JP4966752B2 - 流体測定基板、分析装置及び分析方法 - Google Patents

Description

本発明は流体中の物質をモニタするために用いる流体測定基板、これを備える分析装置及びその分析装置を使用した分析方法に関するものである。

近年、診断や治療の効率化及びスピード化の観点からＰＯＣ（Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｃａｒｅ）検査、すなわち診療の現場において患者のそばでおこなう臨床検査が注目されている。また、環境影響評価や食品安全性検査等のため、大気や水や土壌中の環境汚染物質のモニタリングや短時間で安価な診断又は分析のニーズが高くなってきている。このように健康管理や環境の分野で、簡単に検査ができる簡易分析機器として、マイクロチップ等のデバイスが注目されている。そのようなデバイスにμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）がある（例えば、非特許文献１を参照。）。

μ−ＴＡＳは、チップ上に微細流路、バルブ、反応槽、膜分離機構、電気泳動カラム、クロマト用カラム又はこれらの組み合わせを集積したものと検出器とを組み合わせた小さな総合化学分析システムのことである。検出器としては、例えば、誘導型プラズマ（ＩＣＰ）、質量分析計（ＭＳ）、熱レンズ顕微鏡、蛍光顕微鏡、分光器、表面プラズモン共鳴（ＳＰＲ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）又は電気化学測定装置である。μ−ＴＡＳにより、測定機器の可搬性の向上、微量サンプルで分析可能、さらに測定の高感度化及び短時間化などが期待できる。生体試料中の特定分子濃度の測定には、例えば、液体クロマトグラフィー、ＳＰＲ現象を用いた検出器、電気化学検出器及び簡易血糖計が用いられる。簡易血糖計は、生体試料を検出部にふれさせるだけで測定を行うことができる。

液体クロマトグラフィーは、送液用のポンプにより、ｐＨ緩衝液等の基準溶液を流しておいて検出器から得られる応答（ベースライン）を予め安定化させておき、その後測定試料を導入して高精度に測定を行う。ＳＰＲ現象を用いた検出器は、測定試料導入前後の屈折率変化の差分から濃度を定量する。直接測定試料を導入した場合、ベースラインが安定せず基準となる屈折率が不明となるため、ＳＰＲ現象を用いた検出器も濃度の定量には予め基準溶液のベースラインを取得しておく必要がある。また、電気化学検出器の場合も、図１に示すように応答が経時的に変化するため、観測したい電気化学反応に基づく電流あるいは電位の変化のみをとらえることが難しい。そのため、電気化学検出器も濃度の定量には予め基準溶液のベースラインを取得しておく必要がある。

一方、簡易血糖計では、採取した測定試料（血液）を直接導入しても測定を行うことができるが、これは血液中のグルコース濃度が十分高いためであり、測定対象分子の濃度が低い場合には拡散律速となり、感度が不足する。これを解決するためには、連続的に送液しながら測定を行い、強制的に拡散律速の状態を回避することが必要である。

簡易血糖計で採用されている測定対象溶液の連続送液ができる装置の概略図を図２に示す。図２のように、測定対象溶液ＬＱ_Ｔをシリンジ等の別容器に詰め、密封された流路１６内にシリンジポンプ等の溶液押し出し手段１１１を用いて測定対象溶液ＬＱ_Ｔを連続して導入している（例えば、非特許文献１を参照。）。また、ＳＰＲ現象を用いた検出器や電気化学検出器で採用されている基準溶液測定後に測定対象の溶液を測定する装置の概略図を図３及び図４に示す。図３に示しているように、基準溶液ＬＱ_Ｂ及び測定対象溶液ＬＱ_Ｔをそれぞれ２つの容器に詰め、２つの溶液押し出し手段１１１を用いて密封された流路１６内に基準溶液ＬＱ_Ｂ又は測定対象溶液ＬＱ_Ｔを交互に導入している（例えば、非特許文献２を参照。）。また、図４のように、流路切替用のバルブ２５を流体測定基板１０３に組み込み、シリンジポンプ等の溶液吸引手段１２１を用いて流路１６内の溶液を吸引し、バルブ２５を切替えることで基準溶液ＬＱ_Ｂ又は測定対象溶液ＬＱ_Ｔを交互に測定している（例えば、非特許文献１を参照。）。また、バルブを用いずに電気浸透流を用いる方法も知られている（例えば、非特許文献１を参照。）。
マイクロ化学分析システム 庄子習一 電子情報通信学会論文誌Ｃ−ＩＩ ｖｏｌ．Ｊ８１−Ｃ−ＩＩ Ｎ０．７ ｐｐ５９１−５９９ １９９８年７月 " Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｌ−ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｅｎｚｙｍｅ‐ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｐｒｅ‐ｒｅａｃｔｏｒａｎｄ ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｔｅｃｔｏｒ" Ｋａｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｈａｙａｓｈｉ， Ｒｙｏｊｉ Ｋｕｒｉｔａ， Ｔｓｕｔｏｍｕ Ｈｏｒｉｕｃｈｉ，Ｏｓａｍｕ Ｎｉｗａ、 Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ １８ ｐｐ１２４９−１２５５ ２００３年

ＰＯＣには、流体測定基板が安価であり、生体分子濃度を簡便かつ迅速に測定を行うことができる分析装置が望まれている。しかし、図２や図３の方法では、採取した測定対象の溶液をシリンジなどの別の器具にとらなければならず異物混入やノイズ発生の課題があった。また、図４の方法では、測定対象溶液を流体測定基板内に直接滴下し、測定対象溶液を流路内に導入することができたとしても、流体測定基板内にバルブなどの流路切替機構を組み込む必要があり、流体測定基板の価格が高価になるという課題があった。さらに、電気浸透流を用いる場合、別途電源が必要となることや、流体測定基板内に別途電極やデカブラを設置する必要があり、流体測定基板の構造を複雑にするという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、採取した測定対象溶液を直接導入でき、構造が簡易で安価な流体測定基板、これを備える分析装置及びその分析装置を使用した分析方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明に係る流体測定基板は、基準溶液を供給する溶液導入口と、測定対象溶液を直接滴下する溶液導入口と、前記基準溶液及び／または測定対象溶液を排出するための溶液排出口をもち、それぞれの溶液導入口と溶液排出口とを密閉された流路で結合している。また、基準溶液及び測定対象溶液が溶液排出口に対して同方向から流れ込むようにそれぞれの溶液導入口が配置されている。

具体的には、本発明に係る分析装置が備える流体測定基板は、溶液が供給される少なくとも１つの溶液導入口と、前記溶液導入口の少なくとも１つに取り付けられ、外部の機器と接続する導入口接続部と、前記溶液導入口から供給された溶液を排出する少なくとも１つの溶液排出口と、前記溶液排出口の少なくとも１つに取り付けられ、外部の機器と接続する排出口接続部と、前記溶液導入口と前記溶液排出口とを結合し、前記溶液導入口のいずれから供給された溶液も経由する共通部分を持つ流路と、前記流路の前記共通部分に配置され、溶液と接触して電気化学検出を行う３つの金属薄膜と、を有する。

本発明に係る流体測定基板は、構造が簡易のため安価で提供可能である。さらに、本発明に係る流体測定基板の導入口接続部に基準溶液用の溶液押し出し手段を接続し、排出口接続部に溶液吸引手段を接続すれば、溶液押し出し手段のＯＮ／ＯＦＦのみで、送液する溶液を基準溶液から測定対象溶液に切り換えることが可能である。

より詳細には、溶液押し出し手段と溶液吸引手段を同時に駆動させて基準溶液を送液することで、基準溶液は他の溶液導入口に流れ込むことなく溶液排出口へと流れる。流路の共通部分を基準溶液で満たした後、前記溶液押し出し手段を停止すれば溶液吸引手段が動作しているため、他の溶液導入口にある溶液のみを流路内に導入させることができる。測定対象溶液をシリンジ等の器具に取る必要がなく、ピペットなどを使って溶液押し出し手段が接続されていない溶液導入口に直接滴下するだけでよい。

従って、本発明は、採取した測定対象溶液を直接導入でき、構造が簡易で安価な流体測定基板を提供できる。

また、本発明に係る分析装置が備える流体測定基板の前記流路は、前記共通部分に溶液と接触して電気化学検出を行う３つの金属薄膜を持つことを特徴とする。金属薄膜と流路内の溶液とが接触するため、電気化学検出が可能である。

より詳細には、ＳＰＲ現象を用いた検出器は、測定対象溶液導入前後の微小な屈折率変化の差分から濃度を定量する。本発明に係る流体測定基板を用いると流路内を溶液で満たされたまま基準溶液から測定対象溶液へ置換可能である。このため基準となる溶液の屈折率を測定した後、連続的に測定対象溶液の屈折率を測定することができ、測定時間の短縮を実現できる。さらに連続送液により、測定対象溶液以外の物質の混入を防ぐことができ、ノイズ低減にも効果がある。

また、電気化学検出器の場合、本発明に係る流体測定基板を用いると流路内が溶液で満たされたままのため、電極上の電気二重層を保持することができる。このため基準溶液から測定対象溶液への置換時には、再度電気二重層形成のための充電電流は流れない。溶液注入から測定にかかる時間は、大まかには測定電流量が定常状態になるまでの時間であるが、充電電流の寄与分がないため、測定時間を短縮させることが可能である。また、図１１のように、安定なベースラインを得た後に、測定対象溶液を導入すると、すばやく応答電流が定常状態となり、電流値の増加分から高感度な定量が可能である。

前記目的を達成するために、本発明に係る分析装置は、前記流体測定基板と、溶液押し出し手段と、溶液吸引手段と、を備える。

具体的には、本発明に係る分析装置は、溶液が供給される少なくとも２つの溶液導入口、前記溶液導入口の少なくとも１つに取り付けられ、外部の機器と接続する導入口接続部、前記溶液導入口から供給された溶液を排出する少なくとも１つの溶液排出口、前記溶液排出口の少なくとも１つに取り付けられ、外部の機器と接続する排出口接続部、及び前記溶液導入口と前記溶液排出口とを結合し、前記溶液導入口のいずれから供給された溶液も経由する共通部分を持つ流路、を有する流体測定基板と、前記導入口接続部に接続され、前記溶液導入口から溶液を前記流路に供給する溶液押し出し手段と、前記溶液排出口に接続され、前記溶液排出口から前記流路の溶液を吸引する溶液吸引手段と、を備え、前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を前記溶液吸引手段の単位時間に吸引する溶液の量に設定して、前記溶液押し出し手段で１の前記溶液導入口から第１の溶液を前記流路に押し出すとともに、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引した後、前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を零に設定して、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引することにより、他の前記溶液導入口から第２の溶液を前記流路に引き込むように制御することを特徴とする。

前記流体測定基板の導入口接続部に基準溶液用の溶液押し出し手段を接続し、排出口接続部に溶液吸引手段を接続することで、前述のように、溶液押し出し手段のＯＮ／ＯＦＦのみで、送液する溶液を基準溶液から測定対象溶液に切り換えることが可能である。測定対象溶液をシリンジ等の器具に取る必要がなく、ピペットなどを使って溶液押し出し手段が接続されていない溶液導入口に直接滴下するだけでよい。

従って、本発明は、採取した測定対象溶液を直接導入でき、構造が簡易で安価な分析装置を提供できる。また、測定対象溶液をシリンジ等の器具に取る必要がないため、異物混入やノイズ発生を低減することができる。

また、本発明に係る流体測定基板の前記溶液押し出し手段が単位時間に押し出す溶液の量は、前記溶液吸引手段が単位時間に吸引する溶液の量に等しくする。これにより、基準溶液は測定対象溶液が滴下された溶液導入口に流れ込むことなく、溶液排出口へと流れる。

前記目的を達成するために、本発明に係る分析方法は、前記流体測定基板に接続された溶液押し出し手段及び溶液吸引手段が、所定の測定順序に従って駆動するようにそれぞれ同期している。

具体的には、本発明に係る分析方法は、前記分析装置を使用した溶液の分析方法であって、前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を前記溶液吸引手段の単位時間に吸引する溶液の量に設定して、前記溶液押し出し手段で１の前記溶液導入口から第１の溶液を前記流路に押し出すとともに、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引しつつ、前記流路中の第１の溶液を分析する第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を零に設定して、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引することにより、他の前記溶液導入口から第２の溶液を前記流路に引き込む第２の工程と、前記第２の工程の後に、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第２の溶液を吸引しつつ、前記流路中の第２の溶液を分析する第３の工程と、を含み、第１の溶液の分析結果と第２の溶液の分析結果との差分を解析することを特徴とする。

本発明に係る分析方法により、溶液押し出し手段のＯＮ／ＯＦＦのみで、送液する溶液を基準溶液から測定対象溶液に切り換えることが可能であり、基準溶液を測定した後、連続して測定対象溶液を測定することができる。また、測定対象溶液をシリンジ等の器具に取る必要がなく、ピペットなどを使って溶液押し出し手段が接続されていない溶液導入口に直接滴下するだけでよい。

本発明は、採取した測定対象溶液を直接導入でき、構造が簡易で安価な流体測定基板、これを備える分析装置及びその分析装置を使用した分析方法を提供することを提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する実施の形態は本発明の構成の例であり、本発明は、以下の実施の形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態の分析装置８０１の概略図を図５に示す。分析装置８０１は、流体測定基板５０１、溶液押し出し手段１１１及び溶液吸引手段１２１を備える。流体測定基板５０１の上面図を図６に示す。流体測定基板５０１は、溶液導入口５３、溶液導入口５４、溶液排出口５５及び流路５６が形成された基板５１を有する。さらに、流体測定基板５０１は、導入口接続部５７及び排出口接続部５８が形成された蓋５２を有する。図６では、蓋５２を省略して記載している。

基板５１及び蓋５２は、例えば、シリコン、石英、ガラス、金属又は有機高分子材料で形成される。有機高分子材料は、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ酢酸ビニル、フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ＡＢＳ樹脂及びＡＳ樹脂等の汎用プラスチック類がある。また、有機高分子材料は、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ，変性ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、グラスファイバー強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）及び環状ポリオレフィン（ＣＯＰ）の汎用エンプラがある。また、有機高分子材料は、スーパーエンプラ、ポリエチレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、非晶ポリアリレート（ＰＡＲ）、液晶ポリエステル（ＬＣＰ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及びポリイミド（ＰＩ）の汎用エンプラがある。

有機高分子材料は、熱硬化性樹脂であってもよい。熱硬化性樹脂は、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂（ポリウレタン）、ケイ素樹脂（シリコン）、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、尿素樹脂（ウレア樹脂）、メラミン樹脂及びイオノマーである。

有機高分子材料は、光硬化性樹脂であってもよい。光硬化性樹脂は、例えば、光カチオン重合性化合物および光カチオン重合開始剤を含有するものがある。光カチオン重合性化合物は、例えば、分子内に少なくとも１個のエポキシ基、オキセタニル基、水酸基、ビニルエーテル基、エピスルフィド基及びエチレンイミン基などの光カチオン重合性官能基を有する化合物等が挙げられ、なかでも、光カチオン重合性が高く、少ない光量でも効率的に光硬化が進行することから、分子内に少なくとも１個のエポキシ基を有する化合物が好ましい。これらの光カチオン重合性化合物の性状（分子量）は、特に限定されるものではなく、モノマー、オリゴマー、ポリマーのいずれであっても良い。また、これらの光カチオン重合性化合物は、単独で用いられても良いし、２種類以上が併用されても良い。有機高分子材料は上記のいずれでもよく、例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、たんぱく質、ゴム又はこれらの複合材を用いることができる。

溶液導入口５３及び溶液導入口５４は、溶液が供給される空間である。導入口接続部５７は、溶液導入口５３に取り付けられ、溶液を供給する外部の機器と接続可能とする。溶液排出口５５は溶液導入口５３又は溶液導入口５４から供給された溶液を排出するための空間である。排出口接続部５８は、溶液排出口５５に取り付けられ、溶液を排出する外部の機器と接続可能とする。流路５６は、溶液導入口５３、溶液導入口５４と溶液排出口５５とを結合し、溶液導入口５３又は溶液導入口５４のいずれから供給された溶液も経由する共通部分５６ａを持つ。

溶液導入口５３又は溶液導入口５４は、供給された溶液が溶液排出口５５に向かって同じ方向から流路５６の共通部分５６ａに流れ込むように形成されている。流体測定基板５０１では図６に示すように、左から溶液導入口５４、溶液導入口５３、溶液排出口５５という順で配置され、直線状の流路５６で接続されている。

また、図７の流体測定基板５０２のようにＴ字型の流路５６、図８の流体測定基板５０３のようにＹ字型の流路５６でもよい。図６から図８には、溶液導入口が２つ、溶液排出口が１つの流体測定基板を記載しているが、溶液導入口が３以上であってもよく、溶液排出口が複数であってもよい。

流路５６は、共通部分５６ａに溶液と接触する少なくとも１つの金属薄膜を持つ。図５の流体測定基板５０１の場合、流路５６は金属薄膜として参照電極３１、酵素付作用電極３２及び対向電極３３を持つ。参照電極３１、酵素付作用電極３２及び対向電極３３は、溶液導入口５３と溶液排出口５５の間の流路５６内に露出するように形成されており、形成されている順は溶液導入口５３から参照電極３１、酵素付作用電極３２、対向電極３３である。参照電極３１、酵素付作用電極３２及び対向電極３３は、それぞれ基板５１上に形成された電極パッド３４に接続されている。

それぞれの電極には導電性の高い材料が用いられる。そのような材料として、金、銀、銅、パラジウム、白金、白金黒、鉄、アルミニウム、チタン、錫、亜鉛、ニッケル、タングステン又はイリジウムの単体金属、ステンレス、黄銅、青銅、炭素鋼又はジュラルミンの合金あるいは炭素が挙げられる。酵素付作用電極３２は測定対象物質と特異的に反応する酵素が固定されている。なお、流体測定基板５０１の場合、溶液導入口５３側から必ず溶液が流れてくるので、酵素は必ずしも電極に固定されている必要はなく、作用電極の上流側の流路内に固定しておいてもよい。

蓋５２には導入口接続部５７及び排出口接続部５８が形成されている。図６〜８は、蓋５２を省略しているが、説明のため導入口接続部５７及び排出口接続部５８を記載している。基板５１と蓋５２とは、基板５１の流路５６を密閉するように接合される。導入口接続部５７は、基板５１と蓋５２とを接合したときに、溶液導入口５３の上になるような位置に形成されている。排出口接続部５８は、基板５１と蓋５２とを接合したときに、溶液排出口５５の上になるような位置に形成されている。また、蓋５２には溶液導入口５４の上には外部から液体を滴下できるように孔が開けられている。

図５に示すように、溶液押し出し手段１１１は、導入口接続部５７にチューブ４２で接続され、溶液導入口５３から溶液を流路５６に供給する。溶液吸引手段１２１は、排出口接続部５８にチューブ４２で接続され、溶液排出口５５から前記流路の溶液を吸引する。溶液押し出し手段１１１及び溶液吸引手段１２１は、例えば、シリンジポンプ、水素ポンプ、ダイヤフラム型ポンプ又はマイクロ圧電ポンプである。

基板５１上の電極パッド３４と電気化学測定器１５１とが接続されている。分析装置８０１は、フロー型の酵素を用いた電気化学測定法（アンペロメトリー）で動作する。

次に、分析装置８０１を用いた分析方法について説明する。具体的には、分析装置８０１を用いた分析方法は、溶液押し出し手段１１１の単位時間に押し出す溶液の量を溶液吸引手段１２１の単位時間に吸引する溶液の量に設定して、溶液押し出し手段１１１で溶液導入口５３から第１の溶液を流路５６に押し出すとともに、溶液吸引手段１２１で溶液排出口５５から流路５６の第１の溶液を吸引しつつ、流路５６中の第１の溶液を分析する第１の工程と、第１の工程の後に、溶液押し出し手段１１１の単位時間に押し出す溶液の量を零に設定して、溶液吸引手段１２１で溶液排出口５５から流路５６の第１の溶液を吸引することにより、溶液導入口５４から第２の溶液を流路５６に引き込む第２の工程と、第２の工程の後に、溶液吸引手段１２１で溶液排出口５５から流路５６の第２の溶液を吸引しつつ、流路５６中の第２の溶液を分析する第３の工程と、を含み、第１の溶液の分析結果と第２の溶液の分析結果との差分を解析することを特徴とする。

グルコースオキシダーゼによる酵素反応を用いた電気化学測定法によるグルコース溶液測定を例として、分析方法の説明をする。基準溶液としてリン酸緩衝溶液を、測定対象溶液としてグルコース溶液を用い、グルコースオキシダーゼを酵素として、測定対象溶液のグルコース濃度の測定実験を行った。

今回用いた流体測定基板５０１は、縦２０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の基板５１を用意し、流路５６として幅１ｍｍ、深さ５０μｍの溝をパターニングし、溶液導入口５４、溶液導入口５３、溶液排出口５５を形成したものを用いた。参照電極３１、酵素付作用電極３２及び対向電極３３として蒸着により金の薄膜を形成した。また、参照電極には、金薄膜電極上にさらに銀薄膜を蒸着した。

まず、溶液押し出し手段１１１であるシリンジポンプのシリンジ４１内に基準溶液ＬＱ_Ｂを詰める。溶液押し出し手段１１１が単位時間に押し出す溶液の量は、溶液吸引手段１２１が単位時間に吸引する溶液の量に等しくなるように溶液押し出し手段１１１であるシリンジポンプと溶液吸引手段１２１であるシリンジポンプを駆動する。これにより流路５６を基準溶液ＬＱ_Ｂで満たす。

流路５６が基準溶液ＬＱ_Ｂで満ちたところで電気化学測定器１５１を用いてバックグラウンド測定を開始する。測定電位は５００ｍｖ ｖｓ．Ａｇとした。電位印加後、約２００秒で定常状態に推移する。このときの電流量（バックグランド電流）を第１の溶液の分析結果とする。今回の測定では約１ｎＡであった。

次に、溶液導入口５４をグルコース溶液である測定対象溶液ＬＱ_Ｔで満たす。例えば、ピペットを用いて溶液導入口５４にグルコース溶液を滴下する。溶液導入口５４が満たされた後、溶液押し出し手段１１１を停止し、基準溶液ＬＱ_Ｂの注入を止める。溶液吸引手段１２１は駆動しているので、溶液導入口５４に満たされたグルコース溶液が流路５６内に吸引される。流路５６内は、基準溶液ＬＱ_Ｂから測定対象溶液ＬＱ_Ｔに置換される。

バックグランド測定と同様に電圧を印加すると電流が流れる。その後所定時間経過すると、電流は定常状態に推移する。このときの電流量を第２の溶液の分析結果として採用する。今回の測定ではグルコース溶液の濃度が０．１ｍｇ／ｄｌで約２ｎＡ、１ｍｇ／ｄｌで約２０ｎＡ、１０ｍｇ／ｄｌで約２００ｎＡ、１００ｍｇ／ｄｌで約１５００ｎＡの電流の電流値の増加が観測された。

比較実験として、静止系で同様な酵素固定化電極を用いて測定を行ったところ、グルコース溶液の濃度が１ｍｇ／ｄｌ以下では測定ができなかった。

本発明の分析方法を用いて、あらかじめ濃度のわかっているグルコース溶液を測定し、電流値との相関をとり、この相関から未知のグルコース溶液濃度を定量することが可能である。構造が簡易で安価な流体測定基板および送液機構で構成された分析装置８０１は、電気化学測定法による分析方法で高感度かつ簡便に分析することができる。

（実施形態２）
本実施形態の分析装置８０２の概略図を図９に示す。図９では、流体測定基板５０４の断面を示している。流体測定基板５０４と図５及び図６の流体測定基板５０１との違いは、流体測定基板５０４が基板９１及び蓋９２で構成されている点である。

基板９１は光が透過する材質で形成される。例えば、ＢＫ７である。図５及び図６の基板５１と異なり、基板９１には溶液導入口５３、溶液導入口５４、溶液排出口５５及び流路５６を形成しない。また、参照電極３１、酵素付作用電極３２、対向電極３３及び電極パッド３４も形成しない。基板９１には、基板９１と後述の蓋９２とを接合したときに、流路５６の共通部分５６ａがある位置に抗体付金属薄膜９４が形成される。例えば、抗体付金属薄膜９４は１０００オングストロームの膜厚の金薄膜である。抗体は、例えば、ＩｇＧ抗体である。抗体付金属薄膜９４は蒸着法を用いて成膜できる。さらに、基板９１には、抗体付金属薄膜９４が形成された面と反対側にプリズム９５を有する。

蓋９２は、図５及び図６の蓋５２で説明した材質で形成される。蓋９２に、溶液導入口５３、溶液導入口５４、溶液排出口５５及び流路５６を形成する。図１０に蓋９２側から見た流体測定基板５０４を示す。蓋９２の基板９１側の面に溶液導入口５３、溶液導入口５４、溶液排出口５５及び流路５６が形成されているため、これらを破線で示している。

溶液導入口５３には蓋９２を貫通するように導入口接続部５７を形成し、溶液排出口５５には蓋９２を貫通するように排出口接続部５８を形成した。また、蓋９２には溶液導入口５４として外部から液体を滴下できるように孔が開けられている。図６で説明した流体測定基板５０１のように、溶液導入口５３又は溶液導入口５４は、供給された溶液が溶液排出口５５に向かって同じ方向から流路５６の共通部分５６ａに流れ込むように形成されている。また、左から溶液導入口５４、溶液導入口５３、溶液排出口５５という順で配置され、直線状の流路５６で接続されている。図７や図８のようなＴ字型やＹ字型でもよい。また、溶液導入口は３以上であってもよく、溶液排出口は複数であってもよい。

蓋９２の流路５６を密閉するように、蓋９２を基板９１に被せ、流体測定基板５０４とする。図５の分析装置８０１で説明したように、溶液押し出し手段１１１及び溶液吸引手段１２１を流体測定基板５０４に接続する。分析装置８０２はＳＰＲ現象を用いた検出方法により溶液の分析を行う。そのため、外部に光源９６、レンズ９７及び光検出器９８が備えられる。これらは、光源９６からの光がレンズ９７を通り、プリズム９５で集光されて抗体付金属薄膜９４に照射し、その反射光を光検出器９８が受光できるように配置される。

次に、分析装置８０２を用いたＳＰＲ現象を利用した分析方法について説明する。測定対象溶液としてＩｇＧを含む溶液の測定を例として分析方法の説明をする。

今回用いた流体測定基板５０４は、縦２０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ２ｍｍのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の蓋９２を用意し、流路５６となる幅１ｍｍ、深さ５０μｍの溝をパターニングし、さらに溶液導入口５３、溶液導入口５４及び溶液排出口５５を形成したものを用いた。また、基板９１には、ＢＫ７にＩｇＧ抗体を付けた金薄膜を抗体付金属薄膜９４として形成した。

図５の分析装置８０１で説明したように溶液押し出し手段１１１及び溶液吸引手段１２１を駆動させ、流路５６を基準溶液ＬＱ_Ｂ（ＩｇＧ溶液１０ｎｇ／ｍｌ）で満たす。ここで光源７６から光を照射し、光検出器７８で基準となるＳＰＲ角度の測定を行った。このときのＳＰＲ角度を第１の溶液の分析結果とする。

次に、溶液導入口５４をＩｇＧ溶液である測定対象溶液ＬＱ_Ｔで満たす。図５の分析装置８０１で説明したように溶液押し出し手段１１１を停止し、測定対象溶液ＬＱ_Ｔを流路５６内に吸引する。流路５６内の基準溶液ＬＱ_Ｂが測定対象溶液ＬＱ_Ｔで置換されると、ＳＰＲ角度は徐々に変化する。このときのＳＰＲ角度を第２の溶液の分析結果として採用する。本例では変化開始１０分後には約２．３×１０^−４度変化した。また、ＳＰＲ角度変化は、ＩｇＧ溶液の濃度に比例して増加することも確認し、検出下限は、１ｎｇ／ｍｌであった。

比較実験として、直接検出部に測定対象溶液を導入したところ、ＳＰＲ角度は大きく変化した。この時の変化は、試料溶液の導入に伴う変化と抗原抗体反応に伴う変化とを足し合わせた変化であることから、測定試料中の抗原濃度を定量することは難しく、また可能であるとしても複雑な流体測定基板構成や計算を必要となる。

本発明の分析方法を用いて、あらかじめ濃度のわかっているＩｇＧ溶液のＳＰＲ角度を測定し、ＳＰＲ角度と濃度との相関をとり、この相関から未知のＩｇＧ溶液濃度を定量することが可能である。構造が簡易で安価な流体測定基板および送液機構で構成された分析装置８０２は、ＳＰＲ現象を利用した分析方法で高感度かつ簡便に分析することができる。

本発明はＳＰＲ現象を用いた検出器、電気化学検出器に限ったものではなく、流路を用いた分析装置に応用でき、連続送液、不純物混入防止の効果が得られる。

電気化学反応に基づく電流の変化を示した図である。 従来の分析装置の概略図である。 従来の分析装置の概略図である。 従来の分析装置の概略図である。 本発明に係る分析装置の概略図である。 本発明に係る流体測定基板の上面図である。 本発明に係る流体測定基板の上面図である。 本発明に係る流体測定基板の上面図である。 本発明に係る分析装置の概略図である。 本発明に係る流体測定基板の上面図である。 本発明に係る分析装置における電気化学反応に基づく電流の変化を示した図である。

符号の説明

８０１、８０２ 分析装置
１０１、１０２、１０３、５０１、５０２、５０３、５０４ 流体測定基板
１１１ 溶液押し出し手段
１２１ 溶液吸引手段
１３１ ピペット
１５１ 電気化学測定器
２５ バルブ
３１ 参照電極
３２ 酵素付作用電極
３３ 対向電極
３４ 電極パッド
４１ シリンジ
４２ チューブ
５１、９１ 基板
５２、９２ 蓋
５３、５４ 溶液導入口
５５ 溶液排出口
１６、５６ 流路
５６ａ 共通部分
５７ 導入口接続部
５８ 排出口接続部
９４ 抗体付金属薄膜
９５ プリズム
９６ 光源
９７ レンズ
９８ 光検出器
ＬＱ_Ｂ 基準溶液
ＬＱ_Ｔ 測定対象溶液
ＬＱ_Ｄ 廃液

Claims (2)

1. 溶液が供給される少なくとも２つの溶液導入口、前記溶液導入口の少なくとも１つに取り付けられ、外部の機器と接続する導入口接続部、前記溶液導入口から供給された溶液を排出する少なくとも１つの溶液排出口、前記溶液排出口の少なくとも１つに取り付けられ、外部の機器と接続する排出口接続部、及び前記溶液導入口と前記溶液排出口とを結合し、前記溶液導入口のいずれから供給された溶液も経由する共通部分を持つ流路、を有する流体測定基板と、
   前記導入口接続部に接続され、前記溶液導入口から溶液を前記流路に供給する溶液押し出し手段と、
   前記溶液排出口に接続され、前記溶液排出口から前記流路の溶液を吸引する溶液吸引手段と、
   を備え、
   前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を前記溶液吸引手段の単位時間に吸引する溶液の量に設定して、前記溶液押し出し手段で１の前記溶液導入口から第１の溶液を前記流路に押し出すとともに、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引した後、前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を零に設定して、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引することにより、他の前記溶液導入口から第２の溶液を前記流路に引き込むように制御することを特徴とする分析装置。
2. 請求項１に記載の分析装置を使用した溶液の分析方法であって、
   前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を前記溶液吸引手段の単位時間に吸引する溶液の量に設定して、前記溶液押し出し手段で１の前記溶液導入口から第１の溶液を前記流路に押し出すとともに、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引しつつ、前記流路中の第１の溶液を分析する第１の工程と、
   前記第１の工程の後に、前記溶液押し出し手段の単位時間に押し出す溶液の量を零に設定して、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第１の溶液を吸引することにより、他の前記溶液導入口から第２の溶液を前記流路に引き込む第２の工程と、
   前記第２の工程の後に、前記溶液吸引手段で前記溶液排出口から前記流路の第２の溶液を吸引しつつ、前記流路中の第２の溶液を分析する第３の工程と、
   を含み、第１の溶液の分析結果と第２の溶液の分析結果との差分を解析することを特徴とする分析方法。

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