JP2017072539A - 分析装置用チップホルダおよび分析装置 - Google Patents

Abstract

【課題】マイクロチップをセットする際に生じた、当該マイクロチップの位置ずれなどを解消することができるチップホルダおよびこれを備えた分析装置を提供する。【解決手段】チップホルダ１１は、マイクロチップの測定部に収容された測定対象液に光を照射することによって、測定対象液を分析する分析装置に搭載されるマイクロチップを保持するためのチップホルダ１１であって、マイクロチップの底面を支持する底面支持体１２と、マイクロチップの側面を取り囲むよう配置され、マイクロチップの側面を支持する４つの側面支持体とを有し、少なくとも一つの側面支持体には、底面支持体１２におけるマイクロチップに接する表面を含む基準面と交差する方向にマイクロチップを弾性的に押圧する押圧部１７を設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、マイクロチップ内において慣性力などの運動学的作用を利用して測定対象液を調製すると共に、当該測定対象液に光を照射して特定の成分の濃度を測定する分析装置に搭載される、マイクロチップを保持するためのチップホルダ、およびこのチップホルダを備えた分析装置に関する。

近年、マイクロマシン技術を応用して、化学分析等を従来の装置に比して微細化して行うことのできる、『μ−ＴＡＳ（μ−Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）』や『Ｌａｂ ｏｎ ａ ｃｈｉｐ』と称されるマイクロチップを利用した分析方法が注目されている。
このようなマイクロチップを使用した分析システムは、マイクロマシン作製技術によって小さな基盤上に形成された微細な流路内において、試薬の混合、反応、分離、抽出及び検出を含む分析のすべての工程を行うことを目指したものである。このような分析システムは、例えば医療分野における血液の分析、超微量の蛋白質や核酸等の生体分子の分析等に用いられている。

従来、マイクロチップを利用して検体中の特定の成分の濃度や物質量を測定する分析装置としては、マイクロチップを保持するチップホルダが取り付けられた、回転駆動される遠心ロータと、チップホルダに保持されたマイクロチップの測定部に光を照射する光源部と、測定部を透過した光を受光する受光部とを備えてなるものが提案されている（特許文献１参照）。

上記の分析装置においては、マイクロチップがチップホルダに保持された状態で、遠心ロータが回転されることによって、マイクロチップ内の検体が遠心分離処理される結果、測定対象液が調製される。その後、得られた測定対象液と試薬とを混合、反応させる混合反応処理が行われ、更に、測定対象液をマイクロチップの測定部に液送される。その後、遠心ロータの回転が停止することにより、チップホルダに保持されたマイクロチップの測定部が、光源部と受光部との間の測定領域に位置される。そして、光源部からの光をマイクロチップの測定部に照射し、測定部からの光を受光部によって受光することにより、測定部内の測定対象液中の特定の成分の濃度や物質量が測定される。

特開２００７−３２２２０８号公報

しかしながら、上記の分析装置においては、以下のような問題がある。
上記の分析装置においては、マイクロチップは、例えば各測定セルが遠心ロータの回転軸中心と同心円上の位置に並ぶ姿勢でチップホルダに保持される。
然るに、マイクロチップをチップホルダにセットする際には、わずかに位置ずれが生じたり、チップホルダに対するマイクロチップの浮きが生じたりする場合がある。また、このような状態で遠心ロータが回転されると、マイクロチップの位置ずれや浮きが増大することがある。そして、このような位置ずれや浮きが生じると、光源部からの光をマイクロチップの測定部に照射したときに、測定部に照射される光量が変動する。このため、測定対象液中における特定の成分の濃度や物質量について、再現性および精度が高い測定を行うことが困難である。
特に、マイクロチップに投入される検体がより微量である場合には、測定部に収容される検査対象液もより微量となるため、より微細な測定部を有するマイクロチップが必要であり、このようなマイクロチップを用いるときには、上記の問題が顕著となる。

そこで、本発明の目的は、マイクロチップをセットする際に生じた、当該マイクロチップの位置ずれなどを解消することができるチップホルダを提供することにある。
本発明の他の目的は、マイクロチップをセットする際に当該マイクロチップの位置ずれなどが生じた場合であっても、当該マイクロチップの測定部に収容された検査対象液について所要の測定を高い精度で行うことができる分析装置を提供することにある。

本発明の分析装置用チップホルダは、マイクロチップの測定部に収容された測定対象液に光を照射することによって当該測定対象液を分析する分析装置に搭載される、前記マイクロチップを保持するためのチップホルダであって、
前記マイクロチップの底面を支持する底面支持体と、マイクロチップの側面を取り囲むよう配置され、当該マイクロチップの側面を支持する４つの側面支持体とを有し、
少なくとも一つの前記側面支持体には、前記底面支持体における前記マイクロチップに接する表面を含む基準面と交差する方向に当該マイクロチップを弾性的に押圧する押圧部が設けられていることを特徴とする。

本発明の分析装置は、マイクロチップの測定部に収容された測定対象液に光を照射することによって当該測定対象液を分析する分析装置であって、
上記の分析装置用チップホルダを有することを特徴とする。

本発明の分析装置用チップホルダによれば、マイクロチップには、検査対象液を調製する際に受ける運動学的作用と、側面支持体に設けられた押圧部による押圧力の作用とが働く。このため、マイクロチップをセットする際に生じた、当該マイクロチップの位置ずれなどを解消することができる。
本発明の分析装置によれば、上記の分析装置用チップホルダを有するため、マイクロチップをセットする際に当該マイクロチップの位置ずれなどが生じた場合であっても、当該マイクロチップの測定部に収容された検査対象液について所要の測定を高い精度で行うことができる。

本発明の分析装置用チップホルダを備えた分析装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 本発明の分析装置用チップホルダに保持されるマイクロチップの一例を示す六面図である。 図１に示す分析装置に搭載された、本発明の分析装置用チップホルダの一例を示す斜視図である。 図３に示す分析装置用チップホルダの側面図である。 図１に示す分析装置における遠心ロータの一部を拡大して示す説明図である。 図１に示す分析装置において、本発明の分析装置用チップホルダの押圧部によってマイクロチップに作用する押圧力の方向を模式的に示す説明図である。 図１に示す分析装置において、遠心ロータの回転が開始したときにマイクロチップに作用する押圧力の方向を模式的に示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の分析装置用チップホルダ（以下、単に「チップホルダ」という。）を備えた分析装置の一例における構成の概略を示す説明図である。この分析装置は、マイクロチップ内に投入された例えば血液などの検体を遠心分離処理して得られる測定対象液について、特定の成分の濃度や物質量を、当該特定の成分から発する光を利用して測定するものである。

この分析装置は、マイクロチップ内に投入された検体を遠心分離処理することによって測定対象液を調製すると共に、測定対象液についての測定処理を実行する測定処理機構１０と、この測定処理機構１０を制御すると共に、測定処理機構１０からの光強度信号に基づいて、測定対象液中の特定の成分の濃度や物理量を演算する制御機構５０とにより構成されている。

測定処理機構１０は、マイクロチップが保持される、本発明に係るチップホルダ１１の複数を有する。尚、図１においては、便宜上、１つのチップホルダ１１が示され、その他のチップホルダは省略されている。

図２は、チップホルダに保持されるマイクロチップの一例を示す六面図である。
このマイクロチップ１は、扁平な直方体状の形状を有する。具体的に説明すると、マイクロチップ１は、長尺な矩形の上面２および底面３と、上面２の長辺と底面３の長辺との間に形成された、幅の大きい２つの側面４，５と、上面２の短辺と底面３の短辺との間に形成された、幅の小さい側面６，７とを有する。また、マイクロチップ１における底面３と幅の小さい２つの側面６，７との間には、アール形状の湾曲面Ｃが形成されている。
マイクロチップ１における上面２には、検体が投入される検体投入口８が形成されている。また、マイクロチップ１内における底面３付近には、検査対象液が収容される測定部９が形成されている。

図３は、図１に示す分析装置に搭載された、本発明に係るチップホルダの一例を示す斜視図である。このチップホルダ１１は、直方体状のマイクロチップ１を収容する収容空間Ｓを有し、収容空間Ｓに収容されたマイクロチップ１の底面３を支持する板状の底面支持体１２と、マイクロチップ１の側面を取り囲むよう配置された、それぞれマイクロチップ１の側面４，５，６，７を支持する第１側面支持体１３、第２側面支持体１４、第３側面支持体１５および第４側面支持体１６とにより構成されている。

図示の例では、底面支持体１２は、分割された２つの板状の支持体要素１２ａ，１２ｂにより構成されている。これらの支持体要素１２ａ，１２ｂは、マイクロチップ１の長手方向（上面２の長辺方向）に互いに離間して配置されている。

マイクロチップ１の側面４，５を支持する第１側面支持体１３および第２側面支持体１４は、底面支持体１２における支持体要素１２ａ，１２ｂの各々の側縁に沿って、互いに対向した状態で配置されている。第１側面支持体１３および第２側面支持体１４の各々の下端縁は、底面支持体１２における支持体要素１２ａ，１２ｂの側縁に一体に連結されている。第２側面支持体１４の上端部には、第１側面支持体１３と第２側面支持体１４とによってマイクロチップ１を挟持するための挟持部１４ａが設けられている。この挟持部１４ａは、湾曲した板状の片持ちバネにより構成されている。また、第１側面支持体１３および第２側面支持体１４の各々には、後述する遠心ロータ２０に固定するための固定支持部１３ｂ，１４ｂが設けられている。

マイクロチップ１の側面６，７を支持する第３側面支持体１５および第４側面支持体１６は、底面支持体１２における支持体要素１２ａ，１２ｂの各々の端縁に沿って、互いに対向した状態で配置されている。第３側面支持体１５の両側縁は、連結部１５ａを介して第１側面支持体１３および第２側面支持体１４の各々の一側縁に一体に連結されている。第４側面支持体１６の下端縁は、底面支持体１２における支持体要素１２ｂの端縁に一体に連結されている。これにより、第４側面支持体１６は、支持体要素１２ｂと連結された下端縁を支持点として、第４側面支持体１６の上端縁が第３側面支持体１５に対して離接する方向に変位する片持ちバネとして構成されている。

第１側面支持体１３には、底面支持体１２におけるマイクロチップ１の底面２に接する表面を含む基準面Ｆと斜めに交差する方向に当該マイクロチップ１を弾性的に押圧する押圧部１７が設けられている。この例における押圧部１７は、図４に示すように、Ｌ字型の板バネによって構成され、基準面Ｆに対して斜めに交差する方向にマイクロチップ１を弾性的に押圧するものである。基準面Ｆに対する押圧部１７による押圧力の方向の角度θ（図６参照。）は、例えば１０〜５０°である。この角度θが１０°より小さい場合には、基準面Ｆに対する押圧部１７による押圧力の作用が弱くなる虞れがある。一方、この角度θが５０°より大きい場合には、マイクロチップ１へのチップホルダ１１の挿抜作業がしにくくなる虞れがある。

このような複数のチップホルダ１１は、測定処理が実行される測定処理室（図示省略）内に配置された円板状の遠心ロータ２０に、その周方向に沿って互いに等間隔で離間して設けられている。遠心ロータ２０は、図５に示すように、円形のリング状の外周部２１と、回転軸Ｒが位置される中心部２２と、外周部２１と中心部２２とを接続するスポーク部２３とにより構成されている。そして、遠心ロータ２０のスポーク部２３は、遠心ロータ２０の半径方向に伸びる長尺な矩形の開口２４を有し、この開口２４にチップホルダ１１が固定されている。また、遠心ロータ２０の中心部２２は、遠心用モータ２５の駆動軸２６の先端部に固定されており、遠心用モータ２５によって、駆動軸２６を回転軸Ｒとして回転駆動される。この遠心ロータ２０は、チップホルダ１１に保持されたマイクロチップ１内の検体に対して遠心分離処理などの処理を行うことによって測定対象液を調製すると共に、この測定対象液をマイクロチップ１の測定部９に送液する機能を有する。

チップホルダ１１に保持されたマイクロチップ１の測定部９は、遠心ロータ２０が回転駆動されることによって、遠心ロータ２０の回転軸Ｒを中心とする円軌道Ｓに沿って移動される。マイクロチップ１における測定部９の円軌道上には、測定対象液中の特定の成分の濃度や物質量を測定するための測定領域Ｍが設けられている。

遠心ロータ２０の下方には、測定領域Ｍの直下位置に、当該測定領域Ｍに光を照射する光源部３０が設けられている。この光源部３０としては、ＬＥＤなどの固体発光素子や、フラッシュランプ、ハロゲンランプなどのランプを用いることができる。光源部３０から放射される光の波長は、測定対象液中の特定の成分に応じて適宜選定される。例えば測定対象液中の特定の成分がレゾルフィンによってマーキングされている場合には、光源部３０として、波長５２５ｎｍに発光ピークを有する緑色ＬＥＤを用いることができる。

遠心ロータ２０の上方には、測定領域Ｍの直上位置に、当該測定領域Ｍを通過する測定部９中の測定対象液から発した光を受光する受光部４０が設けられている。この受光部４０としては、例えば光電子倍増管（フォトマル）などの高感度光検出器、フォトダイオード、ＣｄＳよりなるフォトレジスタなどを用いることができる。

制御機構５０は、中央制御部５１と、光源部３０を制御する光源部制御部５２と、受光部４０を制御する受光部制御部５３と、遠心用モータ２５を制御するモータ制御部５４とを有する。中央制御部５１には、マイクロチップに設けられた、バーコードやＱＲコード(登録商標）などの識別子による情報を読み取る情報読取部５５、制御機構５０にデータを入力する入力部５６、測定結果を表示する表示部５７、測定結果等のデータを出力する出力部５８、測定結果等のデータを記憶する外部記憶媒体５９が接続されている。

上記の分析装置においては、以下のようにして、測定対象液についての測定処理が実行される。
先ず、マイクロチップ１の検体投入口８に検体を投入する。また、マイクロチップ１に設けられた識別子による情報を、情報読取部５５によって読み取る。マイクロチップに設けられた識別子には、遠心ロータ２０の回転速度や回転パターン、測定される光強度と測定対象液中の特定の成分の濃度または物質量との関係を示す検量線データなどの情報が記録されており、中央制御部５１においては、識別子に記録された情報に基づいて、遠心ロータ２０の回転速度や回転パターン等の制御プログラムの初期化が行われる。

次いで、検体が投入された、所要の数のマイクロチップ１をチップホルダ１１にセットする。保持されるマイクロチップ１の数は、遠心ロータ２０が回転駆動されたときの回転バランスを考慮して定められる。具体的には、遠心ロータ２０の一面において、保持されるマイクロチップの位置関係が、遠心ロータ２０の中心を対称点とする点対称、または遠心ロータ２０の中心を通過する直線を対称軸とする線対称となるよう、マイクロチップ１の数が選定される。例えば図１に示す分析装置においては、チップホルダ１１の数が６個であるため、保持されるマイクロチップ１の数は、２個、３個、４個または６個が好ましい。

その後、分析装置に設けられたスタートボタンを押して分析装置を作動させることにより、マイクロチップ１内の検体の前処理を実行する。具体的には、光源部３０が点灯すると共に、遠心用モータ２５によって遠心ロータ２０が回転駆動される。遠心ロータ２０の回転速度や、遠心ロータ２０による処理時間は、マイクロチップ１に設けられた識別子による情報に基づいて制御される。前処理工程における遠心ロータ２０の具体的な回転速度を示すと、例えば５０００回転／分である。遠心ロータ２０は、一定の回転速度で回転するよう制御されてもよいが、所定の時間が経過する毎に異なる回転速度に切り替えられるよう制御されてもよい。

上記の前処理工程は、遠心ロータ２０が回転駆動されることによりマイクロチップ１に作用される遠心力が利用されて行われる。この前処理工程には、検体から測定対象液を分離する分離処理と、一定量の測定対象液を分取する秤量処理と、測定対象液と試薬とを混合、反応させる混合反応処理と、測定対象液を測定部９に液送する処理とが含まれる。

このようにして、前処理工程が行われることにより、マイクロチップ１中の検体が遠心分離処理されて測定対象液が調製されると共に、当該特定対象液が測定部９に送液される。また、前処理工程においては、光源部３０が点灯されることにより、光源部３０から放射される光の出力の安定化が図られる。

そして、前処理工程が終了した後、マイクロチップ１の測定部９に保持された測定対象液についての測定処理を実行する。具体的には、測定領域Ｍにおいて、光源部３０からの光をマイクロチップ１の測定部９に照射し、当該マイクロチップ１の測定部９から発する光の強度を、受光部４０によって測定する。そして、制御機構５０の中央制御部５１において、マイクロチップ１に設けられた識別子に記録された検量線データに基づいて、得られた測定データから測定対象液中の特定の成分の濃度や物質量が算出される。

以上において、マイクロチップ１がチップホルダ１１にセットされたときには、図６に示すように、押圧部１７によって、マイクロチップ１に基準面Ｆと斜めに交差する方向に押圧力Ｐ１の作用が働く。そして、遠心ロータ２０の回転が開始したときには、図７に示すように、マイクロチップ１に慣性力Ｐ２の作用が働く。このとき、マイクロチップ１は、慣性力Ｐ２によって押圧部１７に押しつけられ、慣性力Ｐ２のうち、押圧部１７におけるマイクロチップ１との接触面に垂直な成分Ｐ２−１の反作用として、マイクロチップ１には、押圧部１７による弾性的な押圧力Ｐ３の作用が働く。その結果、マイクロチップ１には、押圧力Ｐ３と、慣性力Ｐ２のうち、押圧部１７におけるマイクロチップ１との接触面に水平な成分Ｐ２−２との合力Ｐ４の作用が働く。この合力Ｐ４のうち、マイクロチップ１の底面に垂直な成分Ｐ４−１により、マイクロチップ１がチップホルダ１１の底面すなわち基準面Ｆに向かって押しつけられ、当該マイクロチップ１の位置決めがなされる。

このようなチップホルダ１１によれば、マイクロチップ１には、検査対象液を調製する際に受ける運動学的作用、具体的には遠心ロータ２０の回転が開始したときの慣性力Ｐ２と、第１側面支持体１３に設けられた押圧部１７による押圧力Ｐ３の作用とが働く。このため、マイクロチップ１をセットする際に生じた、当該マイクロチップ１の位置ずれなどを解消することができる。
また、上記の分析装置によれば、チップホルダ１１を有するため、マイクロチップ１をセットする際に当該マイクロチップ１の位置ずれなどが生じた場合であっても、当該マイクロチップ１の測定部９に収容された検査対象液について所要の測定を高い精度で行うことができる。

１ マイクロチップ
２ 上面
３ 底面
４，５，６，７ 側面
８ 検体投入口
９ 測定部
１０ 測定処理機構
１１ チップホルダ
１２ 底面支持体
１２ａ，１２ｂ 支持体要素
１３ 第１側面支持体
１３ｂ 固定支持部
１４ 第２側面支持体
１４ａ 挟持部
１４ｂ 固定支持部
１５ 第３側面支持体
１５ａ 連結部
１６ 第４側面支持体
１７ 押圧部
２０ 遠心ロータ
２１ 外周部
２２ 中心部
２３ スポーク
２４ 開口
２５ 遠心用モータ
２６ 駆動軸
３０ 光源部
４０ 受光部
５０ 制御機構
５１ 中央制御部
５２ 光源部制御部
５３ 受光部制御部
５４ モータ制御部
５５ 情報読取部
５６ 入力部
５７ 表示部
５８ 出力部
５９ 外部記憶媒体
Ｃ 湾曲面
Ｆ 基準面
Ｍ 測定領域
Ｒ 回転軸
Ｓ 収容空間

Claims (2)

1. マイクロチップの測定部に収容された測定対象液に光を照射することによって当該測定対象液を分析する分析装置に搭載される、前記マイクロチップを保持するためのチップホルダであって、
   前記マイクロチップの底面を支持する底面支持体と、マイクロチップの側面を取り囲むよう配置され、当該マイクロチップの側面を支持する４つの側面支持体とを有し、 少なくとも一つの前記側面支持体には、前記底面支持体における前記マイクロチップに接する表面を含む基準面と交差する方向に当該マイクロチップを弾性的に押圧する押圧部が設けられていることを特徴とする分析装置用チップホルダ。
2. マイクロチップの測定部に収容された測定対象液に光を照射することによって当該測定対象液を分析する分析装置であって、
   請求項１に記載の分析装置用チップホルダを有することを特徴とする分析装置。

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