JP2014153265A - Micro flow passage, manufacturing method thereof, and optical analyzer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マイクロ流路及びその製造方法、並びにマイクロ流路を備えた光学分析装置に関する。 The present invention relates to a microchannel, a method for manufacturing the microchannel, and an optical analyzer including the microchannel.
従来、流体化学サンプル又は液体サンプル各々の光学的測定には、光分析が一般的に用いられている。例えば、回転ディスク状本体を備える化学サンプル等の光検出用の分析装置上に、流体サンプル用の複数の容器及び光線をこの容器を通して導くための光学手段を配置する。そして、光学手段の少なくとも一部を、光線の少なくとも一部がディスク状本体上の半径方向外向きの方向に対してある角度で偏向され、容器を通して導かれるように配置した光学分析装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, optical analysis is generally used for optical measurement of each fluid chemical sample or liquid sample. For example, a plurality of containers for fluid samples and optical means for guiding light beams through the containers are arranged on an analysis device for light detection such as a chemical sample having a rotating disk-shaped body. An optical analyzer is known in which at least a part of the optical means is arranged such that at least a part of the light beam is deflected at an angle with respect to the radially outward direction on the disk-shaped body and guided through the container. (For example, refer to Patent Document 1).
しかしながら、上記光学分析装置は構造が複雑であり、製造も容易ではない。又、上記光学分析装置とは別に、シリコン板を加工して、金属膜を形成した４５度ミラーを備えたマイクロ流路を作製し、マイクロ流路内に充填された被検体に光を照射して分析する光学分析装置も検討されている。しかし、この場合も、傾斜部に金属膜を形成する点等で構造が複雑であり、製造も容易ではない。 However, the optical analyzer has a complicated structure and is not easy to manufacture. Separately from the above optical analyzer, a silicon plate is processed to produce a microchannel with a 45-degree mirror on which a metal film is formed, and light is irradiated to the specimen filled in the microchannel. Optical analyzers that perform analysis are also being studied. However, also in this case, the structure is complicated in that a metal film is formed on the inclined portion, and the manufacture is not easy.
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、簡易な構造のマイクロ流路等を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the above, and makes it a subject to provide the microchannel etc. of a simple structure.
本マイクロ流路は、基体と、前記基体内に設けられた、被検体が導入される被検体流路と、前記基体内に設けられた空洞部と、を有し、前記被検体流路は、光が伝搬する光導波部を備え、前記空洞部は、前記光導波部の一端と対向する位置に設けられた光路変換部を備え、前記光路変換部は、前記基体の外側から前記基体の一部を透過して入射する光を、前記光導波部に入射する方向に光路変換し、前記基体の外側から入射する光が透過する部分の前記基体の屈折率は、前記光路変換部に充填されている物質の屈折率よりも大きいことを要件とする。 The microchannel has a substrate, a sample channel provided in the substrate, into which the sample is introduced, and a cavity provided in the substrate, and the sample channel is The optical waveguide includes an optical waveguide for propagating light, the cavity includes an optical path converter provided at a position facing one end of the optical waveguide, and the optical path converter is connected to the base of the base from the outside of the base. Light that is transmitted through a part of the light is converted in a direction to be incident on the optical waveguide part, and the refractive index of the base in a part through which light incident from the outside of the base is transmitted is filled in the optical path conversion part. It is a requirement that the refractive index of the material is larger than the refractive index.
開示の技術によれば、簡易な構造のマイクロ流路等を提供できる。 According to the disclosed technology, it is possible to provide a micro flow path having a simple structure.
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
〈第１の実施の形態〉
［第１の実施の形態に係る光学分析装置の構造］
まず、第１の実施の形態に係る光学分析装置の構造について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る光学分析装置を例示する図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は平面図である。なお、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面を示しており、図１（ｂ）はマイクロ流路の部分のみを図示している。図２は、図１（ｂ）の部分拡大図である。
<First Embodiment>
[Structure of the optical analyzer according to the first embodiment]
First, the structure of the optical analyzer according to the first embodiment will be described. 1A and 1B are diagrams illustrating an optical analyzer according to the first embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a plan view. 1A shows a cross section along the line AA in FIG. 1B, and FIG. 1B shows only the microchannel portion. FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
図１及び図２において、後述の光導波部２４ｃの形成されている方向をＸ方向（紙面横方向）、水平面内でＸ方向に垂直な方向をＹ方向、後述の基体２１の厚さ方向をＺ方向としている。Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は、互いに直交している。
1 and 2, the direction in which an
図１及び図２を参照するに、光学分析装置１０は、マイクロ流路２０と、配線基板３０と、発光素子４０と、受光素子５０とを有する。光学分析装置１０において、マイクロ流路２０上には配線基板３０が固定され、配線基板３０上には発光素子４０及び受光素子５０が実装されている。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
マイクロ流路２０は、基体２１と、空洞部２２と、空洞部２３と、被検体流路２４と、入出口２５ａ及び２５ｂと、入出口２６ａ及び２６ｂと、入出口２７ａ及び２７ｂと、レンズ部２８及び２９とを有する。なお、空洞部２２及び２３は、各々、本発明に係る空洞部及び第２の空洞部の代表的な一例である。又、レンズ部２８及び２９は、各々、本発明に係るレンズ部及び第２のレンズ部の代表的な一例である。
The
マイクロ流路２０において、基体２１は、下部材２１ａ上に上部材２１ｂが積層された構造を有する。基体２１の厚さは、例えば、１ｍｍ程度とすることができる。基体２１の平面形状は、例えば、２ｍｍ角〜２０ｍｍ角程度とすることができる。
In the
下部材２１ａ及び上部材２１ｂの材料としては、例えば、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）やガラス（例えば、硼珪酸ガラス）等を用いることができる。下部材２１ａの材料と上部材２１ｂの材料は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。但し、後述のように、上部材２１ｂ中には光が通るので、上部材２１ｂの材料としては、使用される光の波長に対して透明度が高い材料を用いることが好ましい。
As a material of the
本実施の形態では、下部材２１ａの材料として硼珪酸ガラスを用い、上部材２１ｂの材料としてＰＤＭＳを用いる例を示す。なお、硼珪酸ガラスの屈折率は１．５程度、ＰＤＭＳの屈折率は１．４程度、空気の屈折率は１程度である。
In the present embodiment, an example is shown in which borosilicate glass is used as the material of the
空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４は、何れも基体２１内においてＸＹ平面に略平行な方向に設けられた空間である。空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４の各々の短手方向の断面形状は、例えば、矩形状とすることができる。空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４の各々の短手方向の断面形状が矩形状である場合、Ｘ方向又はＹ方向の辺の長さ（幅）は、例えば、１００〜２００μｍ程度、Ｚ方向の辺の長さ（高さ）は、例えば、５０〜１００μｍ程度とすることができる。但し、空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４の各々の短手方向の断面形状は、円形、楕円形、多角形等の任意の形状として構わない。
The
空洞部２２の一端２２ａは基体２１の厚さ方向（Ｚ方向）に設けられた入出口２５ａの一端側と連通しており、入出口２５ａの他端側は基体２１の上面（配線基板３０側の面）において外部に開口している。空洞部２２の他端２２ｂは基体２１の厚さ方向（Ｚ方向）に設けられた入出口２５ｂの一端側と連通しており、入出口２５ｂの他端側は基体２１の上面において入出口２５ａとは異なる位置で外部に開口している。空洞部２２内には、様々な物質を充填可能であるが、例えば、空気が充填されている。
One
空洞部２３の一端２３ａは基体２１の厚さ方向（Ｚ方向）に設けられた入出口２６ａの一端側と連通しており、入出口２６ａの他端側は基体２１の上面において外部に開口している。空洞部２３の他端２３ｂは基体２１の厚さ方向（Ｚ方向）に設けられた入出口２６ｂの一端側と連通しており、入出口２６ｂの他端側は基体２１の上面において入出口２６ａとは異なる位置で外部に開口している。空洞部２３内には、様々な物質を充填可能であるが、例えば、空気が充填されている。
One
被検体流路２４の一端２４ａは基体２１の厚さ方向（Ｚ方向）に設けられた入出口２７ａの一端側と連通しており、入出口２７ａの他端側は基体２１の上面において外部に開口している。被検体流路２４の他端２４ｂは基体２１の厚さ方向（Ｚ方向）に設けられた入出口２７ｂの一端側と連通しており、入出口２７ｂの他端側は基体２１の上面において入出口２７ａとは異なる位置で外部に開口している。被検体流路２４内には、非検査時には、例えば、空気が充填されているが、検査時には、被検体が導入される。
One end 24 a of the
なお、入出口２５ａ及び２５ｂ、入出口２６ａ及び２６ｂ、並びに入出口２７ａ及び２７ｂの各々の平面形状は、円形、矩形、多角形等の任意の形状として構わない。
The planar shapes of the inlets /
空洞部２２にはＹ方向と略平行な方向に光路変換部２２ｃが設けられており、空洞部２３にはＹ方向と略平行な方向に光路変換部２３ｃが設けられている。被検体流路２４には、光路変換部２２ｃと光路変換部２３ｃに挟まれるように、Ｘ方向と略平行な方向に、光が伝搬する細長状の光導波部２４ｃが設けられている。光導波部２４ｃの長さ（Ｘ方向）は、例えば、１〜１０ｍｍ程度とすることができる。
The
光路変換部２２ｃの光導波部２４ｃの一端と対向する位置には、傾斜面２２ｘが設けられている。傾斜面２２ｘは、基体２１の外側（上面側）から基体２１の一部を透過して入射する光を、光導波部２４ｃに入射する方向に（光導波部２４ｃの一端側に）光路変換（反射）できるように、例えば、Ｚ方向に対して４５度傾いて形成されている。光路変換部２３ｃの光導波部２４ｃの他端と対向する位置には、傾斜面２３ｘが設けられている。傾斜面２３ｘは、光導波部２４ｃの他端から基体２１の一部を透過して入射する光を基体２１の上面側に光路変換（反射）できるように、例えば、Ｚ方向に対して４５度傾いて形成されている。
An
なお、傾斜面２２ｘ及び２３ｘは、光導波部２４ｃの各端部と対向する部分に最低限設ける必要があるが、傾斜面２２ｘ及び２３ｘが光導波部２４ｃの各端部と対向しない部分にまで延設されても問題はない。又、空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４の平面形状は各々屈曲しているが、傾斜面２２ｘ及び２３ｘと光導波部２４ｃの各端部との関係が適切に形成されていれば、空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４の平面形状は任意に設定してよい。なお、光路変換部２２ｃ及び２３ｃは、各々、本発明に係る光路変換部及び第２の光路変換部の代表的な一例である。又、傾斜面２２ｘ及び２３ｘは、各々、本発明に係る傾斜面及び第２の傾斜面の代表的な一例である。
Note that the
基体２１の上面の傾斜面２２ｘ上には、基体２１の上面から突起するレンズ部２８が設けられている。レンズ部２８は、例えば、球面の一部分と同様な形状とすることができるが、非球面であっても構わない。又、フレネルレンズであっても構わない。レンズ部２８は、基体２１の外側（上面側）から入射する光を光路変換部２２ｃの傾斜面２２ｘに集光するために設けられている。
On the
基体２１の上面の傾斜面２３ｘ上には、基体２１の上面から突起するレンズ部２９が設けられている。レンズ部２９は、例えば、球面の一部分と同様な形状とすることができるが、非球面であっても構わない。又、フレネルレンズであっても構わない。レンズ部２９は、光路変換部２３ｃの傾斜面２３ｘにより光路変換されて基体２１の外側（上面側）に出射する光を、基体２１の外側（上面側）に配置された受光素子５０の受光部（図示せず）に集光するために設けられている。レンズ部２８及び２９を設けることにより、光の利用効率を向上できる。但し、レンズ部２８及び２９は、必要に応じて設ければよい。
On the
なお、マイクロ流路２０の基体２１の上部材２１ｂがＰＤＭＳから形成されている場合には、上部材２１ｂはゴム状であり可撓性を有する。そこで、上部材２１ｂを加圧することにより部分的に変形させることができる。例えば、上部材２１ｂの光路変換部２２ｃ近傍を加圧することにより、傾斜面２２ｘの傾斜角を変えることができる。
When the
例えば、傾斜面２２ｘの傾斜角が４３度であった場合に、それを４５度に調整することができる。基体２１に、調整後の状態を機械的に保持できるようなホルダー等を設けることにより、傾斜面２２ｘの傾斜角を４５度に保持できる。マイクロ流路２０の基体２１の下部材２１ａ及び上部材２１ｂがＰＤＭＳから形成されている場合にも同様の調整が可能である。
For example, when the inclination angle of the
配線基板３０は、例えば、接着剤等（図示せず）を介して、マイクロ流路２０の基体２１の上面に固定されている。配線基板３０には、発光素子４０や受光素子５０と電気的に接続された配線や、光学分析装置１０の外部と信号等の入出力を行うための端子等が設けられている。但し、発光素子４０の発光部（図示せず）、受光素子５０の受光部（図示せず）、入出口２５ａ及び２５ｂ、入出口２６ａ及び２６ｂ、並びに入出口２７ａ及び２７ｂは、配線基板３０に設けられた開口部等から露出している。
The
発光素子４０は、配線基板３０上に実装されている。発光素子４０は、発光部から出射された光が、マイクロ流路２０の基体２１の上面から突出するレンズ部２８を介して、マイクロ流路２０の基体２１内に設けられた空洞部２２の傾斜面２２ｘに達する位置に実装されている。発光素子４０としては、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：垂直共振器面発光レーザ）やその他の半導体レーザ、発光ダイオード等を用いることができる。
The
受光素子５０は、配線基板３０上に実装されている。受光素子５０は、マイクロ流路２０内の被検体流路２４の光導波部２４ｃの他端から出射され空洞部２３の傾斜面２３ｘで反射された光を、マイクロ流路２０の基体２１の上面から突出するレンズ部２９を介して、受光できる位置に実装されている。受光素子５０としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。
The
ここで、光路変換部２２ｃ及び２３ｃの機能について説明する。発光素子４０の発光部から出射された光は、マイクロ流路２０の基体２１の上面から突出するレンズ部２８を介して、マイクロ流路２０の基体２１内に設けられた空洞部２２の傾斜面２２ｘに達する。傾斜面２２ｘへの入射光は、傾斜面２２ｘへの入射角（入射面である傾斜面２２ｘに立てた法線に対してなす角）が、臨界角よりも大きい場合には、傾斜面２２ｘで全反射されて光導波部２４ｃに入射し、光路変換部２２ｃには入射しない。一方、傾斜面２２ｘへの入射角が、臨界角よりも小さい場合には、傾斜面２２ｘへの入射光は傾斜面２２ｘで反射されず、光導波部２４ｃに入射する。
Here, functions of the optical
なお、全反射とは、屈折率が大きい媒体Ａから屈折率が小さい媒体Ｂに光が入射しようとするときに、光が媒体Ａと媒体Ｂとの境界面を透過せず、全て反射する現象をいう。又、スネルの法則としてよく知られているように、臨界角（屈折が起こる最大の入射角）の大きさは、屈折率によって定まる。光が媒質Ａ（屈折率Ｎ１）から媒質Ｂ（屈折率Ｎ２）に入射するとき、Ｎ１＞Ｎ２、臨界角をθm、媒質Ａから媒体Ｂへの入射角をθｂとすると、θm＝ｓｉｎ−１（Ｎ２／Ｎ１）であり、θｂ＞θmが全反射の起こる条件である。 The total reflection is a phenomenon in which light is not transmitted through the boundary surface between the medium A and the medium B but is reflected when light is about to enter the medium B having a small refractive index from the medium A having a large refractive index. Say. As is well known as Snell's law, the critical angle (the maximum incident angle at which refraction occurs) is determined by the refractive index. When light is incident on the medium B (refractive index N 2 ) from the medium A (refractive index N 1 ), assuming that N 1 > N 2 , the critical angle is θm, and the incident angle from the medium A to the medium B is θb, θm = Sin −1 (N 2 / N 1 ), and θb> θm is a condition where total reflection occurs.
図１の場合には、上部材２１ｂの材料であるＰＤＭＳが媒体Ａ（屈折率Ｎ１）に相当し、光路変換部２２ｃに充填されている空気が媒体Ｂ（屈折率Ｎ２）に相当する。前述のように、ＰＤＭＳの屈折率Ｎ１が約１．４、空気の屈折率Ｎ２が約１．０であるから、傾斜面２２ｘにおける臨界角θmは、θm＝ｓｉｎ−１（１．０／１．４）＝約４６ｄｅｇである。従って、入射角θｂが約４６ｄｅｇよりも大きければ、傾斜面２２ｘへの入射光は、傾斜面２２ｘで全反射されて光導波部２４ｃに入射し、光路変換部２２ｃには入射しない。
In the case of FIG. 1, PDMS which is the material of the
光導波部２４ｃに入射した光は、光導波部２４ｃ内に存在する被検体の屈折率がＰＤＭＳ及び硼珪ガラスの屈折率より大きい場合には、以下のように振る舞う。すなわち、それぞれの臨界角よりも大きい角度で光導波部２４ｃと下部材２１ａ（硼珪ガラス）との界面又は光導波部２４ｃと上部材２１ｂ（ＰＤＭＳ）との界面に入射した光は、それぞれの界面で全反射されて光導波部２４ｃ内に閉じこめられる。この場合、光導波部２４ｃからの光の取り出し効率が上がるが、被検体の屈折率がＰＤＭＳ及び硼珪ガラスの屈折率より大きいことは必須の要件ではない。
The light incident on the
なお、傾斜面２３ｘへの入射光についても、傾斜面２２ｘへの入射光と同様の条件であるから、入射角θｂが約４６ｄｅｇよりも大きければ、傾斜面２３ｘへの入射光は、傾斜面２３ｘで全反射され、レンズ部２９を介して、受光素子５０に入射する。
The incident light on the
次に、光学分析装置１０による被検体の分析方法について説明する。まず、基体２１側に開口されている入出口２７ａ又は入出口２７ｂから、これらに連通する被検体流路２４内（少なくとも光導波部２４ｃ内）に被検体を導入する。被検体としては、血液や尿等の液体を適宜選択できる。なお、空洞部２２及び２３には、予め空気が充填されている。
Next, a method for analyzing a subject by the
次に、発光素子４０を発光させる。発光素子４０の発光部から出射された光は、マイクロ流路２０の基体２１の上面から突出するレンズ部２８を介して、マイクロ流路２０の基体２１内に設けられた空洞部２２の傾斜面２２ｘに達する。そして、前述のように、傾斜面２２ｘで反射されて光導波部２４ｃに入射し、光導波部２４ｃ内を傾斜面２３ｘ側に向かって進行する。そして、傾斜面２３ｘで反射され、レンズ部２９を介して、受光素子５０に入射する。
Next, the
この際、光導波部２４ｃ内には被検体が導入されているので、被検体に含まれる粒子等により光が減衰し、発光素子４０が出射した光の一部のみが受光素子５０に入射する。従って、受光素子５０に入射した光の光量から（つまり、被検体を透過した透過光の光量から）、例えば被検体の濃度（例えば、ヘモグロビン濃度）を感知することができる。
At this time, since the subject is introduced into the
［第１の実施の形態に係る光学分析装置の製造方法］
次に、第１の実施の形態に係る光学分析装置の製造方法に関し、特にマイクロ流路の部分の製造工程について説明する。図３及び図４は、第１の実施の形態に係るマイクロ流路の製造工程を例示する図である。
[Method for Manufacturing Optical Analysis Device According to First Embodiment]
Next, regarding the method for manufacturing the optical analyzer according to the first embodiment, particularly the manufacturing process of the microchannel portion will be described. 3 and 4 are diagrams illustrating the manufacturing process of the microchannel according to the first embodiment.
まず、図３（ａ）に示す工程では、シリコン板や金属板等の支持体１００を準備し、支持体１００上にドライフィルム１１０を貼り付け、更に、ドライフィルム１１０上の全面にレジスト（図示せず）を形成する。レジストとしては、例えば、感光性の樹脂組成物等を用いることができる。
First, in the step shown in FIG. 3A, a
そして、レジストを露光及び現像して、ドライフィルム１１０の表面を選択的に露出する貫通部１２０ｘを形成し、レジストパターン１２０を作製する。レジストパターン１２０は、貫通部１２０ｘにより、３つの部分に分割されている。この際、分割された３つの部分の平面形状が、図１（ｂ）の空洞部２２、空洞部２３、及び被検体流路２４に対応する凸形状のパターンとなるように、レジストパターン１２０を作製する。
Then, the resist is exposed and developed to form a through
次に、図３（ｂ）に示す工程では、光路変換部２２ｃの傾斜面２２ｘとなる部分のレジストパターン１２０に、例えば４５度の傾斜面１２０ｙを形成する。又、光路変換部２３ｃの傾斜面２３ｘとなる部分のレジストパターン１２０に、例えば４５度の傾斜面１２０ｚを形成する。なお、傾斜面１２０ｙと傾斜面１２０ｚとは、互いに対向するように形成する。傾斜面１２０ｙ及び１２０ｚは、例えば、テーパダイシングにより形成できる。或いは、グレーマスクを使用した露光及び現像により形成してもよい。
Next, in the step shown in FIG. 3B, an
次に、図３（ｃ）に示す工程では、ドライフィルム１１０上に貫通部１２０ｘ、傾斜面１２０ｙ、及び傾斜面１２０ｚが形成されたレジストパターン１２０を被覆するように液状（比較的粘土の高い液状）のＰＤＭＳを塗布する。そして、塗布したＰＤＭＳを所定温度に加熱して硬化させ、被覆部２１０を形成する。なお、被覆部２１０は、マイクロ流路２０の上部材２１ｂとなる部分である。
Next, in the step shown in FIG. 3C, a liquid (relatively high clay liquid) is applied so as to cover the resist
次に、図４（ａ）に示す工程では、被覆部２１０を、図３（ｃ）に示す支持体１００、ドライフィルム１１０、及びレジストパターン１２０から剥離する。被覆部２１０はゴム状であるため、機械的な力を加えることにより、容易に支持体１００、ドライフィルム１１０、及びレジストパターン１２０から剥離できる。これにより、光路変換部２２ｃ及び傾斜面２２ｘを含む空洞部２２、光導波部２４ｃを含む被検体流路２４、並びに光路変換部２３ｃ及び傾斜面２３ｘを含む空洞部２３に対応する凹形状が転写された上部材２１ｂが完成する。
Next, in the step shown in FIG. 4A, the covering
次に、図４（ｂ）に示す工程では、硼珪酸ガラスからなる下部材２１ａを準備する。そして、下部材２１ａ上に、凹形状が転写された側を下側に向けて上部材２１ｂを貼り付ける。例えば、下部材２１ａと上部材２１ｂの貼り付けられる面に、各々エキシマＵＶ（紫外光）を３分程度照射し、各々の表面を活性化する。そして、下部材２１ａと上部材２１ｂの貼り付けられる面を接触させる。
Next, in the step shown in FIG. 4B, a
これにより、特別な加熱や加圧をすることなく、下部材２１ａ上に上部材２１ｂを貼り付けることができる（密着させることができる）。そして、下部材２１ａ上に上部材２１ｂを貼り付けた基体２１内に、光路変換部２２ｃ及び傾斜面２２ｘを含む空洞部２２、光導波部２４ｃを含む被検体流路２４、並びに光路変換部２３ｃ及び傾斜面２３ｘを含む空洞部２３が形成される。更に、図示しない入出口２５ａ及び２５ｂ、入出口２６ａ及び２６ｂ、並びに入出口２７ａ及び２７ｂを形成し、適宜外縁部の切断等を行うことにより、マイクロ流路２０が完成する。
Thereby, the
なお、基体２１上にレンズ部２８及び２９を備えたマイクロ流路２０を作製する場合には、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す工程に代えて、所定形状の金型に液状のＰＤＭＳを流し込んだ後、硬化させればよい。例えば、空洞部２２、被検体流路２４、及び空洞部２３に対応する凸形状を形成した下型と、レンズ部２８及び２９に対応する凹形状を形成した上型を準備する。そして、下型上に上型を載置した状態で、下型と上型で形成する空間内に液状のＰＤＭＳを流し込んだ後、硬化させればよい。
In addition, when producing the
このように、第１の実施の形態に係るマイクロ流路２０は、基体２１内に、被検体が導入された状態で光が伝搬する細長状の光導波部２４ｃを備えた被検体流路２４を備える。又、光導波部２４ｃの一端と対向する位置に傾斜面２２ｘを有する光路変換部２２ｃを、光導波部２４ｃの他端と対向する位置に傾斜面２３ｘを有する光路変換部２３ｃを備える。そして、基体２１を構成する材料（例えば、ＰＤＭＳやガラス等）の屈折率Ｎ１は、光路変換部２２ｃ及び２３ｃに充填されている物質（例えば、空気等）の屈折率Ｎ２よりも大きい。
As described above, the micro-channel 20 according to the first embodiment includes the
これにより、マイクロ流路２０を用いた光学分析装置１０において、以下の効果を奏する。すなわち、発光素子４０からから基体２１の一部を透過して傾斜面２２ｘを有する光路変換部２２ｃに入射する光のうち、屈折率Ｎ１と屈折率Ｎ２で決まる臨界角よりも入射角が大きな光を、傾斜面２２ｘで全反射させて光導波部２４ｃに入射させることができる。又、光導波部２４ｃから基体２１の一部を透過して傾斜面２３ｘを有する光路変換部２３ｃに入射する光のうち、屈折率Ｎ１と屈折率Ｎ２で決まる臨界角よりも入射角が大きな光を、傾斜面２３ｘで全反射させて、受光素子５０に入射させることができる。その結果、受光素子５０で受光される、光導波部２４ｃ内に導入された被検体を透過した透過光の光量に基づいて、例えば被検体の濃度等を感知することができる。つまり、簡易な構造のマイクロ流路２０を用いた光学分析装置１０を実現できる。
Thereby, in the
〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態では、第２の受光素子を設ける例を示す。なお、第２の実施の形態において、既に説明した実施の形態と同一構成部品についての説明は省略する。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, an example in which a second light receiving element is provided will be described. In the second embodiment, the description of the same components as those of the already described embodiments is omitted.
図５は、第２の実施の形態に係る光学分析装置を例示する図である。図５を参照するに、第２の実施の形態に係る光学分析装置１０Ａは、マイクロ流路２０の下面側（発光素子４０が搭載されている側とは反対側）に受光素子６０が搭載された点が、第１の実施の形態に係る光学分析装置１０（図１及び図２参照）と相違する。
FIG. 5 is a diagram illustrating an optical analyzer according to the second embodiment. Referring to FIG. 5, in the
受光素子６０（第２の受光素子）は、配線基板７０上に実装されている。受光素子６０は、光導波部２４ｃ内で被検体に含まれる粒子等により散乱された散乱光のうち、光導波部２４ｃの下側から漏洩して基体２１の外側（下側）に出射する光を受光するために設けられている。受光素子６０としては、例えば、フォトダイオード等を用いることができる。
The light receiving element 60 (second light receiving element) is mounted on the
配線基板７０は、接着剤等である接合部８０によりマイクロ流路２０の基体２１の下面に固定されている。配線基板３０には、受光素子６０と電気的に接続された配線や、光学分析装置１０Ａの外部と信号等の入出力を行うための端子等が設けられている。配線基板７０は、例えば、マイクロ流路２０の基体２１を介して、配線基板３０と電気的に接続することができる。或いは、配線基板７０は、光学分析装置１０Ａの外部において、配線基板３０と電気的に接続されてもよい。
The
基体２１の下部材２１ａ及び上部材２１ｂが何れもＰＤＭＳで作製されている場合には、ＰＤＭＳは柔軟性を有しているので、例えば、基体２１に金属製のピン等を貫通させることにより、配線基板３０と配線基板７０とを導通させることができる。なお、本実施の形態では、下部材２１ａ及び上部材２１ｂの何れにも光が通るので、下部材２１ａ及び上部材２１ｂの材料として、使用される光の波長に対して透明度が高い材料を用いることが好ましい。
When the
このように、第２の実施の形態に係る光学分析装置１０Ａは、第１の実施の形態における効果に加えて、更に以下の効果を奏する。すなわち、光導波部２４ｃ内で被検体に含まれる粒子等により散乱された散乱光のうち、光導波部２４ｃの下側から漏洩して基体２１の外側（下側）に出射する光を受光素子６０で受光する。これにより、被検体に関して、受光素子５０で受光する透過光から得られる情報に加え、受光素子６０で受光する散乱光からも情報が得られる。なお、受光素子５０からの情報と、受光素子６０からの情報は、同時に得られる。
As described above, the
以上、好ましい実施の形態について詳説したが、上述した実施の形態に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiment has been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and replacements are made to the above-described embodiment without departing from the scope described in the claims. Can be added.
例えば、１つの光学分析装置に複数の被検体流路を形成してもよい。各々の被検体流路に対して発光素子及び受光素子を設けることにより、複数の被検体の特性を同時に分析することができる。この際、各々の被検体流路に同一の被検体を導入し、各々の被検体流路に波長の異なる発光素子から光を照射してもよい。或いは、各々の被検体流路に別々の被検体を導入し、各々の被検体流路に波長が同じ発光素子から光を照射してもよい。 For example, a plurality of analyte channels may be formed in one optical analyzer. By providing a light emitting element and a light receiving element for each analyte flow path, the characteristics of a plurality of analytes can be analyzed simultaneously. At this time, the same subject may be introduced into each subject channel, and light may be irradiated from the light emitting elements having different wavelengths to each subject channel. Alternatively, separate analytes may be introduced into each analyte channel, and light may be irradiated from the light emitting elements having the same wavelength to each analyte channel.
又、第２の実施の形態において、受光素子５０を設けなくてもよい。この場合には、被検体で散乱される散乱光のみからの情報を受光素子６０で取得する光学分析装置を実現できる。
In the second embodiment, the
１０、１０Ａ 光学分析装置
２０ マイクロ流路
２１ 基体
２１ａ 下部材
２１ｂ 上部材
２２ 空洞部
２２ａ、２３ａ、２４ａ 一端
２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ 他端
２２ｃ、２３ｃ 光路変換部
２２ｘ、２３ｘ、１２０ｙ、１２０ｚ 傾斜面
２３ 空洞部
２４ 被検体流路
２４ｃ 光導波部
２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ 入出口
２８、２９ レンズ部
３０、７０ 配線基板
４０ 発光素子
５０、６０ 受光素子
８０ 接合部
１００ 支持体
１１０ ドライフィルム
１２０ レジストパターン
１２０ｘ 貫通部
10,
Claims (10)
前記基体内に設けられた、被検体が導入される被検体流路と、
前記基体内に設けられた空洞部と、を有し、
前記被検体流路は、光が伝搬する光導波部を備え、
前記空洞部は、前記光導波部の一端と対向する位置に設けられた光路変換部を備え、
前記光路変換部は、前記基体の外側から前記基体の一部を透過して入射する光を、前記光導波部に入射する方向に光路変換し、
前記基体の外側から入射する光が透過する部分の前記基体の屈折率は、前記光路変換部に充填されている物質の屈折率よりも大きいマイクロ流路。 A substrate;
An analyte flow channel provided in the substrate and into which an analyte is introduced;
A cavity provided in the base body,
The analyte flow path includes an optical waveguide through which light propagates,
The cavity includes an optical path conversion unit provided at a position facing one end of the optical waveguide unit,
The optical path changing unit changes the optical path of the light incident through the part of the base from the outside of the base in the direction of entering the optical waveguide,
A microchannel in which a refractive index of the base in a portion where light incident from the outside of the base is transmitted is larger than a refractive index of a substance filled in the optical path conversion unit.
前記第２の空洞部は、前記光導波部の他端と対向する位置に設けられた第２の光路変換部を備え、
前記第２の光路変換部は、前記光導波部から前記基体の一部を透過して入射する光を、所定方向に光路変換し、
前記光導波部から入射する光が透過する部分の前記基体の屈折率は、前記第２の光路変換部に充填されている第２の物質の屈折率よりも大きい請求項１記載のマイクロ流路。 A second cavity provided in the substrate;
The second cavity includes a second optical path conversion unit provided at a position facing the other end of the optical waveguide unit,
The second optical path conversion unit optically converts light incident from the optical waveguide unit through a part of the base in a predetermined direction,
2. The microchannel according to claim 1, wherein a refractive index of the base in a portion through which light incident from the optical waveguide section is transmitted is larger than a refractive index of the second substance filled in the second optical path conversion section. .
前記第２の光路変換部には、前記光導波部から前記基体の一部を透過して入射する光を、所定方向に光路変換する第２の傾斜面が形成されている請求項２又は３記載のマイクロ流路。 The optical path changing unit is formed with an inclined surface for changing the optical path of light incident through the base from the outside of the base in the direction of entering the optical waveguide,
4. The second optical path conversion section is formed with a second inclined surface for converting the light incident from the optical waveguide section through a part of the base in a predetermined direction. 5. The microchannel described.
前記基体の外側から前記光路変換部に入射する光を発する発光素子と、
前記光導波部に入射した光の透過光又は散乱光のうち、前記基体の外側に出射する光を受光する受光素子と、を有する光学分析装置。 The microchannel according to any one of claims 1 to 6,
A light emitting element that emits light incident on the optical path changing unit from the outside of the substrate;
An optical analysis apparatus comprising: a light receiving element that receives light transmitted to the outside of the substrate, out of transmitted light or scattered light incident on the optical waveguide unit.
前記基体の外側から前記光路変換部に入射する光を照射する発光素子と、
前記第２の光路変換部により前記所定方向に光路変換され、前記基体の外側に出射する光を受光する受光素子と、を有する光学分析装置。 The microchannel according to any one of claims 2 to 6,
A light emitting element for irradiating light incident on the optical path changing unit from the outside of the substrate;
An optical analysis device comprising: a light receiving element that receives light that has been optically changed in the predetermined direction by the second optical path changing unit and emitted to the outside of the base.
支持体上に、前記光導波部及び前記傾斜面を有する前記光路変換部に対応する凸形状のレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを覆うように、前記支持体上に被覆部を形成し、硬化させる工程と、
前記被覆部を前記支持体及び前記レジストパターンから剥離して、前記被覆部に前記光導波部及び前記光路変換部に対応する凹形状を転写する工程と、
前記被覆部の前記光導波部及び前記光路変換部に対応する凹形状を転写した側に、他の部材を貼り付けて、前記光導波部及び前記光路変換部を備えた前記基体を形成する工程と、を有することを特徴とするマイクロ流路の製造方法。 An object flow path provided with an optical waveguide for propagating light in a state where the object is introduced into the substrate, and one of the substrates from the outside of the substrate provided at a position facing one end of the optical waveguide. An optical path conversion section having an inclined surface for converting the light incident through the section in a direction incident on the optical waveguide section, and the refraction of the base at a portion through which the light incident from the outside of the base is transmitted A method of manufacturing a microchannel whose rate is larger than the refractive index of the substance filled in the optical path conversion unit,
Forming a convex resist pattern corresponding to the optical path conversion unit having the optical waveguide unit and the inclined surface on a support;
Forming a covering portion on the support so as to cover the resist pattern, and curing it;
Peeling the covering portion from the support and the resist pattern, and transferring a concave shape corresponding to the optical waveguide portion and the optical path changing portion to the covering portion;
A step of forming the base body including the optical waveguide unit and the optical path conversion unit by attaching another member to the side where the concave shape corresponding to the optical waveguide unit and the optical path conversion unit is transferred. And a manufacturing method of a microchannel characterized by comprising:
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