化学分析装置
【課題】
ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、分析デバイスを小型化および低コスト化する。
【解決手段】
化学分析装置１００は、間隔をおいてほぼ平行に配置した２枚の平板２０１、２０２の対向する面の一方側に、液滴が移動する移動経路となる駆動電極列２１１を配置し、他方に共通電極面２１４を形成する。上側の平板に、サンプル１１を分注するサンプル分注部３と、試薬を分注可能な複数の試薬分注部４８、４９とを形成する。下側の平板に凹凸を付け、基板間の距離を分注部は小さく、混合・搬送部は大きくする。排出用液溜めは、オイルと混じらないサンプル及び試薬も収容可能である。
ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、分析デバイスを小型化および低コスト化する。
【解決手段】
化学分析装置１００は、間隔をおいてほぼ平行に配置した２枚の平板２０１、２０２の対向する面の一方側に、液滴が移動する移動経路となる駆動電極列２１１を配置し、他方に共通電極面２１４を形成する。上側の平板に、サンプル１１を分注するサンプル分注部３と、試薬を分注可能な複数の試薬分注部４８、４９とを形成する。下側の平板に凹凸を付け、基板間の距離を分注部は小さく、混合・搬送部は大きくする。排出用液溜めは、オイルと混じらないサンプル及び試薬も収容可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を化学分析する化学分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の化学分析装置に用いるＥＷＯＤ（Electrowetting on Dielectric）方式の液滴移送装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の液滴移送装置では、液滴を挟持する２枚の面の一方を共通電極とし、他方に多数の電極を配置し、その面上を液滴が移送される。この場合、電極が配置された面と平行に他方の面を配置し、液滴を挟持する。そして面に埋め込まれたまたは含まれる電極が、定められた手順に従って連続的に電圧の印加または停止を繰り返すことにより、ＥＷＯＤ方式による液滴移送が実行される。この公報に記載の方法によれば、種々の液滴移送方法が可能であり、例えば、２つの液滴の結合や混合、複数の液滴への分離、連続的な液のサンプリングが可能になっている。
【０００３】
液滴移送の他の例が、非特許文献１に記載されている。この文献には、μＴＡＳ（マイクロ・トータル・アナリシス）を実行するときに必要なデジタル・マイクロ流体回路を構成するために、不可欠な流体の４種の変化形態が開示されている。それらは、（１）液滴の生成、（２）液滴の移送、（３）液滴の分離、（４）液滴の結合である。これらすべてを、ＥＷＯＤで実行するために、液滴を挟持する並行平板間距離を液滴材料に応じて規定している。
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００４／０３０８２０号パンフレット
【０００５】
【非特許文献１】Chuo et al、 “Creating、 Transporting、 Cutting、 and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits”、 JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS、 VOL. 12、 NO. 1、 pp70-80、 FEBRUARY 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１および非特許文献1に記載のＥＷＯＤ方式による液滴移送装置では、２枚の平行する平板に設けた電極列上で液滴を移動させるので、液の移動にポンプなどの機械要素を必要とせず、機構が簡素化する。しかしながら、ＥＷＯＤ方式では電極上の濡れ性を変化させて液滴を駆動しているので、操作できる液滴体積は電極のサイズと電極間の距離の積程度に制限される。
【０００７】
従来、基板間距離はデバイス全体にわたって一定であり、操作できる液滴体積は電極のサイズにより決定される。その結果、移送する液滴の元となるサンプルと試薬の体積が異なる場合、それぞれの体積に応じてサイズの異なる専用の電極上を移送させる必要があり、互いに他の液滴を自己の電極で移送できず、装置内での液滴移送が制限されていた。
【０００８】
また、基板間距離が一定であるから、電極サイズが基板間距離よりも小さいと、液滴が一方の基板にしか接触できず移送が不可能になる。逆に、電極サイズが基板間距離よりも著しく大きいと、液滴が基板に触れる面積が増え、液滴に含まれるサンプルや試薬の成分が基板面に付着して汚染する恐れが生じる。それとともに、液滴の搬送速度が低下し、分析効率が低下する。
【０００９】
ところで、非特許文献１では、３つの直列する電極のうち中央の電極に電圧を印加せずに両端の電極にだけ電圧を印加し、電極上を占める液滴を引き伸ばして分割している。その際、基板間距離を電極サイズで除した値（以後アスペクト比と呼ぶ）が０．１〜０．２程度以下であれば、液滴を分割できることが示されている。こ液滴の分割条件は、化学分析装置内で液滴を生成する基本条件であるから、予め平行平板内部の電極上に液体塊を載せて液体塊の一部を分割する場合も成立する。
【００１０】
例えば、流体塊が載置された電極に隣り合う下流側の電極列に電圧を順次印加して液体塊を引き伸ばし、その後、上流側の電極に電圧を印加する。これにより、流体塊を上流側に引き戻し、液体塊から一部の液体を分割して一定量の液滴を分注する。このような液滴の分注方法では、アスペクト比を０．１程度以下にしなければならず、分注できる液適量が制限され、サンプルと試薬の混合比が制限される。
【００１１】
化学分析装置では、基板に開けた孔にノズルを挿入し、外部から装置内にサンプルや試薬などの液体を供給している。しかし、供給量が過剰であると、液体が孔からあふれ周囲を汚染する場合がある。化学分析装置内に流入した後も、液体が電極部からはみ出ると、液体を化学分析装置内から排除することが困難である。化学分析装置内の空気やオイルなどの周囲にある物質が基板と液滴間に挟まると、液滴の画像計測や吸光度計測などの光学的計測や静電容量および電気抵抗などの電気的計測の妨げとなる。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ＥＷＯＤ方式を用いた化学分析装置において、構造を簡素化して小型化することにある。本発明の他の目的は平行配置された基板間に液滴を移送する装置において、分注の高精度化または搬送や混合速度を向上させることにある。本発明のさらに他の目的は、並行する基板間で液滴を移送する装置において、装置内に供給する液体による装置内外の汚染を防止するとともに装置内に残留する液の排除を容易にすることである。本発明のさらに他の目的は、装置内の空気やオイルなどの媒体が、液滴と基板間に挟まることを防止することにある。本発明のさらに他の目的は、ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、使用できる試薬の制限をできるだけ排除することにある。本発明のさらに他の目的は、ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、平行平板を形成する分析デバイスを使い捨てにせずに再利用可能にすることにある。その際、チップの洗浄も不要にしてコストを低減する。そして本発明は、これら目的の少なくとも１つを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明の特徴は、ほぼ平行に配置した１対の基板の一方の対向面に共通電極を、他方の基板の対向面に多数の電極を有する駆動電極列を配置したＥＷＯＤを用いた分析デバイスを有する化学分析装置において、前記分析デバイスは前記基板間に液体を供給する複数の液体供給部を有し、前記１対の基板は、駆動電極列の位置で基板間の間隔が異なる部分を有することにある。
【００１４】
そしてこの特徴において、１対の基板は平板であり、一方の基板を分割構造としその分割基板の厚みを変えて基板間の間隔を異ならせるものであってよく、前記駆動電極を構成する多数の電極への電圧印加を制御する制御手段を有し、この制御手段が多数の電極への電圧印加を制御して前記１対の基板間に供給される液体を搬送する搬送方向の下流側に行くに従い、前記１対の基板間の間隔を大にするものであってもよい。
【００１５】
またこの特徴において、分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流した後の液体の移動方向における前記１対の基板間の間隔が、合流前の液体の移動方向における基板間の間隔よりも大であることが望ましく、分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流する前の液体の移動速度と合流後の液体の移動速度がほぼ同一になるように前記１対の基板の間隔を設定してもよい。
【００１６】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、対向する１対の基板と、この基板のそれぞれの対向面側に設けた電極と、対向する前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記基板間の複数領域に液体を供給する複数の液体供給機構とを有し、前記対向する基板の一方を複数枚の小基板から構成したことにある。
【００１７】
そしてこの特徴において、複数枚の小基板から構成された一方の基板の中の少なくとも１枚の小基板と他方の基板との距離が、一方の基板を構成する他の小基板と他方の基板との距離と異ならせるのがよく、対向する基板の他方の基板も複数の小基板で構成してもよい。また、複数の液体と混じりあわない媒体液を保持する容器を有し、この容器に保持された媒体液で前記基板の対向する面を予め覆っているのが好ましく、媒体液を保持する前記容器に、媒体液を供給する手段と媒体液をこの容器から排出する手段を付設してもよい。
【００１８】
さらに、基板の少なくとも一方に、液体を供給しない孔を形成するのがよく、基板の少なくとも一方に、この基板の周辺から液体を供給する前記液体供給機構を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上下の基板間距離を変更可能なので、基板上の分注部、搬送部、混合部のそれぞれに適した基板設計が可能になり、分析装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る化学分析装置の一実施例を、図１〜７の図面を用いて説明する。図１は化学分析装置の縦断面図であり、流路系統も合わせて示した図である。図２ないし図７は図１に示した化学分析装置の各部の図であり、図２はその上面図、図３および図７は、分注部の斜視図である。図４はデバイスの断面図であり、図５および図６は分注部の詳細図である。
【００２１】
化学分析装置１００は、大別して被測定サンプル１１（以下サンプルと称する）を収容するサンプルカップ１０を有するサンプル収容部１５と、サンプル１１の成分を分析する分析デバイス２と、サンプルカップ１０内のサンプル１１を分析デバイス２に供給するサンプル分注部３と、試薬４５を分析デバイス２に供給する試薬分注部４８と、使用済みの排液８５を分析デバイス２から排出する排液排出部８８と、分析デバイス２内の反応液の状況を測定する検出部６１、６２と、オイル７３１を分析デバイスに供給するオイル供給部７９と、排液８５からオイル７３１と反応済みの廃液８６を分離する廃液分離部９４とを有する。これら各部の詳細を、以下に順次説明する。
（１）サンプル収容部
サンプル収容部１５は、複数のサンプルカップ１０を有している。サンプルカップ１０は回転可能な円板状のホルダの外周付近に保持される。サンプルカップ１０内には、サンプル１１が収容されている。サンプル１１は、たとえば血清である。
（２）サンプル分注部
サンプル収容部１５では、回転可能な回転ディスク１の外周部近傍に、複数のサンプルカップ１０が搭載されている。サンプル収容部１５の近傍には、サンプル分注部３が配置されている。サンプル分注部３は、サンプルカップ１０から回転アーム３８１の先端に取り付けたノズル３１がサンプル１１を採取する。回転アーム３８１の一端側には支柱３８２が取り付けられており、この支柱取り付け端と反対端にノズル３１が取り付けられている。回転アーム３８１は、支柱３８２の周りに回動可能である。なお、アーム３８１は上下動可能である。
【００２２】
サンプル分注部３は、サンプル収容部１５に収容されたサンプル１１を、ノズル３１を用いて分析デバイス２の所定位置に分注する。水またはサンプルと混じりあわないオイルなどの作動液３６１が蓄えられた作動液容器３６とサンプル分注部３とは、チューブ３２２により配管接続されている。すなわち、チューブ３２２は作動液容器３６の液面より下まで一端部が挿入されている。チューブ３２２の他端は、バルブ３５を介してシリンジポンプ３３の一方の側に接続されている。シリンジポンプ３３の他方の側は、バルブ３４を介してノズル３１に接続されている。作動液３６１はバルブ３４、３５、シリンジポンプ３３の組により作動液容器３６からくみ上げられ、ノズル３１の先端付近まで達している。このためチューブ３２２やノズル３１中の空気が作動液３６１により置き換えられ、サンプル１１を吸入または排出するときの時間遅れを防止できる。
【００２３】
図３は、ノズル３１を用いてサンプル１１を分注する状態を示している。ノズル３１の先端は、上部アクセス基板２０１（図３では省略）と上部電極基板２３を貫通して、分析デバイス２内まで延びている。サンプル収容部１５からサンプル１１を吸い込むときは、ノズル３１をサンプルカップ１０に挿入し、シリンジポンプ３３によりサンプル１１をノズル３１内に吸い込む。作動液３６１がオイルなどの場合は、ノズル１１内面に付着したオイルによりサンプル１１がはじかれてノズル内を濡らすことが無く、サンプル１１によるノズル３１の汚染を防止できる。また、事前にオイル７３１をノズル内に吸引して、ノズル１１内面をオイル７３１で濡らしておいても、同様の効果を生じる。サンプルカップ１０内のサンプル１１の液面を把握するため、ノズル３１の先端には、図示しない液面センサが取り付けられている。
（３）分析デバイス
分析デバイス２では、図１に示すように、上側が開放した矩形状の容器２０２の上を矩形状の平板である上部アクセス基板２０１が覆い、容器２０２の底面と上部アクセス基板２０１がほぼ平行に配置されている。上部アクセス基板２０１は容器２０２よりも短く、容器の右側面に平行に渡した仕切り板２０３に一辺を接し固定されている。上部アクセス基板２０１と容器２０２の少なくとも一方には、温度コントロール可能なペルチェ素子またはヒータを内蔵させる。これらのペルチェ素子やヒータは、図示しない制御手段で制御され、上部アクセス基板２０１と容器２０２自体の温度を制御する。上部アクセス基板２０１及び容器２０２の大きさは、Ａ３サイズ程度である。
【００２４】
容器２０２内には、上部電極基板２３と下部電極基板２１とが互いに僅かな間隔をおいて平行配置されている。上部電極基板２３と下部電極基板２１も矩形状をしている。下部電極基板２１は容器２０２の底面で支持されている。また、上部電極基板２３と上部アクセス基板２０１は密着せず、両者間に空間が形成されている。上部電極基板２３および下部電極基板２１の詳細を、図４に縦断面図で示す。
【００２５】
下部電極基板２１には共通電極２１４を形成する。図１に示すように、上部電極基板２３の下面の各電極サイズに応じて、対向する下部電極基板２１の上面に凹凸を付け、上部電極基板２３と下部電極基板２１の距離を変化させる。下部電極基板２１の凹凸は基板素材であるガラスなどの部材を切削加工または研磨加工、プレス加工、エッチング加工、貼り付け加工で作成する。非特許文献１では、３つの直列する電極のうち中央の電極に電圧を印加せずに両端の電極にのみ電圧を印加して、電極上を占める液滴を引き伸ばして分割している。その際の分割条件によれば、上、下部電極基板２３、２１間の距離Ｈを電極サイズＬで除したアスペクト比Ｈ／Ｌが、Ｈ／Ｌ＝０．１〜０．２程度以下になれば、分割できる。
【００２６】
そこで、図１に示すように、サンプルや試薬が分注された後、分注されたサンプルや試薬から液滴が分割される電極付近におけるアスペクト比Ｈ／Ｌが、０．１〜０．２程度以下となるように、上、下部電極基板２３、２１間の距離Ｈを、電極サイズに応じて変化させる。上、下部電極基板２３、２１間の距離Ｈを、下部電極基板２１に凹凸を形成して調節する。
【００２７】
分注されたサンプル１１または試薬４５から液滴を分割する部分とは異なる部分の電極付近では、上部電極基板２３と下部電極基板２１との間の距離Ｈの設定は任意である。しかし、移動する液滴と上部電極基板２３または下部電極基板２１との接触面積を減らして、上部電極基板２３または下部電極基板２１の汚染を防止し、流動抵抗を減らして液滴の搬送速度を増大させるために、アスペクト比を０．２以上にするのがよい。
【００２８】
サンプル１１の液滴と試薬４５の液滴は一緒になって下流側に移動するから、下流側では液滴量が徐々に多くなる。サンプル１１の液滴と試薬４５の液滴が合流するときは、合流点よりも下流側では液滴を分割しないので、液適量が増大している分だけ、下流側の上、下部電極基板２３、２１の間の距離Ｈを大きくする方がよい。そのためには、本実施例に記載のように下側電極基板２１に凹凸を付けるのもよいが、下流側に向かって電極基板間距離Ｈが広がるように、上部電極基板２３と下部電極基板２１を傾けて配置してもよい。
【００２９】
下部電極基板２１に対向する上部電極基板２３の下面側に、試薬４５やサンプル１１の液滴を駆動する駆動電極列を形成する。図４に、分析デバイス２の縦断面図を示す。駆動電極列は、区画された複数の電極２１１１、２１１２、…を、僅かの隙間を持って隣り合わせて形成される。駆動電極列の表面に、Parylen（商品名）やＳｉＯ２などの誘電体薄膜２１２を絶縁薄膜として形成する。この誘電体薄膜２１２を、ＣＶＤなどで形成する。誘電体薄膜２１２のさらに表面には、撥水性を向上させるために、ＡＦ１６０１（商品名）、Ｃｙｔｏｐ（商品名）などのフッ素系の撥水膜２１３をコーティングする。共通電極２１４には、撥水膜２１３のみをコーティングする。各電極２１１１、２１１２、…は、上部電極基板２３の周辺に設けた図示しない接点電極に個別に接続されており、この接点電極を介して外部の図示しない電源から電圧が印加される。
【００３０】
駆動電極列の配置パターンは、化学分析装置１００の分析内容に依存する。同一の配置パターンを１枚の上部電極基板２３に複数形成すれば、分析能率が向上する。図２に示した例では、同一の駆動電極列の配置パターンを、上部電極基板２３に１０個形成している。１枚の上部電極基板２３に配置パターンを複数形成したときには、各配置パターンの境界部に、棒状のスペーサ２２を配置し、互いの配置パターンに導かれた液滴が混合しないようにする。
【００３１】
スペーサ２２は、上部電極基板２３と下部電極基板２１との間を、所定距離に保つのにも使用される。スペーサ２２は、境界部のみならず、駆動電極列が配置されていない部分であれば、どこにでも配置可能である。なお共通電極２１４を下部電極基板２１のほぼ全面に形成してもよいし、上部電極基板２３に形成した駆動電極のパターンに合わせて形成してもよい。
【００３２】
上部アクセス基板２０１に、サンプルポート孔３９を形成している。サンプルポート孔３９は、上部アクセス基板２０１の下側の隙間に連通している。また、上部電極基板２３では、このサンプルポート孔３９に対応した位置に、孔３９９が形成されている。サンプルポート孔３９および孔３９９の内径は、ノズル３１の外径より大きい。したがって、サンプルポート孔３９から、上部電極基板２３と下部電極基板２１間であってスペーサ２２により形成される隙間に、ノズル３１を出し入れすれば、サンプル１１を分析デバイス２内に供給できる。
（４）試薬分注部
試薬分注部４８では、サンプル１１に第１の試薬４５を混合して検査するために、複数の密閉型の試薬容器４２、４２１、４２２を分析デバイス２の近傍に配置する。試薬容器４２、４２１、４２２の下部には、それぞれノズル４３、４３１、４３２が接続されている。試薬容器４２、４２１、４２２の上部には、通気配管が取り付けられており、各通気配管中には、バルブ４４、４４１、４４２を介在させている。
【００３３】
上部アクセス基板２０１に、上部アクセス基板２０１と上部電極基板２３間に形成される隙間に連通する試薬ポート孔４１、４１１、４１２を形成する。さらに、上部電極基板２３のそれぞれの試薬ポートに相当する位置に、孔４１０、４１０１、４１０２を形成する。試薬ポート孔４１、４１１、４１２および上部電極孔４１０、４１０１、４１０２を貫通して、ノズル４３、４３１、４３２を上部電極基板２３と下部電極基板２１の間に挿入して固定する。バルブ４４、４４１、４４２を開くと、ノズル４３、４３１、４３２の先端から試薬容器４２、４２１、４２２内に収容された試薬４５、４５Ａ、４５Ｂが、重力で分析デバイス２内に滴下する。滴下する試薬４５、４５Ａ、４５Ｂの量を、バルブ４４、４４１、４４２の開時間で調整する。
【００３４】
試薬分注部４９では、サンプル１１と第１の試薬４５の混合液に、さらに混合する第２の試薬を供給する。試薬分注部４９は、試薬分注部４８と同様の構成であり、使用する試薬だけが異なっている。図５に、試薬分注部４８、４９の詳細を縦断面図で示す。試薬容器４２の下面に装着したノズル４３を、上部アクセス基板２０１と上部電極基板２３とに形成した試薬ポート孔４１および電極基板孔４１０に挿入する。試薬容器４２自体は、断熱容器４８１に収容されている。断熱容器４８１からは、ノズル４３が突出している。断熱容器４８１内は、図示しないペルチェ素子や冷媒により一定温度に保持され、試薬４５の劣化を防止する。ノズル４３の先端は、下部電極基板２１に接触または極く近接している。ノズル４３の先端は一方側に開口するように切り欠き４３１が形成されている。ノズル４３に最も近い電極２１７１側に、ノズル４３から試薬４５を吐出する。
【００３５】
ノズル４３の内外両面には、Cytop（商品名）などの撥水性のコーティングが施されている。ノズル４３から所定量だけ吐出された試薬４５は、ノズル４３が撥水性を有しているので、ノズル４３に付着することなく吐出したときの慣性でノズル４３に最も近い電極２１７１側に吐出される。試薬４５の吐出量は、電極２１７１の面積Ｓと上下電極基板２３、２１間の隙間Ｈとで形成される体積ＳＨよりも若干多い。
【００３６】
電極２１７１に電圧を印加し、試薬４５を電極２１７１上に引き付けると、電極２１７１に比べ幅の狭いノズル４３の出口で試薬はくびれた形状となる。このくびれた形状になった試薬４５は、ノズル４３から試薬液滴４５１として容易に分離される。ノズル４３からの吐出量を、バルブ４４の吐出時間で制御してもよい。また、試薬４５が電極２１７１と下部電極基板２１の共通電極２１４との間に形成される隙間に入り込むと、電極２１７１と共通電極２１４間の電気容量が変化するから、電極２１７１と共通電極２１４との間の電気容量の変化に基づいて制御してもよい。さらに、電極２１７１に続く電極列を使用して試薬を分割して液滴を形成してもよい。
（５）検出部
上部電極基板２３の下部に形成した駆動電極列は、サンプル１１や試薬４５の移動経路を規定する。サンプル１１や試薬４５の移動経路の途中であって複数箇所に、検出部６１、６２を設ける。検出部６１は、サンプル１１と第１の試薬４５を混合した第１の混合液の状態を検出する。検出部６２は、第１の混合液に第２の試薬を混合した後の状態を検出する。検出部６１、６２は、ともに同様の構造をしている。検出部６１、６２では、上部アクセス基板２０１にＬＥＤ等の光源６１１、６２１を取り付けている。一方、容器２０２のこの光源６１１、６２１に対向する位置にも、光センサ６１２を取り付けている。
【００３７】
光センサ６１１、６１２は、光源６１１、６１２から出射された光が液滴を通る間に変化した吸光度の量や蛍光量、散乱量を検出する。ここで、光源から出射された光を検出するために、上部電極基板２３および下部電極基板２１の少なくともいずれかの検出部６１、６２とその回りを、ガラスなどの透明材料とし、電極もＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明材料とする。光源６１１、６２１の発光スペクトルは、互いに異なっていてもよい。また検出部６１を、電極列に沿って複数設置してもよい。
（６）オイル供給部
上部アクセス基板２０１の対向する辺であってサンプル分注部３側の辺に、オイル供給部７９を設ける。オイル供給部７９は、容器２０２と仕切り板２０３に仕切られた領域で液溜め２０１１を形成する。液溜め２０１１は、仕切り板２０３と容器２０２に接続する天板２０４により密閉されている。上部電極基板２３の液溜め２０１１の直下部分に、オイル導入孔２１０１を形成する。液溜め２０１１側と反対側の辺に、オイル排出孔２１０２を形成する。仕切り板２０３の下端と上部電極基板２３の間には、予め定めた空隙２１０３を形成する。上部電極基板２３では、オイル導入孔２１０１とオイル排出孔２１０２以外に、電極の無い位置に複数の孔を形成してもよい。
【００３８】
上部アクセス基板２０１の近傍に、オイル容器７３を配置する。オイル容器７３に、血清などの水をベースとするサンプル１１に、混じり難いシリコンオイルまたは炭化水素系オイル、フッ素系以外の液体と混じらないパーフルオロカーボンオイル（以下フッ素オイルと称する）のいずれかを貯蔵する。オイル容器７３と液溜め２０１１とを、供給用チューブ７７１で接続する。液溜め２０１１の上部の天板２０４に、オイル供給ポート７１を形成し、このオイル供給ポート７１に供給用チューブ７７１の先端を挿入する。供給用チューブ７７１の途中には、供給用ポンプ７４１を設置する。また、上部アクセス基板２０１に、液面センサ７９２を固定設置する。
【００３９】
分析デバイス２で使用されたオイルを、オイル容器７３を有するオイル供給部７９に戻すために、オイル供給部７９と反対側の辺に排出用チューブ７７２を設ける。排出用チューブの一端は、容器２０２の側壁を貫通して容器２０２内部に接続している。排出用チューブ７７２の途中に、回収用ポンプ７４２を設置する。排出用チューブ７７２の他端は、オイル容器７３の液面より下まで挿入されており、供給用チューブ７７１の先端は液面の上方に位置している。
（７）廃液分離部
排出用チューブ７７２からオイル容器７３に戻った排液８５には、サンプル１１や試薬４５が混合した廃液８６が混入している。そこで、オイルの比重が廃液８６より大きい場合には、オイル容器７３内のオイルの液面よりも上に廃液８６が浮上する。廃液分離部９４は、この廃液８６をオイル容器７３内で分離し、オイル容器７３外に排出する。廃液チューブ７７３の一端を、オイル容器７３内に挿入し、オイル液面付近に設置する。廃液チューブ７７３の他端を、廃液容器８２に挿入する。オイル容器７３の上面には、液面センサ７９３を設置する。廃液チューブ７７３に、廃液回収用ポンプ７４３を設置する。
【００４０】
このように構成した化学分析装置１００の動作を、以下に説明する。最初の状態では、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２間、より正確には上部電極基板２３と下部電極基板２１間は、スペーサ２２により仕切られた隙間が形成されており、その隙間には液は導入されていない。この状態で、上部電極基板２３と下部電極基板２１に、サンプル１１や試薬４５が付着するのを防止するために、容器２０２内にオイル７３１を導入する。オイル７３１を導入するときは、供給ポンプ７４１を起動してオイル容器７３内のオイル７３１をチューブ７７１からオイルポート７１を経て液溜め２０１１に供給する。
【００４１】
上部電極基板２３の液溜め２０１１の直下部には、オイル導入孔２１０１が形成されており、液溜め２０１１側と反対側の辺にはオイル排出孔２１０２が形成されているので、液溜め２０１１に導かれたオイル７３１は、オイル導入口２１０１から分析デバイス２内に流入する。供給ポンプ７４１がオイル７３１を供給し続けると、分析デバイス２内の隙間の空気は、オイル排出孔２１０２や上部電極基板２３に設けた電極部以外の図示しない孔から流出する。この方法により、隙間内の空気をオイル７３１で置換する。
【００４２】
仕切り板２０３の下端と上部電極基板２３の間には、所定の空隙２１０３が形成されているので、液溜め２０１１に流入したオイル７３１は、上部電極基板２３の上面にも流出する。オイル７３１は、オイル排出孔２１０２からも上部電極基板２３上に溢れ出る。上部電極基板２３と上部アクセス基板２０１との間の空気は、サンプルポート孔３９から装置外に流出する。なおもオイル７３１を供給し続けると、サンプルポート３９から液が溢れ出す恐れを生じる。そこで、上部アクセス基板２０１に設けた液面センサ７９２が、容器２０２内の液面が所定高さになったことを検出したら、ポンプ７４１を停止する。
【００４３】
なお、上部アクセス基板２０１のサンプルポート孔３９に挿入したノズル３１は、オイル７３１に浸漬される。これにより、ノズル３１の外面はオイル７３１で覆われる。一方、オイル７３１をノズル３１から吸入すれば、ノズル３１の内面がオイル７３１で覆われる。このように、ノズル３１の内外周をオイル７３１で覆ったので、その後ノズル３１を用いてサンプル１１を吸入しても、ノズル３１の表面のオイル７３１がサンプル１１をはじきノズル３１を汚染しない。
【００４４】
分析デバイス２の試薬４５やサンプル１１が通る表面がオイル７３１で覆われたので、サンプル分注部３からサンプル１１を分析デバイス２内に注入する。サンプル収容部１５の所定のサンプルカップ１０に、ノズル３１を挿入する。サンプルカップ１０内のサンプル液面をノズル３１に取り付けた液面センサで検出する。ノズル３１が、確実にサンプル液内に入ったことを確認する。その後、バルブ３４を開きポンプ３３を駆動して、サンプル１１をノズル３１内に吸入する。バルブ３４を閉じる。次に、ノズル移動機構３７を用いて、ノズル３１を分析デバイス２のサンプルポート孔３９に位置決めする。位置決め後、ノズル３１を下げて所定高さに達したら、バルブ３４を開きポンプ３３を駆動してサンプル１１を吐出する。
【００４５】
サンプル分注部の縦断面図を、図６に示す。ノズル３１から所定量吐出されたサンプル１１は、ノズル３１の先端部でサンプル液滴になり電極２１５１上に広がる。その後、電極２１５１に隣り合う電極２１５２（以後、この方向を下流側とする）に電圧を印加する。それとともに、電極２１５１への電圧印加を停止する。サンプル液滴１１１は、電極２１５２に引き付けられ、終には電極２１５２面上に移動する。この手順を順次繰り返し電極２１５３から、駆動電極列２１５に直交する駆動電極列２１２上の電極２１２４、電極２１２５へと移動させる（図３参照）。なお、ノズル３１に隣りあう電極２１５１から直線状に続く電極列２１５は、隣りあう駆動電極の配置パターンにサンプル液滴１１１を供給するため、他の配置パターンの駆動電極列２１２に交わっている。
【００４６】
なお、サンプル１１の分注時にノズル３１先端の外側に、オイル７３１やサンプル１１が付着して滴状になり得る。この液滴が、上部アクセス基板２０１のサンプルポート孔３９に付着しないよう、サンプルポート孔３９の孔径を十分大きく形成する。ノズル３１が挿入されたときに、容器７３内のオイル７３１とノズル３１先端に付着したオイルとが、液面部で一体化する。一方、付着したサンプル１１は、オイルの液面上に浮かんで排出される。これにより、サンプル１１が分析デバイス２内に流入したり、上部電極基板２３の孔３９９付近に付着するのを防止できる。オイル液面上に浮上したサンプル１１は、オイルの流れに従って、下流側の排液排出部８８に至り容器２０２から排出される。
【００４７】
上記動作を実行しているのと同じ頃に、試薬容器４２の上部に設けたバルブ４４を開くことで、第１の試薬分注部４８から試薬４５を分注する。ノズル４３の先端から試薬容器４２内の試薬４５を分析デバイス２内に導く。なお、サンプル分注部３やサンプル収容部１５を省いて、手作業でサンプルポート３９からサンプル１１を供給してもよい。また、試薬４５を分注するのに、サンプル１１を分注するのと同様の分注部を設けて分注してもよい。この場合、回転可能な試薬ディスクに複数の試薬容器４２を搭載すれば、試薬４５の分注が容易になる。
【００４８】
図５に、試薬分注部の縦断面図を示す。ノズル４３から所定量吐出された試薬４５から、ノズル４３の先端部で試薬液滴が形成され、電極２１７１上に広がる。その後、電極２１７１に隣り合う電極２１７２（以後、この方向を下流側とする）に電圧を印加する。それとともに、電極２１７１への電圧印加を停止する。試薬液滴４５１は、電極２１７２に引き付けられ、終には電極２１７２上を移動する。この手順を電極２１７３、２１７４、…というように、下流側の電極について順次繰り返し、試薬液滴４５１を電極２１７Ｂまで移動させる。
【００４９】
サンプル液滴１１１が停留している電極２１２５と試薬液滴４５１が停留している電極２１７Ｂへの電圧印加を停止し、隣りあう電極２１９１に電圧を印加する。サンプル液滴１１１と試薬液滴４５１は、電極子２１９１に引き寄せられ合体混合する。
【００５０】
電極２１９１よりも下流の電極を駆動して、混合液滴４５２をそのまま下流側に移動させる。電極２１９１の下流側には、ループ状の液滴周回用の混合用電極列２１８が形成されているので、混合液滴４５２は混合用電極列２１８上を周回する。その際、混合液滴４５２では、試薬液滴４５１とサンプル液滴１１１が攪拌混合する。試薬液滴４５１とサンプル液滴１１１との攪拌が完了したら、混合液滴４５２は下流側の第１の検出部６１に導かれる。第１の検出部６１では、混合液滴４５２の吸光度の変化や、蛍光量、散乱量を測定する。
【００５１】
第１の検出部６１での測定が終了した混合液滴４５２は、図７に示す第２の試薬分注部４９に導かれる。この第２の試薬分注部４９では、他の試薬容器４２Ａから試薬４５と同様の方法で取出された試薬液滴４５３が、電極２１Ｃ１上で混合液滴４５２に混合され、混合液滴４５４となる。混合液滴４５４内の試薬液滴４５３と混合液滴４５２との混合及び攪拌を促進するために、第２の試薬分注部４９の下流にも、周回用のループ状の混合用電極列２１Ｂが配置されている。混合電極列２１Ｂ上を液滴が周回すると、試薬液滴４５３と混合液滴４５２とが攪拌混合する。
【００５２】
他の試薬４５３も混合した混合液滴４５４は、駆動電極列２１Ｃにより下流側に運ばれ、第２の検出部６２に導かれる。この第２の検出部６２では、混合液滴４５４の吸光度や蛍光が計測され、サンプル１１に含まれる成分が分析される。分析が終了した混合液滴４５４は、駆動電極列２１Ｃによりさらに下流側に送られ、オイル排出孔２１０２から分析デバイス２外に排出される。
【００５３】
この一連の動作が終了すると、混合液滴４５４は、排出用チューブ７７２からポンプ７４２により周囲のオイル７３１とともに廃液８６としてオイル容器７３に戻される。廃液８６とオイル７３１とは比重差があり、液溜め２０１２内をオイルが上昇または下降する。上記の様に、フッ素オイルのような比重が１より大きいオイル７３１の場合には、水ベースの廃液８６はオイル容器７３内を上昇する。液面部に溜まった廃液８６を、液面センサ７９３が検出する。廃液８６が多くなり液面が上昇した場合には、適宜ポンプ７４１を起動してオイル７３１を容器内に追加供給する。それとともにポンプ７４３を起動して、廃液８６を吸い取り、廃液容器８２に送る。
【００５４】
メンテナンスなどのために、分析デバイス２内のオイル７３１を排出する必要があるときは、オイル排出孔２１０２の下側に容器２０２から下部電極基板２１内に通じるドレイン用チューブ７７４を取り付ける。このドレイン用チューブが取り付けられたポンプ７４４が、オイル７３１を吸い取り、オイル７３１をオイル容器７３に回収する。
【００５５】
比重が１より小さいオイル７３１を使用するときは、下部電極基板２１側にもオイル排出孔を形成し、排出用チューブ７７２を容器２０２に貫通してオイル排出孔に接続する。ポンプ７４２が廃液８６とオイル７３１とを吸い取り、オイル７３１をオイル容器７３に送液する。オイル容器７３や廃液容器８２には、オイル７３１と廃液８６が混在する恐れがある。しかし、オイル７３１と廃液８６を、比重差や遠心分離、フィルタリングを用いて容易に分離できる。これらの装置を流路の途中に取り付けるか、回収したオイル７３１や廃液８６を独立の装置で処理すれば、オイル７３１を再利用することができる。この場合、廃液８６だけを廃棄すればよい。
【００５６】
以上説明した本実施例によれば、サンプル分注部３のノズル３１の表面をオイルで被覆したので、ノズル３１にサンプル１１が付着するのを防止できる。これにより、前回測定時に用いたサンプル１１が次回の測定に混入するのを防止でき、測定精度が向上する。また、ノズル３１を洗浄する必要がないので、洗浄に係る設備が不要になり、化学分析装置が小型化および低コスト化する。
【００５７】
サンプルノズル３１や試薬用ノズル４３に最も近い電極上に直接サンプル１１や試薬４５を分注するので、ＥＷＯＤによる液滴の分割が不要になる。これにより、駆動電極の構成が簡単になる。また、駆動電極に印加する電圧が低くて済み、電極が長寿命になる。
【００５８】
上下電極基板間の距離Ｈを変えることができるので、ＥＷＯＤにより液滴を分割する場合も、分注部付近のＥＷＯＤによる液滴の分割が容易になる。また、上下電極基板間の距離Ｈを変えることができるので、液滴を搬送および混合する電極列付近の上下の電極電極基板間の距離を増大でき、基板面での流体抵抗を低下させることができる。したがって、搬送速度や混合速度が向上する。
【００５９】
本実施例によれば、オイル供給部７９から分析デバイス２に、随時オイル７３１を供給できるので、分析デバイス２内のオイル７３１の量を一定に保つことができる。したがって、オイル７３１がノズル３１に付着して持ち去られたり、蒸発して減少して分析デバイス２内に空気が侵入するのを防止できる。また、新鮮なオイルで更新することが可能になる。廃液分離部９４が、オイル７３１と廃液８６とを分離するので、オイル７３１を再使用でき、オイル７３１の使用量を低減できる。
【００６０】
上部電極基板２３の電極部以外の場所に任意に形成した孔から、分注時に分析デバイス２内に混入した気泡や温度変化により発生した気泡またはオイルの流れにより電極列からそれた液滴を分析デバイス外に容易に排出できるので、気泡や逸失液滴が測定を阻害するのを防止できる。ノズル３１挿入時に、オイル液面によりノズル３１外表面が洗浄されるので、分析デバイス２内に余分なサンプル１１が入ったり、上部電極基板２０１を汚すことが無い。
【００６１】
なお上記実施例では、試薬容器を３個ずつ組にしているが、試薬容器の数はこれに限るものではない。試薬の混合回数は、処理する対象により異なり、３回以上であってもよい。また本実施例によれば、１個の上部電極基板に複数の駆動電極列を設けているので、小型の化学分析装置で多数のサンプルを短時間で測定できる。また、何らかの原因で、ある駆動電極列上から液滴が外れた場合でも、スペーサ２２により駆動電極列間が分離されているので、隣の駆動電極列に液滴が移動して測定を阻害することが無い。また、スペーサ２２により、駆動電極列に沿ってオイルの流れが整流されるので、泡や駆動電極列を外れた液滴の排出が容易になる。
【００６２】
本発明に係る化学分析装置１００の他の実施例を、図８〜図９を用いて説明する。図８（ａ）に、３枚の分注用基板２３１、２３４、２３５と２枚の搬送および混合用の基板２３２、２３３を有する上部電極基板を、同図（ｂ）に、駆動電極列を搭載した１枚の下部電極基板を、同図（ｃ）に容器２０２を含む外装部分を、同図（ｄ）にこれら図８（ａ）〜図８（ｃ）に示した上部電極基板、下部電極基板、および外装部分をアセンブルした図を示す。図８（ｄ）は、化学分析装置１００の上面図であり、同図（ｅ）は同図（ｄ）の中心線に沿った断面図である。図９は、分注と混合の動作を説明する図である。本実施例ではサンプル収納部およびサンプル分注部、試薬分注部、オイル供給部、廃液分離部が上記実施例と同様の構成であり、図示を省略している。
【００６３】
図８（ｅ）に示すように、上側が開放した矩形状の容器２０２の上面を、矩形状の平板である上部アクセス基板２０１が覆っている。容器２０２の底面と上部アクセス基板２０１は、ほぼ平行に配置されている。上部アクセス基板２０１は、容器２０２と図示しない排液用チューブ７７２に接続する排液排出口７７２１〜７７２４を覆っている。容器２０２と排液排出口の側壁の高さは一定であり、上部アクセス基板２０１に密着している。各廃液排出口７７２１〜７７２４に接する容器２０２の側壁部分２０２１〜２０２３は、周囲の側壁よりも低くなっており、オイル７３１が排液排出口７７２１〜７７２４に流入できる。
【００６４】
排液排出口７７２１〜７７２３に隣接し、容器２０２の突出部をなす分注用区画３０１〜３０３は、上部アクセス基板２０１に垂直に取り付けた仕切り板２０４〜２０６により上側が仕切られている。オイル供給用チューブ７７１は、上部アクセス基板２０１の分注用区画３０１〜３０３外の位置、本実施例では右上隅に取り付けられている。上部アクセス基板２０１と容器２０２との少なくとも一方には、温度コントロール可能なペルチェ素子またはヒータを内蔵させる。これらのペルチェ素子やヒータは、図示しない制御手段で制御され、上部アクセス基板２０１と容器２０２自体の温度を制御する。
【００６５】
容器２０２内には、上部電極基板２３と下部電極基板２１とが互いに僅かな隙間をあけて平行配置されている。上部電極基板２３と下部電極基板２１も、矩形状をしている。下部電極基板２１は容器２０２の底面で支持されている。また、上部電極基板２３と上部アクセス基板２０１は密着しておらず、両者間には空間が存在する。
【００６６】
本実施例では上記実施例とは逆に、上部電極基板２３に共通電極２１４を形成し、下部電極基板２１に駆動電極列を形成する。また、下部電極基板２１が１枚であるのに対し上部電極基板２３を複数の平板状のサブ上部基板２３１〜２３５で構成する。各サブ上部基板２３１〜２３５と下部電極基板２１間の距離Ｈｉは、サブ上部基板２３１〜２３５の下に配置したスペーサ２２の高さを変えて変化させている。なお、スペーサ２２を、図８（ｄ）では◎で示している。
【００６７】
サブ上部基板２３１〜２３５と下部電極基板２１間の距離Ｈｉは、上記実施例と同様に、分注する液量や搬送速度、混合速度の要求に応じて変化させる。本実施例では簡単のため、分注する液量を同じ程度にしている。上部アクセス基板２０１に形成したサンプルポート孔３９から、サンプル１１を供給するノズル３１を挿入できる。図示しない試薬収納部からサンプル１１の場合と同様の分注機構により、上部アクセス基板２０１に形成した試薬ポート孔４１、４１０からノズル３１で試薬を供給する。各ポート孔４１、４１０の直下までサブ上部基板２３１〜２３５が延びていないので、上部電極基板に孔を形成しないでも、ノズル３１の先端を下部電極基板２１に近接できる。
【００６８】
下部電極基板２１上には、周辺に丸みがある複数の電極を有する分注用の電極列と分注用電極列の端の電極が接する混合用電極２１９１、２１Ｃ１、さらに混合用電極列２１８、２１Ｂおよび搬送用電極列２１９、２１Ｃが設けられている。上部アクセス基板２０１と容器２０２には、電極列２１９、２１Ｃに沿って、上記施例と同様の検出部６１、６２が複数設置されている。分注用電極列を覆うサブ上部基板２３１、２３４と下部電極基板２１との距離Ｈ１が、搬送および混合路に対応するサブ上部基板２３２と下部電極基板２１の距離Ｈ２よりも小さくなるように、各スペーサ２２の高さを決定する。サブ上部基板２３３と下部電極基板２１の距離Ｈ３が、サブ上部基板２３５と下部電極基板２１との距離Ｈ４、およびサブ上部電極２３２と下部電極基板２１の距離Ｈ２の双方よりも大きくなるように、各スペーサ２２の高さを決定する。
【００６９】
本実施例では、図８（ａ）に示すように、基板間の距離Ｈｉを変化させるために、上部電極基板を分割して複数のサブ上部基板を構成している。しかしながら、上部電極基板素材である１枚のガラスなどの部材に、切削加工や研磨加工、プレス加工、エッチング加工、貼り付け加工して、凹凸や段差を形成し、１枚の上部電極基板を作成しても良い。
【００７０】
このように構成した本実施例の化学分析装置の動作を、以下に説明する。最初の状態では、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２間、より正確には上部電極基板２３と下部電極基板２１間は、スペーサ２２により仕切られて隙間を形成している。この隙間には、液は導入されていない。上部電極基板２３と下部電極基板２１に、サンプル１１や試薬４５が付着するのを防止するために、隙間にオイル７３１を導入する。
【００７１】
チューブ７７１で、容器２０２にオイル７３１を供給する。上下電極基板２３、２１間にスペーサ２２が疎らに設置されているので、オイル７３１を供給し続けると側方から上下電極基板２３、２１間にオイル７３１が侵入し、上下電極基板２３，２１間の空間を満たす。このとき、分注用区画３０１〜３０２にも、仕切り板２０４〜２０６の下側の隙間からオイル７３１が入り込む。同時に分析デバイス２内の空気は、サンプルポート孔３９や試薬ポート孔４１、４１０から外部に抜けて行く。空気の抜けをよくするために、仕切り板２０４〜２０６の上側に、凹部を形成するか孔を形成する。
【００７２】
さらに、オイル７３１の供給を続けると、オイル７３１は容器２０２の側壁を越えて排液排出口７７２１〜７７２４から溢れ出る。溢れ出たオイル７３１を、分析デバイス２の下方に設置した図示しないオイル容器７３に流下させる。または、液面センサ７９２を設けて液面を検出し、オイル７３１が溢れ出す液位に達したら、図示しないポンプ７４２でオイル容器７３に回収する。オイル７３１を随時供給し、オイル表面に浮かんだ廃液８６の排出を促進させるようにしてもよい。
【００７３】
図９を用いて、分注時の動作を説明する。ここでは、サンプル１１を分注するときの動作を説明するが、試薬の分注でも同様である。この図９では、電圧を印加した電極を、×印で示している。図９（ａ）は、サンプルポート孔３９から挿入したノズル３１を、下部電極基板２１に近接して停止させる。ノズル３１は、共通電極基板と電気的に接続しており、下部電極基板２１上の第１番目の電極２１５１とノズル３１の先端間の距離を、両者間の静電容量を検出して制御する。これにより、ノズル３１を下部電極基板２１１に近接させる。
【００７４】
ノズル３１に吸引したサンプル１１を吐出する。電極２１５１に電圧を印加する。これにより、下部電極基板２１の電極２１５１上に位置する部分の表面のサンプル１１に対する濡れ性が向上し、サンプル１１は毛細管力によりサブ上部基板２３１下まで延びる電極２１５１のパターンに沿って、上下電極基板２３、２１間に入り込む（同図（ｂ）参照）。さらにサンプル１１を吐出し続ける。それとともに、電極２１５２、２１５３に電圧を印加して、電極２１５２、２１５３上にもサンプル１１を導く（同図（ｃ）、（ｄ）参照）。
【００７５】
電極２１５２への電圧印加を停止し、ノズル３１からサンプルを吸引する。電極２１５１および電極２１５３には電圧が印加されているので、サンプル１１の液形状は保たれるものの、上下電極基板２３、２１間の距離Ｈを電極サイズＬで割ったアスペクト比Ｈ／Ｌを０．１〜０．２程度以下にしているので、電極２１５２上のサンプル１１の液形状にくびれが生じる（同図（ｅ）参照）。
【００７６】
サンプル１１が２つに分裂し、サンプル液滴１１１が電極２１５３上に残る（同図（ｆ）参照）。右側に残留したサンプル１１を、ノズル３１が吸い取る。また、電極２１２５に電圧を印加すると、サンプル液滴１１１はサブ上部基板２３２側に移動する。このとき、同様にして分注した試薬液滴４５１も電極２１７Ｂに引き付けられ、サブ上部基板２３２側に移動する（同図（ｇ）参照）。
【００７７】
混合用の電極２１９１に、電圧を印加する。サンプル液滴１１１と試薬液滴４５１が電極２１９１上で合体し、混合液滴４５２となる。分注される液滴は、電極の形状に沿っているので、液滴の体積は、概略、液滴が分割されて残される電極の面積とその位置での上下部電極基板２３、２１間の距離Ｈの積に等しい。電極上を液滴が満たさないと、隣りあう電極上まで液滴の一部が延びない。下部電極基板２１とサブ上部基板２３１、２３２、２３４の距離をそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ４とし、サンプル分注用の電極の面積をＳ１、混合用の電極２１９１の面積をＳ２（混合用電極列２１８、２１９も同様）、第１の試薬用の電極の面積をＳ４とする。
【００７８】
Ｓ１・ｈ１＋Ｓ４・ｈ４＜＝Ｓ２・ｈ２ ……（式１）
であることが望ましい。サブ上部基板２３２の下では、混合や搬送のみで分注しないので、上下の電極基板２３、２１での抵抗を減らすために、なるべくＳ２を小さくする。ただし、液滴の体積は変わらないので、Ｓ２を小さくしすぎると電極基板間距離ｈ２が大きくなり過ぎる。その結果、液滴の界面張力により液滴が半球状になり、上下電極基板２３、２１との接触が失われ、ＥＷＯＤによる液滴の移動ができなくなる。したがって、少なくとも、アスペクト比を０．５程度以下にする。
【００７９】
混合液滴４５２は、下流側の周回用の混合用電極列２１８上を回転して攪拌され、さらに検出部６１により成分を分析される。そして、搬送用の電極列２１９を移動して、次段の混合用電極２１Ｃ１に至り、分注用区画３０３で分注された第２の試薬液滴と混合される。第２の試薬液滴と混合して混合液滴４５３となった液滴は、混合電極列２１Ｂを経過して混合攪拌され、搬送用の電極列２１Ｃを経過して成分計測される。
【００８０】
図８（ｂ）に示す様に、計測後の混合液滴４５３１は、電極列２１Ｃの末端に至ると、サブ上部基板２３３直下から下部電極基板２１が突出し、突出部に電極列２１Ｃの末端の電極２１ＣＥが配置されているので、電極２１ＣＥへの電圧印加を停止すると、分析デバイス２外に排出される。このとき、オイル７３１の液面が上昇し、オイル供給用チューブ７７１からオイル７３１が追加されると、廃液８６としてオイル７３１とともに排液排出口７７２４から排出される。
【００８１】
本実施例によれば、上部電極基板２３を複数のより小さなサブ上部基板に分割した構成としたので、大面積の基板を作成する必要がなく、基板上に形成する膜の欠陥の可能性が低下し、製作される基板の歩留まりが向上するとともに製作コストが低下する。また、研磨加工などの加工が容易になり、加工コストも低下する。小さな基板で済むので、基板の強度が増す。それとともに、同一基板内での基板厚さの偏差を小さくできるので、分析精度が向上する。
【００８２】
また、本実施例によれば、上部電極基板の特定の位置に液の出入口用の孔を形成する必要が無く、上下の電極基板を有する分析デバイス２の側面部を開放でき、液の分注口や排出口として利用できる。その結果、分析装置の設計の自由度が向上し、装置を小型化できる。さらに、複数のサブ上部基板を使用したので、分注位置での電極基板間距離と混合位置や搬送位置の電極基板間距離を変えることができ、分注や混合、搬送に適した電極基板間距離を個別に設定できる。さらに本実施例によれば、分注に利用する箇所以外は、電極基板間距離を大きくして、駆動用の電極のサイズを小さくすることが出来る。
【００８３】
本発明に係る化学分析装置１００のさらに他の実施例を、図１０に示す。本実施例では図１０（ｂ）に示す様に、下部電極基板２１をも、３枚の分注用のサブ基板、２１１、２１４、２１５と２枚の搬送用または混合用のサブ基板２１２、２１３の複数の基板で構成している。サブ下部基板は、基板上の駆動電極以外の部分は無くてもよいが、液滴が逃げないように駆動電極の幅よりも若干幅広にする。また、スペーサ２２の設置箇所部分もスペーサの大きさに応じて幅広にする。隣接するサブ下部電極基板と接する部分は、極力電極に一致させる。下流側の上部電極基板を、上流側の下部電極基板にオーバーラップさせると、液滴の受け渡しがスムーズになる。
【００８４】
本実施例によれば、上下の電極基板をサブ基板化したので、分注や混合、搬送など機能に応じて分析デバイス２をコンポーネント化するのが容易になる。また、一部が故障しても全体を交換する必要が無く、メンテナンス性が向上する。コンポーネント化により、設計の自由度が増し、装置の小型化や高機能化が可能になる。さらに、コンポーネント化により、１台の装置ユニットを複数並列配置して互いに接続することができるので、化学分析装置のスループットを向上できる。コンポーネントの組み合わせにより、異なる分析が容易になる。共通電極基板よりも複雑な構造の駆動電極基板をサブ基板化できるので、製造時の歩留まり向上し製造コストを低下できる。
【００８５】
上記各実施例によれば、基板間の基板を調整可能になり、分注精度や搬送速度、混合速度の向上が可能になる。また、上下の基板間距離を変更できるで、分注可能または移送可能な液量範囲が拡大し、使用できる試薬の制限が少なくなる。また、基板をオイルに浸漬させ、基板に泡や液体排除用の孔を形成したので、廃液の排出が容易になる。それとともに基板内外の汚染を低減できる。下の基板間距離を変更できるので、装置製作の自由度が増し小型化および低コストが可能になる。さらに、オイルが試薬やサンプル液と混じり合わないので、液滴移動部を有するチップを再利用可能になる。この結果、化学分析装置を大幅に簡素化できる。さらにまた、液滴移動部にサンプル液や試薬と混じり合わないオイルを適用したので、洗浄等の設備が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る化学分析装置の一実施例の断面図。
【図２】図１に示した化学分析装置の主要部の上面図。
【図３】図１に示した化学分析装置の主要部の斜視図。
【図４】図１に示した化学分析装置で用いる分析デバイスの縦断面図。
【図５】図１に示した化学分析装置の試薬分注部の縦断面図。
【図６】図１に示した化学分析装置のサンプル分注部の縦断面図
【図７】図１に示した化学分析装置における駆動電極の配置を説明する図。
【図８】本発明に係る化学分析装置の他の実施例の構造図。
【図９】図８に示した化学分析装置の分注過程図。
【図１０】本発明に係る化学分析装置の他の実施例の構造図。
【符号の説明】
【００８７】
２…分析デバイス、３…サンプル分注部、６…検出器、７…オイル供給部、１１…サンプル、２１…下部電極基板、２２…スペーサ、２３…上部電極基板、３９…サンプルポート、４５…試薬、１００…化学分析装置、１１１…サンプル液滴、２０１…上部アクセス基板、２０２…下部アクセス基板、２１１…駆動電極、２１４…共通電極、７３１…オイル、７９２…オイル液面センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を化学分析する化学分析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の化学分析装置に用いるＥＷＯＤ（Electrowetting on Dielectric）方式の液滴移送装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の液滴移送装置では、液滴を挟持する２枚の面の一方を共通電極とし、他方に多数の電極を配置し、その面上を液滴が移送される。この場合、電極が配置された面と平行に他方の面を配置し、液滴を挟持する。そして面に埋め込まれたまたは含まれる電極が、定められた手順に従って連続的に電圧の印加または停止を繰り返すことにより、ＥＷＯＤ方式による液滴移送が実行される。この公報に記載の方法によれば、種々の液滴移送方法が可能であり、例えば、２つの液滴の結合や混合、複数の液滴への分離、連続的な液のサンプリングが可能になっている。
【０００３】
液滴移送の他の例が、非特許文献１に記載されている。この文献には、μＴＡＳ（マイクロ・トータル・アナリシス）を実行するときに必要なデジタル・マイクロ流体回路を構成するために、不可欠な流体の４種の変化形態が開示されている。それらは、（１）液滴の生成、（２）液滴の移送、（３）液滴の分離、（４）液滴の結合である。これらすべてを、ＥＷＯＤで実行するために、液滴を挟持する並行平板間距離を液滴材料に応じて規定している。
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００４／０３０８２０号パンフレット
【０００５】
【非特許文献１】Chuo et al、 “Creating、 Transporting、 Cutting、 and Merging Liquid Droplets by Electrowetting-Based Actuation for Digital Microfluidic Circuits”、 JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS、 VOL. 12、 NO. 1、 pp70-80、 FEBRUARY 2003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１および非特許文献1に記載のＥＷＯＤ方式による液滴移送装置では、２枚の平行する平板に設けた電極列上で液滴を移動させるので、液の移動にポンプなどの機械要素を必要とせず、機構が簡素化する。しかしながら、ＥＷＯＤ方式では電極上の濡れ性を変化させて液滴を駆動しているので、操作できる液滴体積は電極のサイズと電極間の距離の積程度に制限される。
【０００７】
従来、基板間距離はデバイス全体にわたって一定であり、操作できる液滴体積は電極のサイズにより決定される。その結果、移送する液滴の元となるサンプルと試薬の体積が異なる場合、それぞれの体積に応じてサイズの異なる専用の電極上を移送させる必要があり、互いに他の液滴を自己の電極で移送できず、装置内での液滴移送が制限されていた。
【０００８】
また、基板間距離が一定であるから、電極サイズが基板間距離よりも小さいと、液滴が一方の基板にしか接触できず移送が不可能になる。逆に、電極サイズが基板間距離よりも著しく大きいと、液滴が基板に触れる面積が増え、液滴に含まれるサンプルや試薬の成分が基板面に付着して汚染する恐れが生じる。それとともに、液滴の搬送速度が低下し、分析効率が低下する。
【０００９】
ところで、非特許文献１では、３つの直列する電極のうち中央の電極に電圧を印加せずに両端の電極にだけ電圧を印加し、電極上を占める液滴を引き伸ばして分割している。その際、基板間距離を電極サイズで除した値（以後アスペクト比と呼ぶ）が０．１〜０．２程度以下であれば、液滴を分割できることが示されている。こ液滴の分割条件は、化学分析装置内で液滴を生成する基本条件であるから、予め平行平板内部の電極上に液体塊を載せて液体塊の一部を分割する場合も成立する。
【００１０】
例えば、流体塊が載置された電極に隣り合う下流側の電極列に電圧を順次印加して液体塊を引き伸ばし、その後、上流側の電極に電圧を印加する。これにより、流体塊を上流側に引き戻し、液体塊から一部の液体を分割して一定量の液滴を分注する。このような液滴の分注方法では、アスペクト比を０．１程度以下にしなければならず、分注できる液適量が制限され、サンプルと試薬の混合比が制限される。
【００１１】
化学分析装置では、基板に開けた孔にノズルを挿入し、外部から装置内にサンプルや試薬などの液体を供給している。しかし、供給量が過剰であると、液体が孔からあふれ周囲を汚染する場合がある。化学分析装置内に流入した後も、液体が電極部からはみ出ると、液体を化学分析装置内から排除することが困難である。化学分析装置内の空気やオイルなどの周囲にある物質が基板と液滴間に挟まると、液滴の画像計測や吸光度計測などの光学的計測や静電容量および電気抵抗などの電気的計測の妨げとなる。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、ＥＷＯＤ方式を用いた化学分析装置において、構造を簡素化して小型化することにある。本発明の他の目的は平行配置された基板間に液滴を移送する装置において、分注の高精度化または搬送や混合速度を向上させることにある。本発明のさらに他の目的は、並行する基板間で液滴を移送する装置において、装置内に供給する液体による装置内外の汚染を防止するとともに装置内に残留する液の排除を容易にすることである。本発明のさらに他の目的は、装置内の空気やオイルなどの媒体が、液滴と基板間に挟まることを防止することにある。本発明のさらに他の目的は、ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、使用できる試薬の制限をできるだけ排除することにある。本発明のさらに他の目的は、ＥＷＯＤ方式の化学分析装置において、平行平板を形成する分析デバイスを使い捨てにせずに再利用可能にすることにある。その際、チップの洗浄も不要にしてコストを低減する。そして本発明は、これら目的の少なくとも１つを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成する本発明の特徴は、ほぼ平行に配置した１対の基板の一方の対向面に共通電極を、他方の基板の対向面に多数の電極を有する駆動電極列を配置したＥＷＯＤを用いた分析デバイスを有する化学分析装置において、前記分析デバイスは前記基板間に液体を供給する複数の液体供給部を有し、前記１対の基板は、駆動電極列の位置で基板間の間隔が異なる部分を有することにある。
【００１４】
そしてこの特徴において、１対の基板は平板であり、一方の基板を分割構造としその分割基板の厚みを変えて基板間の間隔を異ならせるものであってよく、前記駆動電極を構成する多数の電極への電圧印加を制御する制御手段を有し、この制御手段が多数の電極への電圧印加を制御して前記１対の基板間に供給される液体を搬送する搬送方向の下流側に行くに従い、前記１対の基板間の間隔を大にするものであってもよい。
【００１５】
またこの特徴において、分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流した後の液体の移動方向における前記１対の基板間の間隔が、合流前の液体の移動方向における基板間の間隔よりも大であることが望ましく、分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流する前の液体の移動速度と合流後の液体の移動速度がほぼ同一になるように前記１対の基板の間隔を設定してもよい。
【００１６】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、対向する１対の基板と、この基板のそれぞれの対向面側に設けた電極と、対向する前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記基板間の複数領域に液体を供給する複数の液体供給機構とを有し、前記対向する基板の一方を複数枚の小基板から構成したことにある。
【００１７】
そしてこの特徴において、複数枚の小基板から構成された一方の基板の中の少なくとも１枚の小基板と他方の基板との距離が、一方の基板を構成する他の小基板と他方の基板との距離と異ならせるのがよく、対向する基板の他方の基板も複数の小基板で構成してもよい。また、複数の液体と混じりあわない媒体液を保持する容器を有し、この容器に保持された媒体液で前記基板の対向する面を予め覆っているのが好ましく、媒体液を保持する前記容器に、媒体液を供給する手段と媒体液をこの容器から排出する手段を付設してもよい。
【００１８】
さらに、基板の少なくとも一方に、液体を供給しない孔を形成するのがよく、基板の少なくとも一方に、この基板の周辺から液体を供給する前記液体供給機構を設けてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上下の基板間距離を変更可能なので、基板上の分注部、搬送部、混合部のそれぞれに適した基板設計が可能になり、分析装置を小型化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る化学分析装置の一実施例を、図１〜７の図面を用いて説明する。図１は化学分析装置の縦断面図であり、流路系統も合わせて示した図である。図２ないし図７は図１に示した化学分析装置の各部の図であり、図２はその上面図、図３および図７は、分注部の斜視図である。図４はデバイスの断面図であり、図５および図６は分注部の詳細図である。
【００２１】
化学分析装置１００は、大別して被測定サンプル１１（以下サンプルと称する）を収容するサンプルカップ１０を有するサンプル収容部１５と、サンプル１１の成分を分析する分析デバイス２と、サンプルカップ１０内のサンプル１１を分析デバイス２に供給するサンプル分注部３と、試薬４５を分析デバイス２に供給する試薬分注部４８と、使用済みの排液８５を分析デバイス２から排出する排液排出部８８と、分析デバイス２内の反応液の状況を測定する検出部６１、６２と、オイル７３１を分析デバイスに供給するオイル供給部７９と、排液８５からオイル７３１と反応済みの廃液８６を分離する廃液分離部９４とを有する。これら各部の詳細を、以下に順次説明する。
（１）サンプル収容部
サンプル収容部１５は、複数のサンプルカップ１０を有している。サンプルカップ１０は回転可能な円板状のホルダの外周付近に保持される。サンプルカップ１０内には、サンプル１１が収容されている。サンプル１１は、たとえば血清である。
（２）サンプル分注部
サンプル収容部１５では、回転可能な回転ディスク１の外周部近傍に、複数のサンプルカップ１０が搭載されている。サンプル収容部１５の近傍には、サンプル分注部３が配置されている。サンプル分注部３は、サンプルカップ１０から回転アーム３８１の先端に取り付けたノズル３１がサンプル１１を採取する。回転アーム３８１の一端側には支柱３８２が取り付けられており、この支柱取り付け端と反対端にノズル３１が取り付けられている。回転アーム３８１は、支柱３８２の周りに回動可能である。なお、アーム３８１は上下動可能である。
【００２２】
サンプル分注部３は、サンプル収容部１５に収容されたサンプル１１を、ノズル３１を用いて分析デバイス２の所定位置に分注する。水またはサンプルと混じりあわないオイルなどの作動液３６１が蓄えられた作動液容器３６とサンプル分注部３とは、チューブ３２２により配管接続されている。すなわち、チューブ３２２は作動液容器３６の液面より下まで一端部が挿入されている。チューブ３２２の他端は、バルブ３５を介してシリンジポンプ３３の一方の側に接続されている。シリンジポンプ３３の他方の側は、バルブ３４を介してノズル３１に接続されている。作動液３６１はバルブ３４、３５、シリンジポンプ３３の組により作動液容器３６からくみ上げられ、ノズル３１の先端付近まで達している。このためチューブ３２２やノズル３１中の空気が作動液３６１により置き換えられ、サンプル１１を吸入または排出するときの時間遅れを防止できる。
【００２３】
図３は、ノズル３１を用いてサンプル１１を分注する状態を示している。ノズル３１の先端は、上部アクセス基板２０１（図３では省略）と上部電極基板２３を貫通して、分析デバイス２内まで延びている。サンプル収容部１５からサンプル１１を吸い込むときは、ノズル３１をサンプルカップ１０に挿入し、シリンジポンプ３３によりサンプル１１をノズル３１内に吸い込む。作動液３６１がオイルなどの場合は、ノズル１１内面に付着したオイルによりサンプル１１がはじかれてノズル内を濡らすことが無く、サンプル１１によるノズル３１の汚染を防止できる。また、事前にオイル７３１をノズル内に吸引して、ノズル１１内面をオイル７３１で濡らしておいても、同様の効果を生じる。サンプルカップ１０内のサンプル１１の液面を把握するため、ノズル３１の先端には、図示しない液面センサが取り付けられている。
（３）分析デバイス
分析デバイス２では、図１に示すように、上側が開放した矩形状の容器２０２の上を矩形状の平板である上部アクセス基板２０１が覆い、容器２０２の底面と上部アクセス基板２０１がほぼ平行に配置されている。上部アクセス基板２０１は容器２０２よりも短く、容器の右側面に平行に渡した仕切り板２０３に一辺を接し固定されている。上部アクセス基板２０１と容器２０２の少なくとも一方には、温度コントロール可能なペルチェ素子またはヒータを内蔵させる。これらのペルチェ素子やヒータは、図示しない制御手段で制御され、上部アクセス基板２０１と容器２０２自体の温度を制御する。上部アクセス基板２０１及び容器２０２の大きさは、Ａ３サイズ程度である。
【００２４】
容器２０２内には、上部電極基板２３と下部電極基板２１とが互いに僅かな間隔をおいて平行配置されている。上部電極基板２３と下部電極基板２１も矩形状をしている。下部電極基板２１は容器２０２の底面で支持されている。また、上部電極基板２３と上部アクセス基板２０１は密着せず、両者間に空間が形成されている。上部電極基板２３および下部電極基板２１の詳細を、図４に縦断面図で示す。
【００２５】
下部電極基板２１には共通電極２１４を形成する。図１に示すように、上部電極基板２３の下面の各電極サイズに応じて、対向する下部電極基板２１の上面に凹凸を付け、上部電極基板２３と下部電極基板２１の距離を変化させる。下部電極基板２１の凹凸は基板素材であるガラスなどの部材を切削加工または研磨加工、プレス加工、エッチング加工、貼り付け加工で作成する。非特許文献１では、３つの直列する電極のうち中央の電極に電圧を印加せずに両端の電極にのみ電圧を印加して、電極上を占める液滴を引き伸ばして分割している。その際の分割条件によれば、上、下部電極基板２３、２１間の距離Ｈを電極サイズＬで除したアスペクト比Ｈ／Ｌが、Ｈ／Ｌ＝０．１〜０．２程度以下になれば、分割できる。
【００２６】
そこで、図１に示すように、サンプルや試薬が分注された後、分注されたサンプルや試薬から液滴が分割される電極付近におけるアスペクト比Ｈ／Ｌが、０．１〜０．２程度以下となるように、上、下部電極基板２３、２１間の距離Ｈを、電極サイズに応じて変化させる。上、下部電極基板２３、２１間の距離Ｈを、下部電極基板２１に凹凸を形成して調節する。
【００２７】
分注されたサンプル１１または試薬４５から液滴を分割する部分とは異なる部分の電極付近では、上部電極基板２３と下部電極基板２１との間の距離Ｈの設定は任意である。しかし、移動する液滴と上部電極基板２３または下部電極基板２１との接触面積を減らして、上部電極基板２３または下部電極基板２１の汚染を防止し、流動抵抗を減らして液滴の搬送速度を増大させるために、アスペクト比を０．２以上にするのがよい。
【００２８】
サンプル１１の液滴と試薬４５の液滴は一緒になって下流側に移動するから、下流側では液滴量が徐々に多くなる。サンプル１１の液滴と試薬４５の液滴が合流するときは、合流点よりも下流側では液滴を分割しないので、液適量が増大している分だけ、下流側の上、下部電極基板２３、２１の間の距離Ｈを大きくする方がよい。そのためには、本実施例に記載のように下側電極基板２１に凹凸を付けるのもよいが、下流側に向かって電極基板間距離Ｈが広がるように、上部電極基板２３と下部電極基板２１を傾けて配置してもよい。
【００２９】
下部電極基板２１に対向する上部電極基板２３の下面側に、試薬４５やサンプル１１の液滴を駆動する駆動電極列を形成する。図４に、分析デバイス２の縦断面図を示す。駆動電極列は、区画された複数の電極２１１１、２１１２、…を、僅かの隙間を持って隣り合わせて形成される。駆動電極列の表面に、Parylen（商品名）やＳｉＯ２などの誘電体薄膜２１２を絶縁薄膜として形成する。この誘電体薄膜２１２を、ＣＶＤなどで形成する。誘電体薄膜２１２のさらに表面には、撥水性を向上させるために、ＡＦ１６０１（商品名）、Ｃｙｔｏｐ（商品名）などのフッ素系の撥水膜２１３をコーティングする。共通電極２１４には、撥水膜２１３のみをコーティングする。各電極２１１１、２１１２、…は、上部電極基板２３の周辺に設けた図示しない接点電極に個別に接続されており、この接点電極を介して外部の図示しない電源から電圧が印加される。
【００３０】
駆動電極列の配置パターンは、化学分析装置１００の分析内容に依存する。同一の配置パターンを１枚の上部電極基板２３に複数形成すれば、分析能率が向上する。図２に示した例では、同一の駆動電極列の配置パターンを、上部電極基板２３に１０個形成している。１枚の上部電極基板２３に配置パターンを複数形成したときには、各配置パターンの境界部に、棒状のスペーサ２２を配置し、互いの配置パターンに導かれた液滴が混合しないようにする。
【００３１】
スペーサ２２は、上部電極基板２３と下部電極基板２１との間を、所定距離に保つのにも使用される。スペーサ２２は、境界部のみならず、駆動電極列が配置されていない部分であれば、どこにでも配置可能である。なお共通電極２１４を下部電極基板２１のほぼ全面に形成してもよいし、上部電極基板２３に形成した駆動電極のパターンに合わせて形成してもよい。
【００３２】
上部アクセス基板２０１に、サンプルポート孔３９を形成している。サンプルポート孔３９は、上部アクセス基板２０１の下側の隙間に連通している。また、上部電極基板２３では、このサンプルポート孔３９に対応した位置に、孔３９９が形成されている。サンプルポート孔３９および孔３９９の内径は、ノズル３１の外径より大きい。したがって、サンプルポート孔３９から、上部電極基板２３と下部電極基板２１間であってスペーサ２２により形成される隙間に、ノズル３１を出し入れすれば、サンプル１１を分析デバイス２内に供給できる。
（４）試薬分注部
試薬分注部４８では、サンプル１１に第１の試薬４５を混合して検査するために、複数の密閉型の試薬容器４２、４２１、４２２を分析デバイス２の近傍に配置する。試薬容器４２、４２１、４２２の下部には、それぞれノズル４３、４３１、４３２が接続されている。試薬容器４２、４２１、４２２の上部には、通気配管が取り付けられており、各通気配管中には、バルブ４４、４４１、４４２を介在させている。
【００３３】
上部アクセス基板２０１に、上部アクセス基板２０１と上部電極基板２３間に形成される隙間に連通する試薬ポート孔４１、４１１、４１２を形成する。さらに、上部電極基板２３のそれぞれの試薬ポートに相当する位置に、孔４１０、４１０１、４１０２を形成する。試薬ポート孔４１、４１１、４１２および上部電極孔４１０、４１０１、４１０２を貫通して、ノズル４３、４３１、４３２を上部電極基板２３と下部電極基板２１の間に挿入して固定する。バルブ４４、４４１、４４２を開くと、ノズル４３、４３１、４３２の先端から試薬容器４２、４２１、４２２内に収容された試薬４５、４５Ａ、４５Ｂが、重力で分析デバイス２内に滴下する。滴下する試薬４５、４５Ａ、４５Ｂの量を、バルブ４４、４４１、４４２の開時間で調整する。
【００３４】
試薬分注部４９では、サンプル１１と第１の試薬４５の混合液に、さらに混合する第２の試薬を供給する。試薬分注部４９は、試薬分注部４８と同様の構成であり、使用する試薬だけが異なっている。図５に、試薬分注部４８、４９の詳細を縦断面図で示す。試薬容器４２の下面に装着したノズル４３を、上部アクセス基板２０１と上部電極基板２３とに形成した試薬ポート孔４１および電極基板孔４１０に挿入する。試薬容器４２自体は、断熱容器４８１に収容されている。断熱容器４８１からは、ノズル４３が突出している。断熱容器４８１内は、図示しないペルチェ素子や冷媒により一定温度に保持され、試薬４５の劣化を防止する。ノズル４３の先端は、下部電極基板２１に接触または極く近接している。ノズル４３の先端は一方側に開口するように切り欠き４３１が形成されている。ノズル４３に最も近い電極２１７１側に、ノズル４３から試薬４５を吐出する。
【００３５】
ノズル４３の内外両面には、Cytop（商品名）などの撥水性のコーティングが施されている。ノズル４３から所定量だけ吐出された試薬４５は、ノズル４３が撥水性を有しているので、ノズル４３に付着することなく吐出したときの慣性でノズル４３に最も近い電極２１７１側に吐出される。試薬４５の吐出量は、電極２１７１の面積Ｓと上下電極基板２３、２１間の隙間Ｈとで形成される体積ＳＨよりも若干多い。
【００３６】
電極２１７１に電圧を印加し、試薬４５を電極２１７１上に引き付けると、電極２１７１に比べ幅の狭いノズル４３の出口で試薬はくびれた形状となる。このくびれた形状になった試薬４５は、ノズル４３から試薬液滴４５１として容易に分離される。ノズル４３からの吐出量を、バルブ４４の吐出時間で制御してもよい。また、試薬４５が電極２１７１と下部電極基板２１の共通電極２１４との間に形成される隙間に入り込むと、電極２１７１と共通電極２１４間の電気容量が変化するから、電極２１７１と共通電極２１４との間の電気容量の変化に基づいて制御してもよい。さらに、電極２１７１に続く電極列を使用して試薬を分割して液滴を形成してもよい。
（５）検出部
上部電極基板２３の下部に形成した駆動電極列は、サンプル１１や試薬４５の移動経路を規定する。サンプル１１や試薬４５の移動経路の途中であって複数箇所に、検出部６１、６２を設ける。検出部６１は、サンプル１１と第１の試薬４５を混合した第１の混合液の状態を検出する。検出部６２は、第１の混合液に第２の試薬を混合した後の状態を検出する。検出部６１、６２は、ともに同様の構造をしている。検出部６１、６２では、上部アクセス基板２０１にＬＥＤ等の光源６１１、６２１を取り付けている。一方、容器２０２のこの光源６１１、６２１に対向する位置にも、光センサ６１２を取り付けている。
【００３７】
光センサ６１１、６１２は、光源６１１、６１２から出射された光が液滴を通る間に変化した吸光度の量や蛍光量、散乱量を検出する。ここで、光源から出射された光を検出するために、上部電極基板２３および下部電極基板２１の少なくともいずれかの検出部６１、６２とその回りを、ガラスなどの透明材料とし、電極もＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）等の透明材料とする。光源６１１、６２１の発光スペクトルは、互いに異なっていてもよい。また検出部６１を、電極列に沿って複数設置してもよい。
（６）オイル供給部
上部アクセス基板２０１の対向する辺であってサンプル分注部３側の辺に、オイル供給部７９を設ける。オイル供給部７９は、容器２０２と仕切り板２０３に仕切られた領域で液溜め２０１１を形成する。液溜め２０１１は、仕切り板２０３と容器２０２に接続する天板２０４により密閉されている。上部電極基板２３の液溜め２０１１の直下部分に、オイル導入孔２１０１を形成する。液溜め２０１１側と反対側の辺に、オイル排出孔２１０２を形成する。仕切り板２０３の下端と上部電極基板２３の間には、予め定めた空隙２１０３を形成する。上部電極基板２３では、オイル導入孔２１０１とオイル排出孔２１０２以外に、電極の無い位置に複数の孔を形成してもよい。
【００３８】
上部アクセス基板２０１の近傍に、オイル容器７３を配置する。オイル容器７３に、血清などの水をベースとするサンプル１１に、混じり難いシリコンオイルまたは炭化水素系オイル、フッ素系以外の液体と混じらないパーフルオロカーボンオイル（以下フッ素オイルと称する）のいずれかを貯蔵する。オイル容器７３と液溜め２０１１とを、供給用チューブ７７１で接続する。液溜め２０１１の上部の天板２０４に、オイル供給ポート７１を形成し、このオイル供給ポート７１に供給用チューブ７７１の先端を挿入する。供給用チューブ７７１の途中には、供給用ポンプ７４１を設置する。また、上部アクセス基板２０１に、液面センサ７９２を固定設置する。
【００３９】
分析デバイス２で使用されたオイルを、オイル容器７３を有するオイル供給部７９に戻すために、オイル供給部７９と反対側の辺に排出用チューブ７７２を設ける。排出用チューブの一端は、容器２０２の側壁を貫通して容器２０２内部に接続している。排出用チューブ７７２の途中に、回収用ポンプ７４２を設置する。排出用チューブ７７２の他端は、オイル容器７３の液面より下まで挿入されており、供給用チューブ７７１の先端は液面の上方に位置している。
（７）廃液分離部
排出用チューブ７７２からオイル容器７３に戻った排液８５には、サンプル１１や試薬４５が混合した廃液８６が混入している。そこで、オイルの比重が廃液８６より大きい場合には、オイル容器７３内のオイルの液面よりも上に廃液８６が浮上する。廃液分離部９４は、この廃液８６をオイル容器７３内で分離し、オイル容器７３外に排出する。廃液チューブ７７３の一端を、オイル容器７３内に挿入し、オイル液面付近に設置する。廃液チューブ７７３の他端を、廃液容器８２に挿入する。オイル容器７３の上面には、液面センサ７９３を設置する。廃液チューブ７７３に、廃液回収用ポンプ７４３を設置する。
【００４０】
このように構成した化学分析装置１００の動作を、以下に説明する。最初の状態では、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２間、より正確には上部電極基板２３と下部電極基板２１間は、スペーサ２２により仕切られた隙間が形成されており、その隙間には液は導入されていない。この状態で、上部電極基板２３と下部電極基板２１に、サンプル１１や試薬４５が付着するのを防止するために、容器２０２内にオイル７３１を導入する。オイル７３１を導入するときは、供給ポンプ７４１を起動してオイル容器７３内のオイル７３１をチューブ７７１からオイルポート７１を経て液溜め２０１１に供給する。
【００４１】
上部電極基板２３の液溜め２０１１の直下部には、オイル導入孔２１０１が形成されており、液溜め２０１１側と反対側の辺にはオイル排出孔２１０２が形成されているので、液溜め２０１１に導かれたオイル７３１は、オイル導入口２１０１から分析デバイス２内に流入する。供給ポンプ７４１がオイル７３１を供給し続けると、分析デバイス２内の隙間の空気は、オイル排出孔２１０２や上部電極基板２３に設けた電極部以外の図示しない孔から流出する。この方法により、隙間内の空気をオイル７３１で置換する。
【００４２】
仕切り板２０３の下端と上部電極基板２３の間には、所定の空隙２１０３が形成されているので、液溜め２０１１に流入したオイル７３１は、上部電極基板２３の上面にも流出する。オイル７３１は、オイル排出孔２１０２からも上部電極基板２３上に溢れ出る。上部電極基板２３と上部アクセス基板２０１との間の空気は、サンプルポート孔３９から装置外に流出する。なおもオイル７３１を供給し続けると、サンプルポート３９から液が溢れ出す恐れを生じる。そこで、上部アクセス基板２０１に設けた液面センサ７９２が、容器２０２内の液面が所定高さになったことを検出したら、ポンプ７４１を停止する。
【００４３】
なお、上部アクセス基板２０１のサンプルポート孔３９に挿入したノズル３１は、オイル７３１に浸漬される。これにより、ノズル３１の外面はオイル７３１で覆われる。一方、オイル７３１をノズル３１から吸入すれば、ノズル３１の内面がオイル７３１で覆われる。このように、ノズル３１の内外周をオイル７３１で覆ったので、その後ノズル３１を用いてサンプル１１を吸入しても、ノズル３１の表面のオイル７３１がサンプル１１をはじきノズル３１を汚染しない。
【００４４】
分析デバイス２の試薬４５やサンプル１１が通る表面がオイル７３１で覆われたので、サンプル分注部３からサンプル１１を分析デバイス２内に注入する。サンプル収容部１５の所定のサンプルカップ１０に、ノズル３１を挿入する。サンプルカップ１０内のサンプル液面をノズル３１に取り付けた液面センサで検出する。ノズル３１が、確実にサンプル液内に入ったことを確認する。その後、バルブ３４を開きポンプ３３を駆動して、サンプル１１をノズル３１内に吸入する。バルブ３４を閉じる。次に、ノズル移動機構３７を用いて、ノズル３１を分析デバイス２のサンプルポート孔３９に位置決めする。位置決め後、ノズル３１を下げて所定高さに達したら、バルブ３４を開きポンプ３３を駆動してサンプル１１を吐出する。
【００４５】
サンプル分注部の縦断面図を、図６に示す。ノズル３１から所定量吐出されたサンプル１１は、ノズル３１の先端部でサンプル液滴になり電極２１５１上に広がる。その後、電極２１５１に隣り合う電極２１５２（以後、この方向を下流側とする）に電圧を印加する。それとともに、電極２１５１への電圧印加を停止する。サンプル液滴１１１は、電極２１５２に引き付けられ、終には電極２１５２面上に移動する。この手順を順次繰り返し電極２１５３から、駆動電極列２１５に直交する駆動電極列２１２上の電極２１２４、電極２１２５へと移動させる（図３参照）。なお、ノズル３１に隣りあう電極２１５１から直線状に続く電極列２１５は、隣りあう駆動電極の配置パターンにサンプル液滴１１１を供給するため、他の配置パターンの駆動電極列２１２に交わっている。
【００４６】
なお、サンプル１１の分注時にノズル３１先端の外側に、オイル７３１やサンプル１１が付着して滴状になり得る。この液滴が、上部アクセス基板２０１のサンプルポート孔３９に付着しないよう、サンプルポート孔３９の孔径を十分大きく形成する。ノズル３１が挿入されたときに、容器７３内のオイル７３１とノズル３１先端に付着したオイルとが、液面部で一体化する。一方、付着したサンプル１１は、オイルの液面上に浮かんで排出される。これにより、サンプル１１が分析デバイス２内に流入したり、上部電極基板２３の孔３９９付近に付着するのを防止できる。オイル液面上に浮上したサンプル１１は、オイルの流れに従って、下流側の排液排出部８８に至り容器２０２から排出される。
【００４７】
上記動作を実行しているのと同じ頃に、試薬容器４２の上部に設けたバルブ４４を開くことで、第１の試薬分注部４８から試薬４５を分注する。ノズル４３の先端から試薬容器４２内の試薬４５を分析デバイス２内に導く。なお、サンプル分注部３やサンプル収容部１５を省いて、手作業でサンプルポート３９からサンプル１１を供給してもよい。また、試薬４５を分注するのに、サンプル１１を分注するのと同様の分注部を設けて分注してもよい。この場合、回転可能な試薬ディスクに複数の試薬容器４２を搭載すれば、試薬４５の分注が容易になる。
【００４８】
図５に、試薬分注部の縦断面図を示す。ノズル４３から所定量吐出された試薬４５から、ノズル４３の先端部で試薬液滴が形成され、電極２１７１上に広がる。その後、電極２１７１に隣り合う電極２１７２（以後、この方向を下流側とする）に電圧を印加する。それとともに、電極２１７１への電圧印加を停止する。試薬液滴４５１は、電極２１７２に引き付けられ、終には電極２１７２上を移動する。この手順を電極２１７３、２１７４、…というように、下流側の電極について順次繰り返し、試薬液滴４５１を電極２１７Ｂまで移動させる。
【００４９】
サンプル液滴１１１が停留している電極２１２５と試薬液滴４５１が停留している電極２１７Ｂへの電圧印加を停止し、隣りあう電極２１９１に電圧を印加する。サンプル液滴１１１と試薬液滴４５１は、電極子２１９１に引き寄せられ合体混合する。
【００５０】
電極２１９１よりも下流の電極を駆動して、混合液滴４５２をそのまま下流側に移動させる。電極２１９１の下流側には、ループ状の液滴周回用の混合用電極列２１８が形成されているので、混合液滴４５２は混合用電極列２１８上を周回する。その際、混合液滴４５２では、試薬液滴４５１とサンプル液滴１１１が攪拌混合する。試薬液滴４５１とサンプル液滴１１１との攪拌が完了したら、混合液滴４５２は下流側の第１の検出部６１に導かれる。第１の検出部６１では、混合液滴４５２の吸光度の変化や、蛍光量、散乱量を測定する。
【００５１】
第１の検出部６１での測定が終了した混合液滴４５２は、図７に示す第２の試薬分注部４９に導かれる。この第２の試薬分注部４９では、他の試薬容器４２Ａから試薬４５と同様の方法で取出された試薬液滴４５３が、電極２１Ｃ１上で混合液滴４５２に混合され、混合液滴４５４となる。混合液滴４５４内の試薬液滴４５３と混合液滴４５２との混合及び攪拌を促進するために、第２の試薬分注部４９の下流にも、周回用のループ状の混合用電極列２１Ｂが配置されている。混合電極列２１Ｂ上を液滴が周回すると、試薬液滴４５３と混合液滴４５２とが攪拌混合する。
【００５２】
他の試薬４５３も混合した混合液滴４５４は、駆動電極列２１Ｃにより下流側に運ばれ、第２の検出部６２に導かれる。この第２の検出部６２では、混合液滴４５４の吸光度や蛍光が計測され、サンプル１１に含まれる成分が分析される。分析が終了した混合液滴４５４は、駆動電極列２１Ｃによりさらに下流側に送られ、オイル排出孔２１０２から分析デバイス２外に排出される。
【００５３】
この一連の動作が終了すると、混合液滴４５４は、排出用チューブ７７２からポンプ７４２により周囲のオイル７３１とともに廃液８６としてオイル容器７３に戻される。廃液８６とオイル７３１とは比重差があり、液溜め２０１２内をオイルが上昇または下降する。上記の様に、フッ素オイルのような比重が１より大きいオイル７３１の場合には、水ベースの廃液８６はオイル容器７３内を上昇する。液面部に溜まった廃液８６を、液面センサ７９３が検出する。廃液８６が多くなり液面が上昇した場合には、適宜ポンプ７４１を起動してオイル７３１を容器内に追加供給する。それとともにポンプ７４３を起動して、廃液８６を吸い取り、廃液容器８２に送る。
【００５４】
メンテナンスなどのために、分析デバイス２内のオイル７３１を排出する必要があるときは、オイル排出孔２１０２の下側に容器２０２から下部電極基板２１内に通じるドレイン用チューブ７７４を取り付ける。このドレイン用チューブが取り付けられたポンプ７４４が、オイル７３１を吸い取り、オイル７３１をオイル容器７３に回収する。
【００５５】
比重が１より小さいオイル７３１を使用するときは、下部電極基板２１側にもオイル排出孔を形成し、排出用チューブ７７２を容器２０２に貫通してオイル排出孔に接続する。ポンプ７４２が廃液８６とオイル７３１とを吸い取り、オイル７３１をオイル容器７３に送液する。オイル容器７３や廃液容器８２には、オイル７３１と廃液８６が混在する恐れがある。しかし、オイル７３１と廃液８６を、比重差や遠心分離、フィルタリングを用いて容易に分離できる。これらの装置を流路の途中に取り付けるか、回収したオイル７３１や廃液８６を独立の装置で処理すれば、オイル７３１を再利用することができる。この場合、廃液８６だけを廃棄すればよい。
【００５６】
以上説明した本実施例によれば、サンプル分注部３のノズル３１の表面をオイルで被覆したので、ノズル３１にサンプル１１が付着するのを防止できる。これにより、前回測定時に用いたサンプル１１が次回の測定に混入するのを防止でき、測定精度が向上する。また、ノズル３１を洗浄する必要がないので、洗浄に係る設備が不要になり、化学分析装置が小型化および低コスト化する。
【００５７】
サンプルノズル３１や試薬用ノズル４３に最も近い電極上に直接サンプル１１や試薬４５を分注するので、ＥＷＯＤによる液滴の分割が不要になる。これにより、駆動電極の構成が簡単になる。また、駆動電極に印加する電圧が低くて済み、電極が長寿命になる。
【００５８】
上下電極基板間の距離Ｈを変えることができるので、ＥＷＯＤにより液滴を分割する場合も、分注部付近のＥＷＯＤによる液滴の分割が容易になる。また、上下電極基板間の距離Ｈを変えることができるので、液滴を搬送および混合する電極列付近の上下の電極電極基板間の距離を増大でき、基板面での流体抵抗を低下させることができる。したがって、搬送速度や混合速度が向上する。
【００５９】
本実施例によれば、オイル供給部７９から分析デバイス２に、随時オイル７３１を供給できるので、分析デバイス２内のオイル７３１の量を一定に保つことができる。したがって、オイル７３１がノズル３１に付着して持ち去られたり、蒸発して減少して分析デバイス２内に空気が侵入するのを防止できる。また、新鮮なオイルで更新することが可能になる。廃液分離部９４が、オイル７３１と廃液８６とを分離するので、オイル７３１を再使用でき、オイル７３１の使用量を低減できる。
【００６０】
上部電極基板２３の電極部以外の場所に任意に形成した孔から、分注時に分析デバイス２内に混入した気泡や温度変化により発生した気泡またはオイルの流れにより電極列からそれた液滴を分析デバイス外に容易に排出できるので、気泡や逸失液滴が測定を阻害するのを防止できる。ノズル３１挿入時に、オイル液面によりノズル３１外表面が洗浄されるので、分析デバイス２内に余分なサンプル１１が入ったり、上部電極基板２０１を汚すことが無い。
【００６１】
なお上記実施例では、試薬容器を３個ずつ組にしているが、試薬容器の数はこれに限るものではない。試薬の混合回数は、処理する対象により異なり、３回以上であってもよい。また本実施例によれば、１個の上部電極基板に複数の駆動電極列を設けているので、小型の化学分析装置で多数のサンプルを短時間で測定できる。また、何らかの原因で、ある駆動電極列上から液滴が外れた場合でも、スペーサ２２により駆動電極列間が分離されているので、隣の駆動電極列に液滴が移動して測定を阻害することが無い。また、スペーサ２２により、駆動電極列に沿ってオイルの流れが整流されるので、泡や駆動電極列を外れた液滴の排出が容易になる。
【００６２】
本発明に係る化学分析装置１００の他の実施例を、図８〜図９を用いて説明する。図８（ａ）に、３枚の分注用基板２３１、２３４、２３５と２枚の搬送および混合用の基板２３２、２３３を有する上部電極基板を、同図（ｂ）に、駆動電極列を搭載した１枚の下部電極基板を、同図（ｃ）に容器２０２を含む外装部分を、同図（ｄ）にこれら図８（ａ）〜図８（ｃ）に示した上部電極基板、下部電極基板、および外装部分をアセンブルした図を示す。図８（ｄ）は、化学分析装置１００の上面図であり、同図（ｅ）は同図（ｄ）の中心線に沿った断面図である。図９は、分注と混合の動作を説明する図である。本実施例ではサンプル収納部およびサンプル分注部、試薬分注部、オイル供給部、廃液分離部が上記実施例と同様の構成であり、図示を省略している。
【００６３】
図８（ｅ）に示すように、上側が開放した矩形状の容器２０２の上面を、矩形状の平板である上部アクセス基板２０１が覆っている。容器２０２の底面と上部アクセス基板２０１は、ほぼ平行に配置されている。上部アクセス基板２０１は、容器２０２と図示しない排液用チューブ７７２に接続する排液排出口７７２１〜７７２４を覆っている。容器２０２と排液排出口の側壁の高さは一定であり、上部アクセス基板２０１に密着している。各廃液排出口７７２１〜７７２４に接する容器２０２の側壁部分２０２１〜２０２３は、周囲の側壁よりも低くなっており、オイル７３１が排液排出口７７２１〜７７２４に流入できる。
【００６４】
排液排出口７７２１〜７７２３に隣接し、容器２０２の突出部をなす分注用区画３０１〜３０３は、上部アクセス基板２０１に垂直に取り付けた仕切り板２０４〜２０６により上側が仕切られている。オイル供給用チューブ７７１は、上部アクセス基板２０１の分注用区画３０１〜３０３外の位置、本実施例では右上隅に取り付けられている。上部アクセス基板２０１と容器２０２との少なくとも一方には、温度コントロール可能なペルチェ素子またはヒータを内蔵させる。これらのペルチェ素子やヒータは、図示しない制御手段で制御され、上部アクセス基板２０１と容器２０２自体の温度を制御する。
【００６５】
容器２０２内には、上部電極基板２３と下部電極基板２１とが互いに僅かな隙間をあけて平行配置されている。上部電極基板２３と下部電極基板２１も、矩形状をしている。下部電極基板２１は容器２０２の底面で支持されている。また、上部電極基板２３と上部アクセス基板２０１は密着しておらず、両者間には空間が存在する。
【００６６】
本実施例では上記実施例とは逆に、上部電極基板２３に共通電極２１４を形成し、下部電極基板２１に駆動電極列を形成する。また、下部電極基板２１が１枚であるのに対し上部電極基板２３を複数の平板状のサブ上部基板２３１〜２３５で構成する。各サブ上部基板２３１〜２３５と下部電極基板２１間の距離Ｈｉは、サブ上部基板２３１〜２３５の下に配置したスペーサ２２の高さを変えて変化させている。なお、スペーサ２２を、図８（ｄ）では◎で示している。
【００６７】
サブ上部基板２３１〜２３５と下部電極基板２１間の距離Ｈｉは、上記実施例と同様に、分注する液量や搬送速度、混合速度の要求に応じて変化させる。本実施例では簡単のため、分注する液量を同じ程度にしている。上部アクセス基板２０１に形成したサンプルポート孔３９から、サンプル１１を供給するノズル３１を挿入できる。図示しない試薬収納部からサンプル１１の場合と同様の分注機構により、上部アクセス基板２０１に形成した試薬ポート孔４１、４１０からノズル３１で試薬を供給する。各ポート孔４１、４１０の直下までサブ上部基板２３１〜２３５が延びていないので、上部電極基板に孔を形成しないでも、ノズル３１の先端を下部電極基板２１に近接できる。
【００６８】
下部電極基板２１上には、周辺に丸みがある複数の電極を有する分注用の電極列と分注用電極列の端の電極が接する混合用電極２１９１、２１Ｃ１、さらに混合用電極列２１８、２１Ｂおよび搬送用電極列２１９、２１Ｃが設けられている。上部アクセス基板２０１と容器２０２には、電極列２１９、２１Ｃに沿って、上記施例と同様の検出部６１、６２が複数設置されている。分注用電極列を覆うサブ上部基板２３１、２３４と下部電極基板２１との距離Ｈ１が、搬送および混合路に対応するサブ上部基板２３２と下部電極基板２１の距離Ｈ２よりも小さくなるように、各スペーサ２２の高さを決定する。サブ上部基板２３３と下部電極基板２１の距離Ｈ３が、サブ上部基板２３５と下部電極基板２１との距離Ｈ４、およびサブ上部電極２３２と下部電極基板２１の距離Ｈ２の双方よりも大きくなるように、各スペーサ２２の高さを決定する。
【００６９】
本実施例では、図８（ａ）に示すように、基板間の距離Ｈｉを変化させるために、上部電極基板を分割して複数のサブ上部基板を構成している。しかしながら、上部電極基板素材である１枚のガラスなどの部材に、切削加工や研磨加工、プレス加工、エッチング加工、貼り付け加工して、凹凸や段差を形成し、１枚の上部電極基板を作成しても良い。
【００７０】
このように構成した本実施例の化学分析装置の動作を、以下に説明する。最初の状態では、上部アクセス基板２０１と下部アクセス基板２０２間、より正確には上部電極基板２３と下部電極基板２１間は、スペーサ２２により仕切られて隙間を形成している。この隙間には、液は導入されていない。上部電極基板２３と下部電極基板２１に、サンプル１１や試薬４５が付着するのを防止するために、隙間にオイル７３１を導入する。
【００７１】
チューブ７７１で、容器２０２にオイル７３１を供給する。上下電極基板２３、２１間にスペーサ２２が疎らに設置されているので、オイル７３１を供給し続けると側方から上下電極基板２３、２１間にオイル７３１が侵入し、上下電極基板２３，２１間の空間を満たす。このとき、分注用区画３０１〜３０２にも、仕切り板２０４〜２０６の下側の隙間からオイル７３１が入り込む。同時に分析デバイス２内の空気は、サンプルポート孔３９や試薬ポート孔４１、４１０から外部に抜けて行く。空気の抜けをよくするために、仕切り板２０４〜２０６の上側に、凹部を形成するか孔を形成する。
【００７２】
さらに、オイル７３１の供給を続けると、オイル７３１は容器２０２の側壁を越えて排液排出口７７２１〜７７２４から溢れ出る。溢れ出たオイル７３１を、分析デバイス２の下方に設置した図示しないオイル容器７３に流下させる。または、液面センサ７９２を設けて液面を検出し、オイル７３１が溢れ出す液位に達したら、図示しないポンプ７４２でオイル容器７３に回収する。オイル７３１を随時供給し、オイル表面に浮かんだ廃液８６の排出を促進させるようにしてもよい。
【００７３】
図９を用いて、分注時の動作を説明する。ここでは、サンプル１１を分注するときの動作を説明するが、試薬の分注でも同様である。この図９では、電圧を印加した電極を、×印で示している。図９（ａ）は、サンプルポート孔３９から挿入したノズル３１を、下部電極基板２１に近接して停止させる。ノズル３１は、共通電極基板と電気的に接続しており、下部電極基板２１上の第１番目の電極２１５１とノズル３１の先端間の距離を、両者間の静電容量を検出して制御する。これにより、ノズル３１を下部電極基板２１１に近接させる。
【００７４】
ノズル３１に吸引したサンプル１１を吐出する。電極２１５１に電圧を印加する。これにより、下部電極基板２１の電極２１５１上に位置する部分の表面のサンプル１１に対する濡れ性が向上し、サンプル１１は毛細管力によりサブ上部基板２３１下まで延びる電極２１５１のパターンに沿って、上下電極基板２３、２１間に入り込む（同図（ｂ）参照）。さらにサンプル１１を吐出し続ける。それとともに、電極２１５２、２１５３に電圧を印加して、電極２１５２、２１５３上にもサンプル１１を導く（同図（ｃ）、（ｄ）参照）。
【００７５】
電極２１５２への電圧印加を停止し、ノズル３１からサンプルを吸引する。電極２１５１および電極２１５３には電圧が印加されているので、サンプル１１の液形状は保たれるものの、上下電極基板２３、２１間の距離Ｈを電極サイズＬで割ったアスペクト比Ｈ／Ｌを０．１〜０．２程度以下にしているので、電極２１５２上のサンプル１１の液形状にくびれが生じる（同図（ｅ）参照）。
【００７６】
サンプル１１が２つに分裂し、サンプル液滴１１１が電極２１５３上に残る（同図（ｆ）参照）。右側に残留したサンプル１１を、ノズル３１が吸い取る。また、電極２１２５に電圧を印加すると、サンプル液滴１１１はサブ上部基板２３２側に移動する。このとき、同様にして分注した試薬液滴４５１も電極２１７Ｂに引き付けられ、サブ上部基板２３２側に移動する（同図（ｇ）参照）。
【００７７】
混合用の電極２１９１に、電圧を印加する。サンプル液滴１１１と試薬液滴４５１が電極２１９１上で合体し、混合液滴４５２となる。分注される液滴は、電極の形状に沿っているので、液滴の体積は、概略、液滴が分割されて残される電極の面積とその位置での上下部電極基板２３、２１間の距離Ｈの積に等しい。電極上を液滴が満たさないと、隣りあう電極上まで液滴の一部が延びない。下部電極基板２１とサブ上部基板２３１、２３２、２３４の距離をそれぞれｈ１、ｈ２、ｈ４とし、サンプル分注用の電極の面積をＳ１、混合用の電極２１９１の面積をＳ２（混合用電極列２１８、２１９も同様）、第１の試薬用の電極の面積をＳ４とする。
【００７８】
Ｓ１・ｈ１＋Ｓ４・ｈ４＜＝Ｓ２・ｈ２ ……（式１）
であることが望ましい。サブ上部基板２３２の下では、混合や搬送のみで分注しないので、上下の電極基板２３、２１での抵抗を減らすために、なるべくＳ２を小さくする。ただし、液滴の体積は変わらないので、Ｓ２を小さくしすぎると電極基板間距離ｈ２が大きくなり過ぎる。その結果、液滴の界面張力により液滴が半球状になり、上下電極基板２３、２１との接触が失われ、ＥＷＯＤによる液滴の移動ができなくなる。したがって、少なくとも、アスペクト比を０．５程度以下にする。
【００７９】
混合液滴４５２は、下流側の周回用の混合用電極列２１８上を回転して攪拌され、さらに検出部６１により成分を分析される。そして、搬送用の電極列２１９を移動して、次段の混合用電極２１Ｃ１に至り、分注用区画３０３で分注された第２の試薬液滴と混合される。第２の試薬液滴と混合して混合液滴４５３となった液滴は、混合電極列２１Ｂを経過して混合攪拌され、搬送用の電極列２１Ｃを経過して成分計測される。
【００８０】
図８（ｂ）に示す様に、計測後の混合液滴４５３１は、電極列２１Ｃの末端に至ると、サブ上部基板２３３直下から下部電極基板２１が突出し、突出部に電極列２１Ｃの末端の電極２１ＣＥが配置されているので、電極２１ＣＥへの電圧印加を停止すると、分析デバイス２外に排出される。このとき、オイル７３１の液面が上昇し、オイル供給用チューブ７７１からオイル７３１が追加されると、廃液８６としてオイル７３１とともに排液排出口７７２４から排出される。
【００８１】
本実施例によれば、上部電極基板２３を複数のより小さなサブ上部基板に分割した構成としたので、大面積の基板を作成する必要がなく、基板上に形成する膜の欠陥の可能性が低下し、製作される基板の歩留まりが向上するとともに製作コストが低下する。また、研磨加工などの加工が容易になり、加工コストも低下する。小さな基板で済むので、基板の強度が増す。それとともに、同一基板内での基板厚さの偏差を小さくできるので、分析精度が向上する。
【００８２】
また、本実施例によれば、上部電極基板の特定の位置に液の出入口用の孔を形成する必要が無く、上下の電極基板を有する分析デバイス２の側面部を開放でき、液の分注口や排出口として利用できる。その結果、分析装置の設計の自由度が向上し、装置を小型化できる。さらに、複数のサブ上部基板を使用したので、分注位置での電極基板間距離と混合位置や搬送位置の電極基板間距離を変えることができ、分注や混合、搬送に適した電極基板間距離を個別に設定できる。さらに本実施例によれば、分注に利用する箇所以外は、電極基板間距離を大きくして、駆動用の電極のサイズを小さくすることが出来る。
【００８３】
本発明に係る化学分析装置１００のさらに他の実施例を、図１０に示す。本実施例では図１０（ｂ）に示す様に、下部電極基板２１をも、３枚の分注用のサブ基板、２１１、２１４、２１５と２枚の搬送用または混合用のサブ基板２１２、２１３の複数の基板で構成している。サブ下部基板は、基板上の駆動電極以外の部分は無くてもよいが、液滴が逃げないように駆動電極の幅よりも若干幅広にする。また、スペーサ２２の設置箇所部分もスペーサの大きさに応じて幅広にする。隣接するサブ下部電極基板と接する部分は、極力電極に一致させる。下流側の上部電極基板を、上流側の下部電極基板にオーバーラップさせると、液滴の受け渡しがスムーズになる。
【００８４】
本実施例によれば、上下の電極基板をサブ基板化したので、分注や混合、搬送など機能に応じて分析デバイス２をコンポーネント化するのが容易になる。また、一部が故障しても全体を交換する必要が無く、メンテナンス性が向上する。コンポーネント化により、設計の自由度が増し、装置の小型化や高機能化が可能になる。さらに、コンポーネント化により、１台の装置ユニットを複数並列配置して互いに接続することができるので、化学分析装置のスループットを向上できる。コンポーネントの組み合わせにより、異なる分析が容易になる。共通電極基板よりも複雑な構造の駆動電極基板をサブ基板化できるので、製造時の歩留まり向上し製造コストを低下できる。
【００８５】
上記各実施例によれば、基板間の基板を調整可能になり、分注精度や搬送速度、混合速度の向上が可能になる。また、上下の基板間距離を変更できるで、分注可能または移送可能な液量範囲が拡大し、使用できる試薬の制限が少なくなる。また、基板をオイルに浸漬させ、基板に泡や液体排除用の孔を形成したので、廃液の排出が容易になる。それとともに基板内外の汚染を低減できる。下の基板間距離を変更できるので、装置製作の自由度が増し小型化および低コストが可能になる。さらに、オイルが試薬やサンプル液と混じり合わないので、液滴移動部を有するチップを再利用可能になる。この結果、化学分析装置を大幅に簡素化できる。さらにまた、液滴移動部にサンプル液や試薬と混じり合わないオイルを適用したので、洗浄等の設備が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明に係る化学分析装置の一実施例の断面図。
【図２】図１に示した化学分析装置の主要部の上面図。
【図３】図１に示した化学分析装置の主要部の斜視図。
【図４】図１に示した化学分析装置で用いる分析デバイスの縦断面図。
【図５】図１に示した化学分析装置の試薬分注部の縦断面図。
【図６】図１に示した化学分析装置のサンプル分注部の縦断面図
【図７】図１に示した化学分析装置における駆動電極の配置を説明する図。
【図８】本発明に係る化学分析装置の他の実施例の構造図。
【図９】図８に示した化学分析装置の分注過程図。
【図１０】本発明に係る化学分析装置の他の実施例の構造図。
【符号の説明】
【００８７】
２…分析デバイス、３…サンプル分注部、６…検出器、７…オイル供給部、１１…サンプル、２１…下部電極基板、２２…スペーサ、２３…上部電極基板、３９…サンプルポート、４５…試薬、１００…化学分析装置、１１１…サンプル液滴、２０１…上部アクセス基板、２０２…下部アクセス基板、２１１…駆動電極、２１４…共通電極、７３１…オイル、７９２…オイル液面センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ平行に配置した１対の基板の一方の対向面に共通電極を、他方の基板の対向面に多数の電極を有する駆動電極列を配置したＥＷＯＤを用いた分析デバイスを有する化学分析装置において、前記分析デバイスは前記基板間に液体を供給する複数の液体供給部を有し、前記１対の基板は、駆動電極列の位置で基板間の間隔が異なる部分を有することを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
前記１対の基板は平板であり、一方の基板を分割構造としその分割基板の厚みを変えて基板間の間隔を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項３】
前記駆動電極を構成する多数の電極への電圧印加を制御する制御手段を有し、この制御手段が多数の電極への電圧印加を制御して前記１対の基板間に供給される液体を搬送する搬送方向の下流側に行くに従い、前記１対の基板間の間隔を大にすることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項４】
前記分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流した後の液体の移動方向における前記１対の基板間の間隔が、合流前の液体の移動方向における基板間の間隔よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項５】
前記分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流する前の液体の移動速度と合流後の液体の移動速度がほぼ同一になるように前記１対の基板の間隔を設定したことを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項６】
対向する１対の基板と、この基板のそれぞれの対向面側に設けた電極と、対向する前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記基板間の複数領域に液体を供給する複数の液体供給機構とを有し、前記対向する基板の一方を複数枚の小基板から構成したことを特徴とする化学分析装置。
【請求項７】
複数枚の小基板から構成された一方の基板の中の少なくとも１枚の小基板と他方の基板との距離が、一方の基板を構成する他の小基板と他方の基板との距離と異なっていることを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項８】
前記対向する基板の他方の基板も複数の小基板で構成したことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項９】
前記複数の液体と混じりあわない媒体液を保持する容器を有し、この容器に保持された媒体液で前記基板の対向する面を予め覆っていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の化学分析装置。
【請求項１０】
媒体液を保持する前記容器に、媒体液を供給する手段と媒体液をこの容器から排出する手段を付設したことを特徴とする請求項９に記載の化学分析装置。
【請求項１１】
前記基板の少なくとも一方に、液体を供給しない孔を形成したことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項１２】
前記基板の少なくとも一方に、この基板の周辺から液体を供給する前記液体供給機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項１】
ほぼ平行に配置した１対の基板の一方の対向面に共通電極を、他方の基板の対向面に多数の電極を有する駆動電極列を配置したＥＷＯＤを用いた分析デバイスを有する化学分析装置において、前記分析デバイスは前記基板間に液体を供給する複数の液体供給部を有し、前記１対の基板は、駆動電極列の位置で基板間の間隔が異なる部分を有することを特徴とする化学分析装置。
【請求項２】
前記１対の基板は平板であり、一方の基板を分割構造としその分割基板の厚みを変えて基板間の間隔を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項３】
前記駆動電極を構成する多数の電極への電圧印加を制御する制御手段を有し、この制御手段が多数の電極への電圧印加を制御して前記１対の基板間に供給される液体を搬送する搬送方向の下流側に行くに従い、前記１対の基板間の間隔を大にすることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項４】
前記分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流した後の液体の移動方向における前記１対の基板間の間隔が、合流前の液体の移動方向における基板間の間隔よりも大であることを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項５】
前記分析デバイスでは、前記複数の液体供給部から供給された複数種類の液体が同一の駆動電極列で合流するように前記駆動電極列と前記液体供給部とが配置されており、合流する前の液体の移動速度と合流後の液体の移動速度がほぼ同一になるように前記１対の基板の間隔を設定したことを特徴とする請求項１に記載の化学分析装置。
【請求項６】
対向する１対の基板と、この基板のそれぞれの対向面側に設けた電極と、対向する前記電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記基板間の複数領域に液体を供給する複数の液体供給機構とを有し、前記対向する基板の一方を複数枚の小基板から構成したことを特徴とする化学分析装置。
【請求項７】
複数枚の小基板から構成された一方の基板の中の少なくとも１枚の小基板と他方の基板との距離が、一方の基板を構成する他の小基板と他方の基板との距離と異なっていることを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項８】
前記対向する基板の他方の基板も複数の小基板で構成したことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項９】
前記複数の液体と混じりあわない媒体液を保持する容器を有し、この容器に保持された媒体液で前記基板の対向する面を予め覆っていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載の化学分析装置。
【請求項１０】
媒体液を保持する前記容器に、媒体液を供給する手段と媒体液をこの容器から排出する手段を付設したことを特徴とする請求項９に記載の化学分析装置。
【請求項１１】
前記基板の少なくとも一方に、液体を供給しない孔を形成したことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【請求項１２】
前記基板の少なくとも一方に、この基板の周辺から液体を供給する前記液体供給機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の化学分析装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−３２９９０１（Ｐ２００６−３２９９０１Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５６５５２（Ｐ２００５−１５６５５２）
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月３０日（２００５．５．３０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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