JP4619224B2 - Rotational analysis device - Google Patents
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Description
本発明は、生物学的流体を光学的に分析する回転分析デバイスに関するものであり、より詳細には、光学的分析装置で生物学的流体の測定に使用する回転分析デバイスにおける生物学的流体の計量に関する。 The present invention relates to a rotational analysis device for optically analyzing a biological fluid, and more particularly, to a biological fluid in a rotational analysis device used for measurement of biological fluid in an optical analyzer. Concerning weighing.
従来、生物学的流体を光学的に分析する方法として液体流路を形成したマイクロデバイスを用いて分析する方法が知られている。マイクロデバイスは回転装置を使って流体の制御をすることが可能であり、遠心力を利用して試料の計量、細胞質材料の分離、分離された流体の移送分配等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for optically analyzing a biological fluid, a method for analyzing using a microdevice having a liquid flow path is known. Microdevices can control fluids using a rotating device, and use centrifugal force to measure samples, separate cytoplasmic materials, transfer and distribute separated fluids, etc. It is possible to perform biochemical analysis.
遠心力を利用して試料を計量する方法としては、図7に示すように中心から周縁に向けて分析前に希釈すべき液体を収容する中央収容部71と、計量室72及び溢流室73と、混合室74と、測定セル75とを備え、計量室72が溢流室73とほぼ平行に配置され、且つ供給口76及び溢流口77以外に供給口76と対向する計量室壁面に設けられる開口78を有し、この開口が常時開放されると共に、供給口76及び溢流口77より遥かに小さい断面を有することを特徴とする回転分析デバイスがあり、このような構成にすることで計量室72の充填が高速で実施され、且つその溢流が即刻除去される。液体は計量室72が液体で満たされ始めるとすぐにこの室から流出し始める。そのため、流入口断面積対流出口断面積の比の関数たる供給時間対流出口からの流出時間の比を好きなだけ小さくすることができることから、測定に正確さが与えられる(特許文献1)。
As a method for measuring the sample using the centrifugal force, as shown in FIG. 7, a central storage portion 71 for storing a liquid to be diluted before analysis from the center to the periphery, a
また、図8に示すように大型流体室81と、大型流体室81に連結されると共に大型流体室81に対して半径方向外方に配置された計量室82と、計量室82に連結された溢流室83と、計量室82に対して半径方向外方に配置された受容室84と、計量室82から受容室84に液体を供給するための毛細管連結手段85とを有する回転分析デバイスがあり、毛細管連結手段85は毛細管構造を有するサイフォン86を含み、サイフォン86の肘状屈曲部分が、回転分析デバイスの中心から、計量室82の半径方向再内方点と実質的に同じ距離になるように位置付けられることで、回転分析デバイスの回転中は毛細管力が遠心力に比べて小さいため、液体/空気の界面は回転分析デバイスの軸線と同じ軸線を有し、且つ回転分析デバイスの中心から計量室82の半径方向再内方点までの距離に等しい長さの半径を持つ回転円筒体の形状と合致して計量室82は充填され、過剰な液は溢流室83に流れ込む。回転分析デバイスを止めると、計量室82内に充填された液が、毛細管力で毛細管連結手段85に流入し、再度回転させることでサイフォンが始動し、計量室82内に存在する液は受容室84に排出される(特許文献2)。
しかしながら、前記従来の構成では、回転分析デバイスが回転中の時は、遠心力が液体と計量室壁面との間に働く表面張力より大きいため、溢流口の開口位置で液面が釣り合って所定の量を計量できているが、次工程に移るために回転を減速あるいは停止させた場合に、液体は遠心力から開放されると同時に液体と溢流口壁面の界面で表面張力が働き出し、その表面張力によって液体は溢流口の壁面を伝って溢流室に流出してしまい、精密な計量ができていなかった。また、液体の物性値の違いによって流出する量がばらつくため、分析する液体ごとに計量室の大きさを変える必要があった。 However, in the conventional configuration, when the rotational analysis device is rotating, since the centrifugal force is larger than the surface tension acting between the liquid and the wall surface of the measuring chamber, the liquid level is balanced at the opening position of the overflow port, and the predetermined value is obtained. However, when the rotation is decelerated or stopped to move to the next process, the liquid is released from the centrifugal force, and at the same time, the surface tension starts working at the interface between the liquid and the overflow wall, Due to the surface tension, the liquid flowed along the wall of the overflow port into the overflow chamber, and precise measurement was not possible. In addition, since the amount of liquid flowing out varies depending on the physical property values of the liquid, it is necessary to change the size of the measuring chamber for each liquid to be analyzed.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、液体の計量を精度よく行うことのできる回転分析デバイスを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide a rotational analysis device capable of accurately measuring a liquid.
前記従来の課題を解決するために、本発明の回転分析デバイスは、分析するために必要な量の試料液を注入/収容するための液体収容室と、前記液体収容室に連結通路によって連結されるとともに前記液体収容室に対して半径方向外方に配置された前記試料液を一定量保持する計量室と、前記計量室に連結され当該計量室の容量よりも過剰な容量の試料液を受容するための溢流室を有する回転分析デバイスであって、前記計量室が少なくとも回転分析デバイスの半径方向内側に位置する壁面と回転分析デバイスの半径方向外側に位置する壁面とを有し、前記連結通路を介して液体収容室から前記試料液が流入する流入口と、前記計量室から前記溢流室への溢流口が、前記計量室の回転分析デバイスの半径方向内側に位置する壁面に離間して設けられ、前記計量室の溢流口からの試料液が流れ込む前記溢流室の流入口は、前記計量室の溢流口より半径方向内方に配置され、前記計量室の溢流口と毛細管通路で連結するとともに、前記計量室を構成する壁面のうち回転分析デバイスの半径方向内側に位置する前記壁面は、当該計量室の前記流入口から当該計量室の前記溢流口へ向かうに従って前記半径方向位置が回転中心へ近接するように形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the rotational analysis device of the present invention is connected to a liquid storage chamber for injecting / accommodating a necessary amount of sample liquid for analysis, and to the liquid storage chamber by a connecting passage. And a measuring chamber for holding a certain amount of the sample liquid disposed radially outward with respect to the liquid storage chamber, and receiving a sample liquid having a volume exceeding the capacity of the measuring chamber connected to the measuring chamber. A rotating analysis device having an overflow chamber for performing the measurement , wherein the weighing chamber has at least a wall surface located radially inside the rotational analysis device and a wall surface located radially outside the rotational analysis device, and the connection An inlet through which the sample liquid flows from the liquid storage chamber through the passage and an overflow port from the measurement chamber to the overflow chamber are separated from a wall surface located radially inward of the rotational analysis device of the measurement chamber. Set up Is the inlet of the overflow chamber of the sample solution flows from the overflow port of the metering chamber is located radially inward from the overflow port of the metering chamber, the overflow opening and the capillary channel of the metering chamber And the wall surface located on the radially inner side of the rotational analysis device among the wall surfaces constituting the measurement chamber is in the radial direction from the inlet of the measurement chamber toward the overflow port of the measurement chamber. The position is formed so as to be close to the center of rotation .
また、さらに本発明は、前記計量室で計量された試料液を移送して該試料液の吸光度を測定するための測定セルと、前記計量室と前記測定セルをつなぐ連結通路の間に前記計量室の測定セル側出口より前記半径方向の外方に毛細管バルブを設けたことを特徴とする。 Still present invention, the weighing and measuring cell for measuring the absorbance of the sample solution and transferring the sample liquid that has been weighed in the weighing chamber, between the connecting passage connecting the measuring cell and the measuring chamber A capillary valve is provided outward from the measurement cell side outlet of the chamber in the radial direction.
本発明の回転分析デバイスによれば、回転分析デバイスを回転させて計量室に保持させた液体を、次工程に移るために回転を減速あるいは停止させても、計量室と溢流室を毛細管で連結させることで、液体はその毛細管内にトラップされて溢流室に流出しないため、正確な計量を行うことができる。また、表面張力の異なる液体も計量後の溢流室への流出が無くなるため、同じ量だけ計量することができる。 According to the rotational analysis device of the present invention, even if the liquid held in the measurement chamber by rotating the rotational analysis device is decelerated or stopped in order to move to the next step, the measurement chamber and the overflow chamber are separated by a capillary. By connecting, the liquid is trapped in the capillary and does not flow out into the overflow chamber, so that accurate measurement can be performed. In addition, liquids having different surface tensions can be measured by the same amount because there is no outflow to the overflow chamber after measurement.
以下に、本発明の回転分析デバイスの実施の形態を図面とともに詳細に説明する。 Embodiments of the rotational analysis device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施例における回転分析デバイスの構成を示す模式図である。また、図2は第1の実施例における回転分析デバイスのマイクロチャネルが形成された基板を示す斜視図である。 FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a rotational analysis device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing the substrate on which the microchannel of the rotational analysis device in the first embodiment is formed.
図1において、本発明の回転分析デバイスは、マイクロチャネル4a、4bを有する基板1と、平坦な基板2と、接着層3で構成されている。
In FIG. 1, the rotational analysis device of the present invention includes a
基板1に形成されるマイクロチャネル4a、4bは、図3に示すような凹凸のあるマイクロチャネルパターンを射出成形により作製しており、分析する試料液を回転分析デバイスに注入し、遠心力と毛細管力を利用して流体移動をさせることが可能となっている。
The microchannels 4a and 4b formed on the
本発明では、マイクロチャネル4aに透過光を照射して、検査すべき試料液と試薬の反応状態を光学的に分析する。測定時には、マイクロチャネル4a内に試料液と試薬とを反応させた反応溶液5が充填され、反応溶液5は試料液と試薬の反応の割合で吸光度が変化するため、光源部6からマイクロチャネル4aに透過光を照射し、受光部7にてその透過光の光量を測定することで、反応溶液5を透過した光量の変化を測定することができるため、反応状態を分析することができる。
In the present invention, the microchannel 4a is irradiated with transmitted light to optically analyze the reaction state between the sample liquid to be examined and the reagent. At the time of measurement, the
本発明では、基板1および基板2の厚みは、1mm〜5mmで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル4a、4bを形成可能な厚みであればよい。基板1および基板2の形状についても特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、シート状、板状、棒状、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。
In this invention, although the thickness of the board |
本発明では基板1および基板2の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなど接合できる材料であれば特に制限はない。
In the present invention, plastic is used as the material of the
本発明ではマイクロチャネル4a、4bを有する基板1および基板2にはマイクロチャネル4a、4b内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水性とは水との接触角が90度未満のことをいい、より好ましくは接触角40度未満である。
In the present invention, the
本発明では、接着剤を用いて基板1と基板2を接合しているが、使用する材料に応じて溶融接合や陽極接合などの接合方法で接合してもかまわない。
In this invention, although the board |
次に上記で説明した本発明の第1の実施例における回転分析デバイスのマイクロチャネル構成および試料液の移送プロセスについて説明する。 Next, the microchannel configuration of the rotational analysis device and the sample liquid transfer process in the first embodiment of the present invention described above will be described.
図3は第1の実施例における回転分析デバイスのマイクロチャネル構成を示す平面図である。また、図4(a)〜図4(d)は本発明の第1の実施例における回転分析デバイスの移送プロセスを示す図である。 FIG. 3 is a plan view showing the microchannel configuration of the rotational analysis device in the first embodiment. 4 (a) to 4 (d) are diagrams showing a transfer process of the rotational analysis device in the first embodiment of the present invention.
図2に示すように、本発明の回転分析デバイスのマイクロチャネル構成は、試料液を注入/収容するための液体収容室9と、試料液を一定量計量し保持する計量室10と、計量室10の容量よりも過剰な容量の試料液を受容するための溢流室11と、計量室10で計量された試料液を移送させて試薬と反応させ、その液の吸光度を測定するための測定セル12とで構成されている。ここで、本実施例では省略しているが、計量室10と測定セル12の間には細胞質を分離するための分離室や、試料液を希釈/混合するための混合室等を設けてもかまわない。
As shown in FIG. 2, the microchannel configuration of the rotational analysis device of the present invention includes a liquid storage chamber 9 for injecting / accommodating sample liquid, a
本発明では、液体試料室9、計量室10、溢流室11、測定セル12の深さを0.3mm〜2mmで形成しているが、試料液の量や吸光度測定するための条件(光路長、測定波長、試料液の反応濃度、試薬の種類等)によって調整可能である。
In the present invention, the depths of the liquid sample chamber 9, the
液体収容室9は計量室10と連結通路13を介してつながっており、図4(a)に示すように注入口8から試料液を注入/収容し、回転分析デバイスを回転させることで、図4(b)に示すように、試料液を計量室10に移送することができる。
The liquid storage chamber 9 is connected to the
本発明では、連結通路13の深さを液体収容室9や計量室10と同じ深さにしているが、計量室10に空気孔を設けることで、深さ50μm〜200μmの毛細管形状にすることも可能である。
In the present invention, the depth of the connecting
計量室10は、計量室10より半径方向内方に配置された溢流室11の流入口16に、計量室10の半径方向最内方に位置する溢流口14から毛細管流路17を介して連結され、計量室10の半径方向最外方に位置する場所から連結通路15を介して測定セル12に連結されている。溢流室11には、試料液が流入しやすいように空気孔18が設けられており、測定セル12にも、試料液が連結通路15を流れやすいように空気孔19が設けられている。
The
連結通路15は、回転分析デバイスの回転中心から溢流室11の流入口16と、毛細管流路17の界面までの距離より内方に配置される曲管を備えたサイフォン形状である。本発明では、連結通路15の幅を0.5mm〜2mm、深さを50μm〜200μmで形成しているが、毛細管力で連結通路15内を試料液で充填できるのであれば特に制限はない。
The
このように計量室10と測定セル12を連結することで、液体収容室9内に収容された試料液を回転分析デバイスの回転によって計量室10に移送・充填させても、図4(b)に示すように、連結通路15内の試料液は、回転分析デバイスの回転中心から溢流室11の流入口16と、毛細管流路17の界面までの半径方向の距離に相当する位置までしか充填されない。計量室10の充填完了後に回転分析デバイスを停止させると、図4(c)に示すように、連結通路15内は毛細管力が働き、測定セル12の入口まで試料液で満たされる。このとき、試料液は測定セル12の深さが深く、毛細管力が連結通路15の毛細管力に比べて極めて小さいため、測定セル12内には流入しない。
連結通路15が満たされた後、回転分析デバイスを再度回転させることで計量室10内に保持されている試料液は、図4(d)に示すように、サイフォン効果で測定セルに移送される。
By connecting the
After the
本発明では、計量室10を構成する壁面のうち、回転分析デバイスの半径方向内側に位置する壁面の形状が、計量室10の連結通路13付近から溢流口14付近にかけて半径方向内方に入り込むように形成される。即ち、計量室10を構成する壁面のうち、回転分析デバイスの半径方向内側に位置する壁面は、計量室10の試料液の流入口から溢流口へ向かうに従って半径方向位置が回転中心へ近接するように形成することで、液体収容室9から試料液を移送させた際に、計量室10内の空気が溢流口14に向かって選択的に抜けるため、計量室10の充填時に空気の混入による試料液の計量ばらつきが少なくなる。
In the present invention, among the wall surfaces constituting the
本発明では、毛細管流路17の深さは50μm〜200μmで形成されており、このようにすることで、回転分析デバイスの回転中は、溢流室11の流入口16と、毛細管流路17の界面までの半径方向の距離に相当する位置で液面が安定して計量され、回転の減速/停止時には、試料液は毛細管流路17の毛細管力によって毛細管流路17内にトラップされているため、溢流室11への流出を防ぐことができ、精密な計量が可能となる。また、毛細管流路17内にトラップされている試料液は、次の回転時に遠心力によって計量室10に戻されるため、計量された試料液を全て次の工程に移送することが可能となる。
In the present invention, the depth of the
図5は、本発明の第2の実施例における回転分析デバイスの構成を示す模式図である。また、図6は第2の実施例における回転分析デバイスのマイクロチャネルが形成された基板を示す斜視図である。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the rotational analysis device in the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a perspective view showing a substrate on which microchannels of the rotational analysis device in the second embodiment are formed.
図5において、実施例1の構成と異なるところは、計量室10の溢流口14と溢流室11の流入口16との間に溢流制御室20を設け、溢流室11の流入口16と溢流制御室20を深さ50μm〜200μmの毛細管流路21を介して連結した点である。
In FIG. 5, the difference from the configuration of the first embodiment is that an
溢流制御室20は計量室10および溢流室11より半径方向内方に配置されており、その深さは、図6に示すように0.3mm〜2mmで形成されている。このような構成にすることで、溢流室11に流入した試料液の表面張力が低い場合でも、回転停止時に毛細管流路21の毛細管力で毛細管流路21内にトラップされるため、試料液が計量室10に逆流するのを抑制することが可能となる。
The
同じように、連結通路15を計量室10の半径方向最外方より外側の距離に相当する位置と測定セル12の間に設けた、深さ0.3mm〜2mmの毛細管バルブ22を介して計量室10と測定セル12を連結することで、測定セル12に移送させた試料液は、毛細管力の極めて小さい毛細管バルブ22があるため、毛細管バルブ22の流出口までしか毛細管力で戻ることができず、計量室10に逆流するのを抑制することが可能となる。
Similarly, the connecting
本発明にかかる回転分析デバイスは、回転分析デバイスを回転させて計量室に保持させた液体を、次工程に移るために回転を減速あるいは停止させても、計量室と溢流室を毛細管で連結させることで、液体はその毛細管内にトラップされて溢流室に流出しないため、正確な計量を行うことができるという効果を有し、光学的分析装置で生物学的流体の測定に使用する回転分析デバイスにおける生物学的流体の計量方法等として有用である。 The rotational analysis device according to the present invention connects the measurement chamber and the overflow chamber with a capillary even when the rotation analysis device is rotated and the liquid held in the measurement chamber is decelerated or stopped to move to the next process. Since the liquid is trapped in the capillary tube and does not flow into the overflow chamber, the liquid can be accurately measured, and the rotation used for measuring the biological fluid in the optical analyzer is effective. This is useful as a method for measuring a biological fluid in an analytical device.
1、2 基板
3 接着層
4a、4b マイクロチャネル
5 反応溶液
6 光源部
7 受光部
8 注入口
9 液体収容室
10 計量室
11 溢流室
12 測定セル
13 連結通路
14 溢流口
15 連結通路
16 流入口
17 毛細管流路
18、19 空気孔
20 溢流制御室
21 毛細管流路
22 毛細管バルブ
71 中央収容部
72 計量室
73 溢流室
74 混合室
75 測定セル
76 供給口
77 溢流口
78 開口
81 大型流体室
82 計量室
83 溢流室
84 受容室
85 毛細管連結手段
86 サイフォン
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記液体収容室に連結通路によって連結されるとともに前記液体収容室に対して半径方向外方に配置された前記試料液を一定量保持する計量室と、
前記計量室に連結され当該計量室の容量よりも過剰な容量の試料液を受容するための溢流室を有する回転分析デバイスであって、
前記計量室が少なくとも回転分析デバイスの半径方向内側に位置する壁面と回転分析デバイスの半径方向外側に位置する壁面とを有し、前記連結通路を介して液体収容室から前記試料液が流入する流入口と、前記計量室から前記溢流室への溢流口が、前記計量室の回転分析デバイスの半径方向内側に位置する壁面に離間して設けられ、前記計量室の溢流口からの試料液が流れ込む前記溢流室の流入口は、前記計量室の溢流口より半径方向内方に配置され、前記計量室の溢流口と毛細管通路で連結するとともに、前記計量室を構成する壁面のうち回転分析デバイスの半径方向内側に位置する前記壁面は、当該計量室の前記流入口から当該計量室の前記溢流口へ向かうに従って前記半径方向位置が回転中心へ近接するように形成されている
回転分析デバイス。 A liquid storage chamber for injecting / accommodating the amount of sample liquid required for analysis;
A measuring chamber connected to the liquid storage chamber by a connecting passage and holding a certain amount of the sample liquid disposed radially outward with respect to the liquid storage chamber;
A rotational analysis device connected to the weighing chamber and having an overflow chamber for receiving an excess volume of sample liquid than the volume of the weighing chamber;
The measurement chamber has at least a wall surface located radially inward of the rotational analysis device and a wall surface located radially outward of the rotational analysis device, and the flow of the sample liquid from the liquid storage chamber through the connection passage An inlet and an overflow port from the measuring chamber to the overflow chamber are provided on a wall surface located radially inward of the rotational analysis device of the measuring chamber, and a sample from the overflow port of the measuring chamber is provided. The inlet of the overflow chamber into which the liquid flows is disposed radially inward from the overflow port of the measuring chamber, is connected to the overflow port of the measuring chamber by a capillary passage, and is a wall surface constituting the measuring chamber The wall surface located radially inward of the rotational analysis device is formed so that the radial position is closer to the center of rotation as it goes from the inlet of the measuring chamber to the overflow port of the measuring chamber. <br/> times you are Analysis device.
請求項1記載の回転分析デバイス。The rotation analysis device according to claim 1.
前記計量室と前記測定セルをつなぐ連結通路の間に前記計量室の測定セル側出口より前記半径方向の外方に毛細管バルブを設けた
請求項1記載の回転分析デバイス。 A measurement cell for transferring the sample solution weighed in the measurement chamber and measuring the absorbance of the sample solution;
A capillary valve is provided between the measuring chamber and the measurement cell side outlet in the radial direction between the connecting passage connecting the measuring chamber and the measuring cell.
The rotation analysis device according to claim 1.
請求項3記載の回転分析デバイス。The rotation analysis device according to claim 3.
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