JPH0610900A - 液体移動方法及び移動装置ならびにこれを利用した測定装置 - Google Patents

液体移動方法及び移動装置ならびにこれを利用した測定装置

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JPH0610900A
JPH0610900A JP4298718A JP29871892A JPH0610900A JP H0610900 A JPH0610900 A JP H0610900A JP 4298718 A JP4298718 A JP 4298718A JP 29871892 A JP29871892 A JP 29871892A JP H0610900 A JPH0610900 A JP H0610900A
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健 宮崎
Hideto Takayama
秀人 高山
Matsuomi Nishimura
松臣 西村
Toshiichi Onishi
敏一 大西
Kazusane Tanaka
和實 田中
Kazuo Isaka
和夫 井阪
Yoshito Yoneyama
好人 米山
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 微量な流体を脈流なく送液する手法を提供す
ること。 【構成】 微細な流通路１内には液体が満たされ、液溜
部２から供給されるようになっている。流通路の出口部
３から外部に露呈した液体を発熱素子５によってエネル
ギを与え加熱して気化させる。すると気化した分だけ毛
管現象によって流通路１を通じて液体が供給され、気化
を連続的に行なうことによって脈流のない流れを流通路
１内に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流通路内の液体を移動さ
せて流れを形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】液体を移動させる手段として、従来から
種々の形式のポンプが知られている。基本的な原理機構
によって非容積式ポンプと容積式ポンプとに大別され
る。非容積式ポンプには、渦巻きポンプ、斜流ポンプ、
軸流ポンプ、摩擦ポンプなどがある。又、容積式ポンプ
には往復動ポンプ、ロータリーポンプなどがある。
【０００３】比較的微量の液体を送液するには往復動ポ
ンプがよく用いられる。往復動ポンプにはレシプロ型ポ
ンプとシリンジ型ポンプとがある。レシプロ型ポンプは
シリンジ内でプランジャーを高速で往復運動させ、吸入
弁、吐出弁の差動により送液するポンプであり、又、シ
リンジ型ポンプはシリンジ内に液体を吸入しておき、プ
ランジャーを移動させて液体を吐出させて送液するポン
プである。これらのポンプは１０μｌ／ｍｉｍ程度の微
量な流量での送液も可能である。
【０００４】しかしながら、これら従来のポンプはポン
プ自体が大型であり、又、ポンプのシリンダ内のデッド
スペースが避けられず、液量全体ではシリンダ内の容積
を含め大量の液体が必要になるという問題点があった。
【０００５】この問題点を解消するため、微量の液量の
送液を可能とするマイクロポンプとして特願平３−３１
６４８１号（平成３年１１月２９日出願）の明細書中に
提案した装置がある。この装置は微細な管状の流通路内
部に抵抗発熱素子や圧電体を設けて、これに短いパルス
状の電圧を与えることによって、抵抗発熱素子の加熱に
よって瞬時に生じた泡による体積変化もしくは圧電体の
電歪による瞬時の体積変化の衝撃力で微量の流体を液滴
として外部に吐出させ、パルス電圧を繰り返し与えてパ
ルス毎に液滴の吐出を繰り返すことで流通路中に流れを
形成するものである。
【０００６】このマイクロポンプは、ポンプ自体が非常
に小型であり、又、シリンダのようなデッドスペースが
ないため微量の液体の送液を精度良く行なうことができ
る優れた方式である。
【０００７】本発明は上記マイクロポンプをより一層改
良するもので、微量の流体を脈流なく送液する方法及び
装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による液体移動方
法は、流通路の出口部から露呈した液体にエネルギーを
与えて連続的に気化させることにより、流通路内の液体
を移動させることを特徴とするものである。又、本発明
の液体移動装置は、流通路と、該流通路の出口部から露
呈した液体を連続的に気化させるためのエネルギを与え
るエネルギ付与手段とを有し、該エネルギ付与手段を作
動させることによって流通路内の液体を移動させること
を特徴とするものである。
【０００９】
【実施例】本発明の液体の移動原理を図１を用いて説明
する。図１は側面図であり、微細な流通路１の一方には
液体を蓄積する液溜部２が接続され、他方は開口の出口
部３となっている。（ａ）の状態では、液溜部２での水
位による圧力に対して、流通路１の管内抵抗及び出口部
３で外部に露呈した液体表面の表面張力が釣合ってお
り、流れは静止している。ここで出口部３で外部に露呈
した液体に対して気化エネルギを与えると（ｂ）に示す
ように出口部３の液体が気化して気化物４となって放出
される。すると気化した分だけ液体が毛管現象により供
給されて流通路１を通じて出口部３へ流れる。ここで連
続的に気化エネルギを与えて気化させ続ければ、流通路
内に脈流のない流れを形成することができる。又、送液
された液体は全て気化するので廃液の発生がない。
【００１０】上記原理に基づく液体の移動方法は、毛管
現象を利用しているので流通路出口は断面積が小さい場
合に適しており微量の液体を移動させるのに好適であ
る。流通路出口の断面積は、好ましくは０．１μｍ2 〜
２０ｍｍ2 、より好ましくは１μｍ2 〜１ｍｍ2 の範囲
が望ましい。
【００１１】又、液体は水に限らず、有機溶媒や液体金
属（水銀など）の蒸発するものであれば用いることがで
きる。使用する液体の粘性は流通路の断面積や流通路長
にもよるが、２０°Ｃ常圧下における蒸留水の粘性率η
20＝１．００２０ cＰ、（１cＰ＝１０-3Ｎsm-2）とす
るとき、粘性率ηは１００ cＰ以下の粘性の小さいもの
が好ましい。
【００１２】又、使用する液体中には色素や塩や高分子
化合物など固形分が溶解していても良く、又、液体中に
ポリマー微粒子やシリカなど無機粒子あるいは細胞など
の生体由来粒子などの微粒子が分散されていても良い。
【００１３】次に本発明に利用できる液体を蒸発させる
ための方法例を以下に列挙する。 （１）抵抗加熱法 電源に接続された導体中におけるジュール熱による加熱
であり、直接抵抗加熱方式と間接抵抗加熱方式がある。
直接加熱方式は液体中に電流を通す事によって加熱が行
なわれる抵抗加熱である。この場合、液体は適当な抵抗
率を持つ導電性のものである必要がある。間接抵抗加熱
方式は電流を発熱導体に通じその導体に発生する熱を液
体に伝える方式であって、発熱導体としては金属発熱素
子、非金属発熱素子、溶融塩、流動炭素粒子などがあ
る。 （２）アーク加熱法 アーク電流によって発生する熱を利用する方法。 （３）誘導加熱法 加熱電流が電磁誘導によって発生される加熱方式であっ
て、交番磁界中に置かれた導電性物体に生ずる渦電流損
またはヒステリシス損によって加熱される。 （４）誘電加熱法 交番電界中における誘電体の電気双極子の回転運動によ
って発熱させる方法であって、交番電解の周波数は５０
Ｈｚ〜数ＭＨｚが利用させる。 （５）電磁波照射 ３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波によって液体
を直接加熱する方法である。 （６）光熱変換加熱法 光吸収体に光を照射して光吸収体を発熱させ、間接的に
光吸収体に接する液体を加熱する方法。 （７）赤外線加熱法 熱エネルギが主に赤外線放射によって伝達される加熱方
式である。
【００１４】＜実施例１＞以下、より具体的ないくつか
の実施例を説明する。図２は第１実施例の装置の主要部
の構成図で（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。流
通部１は断面積０．１ｍｍ2 、液溜部２は内容積２ｍｍ
2 である。液溜部２は直方体形状であり内部に蓄積する
液体の液面高さに拘らず断面積が一定となっている。
又、流通路の開口の出口部３の下面には発熱素子５が接
合され、電圧印加によって発熱して液体に気化エネルギ
を与えるようになっている。流通路は例えばガラス、プ
ラスチック、金属、半導体等の素材が使用できるが、使
用する液体によって溶解したり腐食されない素材を選択
する。流通路の内壁は液体に対して比較的親液性の高い
素材の使用あるいは親液処理を施せば毛管現象がより促
進されるため好ましい。又、発熱素子５の材質として
は、電熱合金と称されるＮｉＣｒＦｅ系およびＦｅＣｒ
Ａｌ系、これ以外にもモリブデン、タングステン、タン
タル、炭化ケイ素、ＨｆＢ2 、ケイ化モリブデン、ジル
コニア発熱素子などが使用できる。
【００１５】本実施例の装置の製造方法は、半導体製造
プロセスやモールド成形法を含む製法などを利用するこ
とができる。図３は本実施例の装置の製造方法の一例を
を示すもので、半導体製造プロセスあるいはモールド成
形法等によって加工された２枚の基板（下基板８、上基
板９）を貼り合わる単純な工程で１つのカートリッジを
製造するものであるので、バッチ処理による大量生産に
向き安価に提供することができる。又、１つのカートリ
ッジに複数の流通路を並列に並べてアレイ化することも
容易である。以下により詳細な製造方法を説明する。製
造工程は大きくは以下の３工程から成る。
【００１６】（工程１） 上基板９となるガラス基板に
液溜部２となる孔を設け、更に流通部１となる溝を形成
する。ガラス基板への溝の形成方法としては、感光性ガ
ラスを用いフォトリソグラフィにて感光するか、又はガ
ラスをフッ酸により所望の深さまでエッチング除去する
ことにより行う。他の方法としては、例えばガラス基板
又はシリコン基板にレジストを塗布しフォトリソプロセ
スにより現像し固化することによりレジスト除去部を溝
として用いても良い。又、蓄積部及び流通部のパターン
をエッチングして形成したシリコン基板をガラス基板に
陽極接合することによっても溝を形成することができ
る。なお、ガラス基板を加工して溝を形成する方式に限
らず、透光性の樹脂材料を使用してモールド成形法等に
よる成型によって上基板を製作するようにしても良い。
【００１７】（工程２） 下基板８となるシリコン基板
に発熱素子５を接合する。図４はシリコン基板上に形成
される発熱素子の詳細な構成を示す。この製造工程は以
下の通りである。シリコン基板３１上にシリコン酸化膜
を形成した後、ＨｆＢ2 層３２とＡｌ層３３を積層し、
フォトリソプロセスを用いてそれぞれ発熱部と電極部と
して形成する。更に、絶縁層３４としてＳｉＯ2 を、保
護膜３５としてＴａを、電極部のワイヤーボンディング
部を除いた部分に順次積層し、その後、Ｔａのみをフォ
トリソプロセスにより発熱部周辺に帯状にパターン形成
する。そしてＴａの被覆されていないＳｉＯ2 層上に電
極と液体との隔離性を高めるためレジン層３６をパター
ン形成し、発熱素子を作製する。
【００１８】（工程３） 図３に示すように、前記シリ
コン基板である下基板８と前記ガラス基板である上基板
９を接着により貼り合わせて接合する。
【００１９】さて次に上記構成の装置の動作について説
明する。先に説明した原理によって流通路内では液体が
脈流なく移動するが、流れの流量（流通路での移動速
度）は付与される気化エネルギ量つまりは発熱素子への
印加電圧によって制御することができ、例えば大きな流
量を得たければ与えるエネルギ量を大きくすれば良い。
そして本実施例では更に流通路での流量を安定化するた
めにフィードバック機構を導入している。
【００２０】図５は制御系を含めた本実施例の全体図で
ある。液溜部２の上部には液面センサ６が設けられ液面
高さを検知する、液面センサ６の検知信号は制御回路７
に送られ、制御回路７では検出信号に応じて発熱素子５
に印加する電圧を制御する。より詳細には制御回路７で
は液面センサ６の出力信号を時間微分することで液体の
流量あるいは移動速度を表す情報を得て、これが一定に
なるようにフィードバック制御を行なうことにより流通
路内での液体の流量を所望の一定値に保つ。このように
フィードバック制御を行なうことにより、例えば液溜部
２での水位の変化による圧力変化や、発熱素子５への不
純物の付着などによる発熱効率の変化などに影響を受け
ることなく一定流量の流れを保つことができる。本実施
例の装置では流量７μｌ／ｍｉｍ程度の安定した送液を
達成した。
【００２１】なお、本実施例では液面センサ６を用いて
流量情報を得ているが、センサの形態はこれに限らず、
流量センサ（電磁流量センサ、超音波流量センサ、熱流
量センサ、光学流量センサなど）や圧力センサなどを設
けることによっても流量を検知することができる。
【００２２】＜実施例２＞次に本発明の第２実施例を説
明する。図６は本発明の第２実施例の側面図を示し、先
の実施例と同一の符号は同一の部材を表す。本実施例で
は流通路及び液溜部の構成は第１実施例と同様である
が、液体に気化エネルギを与えて加熱するために光照射
を利用することを特徴とする。流通路１の断面積は２５
００μｍ2 、液溜部２の内容積は２ｍｍ2 である。又、
流通路の出口近傍にはカーボン紙による光吸収体１０が
形成されている。光源１１は半導体レーザ（波長８３０
ｎｍ，３０Ｗ）であり、レンズ１２によって光源１１か
らの光を集光して光吸収体１０に照射し気化エネルギを
与える。光照射がなされると光吸収体７は光を吸収して
加熱され、光吸収体７上の液体が加熱されて気化する。
すると気化した量だけ液溜部より流通路内に液体が毛管
現象によって供給され、気化させ続けることにより液体
の流れが形成される。センサ１３は流通路１内の流量を
検知する流量センサであり、制御回路７はセンサ出力を
基に流量が所望の値に保たれるよう光源１１の発光出力
を制御する。
【００２３】＜実施例３＞次に本発明の第３実施例を図
７を用いて説明する。なお先の実施例と同一の符号は同
一の部材を表す。本実施例では光照射により直接液体を
加熱するものであり、そのために液体の吸収波長をカバ
ーする光を発生する光源を採用する。例えば液体が水を
主成分とする場合には赤外領域の光を発生する光源、例
えば赤外の半導体レーザや遠赤外ランプなどが使用でき
る。図７の本実施例においては光源１１として半導体レ
ーザ（波長１５５０ｎｍ，５ｍＷ）を使用することによ
り、光照射によって液体を直接加熱して気化させること
ができる。そして上記実施例と同様に制御回路７におい
ては流量センサ１３の検出出力を基に光源１１をフィー
ドバック制御している。
【００２４】＜実施例４＞次に本発明の第４実施例を図
８を用いて説明する。なお先の実施例と同一の符号は同
一の部材を表す。上記第２実施例及び第３実施例では光
による加熱方式をとったが、本実施例では電磁波によっ
て加熱することを特徴とする。図８において、電磁波を
発生する電磁波源１４はマグネトロンを用い２４５０Ｍ
Ｈｚのマイクロ波を発生させる。発生したマイクロ波は
導波管１５によって導かれ電磁ラッパ１６によって、流
通路の出口部から外部に露呈した液体を直接加熱して気
化させる。又、電磁波源１５にはこれを冷却するための
冷却装置１７と電源１８が接続されている。上記実施例
と同様に制御回路７においてはセンサ６の検出出力を基
に電源１２を制御して電磁波源１５のマグネトロンへ加
える信号を制御して電磁波の出力を変化させている。
【００２５】さて、以上説明してきた各実施例では出口
部から液体が自然流出することを防ぐために、流通路の
出口部に工夫がこらされている。以下にいくつかの形態
例を示す。図９は流通路の末端部を斜めに切り欠いた形
状を有し、切欠断面２０に疎液処理を施こすことによっ
て露呈した液体が表面張力によって流通路出口部で留ま
るようにしたものである。疎液処理の一例としては、液
体が水を主成分とする場合には切欠断面にシリコン系の
はっ水剤を塗布することによってなされる。
【００２６】又、図１０は流通路の末端部付近の上面を
削り取った形状を有し、切欠断面２０に疎液処理を施こ
すことによって露呈した液体が流通路内に留まるように
したものである。又、図１１は親液処理部２１とその周
りに疎液処理部２２を設けることにより、流通路出口か
ら親液処理部２１の表面に広がって露呈した液体が親液
処理部内に留まり疎液処理部２２には浸入しないように
したものである。これらのようにすれば、気化エネルギ
を与えない状態では液体の流れは静止し、気化エネルギ
を与えた時だけ与えたエネルギ量に応じた流量の流れを
生じさせることができる。
【００２７】＜実施例５＞次に上記装置を応用した実施
例として、サンプル液を試薬と反応させて反応液を得
て、この反応液を流通部に流して光学的測定を行い、サ
ンプル液の測定を行なう測定カートリッジについて説明
する。図１２は第１の実施例のカートリッジの構造を示
す側面図、図１３は第一基板と第二基板を上方から見た
上面図、図１４はカートリッジの組立図である。
【００２８】本実施例のカートリッジは第一基板５１と
第二基板５２と第三基板５３とを接合した構成を有し、
第一基板５１はシリコン基板、第二基板５２及び第三基
板５３はガラス基板である。これら基板の接合によって
カートリッジ内部には、反応槽である蓄積部５４を成す
空間が形成される。第三基板５３にはサンプル液液など
の液体を注入するための孔である注入口５５が設けら
れ、外部から蓄積部５４内にサンプル液を注入すること
ができる。蓄積部５４の内部には球形状で表面に試薬が
固定化された不溶性担体５６が封入される。不溶性担体
５６はガラスなどのセラミック、高分子化合物により成
るプラスチック、磁性体等の金属などの材料、もしくは
それらの複合材料より成り、試薬が固定しやすいように
共有結合基などを導入した表面処理がなされている。不
溶性担体５６の形状は球形状には限らず多面体など他の
形状でもよく、その個数も一つには限らず多数存在して
もよい。あるいは不溶性担体を用いずに蓄積部５４の内
壁面に直接試薬を固定化するようにしても良い。なお、
試薬については後に詳述する。
【００２９】蓄積部５４には流通部５７が接続され、そ
の先端の出口はノズル開口５８となっている。ノズル開
口５８は先細の形状を有することによって管路抵抗作用
を持たせている。ノズル開口５８付近にはマイクロポン
プ５９が第一基板５１上に形成される。マイクロポンプ
５９は出口部に露呈したサンプル液にエネルギを与えて
蒸発させるもので、前述の実施例のいずれかと同様の構
成を有する。
【００３０】又、第一基板５１の表面には上記マイクロ
ポンプと共にサンプル液の測定を行なうための感応素子
が設けられる。具体的には光学的にサンプル液の状態を
検出するために、第１の光検出素子６０、波長選択機能
を持った第１の光学フィルタ６１、第２の光検出素子６
２、第２の光学フィルタ６３が後述の製法よって基板上
に形成される。これらの部材によってサンプル液を介し
て到達する第１、第２の光を選択的に受光するための光
学検出部を構成している。なお本実施例では光学的にサ
ンプル液を測定する例を示したが、これに限らず例えば
サンプル液を電気的、磁気的、あるいは音響光学的な手
法を用いて測定するようにしても良い。更にはこれらを
複合化して測定しても良い。この場合、図１２の光学検
出部と同様に、それぞれの測定に適した感応素子（電
極、磁気検出素子など）を基板上に接合するようにす
る。
【００３１】図１３に示すように、第一基板５１にはマ
イクロポンプの発熱素子５９、及び第１、第２の光検出
素子６０、６２が接合されるが、これらの素子にはそれ
ぞれ導電パターン６８、６９、７０が接続され、図示す
るように第一基板５１の表面上にパターニングされてい
る。そして第一基板５１と第二基板５２を接合した際に
は導電パターン６８、６９、７０の端部が外部に露出し
て、外部の端子と接触導通できるようになっている。
【００３２】以上の部材は全て一体集約化されてカート
リッジを構成している。一方、流通部５７内部のサンプ
ル液に向けて測定エネルギである照射光を与えてサンプ
ル液の呈色度合を調べるため、あるいはサンプル液から
蛍光や散乱光を発生させるために、図１２のように光源
６４、６６、集光レンズ６５、６７から成る光照射部が
カートリッジとは別に設けられている。光源６４、６６
としては例えば半導体レーザ、ＬＥＤ、ハロゲンラン
プ、タングステンランプ、水銀ランプ等が適している。
なお、化学発光、生物発光など検体自ら発する光を検出
して測定を行なう場合には光照射は不要であるため光照
射部を設ける必要はない。
【００３３】ここで上記カートリッジの変形例をいくつ
か示す。図１５は基板上面に集光レンズ部７１、７２を
一体的に形成した例である。集光レンズとしては、球面
レンズ、フレネルレンズ、ゾーンプレートなどが使用で
きる。又、図１６は照射光の導入を光ファイバー７３、
７４を用いて行った例であり、光源とカートリッジとの
光軸合わせが不要になるという特徴がある。図１７は上
記形態を更に発展させたもので、各々が蓄積部、流通
部、各素子などから成る測定モジュールを一枚の基板上
に高密度で並列に配置してアレイ化したカートリッジの
例である。
【００３４】次に、本実施例に用いる試薬について詳し
く述べる。試薬は蓄積部の内部に封入される不溶性担体
の表面に固定化されるか、あるいは蓄積部の内部壁面に
直接固定化される。本実施例で使用する試薬は少なくと
も生体関連物質を含有しており、その生体関連物質の選
択は分析すべき物質又は被検体によって決まる。すなわ
ち生体関連物質は被検体に対して生物学的特異性を示す
ものを選択することによって特異的検出が可能となる。
【００３５】ここで云う生体関連物質とは、例えば天然
もしくは合成のぺプチド、蛋白質、酵素、糖類、レクチ
ン、ウイルス、細菌、ＤＮＡやＲＮＡ等の核酸、抗体な
どがある。その中でも臨床的には特に有用な物質として
以下のものが挙げられる。ＩｇＧ、ＩｇＥなどの免疫グ
ロブリン、補体、ＣＲＰ、フェリチン、α1 又はβ2マ
イクログロブリンなどの血漿蛋白及びそれらの抗体、
α−フェトプロテイン、癌胎児性抗原（ＣＥＡ）、ＣＡ
１９−９、ＣＡ−１２５などの腫瘍マーカー及びそれら
の抗体、 黄体化ホルモン（ＬＨ）、卵胞刺激ホルモン
（ＦＳＨ）、ヒト繊毛性ゴナドトロビン（ｈＣＧ）、エ
ストロジェン、インシュリンなどのホルモン類及びそれ
らの抗体、 ウイルス性肝炎関連抗原、ＨＩＶ、ＡＴＬ
などのウイルス感染関連物質及びそれらの抗体、 ジフ
テリア菌、ボツリヌス菌、マイコプラズマ、梅毒トレポ
ネーマなどのバクテリア類及びそれらの抗体、 トキソ
プラズマ、トリコモナス、リーシュマニア、トリパノゾ
ーマ、マラリア原虫などの原虫類及びそれらの抗体、
フェニトイン、フェノバルビタールなどの抗てんかん
薬、キニジン、ジコキシニンなどの心血管薬、テオフィ
リンなどの抗喘息薬、クロラムフェニコール、ゲンタマ
イシンなどの抗生物質などの薬物類及びそれらの抗体、
その他酵素、菌体外毒素（ストレプトリジンＯなど）及
びそれらの抗体などがあり、検体中の被検出物質と抗原
抗体反応を起こす物質が被検出物質の種類に応じて適宣
選択される。又、抗原抗体反応ではなく、核酸ハイブリ
ダイゼーションを利用する場合には、検査対象となる核
酸の塩基配列に対して相補的な塩基配列を持つ核酸プロ
ーブが用いられる。
【００３６】図１８は上記カートリッジを装着して測定
を行なうための全体システムの構成を示す図である。上
記説明したカートリッジ１００はカートリッジホルダ１
０１に装着保持される。なお図では１つのカートリッジ
しか示されていないが、同様のカートリッジを並列に複
数個並べて装着するか、もしくは図１７のように測定モ
ジュールをアレイ化したカートリッジを用いることによ
って、複数の検体を同時あるいは順次に測定することが
できる。
【００３７】ラック１０３には複数の検体容器１０４が
配列され、それぞれには複数のサンプル液が収容され
る。ディスペンサ装置１０２はピペット１０５を用い
て、各検体容器１０４内のサンプル液をカートリッジ１
００に順に供給する。
【００３８】一方、洗浄液容器１０６はＢ／Ｆ分離のた
めの洗浄液を収容し、試薬液容器１０７は反応試薬液を
収容する。各容器からの流路はバルブ１０８に接続され
バルブ１０８でどちらかを選択切替して、選択された液
体がチューブ１０９を介してカートリッジ１００に供給
される。ディスペンサ装置１０２のピペット１０５及び
チューブ１０９は共にカートリッジ１００の注入口に接
続できるようになっており、所望の液体がカートリッジ
に供給される。
【００３９】カートリッジホルダ１０１上には攪拌機１
１０が取り付けられ、装着保持されたカートリッジ１０
０の蓄積部内のサンプル液及び試薬を攪拌する作用を有
し反応を促進させる。攪拌は例えばマグネットを利用し
て磁性の担体試薬を遠隔運動させたり、超音波によって
サンプル液に振動を与えることによって行なう。
【００４０】又、測定データの精度を向上させるために
は、カートリッジ内の蓄積部の温度を精度よくコントロ
ールする必要があるが、そのためにカートリッジ全体は
不図示の恒温ボックス中に保持されている。又、必要に
応じて洗浄水や反応試薬、検体も一定温度に保温させる
よう恒温手段を講じることが好ましい。
【００４１】カートリッジホルダ１０１には電極が設け
られ、カートリッジ装着の際にカートリッジ１００の露
出導電パターンと接続される。この電極は駆動／検出回
路１１１と電気的に接続されており、駆動／検出回路１
１１は測定用の光源６４、６６の駆動、攪拌機１１０の
駆動、ディスペンサ装置１０２の駆動、バルブ１０８の
駆動、カートリッジ内のマイクロポンプの駆動、カート
リッジ内の２つの光学検出素子からの出力の検出を行な
う。コンピュータ１１２はシステム全体のコントロール
並びに検出結果を基にした検体測定を行なう。抗原抗体
反応や核酸ハイブリダイゼーション反応等を利用して、
呈色反応あるいは蛍光や散乱光などは、レートアッセイ
法やエンドポイント法等の公知の手法で検出及びデータ
処理される。又、予め用意しておいた検量線データと比
較処理も行なわれる。この解析結果はコンピュータ１１
２に付属のディスプレイやプリンタ等に出力する。
【００４２】このように本システムはカートリッジ１０
０をディスポザブルとして、１検体の測定毎に新しいも
のに交換するため、システムが簡略化され小型低コスト
の検体測定システムとなっている。又、ディスポザブル
化することでマイクロポンプや感応素子にさほど耐久性
が要求されず、より低コストでカートリッジを供給する
ことができる。
【００４３】以下に上記測定システムによる測定例とし
て、サンプル液中の特定ＤＮＡを検出する工程を示す。
【００４４】（工程１） 目的とする特定ＤＮＡ（一本
鎖）と特異的にハイブリダイゼーション反応を行う一本
鎖ＤＮＡプローブが試薬として蓄積部に固定されるカー
トリッジを用意する。このカートリッジを測定システム
のカートリッジホルダに装着すると、ディスペンサ装置
のピペットが、予め前処理によって一本鎖に編成された
多数のＤＮＡを含むサンプル液をカートリッジの蓄積部
内に自動的に注入する。
【００４５】（工程２） 測定システムに設けられる攪
拌手段によってカートリッジの蓄積部中のサンプル液を
撹拌して反応を促進させる。もしサンプル液中に目的と
する一本鎖ＤＮＡが存在すれば、蓄積部に固定化された
ＤＮＡプローブと特異的にハイブリダイゼーション反応
を起こし２本鎖ＤＮＡを生成する。
【００４６】（工程３） ハイブリダイゼーション反応
しなかった一本鎖ＤＮＡを除去するために、洗浄液の注
入・排出を行なってＢ／Ｆ分離を行う。
【００４７】（工程４） 次いで酵素標識プローブを蓄
積部に注入し、前記ハイブリダイゼーション反応によっ
て生成された二本鎖ＤＮＡを特異的に酵素標識する。
【００４８】（工程５） 再度、洗浄によってＢ／Ｆ分
離を行ない過剰の酵素標識プローブを洗い流す。
【００４９】（工程６） 前記酵素標識と反応して呈色
反応、あるいは蛍光発光や化学発光を示す基質を含む試
薬液を蓄積部に注入して反応させる。
【００５０】（工程７） カートリッジのマイクロポン
プを作動させて、（工程６）の反応液を流通部に流す。
そして呈色反応あるいは蛍光や化学発光の光を受光素子
で検出して、検出光量から目的のＤＮＡ量を定量するこ
とができる。又、レートアッセイ法を用いて検出光量の
時間的変化を測定することにより、より正確に定量でき
る。
【００５１】上記説明した検体測定カートリッジ及びシ
ステムによれば以下の効果が得られる。 （１） 脈流のない安定した流体系が得られ、更には流
路のデッドスペースが殆ど無いため使用するサンプル液
が微量で済む。 （２） 測定後の廃液にエネルギを与えて蒸発させてい
るためサンプル液の殺菌作用もしくは減菌作用が得られ
る。加えて廃液の発生がなくバイオハザード対策等の環
境問題の観点からも好ましい。 （３）半導体製造プロセスを利用してバッチ生産が可能
となり、品質の安定したカートリッジを安価に大量生産
することができる。 （４）受光素子を一体化することにより、光学系のアラ
イメント調整が不要となる。 （５）測定機能を集約したカートリッジを安価に供給し
て、１サンプル測定する毎にカートリッジを交換するた
めに流体系の構成が簡略になり、測定システム全体が非
常にコンパクトで信頼性の高いものとなる。
【００５２】
【発明の効果】本発明によれば、流通路に脈流のない流
れを形成することができる。又、デッドスペースがない
ため微量な液体を精度良く流すことができる。更には送
液された液体は気化するため廃液の発生がなく廃液処理
の必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方式の基本概念を説明するための図で
ある。
【図２】第１実施例の主要部の構成図である。
【図３】実施例の装置の製造方法の一例を示す図であ
る。
【図４】発熱素子の構造を表す図である。
【図５】第１実施例の全体構成図である。
【図６】第２実施例の構成図である。
【図７】第３実施例の構成図である。
【図８】第４実施例の構成図である。
【図９】出口部の形状の一例を示す図である。
【図１０】出口部の形状の一例を示す図である。
【図１１】出口部の形状の一例を示す図である。
【図１２】サンプル測定カートリッジの実施例の構成を
示す側面図である。
【図１３】カートリッジを構成する第二基板と第一基板
のそれぞれの上面図である。
【図１４】カートリッジの組立図である。
【図１５】カートリッジの変形例の図である。
【図１６】カートリッジの別の変形例の図である。
【図１７】カートリッジの別の変形例の図である。
【図１８】サンプル測定システムの実施例のシステム構
成図である。
【符号の説明】
１ 流通路 ２ 液溜部 ３ 出口部 ４ 気化物 ５ 発熱素子 ６ 液面センサ ７ 制御回路 ８ 下基板 ９ 上基板 １０ 光吸収体 １１ 光源 １２ レンズ １３ 流量センサ １４ 電磁波源 ２０ 疎液処理された切欠断面 ２１ 親液処理部 ２２ 疎液処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大西 敏一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 田中 和實 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 井阪 和夫 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 米山 好人 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノ ン株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流通路の出口部から露呈した液体にエネ
    ルギを与えて連続的に気化させることにより、流通路内
    の液体を移動させることを特徴とする液体移動方法。
  2. 【請求項２】 流通路と、該流通路の出口部から露呈し
    た液体を連続的に気化させるためのエネルギを与えるエ
    ネルギ付与手段とを有し、該エネルギ付与手段を作動さ
    せることによって流通路内の液体を移動させることを特
    徴とする液体移動装置。
  3. 【請求項３】 前記与えるエネルギ量を制御することに
    よって流通路内の液体の移動量を制御する請求項１の方
    法又は請求項２記載の装置。
  4. 【請求項４】 請求項２の液体移動装置を半導体製造プ
    ロセスを含む製法で製造することを特徴とする液体移動
    装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項２の液体移動装置をモールド成形
    を含む製法で製造することを特徴とする液体移動装置の
    製造方法。
  6. 【請求項６】 途中に測定部を有する流通路と、該流通
    路の出口部から露呈したサンプル液を連続的に気化させ
    るためのエネルギを与えるエネルギ付与手段とを有し、
    該エネルギ付与手段を作動させることによって流通路内
    のサンプル液を移動させることを特徴とする測定装置。
  7. 【請求項７】 前記測定部において光学的又は電気的又
    は磁気的又は音響光学的にサンプル液を測定する測定手
    段を有する請求項６の測定装置。
  8. 【請求項８】 サンプル液と試薬とを反応させる反応部
    が前記流通部手前に設けられる請求項６の測定装置。
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