優れたフィルター機能を発揮することができるようになる。
ナノファイバー層14を構成するナノファイバーnfとしては、合成樹脂製のものや天然素材のものを使用することができる。
このため、このセルロースナノファイバーnfを用いたナノファイバー層14(セルロースナノファイバー層14、単にCNF層14ということがある)を用いて基材11を形成することにより、複数のCNF層14間に形成された空隙11hで発生する毛細管作用をより向上させることができる。
したがって、基材11が、複数のCNF層14を備えることにより、基材11内部における試料Lの移動をよりスムースにさせることができるという利点が得られる。言い換えれば、基材11が、複数のCNF層14を備えることにより、優れたフィルター機能を発揮しつつ、高い吸水機能を発揮するようになる。
例えば、平均繊維径が1〜100nm程度、平均繊維長が100nm〜1μm程度のものを使用することができる。
例えば、セルロースナノファイバーnfと不透水性材料13を質量割合において、セルロースナノファイバーnf:不透水性材料13=1:9〜9:1となるように配合することができる。
一方、分析用チップ1の検出部10の基材11は、ナノファイバー層14の原料となるナノファイバーnfと不透水性材料13を混合したものを用いて形成される。このため、基材11内部および基材11表面に配置されるナノファイバー層14には、表裏を貫通する微細な孔が複数形成される。
したがって、検出部10の基材11がナノファイバー層14を有する構成であっても、試料Lの供給操作において、試料Lを基材11の表面に滴下すれば、最外層(つまり基材11表面)に位置するナノファイバー層14にはじかれることなく基材11内へ滴下した試料Lを浸透させることができる。
図1、図3に示すように、分光分析用チップ1は、検出部10の基材11に連結した流路部20を備えていてもよい。
したがって、分光分析用チップ1が流路部20を備えることにより、液膜Lf中に存在する不純物の量を低くできるので、試料L中の目的成分をより精度よく定量することができるようになる。言い換えれば、試料L中に含まれる不純物の状況に応じて、流路部20を備えた分光分析用チップ1と検出部10のみの分光分析用チップ1を適宜使いわけてもよい。
以下、流路部20の構造を具体的に説明する。
分光分析用チップ1の流路部20の流路基材21は、上述した検出部10の基材11と同様の構造に形成することができる。つまり、流路部20の流路基材21は、内部に毛細管現象によって液体が通液可能な空隙21hが複数形成された構造であればよい。
例えば、流路部20が連結した検出部10の基材11と同様の材質を用いてもよいし、異なる材質を用いてもよい。同様の材質を用いれば、流路部20の流路基材21に供給した試料の移動状況をある程度予測することが可能となる。
例えば、図3に示すように、流路部20の流路基材21の材質としては、基材11の透水性材料12と同様の透水性材料22や、基材11の不透水性材料13と同様の不透水性材料23、基材11のナノファイバー層14と同様のナノファイバーnfからなるナノファイバー層24などを挙げことができる。
しかも、流路基材21内には、上述したような複数の微細な空隙ネットワークが形成されている。このため、この分光分析用チップ1の流路部20の流路基材21に試料Lを供給すれば、繊維状の不透水性材料23に沿って、流路基材21の基端から先端方向(流路部20と検出部10の連結部の方向)に向かって試料Lを自動的かつよりスムースに移動させることができる。
例えば、繊維状の不透水性材料23が流路基材21の長手方向に対して交差するような構造としてもよい。つまり、複数の不透水性材料23が検出部10に向かう方向に対して交差するように配列されている。言い換えれば、複数の不透水性材料23は、軸方向が検出部10に対して斜めになるように配列された構造としてもよい。かかる構造とすることにより、試料Lの送液が不透水性材料23を流路基材21の長手方向に沿って配列した場合よりも遅くすることができる。この場合、試料Lが上述した反応場に滞留する時間を長くできるので、検出材料と試料Lとの結合時間を適切に確保できるから、試料L中の目的成分の感度をより向上させることができるという利点が得られる。
そして、複数の繊維状の不透水性材料23がナノファイバー層24により束ねられることで、流路部20の流路基材21の機械的強度を向上させることができるので、使用上の自由度を向上させることができるという利点が得られる。
なお、流路部20の流路基材21の大きさや形状等は、とくに限定されない。
例えば、流路部20の流路基材21は、平面視長方形の板状に形成することができ、この短辺の端縁を検出部10の基材11に連結させることができる。この場合、流路基材21の短辺の幅を連結する基材11の端縁幅と同等かやや狭くすれば、効率よく試料を検出部10へ移動させることが可能となる。
また、流路部20は、I字状やY字状、十字状、放射状などの様々な形状に形成することができる。例えば、Y字状の2つの分岐した流路の先端や十字状の各先端に検出部10がそれぞれ連結した構造とすれば、試料L中の存在する複数の目的成分を同時に測定できる。
また、例えば、Y字状に形成した流路部20の基端に検出部10を連結させた構造とする。そして、各分岐した2つの流路の先端部に異なる性状を有する試料Lを添加する。すると、分岐点で異なる性状の試料Lを混合させながら検出部10へ移送させることができる。
流路部20の流路基材21の長さは、とくに限定されず、試料L量や分光計SMのステージの大きさ等に応じて適宜調整すればよい。例えば、流路基材21を平面視長方形の板状に形成しその短辺を基材11に連結する場合、長辺の長さが10mm〜50mm程度となるように形成することができる。
図7に示すように、分光分析用チップ1の検出部10の基材11は、複数の貫通孔10hが形成された設けられた貫通孔領域の周縁部を囲むように液体を通さない不透水性領域11Cを設けてもよい。
具体的には、貫通孔領域の周縁部の外端面に形成される空隙11hや透水性材料12の隙間12hが外部に露出しないようにその周囲を覆うような不透水性領域11cが貫通孔領域の周縁部に沿って設けられている。つまり、この不透水性領域11cによって、貫通孔領域の周縁部が外部から遮断されたような状態となっている。
つまり、この検出部10の基材11の不透水性領域11cは、貫通孔領域の周縁部方向に向かって延びている複数の空隙11hや透水性材料12中の隙間12hが透水性領域11dを設けることによって完全には遮断されない状態にする。例えば、図7に示すように、この不透水性領域11cは、基材11の貫通孔領域の周縁部を囲むように平面視C字状に形成することができ、このC字状の端縁間に透水性領域11dを有する構造とすることができる。
すると、少量の試料であってもより適切に複数の貫通孔10h内へ展開させることができるという利点が得られる。
具体的には、検出部10の基材11において、貫通孔領域の周縁部を囲むように基材11の表裏を貫通した溝11cgが形成されており、この溝の両端縁間に設けられた透水性領域11dが基材11の周縁部から突出するように形成される。
例えば、検出部10の基材11は、基材11の貫通孔領域の周縁部を囲むように形成された平面視C字状の溝と、このC字状の端縁間が基材11の貫通孔領域の周縁部に連結した透水性領域11dを有する構造にすることができる。
この場合、検出部10において、複数の貫通孔10hが形成された貫通孔領域だけの基材11を分離することができるようになる。すると、測定を行う際に、検出部10の貫通孔領域が形成された基材11だけを扱えばよいので、測定時における操作性の自由度をより向上させることができる。
図8に示すように、分光分析用チップ1の検出部10は、検出部10の基材11形状を保持するための形状保持層11bを有するようにしてもよい。
図8(B)に示すように、複数の貫通孔10hは、基材11の空隙層11aと形状保持層11bを貫通するように形成されている。つまり、貫通孔10hの基材11の背面側に位置する開口は、基材11の形状保持層11bの裏面に形成されているのである。
ここで、基材11の空隙層11aの膨潤に伴い、貫通孔10hの大きさ(例えば、貫通孔10hの開口が変化したり、貫通孔10hの長さ(貫通孔10hの表面開口面と裏面開口面との距離)が変化する可能性がある。かかる現象が生じれば、試料Lを複数の貫通孔10h内に供給して貫通孔10h内に液膜Lfを形成した際、液膜Lfの厚みにばらつきが生じる可能性がある。言い換えれば、各貫通孔10hに形成された液膜Lfに基づく光路長がばらつく可能性がある。この状態で分光計SMに分光分析用チップ1をセットして分析すれば、試料中の目的成分の定量値にばらつきが生じる可能性がある。
しかしながら、上記のごとく分光分析用チップ1の検出部10の基材11が形状保持層11bを有する構造とすれば、試料L供給に基づく空隙層11aの膨潤を形状保持層11bで抑制することができるようになる。
このため、検出部10の基材11が試料Lによって膨潤し易い添加剤等を含有する場合であっても、基材11を上記構造となるように形成すれば、試料中の目的成分を適切に定量することができる。
例えば、形状保持層11bは、膨潤しにくい紙製(例えば、耐水性を有する紙製)、プラスチックなどの樹脂製、木製、金属製、ガラスなどの板状の部材を空隙層11aに積層するように貼り合わせて形成してもよい。また、基材11の裏面側から接着剤やプラスチックなどの樹脂やナノファイバー分散液などを含浸させて基材11の裏面側に形状保持層11bを形成してもよい。
この場合、取り扱う際に、かかる外縁部を把持する部分として利用することができるので、コンタミネーションを防止つつ取り扱い性を向上させることができる。
また、図8に示すように、分光分析用チップ1の検出部10は、基材11の表面または/および背面に光透過性を有する部材で形成されたフィルム状のカバー部材30(表面カバー部材30a、裏面カバー部材30b)を設けた構成としてもよい。具体的には、カバー部材30は、基材11の複数の貫通孔10hを有する貫通孔領域に設けられている。例えば、カバー部材30が、基材11の貫通孔領域に形成された複数の貫通孔10hの表面または/および背面に形成された開口10ha、10hbを覆うように基材11の表面または/および背面に連結するように設けることができる。
この検出材料をカバー部材30に設ける方法は、とくに限定されず、例えば、検出材料を担持させたり、保持させたりして設けることができる。検出材料をカバー部材30に保持または担持させる方法としては、検出材料をカバー部材の上記内方の面に塗布等して乾燥させる方法を採用することができる。
楕円形の貫通孔を有する分光分析用チップを用いた鉄(II)1、10−フェナントロリンの定量
ろ紙には、セルロース定性ろ紙(株式会社アドバンテック社製、型番;No.2、質量;125g/m2、厚さ;0.26mm、バインダー使用無し、空隙率;約68%)を用いた。このろ紙から短辺(紙面上下方向の長さ)が約6mm、長辺(紙面左右方向の長さ)が約12mmの長方形を切り取った。この切取片の一の短辺側近傍に複数の貫通孔が5mm四方の貫通孔領域を形成した(図10(A)参照)。
貫通孔は、レーザー加工機(ユニバーサルシステムズ社製、型番;ILS9.75、レーザー出力;40W)を用いてろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成した。
照射条件は、レーザーパワー10%、速度5、40パルス/インチとした。
貫通孔は、図10(B)に示すように、楕円形であり、長径WLが約600、短径DLが約300μmとなるように形成した。
貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、光学顕微鏡(キーエンスVH−Z100R)を用いた透過光モードで行った。
鉄(II)1、10−フェナントロリン錯体の各溶液を調製した。
各溶液は、鉄の濃度が、ゼロ(ブランク)、0.40mmolkg−1、0.79mmolkg−1、1.17mmolkg−1、1.55mmolkg−1となるように調製した。
なお、鉄(II)1、10−フェナントロリン錯体溶液の調製は、硫酸アンモニウム鉄(II)六水和物を所定濃度に調整するとともに、酸化防止剤(鉄(II)への還元剤)として0.5%w/wの塩化ヒドロキシルアンモニウム、錯体形成剤として1、10−フェナントロリン0.1gkg−1、pH緩衝剤として酢酸−酢酸ナトリウム0.02molkg−1を含むように調製した。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、ステージと、ステージの測定窓(直径約10mm)の下方に光を照射するための光照射ファイバと、測定窓の上方に透過光を受光するための受光ファイバを備えたものを使用した(図9参照)。
光照射ファイバの光源には、重水素-ハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製、DH−2000L)を使用した。
受光ファイバでは、基端に分光測定器(紫外−可視−赤外分光器;オーシャンオプティクス社製、USB2000)を接続して、250nm〜860nm(いわゆる紫外−可視−赤外域)の吸光度を測定した。
検量線は、濃度に対して510nmの吸光度から560nmの吸光度を差し引いたものをプロットして作成した。
1)分光計のステージの測定窓に分光分析用チップの貫通孔領域が位置するようにセットする。
2)光照射ファイバの光源(バランス重水素ハロゲン光源)から紫外可視光を照射する。
3)シャッターで光を遮断し測定(ゼロ点調整)する。
4)シャッターを開けて紫外可視赤外光を照射する。
5)ブランクとして超純水を一定量滴下し、一定時間経過後、透過光を測定(I0)する。
6)ブランクを吸水紙で吸引する。
7)試料を一定量滴下し、一定時間経過後、透過光を測定(I)する。
8)ランベルト−ベール式に基づき吸光スペクトルを作成する。
分光計のステージの測定窓に分光分析用チップの貫通孔領域が位置するようにセットして、この貫通孔領域近くの貫通孔が形成されていないスペースに調製した各濃度の鉄1、10−フェナントロリン錯体溶液50μLを添加した(図10(A)参照)。具体的には、添加した試料の輪郭の左側端縁が、分光分析用チップの左側の端縁から3〜5mm程度内方(つまり右側端縁側)に位置するように添加した。
分光分析用チップは、水平な状態に設置して貫通孔領域から離れた箇所に試料を添加しても貫通孔に液膜を形成させることができることが確認できた。そして、貫通孔の観察結果から、各貫通孔に鉄(II)1、10−フェナントロリン溶液の液膜が形成されていることが確認できた。
図11には、鉄(II)1、10−フェナントロリンの紫外可視吸収スペクトルの検量線を示す。相関係数R2が0.990の検量線を作成できることが確認できた。
楕円形の貫通孔を有する分光分析用チップを用いた銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの定量
実験1と同様のろ紙から短辺が約6mm、長辺が約12mmの長方形を切り取った。この切取片の一の短辺側近傍に複数の貫通孔が5mm四方の貫通孔領域を形成した(図10(A)参照)。
貫通孔は、実験1と同様のレーザー加工機を用いてろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成した。
照射条件は、レーザーパワー10%、速度5、40パルス/インチとした。
貫通孔は、楕円形であり、長径が約600、短径が約300μmとなるように形成した(図10(B)参照)。
貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、実験1と同様の光学顕微鏡を用いた透過光モードで行った。
銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬工業製、特級)を0.098g(1.0×10−4mol)を純水10mlに溶解して10mmolkg-1の溶液を調製した。この溶液をさらに希釈して、各溶液の銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度が、0.1mmolkg-1、0.22mmolkg-1、0.47mmolkg-1、0.76mmolkg-1となるように調製した。ブランクには純水を用いた。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、実験1と同様のものを使用した。
光照射ファイバの光源は、実験1と同様のものを使用した。
受光ファイバでは、基端に分光測定器(紫外−可視−赤外分光器;オーシャンオプティクス社製、USB2000)を接続して、250nm〜860nmの吸光度を測定した。
検量線は、濃度に対して620nmの吸光度から760nmの吸光度を差し引いたものをプロットして作成した。
実験1と同様に調製した各濃度の銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液20μLを添加した(図10(A)参照)。
貫通孔の観察結果から、各貫通孔に銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液の液膜が形成されることが確認できた。
液膜が形成される際の観察では、供給した銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液は、楕円形に形成された貫通孔の曲率が小さい箇所(長径の測定に使用する2点付近、図10(B)では貫通孔の左右の箇所)から内部へ進展することが確認できた。
図12に示すように、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの存在に伴う紫外−可視−赤外部の波長域での明瞭な吸光スペクトルが確認された。一方、ブランクとして添加した純水では、当該波長域で顕著なバックグラウンド吸光スペクトルは確認されなかった。このことは、貫通孔を有する分光分析用チップが吸光セルとして、紫外−可視−赤外部の波長域で広汎にスペクトルを測定できているということが確認できた。
図13には、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの紫外可視吸収スペクトルの検量線を示す。相関係数R2が0.992の検量線を作成できることが確認できた。
液膜の観察において、貫通孔に形成された液膜の厚みが、分光分析用チップの貫通孔領域の厚みとほぼ同じ厚さになっていることが確認できた。
その結果、9.22×10−3mmolkg−1の銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム水溶液を1cmの光路長を持つプラスチック製のセルを用いて測定した吸光度は0.481であった。
濃度を同一とした場合の吸光度の比を求めると貫通孔:1cm=1:23.4となった。このことから、貫通孔に形成された液膜の厚みは、0.427mmと算出することができた。
実験で使用したろ紙の厚みが乾燥時0.26mmであることから、貫通孔に形成された液膜の厚み(液膜長さ)は、ろ紙の乾燥厚みに対してやや厚め(約1.6倍)になることが確認できた。
これは、ろ紙が膨潤しており、液膜の表面および裏面形状が凸状のメニスカス形状になっていることに起因するものと推察される。
色調法に基づく分析
貫通孔に形成された液膜の観察は、光学顕微鏡(キーエンスVH−Z100R)を用いた透過光モードで行い、各銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液を添加した後の貫通孔に形成された液膜の色調を観察した。なお、観察は、分光分析用チップの貫通孔領域の背面から白色光を照射し、透過した透過光を透過光モードで受光するとともに、受光像をカメラで撮影した。
色調は、光学顕微鏡に内蔵のデジタルカメラで撮影された像を基に、マイクロソフト社製ソフトウェア(ペイント、バージョン6.1)を用いてRGB表色系として評価した。
実験1と同様に調製した各濃度の銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液20μLを添加した(図10(A)参照)。
各貫通孔に形成された液膜を光学顕微鏡を用いて観察し、観察画像に基づいてRGB表色系を評価した。
色調評価は、まず、貫通孔領域の3か所(試料供給側、中央部、試料送液端側をそれぞれ3等分)に位置する貫通孔内に形成された液膜を観察し、3箇所の液膜のRGBをRGB表色系から求める。ついで、得られた3箇所のRGBの平均値(平均RGB)を求める。同様の操作を各濃度毎に行い、各濃度毎の平均RGBを算出する。
図14(A)は、RGB表色系をXYの2軸平面として表現したグラフである。X軸の値は、X値=(R値/R値+G値+B値)であり、Y軸の値は、Y値=(G値/R値+G値+B値)で示した。グラフ中の黒丸が、各濃度毎の平均RGBである。
図14(B)には、液膜の着色状況を示した。
図14(B)に示すように、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液の濃度に応じて液膜の着色状況が変化することが観察された。このことは、濃度に応じて吸光が変化していることを示している。
図15には、R値と銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液の濃度との関係を示した。
図15に示すように、得られた画像から貫通孔内に形成された液膜の色調をRGB表色系として数値化した場合、R値が濃度との相関関係を有することが確認できた。
嵩高のガラス繊維ろ紙の分光分析用チップを用いた銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの定量
ろ紙には、ガラス繊維ろ紙(株式会社アドバンテック社製、型番;GA−100、質量;110g/m2、厚さ;0.44mm、バインダー使用無し、空隙率;約89%)を用いた。このろ紙から実験1と同様に短辺が約6mm、長辺が約12mmの長方形を切り取った。この切取片の一の短辺側近傍に複数の貫通孔が5mm四方の貫通孔領域を形成した(図10(A)参照)。
貫通孔は、実験1と同様のレーザー加工機を用いてろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成した。
照射条件は、レーザーパワー5%、速度5、40パルス/インチとした。
貫通孔は、楕円形であり、長径が約510、短径が約380μmとなるように形成した(図10(B)参照)。
貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、光学顕微鏡(キーエンスVH−Z100R)を用いた透過光モードで行った。
銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬工業製、特級)を0.098g(1.0×10−4mol)を純水10mlに溶解して10mMの溶液を調製した。この溶液をさらに希釈して、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム0.47mMの溶液を調製した。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、実験1と同様のものを使用した。
光照射ファイバの光源には、実験1と同様のものを使用した。
受光ファイバでは、基端に分光測定器(紫外−可視−赤外分光器;オーシャンオプティクス社製、USB2000)を接続して、620nm〜760nmの吸光度を測定した。
実験1と同様に調製した銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液40μLを添加した(図10(A)参照)。
貫通孔の観察結果から、各貫通孔に銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液の液膜が形成されることが確認できた。
銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム0.47mMの吸光度は、1.66±0.26(測定回数3回の平均±標準偏差)であった。
実験3では、実験2における同一濃度での吸光度に比較して、やや高い吸光度が得られた。同じ濃度で吸光度が大きいということで、貫通孔に形成された液膜の厚みがやや厚くなることが確認できた。
実験2と同様に貫通孔に形成された液膜の厚みを計算したところ、液膜の厚みは、0.69mmであった。
実験で使用したろ紙(ガラス繊維ろ紙)の厚みが乾燥時0.44mmであることから、貫通孔に形成された液膜の厚みは、実験2と同様にガラス繊維の乾燥厚みに対してやや厚め(1.5倍程度)になることが確認できた。
これは、ろ紙(ガラス繊維ろ紙)の膨潤と液膜の表面および裏面形状(凸状のメニスカス形状)に起因するものと推察される。
また、ろ紙(ガラス繊維ろ紙)の乾燥厚みに対する液膜の厚みの増加倍率が、実験2に用いたろ紙(セルロース繊維ろ紙)と比べて小さいという理由は、ガラス繊維ろ紙が膨潤し難い性質を有していることと関連するものと推察される。つまり、ガラス繊維ろ紙は、繊維間に水素結合があまり発生しないので、乾燥時はふんわりした粗の状態になっている。一方、実験2に用いたセルロース繊維ろ紙は、乾燥時は繊維間に水素結合が発生して、かっちりと密な状態となっている。そして、両者に水を供給した場合、セルロース繊維ろ紙は、吸水に伴い繊維間の水素結合が乾燥時に比べて相対的に弱くなり膨潤し易くなる一方、ガラス繊維ろ紙はもともと繊維同士が密に結合していないので、セルロース繊維ろ紙と比べて膨潤率が抑制されたものと推察される。
形状保持層を有する分光分析用チップを用いた銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの定量
ろ紙と耐水紙を重ねた耐水紙貼合ろ紙を作成し、この耐水紙貼合ろ紙から短辺が約6mm、長辺が約13mmの長方形を切り取った。この切取片の一の短辺側近傍に複数の貫通孔が5mm四方の貫通孔領域を形成した(図10(A)参照)。
この耐水紙貼合ろ紙における耐水紙の部分が、この分光分析用チップの形状保持層に相当する。
耐水紙(カラーレーザー用耐水紙、特厚、製品品番;LBP−WPF22MDP、サンワサプライ株式会社製)を垂直に固定する。この耐水紙全体にスプレーのり(コクヨ製、品番;51071448)を10秒間噴霧する。噴霧後、直ちに噴霧面にろ紙をのせ、両者を卓上プレス(10MPa、1分間)で加圧して貼り合わせて、耐水紙貼合ろ紙を作成した。作成した耐水紙貼合ろ紙は、貫通孔を形成するまで密閉し保存した。
ろ紙の厚みは、No.514、No.526、No.590、の順に厚くなる。ろ紙の単位面積当たり坪量は、No.526、No.590、No.514の順に小さくなっていた。
貫通孔は、実験1と同様のレーザー加工機を用いてろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成して、耐水紙貼合ろ紙の分光分析用チップを作成した。
照射条件:ろ紙No.590については、下記表1のとおりとした。ろ紙No.526については、レーザーパワー10%、速度5、40パルス/インチとした。ろ紙No.514については、レーザーパワー8%、速度5、40パルス/インチとした。
この分光分析用チップにおける貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、実験1と同様の光学顕微鏡を用いた透過光モードで行った。
この分光分析用チップ(ろ紙;No.590、紙厚;0.954mm)の貫通孔の観察結果を代表として下記表2に示す。
なお、貫通孔の形状は、この分光分析用チップの表側(ろ紙側)の開口を計測した。貫通孔の形状は、やや楕円形状であった。表中の孔径は、楕円形状の長径の計測値を示している。
銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬工業製、特級)を0.098g(1.0×10−4mol)を純水10mlに溶解して10mmolkg-1の溶液を調製した。この溶液をさらに希釈して、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度が0.2mmolkg-1の試料を調製した。
吸光光度法に基づく分析
光照射ファイバの光源は、バランス重水素ハロゲン光源(オーシャンオプティクス社製、DH−2000 BAL)を使用した。
受光ファイバでは、基端に分光測定器(紫外−可視−赤外分光器;オーシャンオプティクス社製、FLAME−S)を接続して、250nm〜860nmの吸光度を測定した。
なお、測定結果は、分光測定用ソフトウェア(オーシャンオプティクス社製、OCEANVIEW)にて解析した。
操作1)〜5)は実験1と同様に行い、操作5)以降は以下のように行った。
6)分光分析用チップを交換した後、試料を一定量滴下する。一定時間経過後、透過光を測定(I)する。
7)ランベルト−ベール式に基づき吸光スペクトルを作成する。
実験1と同様に、調製した銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液を添加した。試料の添加量は、分光分析用チップに使用したろ紙に厚みに応じて調製した。
図17に、各分光分析用チップ(ろ紙No.590を用いたもの、ろ紙No.526を用いたもの、ろ紙No.514を用いたもの)に添加した試料添加量を示す。
貫通孔の観察結果から、試料60μLで各貫通孔の開口と液膜の上面がほぼ一致するように銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム溶液の液膜が形成されることが確認できた。
図16に試料100μL添加した際の吸収スペクトルを示す。図16に示すように、形状保持層(耐水紙)を有する分光分析用チップは、分光分析の吸光光度法において、適切に使用できることが確認できた。
図17に示すように、各分光分析用チップ(ろ紙No.590を用いたもの、ろ紙No.526を用いたもの、ろ紙No.514を用いたもの)は、試料の滴下量の増加に伴い、吸光度が上昇する結果となった。そして、試料滴下量が増加すると、吸光度の測定精度が安定することが確認できた。
図18(A)は試料60μLを滴下し展開させた状態の観察結果であり、図18(B)は試料100μLを滴下し展開させた状態の観察結果である。
いずれも試料添加後30秒後のものである。添加量100μLの場合、試料が貫通孔領域の表面上に滞留させた状態にできる(試料の滞留層を形成できる)ことが確認できた。この滞留層は、試料の添加量が70μL以上で確認できた。この滞留層は、分光分析用チップの表面(ろ紙の表面)と試料との表面張力によって形成されたものと推察される。
また、測定精度の点においては、試料の滴下量の多い条件下で測定精度を向上させることができることが確認できた。これは、試料量の増加に伴い、分光分析用チップの貫通孔領域全体に試料が満遍なく展開され、ろ紙の膨潤度と試料の滞留層の厚みが安定することにより、光路長のばらつきが小さくなったことが要因として考えられる。
不純物を含有する試料に対する適性試験
実験4と同様の耐水紙貼合ろ紙を作成した。
ろ紙は、クロマトグラフィー用ろ紙(No.590)を用いた。
貫通孔は、実験4の同様のレーザー加工機を用い、サンプルAの条件と同様の条件で耐水紙貼合ろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成して、耐水紙貼合ろ紙の分光分析用チップを作成した。
この分光分析用チップにおける貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、実験4と同様に行った。
銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム(富士フイルム和光純薬工業製、特級)を0.098g(1.0×10−4mol)を純水10mlに溶解して、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウム10mmolkg-1の溶液を調製した。活性炭(ナカライテスク社製、活性炭素(粉末)、350メッシュ)0.5gを純水10mlに溶解して5%活性炭分散液を調製した。これらの溶液を混合・希釈して、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度が、0.1mmolkg-1、活性炭濃度が0.5%となるように混合試料を調製した。
また、活性炭を含有しない活性炭非含有試料(銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度0.1mmolkg-1)を調製した。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、実験4と同様のものを使用した。
光照射ファイバの光源および受光ファイバは、実験4と同様のものを使用した。
測定吸光度は、250nm〜860nmを測定した。
実験4と同様に、調製した混合試料溶液60μLを分光分析用チップに添加した。同様に、分光分析用チップに活性炭非含有試料60μLを添加した。
混合試料溶液を添加した分光分析用チップの表面観察から、活性炭の存在を示す黒色の粒子が貫通孔領域以外の箇所で保持されていることが確認できた。また、本実験では、試料量を調整することにより、図18(A)に示すような滞留層が発生していないことが確認できた。
図19には、混合試料溶液(A)と活性炭非含有試料(B)の吸収スペクトルを示す。混合試料溶液と活性炭非含有試料の吸光度(測定波長631nmと800nmの吸光度差)の測定においては、それぞれ0.355と0.341であり、ほぼ同様の吸光度を得られた。また、ほぼ同一形状の吸光スペクトルが観察できた。
実験結果から、分光分析用チップは、分光測定を妨害する試料中の粗大な粒子を除去しつつ、試料中の目的成分を適切に測定し、定量できることが確認できた。また、試料中に不純物(夾雑物)を含む場合には、滞留層を形成しないように添加量を調整することで、目的成分を適切に定量できることが確認できた。つまり、滞留層が形成されることによる‘試料の濡れ広がり’を防止することにより、添加した試料が分光分析用チップのろ紙内に浸透する前に滞留層を通じて、ろ過前の不純物(夾雑物)が検出部に展開することを防止できることが確認できた。
不純物を含有する試料に対する適性試験
実験4と同様の耐水紙貼合ろ紙を作成し、この耐水紙貼合ろ紙の表面に、セルロースナノファイバー(CNF)水溶液を塗工して膜厚数十μmのCNF層を形成してCNF耐水紙貼合ろ紙を作成した。このCNF耐水紙貼合ろ紙から短辺が約6mm、長辺が約13mmの長方形を切り取った。この切取片の一の短辺側近傍に複数の貫通孔が5mm四方の貫通孔領域を形成した(図10(A)参照)。そして、この貫通孔領域とは反対側の試料を添加する領域のCNF層を、添加した試料がろ紙に浸透し易いように除去した。
CNFは、パルプを解繊処理することによって製造された製品(CNF固形分10%品、スギノマシン社製、型番;Binfis AMa10010)を5%に純水で希釈して使用した。CNF溶液には、耐水性を付与するためにポリアミドポリアミンエピクロルヒドリンがCNFの濃度比として0.5%添加されたものを使用した。
ろ紙には、クロマトグラフィー用ろ紙(No.526)を用いた。
CNF溶液の塗工には、塗工用アプリケーター(テスター産業社製、型番PI−1210)を使用した。
なお、このCNF塗工膜が、本実施形態における「カバー部材」に相当する。
貫通孔は、実験4と同様のレーザー加工機を用い、サンプルAの条件と同様の条件でCNF耐水紙貼合ろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成して、CNF耐水紙貼合ろ紙の分光分析用チップを作成した。照射条件は、実験4のサンプルBと同様にレーザーパワー20%、速度5、40パルス/インチとした。
この分光分析用チップにおける貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、実験4と同様に行った。
実験4と同様に混合試料(活性炭濃度が0.5%、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度0.1mmolkg-1)と活性炭非含有試料(銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度0.1mmolkg-1)を調製した。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、実験4と同様のものを使用した。
光照射ファイバの光源および受光ファイバは、実験4と同様のものを使用した。
測定吸光度は、実験4と同様に行った。
試料は、分光分析用チップのCNF層を除去した領域に混合試料溶液60μLを添加した。同様に、分光分析用チップのCNF層を除去した領域に活性炭非含有試料60μLを添加した。
図20に混合試料溶液(A)と活性炭非含有試料(B)の吸収スペクトルを示す。混合試料溶液と活性炭非含有試料の吸光度(測定波長631nmと800nmの吸光度差)の測定においては、それぞれ0.249と0.266であり、ほぼ同様の吸光度を得られた。また、ほぼ同一形状の吸光スペクトルが観察できた。
実験結果から、ほぼ同一形状の吸光スペクトルが得られたことから、耐水紙貼合ろ紙の表面上にCNF層を備えた分光分析用チップは、分光測定を妨害する試料中の粗大な粒子も適切に除去できていることが確認できた。そして、分光分析用チップがCNF塗工膜を備えることにより、添加した試料が添加領域(CNF塗工膜を除去した領域)以外に広がるのを抑止できることが確認できた。つまり、添加した試料をCNF塗工膜の下に潜り込ませるようにして分光分析用チップのろ紙内へ浸透させることができることが確認できた。しかも、添加した試料が添加領域以外に広がるのを抑制できることから、試料が分光分析用チップのろ紙内に浸透する前にろ紙表面上で広がって‘試料の濡れ広がり’が形成されることも適切に防止できることが確認できた。
また、分光分析用チップに上記添加領域を設けることで、試料をよりスムースに分光分析用チップのろ紙内へ浸透させることができることが確認できた。
表面カバー部材を有する分光分析用チップを用いた銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの定量
実験4と同様の耐水紙貼合ろ紙を作成した。
ろ紙は、クロマトグラフィー用ろ紙(No.590)を用いた。
貫通孔は、実験4の同様のレーザー加工機を用い、サンプルAの条件と同様の条件で耐水紙貼合ろ紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成した。
ついで、この耐水紙貼合ろ紙において、試料を添加する領域以外のろ紙表面上に表面カバー部材を貼り合わせてカバー付き耐水紙貼合ろ紙の分光分析用チップを作成した。
この表面カバー部材には、樹脂製のフィルム基材の一の面に接着剤層を設けた部材(セロハンテープ:ニチバン社製、型番;CT−12S)を用いた。
この分光分析用チップにおける貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、実験4と同様に行った。
実験4と同様に銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度0.1mmolkg-1の試料を調製した。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、実験4と同様のものを使用した。
光照射ファイバの光源および受光ファイバは、実験4と同様のものを使用した。
測定吸光度は、250nm〜860nmを測定した。
実験4と同様に、調製した試料溶液60μLを分光分析用チップに添加した。
分光分析用チップの表面観察から、各貫通孔内に液膜が適切に形成されていることが確認できた。
図21に吸収スペクトルを示す。試料の吸光度(測定波長631nmと800nmの吸光度差)の測定においては、0.343であった。
実験結果から、分光分析用チップが貫通孔領域に光透過性を有する表面カバー部材を備えた場合であっても、実験6と同様に適切に分光測定が行えることが確認できた。しかも、分光分析用チップに表面カバー部材を設けることにより、添加した試料が分光分析用チップのろ紙内に浸透する前にろ紙表面上で広がって‘試料の濡れ広がり’が形成されることも防止できることが確認できた。
CNF層と透水性材料からなる分光分析用チップを用いた銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの定量
不透水性材料は、繊維径12.5μm、繊維長0.2mmのポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を用いた。セルロースナノファイバー(CNF)は、広葉樹漂白クラフトパルプ(LBKP)を機械処理(高速グラインダー:スーパーマスコロイダー MACA6-2、増幸産業製)して得た。
ついで、CNFとPET繊維の分散液を調製した。この分散液は、PET繊維が15.3質量部、CNF分散液が45.3質量部、0.5%ポリオキシエチレン水溶液が39.4質量部の合計100質量部となるように調製した。
この分散液を、塗工機(PI−1210、テスター産業製)を用いて、市販の耐水紙(カラーレーザー用耐水紙、特厚、製品品番;LBP−WPF22MDP、サンワサプライ株式会社製)の表面上に塗布して、乾燥機で乾燥して、CNF層と不透水性材料からなるシート部材(シート厚;約200μm)を作成した。
このシート部材から図4と同様に短辺が約6mm、長辺が約13mmの長方形を切り取った。この切取片の一の短辺側近傍に複数の貫通孔が5mm四方の貫通孔領域を形成した(図10(A)参照)。
貫通孔は、実験4の同様のレーザー加工機を用い、CNF−PET耐水紙に表裏を貫通する微細な穿孔(貫通孔)を形成して、CNF−PET耐水紙の分光分析用チップを作成した。
照射条件は、レーザーパワー3%、速度5、40パルス/インチとした。
この分光分析用チップにおける貫通孔の形状観察および貫通孔に形成された液膜の観察は、実験4と同様に行った。
実験4と同様に、銅フタロシアニンテトラスルホン酸ナトリウムの濃度が、0.1mmolkg-1の試料を調製した。
吸光光度法に基づく分析
分光計は、実験4と同様のものを使用した。
光照射ファイバの光源および受光ファイバは、実験4と同様のものを使用した。
測定吸光度は、250nm〜860nmを測定した。
実験4と同様に、調製した試料溶液40μLを分光分析用チップに添加した。
分光分析用チップの表面観察から、表面には小さな穴が多数存在していることが確認できた。そして、試料を添加すれば、試料は表面ではじかれずに内部に浸透したことが確認できた。さらに、各貫通孔内には、液膜が適切に形成されていることが確認できた。
また、不透水性材料であるPET繊維の約70%が、試料供給部からの進行方向(図10A(A)では矢印の方向)に対して略直交する方向に配向していることが確認できた。
図22に吸収スペクトルを示す。試料の吸光度(測定波長631nmと800nmの吸光度差)の測定においては、0.346であった。
CNF層と透水性材料からなる分光分析用チップを用いた場合でも試料中の目的成分を適切に測定し、定量できることが確認できた。
10 検出部
10h 貫通孔
11 検出部の基材
11h 基材中の空隙
12 透水性材料
13 不透水性材料
14 ナノファイバー層
20 流路部
21 流路基材
Lf 貫通孔内に形成される液膜
SM 分光計
Claims (24)
- 分光分析に用いられる分析用具であって、
基材と、該基材の表裏を貫通した貫通孔を有する検出部を備えており、
該検出部は、
前記基材内に、前記貫通孔に連通する、液体が毛細管現象によって通液可能な網目状の空隙を有しており、
前記貫通孔は、
液体を表面張力によって保持し得る大きさに形成されており、
該貫通孔の内壁面には、
前記空隙の開口が複数形成されている
ことを特徴とする分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記基材が、
毛細管現象によって内部を通液可能な複数の透水性材料を備えている
ことを特徴とする請求項1記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記基材が、
毛細管現象によって内部を通液可能な複数の透水性材料と、該透水性材料間に配置された複数の不透水性材料と、を備えており、
前記空隙が、
前記透水性材料と前記不透水性材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記基材が、
ナノファイバーからなる複数のナノファイバー層と、該複数のナノファイバー層間に配置された不透水性材料と、を備えており、
前記空隙が、
前記ナノファイバー層と前記不透水性材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項1記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部の基材は、
前記基材の表面に位置するナノファイバー層が、該ナノファイバー層を貫通する孔を有している
ことを特徴とする請求項4記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部に連結した液体を通す流路部を備えており、
該前記流路部は、
液体が毛細管現象によって通液可能な複数の空隙を有する流路基材を備えている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記流路基材が、
毛細管現象によって内部を通液可能な複数の透水性材料を備えている
ことを特徴とする請求項6記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記流路基材が、
毛細管現象によって内部を通液可能な複数の透水性材料と、該透水性材料間に配置された複数の不透水性材料と、を備えており、
前記空隙が、
前記透水性材料と前記不透水性材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項6記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記流路基材が、
ナノファイバーからなる複数のナノファイバー層と、該複数のナノファイバー層間に配置された不透水性材料と、を備えており、
前記空隙が、
前記ナノファイバー層と前記不透水性材料によって形成されている
ことを特徴とする請求項6記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記流路基材の表面に位置するナノファイバー層が、該ナノファイバー層を貫通する孔を有している
ことを特徴とする請求項9記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記不透水性材料が、
繊維状の部材であり、前記検出部に向かう方向に沿って配列されている
ことを特徴とする請求項8、9または10記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記不透水性材料が、
繊維状の部材であり、前記検出部に向かう方向に対して交差するように配列されている
ことを特徴とする請求項8、9または10記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部の流路基材が、前記検出部の基材と一体形成されている
ことを特徴とする請求項6乃至12のいずれかに記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記基材が、
裏面側に形状を保持するための形状保持層を有している
ことを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の分光分析用チップ。 - 前記形状保持層が、
不透水性のベース部材で形成されており、
該ベース部材は、
該ベース部材よりも前記基材の表面側に位置する層の外縁よりも外方に張り出した外縁部を備えている
ことを特徴とする請求項14記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部には、
前記基材の前記貫通孔を有する領域に光透過性を有するカバー部材が設けられている
ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の分光分析用チップ。 - 前記カバー部材が、
前記基材の表面に設けられた表面カバー部材を備えている
ことを特徴とする請求項16記載の分光分析用チップ。 - 前記カバー部材が、
前記基材の裏面に設けられた背面カバー部材を備えている
ことを特徴とする請求項16または17記載の分光分析用チップ。 - 前記カバー部材は、
前記基材に対向する面に検出材料が設けられている
ことを特徴とする請求項16、17または18記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記基材が、
前記貫通孔が設けられた領域の周縁部を囲むように液体を通さない不透水性領域を有しており、
該不透水性領域が、一部に液体を通す透水性領域を有している
ことを特徴とする請求項1乃至19のいずれかに記載の分光分析用チップ。 - 前記不透水性領域には、
前記透水性領域を維持した状態で前記周縁部を囲むように溝が形成されており、
該溝は、
前記検出部の基材の表裏を貫通するように形成されている
ことを特徴とする請求項20記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記貫通孔の開口径が、50μm〜1000μmである
ことを特徴とする請求項1乃至21のいずれかに記載の分光分析用チップ。 - 前記検出部は、
前記基材が、ろ紙である
ことを特徴とする請求項2記載の分光分析用チップ。 - 前記流路部は、
前記流路基材が、ろ紙である
ことを特徴とする請求項7記載の分光分析用チップ。
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GB0000896D0 (en) * | 2000-01-14 | 2000-03-08 | Univ Glasgow | Improved analytical chip |
CA2425476C (en) * | 2000-10-10 | 2011-02-01 | Biotrove, Inc. | Apparatus for assay, synthesis and storage, and methods of manufacture, use, and manipulation thereof |
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US7579077B2 (en) * | 2003-05-05 | 2009-08-25 | Nanosys, Inc. | Nanofiber surfaces for use in enhanced surface area applications |
JP2006254838A (ja) * | 2005-03-18 | 2006-09-28 | Toppan Printing Co Ltd | 検出チップ及びこれを用いた物質の検出方法 |
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WO2014077029A1 (ja) * | 2012-11-13 | 2014-05-22 | 株式会社村田製作所 | 液滴の定量方法及び測定装置 |
JP5693639B2 (ja) * | 2013-04-15 | 2015-04-01 | テルモ株式会社 | 血糖値測定装置 |
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