検査装置
【課題】容易にマイクロポンプを交換できる検査装置を提供する。
【解決手段】アクチュエータで圧力を変化させて流体を流路に送出するマイクロポンプを有する検査装置において、マイクロポンプを保持する保持部材と、保持部材に設けられた位置決めピンと、マイクロポンプの外周に設けられたアクチュエータに駆動電圧を印加する電極パターンと、位置決めピンと嵌合するフレキシブル基板と、フレキシブル基板に配設された導電パターンと、を有し、保持部材の所定の位置にマイクロポンプを取り付けることによって導電パターンと電極パターンが導通するように構成されていることを特徴とする検査装置。
【解決手段】アクチュエータで圧力を変化させて流体を流路に送出するマイクロポンプを有する検査装置において、マイクロポンプを保持する保持部材と、保持部材に設けられた位置決めピンと、マイクロポンプの外周に設けられたアクチュエータに駆動電圧を印加する電極パターンと、位置決めピンと嵌合するフレキシブル基板と、フレキシブル基板に配設された導電パターンと、を有し、保持部材の所定の位置にマイクロポンプを取り付けることによって導電パターンと電極パターンが導通するように構成されていることを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置に関する。
【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、従来の試料調製、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、センサーなど）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（例えば、特許文献１参照）。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、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は、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
【０００３】
各種の分析、検査ではこれらの分析用チップ（マイクロチップ）における分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題であり、精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。本出願人はこのような用途に好適なマイクロポンプの動作原理と制御方法を例えば特許文献２に開示している。
【０００４】
また、本出願人は、マイクロチップの微細流路内に試薬などを封入し、マイクロポンプによって微細流路に液体を注入して試薬などを移動させ、反応部を構成する流路、次いで検出部を構成する流路へ流すことにより、反応結果を測定することができる検査装置を提案している（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２０９９号公報
【特許文献３】特開２００６−１４９３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２、特許文献３に開示されているマイクロポンプと駆動回路はワイヤボンディングや熱圧着により接続されていたのでマイクロポンプの交換は容易ではなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、容易にマイクロポンプを交換できる検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【０００８】
１．
アクチュエータによって内部の圧力を変化させ流体を流路に送出するマイクロポンプを有する検査装置において、
前記マイクロポンプを保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられた位置決めピンと、
前記マイクロポンプの外周に配設された前記アクチュエータに印加する駆動電圧を供給する電極パターンと、
前記位置決めピンと嵌合するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に配設された導電パターンと、
を有し、
前記保持部材の所定の位置に前記マイクロポンプを保持することによって前記導電パターンと前記電極パターンとが導通するように構成されていることを特徴とする検査装置。
【０００９】
２．
前記導電パターンと前記電極パターンは、
圧着することにより導通するように構成されていることを特徴とする１に記載の検査装置。
【００１０】
３．
前記導電パターンと前記電極パターンとを接続するコネクタを有し、
前記導電パターンと前記電極パターンの間にコネクタを挟んで前記導電パターンと前記電極パターンとを導通させることを特徴とする１または２に記載の検査装置。
【００１１】
４．
前記コネクタは異方性導電コネクタであることを特徴とする３に記載の検査装置。
【００１２】
５．
前記電極パターンは、
前記流路を形成した第１の基板の前記流路を形成した面と反対側の面に配置したことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の検査装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フレキシブル基板を位置決めピンに嵌合した保持部材にマイクロポンプを取り付けるとフレキシブル基板の導電パターンとマイクロポンプの電極パターンが導通するように構成されているので、容易にマイクロポンプを交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態における検査装置８０の外観図である。
【００１６】
筐体８２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。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。
【００１７】
なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。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。
【００１８】
検査担当者は図１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。筐体８２の内部では、制御手段の指令により図１には図示せぬマイクロポンプユニット５がマイクロチップ１に駆動液等の液体を注入し、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われる。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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係わる検査装置の一例について、図２、図３、図４を用いて説明する。
【００２１】
図２は検査装置８０の内部に設けられたマイクロポンプユニット５を保持する保持部材３０を説明するための斜視図である。
【００２２】
保持部材３０にはマイクロポンプユニット５を保持するための凹部３０ａが設けられており、マイクロポンプユニット５を凹部３０ａに取り付けて所定の位置に固定する。
【００２３】
図３はマイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０を説明するための説明図である。図３（ａ）は本発明に係わるマイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０の正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）にＡ−Ａで示す部分の断面図、図３（ｃ）はマイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０の背面図である。なお、図３に図示する保持部材３０の外形は説明のため図２より簡略化している。
【００２４】
図３に示すようにマイクロポンプユニット５は、第１の基板１１、第２の基板１２から成る。なお、図３（ａ）において、第１の基板１１に設けられた溝部を点線で図示している。
【００２５】
図３（ａ）のＡ−Ａで示す部分が一つのマイクロポンプＭＰを構成しており、後に説明するマイクロポンプ機構によって、例えば入出力口１４５から吸入した液体を入出力口１４６から吐出する。あるいは、逆方向に入出力口１４６から吸入した液体を入出力口１４５から吐出することもできる。図３（ａ）の例では、第１の基板１１に８つのマイクロポンプＭＰが形成されている。これらのマイクロポンプＭＰは互いに同じ構造であるから、以下においては図３（ｂ）を用いてその構造を説明する。
【００２６】
第１の基板１１は、例えば幅１７ｍｍ、奥行き３５ｍｍ、厚み０．２ｍｍの大きさの長方形のシート状である。図３（ｂ）に示すように、第１の基板１１に形成された各マイクロポンプＭＰは、ポンプ室１２１、ダイヤフラム１２２、第１絞り流路１２３、第１流路１２４、第２絞り流路１２５、および第２流路１２６を有する。
【００２７】
第１の基板１１は、例えばシリコンウエハを公知のフォトリソグラフィー工程で所定の形状に加工して形成する。つまり、パターニングされたシリコン基板をＩＣＰドライエッチング装置を用いて所定の深さまでエッチングする。
【００２８】
エッチング工程の後、ダイシングを行ってシリコンウエハから所定の外形形状に第１の基板１１を切り出す。第１の基板１１の厚みは例えば０．２ｍｍ程度である。
【００２９】
第２の基板１２は、第１の基板１１に形成された各マイクロポンプＭＰの流路等を第１の基板１１に密着して覆う必要がある。そのため、第２の基板１２の熱膨張率は第１の基板１１にできるだけ近いことが望ましい。第１の基板１１の材料がシリコンの場合、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス（Ｐｙｒｅｘ はＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｗａｒｋｓ 社の登録商標）、テンパックスガラス（Ｔｅｍｐａｘ は Ｓｃｈｏｔｔ Ｇｌａｓｗｅｒｋ社の登録商標）などが用いられる。これらは熱膨張率がシリコン基板とほぼ同じである。第２の基板１２の形状は、例えば、第１の基板１１より大きい幅１９ｍｍ、奥行き３７ｍｍであり、厚みは１ｍｍである。
【００３０】
次に、超音波加工などの方法を用いて、第２の基板１２に入出力口１４５、入出力口１４６の孔開け加工を行う。孔開け加工の後、第２の基板１２は第１の基板１１と２つの辺が一致するように位置合わせを行って、例えば陽極接合により接合する。
【００３１】
このようにしてマイクロポンプユニット５を作製することができる。マイクロポンプユニット５は、上に述べたマイクロポンプＭＰの作動によって、一方の入出力口１４５から液体を吸い込み、他方の入出力口１４６から液体を吐出する。また、圧電素子１１２に印加する駆動電圧を制御することによって、液体の吸入と吐出の方向を逆にすることができる。なお、第１の基板１１それ自体の構造については、従来の技術の項で述べた特開２００１−３２２０９９号を参照することができる。圧電素子１１２は本発明のアクチュエータである。
【００３２】
第２の基板１２は、図３（ｂ）のように図示せぬ固定部材により保持部材３０の凹部３０ａに固定される。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、第１の基板１１のダイヤフラム１２２の外側の面には、圧電素子１１２が接着されている。また、第１の基板１１の流路と反対側の面には、圧電素子１１２の駆動のための２つの電極パターン４１、４２が設けられている。電極パターン４２と圧電素子１１２はワイヤ３５で接続されている。電極パターン４１、４２は例えば金を第１の基板１１に蒸着して形成する。
【００３４】
図３（ｃ）に示すように、保持部材３０には位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂが設けられている。位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂは保持部材３０と一体成形しても良いし、保持部材３０の所定の取り付け穴に別部品の位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂを嵌入しても良い。
【００３５】
フレキシブル基板３３、３４には位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂと対応する位置にそれぞれ位置決め穴４７ａ、４７ｂ、位置決め穴４８ａ、４８ｂが設けられている。位置決め穴４７ａ、４７ｂ、位置決め穴４８ａ、４８ｂは位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂと嵌合する大きさである。フレキシブル基板３３、３４は予め、位置決め穴４７ａ、４７ｂ、位置決め穴４８ａ、４８ｂを位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂに挿入して保持部材３０に固定されている。
【００３６】
図４は図３（ａ）にＢ−Ｂで示す部分の断面図である。
【００３７】
フレキシブル基板３３には、コネクタ３６を介して電極パターン４１と接続する導電パターン４０が設けられている。コネクタ３６は例えば異方性導電コネクタであり、図４のようにシリコンゴムなどの弾性体に銀やカーボンなどの導電性粒子からなる導電体４４が埋め込まれている。導電体４４は、図４のように両端がそれぞれ電極パターン４１と導電パターン４０と接するように複数配置されている。第２の基板１２を保持部材３０に固定すると電極パターン４１と導電体４４、導電体４４と導電パターン４０がそれぞれ圧着し導通するように構成されている。
【００３８】
また、フレキシブル基板３４には、コネクタ３７を介して電極パターン４２と接続する導電パターン４３が設けられている。コネクタ３７の断面も図４と同様の構造であり、第２の基板１２を保持部材３０に固定すると電極パターン４２と図示せぬ導電体、図示せぬ導電体と導電パターン４３がそれぞれ圧着し導通するように構成されている。
【００３９】
前述のように、フレキシブル基板３３、３４は位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂで保持部材３０の所定の位置に位置決めされているので、保持部材３０に対して精度良く取り付けられている。マイクロポンプユニット５も保持部材３０の凹部３０ａに取り付けるので、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３の相対位置がずれることが無い。また、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３の間は異方性導電コネクタで接続するので、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３の間を少ない接触抵抗で接続することができる。したがって、マイクロポンプユニット５を保持部材３０に取り付けるだけでマイクロポンプユニット５を容易に交換できる。
【００４０】
なお、コネクタ３６、３７は必須ではなく、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３をそれぞれ圧着して接続しても良い。
【００４１】
次にマイクロポンプユニット５の動作原理について説明する。
【００４２】
第２絞り流路１２５は、その流入側と流出側との差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。第１絞り流路１２３は、差圧が零に近いときの流路抵抗は第２絞り流路１２５の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合に流路抵抗が第２絞り流路１２５よりも小さくなる。
【００４３】
このような流路抵抗特性は、流路を流れる液体（流体）が、差圧の大きさに応じて乱流となるようにするか、または差圧にかかわりなく常に層流となるようにするか、によって得ることが可能である。具体的には、例えば、第２絞り流路１２５を流路長の短いオリフィスとし、第１絞り流路１２３を第２絞り流路１２５と内径が同じで流路長の長いノズルとすることによって実現することが可能である。
【００４４】
第１絞り流路１２３と第２絞り流路１２５のこのような流路抵抗特性を利用して、ポンプ室１２１に圧力を発生させるとともに、その圧力の変化の割合を制御することによって、流路抵抗の低い方に液体を吐出するようなポンプ作用を実現することができる。
【００４５】
つまり、ポンプ室１２１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を大きくしておけば、差圧が大きくなって第２絞り流路１２５の流路抵抗の方が第１絞り流路１２３の流路抵抗よりも大きくなり、ポンプ室１２１内の液体は第１絞り流路１２３から吐出する（吐出工程）。そして、ポンプ室１２１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて第１絞り流路１２３の流路抵抗の方が第２絞り流路１２５の流路抵抗よりも大きくなり、第２絞り流路１２５からポンプ室１２１内に液体が流入する（吸入工程）。
【００４６】
これとは逆に、ポンプ室１２１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて第１絞り流路１２３の流路抵抗の方が第２絞り流路１２５の流路抵抗よりも大きくなり、ポンプ室１２１内の液体は第２絞り流路１２５から吐出する（吐出工程）。そして、ポンプ室１２１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって第１絞り流路１２３の流路抵抗の方が第２絞り流路１２５の流路抵抗よりも小さくなり、第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に液体が流入する（吸入工程）。
【００４７】
このようなポンプ室１２１の圧力制御は、圧電素子１１２に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラム１２２の変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。
【００４８】
図５は圧電素子１１２に供給する駆動電圧Ｅと流量Ｑの関係を示す説明図である。圧電素子１１２に高い駆動電圧を印加するとポンプ室１２１の圧力が高まるものとする。
【００４９】
図５（ａ−１）に示す波形ではＴ１＜Ｔ３なので、ポンプ室１２１の圧力が上昇するときの変化の割合は、ポンプ室１２１の圧力が下降するときの変化の割合より大きい。したがって、前述の様にポンプ室１２１内の液体は第１絞り流路１２３から吐出する。
【００５０】
図５（ａ−２）は流路１２３から吐出された液体の、流路１２４における流量Ｑの一例を示している。Ｔ１の期間、ポンプ室１２１の圧力が急に上昇するので流路１２４を流れる流量Ｑも急に上昇する。Ｔ２の休止期間の後、Ｔ３の期間はポンプ室１２１の圧力が緩やかに下降すると、おもに第２絞り流路１２５からポンプ室１２１内に液体が流入し、一部が第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に流入する。そのため、流量Ｑは緩やかに減少する。しかし、Ｔ３の期間に減少する流量ＱはＴ１の期間に流入した流量Ｑより少なく、Ｔ４の休止期間においては、初期状態よりも流量Ｑが増加している。このようにＴ１からＴ４のサイクルを繰り返すことにより流量Ｑは増加していく。
【００５１】
一方、図５（ｂ−１）に示す波形ではＴ７＜Ｔ５なので、ポンプ室１２１の圧力が上昇するときの変化の割合は、ポンプ室１２１の圧力が下降するときの変化の割合より小さい。したがって、前述の様に第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に液体が流入する。
【００５２】
図５（ｂ−２）は流路１２３から吸入された液体の、流路１２４における流量Ｑの一例を示している。Ｔ５の期間、ポンプ室１２１の圧力が緩やかに上昇すると、おもに第２絞り流路１２５から液体が吐出し、一部が第１絞り流路１２３から吐出する。そのため、流量Ｑは緩やかに増加する。一方、Ｔ６の休止期間の後、Ｔ７の期間においてポンプ室１２１の圧力が急に下降すると、第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に液体が流入する。そのため、流量Ｑは急に減少する。しかし、Ｔ５の期間に増加する流量ＱはＴ７の期間に吐出した流量Ｑより少なく、Ｔ８の休止期間においては、初期状態よりも流量Ｑが減少している。このようにＴ５からＴ８のサイクルを繰り返すことにより流量Ｑは減少していく。
【００５３】
図５において、圧電素子１１２に印加する最大電圧ｅ１は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で１００ボルト程度である。また、時間Ｔ１，Ｔ７は２０μｓ程度、時間Ｔ２，Ｔ６は０〜数μｓ程度、時間Ｔ３，Ｔ５は６０μｓ程度である。時間Ｔ４，Ｔ８は０であってもよい。駆動電圧Ｅの周波数は１１ｋＨｚ程度である。図５（ａ−１）および図５（ｂ−１）に示す駆動電圧Ｅによって、流路２３には、例えば図５（ａ−２）および図５（ｂ−２）に示すような流量が得られる。なお、図５（ａ−２）および図５（ｂ−２）における流量曲線は、ポンプ動作によって得られる流量を模式的に示したもので、実際には流体の慣性振動が重畳する。したがって、これら図に示された流量曲線に振動成分が重畳された曲線が実際に得られる流量を示すこととなる。
【００５４】
次に、マイクロチップ１の一例について、図６を用いて説明する。
【００５５】
図６（ａ）、図６（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図６（ａ）において矢印は、後述する筐体８２にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図６（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の上面となる面を図示している。図６（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
【００５６】
図６（ａ）の検出部の窓１１１ａと検出部の流路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透明な部材で構成されている。１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは内部の微細流路に連通する駆動液注入部であり、各駆動液注入部１１０から駆動液を注入し内部の試薬等を駆動する。２１３はマイクロチップ１に検体を注入するための検体注入部である。
【００５７】
図６（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。次に、マイクロチップ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。
【００５８】
マイクロチップ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、マイクロチップ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチップ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。
【００５９】
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テック樹脂、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ポリスチレンが好ましい。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。また、タンパク質の吸着が問題となる場合にはポリプロピレン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。
【００６０】
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場合は、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、検出部の窓１１１ａと、少なくとも検出部の流路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、検出部１１１を光が透過するようになっている。
【００６１】
マイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、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。ここでは、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内で行われる特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理の一例を図６（ｃ）を用いて説明する。
【００６２】
図６（ｃ）はマイクロチップ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。
【００６３】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部２２１、試薬類を収容する試薬収容部２２０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２２０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６（ｃ）において、試薬収容部２２０、検体収容部２２１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実線と矢印で表す。
【００６４】
マイクロチップ１は、微細流路を形成した溝形成基板１０８と溝状の流路を覆う被覆基板１０９から構成されている。微細流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
【００６５】
少なくともマイクロチップ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。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。
【００６６】
検体注入部２１３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２１３から注射器などを用いて注入する。図６（ｃ）に示すように、検体注入部２１３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２２１に収容される。
【００６７】
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液を注入すると、駆動液は連通する微細流路を通って検体収容部２２１に収容されている検体を押し出し、増幅部２２２に検体を送り込む。
【００６８】
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液は、連通する微細流路を通って試薬収容部２２０ａに収容されている試薬ａを押し出す。試薬収容部２２０ａから押し出された試薬ａは増幅部２２２に駆動液によって送り込まれる。このときの反応条件によっては、増幅部２２２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筐体８２の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００６９】
所定の反応時間の後、さらに駆動液により増幅部２２２から送り出された反応後の検体を含む溶液は、検出部１１１に注入される。注入された溶液は検出部１１１の流路壁に担持されている反応物質と反応し流路壁に固定化する。
【００７０】
次に、駆動液注入部１１０ｃから駆動液を注入すると、駆動液は連通する微細流路を通って試薬収容部２２０ｂに収容されている試薬ｂを押し出し、微細流路から検出部１１１に注入する。
【００７１】
同様に、駆動液注入部１１０ｄから駆動液を注入すると、駆動液は連通する微細流路を通って試薬収容部２２０ｃに収容されている試薬を押し出し、微細流路から検出部１１１に注入する。
【００７２】
最後に、駆動液注入部１１０ｅから駆動液を注入して、洗浄液収容部１２３から洗浄液を押しだし、検出部１１１に注入する。洗浄液によって検出部１１１内に残留している未反応の溶液４１を洗浄する。
【００７３】
洗浄後、検出部１１１の流路壁に吸着した反応物の濃度を光学的に測定することによって、増幅した遺伝子など被検出物を検出する。このように、駆動液注入部１１０から駆動液を順次注入することにより、マイクロチップ１の内部で所定の処理が行われる。
【００７４】
図７は、実施形態の検査装置８０における筐体８２の内部構成の一例を示す断面図である。筐体８２は温度調節ユニット１５２、光検出部１５０、中間流路部１８０、マイクロポンプユニット５、パッキン９０ａ、９０ｂ、駆動液タンク９１、液温調節ユニット１９５などから構成される。以下、これまでに説明した構成要素と同一の構成要素には同番号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図７は、マイクロチップ１の上面を温度調節ユニット１５２とマイクロポンプユニット５に密着させている状態である。マイクロチップ１は図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。保持部材３０は図示していない。
【００７６】
初期状態において、マイクロチップ１は図７の紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００７７】
温度調節ユニット１５２は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の下面を所定の温度に調整するユニットである。
【００７８】
図示せぬ制御部が、チップ検知部９５がオンになった信号を受信すると、駆動部材によりマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１の下面を温度調節ユニット１５２とパッキン９２を介して中間流路部１８０に押しつけて密着させる。
【００７９】
マイクロチップ１の駆動液注入部１１０は、マイクロチップ１とパッキン９２を密着させたときに、中間流路部１８０に設けられた対応する開口１８５とそれぞれ連通する位置に設けられている。中間流路部１８０は、中間流路１８２の溝を設けた透明な第１基板１８４と、第１基板１８４を覆う透明な第２基板１８３から構成され、中間流路１８２の両端には開口１８５と開口１８６が設けられている。開口１８６はパッキン９０ｂを介してマイクロポンプユニット５の入出力口１４６と連通している。
【００８０】
マイクロポンプユニット５の吸込側には、パッキン９０ａを介して駆動液タンク９１が接続され、駆動液タンク９１に充填された駆動液をパッキン９０ａを介して吸い込むようになっている。一方、マイクロポンプユニット５の吐出側の端面に設けられた入出力口１４６は中間流路１８２を介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０と連通しているので、マイクロポンプユニット５から送り出された駆動液は、マイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された流路２５０に注入される。このようにして、マイクロポンプユニット５から駆動液注入部１１０に駆動液を注入する。
【００８１】
図７に図示したマイクロポンプユニット５の例ではマイクロポンプＭＰが８つ設けられているが、全てのマイクロポンプＭＰを使用する必要はない。図７に図示したマイクロチップ１の場合は、５つのマイクロポンプＭＰが連通するよう駆動液注入部１１０を配置すれば良い。
【００８２】
マイクロチップ１の検出部１１１では、検体とマイクロチップ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。本実施形態では図７で説明したように、検出部１１１でおこる試薬の反応結果を光学的に検出する。光検出部１５０は発光部１５０ａと受光部１５０ｂから成り、マイクロチップ１の検出部１１１を透過する光を検出できるように配置されている。
【００８３】
図８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。
【００８４】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄｏｍ 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。
【００８５】
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。
【００８６】
チップ検知部９５はマイクロチップ１が規制部材に当接すると検知信号をＣＰＵ９８に送信する。ＣＰＵ９８は検知信号を受信すると、機構駆動部３２に指令し所定の手順でマイクロチップ１を下降または上昇させる。
【００８７】
ポンプ駆動部５００は各マイクロポンプＭＰの圧電素子１１２を駆動する駆動部である。ポンプ駆動部５００と圧電素子１１２はフレキシブル基板３３、３４で接続されている。ポンプ駆動制御部４１２はプログラムに基づいて、所定量の駆動液を注入または吸入するようにポンプ駆動部５００を制御する。ポンプ駆動部５００はポンプ駆動制御部４１２の指令を受けて、図５に示すような波形の駆動電圧Ｅを発生して圧電素子１１２を駆動する。ポンプ駆動部５００と圧電素子１１２はフレキシブル基板３３、３４によって接続されている。
【００８８】
ＣＰＵ９８は所定のシーケンスで検査を行い、検査結果をＲＡＭ９７に記憶する。検査結果は、操作部８７の操作によりメモリカード５０１に記憶したり、プリンタ５０３によってプリントすることができる。
【００８９】
以上このように、本発明によれば、容易にマイクロポンプを交換できる検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態における検査装置８０の外観図である。
【図２】検査装置８０の内部に設けられたマイクロポンプユニット５を保持する保持部材３０を説明するための斜視図である。
【図３】マイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０を説明するための説明図である。
【図４】図４は図３（ａ）にＢ−Ｂで示す部分の断面図である。
【図５】圧電素子１１２に供給する駆動電圧Ｅと流量Ｑの関係を示す説明図である。
【図６】マイクロチップ１の一例についての説明図である。
【図７】検査装置８０における筐体８２の内部構成の一例を示す断面図である。
【図８】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。
【符号の説明】
【００９１】
１ マイクロチップ
５ マイクロポンプユニット
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
３０ 保持部材
３３、３４ フレキシブル基板
３１ａ、３１ｂ 位置決めピン
３２ａ、３２ｂ 位置決めピン
３６、３７ コネクタ
４１、４２ 電極パターン
４０、４３ 導電パターン
８０ 検査装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
９０ パッキン
９１ 駆動液タンク
１１０ 駆動液注入部
１１１ 検出部
１５０ 光検出部
１９５ 液温調節ユニット
ＭＰ マイクロポンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査装置に関する。
【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、従来の試料調製、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、センサーなど）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（例えば、特許文献１参照）。これは、μ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ：マイクロ総合分析システム）、バイオリアクタ、ラブ・オン・チップ（Ｌａｂ−ｏｎ−ｃｈｉｐｓ）、バイオチップとも呼ばれ、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は、コスト、必要試料量、所要時間のみならず、時間および場所を選ばない分析を可能とすることによる恩恵は多大と言える。
【０００３】
各種の分析、検査ではこれらの分析用チップ（マイクロチップ）における分析の定量性、解析の精度、経済性などが重要視される。そのためにはシンプルな構成で、高い信頼性の送液システムを確立することが課題であり、精度が高く、信頼性に優れるマイクロ流体制御素子が求められている。本出願人はこのような用途に好適なマイクロポンプの動作原理と制御方法を例えば特許文献２に開示している。
【０００４】
また、本出願人は、マイクロチップの微細流路内に試薬などを封入し、マイクロポンプによって微細流路に液体を注入して試薬などを移動させ、反応部を構成する流路、次いで検出部を構成する流路へ流すことにより、反応結果を測定することができる検査装置を提案している（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】特開２００１−３２２０９９号公報
【特許文献３】特開２００６−１４９３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献２、特許文献３に開示されているマイクロポンプと駆動回路はワイヤボンディングや熱圧着により接続されていたのでマイクロポンプの交換は容易ではなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、容易にマイクロポンプを交換できる検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【０００８】
１．
アクチュエータによって内部の圧力を変化させ流体を流路に送出するマイクロポンプを有する検査装置において、
前記マイクロポンプを保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられた位置決めピンと、
前記マイクロポンプの外周に配設された前記アクチュエータに印加する駆動電圧を供給する電極パターンと、
前記位置決めピンと嵌合するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に配設された導電パターンと、
を有し、
前記保持部材の所定の位置に前記マイクロポンプを保持することによって前記導電パターンと前記電極パターンとが導通するように構成されていることを特徴とする検査装置。
【０００９】
２．
前記導電パターンと前記電極パターンは、
圧着することにより導通するように構成されていることを特徴とする１に記載の検査装置。
【００１０】
３．
前記導電パターンと前記電極パターンとを接続するコネクタを有し、
前記導電パターンと前記電極パターンの間にコネクタを挟んで前記導電パターンと前記電極パターンとを導通させることを特徴とする１または２に記載の検査装置。
【００１１】
４．
前記コネクタは異方性導電コネクタであることを特徴とする３に記載の検査装置。
【００１２】
５．
前記電極パターンは、
前記流路を形成した第１の基板の前記流路を形成した面と反対側の面に配置したことを特徴とする１乃至４の何れか１項に記載の検査装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フレキシブル基板を位置決めピンに嵌合した保持部材にマイクロポンプを取り付けるとフレキシブル基板の導電パターンとマイクロポンプの電極パターンが導通するように構成されているので、容易にマイクロポンプを交換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態における検査装置８０の外観図である。
【００１６】
筐体８２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。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。
【００１７】
なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。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。
【００１８】
検査担当者は図１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。筐体８２の内部では、制御手段の指令により図１には図示せぬマイクロポンプユニット５がマイクロチップ１に駆動液等の液体を注入し、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われる。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。
【００１９】
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。
【００２０】
次に、本発明の実施形態に係わる検査装置の一例について、図２、図３、図４を用いて説明する。
【００２１】
図２は検査装置８０の内部に設けられたマイクロポンプユニット５を保持する保持部材３０を説明するための斜視図である。
【００２２】
保持部材３０にはマイクロポンプユニット５を保持するための凹部３０ａが設けられており、マイクロポンプユニット５を凹部３０ａに取り付けて所定の位置に固定する。
【００２３】
図３はマイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０を説明するための説明図である。図３（ａ）は本発明に係わるマイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０の正面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）にＡ−Ａで示す部分の断面図、図３（ｃ）はマイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０の背面図である。なお、図３に図示する保持部材３０の外形は説明のため図２より簡略化している。
【００２４】
図３に示すようにマイクロポンプユニット５は、第１の基板１１、第２の基板１２から成る。なお、図３（ａ）において、第１の基板１１に設けられた溝部を点線で図示している。
【００２５】
図３（ａ）のＡ−Ａで示す部分が一つのマイクロポンプＭＰを構成しており、後に説明するマイクロポンプ機構によって、例えば入出力口１４５から吸入した液体を入出力口１４６から吐出する。あるいは、逆方向に入出力口１４６から吸入した液体を入出力口１４５から吐出することもできる。図３（ａ）の例では、第１の基板１１に８つのマイクロポンプＭＰが形成されている。これらのマイクロポンプＭＰは互いに同じ構造であるから、以下においては図３（ｂ）を用いてその構造を説明する。
【００２６】
第１の基板１１は、例えば幅１７ｍｍ、奥行き３５ｍｍ、厚み０．２ｍｍの大きさの長方形のシート状である。図３（ｂ）に示すように、第１の基板１１に形成された各マイクロポンプＭＰは、ポンプ室１２１、ダイヤフラム１２２、第１絞り流路１２３、第１流路１２４、第２絞り流路１２５、および第２流路１２６を有する。
【００２７】
第１の基板１１は、例えばシリコンウエハを公知のフォトリソグラフィー工程で所定の形状に加工して形成する。つまり、パターニングされたシリコン基板をＩＣＰドライエッチング装置を用いて所定の深さまでエッチングする。
【００２８】
エッチング工程の後、ダイシングを行ってシリコンウエハから所定の外形形状に第１の基板１１を切り出す。第１の基板１１の厚みは例えば０．２ｍｍ程度である。
【００２９】
第２の基板１２は、第１の基板１１に形成された各マイクロポンプＭＰの流路等を第１の基板１１に密着して覆う必要がある。そのため、第２の基板１２の熱膨張率は第１の基板１１にできるだけ近いことが望ましい。第１の基板１１の材料がシリコンの場合、例えば、パイレックス（登録商標）ガラス（Ｐｙｒｅｘ はＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ Ｗａｒｋｓ 社の登録商標）、テンパックスガラス（Ｔｅｍｐａｘ は Ｓｃｈｏｔｔ Ｇｌａｓｗｅｒｋ社の登録商標）などが用いられる。これらは熱膨張率がシリコン基板とほぼ同じである。第２の基板１２の形状は、例えば、第１の基板１１より大きい幅１９ｍｍ、奥行き３７ｍｍであり、厚みは１ｍｍである。
【００３０】
次に、超音波加工などの方法を用いて、第２の基板１２に入出力口１４５、入出力口１４６の孔開け加工を行う。孔開け加工の後、第２の基板１２は第１の基板１１と２つの辺が一致するように位置合わせを行って、例えば陽極接合により接合する。
【００３１】
このようにしてマイクロポンプユニット５を作製することができる。マイクロポンプユニット５は、上に述べたマイクロポンプＭＰの作動によって、一方の入出力口１４５から液体を吸い込み、他方の入出力口１４６から液体を吐出する。また、圧電素子１１２に印加する駆動電圧を制御することによって、液体の吸入と吐出の方向を逆にすることができる。なお、第１の基板１１それ自体の構造については、従来の技術の項で述べた特開２００１−３２２０９９号を参照することができる。圧電素子１１２は本発明のアクチュエータである。
【００３２】
第２の基板１２は、図３（ｂ）のように図示せぬ固定部材により保持部材３０の凹部３０ａに固定される。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、第１の基板１１のダイヤフラム１２２の外側の面には、圧電素子１１２が接着されている。また、第１の基板１１の流路と反対側の面には、圧電素子１１２の駆動のための２つの電極パターン４１、４２が設けられている。電極パターン４２と圧電素子１１２はワイヤ３５で接続されている。電極パターン４１、４２は例えば金を第１の基板１１に蒸着して形成する。
【００３４】
図３（ｃ）に示すように、保持部材３０には位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂが設けられている。位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂは保持部材３０と一体成形しても良いし、保持部材３０の所定の取り付け穴に別部品の位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂを嵌入しても良い。
【００３５】
フレキシブル基板３３、３４には位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂと対応する位置にそれぞれ位置決め穴４７ａ、４７ｂ、位置決め穴４８ａ、４８ｂが設けられている。位置決め穴４７ａ、４７ｂ、位置決め穴４８ａ、４８ｂは位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂと嵌合する大きさである。フレキシブル基板３３、３４は予め、位置決め穴４７ａ、４７ｂ、位置決め穴４８ａ、４８ｂを位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂに挿入して保持部材３０に固定されている。
【００３６】
図４は図３（ａ）にＢ−Ｂで示す部分の断面図である。
【００３７】
フレキシブル基板３３には、コネクタ３６を介して電極パターン４１と接続する導電パターン４０が設けられている。コネクタ３６は例えば異方性導電コネクタであり、図４のようにシリコンゴムなどの弾性体に銀やカーボンなどの導電性粒子からなる導電体４４が埋め込まれている。導電体４４は、図４のように両端がそれぞれ電極パターン４１と導電パターン４０と接するように複数配置されている。第２の基板１２を保持部材３０に固定すると電極パターン４１と導電体４４、導電体４４と導電パターン４０がそれぞれ圧着し導通するように構成されている。
【００３８】
また、フレキシブル基板３４には、コネクタ３７を介して電極パターン４２と接続する導電パターン４３が設けられている。コネクタ３７の断面も図４と同様の構造であり、第２の基板１２を保持部材３０に固定すると電極パターン４２と図示せぬ導電体、図示せぬ導電体と導電パターン４３がそれぞれ圧着し導通するように構成されている。
【００３９】
前述のように、フレキシブル基板３３、３４は位置決めピン３１ａ、３１ｂ、位置決めピン３２ａ、３２ｂで保持部材３０の所定の位置に位置決めされているので、保持部材３０に対して精度良く取り付けられている。マイクロポンプユニット５も保持部材３０の凹部３０ａに取り付けるので、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３の相対位置がずれることが無い。また、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３の間は異方性導電コネクタで接続するので、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３の間を少ない接触抵抗で接続することができる。したがって、マイクロポンプユニット５を保持部材３０に取り付けるだけでマイクロポンプユニット５を容易に交換できる。
【００４０】
なお、コネクタ３６、３７は必須ではなく、電極パターン４１、４２と導電パターン４０、４３をそれぞれ圧着して接続しても良い。
【００４１】
次にマイクロポンプユニット５の動作原理について説明する。
【００４２】
第２絞り流路１２５は、その流入側と流出側との差圧が零に近いときは流路抵抗が低いが、差圧が大きくなると流路抵抗が大きくなる。つまり圧力依存性が大きい。第１絞り流路１２３は、差圧が零に近いときの流路抵抗は第２絞り流路１２５の場合よりも大きいが、圧力依存性がほとんどなく、差圧が大きくなっても流路抵抗は余り変化せず、差圧が大きい場合に流路抵抗が第２絞り流路１２５よりも小さくなる。
【００４３】
このような流路抵抗特性は、流路を流れる液体（流体）が、差圧の大きさに応じて乱流となるようにするか、または差圧にかかわりなく常に層流となるようにするか、によって得ることが可能である。具体的には、例えば、第２絞り流路１２５を流路長の短いオリフィスとし、第１絞り流路１２３を第２絞り流路１２５と内径が同じで流路長の長いノズルとすることによって実現することが可能である。
【００４４】
第１絞り流路１２３と第２絞り流路１２５のこのような流路抵抗特性を利用して、ポンプ室１２１に圧力を発生させるとともに、その圧力の変化の割合を制御することによって、流路抵抗の低い方に液体を吐出するようなポンプ作用を実現することができる。
【００４５】
つまり、ポンプ室１２１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を大きくしておけば、差圧が大きくなって第２絞り流路１２５の流路抵抗の方が第１絞り流路１２３の流路抵抗よりも大きくなり、ポンプ室１２１内の液体は第１絞り流路１２３から吐出する（吐出工程）。そして、ポンプ室１２１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて第１絞り流路１２３の流路抵抗の方が第２絞り流路１２５の流路抵抗よりも大きくなり、第２絞り流路１２５からポンプ室１２１内に液体が流入する（吸入工程）。
【００４６】
これとは逆に、ポンプ室１２１の圧力を上昇させるとともに、その変化の割合を小さくすれば、差圧が小さく維持されて第１絞り流路１２３の流路抵抗の方が第２絞り流路１２５の流路抵抗よりも大きくなり、ポンプ室１２１内の液体は第２絞り流路１２５から吐出する（吐出工程）。そして、ポンプ室１２１の圧力を下降させるとともに、その変化の割合を大きくすれば、差圧が大きくなって第１絞り流路１２３の流路抵抗の方が第２絞り流路１２５の流路抵抗よりも小さくなり、第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に液体が流入する（吸入工程）。
【００４７】
このようなポンプ室１２１の圧力制御は、圧電素子１１２に供給する駆動電圧を制御し、ダイヤフラム１２２の変形の量およびタイミングを制御することによって実現される。
【００４８】
図５は圧電素子１１２に供給する駆動電圧Ｅと流量Ｑの関係を示す説明図である。圧電素子１１２に高い駆動電圧を印加するとポンプ室１２１の圧力が高まるものとする。
【００４９】
図５（ａ−１）に示す波形ではＴ１＜Ｔ３なので、ポンプ室１２１の圧力が上昇するときの変化の割合は、ポンプ室１２１の圧力が下降するときの変化の割合より大きい。したがって、前述の様にポンプ室１２１内の液体は第１絞り流路１２３から吐出する。
【００５０】
図５（ａ−２）は流路１２３から吐出された液体の、流路１２４における流量Ｑの一例を示している。Ｔ１の期間、ポンプ室１２１の圧力が急に上昇するので流路１２４を流れる流量Ｑも急に上昇する。Ｔ２の休止期間の後、Ｔ３の期間はポンプ室１２１の圧力が緩やかに下降すると、おもに第２絞り流路１２５からポンプ室１２１内に液体が流入し、一部が第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に流入する。そのため、流量Ｑは緩やかに減少する。しかし、Ｔ３の期間に減少する流量ＱはＴ１の期間に流入した流量Ｑより少なく、Ｔ４の休止期間においては、初期状態よりも流量Ｑが増加している。このようにＴ１からＴ４のサイクルを繰り返すことにより流量Ｑは増加していく。
【００５１】
一方、図５（ｂ−１）に示す波形ではＴ７＜Ｔ５なので、ポンプ室１２１の圧力が上昇するときの変化の割合は、ポンプ室１２１の圧力が下降するときの変化の割合より小さい。したがって、前述の様に第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に液体が流入する。
【００５２】
図５（ｂ−２）は流路１２３から吸入された液体の、流路１２４における流量Ｑの一例を示している。Ｔ５の期間、ポンプ室１２１の圧力が緩やかに上昇すると、おもに第２絞り流路１２５から液体が吐出し、一部が第１絞り流路１２３から吐出する。そのため、流量Ｑは緩やかに増加する。一方、Ｔ６の休止期間の後、Ｔ７の期間においてポンプ室１２１の圧力が急に下降すると、第１絞り流路１２３からポンプ室１２１内に液体が流入する。そのため、流量Ｑは急に減少する。しかし、Ｔ５の期間に増加する流量ＱはＴ７の期間に吐出した流量Ｑより少なく、Ｔ８の休止期間においては、初期状態よりも流量Ｑが減少している。このようにＴ５からＴ８のサイクルを繰り返すことにより流量Ｑは減少していく。
【００５３】
図５において、圧電素子１１２に印加する最大電圧ｅ１は、数ボルトから数十ボルト程度、最大で１００ボルト程度である。また、時間Ｔ１，Ｔ７は２０μｓ程度、時間Ｔ２，Ｔ６は０〜数μｓ程度、時間Ｔ３，Ｔ５は６０μｓ程度である。時間Ｔ４，Ｔ８は０であってもよい。駆動電圧Ｅの周波数は１１ｋＨｚ程度である。図５（ａ−１）および図５（ｂ−１）に示す駆動電圧Ｅによって、流路２３には、例えば図５（ａ−２）および図５（ｂ−２）に示すような流量が得られる。なお、図５（ａ−２）および図５（ｂ−２）における流量曲線は、ポンプ動作によって得られる流量を模式的に示したもので、実際には流体の慣性振動が重畳する。したがって、これら図に示された流量曲線に振動成分が重畳された曲線が実際に得られる流量を示すこととなる。
【００５４】
次に、マイクロチップ１の一例について、図６を用いて説明する。
【００５５】
図６（ａ）、図６（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図６（ａ）において矢印は、後述する筐体８２にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図６（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の上面となる面を図示している。図６（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
【００５６】
図６（ａ）の検出部の窓１１１ａと検出部の流路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透明な部材で構成されている。１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅは内部の微細流路に連通する駆動液注入部であり、各駆動液注入部１１０から駆動液を注入し内部の試薬等を駆動する。２１３はマイクロチップ１に検体を注入するための検体注入部である。
【００５７】
図６（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。次に、マイクロチップ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。
【００５８】
マイクロチップ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、マイクロチップ１の構造、用途、検出方法などを考慮して、マイクロチップ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。
【００５９】
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テック樹脂、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ポリスチレンが好ましい。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。また、タンパク質の吸着が問題となる場合にはポリプロピレン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。
【００６０】
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場合は、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、検出部の窓１１１ａと、少なくとも検出部の流路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、検出部１１１を光が透過するようになっている。
【００６１】
マイクロチップ１には、検査、試料の処理などを行うための、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。ここでは、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内で行われる特定の遺伝子の増幅およびその検出を行う処理の一例を図６（ｃ）を用いて説明する。
【００６２】
図６（ｃ）はマイクロチップ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。
【００６３】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部２２１、試薬類を収容する試薬収容部２２０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２２０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６（ｃ）において、試薬収容部２２０、検体収容部２２１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実線と矢印で表す。
【００６４】
マイクロチップ１は、微細流路を形成した溝形成基板１０８と溝状の流路を覆う被覆基板１０９から構成されている。微細流路はマイクロメーターオーダーで形成されており、例えば幅は数μｍ〜数百μｍ、好ましくは１０〜２００μｍで、深さは２５〜５００μｍ程度、好ましくは２５〜２５０μｍである。
【００６５】
少なくともマイクロチップ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。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。
【００６６】
検体注入部２１３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２１３から注射器などを用いて注入する。図６（ｃ）に示すように、検体注入部２１３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２２１に収容される。
【００６７】
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液を注入すると、駆動液は連通する微細流路を通って検体収容部２２１に収容されている検体を押し出し、増幅部２２２に検体を送り込む。
【００６８】
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液は、連通する微細流路を通って試薬収容部２２０ａに収容されている試薬ａを押し出す。試薬収容部２２０ａから押し出された試薬ａは増幅部２２２に駆動液によって送り込まれる。このときの反応条件によっては、増幅部２２２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筐体８２の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００６９】
所定の反応時間の後、さらに駆動液により増幅部２２２から送り出された反応後の検体を含む溶液は、検出部１１１に注入される。注入された溶液は検出部１１１の流路壁に担持されている反応物質と反応し流路壁に固定化する。
【００７０】
次に、駆動液注入部１１０ｃから駆動液を注入すると、駆動液は連通する微細流路を通って試薬収容部２２０ｂに収容されている試薬ｂを押し出し、微細流路から検出部１１１に注入する。
【００７１】
同様に、駆動液注入部１１０ｄから駆動液を注入すると、駆動液は連通する微細流路を通って試薬収容部２２０ｃに収容されている試薬を押し出し、微細流路から検出部１１１に注入する。
【００７２】
最後に、駆動液注入部１１０ｅから駆動液を注入して、洗浄液収容部１２３から洗浄液を押しだし、検出部１１１に注入する。洗浄液によって検出部１１１内に残留している未反応の溶液４１を洗浄する。
【００７３】
洗浄後、検出部１１１の流路壁に吸着した反応物の濃度を光学的に測定することによって、増幅した遺伝子など被検出物を検出する。このように、駆動液注入部１１０から駆動液を順次注入することにより、マイクロチップ１の内部で所定の処理が行われる。
【００７４】
図７は、実施形態の検査装置８０における筐体８２の内部構成の一例を示す断面図である。筐体８２は温度調節ユニット１５２、光検出部１５０、中間流路部１８０、マイクロポンプユニット５、パッキン９０ａ、９０ｂ、駆動液タンク９１、液温調節ユニット１９５などから構成される。以下、これまでに説明した構成要素と同一の構成要素には同番号を付し、説明を省略する。
【００７５】
図７は、マイクロチップ１の上面を温度調節ユニット１５２とマイクロポンプユニット５に密着させている状態である。マイクロチップ１は図示せぬ駆動部材により駆動され、紙面上下方向に移動可能である。保持部材３０は図示していない。
【００７６】
初期状態において、マイクロチップ１は図７の紙面左右方向に挿抜可能であり、検査担当者は挿入口８３から図示せぬ規制部材に当接するまでマイクロチップ１を挿入する。所定の位置までマイクロチップ１を挿入するとフォトインタラプタなどを用いたチップ検知部９５がマイクロチップ１を検知し、オンになる。
【００７７】
温度調節ユニット１５２は、ペルチェ素子、電源装置、温度制御装置などを内蔵し、発熱または吸熱を行ってマイクロチップ１の下面を所定の温度に調整するユニットである。
【００７８】
図示せぬ制御部が、チップ検知部９５がオンになった信号を受信すると、駆動部材によりマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１の下面を温度調節ユニット１５２とパッキン９２を介して中間流路部１８０に押しつけて密着させる。
【００７９】
マイクロチップ１の駆動液注入部１１０は、マイクロチップ１とパッキン９２を密着させたときに、中間流路部１８０に設けられた対応する開口１８５とそれぞれ連通する位置に設けられている。中間流路部１８０は、中間流路１８２の溝を設けた透明な第１基板１８４と、第１基板１８４を覆う透明な第２基板１８３から構成され、中間流路１８２の両端には開口１８５と開口１８６が設けられている。開口１８６はパッキン９０ｂを介してマイクロポンプユニット５の入出力口１４６と連通している。
【００８０】
マイクロポンプユニット５の吸込側には、パッキン９０ａを介して駆動液タンク９１が接続され、駆動液タンク９１に充填された駆動液をパッキン９０ａを介して吸い込むようになっている。一方、マイクロポンプユニット５の吐出側の端面に設けられた入出力口１４６は中間流路１８２を介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０と連通しているので、マイクロポンプユニット５から送り出された駆動液は、マイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された流路２５０に注入される。このようにして、マイクロポンプユニット５から駆動液注入部１１０に駆動液を注入する。
【００８１】
図７に図示したマイクロポンプユニット５の例ではマイクロポンプＭＰが８つ設けられているが、全てのマイクロポンプＭＰを使用する必要はない。図７に図示したマイクロチップ１の場合は、５つのマイクロポンプＭＰが連通するよう駆動液注入部１１０を配置すれば良い。
【００８２】
マイクロチップ１の検出部１１１では、検体とマイクロチップ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。本実施形態では図７で説明したように、検出部１１１でおこる試薬の反応結果を光学的に検出する。光検出部１５０は発光部１５０ａと受光部１５０ｂから成り、マイクロチップ１の検出部１１１を透過する光を検出できるように配置されている。
【００８３】
図８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。
【００８４】
制御部９９は、ＣＰＵ９８（中央処理装置）とＲＡＭ９７（Ｒａｎｄｏｍ 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。
【００８５】
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。
【００８６】
チップ検知部９５はマイクロチップ１が規制部材に当接すると検知信号をＣＰＵ９８に送信する。ＣＰＵ９８は検知信号を受信すると、機構駆動部３２に指令し所定の手順でマイクロチップ１を下降または上昇させる。
【００８７】
ポンプ駆動部５００は各マイクロポンプＭＰの圧電素子１１２を駆動する駆動部である。ポンプ駆動部５００と圧電素子１１２はフレキシブル基板３３、３４で接続されている。ポンプ駆動制御部４１２はプログラムに基づいて、所定量の駆動液を注入または吸入するようにポンプ駆動部５００を制御する。ポンプ駆動部５００はポンプ駆動制御部４１２の指令を受けて、図５に示すような波形の駆動電圧Ｅを発生して圧電素子１１２を駆動する。ポンプ駆動部５００と圧電素子１１２はフレキシブル基板３３、３４によって接続されている。
【００８８】
ＣＰＵ９８は所定のシーケンスで検査を行い、検査結果をＲＡＭ９７に記憶する。検査結果は、操作部８７の操作によりメモリカード５０１に記憶したり、プリンタ５０３によってプリントすることができる。
【００８９】
以上このように、本発明によれば、容易にマイクロポンプを交換できる検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施形態における検査装置８０の外観図である。
【図２】検査装置８０の内部に設けられたマイクロポンプユニット５を保持する保持部材３０を説明するための斜視図である。
【図３】マイクロポンプユニット５を取り付けた保持部材３０を説明するための説明図である。
【図４】図４は図３（ａ）にＢ−Ｂで示す部分の断面図である。
【図５】圧電素子１１２に供給する駆動電圧Ｅと流量Ｑの関係を示す説明図である。
【図６】マイクロチップ１の一例についての説明図である。
【図７】検査装置８０における筐体８２の内部構成の一例を示す断面図である。
【図８】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。
【符号の説明】
【００９１】
１ マイクロチップ
５ マイクロポンプユニット
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
３０ 保持部材
３３、３４ フレキシブル基板
３１ａ、３１ｂ 位置決めピン
３２ａ、３２ｂ 位置決めピン
３６、３７ コネクタ
４１、４２ 電極パターン
４０、４３ 導電パターン
８０ 検査装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
９０ パッキン
９１ 駆動液タンク
１１０ 駆動液注入部
１１１ 検出部
１５０ 光検出部
１９５ 液温調節ユニット
ＭＰ マイクロポンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータによって内部の圧力を変化させ流体を流路に送出するマイクロポンプを有する検査装置において、
前記マイクロポンプを保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられた位置決めピンと、
前記マイクロポンプの外周に配設された前記アクチュエータに印加する駆動電圧を供給する電極パターンと、
前記位置決めピンと嵌合するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に配設された導電パターンと、
を有し、
前記保持部材の所定の位置に前記マイクロポンプを保持することによって前記導電パターンと前記電極パターンとが導通するように構成されていることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記導電パターンと前記電極パターンは、
圧着することにより導通するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記導電パターンと前記電極パターンとを接続するコネクタを有し、
前記導電パターンと前記電極パターンの間にコネクタを挟んで前記導電パターンと前記電極パターンとを導通させることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記コネクタは異方性導電コネクタであることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記電極パターンは、
前記流路を形成した第１の基板の前記流路を形成した面と反対側の面に配置したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の検査装置。
【請求項１】
アクチュエータによって内部の圧力を変化させ流体を流路に送出するマイクロポンプを有する検査装置において、
前記マイクロポンプを保持する保持部材と、
前記保持部材に設けられた位置決めピンと、
前記マイクロポンプの外周に配設された前記アクチュエータに印加する駆動電圧を供給する電極パターンと、
前記位置決めピンと嵌合するフレキシブル基板と、
前記フレキシブル基板に配設された導電パターンと、
を有し、
前記保持部材の所定の位置に前記マイクロポンプを保持することによって前記導電パターンと前記電極パターンとが導通するように構成されていることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記導電パターンと前記電極パターンは、
圧着することにより導通するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記導電パターンと前記電極パターンとを接続するコネクタを有し、
前記導電パターンと前記電極パターンの間にコネクタを挟んで前記導電パターンと前記電極パターンとを導通させることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記コネクタは異方性導電コネクタであることを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
前記電極パターンは、
前記流路を形成した第１の基板の前記流路を形成した面と反対側の面に配置したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−７４９７６（Ｐ２００９−７４９７６Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４５１０９（Ｐ２００７−２４５１０９）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【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２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【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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