KR20010052741A - 분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 분석 장치는, 유동체형 시료 또는 유동체형의 시료 및 유동체형의 시약이 유동하는 모세관을 갖는 유기 폴리머 부재이고 개별적인 중량 수단을 사용하지 않고 모세관 내에서 시료에 대한 화학 반응을 수행할 수 있는 칩과, 검출 장치는 상기 화학 반응에 의해 발생된 피측정물에 여기광을 조사함으로서 시료와 시약의 부분적인 온도 변화에 의해 야기된 반응 지수 변화와 같은 물리량 변화를 측정하기 위한 광 열 변환 검출 장치인 검출 장치를 포함하며, POC 분석에 적합하고 저렴하고 단순하고 신속하게 분석할 수 있는 칩 폐기물 처리에 뛰어난 소형 분석기를 제공하는 것을 특징으로 한다.

Description

분석 장치{ANALYZER}

의료 진단에 필요한 측정을 환자 근방에서 행하는 베드사이드 진단용 분석[POC(pointofcare) 분석]이나, 하천이나 폐기물 중의 유해 물질의 분석을 하천이나 폐기물 처리장 등의 현장에서 행하는 것이나, 식품의 조리, 수확, 수입의 각 현장에 있어서의 오염 검사 등의 분석·계측이 필요해지는 현장, 혹은 현장의 근방에서, 분석·계측을 행하는 것(이하, 「POC 분석 등」이라 총칭함)의 중요성이 주목받고 있으며, 최근 이러한 POC 분석 등에 적용되는 검출법이나 장치의 개발이 중요시되고 있다. 이러한 POC 분석 등은 간편하게 단시간에, 또한 저비용으로 행해지는 것이 요구된다.

종래의 미량 분석법으로서는 시료를 모세관 가스 크로마토그래피(CGC), 모세관 액체 크로마토그래피 (CLC) 등으로 분리한 후, 질량 분석계로 정량하는 GCMS 장치나 LCMS 장치가 널리 사용되어 왔다. 그러나, 이들 분석 장치는 질량 분석계가 큰 것 및 조작이 번거로운 것으로부터, 환자의 베드사이드나 오염 하천, 폐기물 처리장 근방 등의 측정 현장에서 사용하는 데는 적합하지 않다. 또, 혈액 등을 시료로 하는 의료 진단 용도의 분석 장치는 시료가 닿는 부분을 일회용으로 하는 것이 바람직하다.

이들 문제점을 해결하기 위해, 종래 이용되어 온 분석 장치를 소형화하고, 또한 전기 영동을 실시하기 위한 모세관을 포함하는 수㎝각 정도의 크기의 칩을 이용하여, 시료의 분리나 반응을 행하고, 미량 분석을 간단하게 행하는 것을 목표로 한 μTAS(micro total analysis system)라 총칭되는 분석법의 개념이 제창되고 있다[Sensors and Actuators, B1(1990), 244-248, A. Manz 외). 이 μTAS는 시료의 양, 성분의 검출에 필요한 시약의 양, 검출에 이용한 소모품 등의 폐기물이나 폐액의 양이 모두 적어지는데다가, 검출에 필요한 시간도 단시간으로 끝난다고 하는 이점이 있다.

μTAS는 상술한 칩, 분석 수단에 더하여, 칩 내에서의 액체, 기체(이하,「유동체」라 칭함) 등으로 이루어지는 시료, 시약류의 반송을 위한 수단, 또한 이들의 반응 등을 행하게 하기 위한 수단 등으로 구성되어 각각에 대해 연구가 진행되고 있다. 그러나, 각각 후술하는 바와 같은 문제점이 있으며, 이들을 조합한 종합적인 μTAS는 아직 완성되어 있지 않은 것이 현재 상황이다.

예를 들어, 모세관을 형성하는 재질은 높은 정밀도로 미세 가공을 할 수 있는 유리나 실리콘이 일반적이지만(일본국 특허 공개 공보 평2-245655호 등), 가공 비용이 높고, 또한 깨어지기 쉬워 취급에 주의를 요하는 등의 문제도 갖는다. 또한, 상기한 바와 같이 의료 진단 용도 등에서는 혈액 등의 환자 유래의 시료가 닿으므로, 칩은 디스포저블로 하는 것이 바람직하지만, 유리나 실리콘 등의 소재는 불연물이며 폐기 처리 상으로도 문제를 갖는다. 이러한 유리나 실리콘 등을 이용할 때의 문제점의 개선을 목표로 한 연구로서, 수지로 칩을 작성하는 방법[R M Mccormick et. a1./Anal. Chem. Vo1. 69, No. 14(1997) 2626-2630, 일본국 특허 공개 공보 평2-259557호, 일본국 특허 제2639087호(97. 4. 25 등록, 시마즈 제작소)]도 제안되어 있다. 그 수지 칩의 제작법으로서는 우선, 반도체의 미세 가공 기술을 응용하여 Si-Wafer 표면을 가공한 후, Ni를 전기 주조하여 Si를 용해 등에 의해 제거하여 수지 가공의 마스터를 제작하고, 그리고 상기 마스터를 모(母)형으로서, 아크릴 수지 등을 사출 성형하여 칩을 성형하는 방법 등이 있다[Analytical Chemistry 69, 2626-2630(1997) (Aclara Biosciences)].

이와 같이, 수지제의 칩은 폐기성, 양산성 등이 우수하지만, 유리나 실리콘 등의 칩과 같이 그 칩 내의 물질을 검출하는 수단으로서 종래의 검출 장치에서 이용되는 형광법, 흡광도법 등을 채용하는 경우는 이하에 기술하는 과제를 포함하고 있다.

이하에, 검출 장치를 중심으로 종래 기술을 더 설명한다.

모세관 내를 흐르는 시료의 분석 방법은 형광 분광법(예를 들어 S. C. Jacobson, et. a1., Anal. Chem. Vo1. 66, 14127-41321 1994, 일본국 특허 공개 공보 평성2년 제245655호), 흡광도법(예를 들어 N. Kuroda, et. a1., J. Chrom atogr., Vol. 798, 325-334, 1998), 화학 발광법(예를 들어 M. F. Regehr, et. al., J. Capillary Electrophor, Vol. 3, 117-124, 1996) 등이 일반적이다.

상기 중, 화학 발광법, 형광법은 피검출 물질이 산화제 등의 촉매의 존재에 의해 여기 상태의 화합물이 되며, 이 상태에서 기저 상태가 될 때의 에너지(형광법의 경우는 여기 화합물과 공존하는 에너지 수용체에 에너지를 트랜스퍼하고, 이 수용체의 여기 상태로부터 기저 상태로 옮길 때의 에너지)가 빛으로서 방출되는 것을 검출하는 것이다. 한편, 흡광도법은 피검출 물질을 포함하는 용액에 빛을 입사하여 투과광 강도를 측정하고, 그 입사광 강도에 대한 투과광 강도의 비를 구하는 것이다. 감도적으로는 일반적으로 흡광도법, 형광법, 화학 발광법의 순으로 고감도라 일컬어진다.

주된 화학 발광 반응으로서는, 루미놀, 루시게닌 등에 의한 방법이 예로부터 알려져 있다. 또한, 화학 발광 반응은 신속하고 고감도인 검출에 광원을 필요로 하지 않으므로 장치가 비교적 저렴한 등의 이점을 가지지만, 발광의 감쇠가 급속해 사용하는 시약이 불안정, 백그라운드가 높은 등의 결점을 갖는다.

형광법도 마찬가지로 반응계가 예로부터 알려져 있는 이점은 있으나, 광학계로서 여기광 광원이나 여기광과 형광을 분리하는 광학 필터 등이 필요해진다.

또한, 이들의 발광 현상을 이용하는 방법에서는 방사되는 빛이 사방으로 발산하므로 수광 효율이 좋지 않다고 하는 문제점이 있다. 형광법의 경우는 형광을 발하는 수율이 낮은 것, 및 측정 대상 물질을 한정된 형광 물질로 변환하는 반응계의 구축이 필요하므로 범용성이 높지 않다.

특히, 의료 진단을 위한 임상 검사에 있어서는 학회 등이 정한 표준 분석법에서의 측정치에 통일해 가는 방향이므로, 대폭적인 측정계의 변경은 문제를 야기할 가능성이 있다.

또한, 흡광도법은 원리적으로 입사광과 투과광의 비를 검출하므로, 고정밀도의 결과를 얻기 위해서는 광로 길이를 길게 할 필요가 있으며, 특히 미량 시료를 검출하기 위해서는 긴 광로를 얻기 위해 검출 셀의 구조가 복잡해지는 결점을 갖는다.

이와 같이, 큐벳 등을 사용하는 종래의 흡광도법이나 형광법에서의 검출은 비교적 소형의 장치로 가능하지만, POC 분석 등으로의 응용을 목표로 하는 모세관을 구비한 칩에서의 측정은 모세관의 직경이 작아지므로 짧은 광로 길이밖에 취할 수 없어 낮은 감도밖에 얻을 수 없다.

광로 길이를 길게 취하기 위해, 모세관에 수직으로 빛을 닿게 하는 것이 아니라, 흐름 방향으로 빛을 닿게 하는 방법도 제안되어 있으나(예를 들어 일본국 특허 공개 공보 평성8-304339호), 평면 칩에 형성된 모세관에서는 유동 방향의 검출은 용이하지 않고 칩 구조 및 검출부의 구조가 복잡해진다고 하는 문제를 갖는다.

미량 성분의 별도의 검출법으로서, 여기광으로 액체 중의 시료를 여기하여 소위 열 렌즈를 형성시켜, 검출광으로 그 열 렌즈의 변화를 측정하는 광열 변환 검출법(열 렌즈 검출법)이 이전부터 알려져 있다(일본국 특허 공개 공보 소60-174933호, A. C. Boccara et. a1., Appl. Phys. Lett. 36, 130, 1980).

광열 변환 검출법에서는 여기광에 의해 0.1㎛ 내지 1㎜ 정도 두께의 열 렌즈를 형성시킨다. 광로 길이가 충분히 길고, 예를 들어 1㎝ 정도로 떨어지는 경우에는 광열 변환 검출법은 흡광도법이나 형광법에 비해, 여기광과 검출광의 통상 2종류의 광원이 필요한 것 등으로부터 일반적으로는 이용되고 있지 않다. 또한, 여기광, 검출광은 보통, 동축으로 하여 모세관에 입사되므로, 장치를 복잡화시키는 요인이 되고 있다. 단, 두개의 레이저를 동축으로 하지 않고, 교차 혹은 대향시키는 방법[J. Liquid Chromatography 12, 2575-2585(1989), 일본국 특허 공개 공보 평10-142177호(분자 파이오호트닉스)]이나, 한개의 레이저를 분기하여 사용하고, 광열 변화에 의한 촛점 위치 변화 그 자체를 검출하고 있는 것[일본국 특허 공개 공보 평4-369467호(요코가와 덴끼)]도 제안되어 있다.

Ar 레이저와 He-Ne 레이저를 이용한 광열 변환 검출법의 예로서 유리 평판 위에 시료를 얹고, 다른 한장의 유리판에 끼워 넣는 것[Anal. Chem. 65, 2938-2940(1993)]이 있다.

또, 모세관을 구비한 평판 칩의 외부로부터 펌프에 의해 송액하는 분석 장치에 적용한 예도 있다.(분석 번호. 4, 280-284, 1997, M. Harada, et. al., Anal. Chem. Vol. 65, 2938-2940, 1993, 가와니시, 외. 일본 분석 화학회 제44회 강연 요지집, p119, 1995 등).

이들 광열 변환 검출법은「분자를 몇 개 검출할 수 있을까」등의 국소(局所)에서의 절대 감도의 향상을 주목적으로 하고 있다. 따라서, 가능한 한 레이저를 조여, 작은 체적에 여기광을 집중시켜 그 미소 공간에 발생하는 열 렌즈를 검출하는 방법이 주이다.

또한, 이들 예 중에는 칩 내에 반응조, 유체 제어 소자, 검출부 등의 화학 반응계를 집적하는 구상을 도시한 것[일본 기계 학회지 100, 615-617(1997), 센서·액튜에이터/위크 '97 종합 심포지움 요지집「마이크로 센서」Session 3, P19-P23(1997. 4. 17)]도 보인다. 또, 이들의 예에서는 모세관을 형성하기 위해, 그 표면에 홈을 새기는 소재로서 유리가 사용되고 있다.

칩의 소재로서 실리콘이나 유리를 사용하는 경우는 유리, 석영 혹은 Si 기판에 에칭 보호막(Cr 등)을 진공 증착 등의 방법으로 수천 옹스트롱의 두께로 막을 만들고, 그 위에 패터닝 레지스트를 스피너를 이용하여 도포한다. 그 후, 포트리소용 마스크를 이용하여, 자외광으로 레지스트를 노광하고, 계속해서 현상(미경화 부분을 용제로 제거)하여 원하는 형상으로 패터닝한다. 다음에, 패터닝된 레지스트를 에칭 마스크로 하여, 에칭 보호막을 페리시안화 칼륨 수용액 등으로 용해 제거하여 패터닝한다. 계속해서, 패터닝된 레지스트 및 에칭 보호막을 마스크로 하여, 기판을 예를 들어 불산 수용액에서 에칭하여 홈을 형성한다. 그 후, 레지스트 및 보호막을 에칭 제거한다. 또한, 상기 기판과는 별도로, 초음파 가공 등의 방법으로 관통 구멍을 뚫은 유리 등의 기판을 준비한다. 마지막으로, 홈 가공된 기판과 관통 구멍이 뚫린 기판을 홈을 내측으로 하여 맞추고, 예를 들어 진공로 중에서 가열(유리 기판끼리의 경우에는 600도 정도로 수시간 가열)한 후, 자연 냉각함으로써 융착하여 만들 수 있다.

이상 서술한 바와 같이, 유리에서는 칩을 만들기 위해서는 반도체 집적 회로를 만드는 기술을 발전시킨 방법(포토리소그래피 기술과 에칭 기술의 조합)에 의해, 1장씩 평판 유리 상에 홈을 형성해야만 된다. 또, 제조 공정에 있어서, 많은 유해한 약품을 사용하는 동시에, 제조 공정이 길고, 또한 반도체 제조 등에 이용되는 고가의 대형 설비를 필요로 한다. 또, 유리제의 상기 칩은 깨지기 쉬워 취급에 주의를 요하는 등의 문제도 갖는다.

그리고 또한, 의료 진단 용도 등에서는 혈액 등의 환자 유래의 시료가 닿게 되는 경우도 있으며, 상기 칩은 디스포저블로 하는 것이 바람직하지만, 유리 소재는 불연물이며 폐기 처리면에서도 문제를 갖는다. 이로 인해, 저렴한 것이 요구되는 POC 분석 등에의 응용에는 적합하지 않다.

한편, 의료 진단을 위해, 혈액, 뇨, 수액 등 생체에 유래하는 시료 중의 여러가지 물질에 대해, 그 농도를 정량적으로, 혹은 정성적으로 검출하는 것이 널리 행해지고 있다. 생체에 유래하는 시료 중의 검출 대상으로서는 GOT, GPT, γ-GTP, ALP 등의 효소 활성이나, 토탈 콜레스테롤, 트리글리세라이드, 글루코스, 헤모글로빈 A1c(HbA1c), 나아가서는 크레아치닌 카이네스, C 반응성 단백(CRP), 사이트카인류 등의 단백, 또 균이나 바이러스 유래의 항원이나 그에 대한 항체 등을 들 수 있다.

이들 검출 대상 물질의 검출은 시료와, 검출 대상 물질에 특이한 효소나 항체를 반응시킴으로써, 검출 대상 물질을 최종적으로 흡광도, 형광, 화학 발광 등으로 검출할 수 있는 물질(발색 색소, 형광 물질, 발광 물질 등)로 변환하고, 그 최종 물질을 정량함으로써 행하고 있다[Ogawa, Z.,등 임상 검사, 14:981(1997), Kanno, T. 임상 검사, 42:309(1998)].

이들의 검출 반응은 시료와 한 종류 이상의 시약 용액을 각각 일정량씩 체크하여 혼합하고, 일정 시간 소정 온도로 반응시킴으로써 행해진다.

큰 병원의 중앙 검사실이나, 검사 회사에서 채용되어 있는 자동 분석기에서는 자동 피펫에 의해, 일정한 체적 또는 중량의 시료 및 시약 용액을 각각 체크할 수 있다. 또한, 수작업에 의한 분석에서도, 검사자가 피펫이나 정량 모세관 등으로 일정량을 체크할 수 있다.

식품의 오염 검사도 대략 마찬가지이다(일본국 특허 공개 공보 평4-64063호, 식품 오염균의 검출법).

환경 오염 물질을 정량하는 경우도, 하천수나 토양 추출물을 시료로 하여, 여러가지의 시약을 반응시키고, 대상 물질을 검출하는 경우가 많다(일본국 특허 공개 공보 평9-72898호, 토양의 분석 방법).

이러한 검출을 위한 반응을 칩 중에서 행하는, 즉 칩 내에서 어떠한 반응 시약이나 표지 시약과 시료를 혼합하여 반응시키고, 그 반응 후의 시료를 분석하는 방법으로서는 이하와 같은 방법이 있다.

그 하나는 시료 및 시약 용액의 소정량을 칩 밖에서 체크하고 나서 칩 내로 주입하는 방법이다. 또한, 칩 내에 매스실린더와 같은 소정 체적의 유로(액체 저장소)를 마련하여, 펌프와 밸브의 조합에 의해 또는 전계 인가에 의해 정밀도 좋게 송액을 제어함으로써, 시료 및 시약 용액을 칩 내에서 체크하여 혼합하는 방법(예를 들어 A. Manz et al., Trends Anal. Chem., Vol. 10, 144, 1991)도 있다. 또, 시료와 시약 용액을 반응 챔버에 유입시켜, 혼합하여 반응시킨 후, 일정량을 체크하여 성분을 분리하고, 분리한 각 성분을 정량 분석하고 있는(S. C. Jacobson et. al., Anal. Chem., Vol.6, 4127, 1994) 방법도 있다. 어떠한 방법에 있어서도, 시료 및 시약 용액, 또는 그 혼합물을 체크하는 공정이 필요하며, 일정 유량비로 연속적으로 송액하면서 분석하는 방법은 제안되어 있지 않다.

한편, 칭량(秤量) 조작을 하는 일 없이, 소정의 비율로 2가지 액을 혼합하는 개념도 제안되어 있다[US5785831(HP), 일본국 특허 공개 공보 평8-261986호 (US5785831의 일본 국내 특허)]. 그러나, 단순히 분기 유로에서 2가지 액을 혼합하는 것으로써, 연속적으로 소정의 화학 반응을 행하고, 특정한 물질의 검출에 이용한다고 하는 개념은 포함되어 있지 않다. 마찬가지로, 서로 소정의 유속으로 접하는 2개의 층류 사이에서, 그 계면 부근에서의 상호 작용을 이용하는 방법도 제안되어 있다(W09739338, USP5716852, W09747390). 그러나 이 경우도, 기본적으로 각각에 포함되는 입자, 분자의 크기의 차이에 의한 확산 속도의 차이를 이용하여 필요한 분자, 입자만을 추출, 혹은 계측하는 수단으로써, 소정의 화학 반응을 실시하는 것은 아니다.

또한, 칭량 조작을 하는 일 없이, 필요한 화학 반응을 행하는 예[J. Micromech. Microeng. 4, 246-256(1994), Verpoorte E.M.J.,//Manz A., de Rooij N. F. INTERFACIAL DESIGN AND CHEMICAL SENSING Chapter21 p244-254, America Chemical Society(1994)]도 있다. 즉, 홈을 그 표면에 갖는 실리콘제 칩을 복수매 겹쳐 모세관을 형성하고, 그 모세관에 펌프에 의해 반응 시약액을 일정 유속으로 반송함으로써, 그 모세관 속에서 시료액과 반응 시약액을 소정의 비율로 혼합 및 반응시키는 것이다.

그러나, 이 방법은 소정의 비율로 시료액과 반응 시약액을 혼합할 뿐이며, 실제의 실시 공정으로서는 혼합조에 소정의 비율로 시료액과 반응 시약액을 투입하는 배치식(batch type)과 큰 차이는 없다.

또한, 이러한 칩을 복수매 겹친 구조에서는 유로는 삼차원 구조이므로, 유로를 순차적으로 거슬러 올라가 여러가지의 반응 시간에 있어서 측정치를 얻는 것은 어렵다. 즉, 효소 반응의 엔드포인트에서의 정량은 가능하지만, 반응 속도로부터 효소량을 구하는 레이트 어세이에서의 정량은 곤란하다.

분석 장치에 대해서는 모세관을 구비한 칩이 제안되는 등, 최근은 POC 분석 등을 목표로 한 연구 개발이 행해지고 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 모세관을 구비한 칩의 재질은 높은 정밀도로 미세 가공이 가능한 유리나 실리콘이 일반적이다. 그로 인해, 가공 비용이 높고, 또한 깨어지기 쉬워 취급에 주의를 요하는 등의 문제도 있다. 또한, 의료 진단 용도 등에서는 혈액 등의 환자 유래의 시료가 닿는 경우도 있으며, 모세관을 구비한 칩은 디스포저블로 하는 것이 바람직하지만, 유리 소재는 불연물이며 폐기 처리면에서도 문제를 갖는다.

또한, 유로 장치와 검출 장치를 합친 분석 장치로서 생각한 경우, 발광 현상을 이용하는 방법에서는 방사되는 빛이 사방으로 발산하므로 수광 효율이 좋지 않다.

발광 현상을 이용하는 것 중, 화학 발광 반응은 신속해 고감도이며, 검출은 광원을 필요로 하지 않으므로 장치가 비교적 저렴한 등의 이점을 갖지만, 발광의 감쇠가 급속하며, 시약이 불안정, 백그라운드가 높은 등의 결점을 갖는다.

또한, 형광법도 마찬가지로 반응계가 예로부터 알려져 있는 이점은 있지만, 광학계로서 여기광 광원, 여기광과 형광을 분리하는 광학 필터 등이 필요해진다.

또, 형광법은 형광을 발하는 수율이 낮은 등의 이유로부터, 본 발명에서 이용되는 바와 같은 미세한 모세관 내의 미량 시료의 검출을 행하는 경우에는 적합하지 않다.

또한, 흡광도법은 원리적으로 입사광과 투과광의 비를 검출하므로, 고정밀도의 결과를 얻기 위해서는 광로 길이를 길게 할 필요가 있으며, 특히 미량 시료의 검출을 위해서는 긴 광로를 얻기 위해 검출 셀의 구조가 복잡해지는 결점을 갖는다.

이와 같이, 본 발명에서 이용되는 바와 같은 미세한 모세관 내의 미량 시료를 검출하는 분석 장치에 있어서, 취급이 용이하고, 경제성이 우수하며, 또한 고감도 분석이 가능하고, 또한 소형화가 가능한 분석 장치는 없으며, POC 분석 등에 적합한 분석 장치가 요구되고 있는 것이 현재 상황이다.

한편, 혈장만을 이용하여 고체 시약(시약의 동결 건조품, 또는 종이나 섬유에 시약을 소정량 함침시킨 것 등)을 시료에 용해함으로써, 혈당치 등을 검출할 수 있는 검출지도 시판되고 있다. 이러한 고체 시약은 시약을 체크할 필요가 없어 간편은 하지만, 액형의 시약과 비교하여 정량 정밀도가 떨어진다고 하는 문제가 있다.

또, 검출을 위한 반응을 행하기 위해, 시료 및 시약을 칩 밖에서 체크하여 칩에 주입하는 방법에서는 시간이 걸리는 데다가, 칩 이외에 폐기물이 발생한다. 또한, 사람이 시료 및 시약을 체크할 수 없는 경우는 칩 밖에 칭량 시스템이 필요해지므로, 장치 전체가 거대해진다. 또한, 칩 내에 시료 및 시약을 체크하기 위한 유로를 마련할 필요가 있으므로, 칩 내의 유로가 복잡해져 고비용화된다. 또한, 칩 내외를 막론하고, 시료 및 시약을 체크하는 조작이 들어가면, 분석의 공정이 복잡해진다고 하는 결점을 가지고 있다. 또한, 종래의 기술은 배치식의 시료 처리나 검출이므로, 연속적이고 또한 시간을 정밀하게 제어할 필요가 있는 각 공정의 타이밍을 맞추는 수단이 별도로 필요해진다.

본 발명은 미량 시료의 분석, 검출을 간편하게 행하는 분석 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 광열 변환 검출법에 의거하는 분석 장치의 열 렌즈 검출부의 모식도이다.

도2는 본 발명의 광열 변환 검출 장치의 구성도이다.

도3은 일정량의 샘플링을 목적으로 한 유로 패턴(-1)이다.

도4는 일정량의 샘플링을 목적으로 한 유로 패턴(-2)이다.

도5는 본 발명의 복수의 유동체 끼리를 합류시킴으로써 희석, 혼합 등을 행하게 하는 유로의 모식도(-1)이다.

도6은 본 발명의 복수의 유동체 끼리를 합류시킴으로써 희석, 혼합 등을 행하게 하는 유로의 모식도(-2)이다.

도7은 본 발명의 복수의 유동체 끼리를 합류시킴으로써 희석, 혼합 등을 행하게 하는 유로의 모식도(-3)이다.

도8은 본 발명의 복수의 유동체 끼리를 합류시킴으로써 희석, 혼합 등을 행하게 하는 유로의 모식도(-4)이다.

도9는 사출 성형에 의해 성형된, 표면에 유동체가 흐르는 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제의 판형 부재의 홈 패턴을 도시한 도면(-1)이다.

도10은 한쌍의 유기 폴리머제의 판형 부재를 맞대어, 도전성 잉크로 배선과 액체 저장용 전극 및 검출 장치 내의 전원 단자 접속용 전극을 인쇄한 칩을 도시한 도면(-1)이다.

도11은 도10의 a-a'선에서의 단면도이다.

도12는 합류점에 있어서, 직각으로 측류가 합류함으로써 2개의 시약류를 합류시키는 유로의 도면이다.

도13은 합류점에 있어서, 예각적으로 측류가 합류함으로써 2개의 시약류를 합류시키는 유로의 도면이다.

도14는 2개 이상의 합류점에 있어서, 2개 이상의 시약류를 합류시키는 유로의 도면이다.

도15는 폴리머 기재의 레이저 광의 흡수율 및 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 측정한 결과를 도시한 도면이다.

도16은 표면에 유동체가 흐르는 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제의 판형 부재를 성형하는 금형 장치의 단면을 도시한 도면이다.

도17은 본 발명의 표면에 유동체가 흐르는 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제의 판형 부재를 성형하는 금형의 금형 표면부에 가공된 홈으로 이루어지는 유로를, 성형(전사)하기 위한 미세 형상을 도시한 평면도(a)와, 그 미세 형상의 a-a'선 단면의 형상을 도시한 단면도(b)와, b-b'선 단면의 형상을 도시한 단면도(c)이다.

도18은 사출 성형에 의해 성형된, 표면에 유동체가 흐르는 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제 판형 부재의 홈 패턴을 도시한 도면(-2)이다.

도19는 한쌍의 유기 폴리머제의 판형 부재를 맞대어, 도전성 잉크로 배선과 액체 저장용 전극 및 검출 장치 내의 전원 단자 접속용 전극을 인쇄한 칩을 도시한 도면(-2)이다.

도20은 도19의 c-c'선에서의 단면도이다.

도21은 실시예에 있어서 사용된 열 렌즈 검출 장치의 모식도이다.

도22는 열 렌즈 검출 장치의 모세관에 대한 레이저 촛점 위치와 열 렌즈 검출법에 의한 출력과의 관계를 도시한 도면이다.

도23은 사출 성형에 의해 성형된, 표면에 유동체가 흐르는 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제의 판형 부재의 홈 패턴을 도시한 도면(-3)이다.

도24는 한쌍의 유기 폴리머제 판형 부재를 맞대어, 도전성 잉크로 배선과 액체 저장용 전극 및 검출 장치 내의 전원 단자 접속용 전극을 인쇄한 칩을 도시한 도면(-3)이다.

도25는 도24의 a-a'선에서의 단면도이다.

도26은 제3 실시예에 있어서의 콜레스테롤의 농도와 열 렌즈 검출법에 의한 출력과의 관계를 도시한 도면이다.

도27은 제4 실시예에 있어서의 콜레스테롤의 농도와 열 렌즈 검출법에 의한 출력과의 관계를 도시한 도면이다.

본 발명의 분석 장치는 취급이 용이하고, 복잡한 구조를 얻을 수 있어, 안전성, 폐기성이 우수하고, 또한 양산성에도 우수한 모세관을 구비한 칩과, 소형화가 용이하고, 또한 미량 성분의 고감도 검출이 가능한 검출 장치로 이루어진다. 그리고, 시료나 시약의 칭량 등을 별도로 행하는 일 없이, 칩의 모세관 내에서만 소정의 혼합이나 화학 반응을 행하고, 또한 전체 공정에 걸쳐 각 공정의 미묘한 타이밍을 맞출 필요가 없는 조작성이 우수한, 조밀하면서 저렴한 분석 장치의 제공을 목적으로 한 것이다.

본 발명은 유동체가 흐르는 모세관을 구비한 칩의 기재(基材)로서, 적어도 일부에 유기 폴리머를 이용하고 있다. 치수 정밀도가 양호하게 성형되는 유기 폴리머제의 칩은 미량 분석에 적합한 동시에, 저렴하게 제조 가능하며, 또한 소각에 의해 용이하게 폐기 처리할 수 있어, 디스포저블용 칩으로서 유용하다. 다시 말하면, 취급이 용이하고, 복잡한 구조를 얻을 수 있어 안전성이 우수하고, 또한 양산성에도 우수하다.

또한, 본원 발명에 있어서는 유기 폴리머제 칩에 형성된 모세관 중의 유동체형의 시료 및 유동체형의 시약의 유량을 각각 소정의 값으로 제어하여 연속적으로 흘림으로써 유동체형의 시료와 유동체형의 시약을 소정의 유량 비율로 합류시킨다. 합류 후, 소정의 유속 하에 있어서, 혼합, 반응에 필요한 시간 경과에 필요 또한 충분한 길이의 모세관을 부여함으로써, 혼합, 희석, 화학 반응 등 소정의 조작을 행한다. 이 수단에 의해, 복수의 유동체의 혼합, 희석 등 소정의 조작을 칭량을 (칩 내외를 막론하고) 행하는 일 없이 실시할 수 있고, 필요한 화학 반응 등을 정밀도 좋고, 간편하게 또한 전체 공정에 걸쳐 각 공정의 미묘한 타이밍에 맞출 필요 없이 실시하는 것을 가능하게 했다.

또한, 상기 수단에 의해 생성된 반응 후의 생성물에 대해, 대물 렌즈 등으로 조인 여기광을 조사하면, 여기, 흡수에 의한 부분적인 온도 변화(광열 변환 효과)에 수반하는 물리량 변화, 보다 구체적으로는 굴절율 변화를 발생한다. 이 굴절율 변화를, 여기광에 덧붙여 조사되는 검출광 등을 이용하여 계측하는 검출 장치(열 렌즈 검출 장치)를 본 장치에 구비함으로써, 종래 기술에서는 칩의 상하 폭 정도(각도는 반드시 칩면에 수직일 필요는 없음), 즉 홈의 깊이 정도(1 내지 1000㎛ 정도)가 짧은 광로 길이로 인해 계측이 곤란했던 피검출물의 농도 등의 측정이 가능해졌다.

그러나, 종래 이용된 열 렌즈 검출법은 미소 공간의 물질을 검출하는 범용법이지만, 분자수를 최저 몇 개로부터 검출할 수 있을까 하는 절대 감도를 높이기 위해, 여기광을 대물 렌즈 등으로 가능한 한 교축하여 시료 용액에 집광하고, 형성되는 열 렌즈의 두께가 작아지도록 하고 있다.

예를 들어, 종래의 열 렌즈 검출법 중, 가와니시 외에 의한「유리 기판상의 마이크로 채널과 현미 열 렌즈 분광법을 이용한 집적화 액상 화학 분석 시스템의 개발(I)」(일본 분석 화학회 제44회 강연 요지집 p119, 1995)에서는 현미경의 배율을 70배로 함으로써 초점 부근에서의 여기광의 빔 직경은 약 4㎛가 되며, 배율을 280배로 하면 여기광의 빔 직경을 서브미크론에까지 교축할 수 있다고 기재되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 열 렌즈 검출법에서는 시료 용액의 일정 체적당의 물질량을 정량한다고 하는 농도 감도는 낮다.

의료 진단이나 환경 분석등에서는 절대 감도가 아닌 농도 감도가 높은 것이 중요하다. 그래서, 본 발명자들은 종래의 열 렌즈 검출법과는 달리, 여기광의 집광도를 낮추어 유로 단면적 정도로 열 렌즈를 넓힘으로써 농도 감도를 올려 안정된 전기 침투류가 가능한 정도의 소단면적의 모세관에 있어서도 고감도로 물질을 검출할 수 있는 것을 발견했다.

또한, 모세관을 구비한 유기 폴리머제 칩을 상술한 열 렌즈 검출 장치에 적용한 때, 칩의 재질에 의해, 열 렌즈 검출법에 의한 출력의 백그라운드 신호의 증대를 볼 수 있는 경우가 있었다. 종래 이용되어 온 유리 소재의 경우, 열 렌즈 검출법에 이용되는 레이저[예를 들어 He-Ne 레이저(파장 : 633㎚), Ar 레이저(파장 : 488㎚), 반도체 레이저(예를 들어 파장 : 780㎚)]의 반사분을 제외한 투과율이 99% 이상의 것이나, 대부분 100%에 가까운 것을 통상의 유통품으로서 입수하는 것은 용이하다. 따라서, 열 렌즈 검출법을 실시한 다음 문제가 발생하는 경우는 없었다.

그러나, 유기 폴리머에 관해서는 통상의 유통품은 첨가제, 가소제, 안정화제 등이 가해지고 있고, 유리와 같이 높은 투과율을 갖는 것은 일반적이지는 않다. 그로 인해, 열 렌즈 검출 장치에 적용할 수 있는 유기 폴리머 기재에는 제한이 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 열 렌즈 검출 장치에 대해 큰 영향을 부여하는 것은 여기광 등의 광로에 있어서의 여기광 등의 흡수이다. 그래서, 실험에 의해 그 흡수량의 허용 범위를 취득했다.

즉, 본 발명에 관한 분석 장치는 모세관 내에 유동체형의 시료, 혹은 유동체형의 시료 및 유동체형의 시약을 흘려, 상기 시료 중, 혹은 상기 시료 및 상기 시약의 혼합 유동체 내의 소정 성분을 분석하는 분석 장치로써, 적어도 일부가 유기 폴리머에 의해 구성되고, 상기 모세관을 구비한 칩과, 상기 소정 성분에 여기광을 조사하여 그 결과 발생하는 상기 모세관 내의 부분적인 온도 변화에 수반하는 물리량 변화를 측정하는 광열 변환 검출 장치로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 있어서의 유동체라 함은 액체, 기체 이외에, 유동성을 갖는 물(物)을 의미한다.

또한, 모세관 내에 흘리는 유동체형의 시료는 시료만을 흘려도 좋고, 혼합한 것이 유동체이면 유동체형의 캐리어와 혼합하여 흘려도 좋고, 유동체형의 시약과 혼합하여 흘려도 좋다.

혼합은 미리 행하고 나서 모세관에 공급해도 좋고, 각각 별도로 모세관에 공급하여, 모세관 내에서 혼합해도 좋다.

상기 칩은 적어도 한쪽이 그 판면에 홈을 구비하고, 적어도 한쪽이 유기 폴리머제인 한쌍의 평판형 부재를 상기 홈을 구비한 판면을 내측으로 하여 접합시킴으로써 구성할 수 있다.

또, 상기한 한쌍의 평판형 부재는 그 양방이 유기 폴리머제이더라도 좋으며, 혹은 그 한쪽만이 유기 폴리머제이더라도 좋다. 단, 상기 홈을 구비한 평판형 부재는 유기 폴리머제인 것이 바람직하다.

또한, 상기 물리량 변화를 굴절율 변화라 하면, 상기 광열 변환 검출 장치는 상기 굴절율 변화에 의해 형성되는 열 렌즈에 검출광을 입사시키고, 상기 열 렌즈에 의해 발생하는 상기 검출광의 변화를 측정하는 장치로 할 수 있다.

상기 칩을 구성하는 부재는 상기 여기광을 흡수하는 것에 의해서는 실질적으로 광열 변환 효과를 발생하지 않는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 칩을 구성하는 부재는 상기 여기광의 흡수율이 5% 이하인 것이 바람직하다.

또, 상기 모세관 내의 부분적인 온도 변화가 상기소정 성분을 분석하는 데 충분한 농도 감도를 얻을 수 있는 범위에서 발생하도록, 상기 여기광의 집광도가 조정되어 있는 것이 바람직하다.

단, 상기 여기광의 광축은 상기 시료 또는 상기 혼합 유동체의 유동 방향에 수직이며, 또한 상기 모세관 내의 부분적인 온도 변화를 상기 흐름 방향에 수직이고 상기 광축을 포함하는 단면에 있어서 상기 소정 성분을 분석하는 데 충분한 농도 감도를 얻을 수 있는 범위에 발생시키도록, 상기 여기광의 집광도가 조정되어 있는 것이 보다 바람직하다.

또, 상기 여기광의 광축은 상기 시료 또는 상기 혼합 유동체의 유동 방향에 대해 경사 방향이라도 좋다.

그리고, 상기 여기광의 집광도는 상기 모세관에 상기 여기광을 조사하는 대물 렌즈의 개구수로 조절할 수 있다.

또, 본 발명에 관한 분석 장치의 상기 모세관은 상기 시료를 흘리는 시료 유로와, 상기 측정을 행하는 유로를 갖는 것에 더해, 상기 시료 유로와 상기 측정을 행하는 유로 사이에, 적어도 하나의 시약 혼합 수단을 갖고,

상기 시약 혼합 수단은 상기 시약을 흘리는 적어도 하나의 시약 유로와, 상기 시료 유로측으로부터 흘러오는 유동체와 상기 시약 유로로부터 흘러오는 상기 시약과의 합류점과, 이 합류점보다 하류측에 설치되고, 상기 시료 유로측으로부터 흘러오는 유동체와 상기 시약 유로로부터 흘러오는 상기 시약을 소정 비율로 혼합하여 소정 시간 반응시키는 혼합 유로로 구성되고,

상기 시약 혼합 수단이 복수인 경우에는 각 시약 혼합 수단은 직렬 관계로 배치되고,

또, 상기 시료 유로 및 상기 시약 유로의 유량을 상기 혼합 비율에 따라서 조정하는 유량 조정 기구를 구비한 구성으로 할 수 있다.

이러한 구성의 경우, 상기 모세관은 상기 시료와 상기 시약이 연속적으로 흐르고, 상기 혼합 유로는 그 직전의 합류점에서 합류한 유동체가 소정의 유속하에서, 소정의 혼합 및 반응을 종료하기 위해 필요한 시간 유동하는 데 충분한 길이의 유로로 할 수 있다.

또, 상기 시료에 전압을 인가, 혹은 상기 시료 및 상기 시약에 따로따로 전압을 인가함으로써, 상기 시료, 혹은 상기 시료 및 상기 시약을 흘릴 수 있다.

또, 상기 시료는 생물학적 재료에 유래하는 시료로 할 수 있다.

또, 상기 칩을 상기 한쌍의 평판형 부재로 구성한 경우, 그 한쌍의 평판형 부재의 적어도 한쪽은 압축 성형법, 엠보스 성형법, 사출 성형법, 가스 존재하에서 수지의 유리 전이점을 낮추는 사출 성형법, 사출 압축 성형, 전자 유도에 의한 금형 표면 가열 사출 성형법 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해 성형된 유기 폴리머제의 평판형 부재로 할 수 있다.

이 경우, 상기 가스 존재하에서 수지의 유리 전이점을 낮추는 사출 성형법에 있어서 사용되는 가스는 탄산 가스를 적용할 수 있다.

이리하여, 본 발명에 관한 분석 장치는 칩 내에서 시료나 시약의 칭량을 행하는 일 없이, 소정의 혼합, 반응 등을 일으키게 한 후에, 광열 변환 검출 장치의 검출 시스템을 이용하여 소정 성분을 광열 변환 검출법으로 검출한다. 검출 방법으로서 광열 변환 검출법을 이용함으로써, 미량의 소정 성분의 고감도 검출이 가능하다. 또한, 칩 내외를 막론하고 칭량을 행할 필요가 없으므로, 조작성이 우수할 뿐만 아니라 장치의 소형화도 가능해졌다.

본 발명에 관한 분석 장치는 모세관을 구비한 칩과, 검출 장치로 이루어진다.

칩은 한쌍의 폴리머제의 평판형 부재로 이루어지며, 적어도 한쪽 표면에는 유동체가 흐르는 홈이 새겨져 있다. 이들 평판형 부재는 홈을 내측으로 하여 맞춤으로써 모세관을 형성한다. 이 모세관은 시료용 및 적어도 한 종류의 시약 용액용의 각각의 유로를 갖고, 또한 상기 유로가 순차 혹은 한번에 합류하는 합류점을 갖는다. 또한, 이 모세관은 상기 시료와 상기 시약 용액과의 혼합, 화학 반응에 필요한 소정의 길이 이상의 거리의 유로를 합류점의 하류측에 갖고, 또한 상기 유로가 측정을 행하는 유로에 연결하는 구조를 가지고 있다. 이들 시료, 시약 용액은 소정의 유량으로 송액되도록 제어될 필요가 있으므로, 상기 분석 장치는 그로 인한 구조를 가지고 있다. 즉, 상기 시료와 상기 시약 용액이 모세관 속을 소정의 유속으로 흐르는 구조이다.

그리고, 검출 장치는 여기광 및 검출광을 조사하는 기구를 구비하고 있고, 광열 변환 검출법[예를 들어, 분석 번호 4 280-284(1997)]에 의거하는 광학적 검출 시스템으로 이루어진다.

(폴리머 칩에 대해)

본 발명에 있어서는 평판형 부재의 표면에 구비된 홈의 단면 형상은 사각형, 삼각형 등의 다각형의 형상, 반원형, 반타원형 등, 특별히 제한되지 않는다. 또한, 칩이 종류가 다른 형상의 홈을 조합시켜 이루어지는 유로를 표면에 갖고 있어도 좋다. 홈의 상면(개방면)의 폭은 홈의 하면(바닥)의 폭과 동일하든지 또는 넓더라도 좋다. 또, 후술하는 광열 변환법에 의거하는 검출 수단을 보다 간편하게 정밀도 좋게 행하기 위해서는 홈 단면 형상이 사각형인 것이 바람직하다.

이 홈은 너무 지나치게 작으면, 미립자에 의해 흐름이 흐트러지는 원인이 된다. 또, 너무 지나치게 크면, 많은 유로를 하나의 평판형 부재의 표면에 만들 때, 평판형 부재의 면적을 크게 해야만 될 뿐만 아니라, 확산에 의한 혼합을 행할 때의 확산 거리의 점에서 문제가 발생한다. 그 때문에, 홈의 폭이 1 내지 1000㎛, 깊이가 0.1 내지 1000㎛, 단면적이 1 내지 1000000㎛²인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 폭이 2 내지 500㎛, 깊이가 1 내지 500㎛, 단면적이 2 내지 250000㎛², 더욱 바람직하게는 폭이 2 내지 200㎛, 깊이가 1 내지 200㎛, 단면적이 2 내지 40000㎛²이다.

본 발명의 유기 폴리머제 평판형 부재는 그 표면에 갖는 홈의 치수 정밀도는 특별히 구애받지 않는다. 그러나, 극미료 성분의 분석이나 정량 분석 등을 행한 다음에는 치수 정밀도는 우수한 것이 바람직하다. 즉, 홈의 치수 정밀도는 조작의 정밀도 및 개개의 분석 장치 사이의 재현성을 얻기 위해, 금형의 볼록 형상(성형에 의해 전사되고, 평판형 부재에서는 홈이 형성됨)에 대해, 폭 및 깊이에 있어서는 ±5% 이내, 단면적에 있어서는 ±7% 이내의 치수 정밀도(치수 전사 정밀도)를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 고정밀도의 정량 분석을 행하기 위해서는 폭 및 깊이가 ±2% 이내, 단면적이 ±4% 이내인 치수 정밀도를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 모세관을 구비한 칩은 그 적어도 한쪽이 표면에 유동체가 흐르는 홈을 갖는 2매의 평판형 부재를 초음파 융착, 열 융착, 핫멜트 접착제나 UV 접착제 등의 접착제에 의한 접착, 점착제에 의한 점착, 직접 또는 얇은 탄성 시트를 거쳐서의 압접 등의 방법으로, 상기 홈을 내측으로 하여 맞추어 만들 수 있다. 어떠한 경우도, 접합시의 기포의 혼입을 막기 위해, 진공계 속에서 압착할 수 있는 진공 라미네이터를 이용하거나, 중심부로부터 주변부를 향해 기포를 추방하면서 압착해 가는 방법 등을 이용하는 것이 바람직하다.

홈을 갖고 있지 않은 쪽의 평판형 부재(이후는「씌움판」이라 함)로서는 메타크릴 수지 시트, 폴리카보네트 시트, 폴리스틸렌 시트 등의 수지제의 평판형 시트 혹은 유리 시트(얇은 유리판) 등을 이용할 수 있다. 이들 시트의 두께는 빛의 흡수도의 문제 등의 후술하는 바와 같은 광열 변환 분석으로의 장해가 없으면, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 0.05 내지 수㎜ 정도가 바람직하다.

또한, 칩은 시료 또는 시약 등의 도입을 위해 및 전극을 붙이기 위한 개구부를, 접합시키는 2매의 평판형 부재 중 어느 한쪽에 관통 구멍으로서 가지고 있다. 관통 구멍은 평판형 부재의 각 유로의 단부에 만들어져 있든지, 또는 접합시키는 다른 1매의 평판형 부재 측의 상기 각 유로의 단부와 합쳐지는 부분에 만들어져 있는 것이 바람직하다. 관통 구멍의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 개구 직경은 0.1 내지 수㎜ 정도가 바람직하다.

홈을 갖는 평판형 부재에 이용되는 폴리머 기재의 재질의 선택에 있어서, 성형 가공성은 중요한 요소이다. 성형 가공성의 면에서 양호하게 사용할 수 있는 것은 일반 용융 가공 가능한 투명성 열가소성 수지, UV 경화나 열경화에 의해 얻어진 투명성 수지이다. 또, 표면에 홈을 갖는 평판형 부재를 대량으로 또한 저렴하게 성형 가공할 수 있는 점에서 전자가 양호하다. 그 중에서도 비결정성 열가소성 수지, 비결정성 수지가 주성분인 열가소성 폴리머 얼로이, 혹은 결정화도가 낮은 일부의 결정성 열가소성 수지가 양호하다. 특히 양호하게 사용할 수 있는 것은 경질 수지이며, 구체적으로는 폴리스틸렌, 스틸렌-아크릴로니트릴 공중합체 등의 스티렌계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 등의 메타크릴 수지, 폴리카보네이트(PC), 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐 수지, 폴리시크로헥사디엔, 폴리 에스테르 등이다.

또한, 1, 3 시크로헥사디엔계 중합체도 적합하게 이용된다. 1, 3 시크로헥사디엔계 중합체는 호모폴리머를 사용하는 것도 가능하지만, 공중합체를 사용할 수도 있다. 이 공중합체로서는 1, 3 부타디엔, 이소프렌, 1, 3 펜타디엔, 1, 3 헥사디엔 등의 쇄형 공역 디엔계 모노머, 스틸렌, α-메틸스틸렌, p-메틸스틸렌, 1, 3 디메틸스틸렌, 비닐나프타렌, 비닐스틸렌 등의 비닐 방향족계 모노머, 메타크릴산메틸, 아크릴산메틸, 아크릴로니트릴, 메틸비닐케톤, α-시아노아크릴산메틸 등의 극성 비닐 모노머 혹은 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드, 환상 락톤, 환상 락탐, 환상 실록산 등의 극성 모노머, 또는 에틸렌, α-올레핀계 모노머와의 공중합체를 들 수 있다. 이 경우의 공중합비는 중량비에서 1, 3 시크로헥사디엔모노머/코모노머 = 75/125 내지 100/0가 바람직하다. 광 투과성이 높은 시크로헥사디엔계 폴리머에 대해서는 일본국 특허원 평9-277045호 명세서 중에, 상세하게 기술되어 있다. 상기 폴리머는 소재로서, 200㎚ 이상의 파장의 흡수는 거의 없으며, 또한 비정성의 C-H 폴리머이므로, 단파 길이의 광원에 의한 검출도 가능하다.

이들 폴리머 기재를 이용하여 성형되는 본 발명의 칩은 칩을 구성하는 한쌍의 평판형 부재의 양방이 검출광을 투과하는 소재로 이루어지며, 양 평판형 부재의 적어도 한쪽이 여기광을 투과하는 소재로 이루어져 있다. 본 발명의 분석 장치는 이러한 칩과 광열 변환 검출 장치로 이루어짐으로써, 종래의 수지제 칩을 이용한 분석 장치에서는 측정이 곤란했던 자외 영역의 흡수밖에 갖지 않은 검출 대상 물질도, 고감도로 검출하는 것이 가능해 범용성이 높다. 이는 생체 물질 중에는 자외 영역의 흡수밖에 갖지 않은 것(즉, 인간의 눈에는 무색인 것)도 많으므로, 의료 진단용 분석에 이용하기 위해서는 매우 중요한 것이다.

여기서, 자외 영역의 흡수밖에 갖지 않은 물질의 분석에 대해, 약간의 보충 설명을 덧붙인다. 유기 폴리머(수지)는 칩 소재로서, 생산성, 비용, 폐기물 처리 등의 점에서 유리보다도 우수하다. 그러나, 유기 폴리머는 일반적으로는 자외 영역에서 흡수가 있다. 그로 인해, 일반적인 검출법인 흡광도법으로 대상 물질을 검출하고자 하면, 칩 소재에 의한 흡수가 커 정확한 측정치를 얻을 수 없다. 또한, 100㎛ 정도의 광로 길이에서는 칩 소재가 흡수하지 않는 파장을 이용하더라도 미량 성분의 검출은 곤란하다. 형광으로 검출하는 것도 가능하지만, 형광을 발하는 물질에 검출 대상이 한정되어 범용성이 부족하다.

그에 대해 광열 변환 검출법은 여기광조차 대상 물질에 흡수되면, 검출광의 파장은 유기 폴리머가 흡수하지 않은 파장을 자유롭게 선택하는 것이 가능하다. 한쌍의 평판형 부재로 이루어지는 칩에 있어서, 양방의 평판형 부재가 유기 폴리머에 흡수되지 않은 파장(일반적으로는 가시광)의 검출광에 대해『투명』하며, 또한 한쌍의 평판형 부재의 어느 한쪽이 대상 물질의 여기를 일으키는 데 충분한 여기광을 투과하는 투과도를 가지고 있으면, 범용적인 측정이 가능해진다. 구체적인 예로서 홈을 갖는 평판형 부재의 두께가 1 내지 5㎜ 정도이며, 이 평판형 부재에 접합시키는 평판형 부재(씌움판)가 500㎛ 정도 이하인 얇은 시트이며, 이 시트가 여기광에 대해 높은 투과율의 소재로 이루어지고 있는 경우에서 설명한다. 이 경우는 여기광을 얇은 시트측으로부터 닿게 함으로써, 홈을 갖는 평판형 부재가 여기광에 대해 투과율이 작더라도, 검출 대상 물질을 고감도로 검출하는 것이 가능하다.

본 발명에서 사용되는 유기 폴리머는 광열 변환법에 이용되는 파장의 빛에 대해 투명성을 갖는 수지인 것을 요구할 수 있다. 레이저의 파워 손실을 고려하면, 광열 변환 검출에서 사용하는 여기 및 검출의 레이저의 파장으로, 투과율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 것이 바람직하다. 여기 및 검출의 레이저의 파장을 고려하면, 일반적으로는 600㎚ 내지 800㎚, 바람직하게는 400㎚ 내지 800㎚의 파장 범위에서, ASTM D1003으로 측정한 광선 투과율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상인 것이 바람직하다.

상기한 광선 투과율은 칩 표면에서의 반사율 및 유기 폴리머 기재 그 자체에 의한 흡수율의 총합을 100%에서 뺀 값이다. 칩 표면 등에서 산란되는 빛은 유기 폴리머에 대해서는 어떠한 효과도 발휘하지 않는데 대해, 유기 폴리머 기재에 의해 흡수되는 빛은 유기 폴리머에 대해서도 열을 발생시키는 효과를 갖는다. 따라서, 빛이 유기 폴리머를 통과할 때에 열 렌즈와 같은 효과가 발생해, 열 렌즈 검출법에 의한 출력에 대해 백그라운드가 되므로, 측정의 오차가 된다. 그로 인해, 실제의 칩 작성에 앞서서 유기 폴리머재의 평가를 행하고, 실제의 열 렌즈 검출법에 영향을 미치게 하지 않는 흡수율의 범위를 결정할 필요가 있다.

흡광도로 검출하는 경우는 유기 폴리머에 의해 10% 정도 흡수되었다고 해도, 전체의 광량을 90%로 저하시키는 것에 지나지 않고, 검출 감도에는 그다지 영향을 끼치지 않는다. 그러나, 광열 변환 검출법의 경우는 10% 이하의 흡수라도, 수지 중에 형성되는 열 렌즈로 인해 측정에 큰 영향을 부여한다.

후술하는 실시예에 도시한 측정 결과를 감안하여, 열 렌즈에 의한 본원 분석 장치를 정량 측정을 목적으로 하는 용도에 응용하는 경우는 여기광이 칩을 통과하는 전체 광로에서 상기 유기 폴리머에 의해 흡수되는 비율은 5% 이하인 것이 필요한 것이 판명되었다.

그러나, 측정 대상물의 농도가 얇고, 또한 모세관이 미세한(홈이 얕음) 등의 측정에 고감도가 요구되는 경우에는 근소한 흡수라도, 모세관 속의 물질 측정에 악영향을 부여하는 백그라운드의 원인이 된다.

측정 대상이 혈액 속 성분 등으로, 시약으로서 현재 유통하고 있는 시약 키트를 사용한 경우, 1㎝의 큐벳에서의 흡광도가 0.1 정도의 측정은 잘 행해진다. 이 측정을 가령 50㎛의 모세관을 구비한 본 발명의 유기 폴리머제 칩을 이용하여 행했다고 하면(즉 광로 길이가 50㎛), 1㎝의 광로 길이에서의 흡광도 0.1은 50㎛의 모세관에 대한 흡수율로서는 0.103%에 상당한다. 유기 폴리머제 칩에 의한 흡수(열 렌즈 형성)를 이 10배까지 허용한다고 하면 흡수율은 1%, 2배까지로 하면 흡수율은 0.2%가 된다.

즉, 1㎝의 광로 길이인 경우의 흡광도가 0.1 정도의 측정을 본 발명의 분석 장치로 행하기 위해서는 칩을 형성하는 유기 폴리머에 의한 빛의 흡수가 1% 이하, 보다 바람직하게는 0.2% 이하인 것이 바람직하게 된다.

단, 이 값은 시약 키트의 개량, 모세관 깊이의 차이 등에 의해 변화할 수 있다. 예를 들어, 1㎝의 큐벳에서의 흡광도를 0.5 정도까지 올리는 것은 현재의 기술을 갖고 하면 그다지 곤란하지는 않다. 이 경우, 50㎛의 모세관에 대한 흡수율은 0.342%에 상당하고, 유기 폴리머제 칩에 의한 흡수(열 렌즈 형성)를 이 10배까지 허용한다고 하면, 흡수율은 대략 3.5%, 2배까지 라고 하면 1% 이하가 된다.

검출광에 대해서도, 흡수가 있음으로써 자기의 광로에 변화를 일으키는 결과를 초래하므로, 마찬가지로 칩을 통과하는 전체 광로에서 상기 유기 폴리머에 의해 흡수되는 비율을 수% 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 열 렌즈 검출법에 의해 분석, 계측을 행하는 경우, 칩을 구성하는 기재를 적절히 선택해야만 하는 것이 판명되었다. 여기광, 검출광, 어떠한 경우에 있어서도, 폴리머 기재가 허용되는 흡수율은 측정하는 대상물의 농도 또는 흡광도에 의해 변화한다. 그로 인해, 칩을 구성하는 기재에 의한 여기광, 검출광의 흡수는 열 렌즈 검출법에 의한 측정에 대하여 실질적으로 영향을 끼치지 않는 정도일 필요가 있다. 생화학 반응계를 예로 들면, 폴리머 기재의 흡수율은 수% 이하인 것이 바람직하다.

상술한 기준을 바탕으로 선택된 유기 폴리머로 이루어지는 평판형 부재는 절삭 가공이나 레이저 등에 의한 에칭 가공, 형틀내에서의 모노머 및/또는 거시적 모노머의 UV 경화나 열경화, 열가소성 수지의 용융 가공이나 소성 가공 등의 방법에 의해 성형할 수 있다. 양호하게 사용할 수 있는 성형 가공법은 표면에 홈을 갖는 평판형 부재를 대량으로 또한 저렴하게 성형 가공할 수 있으므로, 열가소성 수지의 용융 가공이나 소성 가공이다. 또한 양호하게 사용할 수 있는 것은 금형을 이용한 열가소성 수지의 사출 성형법 및/또는 압축 성형법, 엠보스 성형법이다. 사출 압축 성형을 포함하는 사출 성형법은 양산성이나 경제성이 우수한 성형법이다. 압축 성형은 양산성에서는 사출 성형에는 떨어지지만, 형틀 표면을 전사성 좋게 성형하는 방법이다. 구체적으로는 미리 판형에 성형된 열가소성 수지를 금형 내에 넣어, 열프레스에 의해 열가소성 수지를 용융 온도까지 가열한다. 그리고, 가압 압축(프레스)하여 형틀 표면을 전사 후, 가압한 상태에서 열프레스를 냉각하고, 열가소성 수지를 연화 온도 이하에서 냉각 고화하는 방법이다. 특히, 수지의 금형 모세관으로의 충전 공정 중에, 금형에 접하는 수지 표면의 고화 온도를 저하시키면서 사출 성형하는 사출 성형법(일본국 특허 공개 공보 평10-128783호, 일본국 특허 출원 평10-50719호 명세서)은 생산성 좋고 성형 정밀도가 높은 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제 평판형 부재를 만들 수 있으므로, 특히 바람직한 성형 방법이라 할 수 있다. 이 사출 성형 방법의 구체예로서는 공동 내에 탄산 가스를 충족시켜 두고 사출 성형하는 방법을 들 수 있다. 이 경우의 탄산 가스의 압력은 10MPa 이하가 바람직하고, 게다가 가스 저장의 방지와 수지 표면의 고화 온도를 저하시키는 효과와의 균형으로부터 0.3 내지 2MPa가 바람직하다.

또한, 성형 직전에 고주파 유도 가열로 금형 표면을 가열하여 성형하는 사출 성형 방법(일본국 특허 공고 공보 소62-58287호, 미국 특허 제4439492호 등에 기재)이나, 성형 직전에 복사 가열로 금형 표면을 가열하여 성형하는 사출 성형 방법(성형 가공 심포지아' 95, 241＜1995＞, 성형 가공' 96, 69＜1996＞, 합성 수지, 42권(1), 48＜1992＞ 등에 기재) 등과 같은 금형 표면을 가열하여 성형하는 사출 성형 방법도, 본 발명의 유기 폴리머제의 평판형 부재의 제조에 바람직한 성형 방법이다. 즉, 상기 성형 방법은 금형 온도를 낮게 설정하고, 고주파 유도 가열이나 할로겐 램프 등의 열원에 의해, 성형 직전에 금형 표면만을 선택적으로 가열하여 형틀 표면 전사성과 성형 사이클과의 양립을 도모하는 성형 방법이기 때문이다.

본 발명의 유기 폴리머제의 평판형 부재를 일본국 특허 공개 공보 평성6-283830호의 회로 기판을 제조하는 방법에 의거하여 제조하는 것도 가능하다. 이 방법에 따르면, 날라오는 입자의 방향이 두꺼운 레지스트에 의해 수직 방향으로 가지런해 지므로, 통상의 얇은 레지스트에 비해 날카로운 가공이 가능하고, 높은 종횡비의 홈을 만들 수 있다. 또한, 수지 기판상에 감광성 레지스트를 도포하여 홈 이외의 부분을 노광한 후, 미경화 부분을 제거하여 홈의 형상의 레지스트 패턴을 기판 상에 형성하는 수법도 가능하다.

금형은 철 또는 철을 주성분으로 하는 강재, 알루미늄, 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 합금, 아연 합금, 베릴륨 동합금, 니켈 등으로 이루어지는 일반적으로 합성 수지의 성형에 사용되고 있는 금속 금형을 양호하게 사용할 수 있다.

금형 제작 방법의 하나의 예를 든다. 우선, 금속, 플라스틱, 실리콘 또는 유리 등의 재료로부터, 절삭 가공이나 에칭 가공, 또는 자외선 경화 수지의 포토리소그래피 가공 등의 방법에 의해, 목적으로 하는 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제의 평판형 부재의 표면 형상을 갖는 모형을 하나 작성한다. 그리고, 이 모형으로부터 니켈 등의 전기 화학적 주조법에 의해 금형이 제작된다.

또한, 전술한 일본국 특허 공개 공보 평6-283830호의 레지스트 패턴을 형성하는 방법을 이용하여 금형을 만드는 것도 가능하다. 금속 기판에 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트가 없는 부분을 금속 도금으로 매립한다. 그리고, 레지스트를 제거하여 기판 표면에 미세한 패턴을 실시한 금속판을 형성한다. 이 금속판을 금형으로 하여, 수지의 가공을 행하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 유기 폴리머제 평판형 부재로 구성되는 칩은 모세관 내면을, 폴리에틸렌글리콜의 그라프트 중합 등에 의해 단백 흡착 방지 처리를 해도 좋다. 또한, 후술하는 전기 침투류를 송액 수단으로서 사용하는 경우는 안정된 전기 침투류를 발생시키기 위해, 수산화 나트륨 용액 등으로 모세관의 표면을 처리해도 좋다. 특히, PMMA를 유기 폴리머로서 이용하는 경우는 수산화 나트륨 처리를 행하면, 표면의 에스테르가 가수분해되어 카르본산이 노출하므로, 전기 침투류가 크고 또한 안정되므로 바람직하다.

또한, 송액 방법으로서 후술하는 전기 침투류(EOF)를 이용한 경우, 칩은 금속침, 금속판, 금속 박 등으로 이루어지는 금속제 전극, 도전화 처리된 무기 또는 유기 폴리머제 전극 혹은 도전성 잉크로 인쇄된 전극을 칩의 표면에 갖고 있어도 좋다. 이 경우는 모세관 및 모세관의 단부 또는 도중에 설치된 액체 저장소(시약, 시료, 완충액, 폐액 등을 넣는 곳)에 접하는 전극, 검출 장치와 연결할 수 있는 전극 및 이들 전극 사이의 리드선도 칩 내에 장비하는 것이 바람직하다.

금속 바늘을 삽입하는 경우는 직경 0.1 내지 2.5㎜ø로, 평판형 부재의 홈의 근방까지 달하는 길이의 백금, 동, 놋쇠, 알루미늄, 철 등으로 이루어지는 못, 바늘, 아일릿형인 것 등을 관통 구멍 내에 고정하는 것이 바람직하다.

도전성 잉크에 의한 인쇄의 경우는 금, 은, 동, 니켈, 카본 블랙, 그래파이트 등의 미립자를 함유한 잉크를 이용하여, 예를 들어 스크린 인쇄로 전극을 형성할 수 있다. 스크린 인쇄로 관통 구멍의 내벽을 인쇄하기 위해서는 최근 다층화 프린트 기판의 각 층의 도통을 위해 행해지는 스크린 인쇄기에 의한 도전성 잉크의 관통 구멍 인쇄 기술을 응용할 수 있다. 관통 구멍 인쇄는 인쇄하는 시료를 시료대 위에, 시료의 관통 구멍과 시료대의 흡인 구멍과의 위치를 맞추어 설치하고, 시료에 인쇄하면서 또는 인쇄한 후, 관통 구멍 주변에 저장된 잉크를 흡인하여 관통 구멍의 내벽을 전달하게 해 인쇄하는 것이다.

진공 증착이나 스퍼터제 막에서는 관통 구멍의 내벽 전체면 또는 일부의 어느 경우도, 깊이는 평판형 부재의 홈의 가까이까지 도달하도록, 금이나 백금을 인쇄 혹은 증착한다. 이 때, 관통 구멍을 테이퍼형으로 해 두면 평판형 부재를 기울이는 일 없이 관통 구멍의 내벽에 전극을 형성할 수 있다.

또한 상기 전극 이외에, 칩을 장착하는 검출 장치 내의 전원 단자와 연결하기 위한 전극, 및 이들의 전극 사이의 리드선도, 도전성 잉크, 진공 증착, 스팩제 막으로 형성할 수 있다. 또한, 동판 등의 박판을 붙여 두고, 에칭으로 배선 패턴을 형성하거나, 패턴 형성한 동박 등을 판 상에 전사 혹은 부착해도 형성할 수 있다.

또한, 홈을 갖는 평판형 부재나 그에 접합시키는 평판형 부재(씌움판) 이외의 제3 평판형 부재나 성형품에 상기와 같은 방법으로 전극 및/또는 배선을 형성하고, 이 제3 평판형 부재나 성형품을 접합시킴으로써, 전극 및/또는 배선을 장비하고 있는 장치로 할 수 있다.

어떠한 경우라도, 고전압을 인가했을 때의 발열이 전기 영동에 영향을 끼치지 않을 정도로 억제되도록 재질과 크기를 선택하는 것이 필요하다.

(유동체에 대해)

본 발명이 분석의 대상으로 삼고 있는 유동체는 주로 액체와 기체이며, 그 중에서도 특히 수용액이다. 유기 용매나 가스형의 물질도 취급할 수 있지만, 모두 칩의 소재, 접착제 등에 부식성, 용해성, 수지의 백화성 등을 갖지 않는 것이 필요하다. 전기적인 송액의 경우는 특히 수용액이 바람직한 대상이다.

(열 렌즈에 대해)

본 발명에 관한 분석 장치의 칩에 있어서는 시료는 전기 침투류, 전기 영동 또는 다른 적당한 수단에 의해, 정밀도 좋게 유량이 제어된다. 그리고, 필요에 따라서 희석이나 다른 시약과의 반응을 행한 후, 그 유로의 하류에 있어서, 이하에 진술하는 방법으로 대상 물질이 검출된다.

도1에, 광열 변환 현상에 의거하여 형성되는 열 렌즈를 이용한 검출법의 원리를 도시한다. 렌즈에 의해 집광된 레이저광(여기광)을 시료에 조사하면, 광 여기에 의해 시료에 포함되는 측정 대상물로부터 열이 발생(광열 변환 효과)하고, 그 열에 의해 레이저의 촛점 부근의 굴절율이 저하한다. 그리고, 열 확산 등의 효과에 의해 굴절율의 공간 분포가 생긴다. 이 영역을 통과하는 빛은 굴절율의 분포에 의해 직진하지 않고, 광학적으로 렌즈가 발생한 것과 동일한 효과를 생기게 한다. 이러한 가상적인 렌즈의 효과를 열 렌즈 효과라 부른다. 예를 들어, 물과 같이 굴절율의 온도 계수가 상온 부근에서 마이너스인 물질의 경우는 오목 렌즈가 발생한 것과 동일한 효과를 나타낸다. 렌즈 효과의 세기(렌즈의 도)는 발생하는 열량에 비례, 즉 여기한 분자의 수에 비례한다. 그래서, 별도로 검출을 위한 레이저광(검출광)을 입사하면, 렌즈 효과에 의해 검출 레이저광은 원래의 광로보다 넓어지거나 좁아지거나 한다. 이 검출 레이저광의 변화의 크기로부터, 발열량, 즉 측정 대상물의 흡광량을 측정할 수 있어 측정 대상물의 정량화가 가능해진다. 원리적으로 열 렌즈는 여기 레이저광의 촛점 부근에 형성되므로 긴 광로 길이를 필요로 하지 않고, 미소 영역 내의 시료의 검출에 적합하다.

이 열 렌즈 검출 장치를 본 장치에 구비함으로써, 종래 기술에서는 칩면의 상하폭 정도(각도는 반드시 칩면에 수직일 필요는 없음), 즉 홈의 깊이 정도(1 내지 1000㎛ 정도)가 짧은 광로 길이를 위해 계측이 곤란했던 피검출물의 농도 등의 측정이 가능해졌다.

전술한 바와 같이, 유기 폴리머제 평판형 부재의 홈은 폭, 깊이가 1 내지 1000㎛ 정도이므로, 판면의 상하(각도는 반드시 칩면에 수직일 필요는 없음) 방향, 즉 유동체의 흐름과 수직 또는 경사 방향의 광로 길이는 홈의 깊이 정도까지 밖에 취할 수 없다. 그러나, 열 렌즈 검출법을 이용하면, 이 정도의 광로 길이라도 충분히 고감도로 대상 물질을 검출하는 것이 가능하다. 따라서, 광열변환 검출법은 광로 길이를 길게 취하기 위한 복잡한 유로 구조를 취할 필요가 없으므로, 칩이 저비용이다. 또한, 반도체 레이저와 포토다이오드와의 조합 등, 소형이고 또한 저렴하면서 간단한 광학계의 검출 장치로 검출이 가능하다. 단, 검출에 이용되는 칩의 재질에 대해서는 여기광에 대한 흡수율이 작지 않으면 안되는 제한이 있다. 그렇지 않으면, 도1에 도시한 바와 같이 본래의 농도 검출을 위한 열 렌즈 외에, 열 렌즈 상당의 영역이 생겨, 그에 의해 오차가 발생한다.

광열 변환 검출법을 이용한 검출 장치로서는 검출 대상 물질이 흡수하는 파장을 갖고, 열 렌즈를 형성시키는 데 충분한 출력을 구비한 여기 광원이 필요하다. 여기광으로서는 크세논 램프 등으로부터 필요로 하는 파장의 빛을 프리즘을 이용하여 취출한 것이라도 좋고, 검출 대상 물질을 여기하는 것이 가능한 파장을 갖는 레이저라도 좋다. 레이저로서는 He-Ne레이저, Ar 레이저, 탄산가스 레이저, YAG 레이저 등도 이용되지만, 반도체 레이저를 이용하면 검출 장치가 작아지며, POC 분석 등이나 환경 계측 등의 용도에 적합하다. 검출광의 광원은 여기광보다도 출력은 작게 해도 좋고, 또한 파장은 여기광과 동일하더라도 차이가 있어도 좋다. 여기광, 검출광 모두 모세관 유로 중, 혹은 모세관 근방에 촛점을 맺는 것이 바람직하고, 그 경우는 집광 렌즈가 필요하다.

여기광은 쵸퍼 등으로 0.1 내지 10m초 정도의 펄스광으로 되어 있다. 그리고, 포토다이오드, CCD 카메라, 광전자 배증관 등으로 포착된 검출광은 상기 쵸퍼와 동조하는 로크인 앰프 등으로 신호 처리됨으로써 열 렌즈에 의해 야기되는 그 변화분 만큼이 취출된다. 또, 검출광의 검출에는 포토다이오드의 사용이 검출 장치의 소형화의 점에서는 적합하다.

로크인 앰프는 단(單)기능의 반도체 소자 등으로 간략화가 가능하다. 또한, 여기광의 펄스화는 반도체 레이저를 전기적으로 변조시켜도 좋다. 또한, 검출광의 검출시, 일반적으로는 로크인 앰프를 이용하지만, 일본국 특허 공개 공보 평9-229883호에 개시되는 암(暗)시야형 광열 변환 분광 분석 장치의 방법을 이용하여, 차폐판으로 여기광 및 검출광의 광축 부근의 광속을 차폐하고, 열 렌즈에 의해 발산된 검출광만을 검출하는 수법을 취해도 좋다. 혹은 여기광의 펄스에 맞추어 기능을 좁힌 LSI 등으로 대체하더라도 좋다.

또한, 본 발명에서는 극미소 공간에 존재하는 분자수를 센다고 하는 등의 절대 감도는 필요하지 않으며, 모세관 중에 존재하는 물질의 농도를 고감도로 측정할 수 있으면 좋다. 즉, 열 감도가 높은 것이 필요하다. 즉, 열 렌즈는 가능한 한 모세관의 소정 단면 전체로 넓어지는 쪽이, 그 속에 존재하는 측정 대상 물질의 분자수가 많아져 열 렌즈 효과가 커진다.

또, 소정 단면이라 함은 모세관 내의 유동체의 유동 방향과 여기광의 광축을 포함하는 평면에 대해 수직인 평면 중, 상기 광축을 포함하는 평면에 의한 단면이다. 또, 이 광축은 모세관 내의 유동체의 흐름 방향에 대해 수직인 것이 바람직하지만, 경사져도 좋다.

그러나, 여기광을 지나치게 넓히면 단위 체적당의 광량이 줄어, 열 확산 등의 영향에 의해 열 렌즈 효과는 저하하므로, 여기광의 넓이에는 최적치가 있다. 본 제1 실시예의 경우에는 모세관의 깊이 50㎛에 대해, NA=0.4인 대물 렌즈를 이용하여, 모세관의 깊이 방향의 중심 위치에서의 여기광의 빔 직경(최대 광량에 대해 13.5%)이 38㎛로 되어 있으며, 이 때에 열 렌즈 검출법에 의한 출력의 최대치를 얻을 수 있었다. 열 렌즈가 커지면, 유기 폴리머제 칩 내에도 열 렌즈가 형성되므로, 전술한 바와 같이 백그라운드의 원인이 되어, 측정 감도를 저하시키는 것은 명백하다.

이와 같이 열 렌즈는 상기 소정 단면 중, 측정하는 소정 성분의 농도 감도를 상기 소정 성분을 분석하는 데 충분한 감도로 하는 범위로 형성시키는 것이 필요하다. 그를 위해서는 적절한 집광도를 갖고, 또한 적절한 위치에서 촛점을 연결하도록 여기광의 조정을 행할 필요가 있다.

이 열 렌즈의 크기(온도 변화가 발생하는 범위)의 조절법은 여러가지가 있지만, 모세관에 여기광을 조사하는 대물 렌즈의 개구수를 조절해도 행할 수 있다. 보통의 열 렌즈, 예를 들어 일본 분석 화학회 제44회(1995) 요지집 IC05에 기재되어 있는 현미 열 렌즈 시스템을, 그대로 본 발명에 관한 칩에 이용한 바, 대상 물질의 검출 감도는 반드시 높다고는 할 수 없었다. 열 렌즈의 검출부의 모세관의 사이즈로서는 폭, 깊이 모두 20㎛ 정도 이상이 바람직하다. 한편, 상술한 현미 열 렌즈에서는 배율 70배로 여기광의 빔 직경은 약 4㎛가 되며, 또한 절대 감도를 올리기 위해, 현미경의 배율을 올려, 빔 직경을 서브미크론의 정도까지 조이는 것이 기재되어 있다. 본 발명자들이, 검출부의 모세관이 깊이 약 50㎛, 폭이 약 50㎛인 칩을 이용하여, 빔 직경 4㎛ 정도의 여기광으로 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 측정한 바, 검출 감도는 낮았다.

그래서, 집광 렌즈의 개구수를 여러가지 검토한 실험의 결과, 개구수를 0.1 정도로 떨어뜨려 빔 직경을 50㎛ 정도로 넓힌 예에서는 검출 감도의 개선을 볼 수 있었다. 이것은 종래의 열 렌즈 검출법은 미소 공간의 물질의 분자수를 최저 몇개로부터 검출할 수 있는가라는 등의 절대 감도를 높이기 위해, 여기광을 광학적 집광 렌즈 등으로 강하게 조여 시료 용액에 집광하고, 형성되는 열 렌즈의 두께를 작게 하고 있으므로, 시료 용액 일정 체적당의 물질량의 정량이라 하는 농도 감도가 저하했기 때문이다라고 생각할 수 있다.

한편, 의료 진단이나 환경 분석 등에서는 절대 감도가 아닌, 농도 감도가 높은 것이 중요하다. 따라서, 종래의 열 렌즈 검출법과는 달리, 여기광의 집광도를 낮춰 안정된 전기 침투류를 얻는 유로 단면적 정도로 열 렌즈를 넓힘으로써, 농도 감도를 올려 안정된 전기 침투류가 가능한 소단면적의 모세관으로, 고감도로 물질을 검출할 수 있다.

실제로 열 렌즈 검출법을 이용하여, 본원 발명과 같은 칩에 형성된 모세관 내의 물질을 분석하는 순서에 대해, 이하에 기재한다.

도2에 도시된 현미경을 포함하는 각 광학 부품을, 안정된 실험대의 위에 설치한다. 실험대는 방진 효과를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 레이저광을 집광하기 위한 현미경은 외부로부터 직접 레이저광을 도입할 수 있는 도입구를 구비하고 있다. 또, 여기광의 광로 상에 설치된 쵸퍼의 주파수는 116Hz로 조정을 행하였다. 이 값은 전원 등의 노이즈원으로부터의 노이즈를 취하지 않도록 주의하면, 변경은 가능하다.

우선, 여기광, 검출광, 각각의 광로 도중에 설치된 빔 익스펜더의 광축을 조정한다. 특히, 검출광에 대해서는 빔의 콜리메이트도를 변화시켜도 광축이 어긋나지 않도록 엄밀한 조정을 행한다. 이번에는, 빔 익스펜더의 확대율은 10배로 했다. 다음에 이들 2개의 레이저광을, 다이크로익 미러를 이용하여 동축으로 한다. 다이크로익 미러는 여기광에 대해 90% 이상의 투과율을 가지고 있으며, 한편 검출광에 대해서는 80% 이상의 반사율을 갖고 있다. 이 특성에 의해, 여기광, 검출광 모두 광량 손실을 억제하면서, 동축으로 할 수 있었다. 동축으로 한 후, 검출광의 빔 익스펜더의 콜리메이트도를 변화시키고, 현미경 하에서의 눈으로 확인함에 의해, 여기광과의 동축성이 떨어지지 않는 레벨로 여기광과 검출광과의 동축성을 높인다.

측정에 사용하는 칩을 현미경 아래에 설치하고, 칩 내에 형성된 모세관에 측정 시료를 도입한다. 그 후, 여기광의 촛점이 모세관의 깊이 방향의 중심에 오도록, 높이의 조정을 행한다. 대물 렌즈는 모세관의 깊이(폭)가 50㎛ 내지 100㎛이면, NA=0.2 내지 0.8의 범위에서 조정을 하면 좋고, 0.2, 0.4, 0.6의 3점에 대해 감도의 검토를 행하였다. 높이의 조정은 현미경 아래에서 칩을 상하로 미동시키고, 대기/기판 계면 혹은 기판/모세관 계면에서의 반사를 보면서 높이의 조절을 행한다. 이 경우, 눈으로 확인하므로 여기광의 초점 심도 정도의 오차를 포함하여, 개구수가 0.4인 대물 렌즈를 이용한 경우에는 2㎛ 정도가 되지만, 이 정도이면 문제는 없다. 최초에, 개구수 0.2인 대물 렌즈를 이용하여, 상기와 같이 시료를 도입한 칩의 높이 조절을 행한다. 그 때, 여기광 및 검출광의 촛점 위치의 차를 대략 모세관의 깊이와 같게 하고, 또한 검출광의 촛점 위치를 여기광의 촛점 위치보다도 대물 렌즈측이 되도록 빔 익스펜더를 조정한다. 금회의 경우 50㎛ 정도이다. 빔 익스펜더를 검출광이 수속하도록 조정해 가면, 검출광의 촛점 위치는 여기광보다도 대물 렌즈측이 된다. 이상의 상태에서 로크인 앰프의 출력, 즉 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 확인한다. 이 때, 로크인 앰프의 시정수는 1초로 했다. 이 상태에서, 충분히 의미있는 값이 나오는 것을 확인하는 동시에, 여기광의 미광이 광 검출기에 들어가 있지 않은 것을 확인하기 위해, 여기광만이 입사한 상태에서, 상술한 열 렌즈 검출법에 의한 출력이 충분히 작아지는 것을 확인한다. 다음에, 검출광의 빔 익스펜더 수속각을 조정하고, 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 보면서, 신호가 최대가 되는 위치로 조정한다. 이상의 조작을 개구수가 0.2, 0.4, 0.6의 3종류에 대해 행하고, 알맞은 감도를 얻을 수 있는 개구수를 선택한다. 50㎛인 깊이의 모세관을 예로 들면, 개구수 0.4인 대물 렌즈를 이용한 경우에, 열 렌즈 검출법을 이용하여 가장 높은 농도 감도를 얻을 수 있다.

또, 열 렌즈 검출법으로 검출할 수 있는 대상물은 여기광을 흡수하는 것이면 어떠한 것이라도 좋지만, 시료 중의 다른 물질, 특히 여기광을 흡수하는 것이나, 검출광을 흡수 또는 검출광의 파장에 대해 형광 등을 갖는 물질은 광열 변환이 행해지기 전에 분리해 두는 것이 필요하다. 여기광을 흡수하는 정도는 몰 흡광 계수가 1,000 내지 100,000 정도인 것이 감도의 점에서 바람직하다.

여기광을 흡수하지 않은 혹은 조금밖에 흡수하지 않은 검출 대상 물질은 검출 대상 물질을 기질로 하는 효소를 이용한 반응을 조합시켜, 여기광을 흡수하는 물질(가시광인 경우는 색소)로 변환하여 측정한다. 혹은 검출 물질 대상에 대한 항체를 이용하여, 여기광을 흡수하는 물질로 그 항체 또는 2차 항체를 표시하여 직접 혹은 효소 반응의 결과 발생하는 여기광을 흡수하는 물질을 측정한다.

예를 들어, 검출 대상 물질로서 생물학적 재료를 검출하는 경우, 검출 대상 물질을 기질로 하는 효소를 이용한 반응을 조합시키고, 최종적으로 이하의 물질로 변환하는 것 등도 가능하다[Aoyama, N. 임상 검사, 41 : 1014(1997)]. 즉, N-에틸-N-(3-메틸페닐)-Nl-아세틸에틸렌디아민(EMAE),N-에틸-N-(3-메틸페닐)-N'-(스크시닐에틸렌디아민)(EMSE),N-에틸-N-(3-설포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(DAPS),N-(3-설포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(HDAPS),N-에틸-N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(DAOS),N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(HDAOS),N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(HSDA),N-에틸-N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3-메틸아닐린(TOPS),N-에틸-N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3-메틸아닐린(TOOS),N-에틸-N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3,5-디메틸아닐린(MAPS),N-에틸-N-(2-히드록시-3-설포프로필)-3,5-디메틸아닐린(MAOS),N,N-비스(4-설포부틸)-3,5-디메틸아닐린(MADB),N,N-비스(4-설포부틸)-3,5-디메톡시아닐린(DADB) 등과 4-아미노안티피린의 축합체인 여기광을 흡수하는 물질, 혹은 비스{4-[N-3'-설포-n-프로필]-N-n-에틸] 아미노-2,6-디메틸페닐}메탄(Bis-MAPS-C2},비스{4-[N-3'-설포-n-프로필]-N-n-프로필]아미노-2,6-디메틸페닐}메탄(Bis-MAPS-C3),비스{4-[N-3'-설포-n-프로필]-N-n-부틸]아미노-2,6-디메틸페닐}메탄(Bis-NAPS-C4} 등의 여기광을 흡수하는 물질로의 변환이다.

이들 반응을 칩 내에서 행할 때에, 시약 용액은 칩의 외부에서, 튜브나 바늘을 이용하여 공급해도 좋다. 혹은 칩 내에 비닐 주머니(재질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 나일론, 염화비닐 등으로, 시약과 상호 작용하지 않는 것이면 좋다) 등의 작은 용기에 봉입한 시약 용액을 셋트해 두고, 칩 내의 바늘을 비닐 주머니에 외부로부터 압박하는 등하여 상기 주머니를 찢어서, 칩 내의 시약 저장소에 시약 용액을 옮겨도 좋다. 또한 시약을 건조 고체로서 칩 내에 봉입해 두고, 칩내 혹은 밖의 물, 또는 완충 액체 저장소로부터의 물 혹은 완충액을 시약 고체 봉입 장소에 소정 용적 도입하여 소정 농도의 시약으로 하는 방법 등이 있다.

또한, 시료는 그대로 칩에 넣어도 좋다. 또한, 하천의 오탁 분석이나 뇨 분석 등에서는 전처리로서 분자량으로 구획 가능한 막 필터 등을 이용하여 농축해도 좋다. 또한, 칩에 필터를 설치하여, 시료 중의 먼지나, 혈구 등을 제거하고 나서 모세관으로 유도해도 좋다.

(유량비에 대해)

본 발명의 칩의 모세관에는 일정량의 샘플링을 주된 목적으로 한 유로 부분, 시약이나 시료의 혼합을 주된 목적으로 한 유로 부분, 시약이나 시료의 이송을 주된 목적으로 한 유로 부분 등, 부분마다 다른 조작을 주된 목적으로 한 유로 부분을 만들 수 있다. 전기 침투류를 송액 수단으로서 이용하는 경우에는 상기 외에 전기 영동 분리를 주된 목적으로 한 유로 부분을 만드는 것도 가능하다. 펌프 송액이나 전기 침투류 등 어느 한 송액 수단으로 송액하는 경우에도, 당연히 하나의 유로 부분이 복수의 목적을 겸비하고 있어도 좋다. 또한, 본 발명의 칩은 유로가 하나의 조작을 주된 목적으로 한 유로 부분만으로 이루어져 있어도 좋지만, 복수의 각각 다른 조작을 주된 목적으로 한 유로 부분을 조합하여 이루어져 있어도 좋다. 이에 의해, 단순한 정성 분석이 아닌, 정량 분석이나 반응 등을 수반하는 고도한 분석이 가능한 장치로 할 수 있다.

일정량의 샘플링을 주된 목적으로 한 유로 부분의 형상은 2개의 유로가 열십자로 크로스하고 있는 도3에 도시한 바와 같은 형상, 또는 1개의 유로에 대해 2개의 유로가 각각 T자로 합류하는 도4에 도시한 바와 같은 형상이며, 바람직하게는 도4의 형상이다. 일정량의 샘플링은 도3의 형상의 유로에서는 시료를 우선 A로부터 B를 향해 흘린 후에 B로의 흐름을 멈추고, 다음에 시료를 A로부터 D를 향해 일정 시간 흘린 후에 A에서의 흐름을 멈추고, 또한 C로부터 D를 향해 유동체를 흘림으로써 행해진다. 이 경우에는 모세관의 단면적과 유속과 시간에 의해 일정량의 샘플링이 행해진다.

또한, 도4의 형상의 유로에서는 시료를 우선 A로부터 B를 향헤 흘린 후에 흐름을 멈추고, 다음에 C로부터 D를 향해 유동체를 흘림으로써 행해진다. 이 경우에는 모세관의 단면적 및 T자형의 유로의 합류점 E와 T자형의 유로의 합류점 F 사이의 길이에 의해, 일정량의 샘플링이 행해진다. 이 형상에서는 모세관이 치수 정밀도 좋게 만들어져 있으면, 유동체의 유속이나 흘러간 시간에 관계되는 일 없이, 모세관의 단면적 및 합류점 E와 합류점 F 사이의 길이에 의해서만 샘플링의 양이 결정된다. 또한, 모세관의 단면적 및 합류점 E와 합류점 F 사이의 길이를 변경함으로써, 임의로 샘플링의 양을 설정할 수 있으므로, 보다 바람직한 샘플링 방법이라 할 수 있다.

시료나 시약의 혼합이나 희석을 주된 목적으로 한 유로 부분의 형상은 샘플링과 조합하여 행하는 경우에는 유로 도중에 폭이 넓은 형상 및/또는 깊이가 깊은 형상(이 부분은 ㎜ 정도로부터 ㎝ 정도의 크기로 하는 것이 바람직한 경우도 있음) 등을 들 수 있다. 또, 일단 송액을 정지 확산에 의해 유동체를 균일화하거나, 기계적 교반에 의해 유동체를 균일화하는 등의 균일화 공정을 취하는 것이 바람직하다. 특히, 기계적으로 교반할 수 있는 구조(교반 바아를 넣어 두고, 자력에 의해 교반하는 등)는 균일화에 시간을 필요로 하지 않아 바람직하다.

또한, 유로 구조에 따라서는 시료나 시약의 혼합이나 희석을 주된 목적으로 한 유로의 형상으로서, 1개의 유로에 다른 유로를 합류시킨 형상이나, 1개의 유로에 복수개의 유로를 한 군데에서 합류시킨 형상 등을 예로 들 수 있다. 1개의 유로에 다른 유로 또는 복수의 유로를 합류시켜 1개의 유로로 함으로써, 유로 형상만으로, 혼합 조작이나 희석 조작을 행할 수 있다. 또한, 이 때 각각의 유량을 변경함으로써, 다른 비율에서의 혼합이나 희석도 가능하다. 펌프에서의 송액의 경우에는 합류하는 각 유로의 유량을 기계적으로 변경할 수 있다. 또한, 전기 침투류에서의 송액의 경우에는 합류하는 각 유로의 단면 사이즈나 길이를 바꾸거나, 각 유로로의 전압을 거는 방법을 바꾸거나, 각 유로 내표면의 하전 상태를 표면 처리 등에 의해 변경함으로써, 합류하는 각 유로의 유량을 바꿀 수 있다. 또한, 펌프를 외부에 갖는 경우에는 시린지 펌프로 공기압을 발생시키고, 그 압력에 의해 유동체를 압출하는 형식인 것, 흡인하는 형식인 것 등, 펌프의 종류는 상관없다. 이 경우에는 합류 부분에 방해판 구조를 설치하거나, 합류부의 후에 확산에 의해 액을 균일화하는 유로를 설치하는 것이 바람직하다. 유동체를 균일화하는 유로 부분의 형상으로서는 직선형의 형상, 사행형이나 스파이럴형으로 구부러진 형상 등의 형상을 들 수 있다. 덧붙여서, 혼합한 유동체가 소정의 반응을 행하는 데 필요한 충분한 시간을 확보할 필요가 있지만, 혼합후 얻을 수 있는 소정의 유속에 따라서, 합류점으로부터 다음 합류점 혹은 검출부에 이르기까지의 유로의 거리를 소요의 거리로 함으로써 별도 반응 시간을 계측하는 수단을 이용하는 일 없이 필요한 반응을 행하였다.

유동체의 이동 수단으로서는 펌프 등의 기계적 수단, 또는 전기 침투류 등의 전기적 수단을 이용하는 것이 가능하다.

모세관 내의 유동체의 이동을, 칩 밖의 구동 장치로 가동하는 송액 펌프 또는 흡인 펌프로 행하는 경우는(칩 내의 펌프를 칩 밖의 구동 장치로 가동시키는 경우도 포함), 유량을 펌프의 토출량 또는 흡인량으로 제어하거나, 또는 유량 조절 밸브를 이용하는 등의 기계적 수단에 의해 제어하는 것이 가능하다.

또, 상기와는 반대로, 1개의 유로가 다수개로 나뉘는 유로(유로를 분기)로 함으로써, 분류를 행하는 것도 가능하다.

전기 침투류를 송액 수단으로서 이용하는 경우의 전기 영동 분리를 주된 목적으로 한 유로 부분의 형상으로서는 직선형의 형상, 사행형이나 스파이럴형으로 구부러진 형상 등을 들 수 있다. 사행형이나 스파이럴형으로 구부러진 형상은 분리를 위한 유로의 길이를 칩의 긴 변의 길이보다 길게 할 수 있으므로, 직선형의 형상보다 분리 성능을 올릴 수 있다.

본 발명의 분석 장치는 유로 패턴(구성)을 변경함으로써, 대부분의 분석 목적으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 혼합이나 분리를 주된 목적으로 한 유로를 중심으로 구성하여 정성 분석용으로 하거나, 정량 샘플링을 주된 목적으로 한 유로와 분리를 주된 목적으로 한 유로를 조합한 구성으로 하거나, 정량 혼합을 주된 목적으로 한 유로를 중심으로 구성하여 분리를 수반하는 정량 분석용이나 반응을 수반하는 정량 분석용으로 하거나, 정량 샘플링을 주된 목적으로 한 유로와 혼합을 주된 목적으로 한 유로와 분리를 주된 목적으로 한 유로를 조합한 구성으로서 반응을 수반하는 정량 분리 분석용으로 하거나, 정량 샘플링을 주된 목적으로 한 유로와 혼합을 주된 목적으로 한 유로를 주로 조합한 구성으로서 분리를 지나치게 수반하지 않는 분석용으로 하거나 하는 것이 가능하다.

본 발명에 관한 분석 장치의 칩에 있어서는 시료는 전기 침투류, 전기 영동 또는 다른 적당한 수단에 의해 제어되어 희석이나 다른 시약과의 반응이 행해진다. 또한, 이들의 유동체의 합류 등의 조작은 통상 타이밍도 정밀도 좋게 제어해야만 한다. 이들의 조작을 정밀도 좋게, 간편하게, 또한 외부 타이머 등 나머지 장치를 이용하는 일 없이 행하는 것을, 각각의 유동체를 소정의 유량 비율로 혼합, 반응시키는 것과, 소정의 유속으로 흐르는 합류 후의 유동체에, 혼합, 반응에 필요한 시간 유동하는 데 필요하고 또한 충분한 길이의 모세관을 부여하는 것으로 실현할 수 있는 것을 발견했다. 그 상세를 이하에 서술한다. 또, 본 발명에서 말하는 유량이라 함은 모세관 안을 일정 시간 내에 이동하는 유동체의 체적을 의미한다.

도면을 이용하여, 보다 상세하게 혼합, 반응에 관계되는 부분의 본 기술을 서술한다. 이하의 설명에서는 간략화를 위해 모든 모세관은 동일한 깊이를 가진다고 가정하지만, 실제로 실시하는 경우는 깊이가 달라도 상관 없다. 마찬가지로 간략화를 위해, 합류전의 유동체의 유속, 즉 단위 시간당의 이동 거리는 모든 유동체에 대해 v라고 가정한다. 이것도 마찬가지로 실제의 실시 장면에서는 각 유동체에서 틀려도 상관 없다. 이하의 설명에서는 합류 전의 각 유동체는 속도 v로 연속적으로 이동을 계속하여 정지하는 일은 없는 것으로 한다.

도5는 유동체(1)와 유동체(2)를 합류점(1)에 있어서 합류시키고, 소정의 시간을 들여 혼합, 반응을 행한 후, 유동체(3)를 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합물에 합류시키는 유로를 도시한 것이다. 도5에서는 합류점(1)에 달하기까지의 유동체(1), 유동체(2)가 흐르는 유로의 폭(W)은 a이며, 합류한 후의 합류점(1)으로부터 합류점(2)까지의 사이의 유로의 폭(W)도 a이다. 이 조건하에서는 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합물의 합류점(1)으로부터 합류점(2) 사이에서의 유속은 2v인 것이 자명하다. 또한, 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합비는 1 : 1인 것도 자명이다. 합류점(1)으로부터 합류점(2)까지의 유로의 거리를 k라 하면, 합류점(1)으로부터 합류점(2)에 합류한 유동체(1)가 이동하는 데 걸리는 시간(t)은 k/(2v)가 된다. k, v의 값은 각각 모세관의 레이아웃, 액체 이송 수단의 조정 등에 의해 독립적으로 조정 가능하므로, 혼합, 반응에 필요하고 또한 충분한 시간이 되도록 k 및 v를 조정함으로써, 외부의 타이머 등에 의존하는 일 없이, 다음 공정인 유동체(3)와의 합류까지의 시간을 정밀도 좋게 맞출 수 있다. 또, 최종적으로 혼합되는 유동체의 수가 3개 이상인 경우는 동일 부위에서 3개 이상의 유동체를 동시에 합류시켜도 상관 없다. 이는 이후의 설명에 있어서도 동일하다.

도6은 다른 예로, 본 도면의 경우, 유동체(1)와 유동체(2)가 흐르는 유로의 폭(W)은 도5와 같은 a이지만, 합류점(1)에서 합류한 후의 유로의 폭(W)이 2a로 되어 있다. 이 조건하에서는 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합물의 합류점(1)으로부터 합류점(2) 사이에서의 유속은 v로 유지된 상태인 것은 자명이다. 이 경우, 만약에 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합, 반응에 필요한 시간이 도5에서 설명한 것과 동일하다면, 그를 실현하기 위해서는 도6과 같이 합류점(1)으로부터 합류점(2)까지의 유로의 거리를 k/2로 하든지, 이 거리를 k로 유지한 상태에서, 도5에서의 유속 v와 도6에서의 유속 v와의 비를 2 : 1로 하면 좋다. 어떠한 것을 채용하든, 혹은 v와 k의 값을 다른 적당한 조합으로 하든지는, 칩의 크기, 액체 이송 수단에 의한 제한이 있는 경우가 있지만, 기본적으로는 자유롭다. 다시 말하면, 합류점(1)으로부터 합류점(2) 사이의 유로의 폭(W)을 2a 이외로 하면, 선택의 폭을 더욱 넓히는 것이 가능하다. 또, 이 경우도 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합비는 1 : 1이다.

도7은 또 다른 예로, 본 도면의 경우, 유동체(1)와 유동체(2)가 흐르는 유로의 폭(W)은 도5, 도6과 달라 각각 a, b이며, 합류점(1)에서 합류한 후의 유로의 폭(W)은 a+b로 되어 있다. 이 조건하에서도, 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합물의 합류점(1)으로부터 합류점(2) 사이에서의 유속은 v로 유지된 상태인 것은 자명하다. 이 경우, 만약 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합, 반응에 필요한 시간이 도5, 도6에서 설명한 것과 같다면, 그를 실현하기 위해서는 합류점(1)으로부터 합류점(2)까지의 유로의 거리를 도6에 있어서 설명한 바와 같이 k/2로 하든지, 도5에서의 유속(v)에 대한 도7에서의 유속v의 비를 2 : 1로 하면 좋다. 이 어느 하나를 채용하든, 혹은 v와 k의 값을 다른 적당한 조합으로 하든지는 칩의 크기나 액체 이송 수단에 의한 제한이 있는 경우가 있지만, 기본적으로는 자유롭다. 다시 말하면, 합류점(1)으로부터 합류점(2) 사이의 유로의 폭(W)을 a+b 이외로 하면, 더욱 선택의 폭을 넓히는 것이 가능한 것은 도6에서 설명한 것과 동일하다. 이와 같이 함으로써, 유동체(1)와 유동체(2)를 a : b의 혼합비로 혼합하여, 필요한 반응을 실행시키는 것이 복잡한 기구를 이용하는 일 없이 가능해진다.

도8은 도5 내지 도7을 더 확장한 예이다. 유동체(1 내지 4)가 흐르는 유로의 폭(W)은 각각 a, b, c, d이고, 각각 도면과 같이 합류점(1 내지 3)에서 합류하고 있으며, 합류점 사이의 거리는 각각 k/2, j이다. 또, 합류점 사이에서의 유로의 폭은 합류점(1) 내지 합류점(2)에서 a+b, 합류점(2) 내지 합류점(3)에서 a+b+c로 되어 있다. 물론, 이들의 값은 혼합에 필요한 확산 거리, 실제의 칩의 크기 등에 제한이 있으므로, 유로 폭과 유로 길이에서 트레이드 오프가 되고, 실제의 설계시에 있어서는 변경 가능하다. 도면에 따라서 설명을 행하면, 합류 후의 유속은 도5 내지 도7에서 설명한 바와 같이 v가 되며, 유동체(1)와 유동체(2)가 합류하여 다음에 유동체(3)가 합류하기 까지의 시간은 k/(2v)이며, 유동체(1)와 유동체(2)의 혼합물에 대해 유동체(3)가 합류한 후, 유동체(4)가 더 합류하기 까지의 시간은 j/v가 된다. k/(2v)의 값과 j/v의 값은 혼합에 필요한 거리, 반응에 필요한 시간에 의해 결정되며, 동일한 값인 경우도 있지만, 반드시 동일한 값일 필요도 없다. 이와 같이 함으로써, 유동체(1 내지 4)를 혼합비 a : b : c : d에서, 또한 소정의 시간 간격으로 순차 혼합해 가는 것이 가능해진다. 이하 합류하는 유동체의 수를 늘리더라도, 같은 사고 방식에 의해 소정의 혼합비로, 소정의 시간 간격으로, 또한 연속적으로, 필요한 유동체를 순차 혼합을 계속하는 것이 가능하다.

상기 설명을 칩 상에서 실현하기 위한 실시 형태에 대해, 도9 내지 도11을 이용하여 더 상세하게 설명한다.

이하의 설명에서는 송액 수단으로서 전기 침투류를 이용하고 있다.

이 실시 형태의 모세관은 한쌍의 평판형 부재를 접합시켜 형성되고, 설정된 유로에 따른 평면 형상의 홈을 판면에 갖는 홈이 달린 판(31)과, 그 홈면 측에 접합시키는 평판형의 씌움판(32)으로 구성된다. 이하의 설명에서는 이 홈이 달린 판(31)과 씌움판(32)이 접합된 것을 칩이라 칭한다. 도9는 이 홈이 달린 판(31)의 홈면 측을 도시한 평면도이며, 도10은 이 홈이 달린 판(31)의 홈면 측과는 반대측의 면을 도시한 평면도이며, 도11은 칩의 부분 단면도로써, 도10의 a-a'선 단면에 상당한다.

홈이 달린 판(31)의 유로를 이루는 홈의, 액체의 도입이나 폐액 등의 액체 저장소의 부분으로 이루어지는 각 위치에는 판면을 관통하는 원형의 관통 구멍(19 내지 22)이 형성되어 있다. 이들 관통 구멍 중, 액체 도입측의 관통 구멍(19 내지 21)은 시료, 시약 등의 액체 저장소로서 사용되고, 관통 구멍(22)은 완충액의 액체 저장소 및 폐액의 액체 저장소로서 사용된다. 이 홈이 달린 판(31)은 설정된 유로에 따른 평면 형상의 홈에 대응하는 요철을 공동면에 설치한 금형을 이용하여 PMMA 등의 사출 성형에 의해 용이하게 형성할 수 있다.

도9에 도시한 바와 같이, 이 모세관은 시료 도입용 액체 저장소(19)에 접속된 시료 유로(23)와, 제1 시약 도입용 액체 저장소(20)에 접속된 제1 시약 유로(24)와, 제2 시약 도입용 액체 저장소(21)에 접속된 제2 시약 유로(26)와, 시료와 제1 시약과의 반응 시간에 따른 길이로 설치한 제1 혼합 유로(25)와, 시료와 제2 시약과의 반응 시간에 따른 길이로 설치한 제2 혼합 유로(27)를 갖고, 제2 혼합 유로(27)의 완충액 및 폐액용 액체 저장소(22)측의 단부를 검출 장치에 의한 검출부(29)로 하고 있다.

여기에서, 시료 유로(23)와 제1 혼합 유로(25)와 제2 혼합 유로(27)[검출부(29)를 포함함]는 연속하는 직선형으로 형성되고, 이 직선형의 연속 유로의 상류측의 소정 위치에 제1 시약 유로(24)의 합류점(5)을 설정하고, 이 합류점(5)과의 거리가 시료와 제1 시약과의 반응 시간에 따른 길이가 된다. 또, 제2 혼합 유로(27)의 검출부(29)로부터 상류측까지의 길이가 시료와 제2 시약과의 반응 시간에 따른 길이가 되도록, 제2 시약 유로(26)의 합류점(6)을 설정하고 있다. 또, 제1 시약 유로(24) 및 제2 시약 유로(26)는 직선형의 연속 유로에 대해 예각으로 합류하고 있다.

또, 제1 시약 유로(24)와 합류점(5)과 제1 혼합 유로(25)로부터 및 제2 시약 유로(26)와 합류점(6)과 제2 혼합 유로(27)로부터 각각 시약 혼합 수단이 구성되어 있다.

도11에 도시한 바와 같이, 제1 시약 유로(24)의 상류단부가 되는 관통 구멍(20)의 내면에는 전극(30)이 형성되어 있다. 또한, 시료 유로(23)의 상류 단부가 되는 관통 구멍(19), 제2 시약 유로(26)의 상류 단부가 되는 관통 구멍(21), 및 혼합 유로(27)의 하류 단부가 되는 관통 구멍(22)의 내면에도 마찬가지로 전극이 형성되어 있다.

도10에 도시한 바와 같이, 각 전극(30)은 각각 별개의 배선(28)으로, 홈이 달린 판(31)의 액체 도입측의 단부에 설치한 별개의 전극(33)과 접속되어 있다. 이 전극(33)은 검출 장치 내에 설치한 전원 단자에 접속되고, 각 전극(33)으로부터, 관통 구멍(19)과 관통 구멍(22) 사이, 관통 구멍(20)과 관통 구멍(22) 사이, 관통 구멍(21)과 관통 구멍(22) 사이에, 각각 별개로 전압이 공급되도록 되어 있다. 또한, 각 전극(33)에 공급하는 전압은 검출 장치 내에 설치한 전압 제어 장치에 의해, 시료 유로(23), 제1 시약 유로(24), 제2 시약 유로(26)에서의 각 설정 유량에 따라서 제어되도록 되어 있다.

또, 이들 전극(30, 33) 및 배선(28)은 홈이 달린 판(31)과 씌움판(32)을 접착제에 의해 접합시킨 후, 이 홈이 달린 판(31)의 홈면측의 반대측의 면에, 은이나 동 등의 입자를 포함한 도전성 잉크의 인쇄에 의해 형성된다. 또한, 도11에 도시한 바와 같이 관통 구멍(20)의 단면이 홈면측이 좁아지는 테이퍼형으로 형성하고 있으므로, 홈이 달린 판(31)의 판면을 수평으로 유지한 상태에서, 인쇄에 의해 관통 구멍(20)의 내면으로 전극(30)을 마련할 수 있다.

이 분석 장치를 사용하는 경우에는 우선, 상술한 칩의 완충액용 액체 저장소(22)에 소정량의 완충액을 적하하여 전체 유로(23 내지 27) 내에 완충액을 충족시킨 후, 제1 시약용 액체 저장소(20)에 제1 시약을, 제2 시약용 액체 저장소(21)에 제2 시약을, 시료를 시료용 액체 저장소(19)에 각각 소정량 도입한다. 다음에, 전압 제어 장치의 전압 설정에 의해, 관통 구멍(19)과 관통 구멍(22) 사이, 관통 구멍(20)과 관통 구멍(22) 사이, 관통 구멍(21)과 관통 구멍(22) 사이에 각각 따로따로 각 유로의 유량 설정치에 따른 전기 침투류를 발생시키는 전압을 건다. 이 때, 각 유로의 유량 설정치는 시료 유로(23)의 유량과 제1 시약 유로(24)의 유량의 비가 시료와 제1 시약과의 혼합 비율이 되며, 제1 혼합 유로(25)의 유량과 제2 시약 유로(26)의 유량과의 비가 시료 및 제1 시약과 제2 시약의 혼합 비율이 되도록 한다.

이로써, 각 유로 내의 액체는 전기 침투류에 의해 각 유로의 유량 설정치에 따른 유량으로 이동한다. 구체적으로는 시료와 제1 시약은 혼합 비율에 따른 유량으로 합류점(5)에 달하고, 제1 혼합 유로(25)에서 양자의 유량의 비에 따른 비율로 혼합된다. 그리고, 시료와 제1 시약과의 반응이 종료한 후에 합류점(6)에 달하여 제2 혼합 유로(27)를 흐른다. 또한, 제2 시약은 시료에 대한 혼합 비율에 따른 유량으로 제2 시약 유로(26)로부터 합류점(6)에 달하고, 제2 혼합 유로(27)에서 상기 혼합 비율에 따른 비율로 시료와 제1 시약의 혼합 액체와 혼합되고, 시료와 제2 시약의 반응이 종료한 후에 검출부(29)를 흐른다.

따라서, 이 분석 장치에 따르면 이 칩을 후술하는 검출 장치에 셋트하면, 모세관 내에서 시료와 제1 시약 및 제2 시약과의 소정 비율에서의 혼합 및 반응이 자동적으로 행해진다. 그리고, 후술하는 검출 장치에 의해 검출부(29)를 검출함으로써, 분석 성분의 검출이 자동적으로 행해진다.

본 발명을 보다 명확하게, 또한 구체적으로 기술하기 위해, 의료 진단 등에서 구체적인 측정 항목인, 혈청 중의 토탈 콜레스테롤량 측정 등, 시료와 2개의 시약 용액인 경우를 예로 설명한다.

통상은 시료를 예를 들어 3㎕ 피펫으로 측정하고, 예를 들어 200㎕ 측정한 제1 시약 용액(시약 1)과 혼합하여, 예를 들어 3분 반응시킨다. 그 후, 그 반응액에 100㎕로 계량한 제2 시약 용액(시약 2)을 첨가하여 혼합한다. 소정의 시간, 예를 들어 10분간 반응시킨 후에, 반응 혼합액 중의 발색 시약의 흡광도를 측정함으로써, 시료 중의 검출 대상 물질(콜레스테롤 등)의 양을 구한다.

이것을, 본 발명의 방법에서 행하기 위해서는 시료를 30nℓ/min로 흘리고 있는 유로에, 시약(1)을 2000nℓ/min로 흘리고 있는 유로를 합류시키고, 2030nℓ/min의 유량으로 하고, 3분간의 반응 시간을 취할 수 있도록 유로 길이를 설계한다. 계속해서, 이 시약(1)과 시료와의 혼합물 유로에, 시약(2)을 1000nℓ/min로 흘리고 있는 유로를 합류시키고, 3030nℓ/min의 유량으로 하고, 10분간의 반응 시간이 취해지도록 유로 길이를 설계하고, 마지막으로 유로 속에서 광열 변환 검출법 등의 검출을 행한다.

즉, 유량은 펌프나 전압 등으로 정밀도 좋게 제어할 수 있으므로, 일정 체적의 용액을 측정하는 일 없이, 정량비에서의 혼합 반응이 가능해진다. 특히, 반응 후의 액체를 특별한 분리를 하지 않고서 직접 검출 장치에 가할 수 있는 경우, 예를 들어 의료 진단용의 소위 생화학 항목 I 중의 측정에서는 본 발명은 특히 유용하다.

또, 상기 설명에 있어서, 필요에 따라서 깊이를 바꾸는 등하여 모세관의 단면적을 변화시킴으로써 선 속도를 변경하더라도 좋은 것은 상술한 설명과 동일하다.

유로의 패턴 예를 도12에 도시한다. 액체 저장소(1)는 시료용, 액체 저장소(2)는 시약(1)용, 액체 저장소(3)는 시약(2)용, 액체 저장소(4)는 폐액용 액체 저장소이고, 합류점(5)에서 시료와 시약(1)이 혼합되고, 또한 합류점(6)에서 시약(2)이 혼합된다. 합류점에서의 양 홈의 각도는 이 경우는 직각이지만, 도13과 같이 예각으로 합류시킴으로써, 보다 합류하는 상대측의 압력에 의한 유속 변화 등의 영향을 적게 하여 혼합할 수 있다. 또, 혼합을 보다 효율적으로 행하기 위해, 합류부에 흐름을 어지럽히는 방해판 등의 돌기물을 설치해도 좋고, 합류 부분의 홈 폭을 크게 하여 체류 시간을 길게 하여 확산에 의해 혼합시키는 것도 가능하다.

상술한, 특히 생화학 검사 항목과 같이, 시료와 시약을 반응 후, 분리가 필요 없는 검출이 가능한 경우는 분리를 위해 일정량 무게를 다는 일 없이 혼합으로부터 반응, 검출까지 일관된 유로에서 연속적으로 처리가 가능하다. 일반적으로, 예를 들어 흡수 파장의 관계에서 검출해야 할 성분이 다른 협잡물의 방해 없이 검출할 수 있는 경우나, 시료 중의 수산기를 산화하여 생성한 카르보닐기를 분광 광도계로 검출하는 등, 검출하는 물질이 변화하는 경우에서는 분리하는 일 없이, 소정의 유량비에서의 혼합, 반응으로부터 검출까지 일관된 유로에서 처리할 수 있다.

본 발명의 방법은 장시간 연속적으로 행하는 것도 가능하지만, 반드시 장시간 연속적으로 행할 필요는 없다. 예를 들어, 전단계의 설명에 있어서, 검출에 10초가 걸린다고 하면, 최저 10초 동안(통상은 약간 많게 20초 정도), 시약(1)과 시료의 합류를 행하고, 그 3분 후에 시약(2)과의 합류를 마찬가지로 최저 10초 동안 행하면 좋다. 그리고, 그 후 10분 후에 검출을 행한다. 즉, 본 발명의 방법은 유량 제어를 시간 경과적으로 프로그램 가능하게 행함으로써, 최소한의 시약, 시료량으로 효율적으로, 일정 체적의 무게를 체크하지 않고도, 미량 분석을 행할 수 있다. 그로 인해, 유량 제어의 정밀도와 프로그램성, 즉응성은 중요하다. 유량비의 검정에 대해서는 시료 대신에 표준 샘플을 흘리는 일 등에 의해, 보정을 용이하게 행할 수 있다. 혹은 제조 로트마다의 칩 중의 유로 사이즈를 검정해 두고, 그 보정치를 이용해도 좋다.

본 발명의 방법을 이용하면, 시료 중의 하나의 대상뿐만 아니라 복수의 대상도 유로를 공유함으로써, 즉 간단한 유로 설계에서 측정이 가능하다(도14). 즉, 상술한 설명예에 있어서, 시약(1)과 시료를 필요 시간 반응 후, 조금 시간을 두고 소정 유량의[시약(1)과 혼합할 때의 유량과 동일하지 않아도 좋음] 시료와, 별도의 소정 유량으로 흘리고 있는 시약(3)의 유로를 합류시킨다. 그리고, 소정 시간 반응 후, 시약(4)을 합류시키고, 시료와 시약(1, 2)과의 반응 생성물의 측정 후, 동일한 검출 유로를 이용하여 시료와 시약(3, 4)과의 반응 생성물을 검출할 수 있다.

토탈 콜레스테롤, 트리글리세라이드, 빌리루빈 등 시료 속의 물질량을 직접 정량하는 경우는 반응 생성물이 소위 엔드 포인트로 측정 가능하며, 검출은 최저 1점이면 된다. 한편, 혈중의 GOT, GPT, γGTP 등, 시료 중의 효소 활성을 측정하는 경우는 검출은 1점이라도 좋지만, 보다 정확을 기하기 위해, 시간 경과적으로 복수의 측정(검출)을 행하는 것이 바람직하다[레이트 어세이(rate assay)].

이 경우는 검출을, 최종 반응 혼합액이 흐르는 유로의 복수점, 즉 최종 시약과의 합류점으로부터의 거리(즉 반응 시간)가 다른 복수의 유로 상의 지점에서 검출을 행하면 좋다. 그로 인해, 검출 장치 내에 복수의 검출 시스템을 최종 반응 혼합액의 유로 상에 배치하든, 하나의 검출 시스템의 경우는 검출(광학)계를 이동시키든, 또는 칩을 이동시키든 하면 좋다. 유로에 따라서, 열 렌즈 검출 시스템을 이동시키든, 복수의 열 렌즈 검출 단부를 유로상에 배치함으로써, 반응의 경시 변화가 단시간에 혹은 일순간에 파악할 수 있게 된다. 즉, 유로의 길이가 반응 시간에 상당하게 되는 것이다. 이는 3차원적으로 중합시킨 입체 칩에서는 실현이 어려우며, 본 발명의 평면 칩과 고감도의 열 렌즈 검출 장치를 조합시킴으로써 용이해졌다.

(전기적 액체 이송에 대해)

본원 발명에 있어서 액체 이송은 각 유동체가 소정의 유량비로 혼합하기 위해, 기계식 펌프, 전기적 방법 등, 여러가지 수단을 취할 수 있다. 그 중에서, 정밀하고 또한 간편한 송액 제어 수단으로서, 전기 침투류 등의 전기적 방법이 바람직한 형태로서 들 수 있다. 또, 여기에서 말하는 전기적 방법에서는 전압을 제어하는 방법과 전류를 제어하는 방법을 각각 필요에 따라서 구별하는 것도 가능하다.

전압의 제어에 의해 송액의 제어를 하는 것에, 모세관 중의 액체에 전계를 인가하여 전기 영동이나, 전기 침투류에 의해 전기적으로 송액을 행하는 방법이 있다(「모세관 전기 영동」고단사 등에 상세하게 기재되어 있음). 전기 침투류는 모세관 내면 표면의 이온의 이동에 의해 모세관 내의 액체가 함께 이동하는 것이며, 모세관이 유리나 실리콘으로 형성되는 경우는 유리 표면의 규산의 프로톤 등이 이동력이 된다. 또, PMMA나 PC 등의 유기 폴리머 등으로 이루어지는 칩에서, 모세관 내면에 특별한 이온 종류가 존재하지 않는 경우라도, 모세관 내를 흘리는 액체의 조성에 따라서는 그 액체 중의 전해질을 모세관 내면에 흡착시키고, 그 전해질의 이동에 의해 전기 침투류를 발생시킬 수 있다. 안정된 전기 침투류를 발생시키기 위해, 모세관 내면의 표면에 술폰산기나 카르본산기를 갖는 유기 폴리머를 그래프트 중합 등으로 부가해도 좋다.

전기 침투류에서의 송액의 경우에는 합류하는 각 유로의 단면 사이즈나 길이를 바꾸거나, 각 유로로의 전압을 거는 방법을 바꾸거나, 각 유로 모세관내 표면의 하전 상태를 표면 처리 등에 의해 변경함으로써, 합류하는 각 유로의 유량을 바꿀 수 있다.

전기 침투류는 이론적으로, 모세관 벽면의 재질에 의한 ξ전위와, 모세관에 인가되는 전위차에 비례한다. 20℃의 물을 예로 전기 침투 유속도를 구하면, ξ전위 75mV를 갖는 모세관에 있어서 100V/㎝를 인가한 경우, 전기 침투류의 속도는 0.5㎜/sec강의 값을 얻을 수 있다. 전기 침투류를 발생시키는 전원에는 특별히 특수한 기능은 필요하지는 않지만, 모세관 길이에 따라서는 1kV 이상의 전위차를 발생시킬 수도 있는 것을 고려하면, 고전압(1kV 이상)의 출력이 가능한 것이 바람직한 것도 있을 수 있다. 또한, 이 고전압 전원은 직접, 혹은 인터페이스 보드 등을 거쳐서 외부의 컴퓨터에 이어지며, 제어할 수 있는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 그에 의해, 전기 침투류를 발생시키기 위한 전위차의 인가 타이밍 등을 프로그램화하고, 보다 빈틈이 없는 전기 침투류 제어를 행할 수 있다. 본 발명에 관한 분석 장치의 칩에 있어서는 시료는 전기 침투류 및/또는 전기 영동으로 정밀도 좋게 제어되고, 분리나 다른 시약과의 반응을 행한 후, 그 유로의 하류에 있어서 광열 변환 분석에 이바지하게 된다. 특히, 정밀한 제어라는 관점에서, 전기 침투류는 전압의 제어에 의해 미세하게 즉응적으로, 또한 설정한 프로그램에 따라서 정확하게 유량을 제어할 수 있으므로, 유량의 비를 정밀하게 제어하여 필요한 화학 반응을 행하는 용도에서는 전기 침투류의 채용은 바람직한 실시 형태의 하나이다.

또, 효소 등을 이용한 생체 유래 물질의 검출 등에 사용되는 레이트 어세이법 등과 같은, 반응 개시로부터의 시간에 따른 반응 생성물을 정량 검출하는 수법은 모세관 단면에 있어서 속도 분포가 발생하는 펌프에 의한 송액에서는 고정밀도 측정에 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 상기와 같은 전기 침투류에 있어서는 액체의 흐름은 원리적으로 모세관 단면 방향에서 속도의 차이가 없는 층류가 되므로, 고정밀도 검출이 가능해진다.

또한, 펌프에서는 흐름의 중심부가 볼록해지는 층류가 가능해, 열 렌즈 검출법에서는 이 볼록부의 선단부와 기부의 물질 농도의 차이를 검출하는 경우가 있지만, 전기 침투류를 이용함으로써 유체는 편평한 층류가 되므로, 안정된 검출이 가능한 것도 특징으로서 들 수 있다.

단, 펌프에서의 송액이라도, 모세관 내에 설치된 방해판 등에 따라서, 액체 조성의 혼합, 확산의 촉진을 꾀하는 동시에, 효소 반응 등에 충분한 유로 길이를 설치하는 등의 대책을 취함으로써, 고정밀도의 검출이 가능해진다.

전기 침투류를 발생시키는 전원으로서는 고전압 전원 장치(예를 들어 Model HCZE-30PNO, 25, 마쯔사다 프래시죤사, 30kV까지 인가 가능)를 이용하지만, 이것은 인터페이스 보드(예를 들어 DAQCard-1200, CB-50 커넥터 블럭, 내셔널 인스트루먼트사)를 거쳐서 외부의 컴퓨터로부터 출력 제어할 수 있다. 전압의 인가 타이밍 등의 프로그램은 예를 들어 NI-DAQ 드라이브 소프트웨어, LabVIEW 등으로 제작할 수 있다.

이상 설명한 이 실시 형태의 분석 장치를 이용하면, 의료 현장에서의 베드사이드 진단이나, 외래 환자에게 수진 당일에 그 날의 검사 결과를 알리는 것이 가능해지므로, 그 결과에 의거하는 치료약, 치료 방법의 선택을 신속하게 행할 수 있다. 또한, 하천의 오탁, 폐기물 중의 유해 물질의 정량 정성 분석 등도, 오염 현장에서 용이하게 행할 수 있다. 또는 수입 식품의 통관시의 오염 검사나 조리 현장에서의 즉시적인 분석도 가능해진다.

검출 대상 물질은 화학 물질, 단백, 핵산 등 특별히 구애받지는 않지만, 환경 오염 화학 물질, 혈액·수액·타액이나 뇨 중에 포함되는 생체 성분, 장기·조직·점막 유래의 생체 성분, 감염원이 되는 균이나 바이러스 등의 단백, DNA, RNA, 알레르겐, 여러 가지의 항원 등이 대상이 될 수 있다.

이하에, 실시예를 이용하여 본 발명의 효과를 더욱 구체적으로 설명한다.

＜제1 실시예＞

본 발명의 실시예로서, 엔드 포인트법에 의해 측정하는 혈청 중의 토탈 콜레스테롤의 정량 측정을 지질 측정용 표준 혈청과 토탈 콜레스테롤 검출 키트[상품명 콜레스테롤 E-HA 테스트 와코(와코쥰야꾸 주식회사제)]의 2개의 검출 반응 시약 용액과의 합계 3개의 용액을 유량 제어하여 행한 예를 나타낸다. 송액은 전압의 인가에 의한 전기 침투류로 행하였다.

(칩의 작성에 대해)

우선, 모세관을 구비하는 칩의 제작에 대해 서술한다.

판형 유기 폴리머 기재의 흡광도를 측정함으로써, 열 렌즈에 부여하는 영향을 예측하고, 사용할 수 있는 폴리머 기재의 소재 선정의 기초 데이타로 했다. 그 측정 방법 및 결과를 기재한다.

측정 장치에는 시마즈 제작소제 UV-2200A(UV-VIS Recording Spectrophotometry)를 사용했다. 측정 방법은 두께가 다른 동일 소재의 시료를 준비하여, 광로부 전체를 막는 데 충분한 크기로 베어낸 후, 측정용 셀을 사용하지 않고서, 측정셀 삽입부에 광로에 대해 판 표면이 수직이 되도록 시료를 세운다. 우선, 준비한 동일 소재판 중, 가장 얇은 판 2매를 이용하여 초기 보정을 행하였다. 실제의 측정에는 참조용으로서, 가장 얇은 판을 사용하여 두께가 다른 것을 측정 시료로 하여 흡광도를 측정했다. 측정 파장에는 488㎚, 633㎚, 780㎚의 3파장을 사용했다. 이하에 사용 소재 등 상세를 기재한다.

(1) 측정 시료

(a) 아사히 카세이 공업 주식회사제 메타크릴 수지(델페트 560 F : t = 2㎜, 3㎜)

(b) 닛토 수지 공업 주식회사제 아크릴 수지(크라렉스 : t = 0.3㎜, 0.5㎜)

(c) 스미또모 화학 주식회사제 아크릴 수지(스미펙스 : t = 4.5㎜, 10㎜)

(d) 미츠비시 레이온 주식회사 메타크릴 수지(아크리라이트 : t = 2㎜, 5㎜)

(e) 데이진 카세이 주식회사제 폴리카보네트 수지(팬라이트 AD5503 : t=1㎜, 2㎜)

(f) 아사히 카세이 공업 주식회사제 메타크릴 수지(데라글라스 A : t = 2㎜, 3㎜)

(g) 미쯔비시 엔지니어링 플라스틱 주식회사제 폴리카보네트 수지(유피론·시트 : t = 0.5㎜, 1.0㎜, 2.0㎜)

(h) 타키론 주식회사제 폴리카보네트 수지(PCSM PS600 : t = 0.5㎜, 1㎜)

(i) 타키론 주식회사제 폴리카보네트 수지(세그먼트판 : t = 1㎜, 3㎜)

(j) 타키론 주식회사제 폴리에스테르 수지(PETEC PET6010 : t = 1㎜, 3㎜)

(k) 타키론 주식회사제 염화비닐 수지(ESS8800A : t = 1㎜, 3㎜)

(r) 메코 상회제 라미네이트 필름(MS 파우치 : t = 100㎛, 150㎛)

(2) 측정 결과

측정 결과를 도15에 통합하여 도시한다. 또, (a) 내지 (ℓ)의 기재에 대해, 열 렌즈 검출법에 의한 출력의 측정도 더불어 행하였다. 측정은 측정하는 폴리머 기재만에 대해 여기광, 검출광을 조사하여, 가장 높은 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 얻을 수 있는 촛점 위치에서의 값을 기록했다. 이 때, 시료는 현실의 칩의 두께(2㎜)에 가까운 두께를 갖는 것을 측정하거나, 혹은 두께가 다른 2종류의 측정 결과를 평균했다.

또, (f) 미쯔비시 엔지니어링 플라스틱(주)제 폴리카보네트 수지에 대해서는 측정 장소에 의한 열 렌즈 검출법에 의한 출력의 변동이 커, 미결정 등 광을 흡수하는 물질의 편재가 예상된다.

도15에 도시한 결과에서, 폴리머 기재의 본래 갖는 흡수율(흡광도로부터 환산)과 얻어지는 열 렌즈 검출법에 의한 출력과의 사이에, 상관이 있는 것이 명백해졌다(열 렌즈 검출의 여기광 파장 : 633㎚).

기준 측정으로서, 2장의 유리판에 크실렌·시아놀 색소(농도 5μM)를 사이에 두고 측정했을 때의 열 렌즈 검출 장치의 출력은 대략 20mV였다.

그래서, 표면에 홈을 갖는 폴리카보네트 기재를, 상술한 메코 상회제 라미네이트 필름(t = 100㎛)으로 피복하고, 홈을 모세관화한 칩에서, 마찬가지로 크실렌·시아놀 색소(농도 5μM)를 측정하려고 한 바, 백그라운드로서 10mV가 검출되고, 이 백그라운드에 의해 정밀한 측정이 곤란해졌다. 사용한 라미네이트 필름의 흡광도는 상술한 측정 결과로부터 t = 50㎛(150㎛-100㎛)에서 0.0085이므로, t = 100㎛에서는 흡수율로 환산하면 대략 4%에 상당한다. 단, 이 경우, 사용한 라미네이트 필름에는 열경화성의 접착제가 사용되고 있으므로, 그 편재에 따르면 생각되는 백그라운드값의 변동이 보인다. 그러나, 흡광도의 측정에서는 이 변동은 평균화되므로, 부분적인 흡수율은 4%보다 크다고 생각된다. 또한, 현실의 측정 항목으로서, 상기 크실렌·시아놀 색소보다도 고농도의 시료를 측정하는 가능성도 감안하여, 이 농도 범위를 측정하는 경우의 폴리머 기재에 허용되는 여기광의 흡수율은 5%라 할 수 있다. 이 값은 하기 수치 평가와 대조하더라도 타당한 값이다.

상기한 기준 측정에 있어서의 20mV라 하는 측정 결과는 의료 진단 등에서 측정되는 생화학 물질의 측정에 있어서는 극히 표준적인 값이며, 측정에 사용한 깊이 50㎛의 모세관으로 환산하면, 흡광도의 값으로서 0.0005를 얻을 수 있다. 본 실시예에서 사용된 열 렌즈 검출 장치에 있어서, 가장 이상적인 투명 기재라 생각되는 합성 석영을 사용한 경우(백그라운드 = 0mV)의 검출 한계로서의 로크인 앰프 출력은 0.5mV 정도이다. 따라서, 농도를 1/10로 한 고감도의 측정도 가능하고, 현실의 측정치에 대해 고감도를 갖는 것은 의료 진단에 한정되지 않고, 측정계의 정밀도를 유지하는 데에 있어서 바람직하다. 그러나, 도15에서 도시한 바와 같이, 칩에 사용하는 폴리머 기재 그 자체가 여기광 등에 대해 흡수를 나타내면, 백그라운드로서 열 렌즈 검출법에 의한 출력이 나오므로, 오차를 발생한다. 상기의 크실렌·시아놀 색소(농도 5μM)에서의 열 렌즈 출력 20mV에 대해, 그 1/10의 농도까지 측정한다고 생각하고, 또한 백그라운드의 허용 범위를 측정 대상 물질에 의한 신호의 10배, 바람직하게는 5배, 더욱 바람직하게는 2배까지 허용할 수 있다고 하면, 10배까지 허용한 경우는 20mV, 5배까지 허용한 경우는 10mV, 2배까지 허용한 경우는 4mV가 된다. 도15의 측정치와 더불어 이 값을 보면, 측정의 변동도 고려하여 흡수율은 5% 이하가 바람직하며, 바람직하게는 2% 이하, 더욱 바람직하게는 1% 정도인 것이라 할 수 있다.

더욱 수치적으로 타당한 흡수율의 값을 계산해 본다. 현실적인 값으로서, 광로 길이가 1㎝인 큐벳을 사용한 경우로 환산한 흡광도값으로서, 2 내지 0.01의 범위에 포함되는 대상 물질을 측정한다고 하자. 이 값은 투과율로서는 1 내지 97.7%가 되고, 흡수율로서는 99 내지 2.27%를 얻을 수 있다. 흡수가 광로 길이에 있어서 균등하게 행해진다고 가정하면, 광로 길이 50㎛에서는 0.495 내지 0.011%의 흡수가 된다. 백그라운드로서, 측정 대상 물질에 의한 신호의 10배, 바람직하게는 5배, 더욱 바람직하게는 2배까지 허용할 수 있게 하고, 또한 여기광의 촛점 위치로부터의 어긋남에 의한 렌즈 효과의 저하를 절반이라 가정하면, 10배까지 허용한 경우는 9.9 내지 0.22%, 5배까지 허용한 경우는 4.95 내지 0.11%, 2배까지 허용한 경우는 1.98 내지 0.044%의 값을 얻을 수 있다.

즉, 이 값은 광로 길이가 1㎝인 큐벳에 있어서 흡광도가 2 내지 0.01인 물질을 깊이 50㎛의 모세관에 넣고, 열 렌즈 검출법에 의해 계측하는 경우에 허용되는, 칩을 형성하는 평판형 부재의 입사로부터 출사까지 사이의 여기광에 대한 흡수율을 나타내게 된다. 덧붙이면, 백그라운드의 크기를 가장 크게 허용한다고 해도, 칩의 입사로부터 출사까지 사이의 여기광에 대한 흡수율이 10%가 되면, 현재의 흡광도계로 1㎝의 큐벳을 이용하여 측정 가능했던 물질의 측정이 불가능해지는 것을 의미하고 있다. 따라서, 현실적인 흡수율의 허용 범위의 상한은 2 내지 5%라 할 수 있다. 이 값은 상기한 현실의 폴리머 기재의 흡수율과 열 렌즈 검출법에 의한 출력과의 관계와 대조하더라도, 타당한 값이라 할 수 있다.

단, 장래, 현재의 광로 길이가 1㎝인 큐벳을 사용한 경우로 환산하여 흡광도가 2를 훨씬 초과하는 측정 물질을 계측하는 경우는, 허용되는 수지 폴리머의 흡수율의 값은 더욱 크게 하는 것이 가능하다. 덧붙이면, 모세관의 깊이를 보다 깊게 하더라도 같은 효과가 나와, 허용하는 수지 폴리머의 흡수율을 크게 할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 검출광의 광축이 칩 영역에서의 여기광의 광축으로부터 크게 벗어나 있는 경우는 상술한 백그라운드의 영향을 받지 않는 것도 자명하다.

다음에, 실제의 생화학계의 검출에 사용한 칩의 제작법에 대해 서술한다.

칩을 구성하는 평판형 부재는 사출 성형에 의해 성형한다. 사출 성형에 사용한 수지는 메타크릴 수지(아사히 카세이 공업 제조 델페트 560F)이다. 가스로서는 순도 99% 이상의 이산화탄소를 사용한다. 성형기는 스미또모 중기계 공업제 SG50을 사용한다. 금형 장치는 도16에 도시한 장치를 사용한다.

도16에 있어서, 금형(101)의 금형 모세관(103)의 주위에는 파티클면의 간극(102)을 통해 금형 모세관(103)에 이산화탄소를 흡배기하는 흡배기용 홈(104)이 있으며, 상기 흡배기용 홈(104)은 이산화탄소의 공급원에 금형 외통기용 구멍(105)을 통해 연결되고 있다. 금형 모세관(103)의 외측에는 금형 모세관(103)을 가압형으로 유지하기 위한 O링 홈(106)이 있으며, 그 속에 O링(107)을 설치한다. 금형 통기용 구멍(105)은 가스체 도관(111)을 통해 이산화탄소원(109)에 이어지고 있다. 가스체 도관(111)에는 압력계(110)와 안전 밸브(108)가 연결되어 있다.

금형 표면은 상자 혹은 스탬퍼(112)에 의해 형성되고, 상기 상자 혹은 스탬퍼(112)의 표면은 미세한 모세관의 형상으로 가공되어 있다. 그 미세한 형상은 도17에 도시한 형상이며, a-a'선 단면의 홈 형상은 폭 301㎛, 깊이 50㎛, 단면적 14500㎛²의 다이 형상(돌기)이다.

수지는 런너를 지나서 게이트로부터 금형 모세관(103)에 사출된다.

금형 표면 상태의 전사성은 광학 현미경에 의한 관찰이나 레이저 현미경에 의한 형상 측정으로 평가한다.

또한, 성형품도 광학 현미경에 의한 관찰, 절단 단면의 홈 형상의 광학 현미경이나 전자 현미경에서의 관찰, 레이저 현미경에 의한 형상 측정 등으로 관찰한다.

도16에 도시한 금형 장치를 이용하여, 금형 모세관 표면 온도 80℃인 금형 내에, 이산화탄소를 5.0MPa의 압력으로 충전시킨다. 계속해서 수지 온도 240℃의 메타크릴 수지를 금형 내에 사출하고, 실린더내 수지 압력 80MPa에서 10초간 압력을 유지하고, 20초간 냉각한 후 성형품을 취출한다. 금형에 충전시킨 이산화탄소는 수지 충전 완료와 동시에 대기 중에 방출되어 표면에 홈을 갖는 평판형 부재가 성형된다.

얻어진 성형품의 표면은 평활하며, 스탬퍼의 a-a'선 단면에 상당하는 부분의 전사된 홈은 폭 303.0㎛, 깊이 49.7㎛, 단면적 14300㎛²였다. 따라서, 폭 및 깊이가 2% 이내, 단면적이 4% 이내인 치수 정밀도로 홈이 전사되어 있었다.

성형된 평판형 부재는 세로 120㎜, 가로 80㎜, 두께 2㎜로, 도18에 도시한 바와 같은 패턴의 홈이 형성되어 있다. 액체 저장소를 위한 직경 3㎜의 관통 구멍이 4군데 있으며, 각각 액체 저장소(213)는 시료용, 액체 저장소(214)는 시약(1)용, 액체 저장소(215)는 시약(2)용, 액체 저장소(216)는 폐기용이다. 액체 저장소(213)에는 혈구 분리 필터가 장착되어 있으며, 시료(전체혈)를 적하하면 검출을 방해하는 혈구가 제외되고, 혈장이 모세관으로 이송된다. 홈의 크기는 홈(217)이 폭 15㎛, 깊이 10㎛, 길이 1㎝이고, 홈(218)은 폭 200㎛, 깊이 50㎛, 길이 1㎝, 홈(219)은 폭 203㎛, 깊이 50㎛, 길이 3㎝, 홈(220)은 폭 100㎛, 깊이 50㎛, 길이 4㎝, 홈(221)[홈(220)과의 합류점으로부터 검출부까지의 길이]은 폭 303㎛, 깊이 50㎛, 길이 5㎝이다. 이 성형품과 300㎛ 두께의 메타크릴 수지 시트를 핫멜트 접착제에 의해 접합하여 칩을 작성한다.

그리고, 칩의 모세관 내면의 전기 침투류의 증강 및 세정 등의 목적으로, 모세관 내를 1N-NaOH 용액(와코 쥰야꾸사제)로 충전시키고, 60℃에서 24시간, 가열한다. 그 후, 모세관 내를 정제수(교에이 제약 주식회사제)로 pH를 지표로 하여 중성이 될 때까지 세정하여 건조한다.

다음에, 평판형 부재의 반대측(관통 구멍이 있는 측)에 은 입자를 포함한 도전성 잉크(미쯔이 화학제 MSP-600F)로 배선 및 검출 장치 내의 전원 단자 접속용 전극을 인쇄하고, 액체 저장용 전극으로서 백금 도금된 놋쇠로된 아일릿을 셋트하여, 칩을 완성한다(도19).

도20은 도19의 c-c'선의 단면도이다. 분석 장치에는 액체 저장소(213 내지 216)에 소정의 전압을 인가할 수 있는 전원 장치가 장비되고, 또한 도19의 부호 223으로 도시한 위치에서 광열 변환 검출법에 의한 검출이 가능한 검출기가 장비되어 있으며, 또한 검출 데이타로부터 측정 결과를 계산하여 출력하는 프린터도 구비하고 있다.

＜혈청 중의 토탈 콜레스테롤의 정량에 대해＞

(표준 혈청의 조제에 대해)

교와 메딕스사의 지질 측정용 표준 혈청의 조제법을 일부 개변하여 표준 혈청을 조제했다. 구체적으로는, 1 바이얼의 동결 건조품을 부속의 표준 혈청 용해액 851㎕를 이용하여 용해하고, 토탈 콜레스테롤이 계산치로 800mg/㎗가 되도록 조제하여 스톡 용액으로 했다. 다음에 스톡 용액을 부속의 표준 혈청 용액으로 희석하여, 계산치에서 200mg/㎗ 및 50mg/㎗의 토탈 콜레스테롤을 포함하는 용액을 조제했다.

(검출 키트의 조제에 대해)

HA 테스트 와코 콜레스테롤 E-HA 테스트 와코(와코 쥰야꾸 공업 주식회사)를 이용하여, 부속된 프로트콜에 따랐다.

(토탈 콜레스테롤의 검출에 대해)

액체 저장소(216)에 완충액을 약 14㎕ 적하하고, 모세관 전체가 완충액으로 충전된 후, 액체 저장소(214)에 시약(1)을 약 14㎕, 액체 저장소(215)에 시약(2)을 약 14㎕, 액체 저장소(213)에 시료를 약 14㎕ 적하했다. 액체 저장소(213 내지 215)의 전극에 액체 저장소(216)에 대해 100V를 인가하고, 액체 저장소(213 내지 215)로부터 액체 저장소(216)로 전기 침투류를 발생시켰다. 이 때, 각 홈에 있어서의 유량은 홈(217)이 1.5nℓ/min, 홈(218)이 100nℓ/min, 홈(219)이 101.5nℓ/min, 홈(220)이 50nℓ/min, 홈(221)이 151.5nℓ/min이 되도록, 미조정을 행하였다. 유속의 측정은 실험의 편의상, 무극성의 비드(오오쓰카 덴시제 ø: 520㎚)의 유속을 측정함으로써 행하였다. 시료와 시약(1)과의 반응 시간은 3분 필요했지만, 시료가 시약과 혼합되어 홈을 진행하는 사이에 반응이 완결하도록, 미리 유로의 길이 및 인가 전압을 설정해 둔다. 시료와 시약(2)과의 반응도 마찬가지로 5분 필요하지만, 홈을 통과 중에 반응이 완결하도록 미리 유로의 길이 및 인가 전압을 설정해 둔다. 반응이 종료한 시료를, 도19의 검출부(223)에서 후술하는 바와 같이 여기광에 파장 633㎚, 검출광에 파장 780㎚의 레이저를 이용한 광열 변환 검출법에 의해 검출했다.

유로 용적의 보정이 필요한 경우는 칩 내의 시료의 액체 저장소(213)의 근처에 표준 샘플용 액체 저장소를 준비해 두고, 시료의 측정전 또는 후에, 표준 샘플을 시약 1, 2와 함께 송액, 반응 및 측정을 행하여 그 결과로부터 보정을 행한다.

또, 전기 침투류를 발생시키는 전원으로서는 30kV까지 출력 가능한 고전압 전원(Model HCZE-30PNO, 25, 마쯔사다 프레시죤)을 외부의 컴퓨터에 접속하고, 이 컴퓨터에 의해 전압 제어를 행하였다. 그 때, 고전압 전원의 출력 제어는 인터페이스 보드(DAQ Card-1200, 1200CB-50 커넥터 블록, 내셔널 인스트루먼트)를 거쳐서 행하고, 소프트웨어(NI-DAQ 드라이브 소프트웨어, LabVIEW)에 의해 전압의 인가 타이밍 등의 프로그램을 작성했다.

(광열 변환 검출 장치의 구성에 대해)

사용한 광열 변환 원리에 의거하는 검출 장치를 도21에 도시한다(광학 부품의 상세한 것은 생략). 현미경으로서는 스테이지 상에서의 시료의 취급이 용이함을 감안하여, 도립형(倒立型) 현미경(IX70, Olympus제)을 사용했다. 이것은 별도로 낙사형(落射型)의 현미경이라도 상관없다. 이 현미경은 현미경 외의 광학계에서 동축으로 된 레이저광을 도입할 수 있도록 개조를 덧붙이고 있다. 레이저는 여기용에는 He-Ne 레이저(633㎚, 10mW, 에드몬트 사이언티픽제)를, 검출용에는 적외 반도체 레이저(780㎚, 15mW, 산요 덴끼 주식회사제 DL-4034-151)를 사용했다. 이들 레이저는 사용하는 시약, 생성하는 반응물의 흡수 스펙트럼에 의해 적당한 주파수인 것을 이용하면 좋다.

또한, 레이저는 가스, 고체, 반도체 등, 종류는 제한되지 않는다. 미러, 빔 익스펜더 등의 광학계는 메스그리오사 제품으로 통일했다. 여기용 레이저광은 라이트 쵸퍼에 의해 변조된 후, 다이클로익 미러에 의해 검출용 레이저와 동축이 되어 현미경으로 유도되어 시료에 조사된다.

조사 후에, 동축이 된 레이저광 중, 여기광만을 선택적으로 필터에 의해 제거하여 포토 센서로 유도한다. 레이저광 수광 부분의 소자에는 취급의 간편성을 고려해 파이버 부착의 포토센서 앰프(C6386, 하마마쯔 포토닉스사제)를 사용했다. 이 포토 센서 수광부는 핀 홀을 갖는 커버로 덮여져 있다. 포토 센서 및 센서 앰프로부터의 출력은 저잡음 프리앰프(LI-75A, NF 회로 블록사제)로 증폭한 후, 로크인 앰프로 유도되어 신호 처리가 행해진다.

이 검출 장치에 의해 모세관 내의 상태를 검출하는 순서는 이하와 같다. 도21에 도시한 바와 같이, 우선 칩을 도립 현미경의 스테이지 상에 둔다. 대물 렌즈의 초점 맞춤은 여기용 레이저를 사용하여 모니터 화면을 참조하면서, 모세관 패턴의 상변, 하변의 위치에서의 초점 맞춤을 실시한 후, 그 중간 점을 모세관의 중심 위치로서 행하였다.

또, 상술한 바와 같이, 모세관의 깊이가 50㎛ 내지 100㎛이면, 대물 렌즈는 NA = 0.2 내지 0.8의 범위에서 조정을 하면 되고, 개구수가 0.2, 0.4, 0.6 중에서 알맞은 감도를 얻을 수 있는 개구수를 선택하면 좋다. 그러나, 본 실시예의 경우, 모세관 깊이가 50㎛이며, 개구수 0.4의 대물 렌즈를 이용한 경우에, 열 렌즈 검출법을 이용하여 가장 높은 농도 감도를 얻을 수 있었다. 이 상태에서, 충분히 의미있는 값이 나오는 것을 확인하는 동시에, 여기광의 미광(迷光)이 광 검출기에 들어가지 않는 것을 확인하기 위해, 여기광만이 입사한 상태에서, 상술한 열 렌즈 검출법에 의한 출력이 충분히 작아지는 것을 확인한다. 다음에, 검출광의 빔 익스펜더의 수속각을 조정하고, 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 보면서, 신호가 최대가 되는 위치로 조정한다.

이 때, 본 실시예에서의 가장 적절한 초점 위치를 구하기 위해, 칩과 대물 렌즈와의 거리의 변화를 알 수 있도록 칩을 Z 방향 거리에 ㎛ 단위로 제어 가능한 X-Z 스테이지(시그마 광기제)에 실어, 칩을 Z 방향으로 이동시켰을 때의 열 렌즈 검출법에 의한 출력의 변화를 조사했다. 그 결과를 도22에 도시한다. 본 실시예의 경우, 극미소 영역에서의 측정보다는 어느 영역에서의 농도 감도를 중시하므로, 여기광의 초점은 반드시 모세관의 중심으로 되어 있지 않다. 농도 감도의 점에서는 이 여기광의 조사는 모세관 전체를 덮는 방향이 유리하지만, 반대로 여기광을 지나치게 넓히면 측정 영역 내에서의 여기광 강도가 약해져, 온도 확산의 영향 등을 받아 열 렌즈 검출법에 의한 출력이 약해지므로 최적치가 존재한다. 본 실시예의 경우, 도22에 도시한 바와 같이 여기광의 초점 위치, 즉 조사측으로부터 보아 모세관의 반대측의 평판형 부재 중의, 모세관으로부터의 거리 160㎛의 위치를 중심으로, ±50㎛인 범위에서 열 렌즈 검출법에 의한 출력을 얻을 수 있다. 이 최적치는 모세관의 폭, 깊이에 의해 변화하는 것은 자명하지만, 농도 감도를 높이기 위해서는 모세관 내의 온도 변화 영역을 넓히는 쪽이 바람직한 것은 변함이 없다.

초점 맞춤을 실시한 후, 전술한 바와 같이 칩 내에 시료와 시약을 도입하여 시료와 시약의 혼합 및 반응을 행하고, 반응 생성물을 포함하는 용액을 검출부로 유도한다.

여기용 레이저는 라이트 쵸퍼에 의해 예를 들어 116Hz로 변조해 두고, 검출부를 흐르는 액체에 포함되는 반응 생성물을 여기하여 발열시킨다. 이 라이트 쵸퍼에 의한 변조의 주파수는 SN비 등의 영향에 의해 변경할 수도 있다. 이 발열에서 발생한 열 렌즈에 의해 검출용 레이저의 초점 위치가 어긋나고, 이에 따라 핀 홀을 통해서 포토 센서의 수광량이 발열량에 따라 변화하므로, 이 변화량으로부터 시료에 포함되는 소정 성분을 분석할 수 있다.

측정시에는 시료의 흐름은 정지시켜도 흘린 상태라도 상관없지만, 본 실시예에서는 정지시켜 측정을 행하였다. 포토 센서로부터의 신호는 로크인 앰프에 의해 처리되지만, 여기에서는 시정수로서 1초를 이용하여, 라이트 쵸퍼와 동일한 주파수 116z의 신호만을 선택적으로 출력으로서 이용했다. 로크인 앰프의 출력 전압은 여기광에 의해 여기되는 반응 생성물의 농도에 비례하므로 반응 생성물의 정량화가 가능하다.

본 실시예의 결과로서는 800mg/㎗ 및 50㎎/㎗의 토탈 콜레스테롤을 포함하는 표준 혈청에 의한 5회의 측정에 의해 검량선을 작성하고, 200mg/㎗ 상당의 토탈 콜레스테롤을 포함하는 표준 혈청의 측정을 20회 행한 바, CV치 3%의 값을 얻을 수 있었다. 이상의 결과로부터, 상기「분석 장치」를 이용하여, 시료 중의 토탈 콜레스테롤을 재현하여 검출할 수 있었다.

＜제2 실시예＞

본 발명의 일 실시예로서, rate법으로 측정하는 혈청 중의 아스파라긴산 아미노 트란스페라제(GOT) 활성의 정량을, 표준 혈청과 아스파라긴산 아미노 트란스페라제(GOT) 활성 측정 키트[TA-LN 카이노스(카이노스 주식회사제)]를 개변한 하나의 반응 시약과의 합계 2개의 용액을 유량 제어하여 행한 예를 도시한다. 또, 레이트 어세이이므로, 반응 정지액은 이용하지 않았다.

(칩을 포함하는 분석 장치의 제작에 대해)

우선, 제1 실시예에 있어서, 금형 내에 충전시키는 이산화탄소의 압력을 2.0MPa로, 사용하는 메타크릴 수지를 70NHX로, 상자 및 스탬퍼를 도23에 도시한 패턴을 갖는 것으로 변경하는 이외는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 사출 성형에 의해 칩을 성형한다.

칩을 구성하는 평판형 부재는 세로 12㎝, 가로 8㎝, 두께 2㎜로, 도23에 도시한 바와 같은 패턴의 홈이 형성되어 있다. 액체 저장소를 위한 직경 3㎜의 관통 구멍이 3군데 있으며, 각각 액체 저장소(319)는 시료용, 액체 저장소(320)는 시약(1)용, 액체 저장소(321)는 폐기용이다. 액체 저장소(319)에는 혈구 분리 필터가 장착되어 있으며, 시료(전체혈)를 적하하면 검출을 방해하는 혈구가 제외되고, 혈장이 모세관으로 이송된다. 홈의 크기는 홈(301)이 폭 30㎛, 깊이 30㎛, 길이 1㎝이고, 홈(302)이 폭 30㎛, 깊이 30㎛, 길이 1㎝이고, 홈(303)이 폭 60㎛, 깊이 30㎛, 길이 5㎝이다.

다음에, 칩의 모세관의 내면을 세정하는 등의 목적으로, 모세관 내를 1N-NaOH 용액(와코 쥰야꾸사제)로 채우고, 60℃에서 24시간 가열한다. 그 후, 모세관 내를 정제수(교에이 제약 주식회사제)로 pH를 지표로 하여 중성이 될 때까지 세정하여 건조한다.

이 평판형 부재에, 상기 평판형 부재와 동일 치수로 두께 200㎛의 PMMA의 씌움판(평판형 부재)을 접착제로 접합시켜 모세관을 형성한다. 다음에, 송액용의 통전에도 이용되도록, 평판형 부재의 반대측(관통 구멍이 있는 측)에 은 입자를 포함한 도전성 잉크(미쯔이 화학제 MSP-600F)로, 배선과 액체 저장용 전극 및 검출 장치 내의 전원 단자 접속용 전극을 인쇄하여 분석용 칩을 완성한다(도24). 액체 저장소는 칩을 기울이는 일 없이 내벽에 인쇄 가능하도록 테이퍼 형상으로 형성해 둔다.

도25는 도24의 a-a'선의 단면도이다. 분석 장치에는 액체 저장소(319 내지 321)에 소정의 전압을 인가할 수 있는 전원 장치가 장비되어 있다. 이들 전극은 본 제2 실시예에서는 사용하지 않지만, 전기 침투류를 송액 수단에 사용하는 후술하는 제4 실시예에서는 사용된다. 또한, 도24의 도면 부호 329의 위치에서 광열 변환 검출법에 의한 검출이 가능한 검출기가 장비되어 있으며, 또한 검출 데이타로부터 측정 결과를 계산하여 출력하는 프린터도 구비되어 있다.

(검출 키트의 조제에 대해)

검출 키트로서, 카이노스사에 특별히 제작 의뢰를 하여 구입한 TA-LN 카이노스(카이노스 주식회사)를 이용했다. 시판품과 다른 점은 GOT 기질 완충액 중에서, N-에틸-N-(2-히드록시-3-설폰프로필)-m-토루이딘,나트륨염(TOOS)만을 제외한 검출 시약에,315-디메톡시-N-에틸-N-(2-하이드로키시-3-설포프로필)-아닐린나트륨(DAOS)(동인 화학연구소 주식회사)을 10㎜의 농도가 되도록 용해한 것을 GOT 기질 완충액으로서 이용한 것이다.

다음에, G0T 반응 시약 1 바이얼을 GOT 기질 완충액 8ml로 용해하여 시약(1)으로 했다. 이 조작은 시약(1)과 후술하는 희석 혈청과의 혼합비를 1 : 1로 하기 위해 행하였다. 또한, TA-LN 카이노스의 표준 프로트콜로 사용되는 반응 정지액은 rate법으로 검출을 행하기 위해 미(未)사용으로 했다.

(표준 혈청의 조제에 대해)

본 실시예에서는 전체혈이 아닌 혈청을 이용했다.

표준 혈청은 스이트롤(A)(일수 제약 주식회사제)의 조제 방법을 일부 개변하여 조제했다. 구체적으로는, 1 바이얼의 동결 건조품을 정제물(교에이 제약 주식회사제) 1174㎕를 이용하여 용해하고, 계산치로 GOT의 활성이 600 카르멘 단위(KU)가 되도록 조제하여 스톡 용액으로 했다. 다음에, 스톡 용액을 정제수(교에이 제약 주식회사제)로 희석하여 계산치로 300KU 및 150KU 및 75KU의 활성을 나타낸 GOT을 포함하는 혈청 용액(이하, GOT 희석 혈청이라 함)을 조제했다. 또, 개변한 TA-LN 카이노스의 GOT 기질 완충액으로, 이미 조제한 75KU, 150KU, 300KU의 GOT 희석 혈청을 용량비로 26배로 희석하여 GOT 검출 평가에 이용했다. 즉, GOT 희석 혈청 10㎕에, 개변한 GOT 기질 완충액을 250㎕ 가한 것을 조제했다.

(GOT의 검출에 대해)

Y자형의 모세관 상부의 양단부에는 시약(1) 및 희석 혈청을 각각 넣은 마이크로 시린지(하밀톤사제)를 테플론 튜브와 고무 마개를 이용하여 연결했다.

미리 사용하는 용액을 37℃로 예비 가온하여, 마이크로 시린지를 시린지 펌프(하버드사제)에 장착하여 송액을 행하였다.

이 때, 각 홈에 있어서의 유량은 홈(301)이 1.5nℓ/min, 홈(302)이 1.5nℓ/min, 홈(303)이 3.0nℓ/min으로 했다.

여기광에 파장 633㎚, 검출광에 파장 780㎚의 레이저를 이용한 광열 변환 검출법에 의해, 액체 저장소(321)로부터 액체 저장소(319)와 액체 저장소(320)의 혼합부를 향해 일정한 속도로 스캐닝함으로써, 반응이 완결하고 있는 부위로부터 각 반응 도상점(途上点)에 이르기까지의 측정을 행하였다.

즉, 광열 변환 검출법에 의한 농도 측정을 행하는 점을, 홈에 따라서 1.5㎝/sec의 속도로 이동시킨다. 구체적으로는 1초간 이동 후에, 홈의 근방에 배치한 위치 결정 표시를 인식함으로써 정밀하게 위치 결정을 행하고, 눈으로 확인함에 의해 초점을 맞춰 10초간 각 측정 위치에서 광열 교환법에 의해 검출을 행하였다. 즉, 상기 실시예에서는 위치 결정 표시의 배치하는 간격에 의해 rate법의 특징인 검출치의 변화율을 단시간에 검출할 수 있다.

유로 용적의 보정이 필요한 경우는 칩 내의 시료의 액체 저장소의 근방에 표준 샘플용 액체 저장소를 준비해 두고, 시료의 측정 전 또는 후에, 표준 샘플을 시약(1)과 함께 송액, 반응 및 측정을 행하여, 그 결과로부터 보정을 행한다.

(광열 변환 검출 장치의 구성에 대해)

광열 변환 원리에 의거하는 검출 장치에는 제1 실시예와 같은 것을 이용했다(도21).

현미경으로서는 스테이지 상에서의 시료의 취급이 용이함을 감안하여 도립형 현미경(IX70, 0lympus제)을 사용했다. 이것은 별도로 낙사형의 현미경이라도 상관없다. 이 현미경은 현미경 외의 광학계에서 동축으로 된 레이저광을 도입할 수 있도록 개조를 덧붙이고 있다. 레이저는 여기용에는 He-Ne 레이저(633㎚, 10mW, 에드몬트 사이언티픽제)를, 검출용에는 적외 반도체 레이저(780㎚, 12mW, 산요 덴끼 주식회사제 DL-4034-151)를 사용했다. 이들 레이저는 사용하는 시약, 생성하는 반응물의 흡수 스펙트럼에 의해 적당한 주파수인 것을 이용하면 좋다.

또한, 레이저는 가스, 고체, 반도체 등, 종류는 제한되지 않는다. 미러, 빔 익스펜더 등의 광학계는 메스그리오사 제품으로 통일했다. 여기용 레이저광은 라이트 쵸퍼에 의해 변조된 후, 다이클로익 미러에 의해 검출용 레이저와 동축이 되어 현미경으로 유도되어 시료에 조사된다.

조사 후에, 동축이 된 레이저광 중, 여기광만을 선택적으로 필터에 의해 제거하여 포토 센서로 유도한다. 레이저광 수광 부분의 소자에는 취급의 간편성을 고려하여 파이버가 달린 포토 센서 앰프(C6386, 하마마쯔 포토닉스사제)를 사용했다. 이 포토 센서 수광부는 핀 홀을 갖는 커버로 덮여져 있다. 포토 센서 및 센서 앰프로부터의 출력은 저잡음 프리 앰프(LI-75A, NF 회로 블록사제)로 증폭한 후, 로크인 앰프로 유도되어 신호 처리가 행해진다.

이 검출 장치에 의해 모세관 내의 상태를 검출하는 순서는 이하와 같다. 도21에 도시한 바와 같이, 우선 칩을 도립 현미경의 스테이지 상에 둔다. 상술한 바와 같이 칩 내에 시료와 시약을 도입하여, 시료와 시약과의 혼합, 반응을 행하게 한다. 측정의 실시에 있어서는 전술한 바와 같이 스테이지를 0.5㎝/sec의 속도로 이동시키고, 1초 이동 후에 모세관의 근방에 배치한 위치 결정 표시를 인식함으로써, 정밀하게 위치 결정을 행한다. 대물 렌즈의 초점 맞춤은 여기용 레이저를 사용하여, 모니터 화면을 참조하면서, 홈 패턴의 상변, 하변의 위치에서의 초점 맞춤을 실시한 후, 그 중간점을 홈의 중심 위치로 하여 행하였다.

여기용 레이저는 라이트 쵸퍼에 의해 114Hz로 변조해 두고, 검출부를 흐르는 액체에 포함되는 반응 생성물을 여기하여 발열시킨다. 이 라이트 쵸퍼에 의한 변조의 주파수는 SN비 등의 영향에 의해 변경하는 것도 있을 수 있다. 이 발열에서 발생한 열 렌즈에 의해 검출용 레이저의 초점 위치가 어긋나고, 그에 의해 핀 홀을 통해 포토 센서의 수광량이 발열량에 따라 변화하므로, 이 변화량으로부터 시료에 포함되는 소정 성분을 분석할 수 있다.

포토 센서로부터의 신호는 로크인 앰프에 의해 처리되지만, 여기에서는 시정수로서 1초를 이용하여, 라이트 쵸퍼와 동일한 주파수 114Hz의 신호만 선택적으로 출력으로서 이용했다. 로크인 앰프의 출력 전압은 여기광에 의해 여기되는 반응 생성물 농도에 비례하므로, 반응 생성물의 정량화가 가능하다.

본 실시예의 결과로서는 300KU 및 75KU의 활성을 도시한 GOT를 포함하는 표준 혈청에 의한 5회의 측정에 의해 검량선을 작성하고, 150KU 상당의 GOT 활성을 나타낸 GOT 희석 혈청의 측정을 20회 행한 바, CV치 1%의 값을 얻을 수 있었다. 이상의 결과로부터, 상기「분석 장치」를 이용하여, 시료 중의 GOT 활성을 재현 검출할 수 있었다.

＜제3 실시예＞

검출광으로서, 488㎚에 발광을 갖는 Ar 레이저를 이용한 이외는 제2 실시예와 같은 광열 변환 검출 장치를 이용하고, 또한 제2 실시예와 같이 하여 사출 성형으로 작성한 PMMA제의 Y자형 유로 칩(도23)을 이용하여, 토탈 콜레스테롤의 측정을 행하였다. 상기 칩의 Y자형 유로의 홈 폭은 200㎛이고, 깊이는 50㎛이다. 시약은 와코사의 콜레스테롤 E-테스트 와코를 이용했다. Y자형 유로의 상부의 양단부에는 발색 시약 및 희석 표준 혈청을 각각 넣은 마이크로 시린지(하밀톤사제)를 테플론 튜브로 연결했다. 시약 농도는 발색 시약과 희석 표준 혈청이 유량비 1 : 1로 혼합되었을 때, 시약 키트 소정의 농도가 되도록 조제했다. 즉, 규정된 절반의 양의 완충액을 이용하여 발색 시약의 용해를 행하고, 제1 실시예에 준하는 방법으로 조제한 표준 혈청을 상기 완충액을 이용하여 75배로 희석했다. 송액에는 시린지 펌프(하버드사제)를 이용하여, 발색 시약 및 희석 표준 혈청의 각각의 유량을 같게 하고, 또한 혼합 후의 반응 시간이 3분이 되도록 유속을 조절하여 Y자형 유로의 하부의 폐액 저장소를 향해 펌프 송액을 행하였다. 온도는 30도가 되도록, 칩 밑에 동판과 시트 히터를 설치하여 열전쌍과 온도 조절기에 의해 조절을 행하였다.

열 렌즈 검출법에 의한 출력의 측정 결과를 도26에 도시한다.

＜제4 실시예＞

송액 방법을 전기 침투류로 하고, 검출 시약으로서 와코사 콜레스테롤 E-HA 테스트 와코를 이용한 이외는 제3 실시예와 같은 장치, 칩을 이용하여, 토탈 콜레스테롤의 검출 반응을 행하였다. Y자형 유로(도23)의 각 단부에는 관통 구멍을 거쳐서, 높이 6㎜, 직경 4㎜ 정도의 원통 형태의 액체 저장소를 홈과 반대측의 칩 표면에 장착했다. 다음에, 칩의 모세관 내면의 전기 침투류의 증강 및 세정 등의 목적으로, 모세관 내를 1N-NaOH 용액(와코 쥰야꾸사제)으로 채우고, 60℃에서 24시간 가열한다. 그 후, 모세관 내를 정제수(교에이 제약 주식회사제)로 pH를 지표로 하여 중성이 될 때까지 세정하여 건조한다.

그리고, 평판형 부재에 상기 평판형 부재와 같은 치수로 두께 200㎛의 씌움판을 접착제로 접합시켜 모세관을 형성시킨다. 다음에, 송액용 통전에도 이용되도록, 평판형 부재의 반대측(관통 구멍이 있는 측)에 은 입자를 포함한 도전성 잉크(미쯔이 화학제 MSP-600F)로, 배선과 액체 저장용 전극 및 검출 장치 내의 전원 단자 접속용 전극을 인쇄하여 칩을 완성한다(도24). 또, 액체 저장소는 칩을 기울이는 내벽에 인쇄 가능하도록 테이퍼 형상으로 형성해 둔다.

도25는 도19의 c-c'선의 단면도이다.

제1 실시예에 준하는 방법으로 조제한 희석 표준 혈청과 효소액(A)은 미리 혼합하여, 37℃에서 5분간 반응시킨 후, Y자형 유로의 상부의 일단부의 액체 저장소(319)에 넣었다. 그리고, 상변의 다른 일단부의 액체 저장소(320)에는 효소액(B)을 넣었다. 시약 농도는 액체 저장소(319)의 액과 액체 저장소(320)의 액체가 1 : 1로 혼합된 때에, 시약 키트 소정의 농도가 되도록 조제했다. Y자형 유로의 하단부는 폐액 저장소로 하고, 유로와 폐액 저장소를 효소액(A) 용해용의 시약 키트 첨부의 버퍼로 채우고, 각 액체 저장소의 액면 레벨차가 없어지도록 액면 높이를 조절했다. 각 액체 저장소에는 백금선 전극을 넣어 25V/㎝의 전위경사를 형성하는 상태를 기본으로 하여, 폐액 저장소를 0V로 하여, 시료·효소액(A) 혼합액 저장소(319) 및 효소액(B) 액체 저장소(320)의 전극에 전압을 인가하여, 액체 저장소(319)로부터 폐액 저장소(321)로의 유량과 액체 저장소(320)로부터 폐액 저장소(321)로의 유량이 1 : 1이 되도록 전압을 조정했다.

실험의 형편상, 온도는 실온(26℃)으로 행하였다.

열 렌즈 검출법에 의한 출력의 측정 결과를 도27에 도시한다.

본 발명의 분석 장치는 양산성이 좋으며, 또한 취급성이 좋은, 유동체가 흐르는 미세한 모세관을 갖는 유기 폴리머제 칩과, 고감도로 소형화가 용이한 광열 변환 검출 장치로 이루어지는 분석 장치이므로, 칩의 폐기성이 우수하고, 저렴하면서 간편하고 또한 단시간에 분석할 수 있어, POC 분석 등에 알맞은 분석 장치를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (13)

1. 모세관 내에 유동체형의 시료 혹은 유동체형의 시료 및 유동체형의 시약을 흘려, 상기 시료 중 혹은 상기 시료 및 상기 시약의 혼합 유동체 내의 소정 성분을 분석하는 분석 장치로써,

   적어도 일부가 유기 폴리머에 의해 구성되고 상기 모세관을 구비한 칩과,

   상기 소정 성분에 여기광을 조사하여, 그 결과 발생하는 상기 모세관 내의 부분적인 온도 변화에 수반하는 물리량 변화를 측정하는 광열 변환 검출 장치로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 칩은, 적어도 한쪽이 그 판면에 홈을 구비하고, 적어도 한쪽이 유기 폴리머제인 한쌍의 평판형 부재를 상기 홈을 구비한 판면을 내측으로 하여 맞댐으로써 구성되는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 물리량 변화가 굴절율 변화이며, 상기 광열 변환 검출 장치는 상기 굴절율 변화에 의해 형성되는 열 렌즈에 검출광을 입사시키고, 상기 열 렌즈에 의해 발생하는 상기 검출광의 변화를 측정하는 장치인 것을 특징으로 하는 분석 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 칩을 구성하는 부재가 상기 여기광을 흡수하는 것에 의해서는 실질적으로 광열 변환 효과를 발생하지 않는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 칩을 구성하는 부재는 상기 여기광의 흡수율이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 분석 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관 내의 부분적인 온도 변화를 상기 소정 성분을 분석하는 데 충분한 농도 감도를 얻을 수 있는 범위에서 발생시키도록, 상기 여기광의 집광도가 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 여기광의 집광도는 상기 모세관에 상기 여기광을 조사하는 대물 렌즈의 개구수로 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모세관은 상기 시료를 흘리는 시료 유로와, 상기 측정을 행하는 유로를 갖는 것에 더하여, 상기 시료 유로와 상기 측정을 행하는 유로 사이에 적어도 하나의 시약 혼합 수단을 갖고,

   상기 시약 혼합 수단은 상기 시약을 흘리는 적어도 하나의 시약 유로와, 상기 시료 유로측으로부터 흘러나오는 유동체와 상기 시약 유로로부터 흘러나오는 상기 시약과의 합류점과, 이 합류점보다 하류측에 설치되고, 상기 시료 유로측으로부터 흘러나오는 유동체와 상기 시약 유로로부터 흘러나오는 상기 시약을 소정 비율로 혼합하여 소정 시간 반응시키는 혼합 유로로 구성되고,

   상기 시약 혼합 수단이 복수인 경우에는 각 시약 혼합 수단은 직렬 관계로 배치되고,

   또, 상기 시료 유로 및 상기 시약 유로의 유량을 상기 혼합 비율에 따라서 조정하는 유량 조정 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 분석 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 모세관은 상기 시료와 상기 시약이 연속적으로 흐르게 되고, 상기 혼합 유로는 그 직전의 합류점에서 합류한 유동체가 소정의 유속 하에서, 소정의 혼합 및 반응을 종료하기 위해 필요한 시간 유동하는 데 충분한 길이의 유로인 것을 특징으로 하는 분석 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시료에 전압을 인가하거나 혹은 상기 시료 및 상기 시약에 별개로 전압을 인가함으로써, 상기 시료, 혹은 상기 시료 및 상기 시약을 흘리는 것을 특징으로 하는 분석 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시료가 생물학적 재료에 유래하는 시료인 것을 특징으로 하는 분석 장치.
12. 제2항에 있어서, 상기 한쌍의 평판형 부재의 적어도 한쪽은 압축 성형법, 엠보스 성형법, 사출 성형법, 가스 존재 하에서 수지의 유리 전이점을 낮추는 사출 성형법, 사출 압축 성형, 전자 유도에 의한 금형 표면 가열 사출 성형법 중 어느 하나, 또는 이들의 조합에 의해 성형된 유기 폴리머제 평판형 부재인 것을 특징으로 하는 분석 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 가스 존재 하에서 수지의 유리 전이점을 낮추는 사출 성형법에 있어서 사용되는 가스가 탄산 가스인 것을 특징으로 하는 분석 장치.