蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システム
【課題】簡単な構成で蛍光だけを受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムを提供する。
【解決手段】蛍光物質に励起光を照射する発光部と、励起光を遮断し蛍光物質の発光する蛍光を透過する励起光カットフィルタと、励起光カットフィルタを透過した蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、を有する蛍光検出ユニットにおいて、発光部は、蛍光物質で正反射した励起光が受光部に入射しない角度から励起光を照射するように構成されていることを特徴とする蛍光検出ユニット。
【解決手段】蛍光物質に励起光を照射する発光部と、励起光を遮断し蛍光物質の発光する蛍光を透過する励起光カットフィルタと、励起光カットフィルタを透過した蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、を有する蛍光検出ユニットにおいて、発光部は、蛍光物質で正反射した励起光が受光部に入射しない角度から励起光を照射するように構成されていることを特徴とする蛍光検出ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、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】
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、次いで検出部へ流すことにより、血液など検体との反応結果を測定することができる反応検出装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。このような反応検出装置では、マイクロチップの検出部に蛍光検出ユニットの発光部から励起光を照射し、試薬に含まれる蛍光物質の発光する非常に微弱な蛍光を蛍光検出ユニットの受光部で検出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】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】
【０００４】
従来の蛍光検出ユニットの例を図１０に示す。
【０００５】
１はマイクロチップであり、検出部１９で試薬と検体の反応結果を測定する。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５８に入射し、レンズ１５８で集光された励起光はダイクロイックミラー１５９で反射し、検出部１９を照射する。検出部１９で発生する蛍光は、ダイクロイックミラー１５９を透過してレンズ１５５に入射し、レンズ１５５で集光された光は励起光カットフィルタ１５６を介して受光部１６１に入射する。
【０００６】
このように、従来は励起光と蛍光が光学的に同軸に配置されていた。そのため、ダイクロイックミラー１５９を透過した光には励起光が多く含まれているので、励起光カットフィルタ１５６により励起光をカットし、蛍光のみを受光部１６１に入射するようにしていた。
【０００７】
しかしながら、蛍光物質を励起する励起光と、蛍光の波長の差は数ｎｍ〜数１０ｎｍと非常に少ない。そのため、励起光カットフィルタ１５６は、励起光と蛍光を分離するために急峻な遮断特性を持つ必要がある。このようなフィルタは製造が困難なため大型で高価なうえ、受光部１６１に入射する励起光を完全に除去することは難しかった。
【０００８】
また、蛍光検出ユニットは、マイクロチップの複数の検出部１９を測定できるように小型の光学系が求められているが、ダイクロイックミラー１５９のため小型化が難しかった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システム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】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
１．
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記受光部に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする蛍光検出ユニット。
【００１２】
２．
１に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、受光した蛍光を変換した電気信号を測定することを特徴とする反応検出装置。
【００１３】
３．
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を光学的に検出可能な検出部を有するマイクロチップと、
２に記載の反応検出装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【００１４】
４．
前記マイクロチップは複数の前記検出部を有し、
前記反応検出装置は、
前記蛍光検出ユニットを所定の位置に駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する位置制御手段と、
を有し、
前記位置制御手段は、前記蛍光検出ユニットが複数の前記検出部の一つに前記励起光を照射して前記蛍光物質の蛍光を受光できる位置に順次移動するよう前記駆動手段を制御することを特徴とする３に記載のマイクロチップ検査システム。
【００１５】
５．
前記蛍光を反射して前記受光部に入射させる蛍光反射板を配設したことを特徴とする３または４に記載のマイクロチップ検査システム。
【００１６】
６．
前記蛍光反射板は、
前記検出部の周辺付近に、端面がマイクロチップ１の表面に当接または略当接するように配設された第１蛍光反射板と、
前記発光部から照射する励起光を遮らない位置に第１蛍光反射板と対向して平行に配置された第２蛍光反射板と、
から構成されることを特徴とする５に記載のマイクロチップ検査システム。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光部は蛍光物質で正反射した励起光が受光部に入射しない角度から励起光を照射するので、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【００２０】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００２１】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。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。
【００２２】
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。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
【００２５】
図２（ａ）、図２（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図２（ａ）において矢印は、後述する反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図２（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図２（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
【００２６】
図２（ａ）の窓１１１はマイクロチップ１内部の検出部１９で行われる検体と蛍光物質を含む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。１１３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。
【００２７】
図２（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
本実施形態では、検出部１９において、蛍光物質の検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、検出部の窓１１１は光透過性の材料が用いられていて、窓１１１を光が透過するようになっている。
【００３２】
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ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。本実施形態では、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２（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図２（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
【００３３】
図２（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。
【００３４】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図２（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は実線と矢印で表す。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図２（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
【００３８】
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液１１を注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、増幅部１２２に検体を送り込む。
【００３９】
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ａに収容されている蛍光物質を含む試薬を押し出す。試薬収容部１２０ａから押し出された蛍光物質を含む試薬は増幅部１２２に駆動液１１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１２２の部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００４０】
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により増幅部１２２から送り出された反応後の検体を含む溶液は、検出部１９に注入される。窓１１１から検出部１９に励起光を照射すると、検体と反応した試薬が蛍光を発光するので蛍光の光量を測定することにより反応結果を計測することができる。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す斜視図、図４は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図、である。
【００４２】
反応検出装置８０は、温度調節ユニット１５２、蛍光検出ユニット１５、駆動液ポンプ９２、パッキン９０、駆動液タンク９１、送りネジ３０１、ジョイント３０２、モータ３００などから構成される。図３、図４はマイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させている状態である。以下、図３、図４を用いて実施形態を説明する。
【００４３】
温度調節ユニット１５２とマイクロチップ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。初期状態において、駆動部材により温度調節ユニット１５２を、図３の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は図３の矢印Ａ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。
【００４４】
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の面を所定の温度に調整するユニットである。
【００４５】
次に、駆動部材により温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させる。
【００４６】
マイクロチップ１の検出部１９では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された蛍光物質を含む試薬が反応し、励起光を照射すると蛍光をおこす。本実施形態では検出部１９でおこる試薬の反応結果を、窓１１１から光学的に検出する。
【００４７】
図３に示すマイクロチップ１は、試薬の反応結果を測光する検出部１９がマイクロチップ１の内部に４つ設けられている例である。
【００４８】
４つの検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、図３に示す直線Ｆに沿って配設されている。検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの図示せぬ窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは被覆基板１０９の面にそれぞれ設けられており、窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを介して反応結果を光学的に検出できる。
【００４９】
蛍光検出ユニット１５は送りネジ３０１と螺合するネジ部を有し、送りネジ３０１が回転することにより図３の矢印Ｂ方向または逆方向に移動する。送りネジ３０１は直線Ｆと平行に配設されており、蛍光検出ユニット１５が送りネジ３０１によって移動すると、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれの中心部に、蛍光検出ユニット１５の図示せぬ受光部１６１の光軸が一致するように配置されている。蛍光検出ユニット１５は、所定の位置に移動した後、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに順次励起光を照射し、蛍光物質が発光する蛍光を受光して電気信号を出力する。
【００５０】
送りネジ３０１はモータ３００によりジョイント３０２を介して駆動される。モータ３００は例えばパルスモータであり、パルスにより所定量回転する。モータ３００は本発明の駆動手段である。
【００５１】
なお、蛍光検出ユニット１５には回転防止用に図３には図示せぬガイド穴１７３が設けられており、ガイド穴１７３を貫通するガイド棒に沿って移動する。ガイド棒は送りネジ３０１と平行に配設されている。
【００５２】
なお、本実施形態では検出部１９が４つ設けられている場合について説明したが、検出部１９の数は１つ以上であればいくつでも良い。検出部１９の数が一つの場合は蛍光検出ユニット１５を移動させる必要は無いので送りネジ３０１、モータ３００等は不要である。
【００５３】
図４に示すように、駆動液ポンプ９２の吸込側には、パッキン９０ｃが接続され、駆動液タンク９１に充填された駆動液を吸い込むようになっている。一方、駆動液ポンプ９２の吐出側にはパッキン９０ｂが接続されていて、パッキン９０ｃから吸い込んだ駆動液を、パッキン９０ｂを介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路６に注入する。パッキン９０ｂは駆動液ポンプ９２とマイクロチップ１の間に挟まれ、駆動液ポンプ９２の駆動液出口とパッキン９０ｂの開口部と駆動液注入部１１０とは連通している。このように、駆動液ポンプ９２から、連通しているパッキン９０ｂを介して駆動液注入部１１０より駆動液を注入する。
【００５４】
図５は、本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の光学系を示す説明図である。
【００５５】
図１０で説明した従来例と違いは、ダイクロイックミラー１５９を用いず、検出部１９の光軸Ｌに対し、励起光を斜め方向から検出部１９に照射する点である。
【００５６】
図５に示すように、蛍光を集光するレンズ１５５、励起光を遮断し前記蛍光物質の発光する蛍光を透過する励起光カットフィルタ１５６と蛍光を電気信号に変換する受光部１６１はマイクロチップ１に鉛直な光軸Ｌに沿って配置されている。受光部１６１にはフォトダイオードなどが用いられる。
【００５７】
一方、励起光を発光する発光部１６０、励起光の光束を制限するスリット１５７、励起光を集光するレンズ１５８は光軸Ｍに沿って配置されている。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５８に入射し、レンズ１５８で集光された励起光は斜めの角度から検出部１９を照射する。検出部１９の蛍光物質は励起光により蛍光を発光するが、蛍光物質で正反射した一部の励起光は図５の矢印Ｒ方向に向かう。励起光を照射する角度は、検出部１９の蛍光物質で正反射した励起光が受光部１６１に入射しない角度であれば良い。本実施形態で用いる励起光カットフィルタ１５６は、正反射以外の角度で反射した弱い励起光を除去するために設けられており、一般的な性能の光学フィルタであれば十分励起光を除去することができる。
【００５８】
従来は受光部１６１の光軸Ｌと発光部１６０の光軸Ｍが一致していたため蛍光物質で正反射した強い励起光が受光部１６１に入射し、励起光カットフィルタ１５６で除去するのが難しかった。本発明では、正反射した励起光は受光部１６１には入射しないので簡単な構成で蛍光だけを受光することができる。
【００５９】
図６は、本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の鏡胴の一例を説明するための断面図である。
【００６０】
第１鏡胴１７０にはレンズ１５５、励起光カットフィルタ１５６、受光部１６１が保持されている。１７２はネジ穴であり、送りネジ３０１と螺合する。１７３はガイド穴であり送りネジ３０１と平行に設けられた図示せぬガイド棒が貫通する。第２鏡胴１７１にはレンズ１５８、スリット１５７、発光部１６０が保持されている。また、第２鏡胴１７１は第１鏡胴１７０に取り付けられ一体になっている。
【００６１】
第２鏡胴１７１の光軸Ｍは第１鏡胴１７０の光軸Ｌに対し斜めになっており、検出部１９で光軸Ｍと光軸Ｌが交差するように配置されている。
【００６２】
図７は、本発明の実施形態における蛍光反射板を設けた反応検出装置８０を説明するための断面図である。
【００６３】
検出部１９で発光する蛍光は、受光部１６１の光軸Ｌ方向だけでなくほぼ１８０度に亘って射出する。図７に示す光学系では、このような点に着目し第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２を設けて、蛍光を光軸Ｌ方向に反射させて受光部１６１に入射する蛍光を増やすものである。
【００６４】
図７（ａ）、図７（ｂ）は第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２を説明するための説明図である。
【００６５】
図７（ａ）に示すように第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２は、光軸Ｌを挟んで平行に配置され、第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２の対向する面は蛍光を反射する反射板になっている。
【００６６】
第１蛍光反射板３０１は、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの周辺付近に沿って、端面がマイクロチップ１の表面に当接またはわずかに間隙を開けて平行になるよう配設されている。第２蛍光反射板３０２は、図７（ａ）に示すよう第２鏡胴１７１の発光部１６０から照射する励起光を遮らない位置に第１蛍光反射板３０１と対向して平行に配置されている。
【００６７】
このようにすると、検出部１９から発光する蛍光のうちレンズ１５５では集光できなかった光束の一部を第１蛍光反射板３０１または第２蛍光反射板３０２で反射し、受光部１６１に導くことができる。
【００６８】
図７（ｂ）を用いて、蛍光検出ユニット１５を移動させて検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄをそれぞれ測定する場合を説明する。なお、図７（ｂ）には第２蛍光反射板３０２と第２鏡胴１７１は図示していない。
【００６９】
図７（ｂ）は、蛍光検出ユニット１５の光軸Ｌが検出部１９ａの中心に略一致する位置に蛍光検出ユニット１５を移動させた状態である。図中検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに対応する光軸ＬをＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄと図示して区別する。検出部１９ａの測定が終了するとＬｂの位置まで蛍光検出ユニット１５を移動させ測定を行う。このように順次４つの検出部１９の測定を行う。
【００７０】
第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２は蛍光検出ユニット１５の移動方向と平行に設けられているので、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの何れの測定においても光軸Ｌと大きく異なる方向に射出する蛍光をレンズ１５５に導くことができる。
【００７１】
ストッパ３０３は初期位置を検出するための検出部材であり、蛍光検出ユニット１５が当接するとオンになるスイッチが内蔵されている。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
ポンプ駆動部５００は各マイクロポンプの圧電素子を駆動する駆動部である。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、圧電素子を駆動する。
【００７７】
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。検出位置制御部４１１はモータ３００を所定量回転させて、所定の検出部１９を検査する位置まで蛍光検出ユニット１５を移動させる。光量算出部４１０は受光部１６１の出力する電気信号から蛍光の光量を算出し検査結果とする。検出位置制御部４１１は本発明の位置制御手段である。
【００７８】
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。
【００７９】
図９は本発明の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【００８０】
なお、温度調節ユニット１５２は反応検出装置８０の電源投入時に通電され、所定の温度になっているものとする。また、検査に先立って、パッキン９０ｂ上端まで駆動液１１が充填されているものとする。
【００８１】
検査担当者は、最初に挿入口８３からマイクロチップ１を図示せぬ規制部材（図示せず）に当接するまで挿入する。すると、ＣＰＵ９８がチップ検知部９５から検知信号を検知して、機構駆動部３２を制御し、図３、図４のようにパッキン９０ｂと温度調節ユニット１５２がマイクロチップ１に密着する。本実施形態では、この状態からポンプ駆動制御部４１２が駆動液を各駆動液注入部１１０から所定の手順で注入し、マイクロチップ１内部の流路で所定の反応を行った後、試薬等と反応させた検体が検出部１９に注入されているものとする。
【００８２】
この状態からＣＰＵ９８が検査のために行う手順について説明する。本実施形態では図３、図７に示すマイクロチップ１のように複数の検出部１９が一列に並んでいるものとする。
【００８３】
Ｓ１０１：測定回数をｎ＝０とする。
【００８４】
ＣＰＵ９８は、測定回数をｎ＝０とする。
【００８５】
Ｓ１０２：蛍光検出ユニット１５の位置を初期化するステップである。
【００８６】
検出位置制御部４１１は、蛍光検出ユニット１５が図７の矢印Ｂと反対方向に移動するようモータ３００を回転させるとともに、ストッパ３０３の状態を検知する。蛍光検出ユニット１５がストッパ３０３に当接し、ストッパ３０３の備えるスイッチがオンになると検出位置制御部４１１はモータ３００の回転を停止する。
【００８７】
Ｓ１０３：蛍光検出ユニット１５を所定量移動させる。
【００８８】
検出位置制御部４１１は、第１鏡胴１７０の光軸Ｌが、これから測定する検出部１９の中心に略一致する位置に移動するまで所定のパルスをモータ３００に与えて移動させる。例えば、検出部１９ａを測定する場合は、初期位置から図７（ｂ）の矢印Ｂ方向に移動するよう所定のパルスを与えてモータ３００を回転させ、図７（ｂ）に示す位置に停止させる。
【００８９】
Ｓ１０４：光量を測定するステップである。
【００９０】
光量算出部４１０は、発光部１６０に発光を指令し、受光部１６１から出力される光量に比例した電気信号のデータをＲＡＭ９７に一時記憶する。
【００９１】
Ｓ１０５：ｎ＝ｎ＋１とする。
【００９２】
ＣＰＵ９８は、測定回数をｎ＝ｎ＋１とする。
【００９３】
Ｓ１０６：ｎ＝Ｎか、否か、を判定するステップである。
【００９４】
ＣＰＵ９８は、測定回数が所定の回数Ｎか、否かを判定する。例えば、検出部１９の数が４つの場合はＮ＝４である。
【００９５】
ｎ＝Ｎではない場合、（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻る。
【００９６】
ｎ＝Ｎの場合、（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、処理を終了する。
【００９７】
以上で、各検出部１９の光量測定の手順は終了である。
【００９８】
ＣＰＵ９８は、ステップＳ１０４で測定した光量のデータに基づいて、検査結果をプリンタ５０３や外部出力５０２に出力する。
【００９９】
以上このように、本発明によれば、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の説明図である。
【図３】本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の光学系を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の鏡胴を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施形態における蛍光反射板を設けた反応検出装置８０を説明するための断面図である。
【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。
【図９】本発明の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【図１０】従来の蛍光検出ユニットの光学系の例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ マイクロチップ
６ パッキン
１５ 蛍光検出ユニット
１９ 検出部
３５ エアポンプ
３７ 電磁バルブ
６２ マイクロポンプ
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
９１ 駆動液タンク
９２ ポンプ
１１０ 駆動液注入部
１５２ 温度調節ユニット
１６０ 発光部
１６１ 受光部
３００ モータ
３０１ 送りネジ
３０２ ジョイント
３０３ ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシン技術および超微細加工技術を駆使することにより、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】
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、次いで検出部へ流すことにより、血液など検体との反応結果を測定することができる反応検出装置を提案している（例えば、特許文献２参照）。このような反応検出装置では、マイクロチップの検出部に蛍光検出ユニットの発光部から励起光を照射し、試薬に含まれる蛍光物質の発光する非常に微弱な蛍光を蛍光検出ユニットの受光部で検出するように構成されている。
【特許文献１】特開２００４−２８５８９号公報
【特許文献２】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】
【０００４】
従来の蛍光検出ユニットの例を図１０に示す。
【０００５】
１はマイクロチップであり、検出部１９で試薬と検体の反応結果を測定する。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５８に入射し、レンズ１５８で集光された励起光はダイクロイックミラー１５９で反射し、検出部１９を照射する。検出部１９で発生する蛍光は、ダイクロイックミラー１５９を透過してレンズ１５５に入射し、レンズ１５５で集光された光は励起光カットフィルタ１５６を介して受光部１６１に入射する。
【０００６】
このように、従来は励起光と蛍光が光学的に同軸に配置されていた。そのため、ダイクロイックミラー１５９を透過した光には励起光が多く含まれているので、励起光カットフィルタ１５６により励起光をカットし、蛍光のみを受光部１６１に入射するようにしていた。
【０００７】
しかしながら、蛍光物質を励起する励起光と、蛍光の波長の差は数ｎｍ〜数１０ｎｍと非常に少ない。そのため、励起光カットフィルタ１５６は、励起光と蛍光を分離するために急峻な遮断特性を持つ必要がある。このようなフィルタは製造が困難なため大型で高価なうえ、受光部１６１に入射する励起光を完全に除去することは難しかった。
【０００８】
また、蛍光検出ユニットは、マイクロチップの複数の検出部１９を測定できるように小型の光学系が求められているが、ダイクロイックミラー１５９のため小型化が難しかった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システム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】
【００１０】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１１】
１．
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記受光部に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする蛍光検出ユニット。
【００１２】
２．
１に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、受光した蛍光を変換した電気信号を測定することを特徴とする反応検出装置。
【００１３】
３．
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を光学的に検出可能な検出部を有するマイクロチップと、
２に記載の反応検出装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【００１４】
４．
前記マイクロチップは複数の前記検出部を有し、
前記反応検出装置は、
前記蛍光検出ユニットを所定の位置に駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する位置制御手段と、
を有し、
前記位置制御手段は、前記蛍光検出ユニットが複数の前記検出部の一つに前記励起光を照射して前記蛍光物質の蛍光を受光できる位置に順次移動するよう前記駆動手段を制御することを特徴とする３に記載のマイクロチップ検査システム。
【００１５】
５．
前記蛍光を反射して前記受光部に入射させる蛍光反射板を配設したことを特徴とする３または４に記載のマイクロチップ検査システム。
【００１６】
６．
前記蛍光反射板は、
前記検出部の周辺付近に、端面がマイクロチップ１の表面に当接または略当接するように配設された第１蛍光反射板と、
前記発光部から照射する励起光を遮らない位置に第１蛍光反射板と対向して平行に配置された第２蛍光反射板と、
から構成されることを特徴とする５に記載のマイクロチップ検査システム。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、発光部は蛍光物質で正反射した励起光が受光部に入射しない角度から励起光を照射するので、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【００２０】
反応検出装置８０はマイクロチップ１に予め注入された検体と、試薬との反応を自動的に検出し、表示部８４に結果を表示する装置である。
【００２１】
反応検出装置８０の筐体８２には挿入口８３があり、マイクロチップ１を挿入口８３に差し込んで筐体８２の内部にセットするようになっている。なお、挿入口８３はマイクロチップ１を挿入時に挿入口８３に接触しないように、マイクロチップ１の厚みより十分高さがある。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。
【００２２】
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。反応検出装置８０の内部では、マイクロチップ１内の反応の検査が自動的に行われ、検査が終了すると液晶パネルなどで構成される表示部８４に結果が表示される。検査結果は操作パネル８７の操作により、プリント出力口８６よりプリントを出力したり、メモリカードスロット８５に挿入されたメモリカードに記憶することができる。また、外部入出力端子８８から例えばＬＡＮケーブルを使って、パソコンなどにデータを保存することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の一例について、図２を用いて説明する。
【００２５】
図２（ａ）、図２（ｂ）はマイクロチップ１の外観図である。図２（ａ）において矢印は、後述する反応検出装置８０にマイクロチップ１を挿入する挿入方向であり、図２（ａ）は挿入時にマイクロチップ１の下面となる面を図示している。図２（ｂ）はマイクロチップ１の側面図である。
【００２６】
図２（ａ）の窓１１１はマイクロチップ１内部の検出部１９で行われる検体と蛍光物質を含む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。１１３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。
【００２７】
図２（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
本実施形態では、検出部１９において、蛍光物質の検出を光学的に行うので、少なくともこの部位の基板は光透過性の材料（例えばアルカリガラス、石英ガラス、透明プラスチック類）を用い、光が透過するようにする必要がある。本実施形態においては、検出部の窓１１１は光透過性の材料が用いられていて、窓１１１を光が透過するようになっている。
【００３２】
本発明の実施形態に係わるマイクロチップ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。本実施形態では、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２（ｃ）を用いて説明する。なお、本発明の適用は図２（ｃ）で説明するマイクロチップ１の例に限定されるものでは無く、様々な用途のマイクロチップ１に適用できる。
【００３３】
図２（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。
【００３４】
微細流路には、例えば検体液を収容する検体収容部１２１、試薬類を収容する試薬収容部１２０などが設けられており、場所や時間を問わず迅速に検査ができるよう、試薬収容部１２０には必要とされる試薬類、洗浄液、変性処理液などがあらかじめ収容されている。図２（ｃ）において、試薬収容部１２０、検体収容部１２１および流路エレメントは四角形で表し、その間の微細流路は実線と矢印で表す。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
検体注入部１１３はマイクロチップ１に検体を注入するための注入部、駆動液注入部１１０はマイクロチップ１に駆動液１１を注入するための注入部である。マイクロチップ１による検査を行うに先立って、検査担当者は検体を検体注入部１１３から注射器などを用いて注入する。図２（ｃ）に示すように、検体注入部１１３から注入された検体は、連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容される。
【００３８】
次に、駆動液注入部１１０ａから駆動液１１を注入すると、駆動液１１は連通する微細流路を通って検体収容部１２１に収容されている検体を押し出し、増幅部１２２に検体を送り込む。
【００３９】
一方、駆動液注入部１１０ｂから注入された駆動液１１は、連通する微細流路を通って試薬収容部１２０ａに収容されている蛍光物質を含む試薬を押し出す。試薬収容部１２０ａから押し出された蛍光物質を含む試薬は増幅部１２２に駆動液１１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１２２の部分を所定の温度にする必要があり、後で説明するように反応検出装置８０の内部で加熱または吸熱して所定の温度で反応させる。
【００４０】
所定の反応時間の後、さらに駆動液１１により増幅部１２２から送り出された反応後の検体を含む溶液は、検出部１９に注入される。窓１１１から検出部１９に励起光を照射すると、検体と反応した試薬が蛍光を発光するので蛍光の光量を測定することにより反応結果を計測することができる。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す斜視図、図４は、本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図、である。
【００４２】
反応検出装置８０は、温度調節ユニット１５２、蛍光検出ユニット１５、駆動液ポンプ９２、パッキン９０、駆動液タンク９１、送りネジ３０１、ジョイント３０２、モータ３００などから構成される。図３、図４はマイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させている状態である。以下、図３、図４を用いて実施形態を説明する。
【００４３】
温度調節ユニット１５２とマイクロチップ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。初期状態において、駆動部材により温度調節ユニット１５２を、図３の状態からマイクロチップ１の厚み以上上昇させる。すると、マイクロチップ１は図３の矢印Ａ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。
【００４４】
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の面を所定の温度に調整するユニットである。
【００４５】
次に、駆動部材により温度調節ユニット１５２とマイクロチップ１を下降させて、マイクロチップ１を温度調節ユニット１５２とパッキン９０ｂに密着させる。
【００４６】
マイクロチップ１の検出部１９では、検体と前記マイクロチップ１内に貯蔵された蛍光物質を含む試薬が反応し、励起光を照射すると蛍光をおこす。本実施形態では検出部１９でおこる試薬の反応結果を、窓１１１から光学的に検出する。
【００４７】
図３に示すマイクロチップ１は、試薬の反応結果を測光する検出部１９がマイクロチップ１の内部に４つ設けられている例である。
【００４８】
４つの検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、図３に示す直線Ｆに沿って配設されている。検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの図示せぬ窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄは被覆基板１０９の面にそれぞれ設けられており、窓１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを介して反応結果を光学的に検出できる。
【００４９】
蛍光検出ユニット１５は送りネジ３０１と螺合するネジ部を有し、送りネジ３０１が回転することにより図３の矢印Ｂ方向または逆方向に移動する。送りネジ３０１は直線Ｆと平行に配設されており、蛍光検出ユニット１５が送りネジ３０１によって移動すると、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄのそれぞれの中心部に、蛍光検出ユニット１５の図示せぬ受光部１６１の光軸が一致するように配置されている。蛍光検出ユニット１５は、所定の位置に移動した後、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに順次励起光を照射し、蛍光物質が発光する蛍光を受光して電気信号を出力する。
【００５０】
送りネジ３０１はモータ３００によりジョイント３０２を介して駆動される。モータ３００は例えばパルスモータであり、パルスにより所定量回転する。モータ３００は本発明の駆動手段である。
【００５１】
なお、蛍光検出ユニット１５には回転防止用に図３には図示せぬガイド穴１７３が設けられており、ガイド穴１７３を貫通するガイド棒に沿って移動する。ガイド棒は送りネジ３０１と平行に配設されている。
【００５２】
なお、本実施形態では検出部１９が４つ設けられている場合について説明したが、検出部１９の数は１つ以上であればいくつでも良い。検出部１９の数が一つの場合は蛍光検出ユニット１５を移動させる必要は無いので送りネジ３０１、モータ３００等は不要である。
【００５３】
図４に示すように、駆動液ポンプ９２の吸込側には、パッキン９０ｃが接続され、駆動液タンク９１に充填された駆動液を吸い込むようになっている。一方、駆動液ポンプ９２の吐出側にはパッキン９０ｂが接続されていて、パッキン９０ｃから吸い込んだ駆動液を、パッキン９０ｂを介してマイクロチップ１の駆動液注入部１１０からマイクロチップ１内に形成された微細流路６に注入する。パッキン９０ｂは駆動液ポンプ９２とマイクロチップ１の間に挟まれ、駆動液ポンプ９２の駆動液出口とパッキン９０ｂの開口部と駆動液注入部１１０とは連通している。このように、駆動液ポンプ９２から、連通しているパッキン９０ｂを介して駆動液注入部１１０より駆動液を注入する。
【００５４】
図５は、本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の光学系を示す説明図である。
【００５５】
図１０で説明した従来例と違いは、ダイクロイックミラー１５９を用いず、検出部１９の光軸Ｌに対し、励起光を斜め方向から検出部１９に照射する点である。
【００５６】
図５に示すように、蛍光を集光するレンズ１５５、励起光を遮断し前記蛍光物質の発光する蛍光を透過する励起光カットフィルタ１５６と蛍光を電気信号に変換する受光部１６１はマイクロチップ１に鉛直な光軸Ｌに沿って配置されている。受光部１６１にはフォトダイオードなどが用いられる。
【００５７】
一方、励起光を発光する発光部１６０、励起光の光束を制限するスリット１５７、励起光を集光するレンズ１５８は光軸Ｍに沿って配置されている。発光部１６０から照射される励起光は、スリット１５７を介してレンズ１５８に入射し、レンズ１５８で集光された励起光は斜めの角度から検出部１９を照射する。検出部１９の蛍光物質は励起光により蛍光を発光するが、蛍光物質で正反射した一部の励起光は図５の矢印Ｒ方向に向かう。励起光を照射する角度は、検出部１９の蛍光物質で正反射した励起光が受光部１６１に入射しない角度であれば良い。本実施形態で用いる励起光カットフィルタ１５６は、正反射以外の角度で反射した弱い励起光を除去するために設けられており、一般的な性能の光学フィルタであれば十分励起光を除去することができる。
【００５８】
従来は受光部１６１の光軸Ｌと発光部１６０の光軸Ｍが一致していたため蛍光物質で正反射した強い励起光が受光部１６１に入射し、励起光カットフィルタ１５６で除去するのが難しかった。本発明では、正反射した励起光は受光部１６１には入射しないので簡単な構成で蛍光だけを受光することができる。
【００５９】
図６は、本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の鏡胴の一例を説明するための断面図である。
【００６０】
第１鏡胴１７０にはレンズ１５５、励起光カットフィルタ１５６、受光部１６１が保持されている。１７２はネジ穴であり、送りネジ３０１と螺合する。１７３はガイド穴であり送りネジ３０１と平行に設けられた図示せぬガイド棒が貫通する。第２鏡胴１７１にはレンズ１５８、スリット１５７、発光部１６０が保持されている。また、第２鏡胴１７１は第１鏡胴１７０に取り付けられ一体になっている。
【００６１】
第２鏡胴１７１の光軸Ｍは第１鏡胴１７０の光軸Ｌに対し斜めになっており、検出部１９で光軸Ｍと光軸Ｌが交差するように配置されている。
【００６２】
図７は、本発明の実施形態における蛍光反射板を設けた反応検出装置８０を説明するための断面図である。
【００６３】
検出部１９で発光する蛍光は、受光部１６１の光軸Ｌ方向だけでなくほぼ１８０度に亘って射出する。図７に示す光学系では、このような点に着目し第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２を設けて、蛍光を光軸Ｌ方向に反射させて受光部１６１に入射する蛍光を増やすものである。
【００６４】
図７（ａ）、図７（ｂ）は第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２を説明するための説明図である。
【００６５】
図７（ａ）に示すように第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２は、光軸Ｌを挟んで平行に配置され、第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２の対向する面は蛍光を反射する反射板になっている。
【００６６】
第１蛍光反射板３０１は、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの周辺付近に沿って、端面がマイクロチップ１の表面に当接またはわずかに間隙を開けて平行になるよう配設されている。第２蛍光反射板３０２は、図７（ａ）に示すよう第２鏡胴１７１の発光部１６０から照射する励起光を遮らない位置に第１蛍光反射板３０１と対向して平行に配置されている。
【００６７】
このようにすると、検出部１９から発光する蛍光のうちレンズ１５５では集光できなかった光束の一部を第１蛍光反射板３０１または第２蛍光反射板３０２で反射し、受光部１６１に導くことができる。
【００６８】
図７（ｂ）を用いて、蛍光検出ユニット１５を移動させて検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄをそれぞれ測定する場合を説明する。なお、図７（ｂ）には第２蛍光反射板３０２と第２鏡胴１７１は図示していない。
【００６９】
図７（ｂ）は、蛍光検出ユニット１５の光軸Ｌが検出部１９ａの中心に略一致する位置に蛍光検出ユニット１５を移動させた状態である。図中検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄに対応する光軸ＬをＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄと図示して区別する。検出部１９ａの測定が終了するとＬｂの位置まで蛍光検出ユニット１５を移動させ測定を行う。このように順次４つの検出部１９の測定を行う。
【００７０】
第１蛍光反射板３０１と第２蛍光反射板３０２は蛍光検出ユニット１５の移動方向と平行に設けられているので、検出部１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの何れの測定においても光軸Ｌと大きく異なる方向に射出する蛍光をレンズ１５５に導くことができる。
【００７１】
ストッパ３０３は初期位置を検出するための検出部材であり、蛍光検出ユニット１５が当接するとオンになるスイッチが内蔵されている。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
ポンプ駆動部５００は各マイクロポンプの圧電素子を駆動する駆動部である。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、圧電素子を駆動する。
【００７７】
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。検出位置制御部４１１はモータ３００を所定量回転させて、所定の検出部１９を検査する位置まで蛍光検出ユニット１５を移動させる。光量算出部４１０は受光部１６１の出力する電気信号から蛍光の光量を算出し検査結果とする。検出位置制御部４１１は本発明の位置制御手段である。
【００７８】
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。
【００７９】
図９は本発明の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【００８０】
なお、温度調節ユニット１５２は反応検出装置８０の電源投入時に通電され、所定の温度になっているものとする。また、検査に先立って、パッキン９０ｂ上端まで駆動液１１が充填されているものとする。
【００８１】
検査担当者は、最初に挿入口８３からマイクロチップ１を図示せぬ規制部材（図示せず）に当接するまで挿入する。すると、ＣＰＵ９８がチップ検知部９５から検知信号を検知して、機構駆動部３２を制御し、図３、図４のようにパッキン９０ｂと温度調節ユニット１５２がマイクロチップ１に密着する。本実施形態では、この状態からポンプ駆動制御部４１２が駆動液を各駆動液注入部１１０から所定の手順で注入し、マイクロチップ１内部の流路で所定の反応を行った後、試薬等と反応させた検体が検出部１９に注入されているものとする。
【００８２】
この状態からＣＰＵ９８が検査のために行う手順について説明する。本実施形態では図３、図７に示すマイクロチップ１のように複数の検出部１９が一列に並んでいるものとする。
【００８３】
Ｓ１０１：測定回数をｎ＝０とする。
【００８４】
ＣＰＵ９８は、測定回数をｎ＝０とする。
【００８５】
Ｓ１０２：蛍光検出ユニット１５の位置を初期化するステップである。
【００８６】
検出位置制御部４１１は、蛍光検出ユニット１５が図７の矢印Ｂと反対方向に移動するようモータ３００を回転させるとともに、ストッパ３０３の状態を検知する。蛍光検出ユニット１５がストッパ３０３に当接し、ストッパ３０３の備えるスイッチがオンになると検出位置制御部４１１はモータ３００の回転を停止する。
【００８７】
Ｓ１０３：蛍光検出ユニット１５を所定量移動させる。
【００８８】
検出位置制御部４１１は、第１鏡胴１７０の光軸Ｌが、これから測定する検出部１９の中心に略一致する位置に移動するまで所定のパルスをモータ３００に与えて移動させる。例えば、検出部１９ａを測定する場合は、初期位置から図７（ｂ）の矢印Ｂ方向に移動するよう所定のパルスを与えてモータ３００を回転させ、図７（ｂ）に示す位置に停止させる。
【００８９】
Ｓ１０４：光量を測定するステップである。
【００９０】
光量算出部４１０は、発光部１６０に発光を指令し、受光部１６１から出力される光量に比例した電気信号のデータをＲＡＭ９７に一時記憶する。
【００９１】
Ｓ１０５：ｎ＝ｎ＋１とする。
【００９２】
ＣＰＵ９８は、測定回数をｎ＝ｎ＋１とする。
【００９３】
Ｓ１０６：ｎ＝Ｎか、否か、を判定するステップである。
【００９４】
ＣＰＵ９８は、測定回数が所定の回数Ｎか、否かを判定する。例えば、検出部１９の数が４つの場合はＮ＝４である。
【００９５】
ｎ＝Ｎではない場合、（ステップＳ２０８；Ｎｏ）、ステップＳ１０３に戻る。
【００９６】
ｎ＝Ｎの場合、（ステップＳ２０８；Ｙｅｓ）、処理を終了する。
【００９７】
以上で、各検出部１９の光量測定の手順は終了である。
【００９８】
ＣＰＵ９８は、ステップＳ１０４で測定した光量のデータに基づいて、検査結果をプリンタ５０３や外部出力５０２に出力する。
【００９９】
以上このように、本発明によれば、簡単な構成で蛍光だけを受光することができる小型の蛍光検出ユニット、反応検出装置、マイクロチップ検査システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施形態における反応検出装置８０の外観図である。
【図２】本発明の実施形態に係わるマイクロチップ１の説明図である。
【図３】本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態における反応検出装置８０の内部構成の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の光学系を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態における蛍光検出ユニット１５の鏡胴を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施形態における蛍光反射板を設けた反応検出装置８０を説明するための断面図である。
【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。
【図９】本発明の実施形態において、反応検出装置８０による検査の手順を説明するフローチャートである。
【図１０】従来の蛍光検出ユニットの光学系の例を説明する説明図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１ マイクロチップ
６ パッキン
１５ 蛍光検出ユニット
１９ 検出部
３５ エアポンプ
３７ 電磁バルブ
６２ マイクロポンプ
８０ 反応検出装置
８２ 筐体
８３ 挿入口
８４ 表示部
９１ 駆動液タンク
９２ ポンプ
１１０ 駆動液注入部
１５２ 温度調節ユニット
１６０ 発光部
１６１ 受光部
３００ モータ
３０１ 送りネジ
３０２ ジョイント
３０３ ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記受光部に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする蛍光検出ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、受光した蛍光を変換した電気信号を測定することを特徴とする反応検出装置。
【請求項３】
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を光学的に検出可能な検出部を有するマイクロチップと、
請求項２に記載の反応検出装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【請求項４】
前記マイクロチップは複数の前記検出部を有し、
前記反応検出装置は、
前記蛍光検出ユニットを所定の位置に駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する位置制御手段と、
を有し、
前記位置制御手段は、前記蛍光検出ユニットが複数の前記検出部の一つに前記励起光を照射して前記蛍光物質の蛍光を受光できる位置に順次移動するよう前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のマイクロチップ検査システム。
【請求項５】
前記蛍光を反射して前記受光部に入射させる蛍光反射板を配設したことを特徴とする請求項３または４に記載のマイクロチップ検査システム。
【請求項６】
前記蛍光反射板は、
前記検出部の周辺付近に、端面がマイクロチップ１の表面に当接または略当接するように配設された第１蛍光反射板と、
前記発光部から照射する励起光を遮らない位置に第１蛍光反射板と対向して平行に配置された第２蛍光反射板と、
から構成されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロチップ検査システム。
【請求項１】
蛍光物質に励起光を照射する発光部と、
前記蛍光物質の発光する蛍光を受光して電気信号に変換する受光部と、
を有する蛍光検出ユニットにおいて、
前記発光部は、前記蛍光物質で正反射した前記励起光が前記受光部に入射しない角度から前記励起光を照射するように構成されていることを特徴とする蛍光検出ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の蛍光検出ユニットを有し、
前記蛍光検出ユニットによって蛍光物質に励起光を照射し、受光した蛍光を変換した電気信号を測定することを特徴とする反応検出装置。
【請求項３】
蛍光物質を含む試薬と反応させた検体を光学的に検出可能な検出部を有するマイクロチップと、
請求項２に記載の反応検出装置と、
を有することを特徴とするマイクロチップ検査システム。
【請求項４】
前記マイクロチップは複数の前記検出部を有し、
前記反応検出装置は、
前記蛍光検出ユニットを所定の位置に駆動する駆動手段と、
前記駆動手段を制御する位置制御手段と、
を有し、
前記位置制御手段は、前記蛍光検出ユニットが複数の前記検出部の一つに前記励起光を照射して前記蛍光物質の蛍光を受光できる位置に順次移動するよう前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項３に記載のマイクロチップ検査システム。
【請求項５】
前記蛍光を反射して前記受光部に入射させる蛍光反射板を配設したことを特徴とする請求項３または４に記載のマイクロチップ検査システム。
【請求項６】
前記蛍光反射板は、
前記検出部の周辺付近に、端面がマイクロチップ１の表面に当接または略当接するように配設された第１蛍光反射板と、
前記発光部から照射する励起光を遮らない位置に第１蛍光反射板と対向して平行に配置された第２蛍光反射板と、
から構成されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロチップ検査システム。
【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２００９−１９９６２（Ｐ２００９−１９９６２Ａ）
【公開日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８２０７３（Ｐ２００７−１８２０７３）
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【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１月２９日（２００９．１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月１１日（２００７．７．１１）
【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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