JP2004239809A - 実験チップ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実験チップ検出装置を様々な周波数の光に対応可能とするとともに、装置の小型化、低コスト化を図る。
【解決手段】制御ボード１２を鉛直面内に配置する。制御ボード１２に光源ボード１４及び光検出ボード１５を着脱可能な光源ボード用スロット１７及び光検出ボード用スロット１８を設ける。検出対象物質に対応する周波数の光を照射する光源ボード１４とこれを検出する光検出ボード１５を選択する。光源ボード１４及び光検出ボード１５を各々スロット１７、１８に装着する。電気泳動用の実験チップ３０をカード型とし光源ボード１４と光検出ボード１５の間に水平に装着可能とする。光源ボード１４の光源ユニット２２から実験チップ３０のキャピラリにスリット状の光を照射する。キャピラリを透過した光を光検出ボード１５の受光ユニット２３で検出する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実験チップ（マイクロチップ）に対し、光を用いた検出を行う検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
平板ガラスチップ、プラスチックチップ、あるいはシリコンチップにフォトリソグラフィを用いて微細な流路、すなわちキャピラリチャンネルを形成し、電気泳動、化学反応、細胞培養、あるいは分離検出等のラボプロセスを集積化させた反応チップ・実験チップ（Ｌａｂ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ， μ−ＴＡＳ）が知られている。
【０００３】
例えば電気泳動用の実験チップでは、キャピラリに光をあて、その透過光（又は反射光）を検出しそのパターンが分析される。電気泳動等の光を用いた分析では、対象となる物質により最適な光の周波数帯域が異なるため分析対象ごとに異なる光源を用いた検出装置を用いなければならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光を用いて実験チップ上の物質を分析する検出装置において、様々な周波数の光に対応可能とするとともに、装置の小型化、低コスト化を図ることを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の実験チップ検出装置は、実験チップ上の検査対象物質に所定の波長域の光を照射し、検査対象物質を介した所定の波長領域の光を検出する実験チップ検出装置であって、所定の波長域の光を実験チップに向けて照射する光源ユニットを備える光源ボードと、検査対象物質を介した所定の波長領域の光を検出する受光素子を備えた光検出ボードとを備え、光源ボードと光検出ボードとが着脱自在であることを特徴としている。
【０００６】
実験チップを水平の状態で検出処理を行うには、光源ボードと光検出ボードが対面し、かつ平行に配置され、検出ボードと光検出ボードの間に光源ボード及び光ボードに平行に実験チップを保持するチップ保持手段を備え、光源ボードと光検出ボードが水平に保持されることが好ましい。
【０００７】
小型かつ効率的に所定の波長領域の光を実験チップに照射するには、光源ユニットが、レーザアレイを光源とすることが好ましい。また、より指向性を向上させるには光源ユニットはマイクロレンズアレイを備え、レーザアレイから照射されるレーザ光線はマイクロレンズアレイにより平行光線束とされることが好ましい。更に、光源ボードを光源ユニットの平面に沿って薄く構成するには、光源ユニットは反射光学素子を備え、レーザアレイから光源ボードに平行に照射されたレーザ光線は反射光学素子により実験チップに向けて反射されることが好ましい。
【０００８】
小型な光源を確保できない場合には、光源ボードは、例えば光源ユニットに光を供給するライトガイドを備え、光源ユニットがライトガイドからの供給された光を実験チップに照射することができることが好ましく、ライトガイドを実験チップ検出装置の外部に設けられた光源装置のライトガイドに接続するためのコネクタを備えることが好ましい。
【０００９】
このときライトガイドからの光の指向性を高めるとともに光源ボードを薄く構成するには、光源ユニットは、ライトガイドの射出端から照射される光を集光する集光手段と、この集光された光を平面状に拡散する平面状拡散手段と、この平面状に拡散された光を平行な平面光とするコリメート手段と、平面光を実験チップに向けて反射させる反射光学素子とを備えることが好ましい。
【００１０】
実験チップはカード型に成形されていることにより、より利用しやすくなる。また例えば、実験チップは電気泳動のためのキャピラリを有し、所定の波長領域の光がキャピラリを透過する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実験チップ検出装置の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態における実験チップ検出装置の概略的な構造を示す斜視図であり、図２は図１の分解斜視図である。また、図３は本実施形態の実験チップ検出装置に装着される実験チップの平面図であり、図４は、光源ボードに設けられた光学系の構成を示す。図１〜図４を参照して第１の実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態の実験チップ検出装置１０は主に電源部１１、制御ボード１２、実験チップ装着ボード１３、光源ボード１４、及び光検出ボード１５から構成され、その全体は例えば直方体の筐体１６により覆われる。制御ボード１２には光源ボード用スロット１７及び光検出ボード用スロット１８が設けられ、スロット１７、１８にはそれぞれ光源ボード１４及び光検出ボード１５が着脱自在に取り付けられる。また、制御ボード１２は、例えばフレキシブル配線板を介して実験チップ装着ボード１３に接続される。制御ボード１２は、実験チップ装着ボード１３、光源ボード１４、光検出ボード１５等の装置全体を制御するとともに検出データの処理を行う。また、実験チップ検出装置１０の各部には電源１１から電力が供給される。
【００１４】
制御ボード１２は、例えば筐体１６の１つの側面に沿って鉛直に配置され、光源ボード用スロット１７及び光検出ボード用スロット１８は、各々にカード型のボード１４、１５が装着されたときに、それぞれのボードが水平に維持され、かつボード１４、１５が対面するように配置される。本実施形態では、光源ボード１４が下側に配置され、光検出ボード１５が上側に配置される。なお、図２に示されるように、光源ボード１４及び光検出用ボード１５には、それぞれ光源ボード用スロット１７及び光検出ボード用スロット１８に嵌め込まれる端子部１４ａ、１５ａがそれぞれ設けられる。
【００１５】
制御ボード１２が配置された筐体１６の側面に隣接する一方の側面には、実験チップ３０を挿入するための開口部１９が水平面に沿って形成される。開口部１９が設けられる水平面の高さは、光源ボード１４と光検出ボード１５の間（例えば中間）に位置する。また、この側面において開口部１９に隣接する位置には、挿入された実験チップ３０を筐体１６から取り出すための取出しボタン２０が設けられる。
【００１６】
筐体１６内において、開口部１９が形成され側面に対面する位置には、実験チップ装着ボード１３が配置される。すなわち、実験チップ装着ボード１３は、開口部１９が形成された側面とは反対側の側面に沿って略鉛直に配置される。実験チップ装着ボード１３の開口部１９に対応する高さには、実験チップ３０が装着されるカードスロット２１が水平に設けられる。開口部１９から挿入された実験チップ３０の先端は、実験チップ３０が図１の矢印Ａ方向押されると図示しないガイド部材に沿ってカードスロット２１に導かれ、カードスロット２１に装着される。このとき実験チップ３０は図示しない固定手段によりその位置が保持され、図２のように、光源ボード１４及び光検出ボード１５の間に、水平（これらのボードと平行）に固定される。取出しボタン２０が押されると、固定手段が解除され、図示しない付勢手段により実験チップ３０は矢印Ａと逆向きに移動され、開口部１９からその一部が突出する。これによりユーザは実験チップ３０の開口部１９から突出した部分を摘んで実験チップ３０を抜き取ることができる。
【００１７】
本実施形態の実験チップ３０は、例えばカード型に形成された電気泳動用のマイクロチップである。例えばガラス基板、プラスチック基板やシリコン基板等を用いたチップ本体３１には電極３２Ａ、３２Ｂが設けられたリザーバ３３Ａ、３３Ｂが形成されており、リザーバ３３Ａ、３３Ｂは相互にキャピラリ３４により連通される。チップ本体３１においてキャピラリ３４が形成された部分は、検出において使用される波長域の光（電磁波）を透過する素材で構成される。チップ本体３１は、絶縁体からなる枠体３５によりその周囲が保持される。枠体３５の一方の端には、カードスロット２１に挿入される端子部３０ａが形成される。図３の端子部３０ａには４つの電極が一例として示される。また、本実施形態では、実験チップ３０の一例として、単純な電気泳動用の実験チップを挙げているため、端子部３０ａのうち二つの端子のみが使用されるが、より複雑な実験チップの場合、端子部３０ａに設けられる端子の数及び使用される端子の数は増大する。
【００１８】
光源ボード１４には、キャピラリ３４に光を照射する光源ユニット２２が設けられ、光検出ボード１５にはキャピラリ３４を透過した光を検出する受光素子を搭載した受光ユニット２３が設けられる。図４に示すように、光源ユニット２２は、レーザアレイ（光源）２４、マイクロレンズアレイ（コリメータ）２５、及びプリズム（反射光学素子）２６から構成される。
【００１９】
レーザアレイ２４は、例えば一列に配列された多数のストライプ構造のレーザから構成され、各ストライプレーザは光源ボード１４の面に平行に所定の波長域の光（電磁波）をマイクロレンズアレイ２５に向けて照射する。マイクロレンズアレイ２５はレーザアレイ２４に平行に配列された複数のマイクロレンズから構成され、各々のマイクロレンズは、ストライプレーザの各々に対応する。マイクロレンズアレイ２５はコリメータとしての機能を果たし、各ストライプレーザから照射された光は、マイクロレンズアレイ２５を介して各々平行光線束とされプリズム２６に入射する。プリズム２６は、例えばマイクロレンズアレイ２５の長手方向に沿って密着して配置され、各マイクロレンズからの平行光線束を光源ボード１４に垂直な方向（鉛直上向き）に反射し、実験チップ３０のキャピラリ３４に照射する。
【００２０】
光源ユニット２２は、光源ボード１４が光源ボード用スロット１７に装着され、実験チップ３０がカードスロット２１に装着されたときに、プリズム２６から照射された光がキャピラリ３４に沿って薄い平板状の平行光束線として照射されるように配置される。キャピラリ３４を透過した光は、光検出ボード１５の受光ユニット２３により受光され検出される。受光ユニット２３に搭載された受光素子は、例えばラインセンサであり、その長手方向がキャピラリ３４を透過した平板状の光束線に沿って配置される。すなわち、実験チップ検出装置１０が組み立てられ、実験チップ３０がスロットに装着されたとき、プリズム２６、キャピラリ３４、受光ユニット２３のラインセンサの中心線は各々略同一平面（鉛直面）内に配置される。なお、図１、図２の光検出ボード１５において、ラインセンサに対応する位置にはスリット状の開口が形成されており（図示せず）、キャピラリ３４を介した光は、このスリット状の開口を通してラインセンサに検出される。
【００２１】
以上のように第１の実施形態によれば、光源ボード及びこれに対応する光検出ボードを、検査対象物質の検出に用いられる光の波長に応じて容易に交換することができるので、様々な物質の検査を容易に行うことができる。また、光源ボードと光検出ボード以外の構成を共通とすることができるので、検査対象ごとに装置を用意する必要がなく低コストで検査を行うことができる。また光源ボードと光検出ボードを交換可能としたことで、検査対象に応じて必要なボードが装着できるので検査装置を予め様々な検査対象に対応させる必要がなく装置を小型化できる。
【００２２】
なお、レーザアレイにメイ発光レーザを用いてもよく、この場合、実験チップ３０装着時にレーザアレイがキャピラリ３４の真下に、キャピラリ３４に沿って配列されるように各メイ発光レーザは配置され、その上部にマイクロレンズアレイが装置される。このような構成によれば検出光をプリズムを介することなく直接キャピラリに照射することも可能である。
【００２３】
次に図５及び図６を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と光源ボードの構成が異なるが、その他の構成は第１の実施形態と略同様である。したがって、第１の実施形態とその構成が異なる部分のみについて説明しその他の構成については省略する。なお、第１の実施形態と同様の部材に対しては同一参照符合を用いる。
【００２４】
図５は、第１の実施形態における図２に対応し、第２の実施形態の実験チップ検出装置１０’の分解斜視図である。なお、筐体に関しては省略されているが、後述するライトガイドコネクタに関する部分を除いて第１の実施形態の筐体１６と同様である。第２の実施形態において光源ボード用スロット１７には、光源ボード４０が装着される。すなわち、光源ボード４０には端子部４０ａが形成されており、光源ボード用スロット１７には端子部４０ａが装着される。また、光源用ボード４０には光源ユニット４１と、光源ユニット４１に光を供給するためのライトガイド４２が設けられる。ライトガイド４２の射出端４２ｂは光源ユニット４１に配置され、入射端４２ａは図示しない筐体に設けられたライトガイドコネクタ４３に着脱自在に接続される。
【００２５】
実験チップ検出装置１０’の外部には、装置１０’とは独立の光源装置５０が配置される。光源装置５０内には図示しない光源（例えば紫外線用の光源など）が設けられライトガイド５１に供給される。ライトガイド５１の射出端５１ａは筐体に設けられたライトガイドコネクタ４３に着脱自在の装着される。これにより、光源装置からの光はライトガイド５１、４２を介して光源ボード４０の光源ユニット４１に供給される。
【００２６】
図６に光源ユニット４１に設けられた光学系の構成を示す。光源ユニット４１は、ライトガイド４２、集光レンズ４３、シリンドリカルレンズ４４、４５及びミラー４６からなる。ライトガイド４２の射出端４２ｂから射出された光は、光源ユニット４１に平行に射出され、集光レンズ４３によりシリンドリカルレンズ４４に集光される。シリンドリカルレンズ４４は集光レンズ４４から入射された光を水平面内にスリット状に拡散する平面光束線する。シリンドリカルレンズ４４から拡散される水平面内の光束線は、シリンドリカルレンズ４５において略平行な水平面内の光束線とされミラー４６に進む。ミラー４６では、第１の実施形態のプリズム２６と同様に平面状の光束線をキャピラリ３４に向けて（鉛直上向き）反射する。
【００２７】
以上のように第２の実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。第２の実施形態は、検出に用いる光を発生するための小型光源（半導体素子など）が得られず、第１実施形態のように光源をボード上に搭載できない場合に有効である。
【００２８】
なお、第１の実施形態では、光学素子としてマイクロレンズとプリズムを用い、第２の実施形態では、集光レンズ、シリンドリカルレンズ、反射ミラーを用いたが、第１及び第２の実施形態においてプリズムと反射ミラーとを入れ換えて用いても良い。また、光学素子として回折格子等を用いてもよい。また、光学系の構成も本実施形態に限定されるものではない。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、光を用いて実験チップ上の物質を分析する検出装置において、様々な周波数の光に対応可能とするとともに、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された、第１の実施形態の実験チップ検出装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図１の実験チップ検出装置の分解斜視図である。
【図３】本実施形態の実験チップ検出装置の検出に用いられるカード型の実験チップの平面図である。
【図４】第１の実施形態の光源ボードに搭載される光学ユニットの光学的な構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態の実験チップ検出装置の分解斜視図である。
【図６】第２の実施形態の光源ボードに搭載される光源ユニットの光学的な構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０、１０’ 実験チップ検出装置
１４ 光源ボード
１５ 光検出ボード
１７ 光源ボード用スロット
１８ 光検出ボード用スロット
２２ 光源ユニット
２３ 受光ユニット

Claims (11)

1. 実験チップ上の検査対象物質に所定の波長域の光を照射し、前記検査対象物質を介した前記所定の波長領域の光を検出する実験チップ検出装置であって、
   前記所定の波長域の光を前記実験チップに向けて照射する光源ユニットを備える光源ボードと、
   前記検査対象物質を介した前記所定の波長領域の光を検出する受光素子を備えた光検出ボードとを備え、
   前記光源ボードと前記光検出ボードとが着脱自在である
   ことを特徴とする実験チップ検出装置。
2. 前記光源ボードと前記光検出ボードが対面し、かつ平行に配置され、前記光源ボードと前記光検出ボードの間に前記光源ボード及び前記光検出ボードに平行に前記実験チップを保持するチップ保持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の実験チップ検出装置。
3. 前記光源ボードと前記光検出ボードが水平に保持されることとを特徴とする請求項２に記載の実験チップ検出装置。
4. 前記光源ユニットが、レーザアレイを光源とすることを特徴とする請求項１に記載の実験チップ検出装置。
5. 前記光源ユニットがマイクロレンズアレイを備え、前記レーザアレイから照射されるレーザ光線が前記マイクロレンズアレイにより平行光線束とされることを特徴とする請求項４に記載の実験チップ検出装置。
6. 前記光源ユニットが反射光学素子を備え、前記レーザアレイから前記光源ボードに平行に照射されたレーザ光線が前記反射光学素子により前記実験チップに向けて反射されることを特徴とする請求項５に記載の実験チップ検出装置。
7. 前記光源ボードが前記光源ユニットに光を供給するライトガイドを備え、前記光源ユニットが前記ライトガイドからの供給された光を前記実験チップに照射することを特徴とする請求項１に記載の実験チップ検出装置。
8. 前記ライトガイドを前記実験チップ検出装置の外部に設けられた光源装置のライトガイドに接続するためのコネクタを備えることを特徴とする請求項７に記載の実験チップ検出装置。
9. 前記光源ユニットが、前記ライトガイドの射出端から照射される光を集光する集光手段と、この集光された光を平面状に拡散する平面状拡散手段と、この平面状に拡散された光を平行な平面光とするコリメート手段と、前記平面光を前記実験チップに向けて反射させる反射光学素子とを備えることを特徴とする請求項７に記載の実験チップ検出装置。
10. 前記実験チップがカード型に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の実験チップ検出装置。
11. 前記実験チップが電気泳動のためのキャピラリを有し、前記所定の波長領域の光が前記キャピラリを透過することを特徴とする請求項１に記載の実験チップ検出装置。

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