マイクロチップ、マイクロチップを用いた検査装置、及びマイクロチップを用いた検査システム
【課題】μ−ＴＡＳは、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。そして各種の分析、検査ではこれらのマイクロチップにおける反応検出の精度、信頼性などが重要視される。
【解決手段】第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び第１の試薬流路と第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、第２の合流流路に試薬被検出部を設け、また第２の合流流路から分岐した液溜まり部にも試薬被検出部を設けることにより、検体の被検出部からの情報のみに比べてより精度の高い検査結果を得る検査装置を提供することができる。
【解決手段】第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び第１の試薬流路と第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、第２の合流流路に試薬被検出部を設け、また第２の合流流路から分岐した液溜まり部にも試薬被検出部を設けることにより、検体の被検出部からの情報のみに比べてより精度の高い検査結果を得る検査装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体と試薬の反応、検出を検査チップの微細流路内で行うマイクロチップ、マイクロチップを用いた検査装置、及びマイクロチップを用いた検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている。これはμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）とも呼ばれ、マイクロチップといわれる部材に、試薬液と検体液（たとえば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液、ＤＮＡ処理した抽出溶液など）を合流させ、その反応を検出することにより検体の特性を調べる方法である。
【０００３】
マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセス（パターン像を薬品によってエッチングして溝を作成する方法）や、レーザ光を利用して溝加工を行い、検体液や試薬液を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える液溜部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。
【０００４】
さらにこのμ−ＴＡＳは、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムによって、コスト、必要試量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析が可能となり、その恩恵は多大と言える。
【０００５】
そして各種の分析、検査ではこれらのマイクロチップにおける反応検出の精度、信頼性などが重要視される。
【０００６】
そのためには、マイクロチップの自動測定に適した反応検出装置を開発することが課題となる。例えば、試薬の反応による試片の部分的な変色を光学的に精度良く測定するため、吸光光度計を用いて測定する反応検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
また、特許文献２には検体流路と試薬流路とが合流し、合流流路近傍に検体と試薬との反応を検出できるようにする反応被検出部を設け、さらに検体を検出できる参照反応被検出部を設けることが提案されている。これは試薬との反応検査以外に、例えばノイズ成分の検出や検体の特性の検出などを行い、参照被検出部からの検出結果に基づき、反応被検出部からの検出結果について反応被検出部でのノイズ成分を除去する補正をしたり、検体の特性に応じて試薬との混合を制御する等して、検査の精度を向上することができるとしている。
【特許文献１】特開平１１−１４２３３８号公報
【特許文献２】特開２００３−４７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で用いられている試薬は、一部に検査試薬を含ませた細長い短冊状の試片を用いるものであり、その試片を測定対象物またはその水溶液等につけて、その後の変色等の具合を見るものであり、マイクロチップ内の検体を検出するものではない。
【０００９】
また特許文献２では、検体の検査精度を向上させることについて記載されているが、試薬がマイクロチップ内を正常に通過しているか、又は検体と合流しているかなどについての検出がなされておらず、検出結果の信頼性について問題が残る。
【００１０】
本発明の目的は、マイクロチップに第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び前記第１の試薬流路と前記第２の試薬流路とが合流する合流流路からなり、さらに合流流路には試薬被検出部を設けることにより、検体の被検出部からの情報のみに比べてより精度の高い検査結果を得ることができるマイクロチップ、マイクロチップを用いた検査装置、及びマイクロチップを用いた検査システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は以下の構成により解決できる。
１．試薬が流れる試薬流路と、
検体が流れる検体流路と、
前記試薬流路と前記検体流路とが合流する第１の合流流路と、
前記第１の合流流路に設けられた反応被検出部と、
が設けられたマイクロチップにおいて、
前記試薬流路は、第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び前記第１の試薬流路と前記第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、
前記第２の合流流路には試薬被検出部が設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
２．前記試薬被検出部は、前記第２の合流流路から分岐した液溜まり部に設けられていることを特徴とする１に記載のマイクロチップ。
３．１又は２に記載のマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部に光を照射する光源と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部を介して前記光源からの光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査装置。
４．前記受光部により受光された光量が所定範囲から外れている場合にはエラー信号を生成する制御部と、
を有することを特徴とする３に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
５．前記マイクロチップの各流路において試薬又は検体を流すための流体駆動部を有し、
前記制御部は、エラー信号が生成された場合、試薬又は検体を所定位置まで送液してから前記流体駆動部の駆動を停止させることを特徴とする４に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
６．前記制御部は、エラー信号が生成された場合、エラー情報を表示部に表示させることを特徴とする４又は５に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
７．１又は２に記載のマイクロチップと、
３〜６の何れかに記載のマイクロチップを用いた検査装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試薬が流れる試薬流路と、検体が流れる検体流路と、試薬流路と検体流路とが合流する第１の合流流路と、第１の合流流路に設けられた反応被検出部と、が設けられたマイクロチップにおいて、試薬流路は、第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び第１の試薬流路と第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、第２の合流流路には試薬被検出部が設けられているので、複数の試薬の混合状態が正常状態であるかを確認した上で検査を行うことができ、精度の高い検査結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書において、「マイクロチップ」は、合成や検査など様々な用途に用いられるマイクロ総合分析システムにおけるチップのことであるが、特に生体物質を対象とした検査に用いられるものについては「検査チップ」と呼ぶこともある、「微細流路」は、狭義には、広輻に形成されることもある構造部を除いた幅の狭い流路部位のみを指すこともあるが、広義には、そのような構造部を含めた一連の流路を指す。連通する微細流路内を流れる流体は、実際は液体であることが多く、具体的には、各種の試薬類、試料液、変性剤液、洗浄液、駆動液などが該当する。
【００１４】
本発明は、マイクロチップの用途にかかわらず、マイクロチップを用いた反応検出装置に適用できる。
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
〈マイクロチップの一例〉
まず、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図１を用いて説明する。
【００１６】
図１（ａ）、図１（ｂ）はマイクロチップ１の上面図と側面図を示す図である。図１（ａ）において矢印は、後述する反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図１（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。
【００１８】
また図１（ｃ）はマイクロチップ１の被覆基板１０９を除いた時の上面図であり、マイクロチップ１内部の微細流路および流路エレメントの機能を説明するための説明図である。
【００１９】
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１には、化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる処理の一例を図１（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図１（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
【００２０】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図１（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は矢印で表す。
【００２１】
マイクロチップ１の溝形成基板１０８には、上記の微細流路が形成されている。被覆基板１０９は、少なくとも溝形成基板の微細流路を密着して覆う必要があり、溝形成基板の全面を覆っていても良い。
【００２２】
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図１（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
【００２３】
次に、後述するポンプから駆動液１１を駆動液注入部１１０ａに注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、合流部１２２ｂに検体を送り込む。
【００２４】
一方、各駆動液注入部１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから注入された駆動液１１は、それぞれ連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに収容されている試薬ｂ、試薬ｃ、試薬ｄを押し出す。試薬収容部１２０ｃ、１２０ｄから押し出された試薬ｃ、試薬ｄは合流部１２２ａで合流し、さらに合流部１２２ａから出た混合後の試薬ｃと試薬ｄは、駆動液１１により合流部１２２ｂへ送り込まれる。
【００２５】
なお一部は、試薬ｃと試薬ｄの混合状態を検出する検知手段用として液溜まり部１１４にトラップされる。
【００２６】
このようにして、合流部１２２ｂでは検体と試薬ｃと試薬ｄが合流する。合流部１２２ｂで合流し、混合した検体と試薬ｃと試薬ｄは、反応部１２３ａに送られ、所定の条件で反応を行う。このときの反応条件によっては、反応部１２３ａの部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００２７】
一方、駆動液１１により試薬収容部１２０ｂから押し出された試薬ｂは、反応部１２３ａで試薬ｃおよび試薬ｄと反応後の検体と、合流部１２２ｃで合流し、反応部１２３ｂに送られる。反応部１２３ａと同様に、反応部１２３ｂも所定の温度にする必要がある。なお、反応条件によって反応部１２３ａの設定温度と、反応部１２３ｂの設定温度は異なる場合があり、それぞれ部分的に加熱、吸熱し所定の温度にする必要がある。
【００２８】
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により反応部１２３ｂから送り出された試薬と反応後の検体は、被検出部１１１に送り込まれる。
【００２９】
被検出部の窓１１１ａと被検出部の流路１１１ｂは検体と試薬の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂などの光透過性部材で構成されている。
【００３０】
また１１１ｃは、試薬ｃと試薬ｄとが合流する合流部１２２ａの下流の合流流路から分岐した液溜まり部１１４を検出する試薬検出窓である。
【００３１】
なお、マイクロチップ１の微細流路には、例えば、図示せぬ送液制御部、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）などの送液を制御するための部位が設けられ、逆流を防止し、所定の手順で送液が行われるようになっている。
〈マイクロチップの構成〉
マイクロチッブ１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９に用いる材料について説明する。
【００３２】
マイクロチッブ１は、加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐候性、コストなどに優れていることが望まれており、マイクロチッブ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチッブ１の材料を選択する。その材料としては従来公知の様々なものが使用可能であり、個々の材料特性に応じて通常は１以上の材料を適宜組み合わせて、基板および流路エレメントが成形される。
【００３３】
特に、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップは、ディスポーサブルタイプであることが望ましい。そのため、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂、例えば、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすい部材が好ましい。また、例えば分析においてチップを１００℃近くまで加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂（例えばポリカーボネートなど）を用いることが好ましい。樹脂やガラスなどは熱伝導率が小さく、マイクロチップの局所的に加熱される領域に、これらの材料を用いることにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。
【００３４】
本実施形態では、被検出部１１１において、呈色反応の生成物や蛍光物質などの検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、被検出部の窓１１１ａと、少なくとも被検出部の流路１１１ｂを形成する溝形成基板は、光透過性の材料が用いられていて、被検出部１１１を光を透過するようになっている。
〈反応検出装置〉
次に、本発明の実施形態における反応検出装置８０について、図２を用いて説明する。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【００３６】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００３７】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分な高さがある。８４は表示部、８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。
【００３８】
検査担当者は図２の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００３９】
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００４０】
次に、本発明の第１の実施形態について、図３を用いて説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の構成図である。図２においては、マイクロチップが図１に示す挿入口８３から挿入され、セットが完了している状態を示している。
【００４２】
検査装置８０は、マイクロチップ１に予め注入された検体及び試薬を送液するための駆動液１１を貯留する駆動液タンク１０、マイクロチップ１に駆動液１１を供給するためのポンプ５、ポンプ５とマイクロチップ１とを漏れなく接続するパッキン６、マイクロチップ１の必要部分を温調する温度調節ユニット３、マイクロチップ１をずれないようにパッキン６に密着させるためのチップ押圧板２、チップ押圧板２を昇降させるための押圧板駆動部３２、マイクロチップ１をポンプ５に対して精度良く位置決めする規制部材３１、マイクロチップ１内の検体と試薬との反応状態等を検出する光検出部４（発光部４ａ、受光部４ｂ）等を備えている。受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に設けられ、一体構造となっている。
【００４３】
初期状態においては、チップ押圧板２は、押圧板駆動部３２により図２の状態から上方に退避している。これにより、マイクロチップ１は矢印Ｘ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３（図１参照）から規制部材３１に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。その後、チップ押圧板２は、押圧板駆動部３２により下方に移動されてマイクロチップ１に当接し、マイクロチップ１の下面が温度調節ユニット３及びパッキン６に密着されることになる。
【００４４】
温度調節ユニット３は、マイクロチップ１の必要部分を温調するもので、例えば、試薬が収容されている部分を冷却して試薬が変性しないようにしたり、検体と試薬とが反応する部分を加熱して反応を促進させたりする機能を有する。
【００４５】
ポンプ５は、ポンプ室５２、ポンプ室５２の容積を変化させる圧電素子５１、ポンプ室５２のマイクロチップ１側に位置する第１絞り流路５３、ポンプ室の駆動液タンク１０側に位置する第２絞り流路５４、等から構成されている。第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４は絞られた狭い流路となっており、また、第１絞り流路５３は第２絞り流路５４よりも長い流路となっている。
【００４６】
駆動液１１を順方向（マイクロチップ１に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を急激に減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第１絞り流路５３の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を緩やかに増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室５２内には第２絞り流路５４の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が順方向に送液されることになる。
【００４７】
一方、駆動液１１を逆方向（駆動液タンク１０に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を緩やかに減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第２絞り流路５４の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を急激に増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内には第１絞り流路５３の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が逆方向に送液されることになる。
〈被検出部〉
マイクロチップ１の被検出部１１１では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応して、例えば呈色、発光、蛍光、混濁などをおこす。本実施形態では試薬の反応結果を光学的に検出する。試薬の反応結果を測光するマイクロチップ１の被検出部１１１の溝形成基板１０８と被覆基板１０９は、光透過性の材料になっていて、試薬と検体の反応結果は、マイクロチップ１の被検出部１１１を透過する光を測光または測色することで解析することができる。
〈試薬検査〉
次に試薬ｃと試薬ｄとの混合状態を確認する試薬検査について説明する。
【００４８】
合流部１２２ａの下流の合流流路から分岐した液溜まり部１１４には第１の試薬検出窓１１１ｃが設けられており、その目的とするところは、検体と混合する前の試薬の送液状態を確認できる被検出部を設けることで、試薬の状態を管理し、検出精度の向上と、誤検出の防止、試薬が正常に送液できていない場合の作業時間の短縮を図ることである。それぞれの試薬が反応する状態を、事前に求めた反応状態データと比較することにより適正かどうかを検出したり、また所定の混合比になっているかどうかの検出を行うことが可能である。
【００４９】
本実施形態では、合流部１２２ａの下流の合流流路から分岐した液溜まり部１１４に被検出部を設けたが、合流部１２２ａに被検出部を設けても良い。液溜まり部１１４に設けると液が静止した状態で検出することができるので精度が高くなり好ましい。
【００５０】
もし試薬被検出部において正常な混合比での試薬の混合ができていないなどの異常が検出できた場合、装置内でエラー信号を発信して、表示部８４に表示する。さらに警告ブザーなどを鳴らすこともできる。
【００５１】
またさらに、異常が検出された時点で検体の検出動作を中止した場合、試薬や検体、駆動液などがマイクロチップから漏れ出さないように、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントに液がトラップされる位置（所定の位置という）まで送液してから検出動作を中止するように制御されている。
〈検出部〉
光検出部４は発光部４ａと受光部４ｂから成り、マイクロチップ１の被検出部１１１を透過する光を検出できるように配置されている。発光部４ａは本実施形態の発光手段、受光部４ｂは本実施形態の受光素子である。
【００５２】
本実施形態では、受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に設けられ、一体構造となっている。また前述のように、検知箇所が反応被検出部、試薬被検出部、及び液溜まり被検出部がありそれぞれに発光部４ａと受光部４ｂを有している。
【００５３】
チップ押圧板２はマイクロチップ１の上面を押圧し、マイクロチップ１の下面を温度調節ユニット３とパッキン６に密着させているので、プラステック樹脂などで形成されているため反りを生じやすいマイクロチップ１の反りを補正することができる。チップ押圧板２とマイクロチップ１は密着しているので、チップ押圧板２の内部に設けられた受光部４ｂと、マイクロチップ１の被検出部１１１の距離は一定に保たれる。また、発光部４ａと被検出部１１１の距離も一定に保たれるので、被検出部１１１に正確に光を照射し、また被検出部１１１を透過した光だけを受光することができる。そのため、チップ押圧板２の反りによる誤差が無いので高い検出精度が得られる。
【００５４】
また、マイクロチップ１と温度調節ユニット３が密着するので、温度調節ユニット３で効率よくマイクロチップ１の温度調整を行うことができる。このように、温度制御上必要とされる部材を押圧のための一手段として兼用し、しかも押圧部材に反応を検出するための受光部を一体化することで、装置構成が簡素であるにもかかわらず、樹脂成形チップのような反りを生じやすいマイクロチップであっても、正確にまた安定して反応を検出することができる。
〈ブロック図〉
図４は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。
【００５５】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ９６（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭ９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って反応検出装置８０の各部を集中制御する。
【００５６】
以下、いままでに説明した機能と同一機能を有する機能ブロックには同番号を付し、説明を省略する。
【００５７】
チップ検知部９５は規制部材３１に設けられていて、マイクロチップ１が規制部材３１に当接すると検知信号をＣＰＵ９８に送信する。ポンプ駆動部９１はポンプ５の駆動源、例えば圧電素子を駆動する駆動部である。メモリカード９２は検査結果を記憶するために、プリンタ９３は検査結果をプリントするために用いられる。
〈フローチャート〉
図５は本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【００５８】
Ｓ１００：ポンプ５を駆動し、パッキン６上端まで駆動液１１を充填するステップである。
【００５９】
検査に先立って、パッキン６上端まで駆動液１１が充填されている必要がある。もし、空気が残っているとマイクロチップ１の試薬や検体を駆動液１１で所定量駆動できない。そのため、チップ押圧板２とパッキン６が離れた状態で、制御部９９は、ポンプ駆動部９１をパッキン６上端まで駆動液１１が充填されるまで駆動する（ステップＳ１００）。
【００６０】
Ｓ１０２：チップ押圧板２を上昇させるステップである。
【００６１】
制御部９９は押圧板駆動部３２を制御し、挿入口８３からマイクロチップ１を挿入可能になるまでチップ押圧板２を上昇させる（ステップＳ１０２）。
【００６２】
Ｓ１０３：マイクロチップ１を挿入するステップである。
【００６３】
検査担当者は、挿入口８３からマイクロチップ１を規制部材３１に当接するまで挿入する（ステップＳ１０３）。
【００６４】
Ｓ１０４：チップ押圧板２を下降させるステップである。
【００６５】
挿入口８３から挿入されたマイクロチップ１が規制部材３１に当接し、ＣＰＵ９８がチップ検知部９５から検知信号を検知すると、制御部９９は押圧板駆動部３２を制御し、パッキン６と温度調節ユニット３に適当な圧力で密着するまでチップ押圧板２を下降させる（ステップＳ１０３）。
【００６６】
Ｓ１０５：駆動液１１をマイクロチップ１に注入するステップである。
【００６７】
制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動し、マイクロチップ１に駆動液１１を検査の手順に従って順次注入する（ステップＳ１０５）。
【００６８】
Ｓ１０６：試薬ｃと試薬ｄを混合して試薬検出するステップである。
【００６９】
反応時間経過後、制御部９９は、発光部４ａを発光させてマイクロチップ１の試薬検出窓１１１ｃを照明し、液溜まり部１１４を透過した透過光を受光した受光部４ｂからの入力信号をＣＰＵ９８に内蔵するＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、測光値を得る（ステップＳ１０６）。
【００７０】
Ｓ１０７：ステップ１０６において測光値が既定値内であるかどうかの判定を行うステップである。
【００７１】
制御部９９は、既定値内であるとき（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進む。もし既定値から外れている場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）ステップＳ１０８に進む。
【００７２】
Ｓ１０８：ステップＳ１０７において測光値が既定値から外れている場合、エラー信号を発信し、表示部にエラー表示を行ったり、あるいはさらに警告ブザーを鳴らすステップである。
【００７３】
Ｓ１０９：ステップＳ１０８にてエラー信号を受信した後、試薬や検体、駆動液などがマイクロチップから漏れ出さないように、所定の位置まで送液するステップである。
【００７４】
ステップＳ１０９において、制御部９９は、液を所定の位置まで送液してから検出動作を中止する。
【００７５】
Ｓ１１０：試薬を再度注入するステップである。
【００７６】
ステップＳ１０７で試薬混合が正常であると判断すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部９９は適正な量の試薬を再注入してステップＳ１１１の反応検出を行う。
【００７７】
Ｓ１１１：試薬と検体の反応を検出するステップである。
【００７８】
所定の反応時間経過後、制御部９９は、発光部４ａを発光させてマイクロチップ１の被検出部１１１の窓１１１ａを照明し、被検出部１１１ｂを透過した透過光を受光した受光部４ｂからの入力信号をＣＰＵ９８に内蔵するＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、測光値を得る。
【００７９】
Ｓ１１２：反応結果を表示するステップである。
【００８０】
制御部９９は、光検出部４が測光した結果から演算し、反応結果を表示部８４に表示する。
【００８１】
Ｓ１１３：チップ押圧板２を上昇させるステップである。
【００８２】
制御部９９は、押圧板駆動部３２により、マイクロチップ１が取り出し可能になるまでチップ押圧板２を上昇させる。
【００８３】
Ｓ１１４：マイクロチップ１を取り出すステップである。
【００８４】
検査担当者は反応検出装置８０からマイクロチップ１を取り出す。
【００８５】
Ｓ１１５：チップ押圧板２を下降させるステップである。
【００８６】
検査担当者は、操作部８７の下降ボタンをＯＮにする。制御部９９は、下降ボタンＯＮを検知すると、押圧板駆動部３２によりパッキン６と温度調節ユニット３に適当な圧力で密着するまでチップ押圧板２を下降させる。
【００８７】
以上で検査の手順は終了である。
【００８８】
以上このように、被試薬検出部を設けることにより、マイクロチップに試薬が正常に送られ、適正な混合比で混合されているかを、試薬と検体を混合して反応検出を行う前に検出することによって検出結果の信頼性を向上することができる。さらに検体の無駄がなくなり、試薬の混合状態であれば異常と判断し検査を中止させ、再検査に取り掛かることができるので、検査終了を待って再検査を行う場合と比べて時間短縮になる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の外観図である。
【図２】本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１ マイクロチップ
２ チップ押圧板
３ 温度調整ユニット
４ 光検出部
５ ポンプ
６ パッキン
８ プラグ
９ 閉止弁
１０ 駆動液タンク
１１ 駆動液
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
１１１ 被検出部
１１４ 液溜まり部
１２０ 試薬収容部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検体と試薬の反応、検出を検査チップの微細流路内で行うマイクロチップ、マイクロチップを用いた検査装置、及びマイクロチップを用いた検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、化学分析、化学合成などを行うための装置、手段（例えばポンプ、バルブ、流路、センサなど）を微細化して１チップ上に集積化したシステムが開発されている。これはμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）とも呼ばれ、マイクロチップといわれる部材に、試薬液と検体液（たとえば、検査を受ける被験者の尿、唾液、血液、ＤＮＡ処理した抽出溶液など）を合流させ、その反応を検出することにより検体の特性を調べる方法である。
【０００３】
マイクロチップは、樹脂材料やガラス材料からなる基体に、フォトリソプロセス（パターン像を薬品によってエッチングして溝を作成する方法）や、レーザ光を利用して溝加工を行い、検体液や試薬液を流すことができる微細な流路と試薬を蓄える液溜部を設けており、さまざまなパターンが提案されている。
【０００４】
さらにこのμ−ＴＡＳは、医療検査、診断分野、環境測定分野、農産製造分野でその応用が期待されている。現実には遺伝子検査に見られるように、煩雑な工程、熟練した手技、機器類の操作が必要とされる場合には、自動化、高速化および簡便化されたミクロ化分析システムによって、コスト、必要試量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析が可能となり、その恩恵は多大と言える。
【０００５】
そして各種の分析、検査ではこれらのマイクロチップにおける反応検出の精度、信頼性などが重要視される。
【０００６】
そのためには、マイクロチップの自動測定に適した反応検出装置を開発することが課題となる。例えば、試薬の反応による試片の部分的な変色を光学的に精度良く測定するため、吸光光度計を用いて測定する反応検出装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００７】
また、特許文献２には検体流路と試薬流路とが合流し、合流流路近傍に検体と試薬との反応を検出できるようにする反応被検出部を設け、さらに検体を検出できる参照反応被検出部を設けることが提案されている。これは試薬との反応検査以外に、例えばノイズ成分の検出や検体の特性の検出などを行い、参照被検出部からの検出結果に基づき、反応被検出部からの検出結果について反応被検出部でのノイズ成分を除去する補正をしたり、検体の特性に応じて試薬との混合を制御する等して、検査の精度を向上することができるとしている。
【特許文献１】特開平１１−１４２３３８号公報
【特許文献２】特開２００３−４７５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１で用いられている試薬は、一部に検査試薬を含ませた細長い短冊状の試片を用いるものであり、その試片を測定対象物またはその水溶液等につけて、その後の変色等の具合を見るものであり、マイクロチップ内の検体を検出するものではない。
【０００９】
また特許文献２では、検体の検査精度を向上させることについて記載されているが、試薬がマイクロチップ内を正常に通過しているか、又は検体と合流しているかなどについての検出がなされておらず、検出結果の信頼性について問題が残る。
【００１０】
本発明の目的は、マイクロチップに第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び前記第１の試薬流路と前記第２の試薬流路とが合流する合流流路からなり、さらに合流流路には試薬被検出部を設けることにより、検体の被検出部からの情報のみに比べてより精度の高い検査結果を得ることができるマイクロチップ、マイクロチップを用いた検査装置、及びマイクロチップを用いた検査システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題は以下の構成により解決できる。
１．試薬が流れる試薬流路と、
検体が流れる検体流路と、
前記試薬流路と前記検体流路とが合流する第１の合流流路と、
前記第１の合流流路に設けられた反応被検出部と、
が設けられたマイクロチップにおいて、
前記試薬流路は、第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び前記第１の試薬流路と前記第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、
前記第２の合流流路には試薬被検出部が設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
２．前記試薬被検出部は、前記第２の合流流路から分岐した液溜まり部に設けられていることを特徴とする１に記載のマイクロチップ。
３．１又は２に記載のマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部に光を照射する光源と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部を介して前記光源からの光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査装置。
４．前記受光部により受光された光量が所定範囲から外れている場合にはエラー信号を生成する制御部と、
を有することを特徴とする３に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
５．前記マイクロチップの各流路において試薬又は検体を流すための流体駆動部を有し、
前記制御部は、エラー信号が生成された場合、試薬又は検体を所定位置まで送液してから前記流体駆動部の駆動を停止させることを特徴とする４に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
６．前記制御部は、エラー信号が生成された場合、エラー情報を表示部に表示させることを特徴とする４又は５に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
７．１又は２に記載のマイクロチップと、
３〜６の何れかに記載のマイクロチップを用いた検査装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査システム。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試薬が流れる試薬流路と、検体が流れる検体流路と、試薬流路と検体流路とが合流する第１の合流流路と、第１の合流流路に設けられた反応被検出部と、が設けられたマイクロチップにおいて、試薬流路は、第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び第１の試薬流路と第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、第２の合流流路には試薬被検出部が設けられているので、複数の試薬の混合状態が正常状態であるかを確認した上で検査を行うことができ、精度の高い検査結果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書において、「マイクロチップ」は、合成や検査など様々な用途に用いられるマイクロ総合分析システムにおけるチップのことであるが、特に生体物質を対象とした検査に用いられるものについては「検査チップ」と呼ぶこともある、「微細流路」は、狭義には、広輻に形成されることもある構造部を除いた幅の狭い流路部位のみを指すこともあるが、広義には、そのような構造部を含めた一連の流路を指す。連通する微細流路内を流れる流体は、実際は液体であることが多く、具体的には、各種の試薬類、試料液、変性剤液、洗浄液、駆動液などが該当する。
【００１４】
本発明は、マイクロチップの用途にかかわらず、マイクロチップを用いた反応検出装置に適用できる。
【００１５】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
〈マイクロチップの一例〉
まず、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図１を用いて説明する。
【００１６】
図１（ａ）、図１（ｂ）はマイクロチップ１の上面図と側面図を示す図である。図１（ａ）において矢印は、後述する反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図１（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、マイクロチップ１は溝形成基板１０８と、溝形成基板１０８を覆う被覆基板１０９から構成されている。
【００１８】
また図１（ｃ）はマイクロチップ１の被覆基板１０９を除いた時の上面図であり、マイクロチップ１内部の微細流路および流路エレメントの機能を説明するための説明図である。
【００１９】
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１には、化学分析、各種検査、試料の処理・分離、化学合成などを行うための、微小な溝状の流路（微細流路）および機能部品（流路エレメント）が、用途に応じた適当な態様で配設されている。これらの微細流路および流路エレメントによってマイクロチップ１内で行われる処理の一例を図１（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図１（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
【００２０】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図１（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は矢印で表す。
【００２１】
マイクロチップ１の溝形成基板１０８には、上記の微細流路が形成されている。被覆基板１０９は、少なくとも溝形成基板の微細流路を密着して覆う必要があり、溝形成基板の全面を覆っていても良い。
【００２２】
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図１（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
【００２３】
次に、後述するポンプから駆動液１１を駆動液注入部１１０ａに注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、合流部１２２ｂに検体を送り込む。
【００２４】
一方、各駆動液注入部１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄから注入された駆動液１１は、それぞれ連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄに収容されている試薬ｂ、試薬ｃ、試薬ｄを押し出す。試薬収容部１２０ｃ、１２０ｄから押し出された試薬ｃ、試薬ｄは合流部１２２ａで合流し、さらに合流部１２２ａから出た混合後の試薬ｃと試薬ｄは、駆動液１１により合流部１２２ｂへ送り込まれる。
【００２５】
なお一部は、試薬ｃと試薬ｄの混合状態を検出する検知手段用として液溜まり部１１４にトラップされる。
【００２６】
このようにして、合流部１２２ｂでは検体と試薬ｃと試薬ｄが合流する。合流部１２２ｂで合流し、混合した検体と試薬ｃと試薬ｄは、反応部１２３ａに送られ、所定の条件で反応を行う。このときの反応条件によっては、反応部１２３ａの部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００２７】
一方、駆動液１１により試薬収容部１２０ｂから押し出された試薬ｂは、反応部１２３ａで試薬ｃおよび試薬ｄと反応後の検体と、合流部１２２ｃで合流し、反応部１２３ｂに送られる。反応部１２３ａと同様に、反応部１２３ｂも所定の温度にする必要がある。なお、反応条件によって反応部１２３ａの設定温度と、反応部１２３ｂの設定温度は異なる場合があり、それぞれ部分的に加熱、吸熱し所定の温度にする必要がある。
【００２８】
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により反応部１２３ｂから送り出された試薬と反応後の検体は、被検出部１１１に送り込まれる。
【００２９】
被検出部の窓１１１ａと被検出部の流路１１１ｂは検体と試薬の反応を光学的に検出するために設けられており、ガラスや樹脂などの光透過性部材で構成されている。
【００３０】
また１１１ｃは、試薬ｃと試薬ｄとが合流する合流部１２２ａの下流の合流流路から分岐した液溜まり部１１４を検出する試薬検出窓である。
【００３１】
なお、マイクロチップ１の微細流路には、例えば、図示せぬ送液制御部、逆流防止部（逆止弁、能動弁など）などの送液を制御するための部位が設けられ、逆流を防止し、所定の手順で送液が行われるようになっている。
〈マイクロチップの構成〉
マイクロチッブ１を構成する溝形成基板１０８と被覆基板１０９に用いる材料について説明する。
【００３２】
マイクロチッブ１は、加工成形性、非吸水性、耐薬品性、耐候性、コストなどに優れていることが望まれており、マイクロチッブ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチッブ１の材料を選択する。その材料としては従来公知の様々なものが使用可能であり、個々の材料特性に応じて通常は１以上の材料を適宜組み合わせて、基板および流路エレメントが成形される。
【００３３】
特に、多数の測定検体、とりわけ汚染、感染のリスクのある臨床検体を対象とするチップは、ディスポーサブルタイプであることが望ましい。そのため、量産可能であり、軽量で衝撃に強く、焼却廃棄が容易なプラスチック樹脂、例えば、透明性、機械的特性および成型性に優れて微細加工がしやすい部材が好ましい。また、例えば分析においてチップを１００℃近くまで加熱する必要がある場合には、耐熱性に優れる樹脂（例えばポリカーボネートなど）を用いることが好ましい。樹脂やガラスなどは熱伝導率が小さく、マイクロチップの局所的に加熱される領域に、これらの材料を用いることにより、面方向への熱伝導が抑制され、加熱領域のみ選択的に加熱することができる。
【００３４】
本実施形態では、被検出部１１１において、呈色反応の生成物や蛍光物質などの検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、被検出部の窓１１１ａと、少なくとも被検出部の流路１１１ｂを形成する溝形成基板は、光透過性の材料が用いられていて、被検出部１１１を光を透過するようになっている。
〈反応検出装置〉
次に、本発明の実施形態における反応検出装置８０について、図２を用いて説明する。
【００３５】
図２は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【００３６】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００３７】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分な高さがある。８４は表示部、８５はメモリカードスロット、８６はプリント出力口、８７は操作パネル、８８は入出力端子である。
【００３８】
検査担当者は図２の矢印方向にマイクロチップ１を挿入し、操作パネル８７を操作して検査を開始させる。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００３９】
検査担当者は、検査終了後、マイクロチップ１を挿入口８３から取り出す。
【００４０】
次に、本発明の第１の実施形態について、図３を用いて説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態に係るマイクロチップを用いる検査装置８０の構成図である。図２においては、マイクロチップが図１に示す挿入口８３から挿入され、セットが完了している状態を示している。
【００４２】
検査装置８０は、マイクロチップ１に予め注入された検体及び試薬を送液するための駆動液１１を貯留する駆動液タンク１０、マイクロチップ１に駆動液１１を供給するためのポンプ５、ポンプ５とマイクロチップ１とを漏れなく接続するパッキン６、マイクロチップ１の必要部分を温調する温度調節ユニット３、マイクロチップ１をずれないようにパッキン６に密着させるためのチップ押圧板２、チップ押圧板２を昇降させるための押圧板駆動部３２、マイクロチップ１をポンプ５に対して精度良く位置決めする規制部材３１、マイクロチップ１内の検体と試薬との反応状態等を検出する光検出部４（発光部４ａ、受光部４ｂ）等を備えている。受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に設けられ、一体構造となっている。
【００４３】
初期状態においては、チップ押圧板２は、押圧板駆動部３２により図２の状態から上方に退避している。これにより、マイクロチップ１は矢印Ｘ方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３（図１参照）から規制部材３１に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。その後、チップ押圧板２は、押圧板駆動部３２により下方に移動されてマイクロチップ１に当接し、マイクロチップ１の下面が温度調節ユニット３及びパッキン６に密着されることになる。
【００４４】
温度調節ユニット３は、マイクロチップ１の必要部分を温調するもので、例えば、試薬が収容されている部分を冷却して試薬が変性しないようにしたり、検体と試薬とが反応する部分を加熱して反応を促進させたりする機能を有する。
【００４５】
ポンプ５は、ポンプ室５２、ポンプ室５２の容積を変化させる圧電素子５１、ポンプ室５２のマイクロチップ１側に位置する第１絞り流路５３、ポンプ室の駆動液タンク１０側に位置する第２絞り流路５４、等から構成されている。第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４は絞られた狭い流路となっており、また、第１絞り流路５３は第２絞り流路５４よりも長い流路となっている。
【００４６】
駆動液１１を順方向（マイクロチップ１に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を急激に減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第１絞り流路５３の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を緩やかに増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなり、ポンプ室５２内には第２絞り流路５４の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が順方向に送液されることになる。
【００４７】
一方、駆動液１１を逆方向（駆動液タンク１０に向かう方向）に送液する場合には、まず、ポンプ室５２の容積を緩やかに減少させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて長さが短いので、第２絞り流路５４の方が第１絞り流路５３と比べて流路抵抗が小さくなる。これにより、ポンプ室５２内の駆動液１１は、第２絞り流路５４の方に支配的に押し出され送液される。次に、ポンプ室５２の容積を急激に増加させるように圧電素子５１を駆動する。そうすると、ポンプ室５２内の容積増加に伴って駆動液１１が第１絞り流路５３及び第２絞り流路５４から流れ込む。このとき、短い絞り流路である第２絞り流路５４において乱流が発生し、第２絞り流路５４における流路抵抗が長い絞り流路である第１絞り流路５３に比べて相対的に大きくなる。これにより、ポンプ室５２内には第１絞り流路５３の方から支配的に駆動液１１が流入する。以上の動作を圧電素子５１が繰り返すことにより、駆動液１１が逆方向に送液されることになる。
〈被検出部〉
マイクロチップ１の被検出部１１１では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された試薬が反応して、例えば呈色、発光、蛍光、混濁などをおこす。本実施形態では試薬の反応結果を光学的に検出する。試薬の反応結果を測光するマイクロチップ１の被検出部１１１の溝形成基板１０８と被覆基板１０９は、光透過性の材料になっていて、試薬と検体の反応結果は、マイクロチップ１の被検出部１１１を透過する光を測光または測色することで解析することができる。
〈試薬検査〉
次に試薬ｃと試薬ｄとの混合状態を確認する試薬検査について説明する。
【００４８】
合流部１２２ａの下流の合流流路から分岐した液溜まり部１１４には第１の試薬検出窓１１１ｃが設けられており、その目的とするところは、検体と混合する前の試薬の送液状態を確認できる被検出部を設けることで、試薬の状態を管理し、検出精度の向上と、誤検出の防止、試薬が正常に送液できていない場合の作業時間の短縮を図ることである。それぞれの試薬が反応する状態を、事前に求めた反応状態データと比較することにより適正かどうかを検出したり、また所定の混合比になっているかどうかの検出を行うことが可能である。
【００４９】
本実施形態では、合流部１２２ａの下流の合流流路から分岐した液溜まり部１１４に被検出部を設けたが、合流部１２２ａに被検出部を設けても良い。液溜まり部１１４に設けると液が静止した状態で検出することができるので精度が高くなり好ましい。
【００５０】
もし試薬被検出部において正常な混合比での試薬の混合ができていないなどの異常が検出できた場合、装置内でエラー信号を発信して、表示部８４に表示する。さらに警告ブザーなどを鳴らすこともできる。
【００５１】
またさらに、異常が検出された時点で検体の検出動作を中止した場合、試薬や検体、駆動液などがマイクロチップから漏れ出さないように、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントに液がトラップされる位置（所定の位置という）まで送液してから検出動作を中止するように制御されている。
〈検出部〉
光検出部４は発光部４ａと受光部４ｂから成り、マイクロチップ１の被検出部１１１を透過する光を検出できるように配置されている。発光部４ａは本実施形態の発光手段、受光部４ｂは本実施形態の受光素子である。
【００５２】
本実施形態では、受光部４ｂはチップ押圧板２の内部に設けられ、一体構造となっている。また前述のように、検知箇所が反応被検出部、試薬被検出部、及び液溜まり被検出部がありそれぞれに発光部４ａと受光部４ｂを有している。
【００５３】
チップ押圧板２はマイクロチップ１の上面を押圧し、マイクロチップ１の下面を温度調節ユニット３とパッキン６に密着させているので、プラステック樹脂などで形成されているため反りを生じやすいマイクロチップ１の反りを補正することができる。チップ押圧板２とマイクロチップ１は密着しているので、チップ押圧板２の内部に設けられた受光部４ｂと、マイクロチップ１の被検出部１１１の距離は一定に保たれる。また、発光部４ａと被検出部１１１の距離も一定に保たれるので、被検出部１１１に正確に光を照射し、また被検出部１１１を透過した光だけを受光することができる。そのため、チップ押圧板２の反りによる誤差が無いので高い検出精度が得られる。
【００５４】
また、マイクロチップ１と温度調節ユニット３が密着するので、温度調節ユニット３で効率よくマイクロチップ１の温度調整を行うことができる。このように、温度制御上必要とされる部材を押圧のための一手段として兼用し、しかも押圧部材に反応を検出するための受光部を一体化することで、装置構成が簡素であるにもかかわらず、樹脂成形チップのような反りを生じやすいマイクロチップであっても、正確にまた安定して反応を検出することができる。
〈ブロック図〉
図４は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。
【００５５】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），ＲＯＭ９６（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成され、不揮発性の記憶部であるＲＯＭ９６に記憶されているプログラムをＲＡＭ９７に読み出し、当該プログラムに従って反応検出装置８０の各部を集中制御する。
【００５６】
以下、いままでに説明した機能と同一機能を有する機能ブロックには同番号を付し、説明を省略する。
【００５７】
チップ検知部９５は規制部材３１に設けられていて、マイクロチップ１が規制部材３１に当接すると検知信号をＣＰＵ９８に送信する。ポンプ駆動部９１はポンプ５の駆動源、例えば圧電素子を駆動する駆動部である。メモリカード９２は検査結果を記憶するために、プリンタ９３は検査結果をプリントするために用いられる。
〈フローチャート〉
図５は本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【００５８】
Ｓ１００：ポンプ５を駆動し、パッキン６上端まで駆動液１１を充填するステップである。
【００５９】
検査に先立って、パッキン６上端まで駆動液１１が充填されている必要がある。もし、空気が残っているとマイクロチップ１の試薬や検体を駆動液１１で所定量駆動できない。そのため、チップ押圧板２とパッキン６が離れた状態で、制御部９９は、ポンプ駆動部９１をパッキン６上端まで駆動液１１が充填されるまで駆動する（ステップＳ１００）。
【００６０】
Ｓ１０２：チップ押圧板２を上昇させるステップである。
【００６１】
制御部９９は押圧板駆動部３２を制御し、挿入口８３からマイクロチップ１を挿入可能になるまでチップ押圧板２を上昇させる（ステップＳ１０２）。
【００６２】
Ｓ１０３：マイクロチップ１を挿入するステップである。
【００６３】
検査担当者は、挿入口８３からマイクロチップ１を規制部材３１に当接するまで挿入する（ステップＳ１０３）。
【００６４】
Ｓ１０４：チップ押圧板２を下降させるステップである。
【００６５】
挿入口８３から挿入されたマイクロチップ１が規制部材３１に当接し、ＣＰＵ９８がチップ検知部９５から検知信号を検知すると、制御部９９は押圧板駆動部３２を制御し、パッキン６と温度調節ユニット３に適当な圧力で密着するまでチップ押圧板２を下降させる（ステップＳ１０３）。
【００６６】
Ｓ１０５：駆動液１１をマイクロチップ１に注入するステップである。
【００６７】
制御部９９は、ポンプ駆動部９１を駆動し、マイクロチップ１に駆動液１１を検査の手順に従って順次注入する（ステップＳ１０５）。
【００６８】
Ｓ１０６：試薬ｃと試薬ｄを混合して試薬検出するステップである。
【００６９】
反応時間経過後、制御部９９は、発光部４ａを発光させてマイクロチップ１の試薬検出窓１１１ｃを照明し、液溜まり部１１４を透過した透過光を受光した受光部４ｂからの入力信号をＣＰＵ９８に内蔵するＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、測光値を得る（ステップＳ１０６）。
【００７０】
Ｓ１０７：ステップ１０６において測光値が既定値内であるかどうかの判定を行うステップである。
【００７１】
制御部９９は、既定値内であるとき（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０に進む。もし既定値から外れている場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）ステップＳ１０８に進む。
【００７２】
Ｓ１０８：ステップＳ１０７において測光値が既定値から外れている場合、エラー信号を発信し、表示部にエラー表示を行ったり、あるいはさらに警告ブザーを鳴らすステップである。
【００７３】
Ｓ１０９：ステップＳ１０８にてエラー信号を受信した後、試薬や検体、駆動液などがマイクロチップから漏れ出さないように、所定の位置まで送液するステップである。
【００７４】
ステップＳ１０９において、制御部９９は、液を所定の位置まで送液してから検出動作を中止する。
【００７５】
Ｓ１１０：試薬を再度注入するステップである。
【００７６】
ステップＳ１０７で試薬混合が正常であると判断すると（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部９９は適正な量の試薬を再注入してステップＳ１１１の反応検出を行う。
【００７７】
Ｓ１１１：試薬と検体の反応を検出するステップである。
【００７８】
所定の反応時間経過後、制御部９９は、発光部４ａを発光させてマイクロチップ１の被検出部１１１の窓１１１ａを照明し、被検出部１１１ｂを透過した透過光を受光した受光部４ｂからの入力信号をＣＰＵ９８に内蔵するＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、測光値を得る。
【００７９】
Ｓ１１２：反応結果を表示するステップである。
【００８０】
制御部９９は、光検出部４が測光した結果から演算し、反応結果を表示部８４に表示する。
【００８１】
Ｓ１１３：チップ押圧板２を上昇させるステップである。
【００８２】
制御部９９は、押圧板駆動部３２により、マイクロチップ１が取り出し可能になるまでチップ押圧板２を上昇させる。
【００８３】
Ｓ１１４：マイクロチップ１を取り出すステップである。
【００８４】
検査担当者は反応検出装置８０からマイクロチップ１を取り出す。
【００８５】
Ｓ１１５：チップ押圧板２を下降させるステップである。
【００８６】
検査担当者は、操作部８７の下降ボタンをＯＮにする。制御部９９は、下降ボタンＯＮを検知すると、押圧板駆動部３２によりパッキン６と温度調節ユニット３に適当な圧力で密着するまでチップ押圧板２を下降させる。
【００８７】
以上で検査の手順は終了である。
【００８８】
以上このように、被試薬検出部を設けることにより、マイクロチップに試薬が正常に送られ、適正な混合比で混合されているかを、試薬と検体を混合して反応検出を行う前に検出することによって検出結果の信頼性を向上することができる。さらに検体の無駄がなくなり、試薬の混合状態であれば異常と判断し検査を中止させ、再検査に取り掛かることができるので、検査終了を待って再検査を行う場合と比べて時間短縮になる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の外観図である。
【図２】本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態における反応検出装置８０の回路ブロック図である。
【図５】本発明の第１の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
１ マイクロチップ
２ チップ押圧板
３ 温度調整ユニット
４ 光検出部
５ ポンプ
６ パッキン
８ プラグ
９ 閉止弁
１０ 駆動液タンク
１１ 駆動液
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
１１１ 被検出部
１１４ 液溜まり部
１２０ 試薬収容部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試薬が流れる試薬流路と、
検体が流れる検体流路と、
前記試薬流路と前記検体流路とが合流する第１の合流流路と、
前記第１の合流流路に設けられた反応被検出部と、
が設けられたマイクロチップにおいて、
前記試薬流路は、第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び前記第１の試薬流路と前記第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、
前記第２の合流流路には試薬被検出部が設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記試薬被検出部は、前記第２の合流流路から分岐した液溜まり部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部に光を照射する光源と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部を介して前記光源からの光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項４】
前記受光部により受光された光量が所定範囲から外れている場合にはエラー信号を生成する制御部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項５】
前記マイクロチップの各流路において試薬又は検体を流すための流体駆動部を有し、
前記制御部は、エラー信号が生成された場合、試薬又は検体を所定位置まで送液してから前記流体駆動部の駆動を停止させることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項６】
前記制御部は、エラー信号が生成された場合、エラー情報を表示部に表示させることを特徴とする請求項４又は５に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のマイクロチップと、
請求項３〜６の何れか１項に記載のマイクロチップを用いた検査装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査システム。
【請求項１】
試薬が流れる試薬流路と、
検体が流れる検体流路と、
前記試薬流路と前記検体流路とが合流する第１の合流流路と、
前記第１の合流流路に設けられた反応被検出部と、
が設けられたマイクロチップにおいて、
前記試薬流路は、第１の試薬流路、第２の試薬流路、及び前記第１の試薬流路と前記第２の試薬流路とが合流する第２の合流流路からなり、
前記第２の合流流路には試薬被検出部が設けられていることを特徴とするマイクロチップ。
【請求項２】
前記試薬被検出部は、前記第２の合流流路から分岐した液溜まり部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチップ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のマイクロチップが収容可能なマイクロチップ収容部と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部に光を照射する光源と、
前記マイクロチップ収容部に収容される前記マイクロチップの試薬被検出部を介して前記光源からの光を受光する受光部と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項４】
前記受光部により受光された光量が所定範囲から外れている場合にはエラー信号を生成する制御部と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項５】
前記マイクロチップの各流路において試薬又は検体を流すための流体駆動部を有し、
前記制御部は、エラー信号が生成された場合、試薬又は検体を所定位置まで送液してから前記流体駆動部の駆動を停止させることを特徴とする請求項４に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項６】
前記制御部は、エラー信号が生成された場合、エラー情報を表示部に表示させることを特徴とする請求項４又は５に記載のマイクロチップを用いた検査装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のマイクロチップと、
請求項３〜６の何れか１項に記載のマイクロチップを用いた検査装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップを用いた検査システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２２５４７９（Ｐ２００７−２２５４７９Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４８１１９（Ｐ２００６−４８１１９）
【出願日】平成１８年２月２４日（２００６．２．２４）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２４日（２００６．２．２４）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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