JPWO2009113356A1

JPWO2009113356A1 - 反応検出装置

Info

Publication number: JPWO2009113356A1
Application number: JP2010502746A
Authority: JP
Inventors: 祐司延本
Original assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Current assignee: Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2009-02-13
Publication date: 2011-07-21
Also published as: WO2009113356A1

Abstract

流路の空気を吸引または流路に空気を注入して空気圧を変化させるポンプと、ポンプが空気圧を変化させる動作を制御する制御手段と、制御手段からの指令に基づいて空気圧を大気側に開放可能な圧力開放手段と、を有し、制御手段は、液体を停止させる時、ポンプの空気圧を変化させる動作を停止させるとともに、圧力開放手段を開放して空気圧を大気側に開放することを特徴とする反応検出装置。

Description

本発明は、反応検出装置に関する。

近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている（例えば特許文献１参照）。これはμ−ＴＡＳ（ＭｉｃｒｏＴｏｔａｌＡｎａｌｙｓｉｓＳｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムは、コスト、必要試量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。

各種の分析、検査ではこれらのマイクロチップにおける分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。

そのためには、まずシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題である。例えば、ポンプにより負圧を発生させてマイクロチップに内蔵された試薬、検体、洗浄液の送液を行うシステムおよびその制御方法が提案されている。（例えば特許文献２参照）。
特開２００４−２８５８９号公報特開２００５−１４０６６６号公報

しかしながら、特許文献２に開示されている送液システムでは、負圧を発生させて送液を始めると、ポンプを停止させても流路内の空気圧が変わらないためすぐに液体を停止させることができない。そのため、マイクロチップ内の所望の位置に試薬、検体などを正確に送れないことがあり、分析の定量性が損なわれ、解析の精度が低くなるおそれがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、正確にマイクロチップの送液制御を行える反応検出装置を提供することを課題とする。

本発明の目的は、下記構成により達成することができる。

１．
マイクロチップに形成された流路内の液体を、流路に加わる空気圧を変化させて該流路の所定の位置に移動させる反応検出装置において、
前記流路の空気を吸引または前記流路に空気を注入して前記空気圧を変化させるポンプと、
前記ポンプが前記空気圧を変化させる動作を制御する制御手段と、
前記制御手段からの指令に基づいて前記空気圧を大気側に開放可能な圧力開放手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記液体を停止させる時、前記ポンプの前記空気圧を変化させる動作を停止させるとともに、前記圧力開放手段を開放して前記空気圧を大気側に開放することを特徴とする反応検出装置。

２．
前記圧力開放手段は、前記ポンプに結合されていることを特徴とする１に記載の反応検出装置。

３．
前記圧力開放手段は、前記ポンプと前記流路との間に前記ポンプと前記流路が連通可能に結合され、前記ポンプと連通する経路を閉鎖して前記流路に加わる空気圧を大気側に開放することを特徴とする１または２に記載の反応検出装置。

本発明によれば、流路の液体に加えられている空気圧を大気に開放する機構を設け、ポンプを停止させるとともに空気圧を大気に開放するので、正確にマイクロチップの送液制御を行える反応検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の外観図である。本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図である。ポンプ１０の一部の断面図である。本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の他の例を示す説明図である。本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０の送液の手順を説明するフローチャートである（ポンプ１０から空気をマイクロチップ１に注入する例）。本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０の送液の手順を説明するフローチャートである（マイクロチップ１からポンプ１０に空気を吸引する例）。本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図である。第２の実施形態に係る三方弁２５の構成を説明する断面図である。本発明の第２の実施形態において、反応検出装置８０の送液の手順を説明するフローチャートである（ポンプ１０から空気をマイクロチップ１に注入する例）。本発明の第２の実施形態において、反応検出装置８０の送液の手順を説明するフローチャートである（マイクロチップ１からポンプ１０に空気を吸引する例）。

符号の説明

１マイクロチップ
３温度調整ユニット
６パッキン
１０ポンプ
１１大気開放弁
１２分岐流路
１３、１４，１５、１６連結部
１７チャネル切替弁
１８プランジャー
２５三方弁
３０流路
８０反応検出装置
８２筐体
８３挿入口
８４表示部
１１０空気口
１１１検出部
１１３検体注入部

本明細書において、「マイクロチップ」は、合成や検査など様々な用途に用いられるマイクロ総合分析システムにおけるチップのことであるが、特に生体物質を対象とした検査に用いられるものについては「検査チップ」と呼ぶこともある、「微細流路」は、狭義には、広輻に形成されることもある構造部を除いた幅の狭い流路部位のみを指すこともあるが、広義には、そのような構造部を含めた一連の流路を指す。連通する微細流路内を流れる流体は、実際は液体であることが多く、具体的には、各種の試薬類、試料液、変性剤液、洗浄液、駆動液などが該当する。「検体」とは、検査を受ける被験者の尿、唾液などの液体である。

本発明は、マイクロチップの用途にかかわらず、マイクロチップを用いた反応検出装置に適用できる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。

まず、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図１を用いて説明する。

図１（ａ）、図１（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図１（ａ）において矢印は、後述する反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図１（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図１（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。

図１（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。

本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１には、化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる処理の一例を図１（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図１（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。

図１（ｃ）はマイクロチップ１内部の微細流路および流路エレメントの機能を説明するための説明図である。

微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図１（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は矢印で表す。

マイクロチップ１は、微細流路を形成した溝形成基板１０８と溝状の流路を覆う被覆基板１０９から構成されている。微細流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数十〜数百μｍ、好ましくは５０〜１００μｍで、深さは２５〜２００μｍ程度、好ましくは５０〜１００μｍである。

少なくともマイクロチップ１の溝形成基板１０８には、上記の微細流路が形成されている。被覆基板１０９は、少なくとも溝形成基板の微細流路を密着して覆う必要があり、溝形成基板の全面を覆っていても良い。

検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部である。空気口１１０はマイクロチップ１に空気を注入するための開口である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図１（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。

次に、空気口１１０ａから空気を注入すると、空気は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、合流部１２２ｂに検体を送り込む。

一方、各空気口１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから注入された空気は、それぞれ連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに収容されている試薬ｂ、試薬ｃ、試薬ｄを押し出す。試薬収容部１２０ｃ、１２０ｄから押し出された試薬ｃ、試薬ｄは合流部１２２ａで合流し、さらに合流部１２２ａから出た混合後の試薬ｃと試薬ｄは合流部１２２ｂに空気により送り込まれる。

このようにして、合流部１２２ｂでは検体と試薬ｃと試薬ｄが合流する。合流部１２２ｂで合流し、混合した検体と試薬ｃと試薬ｄは、反応部１２３ａに送られ、所定の条件で反応を行う。このときの反応条件によっては、反応部１２３ａの部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。

一方、空気により試薬収容部１２０ｂから押し出された試薬ｂは、反応部１２３ａで試薬ｃおよび試薬ｄと反応後の検体と、合流部１２２ｃで合流し、反応部１２３ｂに送られる。反応部１２３ａと同様に、反応部１２３ｂも所定の温度にする必要がある。なお、反応条件によって反応部１２３ａの設定温度と、反応部１２３ｂの設定温度は異なる場合があり、それぞれ部分的に加熱、吸熱し所定の温度にする必要がある。

所定の反応時間の後、さらに空気により反応部１２３ｂから送り出された試薬と反応後の検体は、検出部１１１に送り込まれる。

検出部の窓１１１ａと検出部の流路１１１ｂは検体と試薬の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂などの透明な部材で構成されている。

検出部１１１と微細流路の内部の空気は、空気口１３０より排出される。ここまでは、空気口１１０から空気を注入して送液する例を説明したが、空気口１３０から空気を吸引しても同様に試薬と検体を送液し反応させることができる。

なお、マイクロチップ１の微細流路には、例えば、図示せぬ送液制御部、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）などの送液を制御するための部位が設けられ、逆流を防止し、所定の手順で送液が行われるようになっている。

マイクロチップ１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９に用いる材料について説明する。

マイクロチップ１は、加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐候性、コストなどに優れていることが望まれており、マイクロチップ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチップ１の材料を選択する。その材料としては従来公知の様々なものが使用可能であり、個々の材料特性に応じて通常は１以上の材料を適宜組み合わせて、基板および流路エレメントが成形される。

特に、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップは、ディスポーサブルタイプであることが望ましい。そのため、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂、例えば、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすいポリスチレンが好ましい。また、例えば分析においてチップを１００℃近くまで加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂（例えばポリカーボネートなど）を用いることが好ましい。樹脂やガラスなどは熱伝導率が小さく、マイクロチップの局所的に加熱される領域に、これらの材料を用いることにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。

本実施形態では、検出部１１１において、呈色反応の生成物や蛍光物質などの検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、検出部の窓１１１ａと、少なくとも検出部の流路１１１ｂを形成する溝形成基板は、光透過性の材料が用いられていて、検出部１１１を光が透過するようになっている。

次に、本発明の実施形態における反応検出装置８０について、図２を用いて説明する。

図２は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。

反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。

反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。

検査担当者は図２の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。

検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。

図３は、本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図、図４はポンプ１０の一部の断面図である。図３、図４を用いて内部構成を説明する。

反応検出装置８０は、ポンプ１０、大気開放弁１１、分岐流路１２、チャネル切替弁１７、接合部７、パッキン６、温度調節ユニット３などから構成される。１３、１４，１５、１６は連結部であり、２つの構成要素をネジなどの結合部分で互いに結合し、結合部分に設けられた開口と連通する管状の部分により２つの構成要素を連通させる。例えば、連結部１４は、ポンプ１０と分岐流路１２を結合し、ポンプ１０から送り込まれた空気は連結部１４の内部の流路を通って分岐流路１２内の流路に送られる。なお、これまでに説明した構成要素と同一の構成要素には同番号を付し、説明を省略する。

図３（ｂ）は、温度調整ユニット３がマイクロチップ１の下面を押圧し、マイクロチップ１をパッキン６に密着させている状態である。図３では開口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄに空気を注入する例を説明する。

初期状態において、温度調整ユニット３は退避しており、マイクロチップ１は図３（ａ）の紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３からマイクロチップ１を挿入する。マイクロチップ１が挿入されると、図示せぬ部材により温度調整ユニット３を上昇させて、マイクロチップ１の面をパッキン６に密着させる。

温度調整ユニット３は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の面を所定の温度に調整するユニットである。

次に、ポンプ１０の構造について図４を用いて説明する。図４の断面図には、ポンプ１０の筒状の部分を摺動するプランジャー１８を示している。プランジャー１８は、ポンプ１０の断面部分に内蔵された図示せぬ電磁コイルにより、図４の矢印Ｓ方向または逆方向に駆動される。ポンプ１０の先端部には２つの開口３３、３１が設けられている。ポンプ１０には連結部１３を介して大気開放弁１１が結合されている。開口３１は連結部１３の流路３２と連通し、流路３２は大気開放弁１１の開口２９と連通している。

図４では、大気開放弁１１の大気側に開放された他端の開口２８との間に設けられた弁２７により、開口２９と開口２８の間の流路が閉鎖されている状態を示している。弁２７は大気開放弁１１に設けられた図示せぬ電磁コイルにより開閉可能であり、電気信号を与えて弁２７を開放すると、ポンプ１０の開口３１は大気と連通する。大気開放弁１１は本発明の圧力開放手段である。

ポンプ１０の開口３３には連結部１４が結合されている。連結部１４の他端には図３のように分岐流路１２が結合されており、分岐流路１２は内部で４つの流路に分岐する。分岐流路１２の分岐した４つの流路は、図３のように連結部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄによりそれぞれチャネル切替弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄと結合されている。チャネル切替弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄの他端は、連結部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと結合されている。

チャネル切替弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄは大気開放弁１１と同じ構成であり、電気信号により内部の弁を開閉して連結部１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと連結部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄとをそれぞれ連通する流路を個別に閉鎖又は開放する。

連結部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄの他端は接合部７と結合されている。接合部７の内部には、それぞれパッキン６を介して空気口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄと連通する４つの流路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄが設けられそれぞれ連結部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄと連通している。

なお、本実施形態では４つの流路に分岐する例を説明するが、本発明はこの例に限定されるものではなく分岐をしない場合や、いかなる数の流路に分岐する場合にも適用できる。

次に、ポンプ１０がマイクロチップ１に空気を注入する場合について説明する。最初に大気開放弁１１の弁２７を開放し、開口３１を大気に開放してからプランジャー１８を図４の矢印Ｓと逆方向に駆動し空間３５に空気を吸入する。次に、大気開放弁１１の弁２７を閉じてから、所望のチャネル切替弁１７を開放し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向に駆動し、開口３３から連通する微細流路３０に空気を注入する。

微細流路３０に注入された空気は、マイクロチップ１内に形成された試薬収容部１２０に収容された試薬と、検体収容部１２１に収容された検体をそれぞれ駆動し、微細流路３０内の反応部１２３で試薬と検体を反応させた後、マイクロチップ１内に形成された検出部１１１まで駆動する。微細流路や検出部１１１の内部の空気は開口１３０より排出される。

マイクロチップ１の検出部１１１では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応して、例えば呈色、発光、蛍光、混濁などをおこす。本実施形態では検出部１１１でおこる試薬の反応結果を、検出部の窓１１１ａから光学的に検出する。試薬の反応結果を測光するマイクロチップ１の検出部１１１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９は、光透過性の材料になっていて、試薬と検体の反応結果は、マイクロチップ１の検出部１１１を透過する光を測光または測色することで解析することができる。

発光部４ａと受光部４ｂは、図３（ｂ）のようにマイクロチップ１の検出部１１１を透過する光を検出できるように配置されている。

次に、空気を吸引して液体を送液する例について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の他の例を示す説明図である。図３との違いは接合部７が開口１３０と接合している点であり、図５には図示せぬ開口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄは大気に開放されている。開口１３０と連通するチャネル切替弁１７はチャネル切替弁１７ａ、チャネル切替弁１７ｂ、チャネル切替弁１７ｃ、チャネル切替弁１７ｄの何れでも良いが、図５では開口１３０はチャネル切替弁１７ｃと連通している例を図示している。また、このマイクロチップ１の例ではポンプ１０が大気を吸引する開口１３０が一つなのでチャネル切替弁１７を設けずにポンプ１０と開口３０を連通させても良い。大気を吸引する開口１３０が複数のマイクロチップ１の場合は、開口１３０をそれぞれチャネル切替弁１７と連通させる。

図５を用いて、ポンプ１０がマイクロチップ１から空気を吸引する場合について説明する。最初に大気開放弁１１の弁２７を開放し、開口３１を大気に開放してからプランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向に駆動し空間３５から空気を排出する。次に、大気開放弁１１の弁２７を閉じてから、図５の例ではチャネル切替弁１７ｃを開放し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓと反対方向に駆動し、開口３３から連通する微細流路３０に空気を吸引する。

微細流路３０から吸引された空気は、マイクロチップ１内に形成された試薬収容部１２０に収容された試薬と、検体収容部１２１に収容された検体をそれぞれ駆動し、微細流路３０内の反応部１２３で試薬と検体を反応させた後、マイクロチップ１内に形成された検出部１１１まで駆動する。微細流路や検出部１１１の内部の空気は開口１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄより吸引される。

マイクロチップ１の検出部１１１では、図３で説明したように検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応した反応結果を、検出部の窓１１１ａから光学的に検出する。

図６は、本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。

制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ９６（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭ９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って反応検出装置８０の各部を集中制御する。

以下、いままでに説明した機能と同一機能を有する機能ブロックには同番号を付し、説明を省略する。

チップ検知部９５は反応検出装置８０の内部に設けられていて、マイクロチップ１を所定の位置まで挿入すると検知信号をＣＰＵ９８に送信する。ポンプ駆動部９１はポンプ１０の駆動源、例えばプランジャー１８を駆動する駆動部である。制御部９９は、ポンプ駆動部９１に指令してポンプ１０を駆動する。また制御部９９は、プログラムの手順に応じて大気開放弁１１、チャネル切替弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄをそれぞれ開閉する。

発光部４ａから検出部１１１に照射した光を受光部４ｂが受光し、制御部９９の図示せぬＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換される。制御部９９はこのデジタル値から求めた検査結果を表示部８４に表示する。

メモリカード９２は検査結果を記憶するために、プリンタ９３は検査結果をプリントするために用いられる。

図７、図８は本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０の送液の手順を説明するフローチャートである。図７は、ポンプ１０から空気をマイクロチップ１に注入して、微細流路３０の液体を送液する例、図８は、マイクロチップ１からポンプ１０に空気を吸引して、微細流路３０の液体を送液する例である。最初に、図７の例を説明する。

なお、マイクロチップ１は所定の位置まで挿入され、温度調節ユニット３は反応検出装置８０の電源投入時に通電され、所定の温度になっているものとする。

Ｓ１００：大気開放弁１１を開放するステップである。

制御部９９は、大気開放弁１１を開放する信号を送り、大気開放弁１１を開放する。

Ｓ１０１：空間３５に空気を吸引するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓと逆方向に移動させ大気開放弁１１から空間３５に空気を吸引する。

Ｓ１０２：大気開放弁１１を閉鎖するステップである。

制御部９９は、大気開放弁１１を閉鎖する信号を送り、大気開放弁１１を閉鎖する。

Ｓ１０３：チャネル開放弁１７を開放するステップである。

制御部９９は、検査の手順に従って、次に送液を行う微細流路３０に対応するチャネル開放弁１７を開放する信号を送り、所定のチャネル開放弁１７を開放する。

Ｓ１０４：送液を開始するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向に移動させ、開放したチャネル開放弁１７と連通する空気口１１０に空気を注入する。注入された空気により微細流路３０内の液体は送液される。

Ｓ１０５：送液を停止するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を停止する。

Ｓ１０６：大気開放弁１１を開放するステップである。

制御部９９は、大気開放弁１１を開放する信号を送り、大気開放弁１１を開放する。大気開放弁１１を開放することにより、プランジャー１８の移動によって高まっていた空間３５の圧力は大気圧と同じになり、微細流路３０内の液体には圧力がかからなくなる。本発明ではこのようにポンプ１０を停止させるとともに、大気開放弁１１を開放して空間３５の圧力を低下させ、微細流路３０内の液体に圧力がかからないようにするので、微細流路３０内の液体を所望の位置に停止させることができる。

Ｓ１０７：大気開放弁１１を閉鎖するステップである。

Ｓ１０８：送液が終了したか、否か、判定するステップである。

制御部９９は、検査の手順の送液が全て終了したか、否か、判定する。

送液が終了していない場合、（ステップＳ１０８；Ｎｏ）、ステップＳ１００に戻る。

送液が終了した場合、（ステップＳ１０８；Ｙｅｓ）、処理を終了する。

送液の手順の説明は以上である。この後、所定の反応時間経過後、制御部９９は、発光部４ａを発光させてマイクロチップ１の検出部１１１を照明し、検出部１１１を透過した透過光を受光した受光部４ｂからの入力信号をＣＰＵ９８に内蔵するＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、測光値を得る。制御部９９は、光検出部４が測光した結果から演算し、反応結果を表示部８４に表示する。

次に、図８を用いてマイクロチップ１からポンプ１０に空気を吸引して、微細流路３０の液体を送液する例を説明する。なお、図７で説明したポンプ１０から空気を送出する場合と同じ処理には同番号を付し説明を省略する。

Ｓ１００：大気開放弁１１を開放するステップである。

Ｓ１１１：空間３５から空気を排出するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向に移動させ大気開放弁１１から大気中に空気を排出する。

Ｓ１０２：大気開放弁１１を閉鎖するステップである。

Ｓ１１４：送液を開始するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向と反対方向に移動させ、開放したチャネル開放弁１７ｃと連通する空気口１３０から空気を吸引する。空気を吸引することにより微細流路３０内の液体は図６の例とは逆方向に送液される。

Ｓ１０５：送液を停止するステップである。

Ｓ１０６：大気開放弁１１を開放するステップである。

制御部９９は、大気開放弁１１を開放する信号を送り、大気開放弁１１を開放する。大気開放弁１１を開放することにより、プランジャー１８の移動によって低下した空間３５の圧力は大気圧と同じになり、微細流路３０内の液体には圧力がかからなくなる。本発明ではこのようにポンプ１０を停止させるとともに、大気開放弁１１を開放して空間３５の圧力を上昇させ、微細流路３０内の液体に圧力がかからないようにするので、微細流路３０内の液体を所望の位置に停止させることができる。

Ｓ１０７：大気開放弁１１を閉鎖するステップである。

送液の手順の説明は以上である。

図９は、本発明の第２の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図、図１０は第２の実施形態に係る三方弁２５の構成を説明する断面図である。

本実施形態は、図３で説明したチャネル切替弁１７を、大気側に開放された開口５０を有する三方弁２５に置き換えたものであり、その他の構成は第１の実施形態と全く同じである。また、図５で説明したマイクロチップ１から空気を吸引して送液する場合は、図５のチャネル切替弁１７を三方弁２５に置き換えた構成にすれば良い。三方弁２５は本発明の圧力開放手段である。

図１０の断面図のように、三方弁２５の開口５０につながる流路には弁４４が設けられており、実線で示す弁４４は開口５０を閉鎖した状態を示している。この状態では連結部１５と連結部１６の流路は連通している。

制御部９９からの信号により弁４４が図９の点線で示す位置に移動すると、ポンプ１０につながる流路は閉鎖され、マイクロチップ１につながる連結部１６の流路と開口５０は連通する。

第２の実施形態の反応検出装置８０の回路と第１の実施形態の反応検出装置８０の回路の違いは、図６に示す第１の実施形態の回路ブロック図のチャネル切替弁１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが三方弁２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄに置き換わった点だけである。制御部９９はプログラムに従って三方弁２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄの弁４４を開閉する。

図１１、図１２は本発明の第２の実施形態において、反応検出装置８０の送液の手順を説明するフローチャートである。図１１は、ポンプ１０から空気をマイクロチップ１に注入して、微細流路３０の液体を送液する例、図１２は、マイクロチップ１からポンプ１０に空気を吸引して、微細流路３０の液体を送液する例である。最初に、図１１の例を説明する。なお、マイクロチップ１は所定の位置まで挿入され、温度調節ユニット３は反応検出装置８０の電源投入時に通電され、所定の温度になっているものとする。

Ｓ２００：大気開放弁１１を開放するステップである。

Ｓ２０１：空間３５に空気を吸引するステップである。

Ｓ２０２：大気開放弁１１を閉鎖するステップである。

Ｓ２０３：三方弁２５を開放するステップである。

制御部９９は、検査の手順に従って、次に送液を行う微細流路３０に対応する三方弁２５の連結部１５と連結部１６の間の流路を開放する信号を送り、所定の三方弁２５の弁４４を図１０の実線の位置に移動させて開放する。

Ｓ２０４：送液を開始するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向に移動させ、開放した三方弁２５と連通する空気口１１０に空気を注入する。注入された空気により微細流路３０内の液体は送液される。

Ｓ２０５：送液を停止するステップである。

Ｓ２０６：三方弁２５のチップ側と大気側を連通するステップである。

制御部９９は、三方弁２５の連結部１６と開口５０との間の流路を開放する信号を送り、弁４４を図１０の点線の位置に移動させる。すると、三方弁２５の連結部１６と開口５０との間の流路が連通し、微細流路３０内の液体に圧力を加えていた空気は大気側に開放され、微細流路３０内の液体には圧力がかからなくなる。このようにして微細流路３０内の液体を所望の位置に停止させることができる。本実施形態では、三方弁２５と微細流路３０内の空気を大気側に開放し圧力を低下させるので、より短時間で圧力を低下させることができる。

Ｓ２０７：送液が終了したか、否か、判定するステップである。

送液が終了していない場合、（ステップＳ２０７；Ｎｏ）、ステップＳ２００に戻る。

送液が終了した場合、（ステップＳ２０７；Ｙｅｓ）、処理を終了する。

以上で第２の実施形態の送液の手順は終了である。

次に、ポンプ１０に空気を吸引して、微細流路３０の液体を送液する例を図１２を用いて説明する。なお、図１１で説明したポンプ１０から空気を送出する場合と手順は同じであり、同じ処理には同番号を付し説明を省略する。本実施形態では、図５のチャネル切替弁１７が三方弁２５に置き換えた構成で、マイクロチップ１から空気を吸引して送液する例を説明する。

Ｓ２００：大気開放弁１１を開放するステップである。

Ｓ２１１：空間３５から空気を排出するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向に移動させ空間３５から大気開放弁１１に空気を排出する。

Ｓ２０２：大気開放弁１１を閉鎖するステップである。

Ｓ２０３：三方弁２５を開放するステップである。

Ｓ２１４：送液を開始するステップである。

制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動制御し、プランジャー１８を図４の矢印Ｓ方向と反対方向に移動させ、開放した三方弁２５と連通する空気口１３０から空気を吸引する。空気を吸引することにより微細流路３０内の液体は送液される。

Ｓ２０５：送液を停止するステップである。

制御部９９は、三方弁２５の連結部１６と開口５０との間の流路を開放する信号を送り、弁４４を図１０の点線の位置に移動させる。すると、三方弁２５の連結部１６と開口５０との間の流路が連通し、微細流路３０内の液体に圧力を加えていた空気は大気側に開放され、微細流路３０内の液体には圧力がかからなくなる。このようにして微細流路３０内の液体を所望の位置に停止させることができる。本実施形態では、三方弁２５と微細流路３０内の空気を大気側に開放するので、より短時間で圧力を上昇させることができる。

送液の手順の説明は以上である。

以上このように、本実施形態によれば、正確にマイクロチップの送液制御を行える反応検出装置を提供することができる。

Claims

マイクロチップに形成された流路内の液体を、流路に加わる空気圧を変化させて該流路の所定の位置に移動させる反応検出装置において、
前記流路の空気を吸引または前記流路に空気を注入して前記空気圧を変化させるポンプと、
前記ポンプが前記空気圧を変化させる動作を制御する制御手段と、
前記制御手段からの指令に基づいて前記空気圧を大気側に開放可能な圧力開放手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記液体を停止させる時、前記ポンプの前記空気圧を変化させる動作を停止させるとともに、前記圧力開放手段を開放して前記空気圧を大気側に開放することを特徴とする反応検出装置。
前記圧力開放手段は、前記ポンプに結合されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の反応検出装置。
前記圧力開放手段は、前記ポンプと前記流路との間に前記ポンプと前記流路が連通可能に結合され、前記ポンプと連通する経路を閉鎖して前記流路に加わる空気圧を大気側に開放することを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の反応検出装置。