化学反応用装置
【課題】送液エラーや空送りを確実に防止でき、信頼性の高い送液及び送液の自動化を実現することのできる化学反応用装置を提供する。
【解決手段】溶液Ｘ，Ｙを送ることによって溶液Ｘ，Ｙの化学的な反応を行う化学反応用装置１００は、基板１と、基板１に重ねて設けられた弾性体２との間に、溶液Ｘ，Ｙが収容される複数の室２１〜２５及び複数の室２１〜２５を連結する流路２６a，２６b，２７a，２７bを有するカートリッジ３と、カートリッジ３に対して互いに独立して移動自在であり、弾性体２の表面に接触しながら移動することにより、弾性体２に外力を加えて流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液Ｘ，Ｙを封止又は移動させる複数のスキージ４１〜４３と、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液溜まりの状態を検出する検出センサ７１，７２とを備える。
【解決手段】溶液Ｘ，Ｙを送ることによって溶液Ｘ，Ｙの化学的な反応を行う化学反応用装置１００は、基板１と、基板１に重ねて設けられた弾性体２との間に、溶液Ｘ，Ｙが収容される複数の室２１〜２５及び複数の室２１〜２５を連結する流路２６a，２６b，２７a，２７bを有するカートリッジ３と、カートリッジ３に対して互いに独立して移動自在であり、弾性体２の表面に接触しながら移動することにより、弾性体２に外力を加えて流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液Ｘ，Ｙを封止又は移動させる複数のスキージ４１〜４３と、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液溜まりの状態を検出する検出センサ７１，７２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液の混合、合成、溶解、分離などの化学反応を自動的に行うことのできる化学反応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶液の合成や溶解、検出、分離などの処理においては、通常、試験管やビーカー、ピペットなどが利用されていた。例えば、物質Ａと物質Ｂを試験管あるいはビーカーなどに採取しておき、これを他の試験管あるいはビーカーなどの容器に注入し、混合・攪拌などして物質Ｃを作る。このようにして合成された物質Ｃについては、例えば発光、発熱、呈色、比色などの観察が行われる。あるいは、混合した物質をろ過あるいは遠心分離などして、目的の物質を分離抽出することもある。
【０００３】
また、溶解の処理、例えば有機溶剤で溶かすなどの処理においても試験管あるいはビーカーなどのガラス器具を用いて行っており、検出処理の場合も同様に、被試験物質と試薬を容器に入れてその反応結果を観察している。
このような化学反応用カートリッジとして、例えば、弾性体の裏面に表面側に膨らむことが可能な複数の反応室と、これら複数の反応室を繋ぐ流路が形成され、弾性体の裏面に、反応室及び流路を密閉するように基板を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この化学反応用カートリッジにおいては、予め反応室内に溶液を注入しておき、弾性体の表面側からローラを押し付けることにより、流路又は反応室あるいは両者が部分的に塞がれて、その流路又は反応室内にある溶液が移動し、これによって溶液が反応する。
【特許文献１】特開２００５−０３７３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１では、弾性体の表面側からローラで圧力を加えることにより容器内の溶液を送る方法が提案されているが、一方で送液の自動化が試みられており、その場合に溶液室や流路から溶液を確実に移動させて空送りや送液エラーを防止することが要求されている。特に貴重なサンプルや稀少なサンプルを測定検査する場合には、送液エラーによる失敗は許されない。そのため、送液エラーや空送りを防止して、信頼性の高い送液駆動機構が要求されている。また、外力を与えるために、ローラでカートリッジを押すことで加圧しているが、変位で加圧すると、カートリッジ表面の凹凸やカートリッジの厚さむらで外力が変化してしまう。その結果、送液エラーや空送りが生じるという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、送液エラーや空送りを確実に防止でき、信頼性の高い送液及び送液の自動化を実現することのできる化学反応用装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、溶液を送ることによって溶液の化学的な反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、互いに独立して移動自在であり、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を封止又は移動させる移動手段と、
前記流路又は室にある溶液溜まりの状態を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段によって溶液溜まりの状態が検出されることにより、前記移動手段を駆動させて前記溶液溜まりが検出された前記弾性体の表面を前記移動手段により再度移動させて送液する制御手段を備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって前記溶液から反射する反射光、透過光又は蛍光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項２に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって形成される前記溶液の画像を、画像信号として検出する画像検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項４に記載の化学反応用装置において、
前記カートリッジに、前記複数の室又は流路内に連通する光導波路が形成され、
前記光照射手段によって照射された光が前記光導波路を通って前記複数の室又は流路内に導かれた後、前記画像検出手段で検出されることを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項２に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に超音波を発振する超音波発振手段と、超音波が発振されることによって前記溶液から発振される超音波信号を受信する超音波受信手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明は、溶液を送ることによって溶液の化学反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を移動させる外力引加手段を有し、
前記外力印加手段は、前記カートリッジに外力を加える方向の弾性率が、対応するカートリッジ側の弾性率より低いことを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項７に記載の化学反応用装置において、
前記カートリッジの弾性率が前記外力印加手段の１．１倍以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項７又は８に記載の化学反応用装置において、
前記外力印加手段が、前記弾性体の表面に接触しながら移動する移動手段と、前記移動手段を移動自在に支持する装置本体との間に介在されて、弾性率を確保するためのバネ、ゴム、エラストマ、磁気力、空気圧又は圧電素子のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の化学反応用装置において、
加圧力を圧力センサで測定し、前記圧電素子への印加電圧を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出手段によって溶液溜まりの状態を検出し、溶液溜まりの状態が検出された箇所を移動手段によって再送液することにより、送液エラーや空送りを確実に防止でき、信頼性の高い送液及び送液の自動化を実現することができる。また、外力を与えて送液駆動する際に、カートリッジ表面の凹凸やカートリッジの厚さムラで外力が変化してしまうことを解決するために移動手段と装置本体との間にサスペンション機構を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１(a)は、カートリッジ３の斜視図、(b)は、カートリッジ３の上面図、(c)は、切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図、図２は、化学反応用装置１００を示したもので、カートリッジ３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
化学反応用装置１００は、基板１上に弾性体２が重ねて設けられて容器が構成され、基板１と弾性体２との間に溶液Ｘ，Ｙ（図４参照）が収容される複数の室２１〜２５及びこれら室２１〜２５を連結する流路２６a，２６b，２７a，２７bが形成されてなるカートリッジ３と、弾性体２の上面に接触しながら移動することにより、弾性体２に外力を加えて流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５あるいは両者を部分的に塞いで、塞がれた流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液Ｘ，Ｙを移動させる複数のスキージ（以下、第一のスキージ４１、第二のスキージ４２、第三のスキージ４３と言う）（移動手段）と、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液Ｘ，Ｙ，Ｚの溶液溜まりの状態を検出する検出センサ（検出手段）７１，７２とを備えている。また、検出センサ７１，７２によって溶液溜まりの状態が検出された場合に、第一〜第三のスキージ４１〜４３を駆動させて溶液溜まりの生じた箇所における弾性体２の表面を再度移動させて送液させる制御部（制御手段）を備えている。
【００１７】
基板１は、弾性体２からの外力に対する抗力を持たせるため硬質な材料からなり、反応プロトコルを実現するための室２１〜２５や流路２６a，２６b，２７a，２７bを収容するためと、位置決め及び形状維持のための長尺な平板状をなしている。
弾性体２は、気密状で弾力性のあるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などのシリコンゴムや高分子材料からなり、基板１と同様の大きさで長尺な平板状をなしている。なお、弾性体２は、ゴム以外にも粘弾性体や塑性体を使用することができる。弾性体２の基板１との接触面である下面には、それぞれ上面側に凹んで膨らむことができる溶液用の複数の凹部が形成されており、これら複数の凹部は、溶液が注入される注入用の注入室２１，２２と、注入室２１，２２内の溶液が反応する反応部用の反応室２３と、反応室２３で反応した溶液が分注される分注用の分注室２４，２５となる。また、弾性体２の下面には、注入室２１，２２と反応室２３とがそれぞれ繋がる流路２６a，２６bと、反応室２３と分注室２４，２５とがそれぞれ繋がる流路２７a，２７bとが形成されている。注入室２１，２２及び分注室２４，２５は平面視円形状で、反応室２３は平面視楕円形状である。そして、弾性体２の下面で、注入室２１，２２、反応室２３及び分注室２４，２５及び流路２６a，２６b，２７a，２７bを除く接着領域が、基板１の上面に接着されている。これによって注入室２１，２２、反応室２３、分注室２４，２５及び流路２６a，２６b，２７a，２７bが弾性体２と基板１とにより密閉されて、後述する溶液Ｘ，Ｙ，Ｚの外部漏れが防止される構造となっている。
【００１８】
図３(a)は、第一のスキージ４１の外観斜視図である。第一〜第三のスキージ４１〜４３は、上面の大きさが下面よりも大きく、側面視台形状をなした角柱であり、カートリッジ３の短手方向に沿って延在している。また、これらスキージ４１〜４３は、弾性体２への接触抵抗を軽減するため面取りしたＲ部を持っても良い。第一〜第三のスキージ４１〜４３は、カートリッジ３の長手方向において複数列設けられており（図２参照）、これら第一〜第三のスキージ４１〜４３が弾性体２の上面に接触しながら独立して移動するようになっている。第一〜第三のスキージ４１〜４３の上方には、各スキージ４１〜４３を弾性体２の上面でそれぞれ移動自在に支持する第一〜第三のステージ５１〜５３が設けられている。これら第一〜第三のステージ５１〜５３は、装置本体（図示しない）に取り付けられている。
第一〜第三のステージ５１〜５３は、各スキージ４１〜４３に沿って延在している。カートリッジ３に凹凸や厚さむらがあってもカートリッジ３に適切な外力を安定して与えるために、第一〜第三のスキージ４１〜４３と第一〜第三のステージ５１〜５３とは上下に伸縮自在なバネ（外力印加手段）６１〜６３によってそれぞれ連結されている。バネ６１〜６３は、その上端部が各ステージ５１〜５３の下面両端部にそれぞれ固定され、バネ６１〜６３の下端部に各スキージ４１〜４３の上面両端部が固定されている。このようにしてバネ６１〜６３により第一〜第三のスキージ４１〜４３を弾性体２の上面に所定加圧により接触しながら移動できる構造となっている。バネ６１〜６３はカートリッジ３に外力を与える方向の弾性率がカートリッジ３側の弾性率より低いことが好ましく、カートリッジ３の弾性率がバネ６１〜６３の弾性率の１．１倍以上であることが望ましい。これによって、弾性体２の凹凸を吸収して圧力を適切に加えることができるからである。
また、バネ６１〜６３は、コイル状バネ以外にも、図３(b)に示すようなスキージ４１の長手方向に沿って延在した板バネ６４を使用しても良い。
【００１９】
検出センサ７１，７２は、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は複数の室２１〜２５のうち、例えば、重要な反応がなされる箇所もしくはその箇所の上流部分又は下流部分に配置され、溶液溜まりの状態を検出する。本実施形態では、図２に示すように、第一のスキージ４１と第二のスキージ４２との間及び第二のスキージ４２と第三のスキージ４３との間に設けられている。
検出センサ７１，７２は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザ）などの流路２６a，２６b，２７a，２７b又は複数の室２１〜２５に光を照射する光源（光照射手段）７１１，７２１と、光が照射されることによって、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５内の溶液からの反射光を受光するフォトダイオード（受光手段）７１２，７２２とから構成されたものが挙げられる。そして、その反射光量の変化を検出することにより、溶液の残留状態を検出する。
また、図示しないが、ＬＥＤやＬＤによって光を照射する光源（光照射手段）と、光が照射されることによって、流路又は室内の溶液によって形成されたその画像パターンを検出するＣＣＤアレイセンサやＣＭＯＳアレイセンサ（画像検出手段）とから構成されたものでも良い。この場合、その画像パターンの変化から溶液の残留状態を検出する。また、光源で使用する光は、可視光でも良いし、可視光域に対して不透明な材料である弾性体２や基板１を使用している場合には、近赤外線領域や赤外線領域で発光する光を使用しても良い。
さらに、圧電素子などの流路又は室内の溶液に超音波を照射する超音波発振素子（超音波発振手段）と、溶液からの反射信号を検出する超音波受信素子（超音波受信手段）とから構成されたものでも良く、この場合も、その反射信号の変化から溶液の残留状態を検出することができる。
【００２０】
図４は、その他の検出手段の一例であり、(a)は、カートリッジ３とスキージ４１，４２とを示した平面図、(b)は、切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。図３に示すように、弾性体２や基板１を透明材料で構成し、弾性体２又は基板１の一部を屈折率の異なる材料で光導波路７３を形成し、光導波路７３の光の入射側に光源（例えば、ＬＥＤやＬＤなど）７４を設け、光導波路７３の出射側に光検出器（例えば、ＣＣＤアレイやＰＤなどの受光素子）７５を設け、光源７４からの光を光導波路７３に入射して光導波路７３を通った光の光量変化を光検出器７５で検出するように構成する。この場合、光導波路７３間に溶液溜まりがある場合に、その溶液を透過する光量が異なるため、その光量変化によって溶液溜まりの状態を検出できる。図４の場合は、光導波路７３を、反応室２３に連通するようにカートリッジ３の短手方向に沿って形成したものであり、光導波路７３を形成する箇所は反応室２３に限らず流路２６a，２６bや流路２７a，２７bに連通するようにカートリッジ３の短手方向に沿って形成しても良い。
また、光導波路７３を形成することが困難な場合は、図示しないが光ファイバを弾性体２や基板１内に埋め込み、上記と同様にして光量変化を検出するように構成しても良い。
【００２１】
制御部は、化学反応用装置１００の全体を制御しており、具体的には第一〜第三のステージ５１〜５３の駆動を開始させ、第一〜第三のステージ５１〜５３の移動によって第一〜第三のスキージ４１〜４３を移動させて送液させ、送液が終了した場合に第一〜第三のステージ５１〜５３の駆動を停止させる。また、送液中に随時、検出センサ７１，７２による検出信号により送液エラーによる溶液溜まりが生じているか否かを検出し、溶液溜まりが生じた場合に、第一〜第三のステージ５１〜５２の移動を停止させて送液を停止する。そして、溶液溜まりが生じた箇所にあるステージを元の位置に移動させた後、再度、送液方向に移動させてスキージによる再送液を行う。このとき、その他のスキージが弾性体２の上面を押さえ込むようスキージの駆動を制御する。
【００２２】
次に、化学反応用装置１００における送液動作について説明する。
図５、図６は、本発明に係る化学反応用カートリッジの一実施例を示す構成図である。複数のスキージが所定の間隔で配置され、同期して順次移動して送液していく動作の一部を説明するものである。図５(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した図で、カートリッジ３は図１(b)の切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図であり、図６(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した平面図である。なお、図５及び図６は図面の関係上、検出センサ７１，７２の図示を省略している。
まず、カートリッジ３に形成された図１(b)の注入室２１，２２に予め溶液Ｘと溶液Ｙをそれぞれ注入しておく。注入は、図１(c)に示すように弾性体２に例えば直接ニードル３２を突き刺してニードル３２により注入室２１，２２内に注入する。弾性体２が弾性材料で形成されているので、ニードル３２を抜くと針穴は自然に塞がる。なお、完全に密閉するためには溶液注入後に針穴を接着剤などで埋めるか、あるいは加熱溶解で封止しても良い。
【００２３】
図５(a)、図６(a)は、溶液Ｘ，Ｙの注入後、送液前の状態であり、弾性体２の上面左端部に第一のスキージ４１が位置しており、第一のスキージ４１の下面が弾性体２の上面に所定加圧で接触して弾性体２を押し潰している。この状態から第一のステージ５１が左側から右側に移動することにより同時に第一のスキージ４１が弾性体２の上面に沿って右側へ移動する。このとき、バネ６１の作用により所定加圧の状態で第一のスキージ４１の下面で弾性体２の上面が押し潰されながら、注入室２１，２２に収容されている溶液Ｘ，Ｙが右方向へと押し出されて、流路２６a，２６bを通って反応室２３へと移動する。
【００２４】
図５(b)，図６(b)に示すように、第一のステージ５１が所定距離移動し、第二のステージ５２のあった位置まで来るとともに、第二のステージ５２が右側に移動して第三のステージ５３の位置まで移動することによって、第二のスキージ４２も同様に弾性体２の上面に沿って移動する。そして、反応室２３内に送られた溶液Ｘ，Ｙが混合して反応する。ここで言う反応とは、例えば、混合、合成、溶解、分離などである。なお、このようにカートリッジ３を利用することにより、例えばダイオキシンやＤＮＡなどの検出が可能である。また、このとき第一のスキージ４１は弾性体２の上面を押圧しており、これによって送液された溶液の逆流が防止される。
【００２５】
図５(c)，図６(c)に示すように、第一のステージ５１が所定距離移動し、第三のステージ５３があった位置まで来ると、反応室２３で反応した反応後の溶液Ｚが流路２７a，２７bへとそれぞれ分離して移動する。さらに、第三のステージ５３が駆動して右側へと移動するとともに第三のスキージ４３が弾性体２の上面に沿って移動し、流路２７a，２７bから分注室２４，２５へと反応後の溶液Ｚが移動する。このとき、第一のスキージ４１は弾性体２の上面を押圧しており、これによって送液された溶液の逆流が防止される。
【００２６】
一方、上述した一連の送液動作の際に、検出センサ７１，７２によって溶液溜まりが生じているか否かが随時検出され、溶液溜まりが生じた場合は、第一〜第三のステージ５１〜５３の移動が停止する。そして、溶液溜まりが生じた箇所にあるスキージがカートリッジ３から離れて、ステージとともに元の位置に移動した後、再度、送液方向に移動することによりスキージによる再送液を行う。このとき、両脇のスキージは弾性体２の上面を押さえ込み、液体が対象領域外へ流出することを防ぐ。
具体的には、図７に示すように、例えば、第二のスキージ４２の位置で溶液溜まりが生じた場合、第二のスキージ４２の両側にある第一のスキージ４１と第三のスキージ４３とが弾性体２の上面を押圧することにより、溶液Ｘ，Ｙが逆戻りしたり先送りされないように押さえ込んだ状態で第二のスキージ４２が弾性体２の上面を移動して再送液が行われる。第一のスキージ４１と第三のスキージ４３とは逆止弁として機能する。
【００２７】
以上のように、弾性体２の上面に接触しながら互いに独立して移動自在な複数のスキージ４１〜４２及び複数のステージ５１〜５３と、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５内に生じた溶液溜まりの状態を検出する検出センサ７１，７２とを備え、溶液溜まりが生じた場合に検出センサ７１，７２によって自動的に検出されて、溶液溜まりが検出された箇所の弾性体２の上面をスキージ４２で移動させて再送液を行うので、送液エラーや空送りを防止することができ、確実に送液して溶液を反応させることができる。その結果、信頼性の高い送液を実現することができる。また、溶液溜まりの検出及び再送液が、手動ではなく自動的に行われるため効率が良い。
また、第一〜第三のスキージ４１〜４３と第一〜第三のステージ５１〜５３との間にバネ６１〜６３がそれぞれ設けられているので、弾性体２の撓みや凹凸、厚みが不均一で押圧面の力加減が不均一となる場合であっても、バネ６１〜６３によって弾性体２の撓みや凹凸を吸収して、各スキージ４１〜４３を弾性体２の上面に適切な圧力で押し付けて移動させることができる。よって、この点においても信頼性の高い送液とすることができる。
【００２８】
［第二の実施の形態］
図８は、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａが動作する前の状態を示した概略側断面図である。
本実施の形態の化学反応用装置１００Ａは、上記第一の実施の形態の化学反応用装置１００と異なり、カートリッジ３Ａが下向きに取り付けられており、カートリッジ３Ａの下面を第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａが移動するように構成されている。なお、カートリッジ３Ａ、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａ、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａは、第一の実施の形態のカートリッジ３、第一〜第三のスキージ４１〜４３、第一〜第三のステージ５１〜５３と同様のものであるため、同様の構成部分については同様の数字に英字Ａを付してその説明を省略する。
【００２９】
図８に示すように、天板８１Ａと底板８２Ａとが互いに対向し、天板８１Ａ及び底板８２Ａの左右両端部にそれぞれ立設された側板８３Ａ，８３Ａによって天板８１Ａ及び底板８２Ａが支持されている。天板８１Ａの下面には、カートリッジ３Ａが取り付けられており、底板８２Ａの上面には、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａが独立して左右に移動自在に設けられている。第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａと第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａとは二つのバネ６１Ａ〜６３Ａによってそれぞれ連結されている。バネ６１Ａ〜６３Ａにより第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａを弾性体２Ａの下面に所定の加圧により接触しながら移動できる構造となっている。また、バネ６１Ａ〜６３Ａはカートリッジ３Ａに外力を与える方向の弾性率がカートリッジ３Ａ側の弾性率より低いことが好ましく、カートリッジ３Ａの弾性率がバネ６１Ａ〜６３Ａの弾性率の１．１倍以上であることが望ましい。これによって、弾性体２Ａの凹凸を吸収して圧力を適切に加えることができるからである。
【００３０】
また、第一の実施の形態の検出センサ７１，７２と同様に、検出センサ７１Ａ，７２Ａが所定位置に設けられている。
さらに、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａの駆動の開始及び停止を制御したり、送液中に検出センサ７１Ａ，７２Ａによる検出結果から溶液溜まりが生じているか否かを検出して溶液溜まりが生じた場合に、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａによる再送液を行うよう制御する制御部を備えている。
【００３１】
そして、第一の実施の形態と同様の手順で送液が行われる。なお、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａの動作を示した平面図は図面の関係上、省略しているが、基本的に図６と同様である。
第一のステージ５１Ａが右側に移動することにより、弾性体２Ａの下面左端部に位置している第一のスキージ４１Ａを弾性体２Ａの下面に接触させて右側へ移動させる。このとき、バネ６１Ａの作用により所定加圧の状態で第一のスキージ４１Ａの上面で弾性体２Ａの下面が押し潰されながら、注入室に収容されている溶液Ｘ，Ｙが右方向へと押し出される。
【００３２】
第一のステージ５１Ａが所定距離移動し第二のステージ５２Ａの位置に移動してくると、同時に第二のステージ５２Ａが駆動して右側に移動する。同時に第一のスキージ４１Ａが弾性体２Ａの下面に沿って移動する。この場合にもバネ６１Ａの作用により所定加圧状態で第一のスキージ４１Ａの上面で弾性体２Ａの下面が押し潰されながら、溶液Ｘ，Ｙが右方向へと押し出されるとともに溶液Ｘ，Ｙによる反応が行われる。さらに、同様にして第一のステージ５１Ａが所定距離移動し第三のステージ５３Ａのあった位置まで移動してくると、第一のスキージ４１Ａが弾性体２Ａの下面に沿って移動し、溶液が右方向へと押し出される。
【００３３】
一方、上述した一連の送液動作の際に、検出センサ７１Ａ，７２Ａによって溶液溜まりが生じているか否かが検出されて、溶液溜まりが生じた場合は、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａの移動が停止する。そして、溶液溜まりが生じた箇所にあるステージが図示しない手段でカートリッジ３Ａから離れて元の位置に移動した後、再度、送液方向に移動することによりスキージによる再送液を行う。このとき、その他のスキージは弾性体２Ａの上面を押さえ込む。
【００３４】
以上のように、弾性体２Ａの上面に接触しながら互いに独立して移動自在な複数のスキージ４１Ａ〜４２Ａ及び複数のステージ５１Ａ〜５３Ａと、流路又は室内に生じた溶液溜まりの状態を検出する検出センサ７１Ａ，７２Ａとを備え、溶液溜まりが生じた場合に検出センサ７１Ａ，７２Ａによって自動的に検出されて、溶液溜まりが検出された箇所の弾性体２Ａの上面をスキージ４２Ａで移動させて再送液を行うので、送液エラーや空送りを防止することができ、確実に送液して溶液を反応させることができる。その結果、信頼性の高い送液を実現することができる。また、溶液溜まりの検出及び再送液が、手動ではなく自動的に行われるため効率が良い。
また、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａと第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａとの間にバネ６１Ａ〜６３Ａがそれぞれ設けられているので、弾性体２Ａの撓みや凹凸、厚みが不均一で押圧面の力加減が不均一となる場合であっても、バネ６１Ａ〜６３Ａによって弾性体２Ａの撓みや凹凸を吸収して、各スキージ４１Ａ〜４３Ａを弾性体２Ａの下面に適切な圧力で押し付けて移動させることができる。よって、この点においても信頼性の高い送液とすることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記第一及び第二の実施の形態では、送液する手段としてスキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａを使用したが、スキージ以外にも図９に示すような側面視円形状のローラ１４１〜１４３を使用することができる。なお、図９(a)〜(c)は、第一〜第三のローラ１４１〜１４３の動作を示した側断面図であり、図１０(a)は、第一のローラ１４１の外観斜視図である。図中、カートリッジ１４３は、第一の実施の形態のカートリッジ３と同様のものであり、バネ１４６〜１４８は、ローラ軸の両端部に取り付けられている。また、バネ１４６〜１４８としてコイル状のバネ以外にも、図１０(b)に示すようなローラ１４１の長手方向に沿って延在した板バネ１４９を使用しても良い。
【００３６】
また、スキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａやローラ１４１〜１４３を弾性体２，２Ａの上面に所定の加圧で押し付ける手段として、バネ６１〜６３、６１Ａ〜６３、１４６〜１４８以外にも弾性を有するゴムやエラストマとしても良く、また、空気圧、磁気力や圧力センサを持つ圧電素子などで最適にかつ自動的に所定の加圧で押し付けることができるように制御した構成としても良い。また、加圧力を圧力センサで測定し、前記空気圧や磁気力、圧電素子への印加電圧を変化させても良い。また、スキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａやローラ１４１〜１４３などの押圧部材にバネや弾性体を設けたが、例えば、８１Ａのようなカートリッジ３Ａを支持する天板にバネや弾性体を設けても良い。
【００３７】
さらに、スキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａやローラ１４１〜１４３の個数は複数であれば適宜変更可能であり、これに伴ってステージ５１〜５３、５１Ａ〜５３Ａの個数も変更しても良い。なお、上記第一の実施の形態では、第一のスキージ４１に対して第一のステージ５１を設けて、第二のスキージ４２に対して第二のステージ５２に設け、さらに第三のスキージ４３に対して第三のステージ５３を設け、一つのスキージに対して一つのステージを設けて、各スキージ毎に独立して移動できる構成としたが、複数のスキージが独立して移動できる構成であれば、例えば、三つのスキージのうち、二つのスキージを駆動させるステージを一つのステージで共通化し、残りの一つのスキージは独立したステージで駆動できるようにしても構わない。あるいは、バネのみの構成としても良く、スキージは一つだけであっても良い。
また、カートリッジ３，３Ａに形成された複数の室２１〜２５、流路２６a，２６b，２７a，２７bの形状や個数等も上述したものに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】(a)は、カートリッジ３の斜視図、(b)は、カートリッジ３の上面図、(c)は、切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図２】化学反応用装置１００を示したもので、カートリッジ３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図３】(a)は、コイルバネ６１を使用した場合の第一のスキージ４１の外観斜視図、(b)は、板バネ６４を使用した場合の第一のスキージ４１の外観斜視図である。
【図４】検出手段の変形例であり、(a)は、カートリッジ３とスキージ４１，４２とを示した平面図、(b)は、切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図５】(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した図で、カートリッジ３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図６】(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した平面図である。
【図７】溶液溜まりが生じた場合の第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した側断面図である。
【図８】第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａが動作する前の状態を示した側断面図である。
【図９】(a)〜(c)は、第一〜第三のローラ１４１〜１４３の動作を示した図で、カートリッジ１４３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１０】(a)は、コイルバネ１４６を使用した場合の第一のローラ１４１の外観斜視図、(b)は、板バネ１４９を使用した場合の第一のローラ１４１の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 基板
２ 弾性体
３ カートリッジ
６１，６２，６３ バネ（外力印加手段）
７１，７２ 検出センサ（検出手段）
２１，２２ 注入室（室）
２３ 反応室（室）
２４，２５ 分注室（室）
２６a，２６b，２７a，２７b 流路
４１ 第一のスキージ（移動手段）
４２ 第二のスキージ（移動手段）
４３ 第三のスキージ（移動手段）
５１ 第一のステージ
５２ 第二のステージ
５３ 第三のステージ
７１１，７１２ 光源（光照射手段）
７２１，７２２ フォトダイオード（受光手段）
７３ 光導波路
１００ 化学反応用装置
Ｘ，Ｙ，Ｚ 溶液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶液の混合、合成、溶解、分離などの化学反応を自動的に行うことのできる化学反応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶液の合成や溶解、検出、分離などの処理においては、通常、試験管やビーカー、ピペットなどが利用されていた。例えば、物質Ａと物質Ｂを試験管あるいはビーカーなどに採取しておき、これを他の試験管あるいはビーカーなどの容器に注入し、混合・攪拌などして物質Ｃを作る。このようにして合成された物質Ｃについては、例えば発光、発熱、呈色、比色などの観察が行われる。あるいは、混合した物質をろ過あるいは遠心分離などして、目的の物質を分離抽出することもある。
【０００３】
また、溶解の処理、例えば有機溶剤で溶かすなどの処理においても試験管あるいはビーカーなどのガラス器具を用いて行っており、検出処理の場合も同様に、被試験物質と試薬を容器に入れてその反応結果を観察している。
このような化学反応用カートリッジとして、例えば、弾性体の裏面に表面側に膨らむことが可能な複数の反応室と、これら複数の反応室を繋ぐ流路が形成され、弾性体の裏面に、反応室及び流路を密閉するように基板を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この化学反応用カートリッジにおいては、予め反応室内に溶液を注入しておき、弾性体の表面側からローラを押し付けることにより、流路又は反応室あるいは両者が部分的に塞がれて、その流路又は反応室内にある溶液が移動し、これによって溶液が反応する。
【特許文献１】特開２００５−０３７３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１では、弾性体の表面側からローラで圧力を加えることにより容器内の溶液を送る方法が提案されているが、一方で送液の自動化が試みられており、その場合に溶液室や流路から溶液を確実に移動させて空送りや送液エラーを防止することが要求されている。特に貴重なサンプルや稀少なサンプルを測定検査する場合には、送液エラーによる失敗は許されない。そのため、送液エラーや空送りを防止して、信頼性の高い送液駆動機構が要求されている。また、外力を与えるために、ローラでカートリッジを押すことで加圧しているが、変位で加圧すると、カートリッジ表面の凹凸やカートリッジの厚さむらで外力が変化してしまう。その結果、送液エラーや空送りが生じるという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、送液エラーや空送りを確実に防止でき、信頼性の高い送液及び送液の自動化を実現することのできる化学反応用装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、溶液を送ることによって溶液の化学的な反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、互いに独立して移動自在であり、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を封止又は移動させる移動手段と、
前記流路又は室にある溶液溜まりの状態を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段によって溶液溜まりの状態が検出されることにより、前記移動手段を駆動させて前記溶液溜まりが検出された前記弾性体の表面を前記移動手段により再度移動させて送液する制御手段を備えていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項２に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって前記溶液から反射する反射光、透過光又は蛍光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項４の発明は、請求項２に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって形成される前記溶液の画像を、画像信号として検出する画像検出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項５の発明は、請求項４に記載の化学反応用装置において、
前記カートリッジに、前記複数の室又は流路内に連通する光導波路が形成され、
前記光照射手段によって照射された光が前記光導波路を通って前記複数の室又は流路内に導かれた後、前記画像検出手段で検出されることを特徴とする。
【００１０】
請求項６の発明は、請求項２に記載の化学反応用装置において、
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に超音波を発振する超音波発振手段と、超音波が発振されることによって前記溶液から発振される超音波信号を受信する超音波受信手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項７の発明は、溶液を送ることによって溶液の化学反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を移動させる外力引加手段を有し、
前記外力印加手段は、前記カートリッジに外力を加える方向の弾性率が、対応するカートリッジ側の弾性率より低いことを特徴とする。
【００１２】
請求項８の発明は、請求項７に記載の化学反応用装置において、
前記カートリッジの弾性率が前記外力印加手段の１．１倍以上であることを特徴とする。
【００１３】
請求項９の発明は、請求項７又は８に記載の化学反応用装置において、
前記外力印加手段が、前記弾性体の表面に接触しながら移動する移動手段と、前記移動手段を移動自在に支持する装置本体との間に介在されて、弾性率を確保するためのバネ、ゴム、エラストマ、磁気力、空気圧又は圧電素子のいずれかであることを特徴とする。
【００１４】
請求項１０の発明は、請求項９に記載の化学反応用装置において、
加圧力を圧力センサで測定し、前記圧電素子への印加電圧を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、検出手段によって溶液溜まりの状態を検出し、溶液溜まりの状態が検出された箇所を移動手段によって再送液することにより、送液エラーや空送りを確実に防止でき、信頼性の高い送液及び送液の自動化を実現することができる。また、外力を与えて送液駆動する際に、カートリッジ表面の凹凸やカートリッジの厚さムラで外力が変化してしまうことを解決するために移動手段と装置本体との間にサスペンション機構を有するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１(a)は、カートリッジ３の斜視図、(b)は、カートリッジ３の上面図、(c)は、切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図、図２は、化学反応用装置１００を示したもので、カートリッジ３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
化学反応用装置１００は、基板１上に弾性体２が重ねて設けられて容器が構成され、基板１と弾性体２との間に溶液Ｘ，Ｙ（図４参照）が収容される複数の室２１〜２５及びこれら室２１〜２５を連結する流路２６a，２６b，２７a，２７bが形成されてなるカートリッジ３と、弾性体２の上面に接触しながら移動することにより、弾性体２に外力を加えて流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５あるいは両者を部分的に塞いで、塞がれた流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液Ｘ，Ｙを移動させる複数のスキージ（以下、第一のスキージ４１、第二のスキージ４２、第三のスキージ４３と言う）（移動手段）と、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５にある溶液Ｘ，Ｙ，Ｚの溶液溜まりの状態を検出する検出センサ（検出手段）７１，７２とを備えている。また、検出センサ７１，７２によって溶液溜まりの状態が検出された場合に、第一〜第三のスキージ４１〜４３を駆動させて溶液溜まりの生じた箇所における弾性体２の表面を再度移動させて送液させる制御部（制御手段）を備えている。
【００１７】
基板１は、弾性体２からの外力に対する抗力を持たせるため硬質な材料からなり、反応プロトコルを実現するための室２１〜２５や流路２６a，２６b，２７a，２７bを収容するためと、位置決め及び形状維持のための長尺な平板状をなしている。
弾性体２は、気密状で弾力性のあるＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）などのシリコンゴムや高分子材料からなり、基板１と同様の大きさで長尺な平板状をなしている。なお、弾性体２は、ゴム以外にも粘弾性体や塑性体を使用することができる。弾性体２の基板１との接触面である下面には、それぞれ上面側に凹んで膨らむことができる溶液用の複数の凹部が形成されており、これら複数の凹部は、溶液が注入される注入用の注入室２１，２２と、注入室２１，２２内の溶液が反応する反応部用の反応室２３と、反応室２３で反応した溶液が分注される分注用の分注室２４，２５となる。また、弾性体２の下面には、注入室２１，２２と反応室２３とがそれぞれ繋がる流路２６a，２６bと、反応室２３と分注室２４，２５とがそれぞれ繋がる流路２７a，２７bとが形成されている。注入室２１，２２及び分注室２４，２５は平面視円形状で、反応室２３は平面視楕円形状である。そして、弾性体２の下面で、注入室２１，２２、反応室２３及び分注室２４，２５及び流路２６a，２６b，２７a，２７bを除く接着領域が、基板１の上面に接着されている。これによって注入室２１，２２、反応室２３、分注室２４，２５及び流路２６a，２６b，２７a，２７bが弾性体２と基板１とにより密閉されて、後述する溶液Ｘ，Ｙ，Ｚの外部漏れが防止される構造となっている。
【００１８】
図３(a)は、第一のスキージ４１の外観斜視図である。第一〜第三のスキージ４１〜４３は、上面の大きさが下面よりも大きく、側面視台形状をなした角柱であり、カートリッジ３の短手方向に沿って延在している。また、これらスキージ４１〜４３は、弾性体２への接触抵抗を軽減するため面取りしたＲ部を持っても良い。第一〜第三のスキージ４１〜４３は、カートリッジ３の長手方向において複数列設けられており（図２参照）、これら第一〜第三のスキージ４１〜４３が弾性体２の上面に接触しながら独立して移動するようになっている。第一〜第三のスキージ４１〜４３の上方には、各スキージ４１〜４３を弾性体２の上面でそれぞれ移動自在に支持する第一〜第三のステージ５１〜５３が設けられている。これら第一〜第三のステージ５１〜５３は、装置本体（図示しない）に取り付けられている。
第一〜第三のステージ５１〜５３は、各スキージ４１〜４３に沿って延在している。カートリッジ３に凹凸や厚さむらがあってもカートリッジ３に適切な外力を安定して与えるために、第一〜第三のスキージ４１〜４３と第一〜第三のステージ５１〜５３とは上下に伸縮自在なバネ（外力印加手段）６１〜６３によってそれぞれ連結されている。バネ６１〜６３は、その上端部が各ステージ５１〜５３の下面両端部にそれぞれ固定され、バネ６１〜６３の下端部に各スキージ４１〜４３の上面両端部が固定されている。このようにしてバネ６１〜６３により第一〜第三のスキージ４１〜４３を弾性体２の上面に所定加圧により接触しながら移動できる構造となっている。バネ６１〜６３はカートリッジ３に外力を与える方向の弾性率がカートリッジ３側の弾性率より低いことが好ましく、カートリッジ３の弾性率がバネ６１〜６３の弾性率の１．１倍以上であることが望ましい。これによって、弾性体２の凹凸を吸収して圧力を適切に加えることができるからである。
また、バネ６１〜６３は、コイル状バネ以外にも、図３(b)に示すようなスキージ４１の長手方向に沿って延在した板バネ６４を使用しても良い。
【００１９】
検出センサ７１，７２は、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は複数の室２１〜２５のうち、例えば、重要な反応がなされる箇所もしくはその箇所の上流部分又は下流部分に配置され、溶液溜まりの状態を検出する。本実施形態では、図２に示すように、第一のスキージ４１と第二のスキージ４２との間及び第二のスキージ４２と第三のスキージ４３との間に設けられている。
検出センサ７１，７２は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（半導体レーザ）などの流路２６a，２６b，２７a，２７b又は複数の室２１〜２５に光を照射する光源（光照射手段）７１１，７２１と、光が照射されることによって、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５内の溶液からの反射光を受光するフォトダイオード（受光手段）７１２，７２２とから構成されたものが挙げられる。そして、その反射光量の変化を検出することにより、溶液の残留状態を検出する。
また、図示しないが、ＬＥＤやＬＤによって光を照射する光源（光照射手段）と、光が照射されることによって、流路又は室内の溶液によって形成されたその画像パターンを検出するＣＣＤアレイセンサやＣＭＯＳアレイセンサ（画像検出手段）とから構成されたものでも良い。この場合、その画像パターンの変化から溶液の残留状態を検出する。また、光源で使用する光は、可視光でも良いし、可視光域に対して不透明な材料である弾性体２や基板１を使用している場合には、近赤外線領域や赤外線領域で発光する光を使用しても良い。
さらに、圧電素子などの流路又は室内の溶液に超音波を照射する超音波発振素子（超音波発振手段）と、溶液からの反射信号を検出する超音波受信素子（超音波受信手段）とから構成されたものでも良く、この場合も、その反射信号の変化から溶液の残留状態を検出することができる。
【００２０】
図４は、その他の検出手段の一例であり、(a)は、カートリッジ３とスキージ４１，４２とを示した平面図、(b)は、切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。図３に示すように、弾性体２や基板１を透明材料で構成し、弾性体２又は基板１の一部を屈折率の異なる材料で光導波路７３を形成し、光導波路７３の光の入射側に光源（例えば、ＬＥＤやＬＤなど）７４を設け、光導波路７３の出射側に光検出器（例えば、ＣＣＤアレイやＰＤなどの受光素子）７５を設け、光源７４からの光を光導波路７３に入射して光導波路７３を通った光の光量変化を光検出器７５で検出するように構成する。この場合、光導波路７３間に溶液溜まりがある場合に、その溶液を透過する光量が異なるため、その光量変化によって溶液溜まりの状態を検出できる。図４の場合は、光導波路７３を、反応室２３に連通するようにカートリッジ３の短手方向に沿って形成したものであり、光導波路７３を形成する箇所は反応室２３に限らず流路２６a，２６bや流路２７a，２７bに連通するようにカートリッジ３の短手方向に沿って形成しても良い。
また、光導波路７３を形成することが困難な場合は、図示しないが光ファイバを弾性体２や基板１内に埋め込み、上記と同様にして光量変化を検出するように構成しても良い。
【００２１】
制御部は、化学反応用装置１００の全体を制御しており、具体的には第一〜第三のステージ５１〜５３の駆動を開始させ、第一〜第三のステージ５１〜５３の移動によって第一〜第三のスキージ４１〜４３を移動させて送液させ、送液が終了した場合に第一〜第三のステージ５１〜５３の駆動を停止させる。また、送液中に随時、検出センサ７１，７２による検出信号により送液エラーによる溶液溜まりが生じているか否かを検出し、溶液溜まりが生じた場合に、第一〜第三のステージ５１〜５２の移動を停止させて送液を停止する。そして、溶液溜まりが生じた箇所にあるステージを元の位置に移動させた後、再度、送液方向に移動させてスキージによる再送液を行う。このとき、その他のスキージが弾性体２の上面を押さえ込むようスキージの駆動を制御する。
【００２２】
次に、化学反応用装置１００における送液動作について説明する。
図５、図６は、本発明に係る化学反応用カートリッジの一実施例を示す構成図である。複数のスキージが所定の間隔で配置され、同期して順次移動して送液していく動作の一部を説明するものである。図５(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した図で、カートリッジ３は図１(b)の切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図であり、図６(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した平面図である。なお、図５及び図６は図面の関係上、検出センサ７１，７２の図示を省略している。
まず、カートリッジ３に形成された図１(b)の注入室２１，２２に予め溶液Ｘと溶液Ｙをそれぞれ注入しておく。注入は、図１(c)に示すように弾性体２に例えば直接ニードル３２を突き刺してニードル３２により注入室２１，２２内に注入する。弾性体２が弾性材料で形成されているので、ニードル３２を抜くと針穴は自然に塞がる。なお、完全に密閉するためには溶液注入後に針穴を接着剤などで埋めるか、あるいは加熱溶解で封止しても良い。
【００２３】
図５(a)、図６(a)は、溶液Ｘ，Ｙの注入後、送液前の状態であり、弾性体２の上面左端部に第一のスキージ４１が位置しており、第一のスキージ４１の下面が弾性体２の上面に所定加圧で接触して弾性体２を押し潰している。この状態から第一のステージ５１が左側から右側に移動することにより同時に第一のスキージ４１が弾性体２の上面に沿って右側へ移動する。このとき、バネ６１の作用により所定加圧の状態で第一のスキージ４１の下面で弾性体２の上面が押し潰されながら、注入室２１，２２に収容されている溶液Ｘ，Ｙが右方向へと押し出されて、流路２６a，２６bを通って反応室２３へと移動する。
【００２４】
図５(b)，図６(b)に示すように、第一のステージ５１が所定距離移動し、第二のステージ５２のあった位置まで来るとともに、第二のステージ５２が右側に移動して第三のステージ５３の位置まで移動することによって、第二のスキージ４２も同様に弾性体２の上面に沿って移動する。そして、反応室２３内に送られた溶液Ｘ，Ｙが混合して反応する。ここで言う反応とは、例えば、混合、合成、溶解、分離などである。なお、このようにカートリッジ３を利用することにより、例えばダイオキシンやＤＮＡなどの検出が可能である。また、このとき第一のスキージ４１は弾性体２の上面を押圧しており、これによって送液された溶液の逆流が防止される。
【００２５】
図５(c)，図６(c)に示すように、第一のステージ５１が所定距離移動し、第三のステージ５３があった位置まで来ると、反応室２３で反応した反応後の溶液Ｚが流路２７a，２７bへとそれぞれ分離して移動する。さらに、第三のステージ５３が駆動して右側へと移動するとともに第三のスキージ４３が弾性体２の上面に沿って移動し、流路２７a，２７bから分注室２４，２５へと反応後の溶液Ｚが移動する。このとき、第一のスキージ４１は弾性体２の上面を押圧しており、これによって送液された溶液の逆流が防止される。
【００２６】
一方、上述した一連の送液動作の際に、検出センサ７１，７２によって溶液溜まりが生じているか否かが随時検出され、溶液溜まりが生じた場合は、第一〜第三のステージ５１〜５３の移動が停止する。そして、溶液溜まりが生じた箇所にあるスキージがカートリッジ３から離れて、ステージとともに元の位置に移動した後、再度、送液方向に移動することによりスキージによる再送液を行う。このとき、両脇のスキージは弾性体２の上面を押さえ込み、液体が対象領域外へ流出することを防ぐ。
具体的には、図７に示すように、例えば、第二のスキージ４２の位置で溶液溜まりが生じた場合、第二のスキージ４２の両側にある第一のスキージ４１と第三のスキージ４３とが弾性体２の上面を押圧することにより、溶液Ｘ，Ｙが逆戻りしたり先送りされないように押さえ込んだ状態で第二のスキージ４２が弾性体２の上面を移動して再送液が行われる。第一のスキージ４１と第三のスキージ４３とは逆止弁として機能する。
【００２７】
以上のように、弾性体２の上面に接触しながら互いに独立して移動自在な複数のスキージ４１〜４２及び複数のステージ５１〜５３と、流路２６a，２６b，２７a，２７b又は室２１〜２５内に生じた溶液溜まりの状態を検出する検出センサ７１，７２とを備え、溶液溜まりが生じた場合に検出センサ７１，７２によって自動的に検出されて、溶液溜まりが検出された箇所の弾性体２の上面をスキージ４２で移動させて再送液を行うので、送液エラーや空送りを防止することができ、確実に送液して溶液を反応させることができる。その結果、信頼性の高い送液を実現することができる。また、溶液溜まりの検出及び再送液が、手動ではなく自動的に行われるため効率が良い。
また、第一〜第三のスキージ４１〜４３と第一〜第三のステージ５１〜５３との間にバネ６１〜６３がそれぞれ設けられているので、弾性体２の撓みや凹凸、厚みが不均一で押圧面の力加減が不均一となる場合であっても、バネ６１〜６３によって弾性体２の撓みや凹凸を吸収して、各スキージ４１〜４３を弾性体２の上面に適切な圧力で押し付けて移動させることができる。よって、この点においても信頼性の高い送液とすることができる。
【００２８】
［第二の実施の形態］
図８は、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａが動作する前の状態を示した概略側断面図である。
本実施の形態の化学反応用装置１００Ａは、上記第一の実施の形態の化学反応用装置１００と異なり、カートリッジ３Ａが下向きに取り付けられており、カートリッジ３Ａの下面を第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａが移動するように構成されている。なお、カートリッジ３Ａ、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａ、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａは、第一の実施の形態のカートリッジ３、第一〜第三のスキージ４１〜４３、第一〜第三のステージ５１〜５３と同様のものであるため、同様の構成部分については同様の数字に英字Ａを付してその説明を省略する。
【００２９】
図８に示すように、天板８１Ａと底板８２Ａとが互いに対向し、天板８１Ａ及び底板８２Ａの左右両端部にそれぞれ立設された側板８３Ａ，８３Ａによって天板８１Ａ及び底板８２Ａが支持されている。天板８１Ａの下面には、カートリッジ３Ａが取り付けられており、底板８２Ａの上面には、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａが独立して左右に移動自在に設けられている。第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａと第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａとは二つのバネ６１Ａ〜６３Ａによってそれぞれ連結されている。バネ６１Ａ〜６３Ａにより第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａを弾性体２Ａの下面に所定の加圧により接触しながら移動できる構造となっている。また、バネ６１Ａ〜６３Ａはカートリッジ３Ａに外力を与える方向の弾性率がカートリッジ３Ａ側の弾性率より低いことが好ましく、カートリッジ３Ａの弾性率がバネ６１Ａ〜６３Ａの弾性率の１．１倍以上であることが望ましい。これによって、弾性体２Ａの凹凸を吸収して圧力を適切に加えることができるからである。
【００３０】
また、第一の実施の形態の検出センサ７１，７２と同様に、検出センサ７１Ａ，７２Ａが所定位置に設けられている。
さらに、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａの駆動の開始及び停止を制御したり、送液中に検出センサ７１Ａ，７２Ａによる検出結果から溶液溜まりが生じているか否かを検出して溶液溜まりが生じた場合に、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａによる再送液を行うよう制御する制御部を備えている。
【００３１】
そして、第一の実施の形態と同様の手順で送液が行われる。なお、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａの動作を示した平面図は図面の関係上、省略しているが、基本的に図６と同様である。
第一のステージ５１Ａが右側に移動することにより、弾性体２Ａの下面左端部に位置している第一のスキージ４１Ａを弾性体２Ａの下面に接触させて右側へ移動させる。このとき、バネ６１Ａの作用により所定加圧の状態で第一のスキージ４１Ａの上面で弾性体２Ａの下面が押し潰されながら、注入室に収容されている溶液Ｘ，Ｙが右方向へと押し出される。
【００３２】
第一のステージ５１Ａが所定距離移動し第二のステージ５２Ａの位置に移動してくると、同時に第二のステージ５２Ａが駆動して右側に移動する。同時に第一のスキージ４１Ａが弾性体２Ａの下面に沿って移動する。この場合にもバネ６１Ａの作用により所定加圧状態で第一のスキージ４１Ａの上面で弾性体２Ａの下面が押し潰されながら、溶液Ｘ，Ｙが右方向へと押し出されるとともに溶液Ｘ，Ｙによる反応が行われる。さらに、同様にして第一のステージ５１Ａが所定距離移動し第三のステージ５３Ａのあった位置まで移動してくると、第一のスキージ４１Ａが弾性体２Ａの下面に沿って移動し、溶液が右方向へと押し出される。
【００３３】
一方、上述した一連の送液動作の際に、検出センサ７１Ａ，７２Ａによって溶液溜まりが生じているか否かが検出されて、溶液溜まりが生じた場合は、第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａの移動が停止する。そして、溶液溜まりが生じた箇所にあるステージが図示しない手段でカートリッジ３Ａから離れて元の位置に移動した後、再度、送液方向に移動することによりスキージによる再送液を行う。このとき、その他のスキージは弾性体２Ａの上面を押さえ込む。
【００３４】
以上のように、弾性体２Ａの上面に接触しながら互いに独立して移動自在な複数のスキージ４１Ａ〜４２Ａ及び複数のステージ５１Ａ〜５３Ａと、流路又は室内に生じた溶液溜まりの状態を検出する検出センサ７１Ａ，７２Ａとを備え、溶液溜まりが生じた場合に検出センサ７１Ａ，７２Ａによって自動的に検出されて、溶液溜まりが検出された箇所の弾性体２Ａの上面をスキージ４２Ａで移動させて再送液を行うので、送液エラーや空送りを防止することができ、確実に送液して溶液を反応させることができる。その結果、信頼性の高い送液を実現することができる。また、溶液溜まりの検出及び再送液が、手動ではなく自動的に行われるため効率が良い。
また、第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａと第一〜第三のステージ５１Ａ〜５３Ａとの間にバネ６１Ａ〜６３Ａがそれぞれ設けられているので、弾性体２Ａの撓みや凹凸、厚みが不均一で押圧面の力加減が不均一となる場合であっても、バネ６１Ａ〜６３Ａによって弾性体２Ａの撓みや凹凸を吸収して、各スキージ４１Ａ〜４３Ａを弾性体２Ａの下面に適切な圧力で押し付けて移動させることができる。よって、この点においても信頼性の高い送液とすることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記第一及び第二の実施の形態では、送液する手段としてスキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａを使用したが、スキージ以外にも図９に示すような側面視円形状のローラ１４１〜１４３を使用することができる。なお、図９(a)〜(c)は、第一〜第三のローラ１４１〜１４３の動作を示した側断面図であり、図１０(a)は、第一のローラ１４１の外観斜視図である。図中、カートリッジ１４３は、第一の実施の形態のカートリッジ３と同様のものであり、バネ１４６〜１４８は、ローラ軸の両端部に取り付けられている。また、バネ１４６〜１４８としてコイル状のバネ以外にも、図１０(b)に示すようなローラ１４１の長手方向に沿って延在した板バネ１４９を使用しても良い。
【００３６】
また、スキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａやローラ１４１〜１４３を弾性体２，２Ａの上面に所定の加圧で押し付ける手段として、バネ６１〜６３、６１Ａ〜６３、１４６〜１４８以外にも弾性を有するゴムやエラストマとしても良く、また、空気圧、磁気力や圧力センサを持つ圧電素子などで最適にかつ自動的に所定の加圧で押し付けることができるように制御した構成としても良い。また、加圧力を圧力センサで測定し、前記空気圧や磁気力、圧電素子への印加電圧を変化させても良い。また、スキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａやローラ１４１〜１４３などの押圧部材にバネや弾性体を設けたが、例えば、８１Ａのようなカートリッジ３Ａを支持する天板にバネや弾性体を設けても良い。
【００３７】
さらに、スキージ４１〜４３、４１Ａ〜４３Ａやローラ１４１〜１４３の個数は複数であれば適宜変更可能であり、これに伴ってステージ５１〜５３、５１Ａ〜５３Ａの個数も変更しても良い。なお、上記第一の実施の形態では、第一のスキージ４１に対して第一のステージ５１を設けて、第二のスキージ４２に対して第二のステージ５２に設け、さらに第三のスキージ４３に対して第三のステージ５３を設け、一つのスキージに対して一つのステージを設けて、各スキージ毎に独立して移動できる構成としたが、複数のスキージが独立して移動できる構成であれば、例えば、三つのスキージのうち、二つのスキージを駆動させるステージを一つのステージで共通化し、残りの一つのスキージは独立したステージで駆動できるようにしても構わない。あるいは、バネのみの構成としても良く、スキージは一つだけであっても良い。
また、カートリッジ３，３Ａに形成された複数の室２１〜２５、流路２６a，２６b，２７a，２７bの形状や個数等も上述したものに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】(a)は、カートリッジ３の斜視図、(b)は、カートリッジ３の上面図、(c)は、切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図２】化学反応用装置１００を示したもので、カートリッジ３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図３】(a)は、コイルバネ６１を使用した場合の第一のスキージ４１の外観斜視図、(b)は、板バネ６４を使用した場合の第一のスキージ４１の外観斜視図である。
【図４】検出手段の変形例であり、(a)は、カートリッジ３とスキージ４１，４２とを示した平面図、(b)は、切断線IV−IVに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図５】(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した図で、カートリッジ３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図６】(a)〜(c)は、第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した平面図である。
【図７】溶液溜まりが生じた場合の第一〜第三のスキージ４１〜４３の動作を示した側断面図である。
【図８】第一〜第三のスキージ４１Ａ〜４３Ａが動作する前の状態を示した側断面図である。
【図９】(a)〜(c)は、第一〜第三のローラ１４１〜１４３の動作を示した図で、カートリッジ１４３は切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
【図１０】(a)は、コイルバネ１４６を使用した場合の第一のローラ１４１の外観斜視図、(b)は、板バネ１４９を使用した場合の第一のローラ１４１の外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 基板
２ 弾性体
３ カートリッジ
６１，６２，６３ バネ（外力印加手段）
７１，７２ 検出センサ（検出手段）
２１，２２ 注入室（室）
２３ 反応室（室）
２４，２５ 分注室（室）
２６a，２６b，２７a，２７b 流路
４１ 第一のスキージ（移動手段）
４２ 第二のスキージ（移動手段）
４３ 第三のスキージ（移動手段）
５１ 第一のステージ
５２ 第二のステージ
５３ 第三のステージ
７１１，７１２ 光源（光照射手段）
７２１，７２２ フォトダイオード（受光手段）
７３ 光導波路
１００ 化学反応用装置
Ｘ，Ｙ，Ｚ 溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶液を送ることによって溶液の化学的な反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、互いに独立して移動自在であり、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を封止又は移動させる移動手段と、
前記流路又は室にある溶液溜まりの状態を検出する検出手段とを備えることを特徴とする化学反応用装置。
【請求項２】
前記検出手段によって溶液溜まりの状態が検出されることにより、前記移動手段を駆動させて前記溶液溜まりが検出された前記弾性体の表面を前記移動手段により再度移動させて送液する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用装置。
【請求項３】
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって前記溶液から反射する反射光、透過光又は蛍光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用装置。
【請求項４】
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって形成される前記溶液の画像を、画像信号として検出する画像検出手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用装置。
【請求項５】
前記カートリッジに、前記複数の室又は流路内に連通する光導波路が形成され、
前記光照射手段によって照射された光が前記光導波路を通って前記複数の室又は流路内に導かれた後、前記画像検出手段で検出されることを特徴とする請求項４に記載の化学反応用装置。
【請求項６】
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に超音波を発振する超音波発振手段と、超音波が発振されることによって前記溶液から発振される超音波信号を受信する超音波受信手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用装置。
【請求項７】
溶液を送ることによって溶液の化学反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を移動させる外力引加手段を有し、
前記外力印加手段は、前記カートリッジに外力を加える方向の弾性率が、対応するカートリッジ側の弾性率より低いことを特徴とする化学反応用装置。
【請求項８】
前記カートリッジの弾性率が前記外力印加手段の１．１倍以上であることを特徴とする請求項７に記載の化学反応用装置。
【請求項９】
前記外力印加手段が、前記弾性体の表面に接触しながら移動する移動手段と、前記移動手段を移動自在に支持する装置本体との間に介在されて、弾性率を確保するためのバネ、ゴム、エラストマ、磁気力、空気圧又は圧電素子のいずれかであることを特徴とする請求項７又は８に記載の化学反応用装置。
【請求項１０】
加圧力を圧力センサで測定し、前記圧電素子への印加電圧を変化させることを特徴とする請求項９に記載の化学反応用装置。
【請求項１】
溶液を送ることによって溶液の化学的な反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、互いに独立して移動自在であり、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を封止又は移動させる移動手段と、
前記流路又は室にある溶液溜まりの状態を検出する検出手段とを備えることを特徴とする化学反応用装置。
【請求項２】
前記検出手段によって溶液溜まりの状態が検出されることにより、前記移動手段を駆動させて前記溶液溜まりが検出された前記弾性体の表面を前記移動手段により再度移動させて送液する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の化学反応用装置。
【請求項３】
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって前記溶液から反射する反射光、透過光又は蛍光を受光する受光手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用装置。
【請求項４】
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に光を照射する光照射手段と、光が照射されることによって形成される前記溶液の画像を、画像信号として検出する画像検出手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用装置。
【請求項５】
前記カートリッジに、前記複数の室又は流路内に連通する光導波路が形成され、
前記光照射手段によって照射された光が前記光導波路を通って前記複数の室又は流路内に導かれた後、前記画像検出手段で検出されることを特徴とする請求項４に記載の化学反応用装置。
【請求項６】
前記検出手段が、前記複数の室又は流路内の溶液に超音波を発振する超音波発振手段と、超音波が発振されることによって前記溶液から発振される超音波信号を受信する超音波受信手段とを備えることを特徴とする請求項２に記載の化学反応用装置。
【請求項７】
溶液を送ることによって溶液の化学反応を行う化学反応用装置であって、
容器の少なくとも一部が弾性体で形成されており、前記溶液が収容される複数の室及び複数の室を連結する流路を有するカートリッジに対して、前記弾性体の表面に接触しながら移動することにより、前記弾性体に外力を加えて前記流路又は室にある溶液を移動させる外力引加手段を有し、
前記外力印加手段は、前記カートリッジに外力を加える方向の弾性率が、対応するカートリッジ側の弾性率より低いことを特徴とする化学反応用装置。
【請求項８】
前記カートリッジの弾性率が前記外力印加手段の１．１倍以上であることを特徴とする請求項７に記載の化学反応用装置。
【請求項９】
前記外力印加手段が、前記弾性体の表面に接触しながら移動する移動手段と、前記移動手段を移動自在に支持する装置本体との間に介在されて、弾性率を確保するためのバネ、ゴム、エラストマ、磁気力、空気圧又は圧電素子のいずれかであることを特徴とする請求項７又は８に記載の化学反応用装置。
【請求項１０】
加圧力を圧力センサで測定し、前記圧電素子への印加電圧を変化させることを特徴とする請求項９に記載の化学反応用装置。
【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２００８−５１５４４（Ｐ２００８−５１５４４Ａ）
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２５５０２（Ｐ２００６−２２５５０２）
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月２２日（２００６．８．２２）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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