WO2010010904A1 - マイクロチップ及び分析装置 - Google Patents

マイクロチップ及び分析装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010010904A1
WO2010010904A1 PCT/JP2009/063129 JP2009063129W WO2010010904A1 WO 2010010904 A1 WO2010010904 A1 WO 2010010904A1 JP 2009063129 W JP2009063129 W JP 2009063129W WO 2010010904 A1 WO2010010904 A1 WO 2010010904A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
flow path
aperture
cell
microchip
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/063129
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松本 大輔
裕章 白木
道男 仲
Original Assignee
アークレイ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by アークレイ株式会社 filed Critical アークレイ株式会社
Priority to US13/055,240 priority Critical patent/US8436990B2/en
Priority to JP2010521722A priority patent/JP5238028B2/ja
Priority to CN200980128815.5A priority patent/CN102105800B/zh
Priority to EP09800418.7A priority patent/EP2352035B1/en
Publication of WO2010010904A1 publication Critical patent/WO2010010904A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/05Flow-through cuvettes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502715Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by interfacing components, e.g. fluidic, electrical, optical or mechanical interfaces
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/0303Optical path conditioning in cuvettes, e.g. windows; adapted optical elements or systems; path modifying or adjustment
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/447Systems using electrophoresis
    • G01N27/44756Apparatus specially adapted therefor
    • G01N27/44791Microapparatus
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0654Lenses; Optical fibres
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0822Slides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0861Configuration of multiple channels and/or chambers in a single devices
    • B01L2300/0877Flow chambers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N2021/0346Capillary cells; Microcells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N21/03Cuvette constructions
    • G01N21/05Flow-through cuvettes
    • G01N2021/056Laminated construction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06Illumination; Optics
    • G01N2201/064Stray light conditioning
    • G01N2201/0642Light traps; baffles

Definitions

  • the present invention relates to a microchip having a flow path or a cell for analyzing a sample by irradiating light, and an analysis apparatus using the microchip.
  • a technique using a microchip is known as a method for analyzing samples of blood, proteins, drugs and the like.
  • a microchip has a fine flow path, and moves a sample in the fine flow path by electrophoresis or capillary force, for example.
  • the sample is analyzed by irradiating light to a fine channel or a cell provided in the middle, and detecting light transmitted through the fine channel or the cell.
  • absorptiometry, fluorescence and the like are known.
  • an aperture is installed on the optical axis to shield unnecessary light.
  • a tapered surface on a transparent member constituting a measurement cell in an analysis tool such as a microchip.
  • the tapered surface scatters or reflects the emitted light and allows only the light beam passing through the cell to reach the light receiving unit.
  • ⁇ -TAS Micro Total Analysis System
  • the opening size of the concave portion needs to have some allowance in consideration of the dimensional error of the microchip. Therefore, the microchip positioning accuracy can be ensured to some extent, but since the microchip is not accurately determined at a specific position, the observation point of the microchip and the optical axis are accurate when the flow path is miniaturized. It is difficult to make it aligned.
  • An object of the present invention is to ensure the analysis accuracy of a sample with a simple configuration while allowing variation in the position of a microchip.
  • the aperture has an emission surface that emits a light beam emitted from the flow path or cell, and a reflection surface that totally reflects the incident light beam.
  • the width dimension of the emission surface is made smaller than the width dimension of the flow path or cell.
  • the reflection surface includes, for example, a pair of inclined surfaces facing each other.
  • the pair of inclined surfaces are formed such that the distance between the pair of inclined surfaces increases as the distance from the emitting surface increases.
  • the reflective surface may include a conical inclined surface.
  • the conical inclined surface is formed such that the interval increases as the distance from the emitting surface increases.
  • the microchip of the present invention may further include a light shielding portion for preventing light from being emitted from a portion other than the aperture.
  • the light shielding portion is provided, for example, adjacent to the aperture.
  • the light shielding part may be formed on a side surface of the translucent member.
  • the translucent member may have a guide surface for guiding a light beam that does not pass through the exit surface to the outside of the translucent member.
  • the light shielding part absorbs a light beam guided to the outside of the light transmissive member by the guide surface.
  • the guide surface may be formed by making the side surface of the translucent member an inclined surface.
  • the microchip of the present invention corresponds to the second flow path or cell formed on the light incident side of the translucent member and the second flow path or cell on the light emission side of the translucent member. And a second aperture formed at the above position.
  • the guide surface is provided between the aperture and the second aperture.
  • the guide surface may be an inner surface of a groove having a V-shaped cross section formed on the light emitting side of the translucent member.
  • the microchip of the present invention may further include a cover that covers the flow path or the cell on the light incident side of the translucent member.
  • the cover has a recess for arranging an end of an irradiation unit for irradiating the flow path or the cell with light.
  • the concave portion is configured such that a light emitting end surface of the optical fiber is brought into contact with a bottom surface thereof, or an end portion including the light emitting end surface of the optical fiber is fitted.
  • the bottom surface of the channel or cell and the exit surface of the aperture are arranged on the same or substantially the same axis.
  • the incident surface with respect to the flow path or the cell is formed at a position satisfying a relationship of C ⁇ V, for example.
  • C is the dimension of the light exit surface in the irradiation means.
  • V is the distance of the portion where the straight line connecting the edge of the light irradiation surface of the flow path or cell and the edge of the exit surface of the aperture intersects the end surface of the irradiation means.
  • the microchip of the present invention is formed, for example, by bonding a second translucent member to the translucent member.
  • the transparent member and the second translucent member have the aperture and a groove that defines a flow path. It is preferable that the aperture and the groove are arranged in a line-symmetrical or point-symmetrical positional relationship in plan view.
  • the transparent member and the second translucent member may have a positioning recess.
  • the recesses are preferably arranged in a line-symmetrical or point-symmetrical positional relationship in plan view.
  • an analyzer using the microchip according to the first aspect of the present invention including a light source and an optical system.
  • the light source and the optical system are arranged so that a light beam is incident on the flow path or the cell and is emitted from the aperture.
  • the optical system can irradiate the flow path or the cell with a light beam spreading in the minor axis direction of the exit surface of the aperture.
  • the optical system can irradiate, for example, a light beam having a major axis in the minor axis direction of the exit surface of the aperture to the channel or the cell.
  • a microchip that covers the flow path or the cell and further includes a cover having a recess is used.
  • an analyzer provided with irradiation means for irradiating light.
  • the irradiating means is provided so that the emitting end abuts or fits into the concave portion of the cover of the microchip.
  • a second recess is preferably formed on the bottom surface of the recess.
  • the irradiation means includes, for example, an optical fiber.
  • FIG. 3A and 3B are perspective views of the substrate of the microchip shown in FIG. 1 as viewed from the back side.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows schematic structure of the analyzer which concerns on this invention.
  • FIG. 1 shows the other example of the analyzer which concerns on this invention.
  • FIG. 3A and 3B are perspective views of the substrate of the microchip shown in FIG. 1 as viewed from the back side.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows schematic structure of the analyzer which concerns on this invention.
  • FIG. shows the other example of the analyzer which concerns on this invention.
  • FIG. 1 shows the other example of the microchip based on this invention.
  • FIG. 15 is an exploded perspective view of the microchip illustrated in FIG. 14.
  • 16A is a cross-sectional view taken along line XVIA-XVIA in FIG. 14, and
  • FIG. 16B is a cross-sectional view taken along line XVIB-XVIB in FIG.
  • FIG. 19 It is a perspective view which shows the further another example of the microchip which concerns on this invention. It is sectional drawing which shows the other example of the analyzer which concerns on this invention. It is sectional drawing which expanded and showed the principal part of the analyzer shown in FIG. It is sectional drawing equivalent to FIG. 19 for demonstrating an effect
  • the microchip 1 is used by being attached to the analyzer 2 (see FIGS. 5 and 6) in order to analyze a sample such as blood, protein, and drug.
  • the microchip 1 is formed with a fine flow path 10 and includes a substrate 11, a cover 12, a plate-like member 13, and light shielding portions 14 ⁇ / b> A and 14 ⁇ / b> B.
  • the substrate 11 has a groove 15 and an aperture 16 and is formed of a translucent member.
  • Examples of the material for forming the substrate 11 include PDMS, PMMA, PS, and PC.
  • the groove 15 constitutes the flow path 10 together with the cover 12.
  • the groove 15 is formed on the upper surface 11 ⁇ / b> A of the substrate 11 so as to extend in the longitudinal direction of the substrate 11.
  • the aperture 16 functions as an aperture for removing internal stray light (extra light that does not contribute to measurement).
  • the aperture 16 has an emission surface 17 and a pair of reflection surfaces 18, and is formed on the lower surface 11 ⁇ / b> B of the substrate 11 so as to extend in the longitudinal direction of the substrate 11.
  • the aperture 16 ′ may be formed on the lower surface 11 ⁇ / b> B of the substrate 11 as having an emission surface 17 ′ and a conical reflection surface 18 ′.
  • the emission surfaces 17 and 17 ′ emit light emitted from the flow path 10.
  • the emission surface 17 is formed as a flat surface extending in the longitudinal direction of the substrate 11 corresponding to the flow path 10 (groove 15).
  • the width dimension W1 of the emission surface 17 is smaller than the width dimension W2 of the flow path 10 (groove 15).
  • the emission surface 17 ′ is formed as a circular flat surface facing the flow path 10 (groove 15).
  • the diameter W1 of the emission surface 17 ′ is smaller than the width dimension W2 of the flow path 10 (groove 15).
  • the reflection surfaces 18 and 18 ′ totally reflect the light beam emitted from the flow path 10 and travel toward the side surface 11 ⁇ / b> C of the substrate 11.
  • the pair of reflecting surfaces 18 shown in FIG. 3A are provided as planes that face each other and are inclined with respect to the optical axis L of the light beam. These reflection surfaces 18 are formed so that the interval increases as the distance from the channel 10 increases, and the inclination angle of the reflection surface 18 is set to an angle that totally reflects the light beam that has reached the reflection surface 18. .
  • the reflecting surface 18 ' is formed in a conical shape so that the interval increases as the distance from the emitting surface 17' increases.
  • the angle of inclination of the reflecting surface 18 ′ is set to an angle that totally reflects the light beam that has reached the reflecting surface 18 ′, similarly to the reflecting surface 18 (see FIG. 3A).
  • n1 is the refractive index of air
  • n2 is the refractive index of the substrate 1.
  • PDMS is a silicone resin
  • PMMA is a methyl methacrylate resin (acrylic resin)
  • PS is a polystyrene resin
  • PC is a polycarbonate resin.
  • the inclination angle ⁇ s of the reflecting surfaces 18 and 18 ′ is ⁇ s ⁇ 90 ⁇ m.
  • the critical angle ⁇ m is 43.6 °. Therefore, the inclination angle ⁇ s of the reflecting surface 18 when the material of the substrate 1 is PDMS may be set to 46.4 ° or less.
  • the cover 12 defines the flow path 10 together with the substrate 11 and is formed of a translucent member.
  • the cover 12 is formed in a plate shape from the same material as the substrate 11 and covers the groove 15 of the substrate 11.
  • the cover 12 has through holes 12A and 12B provided at positions corresponding to the end portions 15A and 15B of the groove 15. These through-holes 12A and 12B communicate with the groove 15 and through-holes 13A and 13B of a plate-like member 13 described later, and constitute an inlet 10A and an outlet 10B.
  • the plate-like member 13 defines the injection port 10A and the discharge port 10B for the electrophoresis solution to be supplied to the flow path 10, and holds the electrode 19.
  • the plate-like member 13 has through-holes 13A and 13B, and these through-holes 13A and 13B constitute the inlet 10A and the outlet 10B.
  • the electrode 19 is for applying a voltage to the electrophoretic solution in the flow channel 10 or the electrophoretic solution injected into the flow channel 10 to cause electrophoresis and separation of the sample.
  • the end portion 19A of the electrode 19 protrudes in the through holes 13A and 13B (injection port 10A and discharge port 10B) of the plate-like member 13 so as to come into contact with the electrophoresis solution.
  • An end 19B of the electrode 19 protrudes laterally from the plate-like member 19 and is connected to a power supply source (not shown).
  • the light shielding portions 14A and 14B are for preventing light from being emitted from portions other than the apertures 16 and 16 '.
  • the light shielding portion 14 ⁇ / b> A is for preventing light from being emitted from the side surface 11 ⁇ / b> C of the substrate 11, and is provided on the side surface 11 ⁇ / b> C of the substrate 11.
  • the light shielding portion 14B is for preventing light from being emitted from the lower surface 11B of the substrate 11, and is provided on the lower surface 11B of the substrate 11 adjacent to the apertures 16 and 16 '.
  • the light shielding portions 14A and 14B can be formed, for example, by applying, stamping, or printing a paint that absorbs light having a measurement wavelength, and attaching a film containing a pigment or a dye that absorbs light having the measurement wavelength.
  • the electrophoresis solution is injected from the injection port 10A toward the flow channel 10, and the sample is further injected.
  • the sample is electrophoresed to separate the sample.
  • the separated sample is irradiated with light to analyze the sample. For this analysis, for example, an absorptiometry or a fluorescence method is used.
  • the analysis apparatus 2 shown in FIG. 6 performs analysis of a sample using the microchip 1 mounted on a mounting unit (not shown), and includes a light source 20, an optical system 21, and a detector 22.
  • the mounting portion may be configured so that the microchip 1 can be positioned. Although details will be described later, it is desirable that the positioning accuracy be high, but strict accuracy is not required. In addition, no special mechanism for adjusting the position of the mounting portion is required.
  • the mounting portion include a tray having a concave storage portion that fits into the outer shape of the microchip 1. The opening size of the concave portion may be slightly larger than the outer size of the microchip 1.
  • the light source 20 is for irradiating a predetermined portion of the flow path 10 in the microchip 1 with light.
  • a laser, an LED, or an optical fiber can be used as the light source 20.
  • the optical system 21 is for guiding the light emitted from the light source 20 to a predetermined portion of the flow path 10.
  • the optical system 21 includes a collimating lens 23 and a cylindrical lens 24.
  • the collimating lens 23 is for making divergent light emitted from the light source 20 into parallel light.
  • the cylindrical lens 24 is for converging the light beam that has been converted into parallel light in the collimating lens 23.
  • the cylindrical lens 24 has a convex curved exit surface 24A, and the light beam transmitted through the cylindrical lens 24 converges in the longitudinal direction (X direction) of the flow path 10, but the width direction (Y direction) of the flow path 10 ) Is arranged so as not to converge. For this reason, the light beam that has passed through the cylindrical lens 24 is incident on the microchip 1 (the cover 12 and the flow channel 10) as a spot Sp having a major axis in the short direction (Y direction) of the substrate 11 (flow channel 10). Is irradiated. The spot Sp crosses the flow path 10, and the length in the major axis direction (Y direction) is larger than the width of the flow path 10.
  • the detector 22 receives the light transmitted through the microchip 1 and generates an electric signal corresponding to the amount of light received. This electrical signal corresponds to the amount of the target component in the sample, and the sample can be analyzed based on the electronic signal.
  • the divergent light emitted from the light source 20 is collimated by the collimating lens 23, converged by the cylindrical lens 24, and has a long axis in the direction intersecting the flow path 10 of the microchip 1. As shown in FIG.
  • the light beam applied to the microchip 1 passes through the cover 12 and enters the substrate 11. At this time, the light beam passing through the flow path 10 irradiates the sample separated by electrophoresis. Most of the light beam that has passed through the flow path 10 is incident on the aperture 16, and the light that has not entered the aperture 16 is absorbed by the light shielding portion 14 ⁇ / b> B.
  • a part of the light beam incident on the aperture 16 is transmitted through the emission surface 17, and the rest is totally reflected by the reflection surface 18.
  • the light totally reflected on the reflecting surface 18 travels toward the side surface 11C of the substrate 11.
  • the light reaching the side surface 11C of the substrate 11 is absorbed by the light shielding portion 14A.
  • the light beam that has passed through the emission surface 17 is received by the detector 22 and used for analysis of the sample.
  • the spot Sp formed on the detector 22 is smaller in both width (X direction) and length (Y direction) than the spot Sp formed on the microchip 1. The reason why the width (X direction) of the spot Sp formed on the detector 22 is small is that it receives the converging action of the cylindrical lens 24.
  • the length of the spot Sp (Y direction) is not affected by the convergence of the cylindrical lens 24, but a part of the light beam is shielded by the reflecting surface 18 when passing through the aperture 16.
  • the length of Sp (Y direction) is shortened. More specifically, as shown in FIG. 7, when the sample is analyzed by the analyzer 2 using the microchip 1, the microchip 1 has a light flux having a length L1 larger than the width L2 of the flow path 10. Incident. Since this light beam is not subjected to the converging action of the cylindrical lens 24, it travels through the substrate 11 and enters the aperture 16 while maintaining the length L 1. The light that has reached the aperture 16 reaches the emission surface 17 and the reflection surface 18.
  • the light that reaches the emission surface 17 is transmitted, and the light that reaches the reflection surface 18 is reflected. Therefore, the light beam passes through the aperture 16 and reaches the detector 22 as a light beam having a length W1 that is the width (diameter) of the emission surface 17.
  • the light beam incident on the microchip 1 is absorbed by the light shielding portions 14A and 14B except for the light beam transmitted through the emission surface 17 of the aperture 16. Therefore, in the microchip 1, by providing the light shielding portions 14A and 14B, it is possible to prevent stray light generated inside the microchip 1 from being emitted outside the microchip 1. As a result, since it is possible to suppress unnecessary light from being received by the detector 22, the analysis accuracy can be improved.
  • the microchip 1 can be obtained without strict installation accuracy. That is, when sample analysis is performed using the microchip 1, the microchip 1 is mounted on a mounting portion (not shown) of the analyzer 2. At this time, assuming that the mounting portion is a tray having a concave storage portion, in this case, the opening of the concave storage portion is slightly larger than the external shape of the microchip 1 in consideration of variations in the external dimensions of the microchip 10. Set to dimensions. With this configuration, it is possible to cope with variations in the external dimensions of the microchip 1, but variations occur in the installation position of the microchip 1.
  • the spot Sp of the microchip 1 intersects the flow path 10.
  • the spot Sp and the flow channel 10 do not change.
  • the length (Y direction) of the spot Sp is larger than the width of the flow path 10.
  • the analysis accuracy can be maintained.
  • the aperture 16 is formed on the microchip 1 without strict positioning accuracy of the microchip 1 or providing a separate position adjusting mechanism. Analysis accuracy can be ensured.
  • the aperture 16 can be formed integrally with the substrate 11, and no special additional parts are required. That is, according to the microchip 1, it is possible to ensure the analysis accuracy of the sample with a simple configuration while allowing variation in the position of the microchip 1. Such an effect can be obtained similarly when the microchip 1 shown in FIG. 3B is used.
  • the present invention can be modified in various ways.
  • the cylindrical lens 24 is used to form the vertically long spot Sp on the microchip 1.
  • an aperture having a vertically long slit may be arranged.
  • a condensing lens 24 ′ is used in the optical system 11 ′ instead of the cylindrical lens 24, and the light flux is converged also in the width direction (Y direction) of the flow path 10. You may do it.
  • a circular light beam having a diameter larger than the width W ⁇ b> 2 of the flow path 10 is incident on the microchip 1. This light beam travels through the substrate 11 while converging.
  • the condenser lens 24 ′ is set so that the state in which the light beam and the flow channel 10 intersect is maintained until the light beam passes through the flow channel 10.
  • n1 is the refractive index of air
  • n2 is the refractive index of the substrate 1.
  • the angle ⁇ s may be set in consideration of the incident angle of the incident light.
  • r is an effective radius of the condenser lens 24 '
  • f is a focal length of the condenser lens 24'.
  • the critical angle ⁇ m is 43.6 °. Therefore, when the material of the substrate 11 is PDMS, the inclination angle ⁇ s of the reflecting surface 18 (18 ′) is 19.8 ° or less when the effective radius r of the condenser lens 24 ′ is 5 mm and the focal length f is 10 mm. Should be set.
  • the light shielding portion can be variously changed.
  • the light shielding portions 14A and 14B are not necessarily required, and one or both of the light shielding portions 14A and 14B may be omitted, and the configurations shown in FIGS. 9 and 10 may be employed as the light shielding portions. is there.
  • the microchip 3 shown in FIG. 9 has a guide surface 30 and a light shielding part 31.
  • the guide surface 30 is for guiding the light beam totally reflected on the reflection surface 18 (18 ') of the aperture 16 (16') to the outside of the substrate 32.
  • the guide surface 30 is formed by using the side surface of the substrate 32 as an inclined surface.
  • the light shielding part 31 absorbs the light beam guided to the outside of the substrate 32 by the guide surface 30 and protrudes toward the side of the substrate 32.
  • the light shielding portion 31 is formed by adhering an absorbing member such as a film containing a pigment or a pigment that absorbs light having an analysis wavelength to the lower surface 33 of the substrate 32.
  • the light beam totally reflected on the reflection surface 18 (18 ′) of the aperture 16 (16 ′) travels toward the side surface (guide surface) 30 of the substrate 32.
  • the direction of the light beam is changed downward on the side surface (guide surface) 30 and is emitted from the side surface (guide surface) 30.
  • the light beam emitted from the guide surface 30 is absorbed by the light shielding unit 31.
  • the microchip 4 shown in FIG. 10 includes a plurality of flow paths 40 and 41 and apertures 42 and 43.
  • the plurality of flow paths 40 and 41 are provided adjacent to each other.
  • the apertures 42 and 43 are provided directly below the flow paths 40 and 41.
  • the shape is the same as the aperture 16 (16 ') of the microchip 1 shown in FIG. 3A or 3B.
  • the microchip 4 further has guide surfaces 44 and 45 and light shielding portions 46 and 47.
  • the guide surfaces 44 and 45 are for guiding the light beam totally reflected by the reflection surfaces 42A and 43A of the apertures 42 and 43 to the outside of the substrate 48.
  • the guide surfaces 44 and 45 are formed by making the side surface of the substrate 48 an inclined surface and providing a V-shaped recess 49 between the adjacent apertures 42 and 43. That is, the guide surfaces 44 and 45 include the guide surface 45 as an inclined surface that defines the V-shaped recess 49 in addition to the guide surface 44 similar to the guide surface 30 of the microchip 3 shown in FIG. .
  • the light shielding portions 46 and 47 absorb the light flux guided to the outside of the substrate 48 by the guide surfaces 44 and 45.
  • the light-shielding portions 46 and 47 cover the V-shaped concave portion 49 in addition to the light-shielding portion 46 protruding toward the side of the substrate 48 in the same manner as the light-shielding portion 31 of the microchip 4 shown in FIG. 47 is included.
  • the light emitted from the substrate 48 with the direction changed in the concave portion 49 is absorbed in the light shielding portion 47. Therefore, it is possible to suppress the light traveling from one channel 40 (41) toward the other channel 41 (40) from being received by the detector 22 and improve the analysis accuracy.
  • a semiconductor laser can be employed as the light source.
  • a semiconductor laser emits an elliptical laser beam from its structure.
  • an Edmond VLM visible light laser module (product code: 38927-D) has a beam shape of 4.0 ⁇ 1.0 mm. If the spot size is reduced to 1/20 using a normal condenser lens or collimator, the spot size becomes 0.2 ⁇ 0.05 mm.
  • the present invention can also be applied to the microchip 1 ′′ shown in FIG. 11, the microchip 5 shown in FIGS. 12 and 13, or the microchip 6 shown in FIGS.
  • the microchip 1 ′′ shown in FIG. 11 has a cell 15A ′′ in the middle of a groove 15 ′′ that defines a flow path (reference numeral 10 of the microchip 1 described with reference to FIGS. 1 to 5) on the substrate 11 ′′. Is provided.
  • the cell 15A ′′ has a diameter larger than the width of the groove 1 (flow path) 15 ′′, and is defined by a cylindrical recess formed in the substrate 11 ′′. In such a microchip 1 ′′. Is irradiated with the light beam so as to cross the cell 15A ′′.
  • the microchip 5 shown in FIG. 12 and FIG. 13 is formed in a disc shape as a whole, and includes a plurality of flow paths 50 and light shielding portions 51.
  • the plurality of flow paths 50 are formed radially from the inlet 52.
  • Each channel 50 is provided with a cell 53.
  • the cells 53 are arranged on the same circumference. According to this configuration, it is possible to sequentially measure the samples in the adjacent cells 53 while rotating the microchip 5 around the injection port 52.
  • the channel 50 and the cell 53 are formed by forming a recess on the upper surface 54A of the substrate 54 and laminating a cover 56 on the substrate 54.
  • An aperture 57 and a V-shaped groove 58 are provided on the lower surface 54B of the substrate 54.
  • the aperture 57 is formed directly below the cell 53 corresponding to the cell 53.
  • the aperture 57 is the same as the aperture 16 of the microchip 1 described with reference to FIGS. 1 to 5, and has an emission surface 57A and a pair of reflection surfaces 57B.
  • the V-shaped groove 58 is formed so as to be sandwiched between the cells 53 (apertures 57) between the adjacent flow paths 50.
  • the inner surface 59 of the V-shaped groove 58 corresponds to the guide surface 45 of the microchip 4 described with reference to FIG. 10, and the light reflected by the reflecting surface 57B of the aperture 57 is placed below the substrate 54. It is to make progress.
  • the light shielding portion 51 absorbs light emitted from the inclined surface (guide surface) 59 of the V-shaped groove 58 and is formed so as to cover the V-shaped groove 58.
  • the microchip 6 shown in FIGS. 14 to 16 can measure two samples and is formed by bonding a pair of transparent members 60 and 61 together.
  • Each transparent member 60, 61 is formed in a long rectangular plate shape, and has grooves 60A, 61A, through holes 60B, 60C, 61B, 61C, and recesses 60D, 60E, 61D, 61E.
  • the grooves 60A and 61A define the flow path together with the bonding surfaces 60F and 61F of the other transparent member 60 and 61 facing each other.
  • the grooves 60A and 61A are formed on the bonding surfaces 60F and 61F of the transparent members 60 and 61 so as to extend in the longitudinal direction of the transparent members 60 and 61, respectively.
  • the grooves 60A and 61A are arranged in a line symmetric positional relationship in plan view.
  • the through holes 60B and 61B are for introducing a sample into the flow path (grooves 60A and 61A), and the through holes 60C and 61C are for discharging the sample from the flow path (grooves 60A and 61A).
  • Such through holes 60B, 60C, 61B, and 61C are formed through the transparent members 60 and 61 so as to communicate with the ends of the grooves 60A and 61A.
  • the through holes 60B and 61B are arranged in a line symmetric positional relationship in plan view, and the through holes 60C and 61C are arranged in a line symmetric positional relationship in plan view.
  • the concave portions 60D and 61D are used for positioning, and are formed on the non-bonded surfaces 60G and 61G in the transparent members 60 and 61, respectively.
  • the recesses 60D and 61D are arranged in a line symmetric positional relationship in plan view.
  • the recesses 60E and 61E correspond to the aperture 16 'of the microchip 1 shown in FIG. 3B, and have emission surfaces 60Ea and 61Ea and conical reflection surfaces 60Eb and 61Eb.
  • the recesses 60E and 61E are formed immediately below or directly below the grooves 60A and 61A of the opposing transparent members 60 and 61, respectively.
  • the recesses 60E and 61E are arranged in a line symmetric positional relationship in plan view.
  • the microchip 6 is formed by bonding the transparent members 60 and 61 so that their bonding surfaces 60F and 61F face each other. Therefore, the microchip 6 has two flow paths (grooves 60A and 61A) and has the same front and back configurations. Therefore, the microchip 6 can be used to measure two samples by using the microchip 6 with its front and back reversed.
  • the microchip 6 is arranged so that the grooves 60A and 61A, the through holes 60B and 61B, the through holes 60C and 61C, the recesses 60D and 61D, and the recesses 60E and 61E are in a point-symmetrical positional relationship. May be.
  • the microchip according to the present invention is not limited to a configuration in which the movement of the sample in the flow channel 10 is performed by voltage application like the microchip 1 shown in FIGS.
  • the structure which moves a sample with a capillary tube may be sufficient.
  • a recess (groove) 15 ′′ for defining the flow path 10 ′′ and the cell may be formed in the cover 12 ′′ instead of the substrate 11 ′′.
  • exit surface and reflection surface of the aperture are not limited to a flat surface, and all or a part thereof may be a curved surface.
  • optical systems 21 and 21 'in the above-described analyzers 2 and 2' are merely examples, and may be designed by appropriately combining various lenses, a diaphragm and the like.
  • the analyzer 7 shown in FIG. 18 and FIG. 19 performs analysis of a sample using the microchip 8 and includes an irradiation means 70 and a detector 22.
  • the irradiation means 70 is for irradiating light to the flow path 84 (or cell) of the microchip 8.
  • the irradiation unit 70 includes an optical fiber 71 and a ferrule 72.
  • the optical fiber 71 is for guiding light from a light source (not shown) to the microchip 8.
  • the optical fiber 71 has a core 73 and a clad 74.
  • the core 73 is a part where light moves.
  • the clad 74 totally reflects light at the interface with the core 73.
  • the clad 74 is made of a material having a refractive index higher than that of the core 73, and covers the core 73. That is, in the optical fiber 71, light is guided inside the core 73 while repeating total reflection at the interface between the core 73 and the cladding 74, and light is emitted from the end surface 75 of the core 73.
  • the light having a numerical aperture corresponding to the total reflection critical angle at the interface between the core 73 and the clad 74 travels while spreading the light beam as it moves away from the end face 75.
  • the ferrule 72 holds the end of the optical fiber 71.
  • the ferrule 72 is held by a holder 76 so as to be movable in the vertical direction while being urged by a coil spring 77. That is, the optical fiber 71 is configured to be brought into contact with the concave portion 87 of the microchip 8 with an appropriate pressing force.
  • the detector 22 is the same as the detector 22 of the analyzer 2 described with reference to FIGS. 6 and 7, and generates an electric signal corresponding to the amount of received light.
  • the basic configuration of the microchip 8 is the same as that of the microchip 1 described with reference to FIGS. 1 to 5, and includes a substrate 80, light shielding portions 81 and 82, and a cover 83.
  • the substrate 80 has a groove 85 and an aperture 86 that define the flow path 84 (or cell).
  • the configuration of the groove 85 and the aperture 86 is the same as that of the groove 15 and the aperture 16 of the microchip 1 described with reference to FIGS.
  • the width dimension W1 of the exit surface 86A of the aperture 86 is smaller than the width dimension W2 of the bottom surface 85A of the groove 85. Therefore, a light beam smaller than the dimension (core diameter C) of the end surface 75 of the core 73 in the optical fiber 71 is incident on the exit surface 86A of the aperture 86. Therefore, if the distance between the end surface 75 of the core 73 and the upper surface 84A of the flow path 84 (or cell) is appropriately adjusted according to the core diameter C, the influence of the stray light component can be efficiently excluded.
  • the light shielding portions 81 and 82 are for preventing light from being emitted outside the substrate 80 from other than the emission surface 86A of the aperture 86.
  • the light shielding portion 81 is provided adjacent to the aperture 86 on the lower surface 80 ⁇ / b> B of the substrate 80.
  • the light shielding portion 82 is provided on the side surface 80 ⁇ / b> C of the substrate 80.
  • the cover 83 is laminated on the substrate 80 so as to cover the groove 85, and defines the flow path 84 (or cell) together with the groove 85.
  • the cover 83 has recesses 87 and 88.
  • the recess 87 is for arranging the end portion 78 of the irradiation means 70, and the bottom surface 87 ⁇ / b> A is disposed on the same or substantially the same axis as the exit surface 86 ⁇ / b> A of the aperture 86.
  • the emission end surface 79 of the optical fiber 71 abuts against the bottom surface 87 A of the recess 87, or the end portion including the light emission end surface 79 of the optical fiber 71. 78 is fitted.
  • the recess 88 is provided on the bottom surface 87 ⁇ / b> A of the recess 87.
  • the recess 88 is for preventing the end surface 75 of the core 73 in the optical fiber 71 from coming into contact with the bottom surface 87 ⁇ / b> A of the recess 87. If such a recess 88 is provided, it is possible to suppress damage to the end surface 75 of the core 73 and repeatedly emit a desired light beam from the end surface 75.
  • the bottom surface 87A of the recess 87 is formed at a position satisfying the relationship of C ⁇ V as shown in FIG.
  • C is the core diameter of the optical fiber 71.
  • V is the dimension at the exit end face 79 of the optical fiber 71 corresponding to the viewing angle ⁇ of the flow path 84 (or cell).
  • the viewing angle ⁇ is defined by the shape and position of the light exit surface 86A in the flow path 84 (the groove 85 of the substrate 80) and the aperture 86. This viewing angle ⁇ corresponds to the intersection angle between the optical axis L and the straight line L1 connecting the edge E1 of the exit surface 86A of the aperture 86 and the edge E2 on the upper surface 84A side of the flow path 84 (or cell).
  • the dimension V corresponds to the distance between the intersections E3 and E3 between the extension line L2 of the straight line L1 and the emission end face 79 of the optical fiber 71, and the position of the emission end face 79 in the optical fiber 71 (the flow path 84 ( Or it depends on the distance D) of the cell) from the upper surface 84A.
  • a distance D between the emission end face 79 of the optical fiber 71 and the upper surface 84A of the flow path 84 (or cell) is D2.
  • an extension line L2 of the straight line L1 connecting the edge E1 of the exit surface 86A of the aperture 86 and the edge E2 on the upper surface 84A side of the flow path 84 (or cell) is a core 73 on the exit end surface 79 of the optical fiber 71.
  • the interface In between the cladding 74 and the cladding 74 is
  • FIG. 21 shows a case where the relationship of C> V is satisfied.
  • the extension line L2 of the straight line L1 connecting the edge E1 of the exit surface 86A of the aperture 86 and the edge E2 on the upper surface 84A side of the flow path 84 (or cell) is the core 73 on the exit end surface 79 of the optical fiber 71.
  • the upper surface 84A of the flow path 84 may be formed so as to satisfy the relationship of C ⁇ V in relation to the optical fiber 71.
  • the optical fiber 71 does not need to be disposed so that the end surface 75 contacts the bottom surface 87A of the recess 87, and the recess 87 is not necessarily required.

Abstract

 本発明は、透光性部材11と、透光性部材11の光入射側に形成された流路10又はセルと、透光性部材10の光出射側において、流路10又はセルに対応した位置に形成されたアパーチャ16と、を備えたマイクロチップ1に関する。アパーチャ16は、流路10又はセルから出射する光束を出射させる出射面17と、入射した光束を全反射させる反射面18と、を有している。出射面17の幅寸法W1は、流路10又はセルの幅寸法W2よりも小さい

Description

マイクロチップ及び分析装置
 本発明は、光を照射して試料を分析するための流路又はセルを備えたマイクロチップ及びこれを用いる分析装置に関する。
 血液、タンパク質、薬物等の試料の分析方法として、マイクロチップを用いた技術が知られている。マイクロチップは、微細流路を有するものであり、たとえば電気泳動あるいは毛細管力により微細流路において試料を移動させるものである。このようなマイクロチップを用いる場合、微細流路やその途中に設けたセルに光を照射し、微細流路やセルを透過した光を検出して試料を分析している。光学的な分析には、吸光光度法や蛍光光度等が知られている。
 光学的な分析方法において測定精度を高めるためには、光学系を構成するレンズの収差、乱反射などに起因する内部的な迷光(測定に寄与しない余分な光)を除去する必要がある。このため、分析装置では、光軸上にアパーチャ(絞り)を設置して、不要光を遮蔽することが行われている。
 不要光を遮蔽する方法としては、マイクロチップなどの分析用具では、測定セルを構成する透明部材に、テーパ状の面を形成することが提案されている。テーパ状の面は、出射光を散乱又は反射させて、セルを通過する光束のみを受光部に到達させるためのものである。
 しかしながら、不要光を遮蔽するためにテーパ状の面を形成する方法では、μ-TAS(Micro Total Analysis System)のさらなる微細化の進歩に対応することが困難になる。すなわち、分析装置における特定の観測点にマイクロチップを脱着させる構成においては、マイクロチップを正確な位置に設置するには限度があった。
 例えば、マイクロチップを分析装置に設けられたトレイの凹部に脱着させる場合は、凹部の開口寸法は、マイクロチップの寸法誤差を考慮して、多少の余裕を持たせる必要がある。そのため、マイクロチップの位置決め精度をある程度は確保できるが、マイクロチップが特定の位置に正確に定まらないので、流路が微細化される場合には、マイクロチップの観測点と光軸とが正確に位置合わせされた状態にするのは困難である。
 このような位置合わせを正確にするには、例えばマイクロチップ及びトレイの寸法精度を厳格にし、マイクロチップとトレイとの嵌合を厳格にすることが考えられるが、この場合は製造コストが上昇してしまう。また、位置調整機構を設けて位置合わせする構成も考えられるが、装置が複雑になりかつ高価になる。
米国特許4511798号明細書 特開2007-298474号公報
 本発明は、マイクロチップの位置ばらつきを許容しながらも、簡単な構成で試料の分析精度を確保することを課題としている。
 本発明の第1の側面においては、透光性部材と、前記透光性部材の光入射側に形成された流路又はセルと、前記透光性部材の光出射側において、前記流路又は前記セルに対応した位置に形成されたアパーチャと、を備えマイクロチップが提供される。前記アパーチャは、前記流路又はセルから出射する光束を出射させる出射面と、入射した光束を全反射させる反射面と、を有している。前記出射面の幅寸法は、前記流路又はセルの幅寸法よりも小さくされる。
 前記反射面は、たとえば互いに対向する一対の傾斜面を含んでいる。前記一対の傾斜面は、前記出射面から離れるにしたがって間隔が大きくなるように形成されている。前記反射面は、円錐状の傾斜面を含んでいてもよい。前記円錐状の傾斜面は、前記出射面から離れるにしたがって間隔が大きくなるように形成される。
 本発明のマイクロチップは、前記アパーチャ以外の部分から光が出射するのを防止するための遮光部をさらに備えていてもよい。
 前記遮光部は、たとえば前記アパーチャに隣接して設けられる。前記遮光部は、前記透光性部材の側面に形成してもよい。
 前記透光性部材は、前記出射面を透過しない光束を前記前記透光性部材の外部に導くためのガイド面を有していてもよい。この場合、前記遮光部は、前記ガイド面によって前記透光性部材の外部に導かれた光束を吸収するものであるのが好ましい。
 前記ガイド面は、前記透光性部材の側面を傾斜面とすることにより形成してもよい。
 本発明のマイクロチップは、前記透光性部材の光入射側に形成された第2の流路又はセルと、前記透光性部材の光出射側において、前記第2の流路又はセルに対応した位置に形成された第2のアパーチャと、をさらに備えていてもよい。この場合、前記ガイド面は、前記アパーチャと前記第2のアパーチャとの間に設けるのが好ましい。前記ガイド面は、前記透光性部材の光出射側に形成された断面V字状の溝の内面であってもよい。
 本発明のマイクロチップは、前記透光性部材の光入射側において、前記流路又はセルを覆うカバーをさらに備えていてもよい。この場合、前記カバーは、前記流路又はセルに光を照射するための照射手段の端部を配置するための凹部を有しているのが好ましい。
 前記光源は光ファイバである場合において、前記凹部は、その底面において前記光ファイバの光出射端面が当接し、又は前記光ファイバの光出射端面を含む端部が嵌合するものであるのが好ましい。
 好ましくは、前記流路又はセルの底面と前記アパーチャの出射面とは、同一又は略同一軸上に配置されている。
 前記流路又はセルに照射手段により光が照射される場合において、前記流路又はセルに対する入射面は、たとえばC<Vの関係を満たす位置に形成される。ここで、Cは照射手段における光出射面の寸法である。Vは流路又はセルの光照射面のエッジとアパーチャにおける出射面のエッジとを結ぶ直線が照射手段の端面と交差する部分の距離である。
 本発明のマイクロチップは、たとえば前記透光性部材に第2の透光性部材を貼り合わせることにより形成されている。前記透明部材および前記第2の透光性部材は、前記アパーチャと、流路を規定する溝と、を有している。前記アパーチャおよび前記溝は、平面視において、線対称または点対称の位置関係に配置されているのが好ましい。
 前記透明部材および前記第2の透光性部材は、位置決め用の凹部を有していてもよい。前記凹部は、平面視において、線対称または点対称の位置関係に配置されているのが好ましい。
 本発明の第2の側面においては、本発明の第1の側面に係るマイクロチップを用いる分析装置であって、光源と、光学系と、を備えた分析装置が提供される。前記光源及び前記光学系は、前記流路又はセルに光束を入射させ、前記アパーチャから光束を出射させるように配置されている。前記光学系は、前記流路又は前記セルに対して、前記アパーチャの出射面の短軸方向に広がる光束を照射することができる。
 前記光学系は、たとえば前記流路又は前記セルに対して、前記アパーチャの出射面の短軸方向に長軸を有する光束を照射することができる。
 本発明の第3の側面においては、前記透光性部材の光入射側において、前記流路又はセルを覆い、かつ凹部を有するカバーをさらに備えたマイクロチップを用い、かつ前記流路又はセルに光を照射するための照射手段を備えた分析装置が提供される。
 前記照射手段は、出射端が前記マイクロチップにおけるカバーの凹部に当接又は嵌合するように設けられる。前記凹部の底面には、第2の凹部を形成するのが好ましい。
 前記照射手段は、たとえば光ファイバを含んでいる。
本発明に係るマイクロチップの一例を示す全体斜視図である。 図1に示したマイクロチップの分解斜視図である。 図3Aおよび図3Bは、図1に示したマイクロチップにおける基板を、裏面側から見た斜視図である。 図1のIV-IV線に沿う断面図である。 図1のV-V線に沿う断面図である。 本発明に係る分析装置の概略構成を示す斜視図である。 図6に示した分析装置の断面図である。 本発明に係る分析装置の他の例を示す断面図である。 本発明に係るマイクロチップの他の例を示す断面図である。 本発明に係るマイクロチップのさらに他の例を示す断面図である。 本発明に係るマイクロチップのさらに他の例を示す分解斜視図である。 本発明に係るマイクロチップのさらに他の例を示す平面図である。 図12のVIII-VIII線に沿う断面図である。 本発明に係るマイクロチップのさらに他の例を示す斜視図である。 図14に示したマイクロチップの分解斜視図である。 図16Aは図14のXVIA-XVIA線に沿う断面図であり、図16Bは図15のXVIB-XVIB線に沿う断面図である。 本発明に係るマイクロチップのさらに他の例を示す斜視図である。 本発明に係る分析装置の他の例を示す断面図である。 図18に示した分析装置の要部を拡大して示した断面図である。 図18に示した分析装置の作用を説明するための図19に相当する断面図である。 図18に示した分析装置の作用を説明するための図19に相当する断面図である。
 以下、本発明の実施について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
 まず、本発明に第1の実施の形態について、図1ないし図7を参照しつつ説明する。
 図1ないし図5に示したように、マイクロチップ1は、血液、タンパク質、薬物等の試料を分析するために、分析装置2(図5および図6参照)に装着して使用するものである。このマイクロチップ1は、微細な流路10が形成されたものであり、基板11、カバー12、板状部材13および遮光部14A,14Bを有している。
 基板11は、溝15およびアパーチャ16を有するものであり、透光性部材により形成されている。基板11を形成するための材料としては、PDMS、PMMA、PS、およびPCを挙げることができる。
 溝15は、カバー12とともに流路10を構成するものである。この溝15は、基板11の上面11Aにおいて、基板11の長手方向に延びるように形成されている。
 アパーチャ16は、内部的な迷光(測定に寄与しない余分な光)を除去するための絞りとして機能するものである。図3Aに示したように、アパーチャ16は、出射面17および一対の反射面18を有するものであり、基板11の下面11Bにおいて基板11の長手方向に延びるように形成されている。図3Bに示したように、アパーチャ16′は、基板11の下面11Bにおいて、出射面17′および円錐状の反射面18′を有するものとして形成してもよい。
 図4および図5に示したように、出射面17,17′は、流路10から出射する光束を出射させるものである。図3Aに示したアパーチャ16では、出射面17は、流路10(溝15)に対応して基板11の長手方向に延びる平坦面として形成されている。出射面17の幅寸法W1は、流路10(溝15)の幅寸法W2よりも小さくされている。一方、図3Bに示したアパーチャ16′では、出射面17′は、流路10(溝15)に対面した円形の平坦面として形成されている。出射面17′の直径W1は、流路10(溝15)の幅寸法W2よりも小さくされている。
 反射面18,18′は、流路10から出射する光束を全反射させ、基板11の側面11Cに向けて進行させるものである。図3Aに示した一対の反射面18は、互いに対向するとともに、光束の光軸Lに対して傾斜する平面として設けられている。これらの反射面18は、流路10から離れるにしたがって間隔が広くなるように形成されており、反射面18の傾斜角度は反射面18に達した光束を全反射させるような角度に設定される。一方、図3Bに反射面18′は、出射面17′から離れるにしたがって間隔が大きくなるように円錐状の形成されている。反射面18′の傾斜角度は、反射面18(図3A参照)と同様に、反射面18′に達した光束を全反射させるような角度に設定される。
 ここで、反射面18,18′において光束を全反射させるための条件について検討する。反射面18,18′において全反射を起こす臨界角θmは、sinθm=n1/n2(n2>n1)の関係を満たす。ここで、n1は空気の屈折率、n2は基板1の屈折率である。このとき、空気の屈折率n1を1とすれば、基板11の材料と臨界角θmとの下記表1に示した通りである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1中、PDMSはシリコーン樹脂、PMMAはメタクリル酸メチル樹脂(アクリル樹脂)、PSはポリスチレン樹脂、PCはポリカーボネート樹脂である。
 なお、屈折率は波長に応じて異なるが、θmは使用する波長の最長波長における屈折率に基づいて設定すればよい。
 図6および図7に示した分析装置2のように、マイクロチップ1への入射光がX方向視において平行光の場合、反射面18,18′の傾斜角θsは、θs<90-θmとなる。例えば、基板1の材料がPDMSの場合は、臨界角θmは43.6°である。したがって、基板1の材料がPDMSの場合の反射面18の傾斜角θsは46.4°以下に設定すればよい。
 カバー12は、基板11とともに流路10を規定するものであり、透光性部材により形成されている。このカバー12は、基板11と同様な材料により板状に形成されており、基板11の溝15を覆っている。カバー12は、溝15の端部15A,15Bに対応する位置に設けられた貫通孔12A,12Bを有している。これらの貫通口12A,12Bは、溝15および後述する板状部材13の貫通孔13A,13Bに連通しており、注入口10Aおよび排出口10Bを構成している。
 板状部材13は、流路10に供給すべき泳動液の注入口10Aおよび排出口10Bを規定するとともに、電極19を保持するものである。板状部材13は、貫通孔13A,13Bを有しており、これらの貫通口13A,13Bが注入口10Aおよび排出口10Bを構成している。電極19は、流路10に泳動液や流路10に注入された泳動液に電圧を印加し、試料を電気泳動させ分離するためのものである。電極19の端部19Aは、板状部材13の貫通孔13A,13B(注入口10Aおよび排出口10B)において突出しており、泳動液と接触するようになされている。電極19の端部19Bは、板状部材19から側方に突出しており、図外の電力供給源に接続されている。
 遮光部14A,14Bは、アパーチャ16,16′以外の部分から光が出射するのを防止するためのものである。遮光部14Aは、基板11の側面11Cから光が出射するのを防止するためのものであり、基板11の側面11Cに設けられている。遮光部14Bは、基板11の下面11Bから光が出射するのを防止するためのものであり、基板11の下面11Bにおいて、アパーチャ16,16′に隣接して設けられている。遮光部14A,14Bは、たとえば測定波長の光を吸収する塗料を塗布、スタンプあるいは印刷し、測定波長の光を吸収する顔料や色素を含んだフィルムを貼着することにより形成することができる。
 このような構成のマイクロチップ1では、注入口10Aから流路10に向けて泳動液を注入し、さらに試料を注入する。次に、2本の電極19間に電圧を印加することにより、試料を電気泳動させ試料を分離する。この分離した試料に光を照射して試料を分析する。この分析には、例えば吸光光度法や蛍光光度法が用いられる。
 次に、本発明に係る分析装置の一例について、図6および図7を参照しつつ説明する。ただし、以下においては、マイクロチップ1として図3Aに示したものを使用する場合を例にとって説明する。
 図6に示した分析装置2は、図外の搭載部に搭載されたマイクロチップ1を利用して試料の分析を行うものであり、光源20、光学系21および検出器22を備えている。
 ここで、搭載部は、マイクロチップ1を位置決めできる構成であればよい。詳細は後に説明するが、この位置決め精度は高精度であることが望ましいが、厳格な精度は要求されない。また、搭載部を位置調整する機構も特別必要ない。搭載部は、例えばマイクロチップ1の外形と嵌合する凹状の収納部を備えたトレイが挙げられ、この凹部の開口寸法はマイクロチップ1の外形寸法より若干大きくしておけばよい。
 光源20は、マイクロチップ1における流路10の所定箇所に光を照射するためのものである。光源20としては、例えばレーザ、LEDあるいは光ファイバを用いることができる。
 光学系21は、光源20から出射された光を、流路10の所定箇所に導くためのものである。この光学系21は、コリメートレンズ23およびシリンドリカルレンズ24を有している。
 コリメートレンズ23は、光源20から出射された発散光を平行光にするためのものである。
 シリンドリカルレンズ24は、コリメートレンズ23において平行光とされた光束を収束させるためのものである。このシリンドリカルレンズ24は、出射面24Aが凸曲面とされており、シリンドリカルレンズ24を透過した光束が流路10の長手方向(X方向)には収束するが、流路10の幅方向(Y方向)には収束しないように配置されている。このため、シリンドリカルレンズ24を透過した光束は、マイクロチップ1(カバー12や流路10)には、基板11(流路10)の短手方向(Y方向)に長軸を有するスポットSpとして光束が照射される。スポットSpは、流路10を横切るとともに、長軸方向(Y方向)の長さは、流路10の幅より大きい。
 検出器22は、マイクロチップ1を透過した光を受光し、受光量に応じた電気信号を生成するものである。この電気信号は、試料における目的成分の量などに対応するものであり、電子信号に基づいて試料の分析を行うことができる。
 分析装置2では、光源20から出射された発散光は、コリメートレンズ23において平行光とされた後にシリンドリカルレンズ24において収束され、マイクロチップ1の流路10に交差する方向に長軸を有するスポットSpとしてマイクロチップ1に照射される。
 マイクロチップ1に照射された光束は、カバー12を透過して基板11に入射する。このとき、流路10を透過する光束は、電気泳動により分離した試料を照射することになる。流路10を透過した光束は、大部分がアパーチャ16に入射し、アパーチャ16に入射しなかった光は遮光部14Bにおいて吸収される。
 アパーチャ16に入射した光束は、一部が出射面17を透過し、残部は反射面18において全反射する。反射面18において全反射した光は、基板11の側面11Cに向けて進行する。基板11の側面11Cに到達した光は、遮光部14Aにおいて吸収される。
 一方、出射面17を透過した光束は、検出器22において受光され、試料の分析に供される。ここで、検出器22に形成されるスポットSpは、マイクロチップ1に形成されるスポットSpに比べ、幅(X方向)、長さ(Y方向)ともに小さくなっている。検出器22に形成されるスポットSpの幅(X方向)が小さくなっているのは、シリンドリカルレンズ24の収束作用を受けるためである。
 これに対して、スポットSpの長さ(Y方向)については、シリンドリカルレンズ24の収束作用は受けないが、アパーチャ16を通過する際に反射面18において光束の一部が遮蔽されるため、スポットSpの長さ(Y方向)が短くなっている。より具体的には、図7に示したように、マイクロチップ1を用いて分析装置2によって試料を分析する場合、マイクロチップ1には、流路10の幅L2より大きい長さL1の光束が入射する。この光束は、シリンドリカルレンズ24の収束作用を受けないために長さL1を維持しながら基板11を進行しアパーチャ16に入射する。アパーチャ16に到達した光は、出射面17および反射面18に到達する。出射面17に到達した光は透過し、反射面18に到達した光は反射される。このため、光束はアパーチャ16を通過することにより、出射面17の幅(直径)である長さW1の光束となって検出器22に到達する。
 この構成によれば、流路10を透過した光以外は、検出器22には到達せず、また流路10を透過した光であっても反射面18に到達した光は検出器22には到達しない。すなわち、出射面17を透過した光のみが検出器22において受光される。すなわち、アパーチャ16の反射面18によって試料の分析に必要な光のみを検出することが可能となるたね、分析精度を高めることが可能となる。
 また、マイクロチップ1に入射された光束は、アパーチャ16の出射面17を透過した光束以外は、遮光部14A,14Bにおいて吸収される。そのため、マイクロチップ1では、遮光部14A,14Bを設けることによって、マイクロチップ1の内部に生じる迷光がマイクロチップ1の外部に出射されてしまうことを防止することができる。その結果、検出器22において、不要光が受光されてしまうことを抑制することができるため、分析精度を向上させることができる。
 本発明ではさらに、マイクロチップ1の設置精度を厳格にしなくても得ることができる。すなわち、マイクロチップ1を用いて試料分析を行う場合には、分析装置2の搭載部(図示略)にマイクロチップ1を搭載する。このとき、搭載部は凹状の収納部を備えたトレイであるとして、この場合、凹状の収納部の開口は、マイクロチップ10の外形寸法のばらつきを考慮して、マイクロチップ1の外形より若干大きな寸法に設定する。この構成では、マイクロチップ1の外形寸法のばらつきには対応できるが、マイクロチップ1の設置位置に、ばらつきが生じることになる。
 これに対して、マイクロチップ1のスポットSpは、流路10と交差している。この場合、マイクロチップ1が流路10の長手方向(X方向)に移動しても、スポットSpと流路10とが交差した状態には変わりない。他方、スポットSpの長さ(Y方向)は、流路10の幅より大きい。このことにより、マイクロチップ1が流路10の幅方向(Y方向)に移動しても、スポットSpと流路10とが交差した状態を維持することが可能になる。
 すなわち、マイクロチップ1の位置に変動があっても、スポットSpと流路10とが交差した状態を維持している限りは、流路10を透過した長さL3のスポットが検出器22に到達することになり、分析精度を維持することができる。
 したがって、マイクロチップ1を用いて試料の分析を行えば、マイクロチップ1の位置決め精度を厳格にしたり、別個に位置調整機構を設けたりしなくても、マイクロチップ1にアパーチャ16を形成することにより、分析精度を確保することができる。アパーチャ16は、基板11と一体に成形でき、特別な追加部品は不要である。すなわち、マイクロチップ1によれば、マイクロチップ1の位置ばらつきを許容しながらも、簡単な構成で試料の分析精度を確保することができる。このような効果は、マイクロチップ1として図3Bに示したものを使用した場合にも同様に得ることができる。
 もちろん、本発明は種々に設計変更可能である。たとえば光学系21では、マイクロチップ1に縦長のスポットSpを形成するためにシリンドリカルレンズ24を用いたが、これに代えて、縦長スリットを有するアパーチャを配置してもよい。
 また、図8に示した分析装置2′のように、光学系11′においてシリンドリカルレンズ24に代えて集光レンズ24′を用い、流路10の幅方向(Y方向)についても光束を収束させるようにしてもよい。
 図8に示した構成においても、マイクロチップ1には、流路10の幅W2より大きい直径の円形状の光束が入射する。この光束は、収束しつつ基板11を進行する。集光レンズ24′は、光束が流路10を通過するまでの間は、光束と流路10とが交差した状態が維持するように設定している。
 アパーチャ16(16′)に到達した光は、一部が出射面17を透過する一方で、残部が反射面18(18′)において反射される。このため、光束はアパーチャ16(16′)を透過することにより、出射面17(17′)における光束が収束されて検出器22に到達する。したがって、流路10を透過した光以外は、検出器22には到達しないので、分析精度を高めることができる。この効果は、上述のようにマイクロチップ1の設置精度を厳格にしなくても達成することができる。
 ここで、反射面18(18′)において光束を全反射させるための条件について検討する。反射面18(18′)において全反射を起こす臨界角θmは、sinθm=n1/n2(n2>n1)の関係を満たす。ここで、n1は空気の屈折率、n2は基板1の屈折率である。このとき、空気の屈折率n1を1とすれば、基板1の材料と臨界角θmとの上記表1に示した通りである。
 図8に示した分析装置2′のように集光レンズ24′を用いるのであれば、入射光の入射角を考慮して角度θsを設定すればよい。入射光の入射角θsは、θs<(90-θm)-α (tanα=r/f)となる。ここで、rは集光レンズ24′の有効半径、fは集光レンズ24′の焦点距離である。
 例えば、基板11の材料がPDMSの場合は、臨界角θmは43.6°である。したがって、基板11の材料がPDMSの場合の反射面18(18′)の傾斜角θsは、集光レンズ24′の有効半径rが5mm、焦点距離fが10mmのときは、19.8°以下に設定すればよい。
 さらに、本発明のマイクロチップにおいては、遮光部についても種々に変更可能である。
 遮光部14A,14Bは必ずしも必要なものではなく、遮光部14A,14Bの一方または双方を省略してもよく、また、遮光部として図9および図10に示した構成を採用することも可能である。
 図9に示したマイクロチップ3は、ガイド面30および遮光部31を有するものである。
 ガイド面30は、アパーチャ16(16′)の反射面18(18′)において全反射した光束を、基板32の外部に導くためのものである。このガイド面30は、基板32の側面を傾斜面とすることにより形成されている。
 遮光部31は、ガイド面30によって基板32の外部に導かれた光束を吸収するものであり、基板32の側方に向けて突出している。この遮光部31は、分析波長の光を吸収する顔料や色素を含有したフィルムなどの吸収部材を、基板32の下面33に貼着することにより形成されている。
 マイクロチップ3では、アパーチャ16(16′)の反射面18(18′)において全反射した光束は基板32の側面(ガイド面)30に向けて進行する。この光束は、側面(ガイド面)30において下方に向きが変えられ、側面(ガイド面)30から出射する。ガイド面30から出射した光束は、遮光部31において吸収される。
 図10に示したマイクロチップ4は、複数の流路40,41およびアパーチャ42,43を備えたものである。複数の流路40,41は互いに隣接して設けられている。アパーチャ42,43は、流路40,41の直下に設けられており。図3Aまたは図3Bに示したマイクロチップ1のアパーチャ16(16′)と同様な形態とされている。このマイクロチップ4はさらに、ガイド面44,45および遮光部46,47を有している。
 ガイド面44,45は、アパーチャ42,43の反射面42A,43Aにおいて全反射した光束を、基板48の外部に導くためのものである。このガイド面44,45は、基板48の側面を傾斜面とし、隣接するアパーチャ42,43の間にV字状の凹部49を設けることにより形成されている。すなわち、ガイド面44,45は、図9に示したマイクロチップ3のガイド面30と同様なガイド面44に加えて、V字状の凹部49を規定する傾斜面としてガイド面45を含んでいる。
 遮光部46,47は、ガイド面44,45によって基板48の外部に導かれた光束を吸収するものである。この遮光部46,47は、図9に示したマイクロチップ4の遮光部31と同様に基板48の側方に向けて突出した遮光部46に加えて、V字状の凹部49を覆う遮光部47を含んでいる。
 このようなマイクロチップ4においては、複数の流路40,41を備えている場合において、一方の流路40(41)を透過した光束が隣接する流路41(40)に入り込むことを適切に抑制することができる。すなわち、一方の流路40(41)を透過して隣接する流路41(40)に進行する光は、凹部49のガイド面(傾斜面)44,45において下方に進行方向が変えられて基板48から出射する。そのため、隣接する流路40,41において、一方の流路40(41)から他方の流路41(42)に光が入射してしまうことを抑制することができる。
 また、凹部49において向きを変えられて基板48から出射する光は、遮光部47において吸収される。そのため、一方の流路40(41)から他方の流路41(40)に向かう光が検出器22において受光されることを抑制し、分析精度を向上させることが可能となる。
 また、本発明の分析装置においては、光源として半導体レーザ採用することもできる。一般的に半導体レーザは、その構造から楕円形状のレーザビームを出射する。例えば、エドモンド社のVLM可視光レーザモジュール(商品コード:38927-D)であれば、4.0×1.0mmのビーム形状となる。これを通常の集光レンズ又はコリメータを使用して、スポットサイズを1/20に縮小すれば、0.2×0.05mmのスポットサイズになる。この縮小スポットの長手方向が流路10を横切るように、半導体レーザを設置することにより、図6のスポットSpのように、縦長スポットを流路10と交差する方向に形成することができる。
 また、本発明は、図11に示したマイクロチップ1″、図12および図13に示したマイクロチップ5、あるいは図14ないし図16に示したマイクロチップ6に対しても適用することができる。
 図11に示したマイクロチップ1″は、基板11″において、流路(図1ないし図5を参照して説明してマイクロチップ1の符号10)を規定する溝15″の途中にセル15A″が設けられたものである。セル15A″は、溝1(流路)15″の幅よりも大きな径を有するものであり、基板11″に形成された円柱状の凹部によって規定されている。このようなマイクロチップ1″においては、セル15A″と交差するように光束がセル15A″を照射される。
 図12および図13に示したマイクロチップ5は、全体として円盤状に形成されており、複数の流路50および遮光部51を備えている。
 複数の流路50は、注入口52から放射状に形成されている。各流路50には、セル53が設けられている。セル53は、同一円周上に配置している。この構成によれば、注入口52を中心にマイクロチップ5を回転させながら、順次隣接するセル53における試料を測定することができる。このような流路50およびセル53は、基板54の上面54Aに凹部を形成し、基板54にカバー56を積層することにより形成されている。
 基板54の下面54Bには、アパーチャ57およびV字状の溝58が設けられている。
 アパーチャ57は、セル53に対応してセル53の直下に形成されている。アパーチャ57は、図1ないし図5を参照して説明したマイクロチップ1のアパーチャ16と同様なものであり、出射面57Aおよび一対の反射面57Bを有している。
 V字状の溝58は、隣接する流路50の間において、セル53(アパーチャ57)に挟まれるように形成されている。このV字状の溝58の内面59は、図10を参照して説明したマイクロチップ4のガイド面45に相当するものであり、アパーチャ57の反射面57Bにおいて反射した光を基板54の下方に向けて進行させるものである。
 遮光部51は、V字状の溝58の傾斜面(ガイド面)59から出射する光を吸収するものであり、V字状の溝58を覆うように形成されている。
 図14ないし図16に示したマイクロチップ6は、2つの試料を測定できるものであり、一対の透明部材60,61を貼り合わせることにより形成されている。各透明部材60,61は、長矩形板状に形成されており、溝60A,61A、貫通孔60B,60C,61B,61C、および凹部60D,60E,61D,61Eを有している。
 溝60A,61Aは、対向する他方の透明部材60,61の貼り合わせ面60F,61Fとともに流路を規定するものである。溝60A,61Aは、各透明部材60,61の貼り合わせ面60F,61Fにおいて、透明部材60,61の長手方向に延びるように形成されている。溝60A,61Aは、平面視において線対称な位置関係に配置されている。
 貫通孔60B,61Bは流路(溝60A,61A)に試料を導入するものであり、貫通孔60C,61Cは流路(溝60A,61A)から試料を排出するものである。このような貫通孔60B,60C,61B,61Cは、溝60A,61Aの端部に連通するように透明部材60,61を貫通して形成されている。貫通孔60B,61Bは平面視において線対称な位置関係に配置されており、貫通孔60C,61Cは平面視において線対称な位置関係に配置されている。
 凹部60D,61Dは、位置決め用に利用されるものであり、各透明部材60,61において、非貼り合わせ面60G,61Gに形成されている。凹部60D,61Dは、平面視において線対称な位置関係に配置されている。
 凹部60E,61Eは、図3Bに示したマイクロチップ1のアパーチャ16′に相当するものであり、出射面60Ea,61Eaおよび円錐状の反射面60Eb,61Ebを有している。凹部60E,61Eは、対向する透明部材60,61の溝60A,61Aの直下または直下に形成されている。凹部60E,61Eは、平面視において線対称な位置関係に配置されている。
 マイクロチップ6は、透明部材60,61どうしをそれらの貼り合わせ面60F,61Fが対面するようにして貼り合わせることにより形成されている。そのため、マイクロチップ6は、2つの流路(溝60A,61A)を有するとともに、表裏の構成が同一なものとされている。したがって、マイクロチップ6は、表裏を反転させて使用することにより、2つの試料の測定が可能となっている。
 マイクロチップ6は、溝60A,61Aどうし、貫通孔60B,61Bどうし、貫通孔60C,61Cどうし、凹部60D,61Dどうし、および凹部60E,61Eどうしは、それぞれ点対称な位置関係となるように配置してもよい。
 本発明に係るマイクロチップは、図1ないし図5に示したマイクロチップ1のように、流路10での試料の移動が電圧印加により行われるように構成されたものに限らず、流路の毛細管により試料を移動させる構成であってもよい。
 また、図17に示したように、流路10″やセルを規定するための凹部(溝)15″は、基板11″ではなくカバー12″に形成するようにしてもよい。
 また、アパーチャの出射面や反射面は、平面に限らず、全部または一部が曲面であってもよい。
 また、上述の分析装置2,2′における光学系21,21′は一例であり、各種レンズ、絞り等を適宜組み合わせて設計すればよい。
 次に、本発明の第2の実施の形態について、図18ないし図21を参照しつつ説明する。
 図18および図19に示した分析装置7は、マイクロチップ8を用いて試料の分析を行うものであり、照射手段70および検出器22を備えている。
 照射手段70は、マイクロチップ8の流路84(またはセル)に光を照射するためのものである。この照射手段70は、光ファイバ71およびフェルール72を有している。
 光ファイバ71は、図外の光源からの光をマイクロチップ8に導くためのものである。この光ファイバ71は、コア73およびクラッド74を有している。コア73は、光が移動する部分である。クラッド74は、コア73との界面において光を全反射させるものである。クラッド74は、コア73よりも屈折率の高い材料により形成されており、コア73の被覆している。すなわち、光ファイバ71においては、コア73とクラッド74との界面において全反射を繰り返しながらコア73の内部で光が導波され、コア73の端面75から光が出射される、端面75から出射される光は、コア73とクラッド74との界面における全反射臨界角に応じた開口数の光であり、端面75から離れるにしたがって光束を広げつつ進行する。
 フェルール72は、光ファイバ71の端部を保持するものである。このフェルール72は、ホルダ76において、コイルバネ77に付勢された状態で上下方向に移動可能に保持されている。すなわち、光ファイバ71は、適度な押圧力をもってマイクロチップ8の凹部87に当接させられるように構成されている。
 検出器22は、図6および図7を参照して説明した分析装置2の検出器22と同様なものであり、受光量に応じた電気信号を生成するものである。
 マイクロチップ8は、基本的な構成が図1ないし図5を参照して説明したマイクロチップ1と同様とされており、基板80、遮光部81,82およびカバー83を備えている。
 基板80は、流路84(またはセル)を規定する溝85、およびアパーチャ86を有している。溝85およびアパーチャ86の構成は、図1ないし図5を参照して説明したマイクロチップ1の溝15およびアパーチャ16と同様である。ただし、アパーチャ86の出射面86Aの幅寸法W1は、溝85の底面85Aの幅寸法W2よりも小さい。そのため、アパーチャ86の出射面86Aには、光ファイバ71におけるコア73の端面75の寸法(コア径C)よりも小さな光束が入射するようになされている。したがって、コア径Cに応じて、コア73の端面75と流路84(またはセル)の上面84Aとの距離を適宜調整すれば、迷光成分の影響を効率良く除外することができるようになる。
 遮光部81,82は、アパーチャ86における出射面86A以外から基板80の外部に光が出射するのを防止するためのものである。遮光部81は、基板80の下面80Bにおいて、アパーチャ86に隣接して設けられている。遮光部82は、基板80の側面80Cに設けられている。
 カバー83は、溝85を覆うように基板80に積層されており、溝85とともに流路84(またはセル)を規定している。カバー83は、凹部87,88を有している。凹部87は、照射手段70の端部78を配置するためのものであり、底面87Aがアパーチャ86の出射面86Aと、同一又は略同一軸上に配置されている。この凹部87には、照射手段70の端部78を配置された状態では、光ファイバ71の出射端面79が凹部87の底面87Aに当接し、あるいは光ファイバ71の光出射端面79を含む端部78が嵌合される。凹部88は、凹部87の底面87Aに設けられたものである。この凹部88は、光ファイバ71におけるコア73の端面75が凹部87の底面87Aに接触するのを防止するためのものである。このような凹部88を設ければ、コア73の端面75の損傷を抑制し、所望とする光束を端面75から繰り返し出射することが可能となる。
 ここで、凹部87の底面87Aに光ファイバ71(コア73)の端面75を当接させる構成においては、凹部87の底面87Aの位置とコア73の端面75の位置とは実質的に一致する。この場合、凹部87の底面87Aは、図19に示したようにC<Vの関係を満たす位置に形成される。Cは光ファイバ71のコア径である。Vは流路84(又はセル)の視野角αに対応する光ファイバ71の出射端面79における寸法である。視野角αは、流路84(基板80の溝85)およびアパーチャ86における光出射面86Aの形状および位置によって規定されるものである。この視野角αは、アパーチャ86における出射面86AのエッジE1と流路84(又はセル)の上面84A側のエッジE2と、を結ぶ直線L1と光軸Lとの交差角度に相当する。そのため、寸法Vは、直線L1の延長線L2と光ファイバ71の出射端面79との交点E3,E3間の距離に相当するものであり、光ファイバ71における出射端面79の位置(流路84(またはセル)の上面84Aとの距離D)に依存するものである。
 図20には、C=Vの関係を満たす場合を示した。光ファイバ71における出射端面79と流路84(またはセル)の上面84Aとの距離DをD2とする。このとき、アパーチャ86における出射面86AのエッジE1と流路84(又はセル)の上面84A側のエッジE2と、を結ぶ直線L1の延長線L2は、光ファイバ71の出射端面79において、コア73とクラッド74との界面Inと交差する。すなわち、C=Vの関係を満たす場合には、コア73とクラッド74との界面Inから出射して流路84(又はセル)の上面84A側のエッジE2を通過する光は、アパーチャ86の出射面86Aと反射面86Bとの境界を通過する。
 図21には、C>Vの関係を満たす場合を示した。光ファイバ71における出射端面79と流路84(またはセル)の上面84Aとの距離DはD3であり、距離D3はC=Vの関係を満たす場合の距離D2よりも小さい。このとき、アパーチャ86における出射面86AのエッジE1と流路84(又はセル)の上面84A側のエッジE2と、を結ぶ直線L1の延長線L2は、光ファイバ71の出射端面79において、コア73の端面75と交差する。そのため、C>Vの関係を満たす場合には、コア73とクラッド74との界面Inから出射してアパーチャ86の出射面86Aと反射面86Bとの境界を通過する光は、流路84(又はセル)を通過しない。したがって、C>V(D3<D2)の関係を満たす場合には、コア73の端面75から出射した光の一部は、流路84(またはセル)を通過することなくアパーチャ86の出射面を透過して検出器22において受光されてしまう。
 これに対して、図19に示したように、C<Vの関係を満たす場合には、光ファイバ71における出射端面79と流路84(またはセル)の上面84Aとの距離D3は、図20に示した場合(C=V)の場合の距離D2よりも大きくなる。また、アパーチャ86における出射面86AのエッジE1と流路84(又はセル)の上面84A側のエッジE2と、を結ぶ直線L1の延長線L2は、光ファイバ71の出射端面79において、コア73よりも外側において交差する。そのため、C<Vの関係を満たす場合には、コア73とクラッド74との界面Inから出射してアパーチャ86の出射面86Aと反射面86Bとの境界を通過する光は、流路84(又はセル)を通過する。その結果、C<V(D1>D2)の関係を満たす場合には、アパーチャ86の出射面86Aを透過する光は、流路84(又はセル)を通過したものであり、流路84(またはセル)を通過することなくアパーチャ86の出射面を透過して検出器22において受光されてしまうことを抑制できる。
 したがって、C<V(D1>D2)の関係を満たす位置に凹部87の底面87Aを形成すれば、流路84(またはセル)を透過しない光がアパーチャ86の出射面86Aを透過することがないため、迷光成分が検出器22において受光されるのを防止することができる。その結果、分析装置7においては、分析精度を向上させることが可能となる。
 本発明では、光ファイバ71との関係において、流路84(またはセル)の上面84AがC<Vの関係を満たす位置するように形成すればよい。すなわち、光ファイバ71は、端面75が凹部87の底面87Aに当接するよう配置する必要はなく、また凹部87は必ずしも必要なものではない。
 1,1″,3,4,5,6,8 マイクロチップ
 10,10″,84 流路
 11,11″,32,48,54 基板(透光性部材)
 14A,14B,31,46,47,51,81,82 遮光部
 15A″ セル
 16,16′,42,43,57,60E,61E,86 アパーチャ
 17,17′,57A,60Ea,86A (アパーチャの)出射面
 18,18′,42A,43A,57B,60Eb,86B (アパーチャの)反射面
 2,2′,7 分析装置
 20 光源
 21 光学系
 30,44,45,59 ガイド面
 49,58 (V字状の)溝
 60 透明部材(透光性部材)
 61 透明部材(第2の透光性部材)
 70 照射手段
 71 光ファイバ
 79 (光ファイバの)光出射面
 83 カバー
 87 (カバーの)凹部
 88 (カバーの第2の)凹部
 W1 (出射面の)幅寸法
 W2 (流路またはセルの)幅寸法

Claims (21)

  1.  透光性部材と、
     前記透光性部材の光入射側に形成された流路又はセルと、
     前記透光性部材の光出射側において、前記流路又は前記セルに対応した位置に形成されたアパーチャと、
    を備えており、
     前記アパーチャは、前記流路又はセルから出射する光束を出射させる出射面と、入射した光束を全反射させる反射面と、を有しており、
     前記出射面の幅寸法は、前記流路又はセルの幅寸法よりも小さい、マイクロチップ。
  2.  前記反射面は、互いに対向する一対の傾斜面を含んでおり、
     前記一対の傾斜面は、前記出射面から離れるにしたがって間隔が大きくなるように形成されている、請求項1に記載のマイクロチップ。
  3.  前記反射面は、円錐状の傾斜面を含んでおり、
     前記円錐状の傾斜面は、前記出射面から離れるにしたがって間隔が大きくなるように形成されている、請求項1に記載のマイクロチップ。
  4.  前記アパーチャ以外の部分から光が出射するのを防止するための遮光部をさらに備えている、請求項1に記載のマイクロチップ。
  5.  前記遮光部は、前記アパーチャに隣接して設けられている、請求項4に記載のマイクロチップ。
  6.  前記遮光部は、前記透光性部材の側面に形成されている、請求項4に記載のマイクロチップ。
  7.  前記透光性部材は、前記出射面を透過しなかった光束を前記前記透光性部材の外部に導くためのガイド面を有しており、
     前記遮光部は、前記ガイド面によって前記透光性部材の外部に導かれた光束を吸収するものである、請求項4に記載のマイクロチップ。
  8.  前記透光性部材は、側面が傾斜面とされており、
     前記ガイド面は、前記側面である、請求項7に記載のマイクロチップ。
  9.  前記透光性部材の光入射側に形成された第2の流路又はセルと、
     前記透光性部材の光出射側において、前記第2の流路又はセルに対応した位置に形成された第2のアパーチャと、
    をさらに備えており、
     前記ガイド面は、前記アパーチャと前記第2のアパーチャとの間に設けられている、請求項7に記載のマイクロチップ。
  10.  前記透光性部材の光出射側に形成された断面V字状の溝をさらに備えており、
     前記ガイド面は、前記溝の内面である、請求項9に記載のマイクロチップ。
  11.  前記透光性部材の光入射側において、前記流路又はセルを覆うカバーをさらに備えており、
     前記カバーは、前記流路又はセルに光を照射するための照射手段の端部を配置するための凹部を有している、請求項1に記載のマイクロチップ。
  12.  前記照射手段は光ファイバを含んでおり、
     前記凹部は、その底面において前記光ファイバにおける光出射端面が当接し、又は前記光ファイバの光出射端面を含む端部が嵌合するものである、請求項11に記載のマイクロチップ。
  13.  前記流路又はセルの底面と前記アパーチャの出射面とは、同一又は略同一軸上に配置されている、請求項1に記載のマイクロチップ。
  14.  前記流路又はセルに照射手段により光が照射される場合において、
     前記流路又はセルに対する入射面は、C<Vの関係を満たす位置に形成される、請求項13に記載のマイクロチップ。
       C:照射手段における光出射面の寸法
       V:流路又はセルの光照射面のエッジとアパーチャにおける出射面のエッジとを結ぶ直線が照射手段の端面と交差する部分の距離
  15.  前記透光性部材に第2の透光性部材を貼り合わせることにより形成されており、
     前記透明部材および前記第2の透光性部材は、前記アパーチャと、前記流路を規定する溝と、を有しており、
     前記アパーチャおよび前記溝は、平面視において、線対称または点対称の位置関係に配置されている、請求項1に記載にマイクロチップ。
  16.  前記透明部材および前記第2の透光性部材は、位置決め用の凹部を有しており、
     前記凹部は、平面視において、線対称または点対称の位置関係に配置されている、請求項15に記載にマイクロチップ。
  17.  請求項1に記載のマイクロチップを用いる分析装置であって、
     光源と、
     光学系と、
    を備えており、
     前記光源及び前記光学系は、前記流路又はセルに光束を入射させ、前記アパーチャから光束を出射させるように配置されており、
     前記光学系は、前記流路又は前記セルに対して、前記アパーチャの出射面の短軸方向に広がる光束を照射することができる、分析装置。
  18.  前記光学系は、前記流路又は前記セルに対して、前記アパーチャの出射面の短軸方向に長軸を有する光束を照射することができる、請求項17に記載の分析装置。
  19.  請求項11に記載のマイクロチップを用いる分析装置であって、
     前記流路又はセルに光を照射するための照射手段を備えており、
     前記照射手段は、出射端が前記マイクロチップにおけるカバーの凹部に当接又は嵌合するように設けられている、分析装置。
  20.  前記凹部の底面には、第2の凹部が形成されている、請求項19に記載の分析装置。
  21.  前記照射手段は、光ファイバを含んでいる、請求項19に記載の分析装置。
     
PCT/JP2009/063129 2008-07-22 2009-07-22 マイクロチップ及び分析装置 WO2010010904A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/055,240 US8436990B2 (en) 2008-07-22 2009-07-22 Microchip and analyzing apparatus
JP2010521722A JP5238028B2 (ja) 2008-07-22 2009-07-22 マイクロチップ及び分析装置
CN200980128815.5A CN102105800B (zh) 2008-07-22 2009-07-22 微型模件以及分析装置
EP09800418.7A EP2352035B1 (en) 2008-07-22 2009-07-22 Microchip and analyzing apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-188846 2008-07-22
JP2008188846 2008-07-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010010904A1 true WO2010010904A1 (ja) 2010-01-28

Family

ID=41570364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/063129 WO2010010904A1 (ja) 2008-07-22 2009-07-22 マイクロチップ及び分析装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8436990B2 (ja)
EP (1) EP2352035B1 (ja)
JP (1) JP5238028B2 (ja)
CN (1) CN102105800B (ja)
WO (1) WO2010010904A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012011262A1 (ja) * 2010-07-22 2012-01-26 株式会社エンプラス 分析用具及びマイクロ分析システム
EP2434272A1 (en) 2010-09-27 2012-03-28 Arkray, Inc. Analyzing apparatus
WO2012058096A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
JP2015152558A (ja) * 2014-02-19 2015-08-24 株式会社エンプラス 検出装置
US9387476B2 (en) 2010-10-27 2016-07-12 Illumina, Inc. Flow cells for biological or chemical analysis

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013137267A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Sony Corp マイクロチップ及びマイクロチップ型微小粒子測定装置
US9829425B2 (en) * 2013-04-22 2017-11-28 The Regents Of The University Of California Optofluidic devices and methods for sensing single particles
KR101611482B1 (ko) 2013-08-13 2016-04-19 포항공과대학교 산학협력단 세포 정렬 기판을 이용한 시료 분석 장치 및 그 방법
WO2019015947A1 (en) * 2017-07-19 2019-01-24 Fundació Institut De Ciències Fotòniques PORTABLE MICROFLUIDIC DETECTION DEVICE
JP6933551B2 (ja) 2017-10-23 2021-09-08 アークレイ株式会社 判定方法、分析方法及び分析システム
US11327006B2 (en) * 2017-10-30 2022-05-10 Arkray, Inc. Analysis device
CN108777449A (zh) * 2018-08-17 2018-11-09 中科光绘(上海)科技有限公司 一种同轴瞄准的激光异物清除系统
EP3756763A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-30 IMEC vzw Microfluidic device

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511798A (en) 1983-02-23 1985-04-16 Westinghouse Electric Corp. Meter encoding register with tapered aperture in baffle insert
JP2000297157A (ja) * 1999-04-15 2000-10-24 Kawamura Inst Of Chem Res 微小ケミカルデバイス
JP2000321198A (ja) * 1999-05-11 2000-11-24 Tokken:Kk 微弱発光測定装置
JP2003130883A (ja) * 2001-04-16 2003-05-08 Tosoh Corp 微小流路構造体、その製造方法及びその用途
JP2003279471A (ja) * 2002-03-20 2003-10-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd マイクロ化学システム用チップ及びマイクロ化学システム
JP2004077305A (ja) * 2002-08-19 2004-03-11 Nec Corp 検出装置
JP2004138411A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Enplas Corp 樹脂チップ
JP2004150804A (ja) * 2002-10-28 2004-05-27 Arkray Inc 分析用具および分析装置
JP3877564B2 (ja) * 2001-10-03 2007-02-07 株式会社島津製作所 電気泳動チップとその製造方法
JP2007298474A (ja) 2006-05-02 2007-11-15 Rohm Co Ltd マイクロチップ

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2543310C2 (de) * 1975-09-27 1982-04-29 Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung mbH, 8000 München Einrichtung zum Zählen und Klassifizieren von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen
US4907884A (en) * 1984-11-15 1990-03-13 Wyatt Technology Corporation Sample cell monitoring system
JPH02103255U (ja) * 1989-02-04 1990-08-16
JPH02212742A (ja) * 1989-02-13 1990-08-23 Kowa Co 液中微粒子測定装置
US5389196A (en) * 1992-01-30 1995-02-14 Massachusetts Institute Of Technology Methods for fabricating three-dimensional micro structures
US5282473A (en) * 1992-11-10 1994-02-01 Critikon, Inc. Sidestream infrared gas analyzer requiring small sample volumes
US6001229A (en) 1994-08-01 1999-12-14 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Apparatus and method for performing microfluidic manipulations for chemical analysis
US5750410A (en) * 1994-08-26 1998-05-12 Kyoto Dai-Ichi Kagaku Co., Ltd. Method of and apparatus for immune analysis
US6573988B1 (en) * 1997-10-31 2003-06-03 Foss Electric A/S Cuvette and spacer therefor as well as a method of producing the spacer
AU5494900A (en) * 1999-06-18 2001-01-09 Gamera Bioscience Corporation Devices and methods for the performance of miniaturized homogeneous assays
US7201873B2 (en) * 2001-04-16 2007-04-10 Tosoh Corporation Fine channel device, method for producing the fine channel device and use of the same
US20050140971A1 (en) * 2002-03-20 2005-06-30 Nippon Sheet Glass Company, Limited Microchemical system chip and microchemical system
JP2004069395A (ja) * 2002-08-02 2004-03-04 Nec Corp マイクロチップ、マイクロチップの製造方法および成分検出方法
CN1285902C (zh) 2003-07-08 2006-11-22 浙江大学 一种用于微芯片分析的正交光路型荧光检测装置
JP4626276B2 (ja) * 2004-11-18 2011-02-02 ウシオ電機株式会社 マイクロチップ検査装置
SE530896C2 (sv) * 2005-04-01 2008-10-14 Diaspect Medical Ab Anordning för att fastställa en hemoglobinkoncentration i blod
JP4763485B2 (ja) * 2006-03-15 2011-08-31 株式会社日立ハイテクノロジーズ 蛍光検出装置
JP2010032505A (ja) * 2008-06-30 2010-02-12 Arkray Inc 目的物質の検出方法、それに用いる検出試薬およびその用途

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4511798A (en) 1983-02-23 1985-04-16 Westinghouse Electric Corp. Meter encoding register with tapered aperture in baffle insert
JP2000297157A (ja) * 1999-04-15 2000-10-24 Kawamura Inst Of Chem Res 微小ケミカルデバイス
JP2000321198A (ja) * 1999-05-11 2000-11-24 Tokken:Kk 微弱発光測定装置
JP2003130883A (ja) * 2001-04-16 2003-05-08 Tosoh Corp 微小流路構造体、その製造方法及びその用途
JP3877564B2 (ja) * 2001-10-03 2007-02-07 株式会社島津製作所 電気泳動チップとその製造方法
JP2003279471A (ja) * 2002-03-20 2003-10-02 Nippon Sheet Glass Co Ltd マイクロ化学システム用チップ及びマイクロ化学システム
JP2004077305A (ja) * 2002-08-19 2004-03-11 Nec Corp 検出装置
JP2004138411A (ja) * 2002-10-15 2004-05-13 Enplas Corp 樹脂チップ
JP2004150804A (ja) * 2002-10-28 2004-05-27 Arkray Inc 分析用具および分析装置
JP2007298474A (ja) 2006-05-02 2007-11-15 Rohm Co Ltd マイクロチップ

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5902086B2 (ja) * 2010-07-22 2016-04-13 株式会社エンプラス 分析用具及びマイクロ分析システム
WO2012011262A1 (ja) * 2010-07-22 2012-01-26 株式会社エンプラス 分析用具及びマイクロ分析システム
JPWO2012011262A1 (ja) * 2010-07-22 2013-09-09 株式会社エンプラス 分析用具及びマイクロ分析システム
US9889444B2 (en) 2010-07-22 2018-02-13 Enplas Corporation Analysis tool and microanalysis system
EP2434272A1 (en) 2010-09-27 2012-03-28 Arkray, Inc. Analyzing apparatus
CN102435550A (zh) * 2010-09-27 2012-05-02 爱科来株式会社 分析装置
US8654323B2 (en) 2010-09-27 2014-02-18 Arkray, Inc. Analyzing apparatus
US9937497B2 (en) 2010-10-27 2018-04-10 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
US9387476B2 (en) 2010-10-27 2016-07-12 Illumina, Inc. Flow cells for biological or chemical analysis
US9096899B2 (en) 2010-10-27 2015-08-04 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
WO2012058096A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
US10406519B2 (en) 2010-10-27 2019-09-10 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
EP3928867A1 (en) * 2010-10-27 2021-12-29 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
US11400446B2 (en) 2010-10-27 2022-08-02 Illumina, Inc. Microdevices and biosensor cartridges for biological or chemical analysis and systems and methods for the same
WO2015125735A1 (ja) * 2014-02-19 2015-08-27 株式会社エンプラス 検出装置
JP2015152558A (ja) * 2014-02-19 2015-08-24 株式会社エンプラス 検出装置
US10241049B2 (en) 2014-02-19 2019-03-26 Enplas Corporation Optical fiber fluorescence detection device
US10775307B2 (en) 2014-02-19 2020-09-15 Enplas Corporation Optical fiber fluorescence detection device

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2010010904A1 (ja) 2012-01-05
JP5238028B2 (ja) 2013-07-17
US8436990B2 (en) 2013-05-07
EP2352035B1 (en) 2020-01-01
US20110134420A1 (en) 2011-06-09
EP2352035A1 (en) 2011-08-03
EP2352035A4 (en) 2017-08-02
CN102105800B (zh) 2014-05-28
CN102105800A (zh) 2011-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5238028B2 (ja) マイクロチップ及び分析装置
CN101548162B (zh) 紧凑的反射折射分光计
JP4782593B2 (ja) 光検出装置
JP5134968B2 (ja) 構成された光ガイドを使用した均一照明により流体を検査する装置
JP6238207B2 (ja) 光分析方法、光分析システム及びプログラム
US20050014248A1 (en) Device for analysing a sample in particular by flow cytometry
CN109540807B (zh) 光谱仪以及微全分析系统
EP1640704B1 (en) Unit for measuring absorbance
CN106990059B (zh) 一种液体样品测量装置和测量方法
JP2004117302A (ja) マイクロ化学システム
CN105842131B (zh) 光学分析用单元和使用了其的粒径分布测定装置
EP3290907A1 (en) Device for measuring solution concentration
CN111474104A (zh) 粒子计数器
US10775307B2 (en) Optical fiber fluorescence detection device
US7259849B2 (en) Optical system for micro analyzing system
WO2020137532A1 (ja) テストストリップ及び成分測定システム
JP2018040641A (ja) 光学測定システム及び光学セル
JP2012073198A (ja) 分析装置用マイクロチップ、分析システム、および分析装置用マイクロチップの製造方法
JP6644329B2 (ja) 導光路内蔵チップ、導光部材及び導光方法
RU2229699C2 (ru) Аналитический капиллярный микрочип
KR20240047050A (ko) 통합 광학 측정 장치
CN114174801A (zh) 液相色谱仪用检测器

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980128815.5

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09800418

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010521722

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13055240

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009800418

Country of ref document: EP