WO2003093835A1 - Procede de reglage de la temperature d'un outil d'analyse et dispositif d'analyse dote d'une fonction de reglage de la temperature - Google Patents

Procede de reglage de la temperature d'un outil d'analyse et dispositif d'analyse dote d'une fonction de reglage de la temperature Download PDF

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Takayuki Taguchi
Shigeru Kitamura
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for adjusting a liquid component held in the analysis tool for the purpose of an analysis tool used for analyzing a sample.
  • a method of analyzing a sample for example, there is a method in which a reaction solution obtained by reacting a sample with a reagent is analyzed by an optical method. Such an analysis is performed, for example, by mounting an analytical tool for sharing the reaction field with an analytical apparatus configured with an optical system capable of irradiating and receiving light (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. H08-08279). 114539). This: ⁇ ⁇ ⁇ To reduce analysis errors and increase the reliability of analysis results, adjust the analytical tools (especially the reaction solution) so that the sample and reagent react at approximately the same temperature for each measurement. Is preferred.
  • the reaction rate has a large temperature dependence, and thus the system is adjusted to, for example, ⁇ 0.c for the target 1 ⁇ 2.
  • the analysis tool 9 is held on a heat block 91 having a larger heat capacity than the reaction solution 90, and the temperature of the heat block 91 is controlled.
  • There is a method of adjusting the reaction mixture 90 see, for example, JP-A-9-189703 and JP-A-10-253536).
  • the temperature of the reaction solution 90 is monitored by a £ g sensor 92 embedded in the heat block 91, and when the value of the reaction solution 90 becomes smaller than a predetermined value, the heat block 91 is heated and heated. Then, the reaction solution 90 is heated through the heat block 91. Also, as shown in FIG. 9B, there is a method in which the analysis tool 9 is held on a heating element 93 having high followability, and the " " -See 304269). Also in this method, the temperature of the reaction solution 90 is controlled by appropriately driving the heating element 93 according to the monitoring result by the temperature sensor 92.
  • heat the reaction solution 90 Since it is necessary to heat or drive the heating element 93, there is a demerit that power consumption is large.
  • a heating medium such as a heat block 91 or a heating element 93
  • the volume of the reaction solution 90 is small as in a microdevice. Difficult to heat. Therefore, in order to raise the reaction liquid 90 with high responsiveness, it is necessary to make the force Q heat medium 91, 93 considerably larger than the area to be heated (the area immediately below the reaction liquid 90 in the figure). is there. Therefore, the amount of heat used to raise the temperature of the reaction solution 90 is smaller than the amount of heat transmitted from the caro heat medium 91, 93, and the energy use efficiency is reduced.
  • the conventional temperature control method has disadvantages such as large power consumption and poor energy use efficiency. Therefore, it is difficult to apply the conventional adjustment method to an analyzer driven by an internal power source such as a small battery (for example, a battery commonly used in homes). Even when applied to an analyzer, the operating time of the analyzer becomes extremely short, which is not practical. On the other hand, in order to improve the shortening of the operation time, it is necessary to increase the capacity of the internal power supply. However, in this case, the miniaturization of the analyzer is hindered, and the portability is reduced. In addition, power may be supplied from an external power source, but at that age, an adapter is required to connect the analyzer to an external power source. Becomes difficult. Disclosure of the invention
  • An object of the present invention is to enable liquid components held in an analysis tool to be adjusted with a small size and power consumption without increasing the size of the analyzer.
  • a method for controlling the temperature of an analytical tool comprising: a method for adjusting a liquid component held by the analytical tool for the purpose; And heating the liquid component by using light energy from a light source when the temperature of the liquid component is raised.
  • an analysis tool configured to analyze a sample using an analysis tool holding the sample and to adjust a liquid component held in the analysis tool.
  • An apparatus comprising: a light source for raising the temperature of the liquid component.
  • An analyzer with a temperature control function has been developed.
  • This analyzer comprises a measuring means for measuring the temperature of the liquid component or the ambient temperature around the liquid component, and a light source controlling means for controlling the rising light source based on the measurement result of the measuring means. , And is preferably further provided.
  • the “liquid component” as used in the present invention refers to a liquid held in the analytical tool that becomes ⁇ ⁇ of the temperature control, and unless otherwise specified, the liquid present in the analytical tool Some of them refer to all, some of them.
  • a liquid-like material is reacted with a liquid-like drug
  • a liquid material, a liquid # ⁇ drug, and any of these reaction solutions are represented by a combatant.
  • it includes both powers, and of course, liquids, liquids, liquids or reaction liquids: ⁇ , but only those that exist in a particular area.
  • the temperature rise of the liquid component may be performed, for example, by directly supplying light energy to the liquid component, or by irradiating light temperature to a heating region provided in close proximity to the liquid component, It may be performed by heat energy moving from the temperature rising region.
  • the former method has the advantage that the efficiency of using light energy is increased by directly supplying light energy.
  • near infrared light or infrared light having high water absorption more preferably 950 to 1000 nm, around 110 nm, around 1400 to 1500 nm, 1850 to 2100 nm, Is irradiated with near-infrared light or infrared light of about 2500 nm.
  • the material constituting the heating region is only required to be able to absorb light energy and propagate it to the liquid component, and thus can be selected from various materials. Therefore, the material constituting the heating region has a wide range of choices, and the wavelength of the light to be irradiated may be selected according to the light absorption characteristics of the material constituting the heating region. Therefore, the latter method has the advantage that the range of light source selection is wider than the former method of directly supplying light energy.
  • a light source for example, a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) is used. Of these, it is preferable to use LD. If an LD is used, spot-like light irradiation and, consequently, spot-like heating become possible, and the efficiency of use of irradiation energy is increased. However, since LD and LED are used as the light source for caloric heat, it is difficult to control the temperature of a large amount of liquid components with good responsiveness. For example, it is preferably set to 100 L or less. Of course, it is possible to increase the number of LDs and LEDs used to control the temperature of a larger amount of liquid components.
  • LD laser diode
  • LED light emitting diode
  • the temperature control of the liquid component can be performed by, for example, monitoring the temperature of the liquid component, feeding back the result of the monitoring, and repeatedly controlling the amount of light energy emitted from the light source.
  • the relationship between the environment around the liquid component and the control amount for the light source required to raise the temperature of the liquid component to the target temperature is checked in advance, and the relationship between the measured environmental temperature and the above-described relationship is determined.
  • an analysis tool to be subjected to temperature control according to the present invention so as to determine the control amount of the light source a tool configured to analyze a sample from a response when irradiated with light may be mentioned.
  • a light source for raising the temperature a light source used for analyzing a sample can be used.
  • a microphone opening device configured to analyze a small amount of a sample is exemplified.
  • the present invention can be applied to the case where analysis is performed using an analysis tool or the like configured to analyze a sample by an electrochemical method.
  • FIG. 1 is an f-type diagram showing a schematic configuration of an example of an analyzer according to the present invention.
  • FIG. 2 is an overall IS diagram showing an example of a microphone opening device.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line m-m in FIG.
  • FIG. 4 is a perspective view of a microphone opening device for explaining another example of a method for raising the temperature of a liquid component.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a micro device for explaining still another example of the liquid component ascending method.
  • FIG. 6 is an overall perspective view showing another example of the analysis tool to which the present invention is applied.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view along the line W--W in FIG.
  • FIGS. 8A to 8C are all perspective views showing still another example of the analysis tool to which the present invention is applied.
  • FIG. 9 9 and 9B show the main parts of the analyzer for explaining the conventional temperature control method.
  • the analyzer X has a function of a balance for analyzing a sample using the analysis tool 1 and the ⁇ i of the liquid component 10 held in the measuring unit UCb of the analysis tool 1. It has a temperature control function for adjustment and a light source unit for measurement 21, a light receiving unit 22, a light source unit for calorific heat 23, a calculation unit 24, and a control unit 25.
  • the mounting section 20 is for holding the analysis tool 1.
  • a measuring part 26 for measuring the amount of the liquid component 10 held in the analysis tool 1 is embedded.
  • the measurement unit 26 is arranged so as to be located in a region immediately below the liquid component 10 (measurement unit IICb) held by the analysis tool 1 when the analysis tool 1 is mounted on the mounting unit 20. As a result, although measured in the measuring section 26, it becomes closer to the fig of the actual liquid component 10.
  • a contact-type meter such as a thermistor or S (union) can be used.
  • a non-fiber type meter such as a radiometer may be used.
  • the measuring section 26 does not necessarily need to be embedded in the mounting section 20.
  • the measurement light source unit 21 is for irradiating the liquid component 10 (measurement unit IICb) with light.
  • the light receiving section 22 is for receiving the reflected light from the liquid component 10.
  • the measurement light source unit 21 is configured by, for example, a mercury lamp or a white LED. To use these light sources, the liquid component 10 is irradiated with light after the light from the force measurement light source unit 21 not shown in the drawing is made incident on the filter. This is because, in the filter, light having a wavelength in accordance with the light absorption characteristics of the analysis component in the liquid component 10 is selected.
  • the measurement light source, unit 21, may be configured by a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED) capable of emitting light of a single wavelength.
  • the light receiving section 22 is formed of, for example, a photo diode.
  • the light source for calorific heat, part 23 supplies light energy directly to the liquid component 10 to It is for raising the temperature of 10.
  • the type of the heating light source section 23 is not particularly limited as long as it can raise the temperature of the liquid component 10. Before and after, 1400 ⁇ ; L500nm, 1850 ⁇ 2100nm, or near 2500nm, which emits near-infrared light or infrared light.
  • the light source unit for calorific heat 23 be constituted by a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED), and more preferably constituted by an LD. This is because when an LD is used, spot-like light irradiation and, consequently, spot-like heating become possible, and the efficiency of use of irradiation energy is increased.
  • the calculating unit 24 calculates the amount of energy to be applied to the liquid component 10 based on the measurement result of the measuring unit 26, and calculates the control amount for the heating light source unit 23 according to the calculated value. is there.
  • the control unit 25 controls the turning on and off of the heating light source unit 23 according to the control amount calculated by the calculating unit 24, or controls the heating light source unit 23 at the time of turning on the heating light source unit 23. This is for controlling the intensity of light emitted from.
  • the arithmetic unit 24 and the control unit 25 can be configured by, for example, a CPU, a ROM, and an AM. In the ⁇ , a program stored in the ROM is executed by the CPU while using the RAM. The control of the light source section 23 for caro heat is performed.
  • the analysis tool 1 for example, the force S shown in FIGS. 2 and 3 is used.
  • the analytical tool 1 shown in these figures is configured as a microphone port device for analyzing a sample based on a very small amount of the sample.
  • the micro device 1 is for sharing a reaction field, and has a form in which a cover 13 is laminated on a substrate 12 on which a minute flow path 11 is formed so as to cover the flow path 11. .
  • the flow path 11 has a sample introduction part 11 ⁇ , a reagent introduction part 11 ⁇ , and a reaction flow path part 11C.
  • the sample introduction section 11A and the reagent introduction section 11B are connected to the end llCa of the reaction channel section 11C.
  • the entirety of the reaction channel portion 11C is bent in a bellows shape, and the channel length is devised so as to be large.
  • the end portion IICb of the reaction channel section 11C constitutes a measurement section to which light from the measurement light source section 21 and the light from the heat source section 23 are applied (see FIG. 1).
  • the cover 13 has a sample inlet 13a, a reagent inlet 13b, and an air vent 13c.
  • the sample inlet 13a is connected to the reagent inlet at the end llAa of the sample inlet 11A.
  • 13b is formed at a position corresponding to the end 1IBa of the reagent introduction portion 11B, and an air vent 13c is formed at a position corresponding to llCb of the reaction channel 11C.
  • the microdevice 1 is a device that mixes and reacts two solutions of a sample and a reagent.
  • the microdevice can be a device that mixes three or more solutions.
  • a plurality of reaction systems can be used. It may have multiple flow paths so that it can be constructed.
  • a sample is introduced from the sample inlet 13a and a reagent is introduced from the reagent inlet 13b when analyzing the sample.
  • the sample and the drug move through the sample introduction part 11A and the medicine introduction part 11B, respectively, by capillary action, and merge in the reaction channel part 11C.
  • the sample and the reagent start the reaction.
  • the sample and the reagent further move through the reaction channel section 11C toward the air vent hole 13c by capillary action while further proceeding the reaction, and finally reach the measurement section IICb.
  • the value of the reaction solution (liquid component 10) that has reached the measuring section IICb is measured over time.
  • the measurement result is sent to the operation unit 24 and is used as a basis for the operation in the operation unit 24.
  • the purpose of the liquid component 10 is compared with the actual measurement, and when the measurement ⁇ is smaller than the target by a certain value or more, the control amount for the carothermal light source 23 (for example, heating The lighting time of the light source unit 23 and the intensity of the emitted light are calculated. This calculation is performed, for example, by applying measurement & g to a predetermined calculation formula. The calculation result in the calculation unit 24 is sent to the control unit 25.
  • control unit 25 turns on the calorific heat light source unit 23 for the required time and at the required intensity according to the calculation result. Thereby, the temperature of the liquid component 10 is increased by an amount corresponding to the difference between the measurement and the object.
  • control unit 25 controls the light source unit 23 for carothermal heat to be turned off. Such ON / OFF control is repeatedly performed by feeding back the measurement result in the measuring unit 26.
  • the control of the calorie heat light source unit 23 may be performed based on this environment after measuring the environmental temperature around the liquid component 10. More specifically, first, the relationship between the environment fig and the amount of control for the heating light source unit 23 required to raise the temperature of the liquid component 10 to the target Sit is examined in advance. This relationship is calculated, for example, by converting a table It is stored in section 24 and so on. Then, the measuring unit 26 determines a corresponding control amount from the environment measured by referring to the above relations (tables and functions), and according to the control amount, the heating light source 23. Control.
  • the temperature control is performed by one control without repeatedly performing the control of the heating light source 23.
  • the temperature of the liquid component 10 is controlled using light energy as in the present embodiment, the temperature of the liquid component can be raised directly, and the efficiency of use of the supplied energy increases. Therefore, there is an advantage in power consumption.
  • LDs and LEDs can be used as light sources, even with small batteries used as internal grapes, the liquid components can be sufficiently heated without significantly shortening the battery capacity. can do. Therefore, even with a small analyzer, the temperature of the liquid component can be controlled using the internal power supply without increasing the size of the analyzer. And, if it becomes possible to respond to the inner field, there is no need to connect to the outer field, and the adapter will not be an essential item. This eliminates the need to carry an adapter when carrying the analyzer, thereby improving portability.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various design changes are possible.
  • an analysis apparatus configured to perform analysis based on reflected light of light irradiated on a liquid component has been described as an example.
  • the present invention is based on liquid light. It is also applicable to analytical tools configured to analyze components. Not only the liquid component of the measuring section IICb, but also at least one of the sample introduction section 11A, the reagent introduction section 11B and the reaction flow path section 11C is used. It is possible to control the temperature of the liquid component present in the part.
  • the temperature raising region 14a is provided so as to surround the periphery of the air vent hole 13c.
  • the temperature rising area 14b is provided immediately below the measuring part llCb (liquid component).
  • the materials constituting the temperature-raising regions 14a and 14b can be selected from various materials, as long as they can absorb light and transmit the light to the liquid component.
  • the range of selection is wide. Therefore, in the heating method, the wavelength of the light to be irradiated, that is, the light source may be selected according to the light absorption characteristics of the material constituting the temperature rising regions 14a and 14b. It has the advantage that the range of light source selection is wider than the method of directly supplying energy (see Fig. 1).
  • the shapes and locations of the temperature-raising regions 14a and 14b are not limited to those illustrated in FIGS. 4 and 5, and the method of directly raising the temperature of the liquid component and the method of raising the temperature indirectly The temperature is raised in combination with.
  • the present invention is not limited to an analyzer that performs analysis by an optical method, but is also applicable to an analyzer that is configured to perform analysis by an electrochemical method.
  • the present invention can also be applied to an apparatus configured to mount the biosensor 3 shown in FIGS. 6 and 7 as an analysis tool and to analyze a sample based on a response current when a voltage is applied.
  • the illustrated biosensor 3 is one in which a cavity 30 a is provided on a substrate 30.
  • the cavities 30a are formed by laminating a cover 32 having holes 32a on a substrate 30 via spacers 31 provided with slits 31a.
  • a sample liquid inlet 33 is set at an end of the cabinet 30a, and a solid reagent 37 is held inside the sample liquid inlet 33.
  • the sample introduced from the sample solution inlet 33 is replaced with reagent 37? While comprehending, it progresses in the cavity 30a toward the hole 32a by capillary action.
  • a working electrode 34 as a measurement electrode, a counter electrode 35, and a pair of detection electrodes 36 are provided on the substrate 30.
  • the analyzer has measurement terminals 4a and 4b and detection terminals 4c and 4d for causing each of the electrodes 34 to 36 to stroke.
  • Terminals 4b and 4d are connected to ground, while terminals 4a and 4c are connected to ground. It can be connected to Hara 40. Then, by switching the switch S, it is possible to select a state in which the power supply 40 applies a potential difference between the working electrode 34 and the counter electrode 35 and a state in which a potential difference is applied between the pair of detection electrodes 36. Can be.
  • this analyzer for example, by applying to a reaction solution of a sample and a reagent 37, electrons are exchanged between a reaction product and an electrode, and a response corresponding to the amount is performed.
  • the current is configured to be measured.
  • the reaction system is heated by supplying light energy to the reaction system, and the temperature of the reaction system is controlled.
  • the reaction system is formed between the cover 30 and the cover 32, in order to directly supply light energy to the reaction system, it is necessary to reduce the amount of light absorbed by the substrate 30 or the cover 32. It is preferable to form the substrate 30 or the cover 32 with a laser material that absorbs little light from the light source.
  • the biosensor 3 and the analyzer corresponding thereto shown in FIG. 6 are merely examples, and the present invention can be applied to an apparatus configured to analyze a sample by an electrochemical method other than that described above. It is possible.
  • the analysis tool to which the present invention can be applied is not limited to a tool for moving a sample or a reagent by capillary action, and for example, a tool for moving them by electrophoresis as shown in FIG. 8A, or They may be moved by the power of an external pump.
  • each flow path 50 and 51 is filled with an electrophoresis buffer.
  • a potential difference is applied to both ends of each flow path 50, 51 at the time of analysis, so that the sample introduced from the inlet 52 reacts in the flow path 51 and the flow path 51 is directed toward the measurement section 53.
  • the analysis tool 6 shown in FIG. 8B has a sample introduction section 60, a reaction section (measurement section) 61, a waste liquid storage section 62, and a suction section 63 formed side by side.
  • the suction unit 63 is connected to an external pump, and the sample is moved by the power of the pump.
  • the analyzing tool may be configured to incorporate a micropump using a piezoelectric element or the like, and to move a sample or the like by the micropump.
  • a strip-shaped substrate 70 on which a solid reagent pad 71 is formed may be used.
  • the number of the reagent pads 71 is not limited to the illustrated one.

Description

明 細 書 分析用具の温調方法、 および温調機能を備えた分析装置 技術分野
本発明は、 試料の分析を行うために使用される分析用具において、 この分析用 具に保持された液成分を目的 に調整する技術に関する。 背景技術
試料の分析を行う方法としては、 たとえば試料と試薬を反応させたときの反応 液を、 光学的手法により分析する方法がある。 このような分析は、 たとえば光の 照射および受光が可能な光学系を構築した分析装置に対して、 反応場を ilf共する ための分析用具を装着して行われる(たとえば日本国特開平 8 - 114539号公報参照)。 この: ¾、分析誤差を小さくし、分析結果の信頼性を高めるためには、分析用具(と くに反応液)の 調整を行い、各回の測定毎に試料と試薬を略同一温度で反応さ せるのが好ましい。 とくに、 酵素反応を利用する系では、 反応速度の温度依存性 が大きいため、この系の は、たとえば目的 ½に対して ±0. cに調整される。 反応液の 調整を行う方法としては、 たとえば図 9 Aに示したように、 分析 用具 9を反応液 90よりも熱容量の大きなヒートブロック 91上に保持し、 このヒー トプロック 91の温度を制御して、反応液 90の を調整する方法がある(たとえば 日本国特開平 9- 189703号公報、 日本国特開平 10-253536号公報参照)。 この方法で は、 たとえばヒートプロック 91に埋設された £gセンサ 92により反応液 90の をモニタリングし、 反応液 90の が所定値よりも小さくなった ¾ ^に、 ヒート プロック 91を加熱'昇温して、ヒートプロック 91を介して反応液 90が昇温される。 また、 図 9 Bに示したように、 分析用具 9を 追随性の高い発熱体 93上に保持 し、 の発熱体 93により反応液 90の&¾を直接調整する方法もある(たとえば特開 平 9- 304269号公報参照)。 この方法でも、温度センサ 92によるモニタリング結果に 応じて、 適宜発熱体 93を駆動して反応液 90の温調が行われる。
これらの &g調整方法では、 反応液 90を昇温する:^にヒートブロック 91をカロ 熱し、 あるいは発熱体 93を駆動する必要があるため、 消費電力が大きいといった デメリットがある。 し力も、 ヒートプロック 91や発熱体 93などの加熱媒体では、 マイクロデバイスのように反応液 90の液量が小さレヽ #^1こは、 反応液 90が保持さ れた領域のみをピンポイントで加熱するのが困難である。 そのため、 反応液 90の を応答性良く上昇させるためには、昇温させるべき領域 (図では反応液 90の直 下領域)に比べて、 力 Q熱媒体 91, 93を相当に大きくする必要がある。 したがって、 カロ熱媒体 91, 93から伝えられる熱量に比して、反応液 90の昇温に利用される熱量が 小さくなってエネルギの利用効率が悪くなってしまう。
このように、 従来の温度調整方法では消費電力が大きく、 エネルギの利用効率 が悪いといったデメリットがある。 したがって、 従来の 調整方法は、 小型電 池 (たとえば家庭でも汎用されている電池)のような内部 原で駆動する分析装置 に適用するのが困難となつており、 仮に、 先の方法を小型の分析装置に適用する にしても、 分析装置の稼働時間が極端に短くなつてしまい、 実用的ではない。 そ の一方、 稼働時間の短縮化を改善するためには、 内部電源の容量を大きくすれば ょレヽが、この には、分析装置の小型化が阻害され、可搬性が割匕してしまう。 また、 外部霱原から電力を供給してもよいが、 その齢には、 分析装置を外部電 源と接続するためのアダプタが必要となって携帯 1·生が悪くなる上、 出先での使用 が困難となる。 発明の開示
本発明は、 分析用具に保持された液成分を、 分析装置を大型化することなく、 小さレ、消費電力で目的 に調整できるようにすることを目的としてレ、る。 本発明の第 1の側面により樹共される分析用具の温調方法は、 試料の分析を行 うために使用される分析用具において、 この分析用具に保持された液成分を目的 に調整する方法であって、 上記液成分を昇温する ¾ ^に、 光源からの光エネ ルギを利用して上記液成分の加熱を行うものである。
本発明の第 2の側面にぉ ヽては、試料を保持した分析用具を利用して上記試料 の分析を行うとともに、 上記分析用具に保持された液成分の を調整できるよ うに構成された分析装置であって、 上記液成分を昇温するための昇温用光源を備 えている、 温調機能を備えた分析装置が される。
この分析装置は、 液成分の温度または液成分の周りの環境温度を測定するため の 測定手段と、 この 測定手段での測 诘果に基づいて、 昇 光源を制 御するための光源制御手段と、 をさらに備えているのが好ましい。
ここで、 本発明でいう「液成分」とは、 分析用具に保持された液体のうち、 温調 の ¾ ^となるものをさし、 特段の限定がない限りは、 分析用具に存在する液体の 全てをさす もあれば、 一部をさす場合もある。 たとえば、 液 ί様料と液 ί様 薬とを反応させる系では、 液^料、 液# ^薬およびこれらの反応液のいずれか を戦虫でさす 、 あるレ、はそれらのうちの複数をさす の双方力含まれ、 も ちろん、 液 ί様料、 液{榻薬あるいは反応液を戰でさす:^においても、 その うちの特定の領域に存在するもののみをさす もある。
本発明では、 液成分の昇温は、 'たとえば液成分に光エネルギを直接供給するこ とにより行ってもよいし、 液成分に近接して設けられた昇温領域に光エネルギを 照射し、 この昇温領域から'の移動する熱エネルギにより行ってもよレ、。 前者の方 法では、 光エネルギを直接供給する分だけ、 光エネルギの利用効率が高くなると いったメリットがある。 ただし、 液成分を適切に昇温するためには、 水に対する 吸収性の高い近赤外光や赤外光、 より好ましくは 950〜1000nm、 llOOnra前後、 1400 〜1500nm、 1850〜2100nm、あるレ、は 2500nm前後の近赤外光や赤外光が照射される。 一方、 後者の方法では、 昇温領域を構成する材料は、 光エネルギを吸収してそれ を液成分に伝播できれば足りるため、種々の材料の中から選択できる。そのため、 昇温領域を構成する材料は、 その選択の幅がひろく、 また昇温領域を構成する材 料の光の吸収特性に応じて照射すべき光の波長を選択すればよい。 そのため、 後 者の方法は、 光エネルギを直接供給する前者の方法に比べて、 光源の選択の幅が 広がるといったメリットがある。
光源としては、たとえばレーザダイォード (LD)または発光ダイォード (LED)が使 用される。 これらのうち、 LDを用いるのが好ましレ、。 LDを使用すれば、 スポット 的な光照射、 ひいてはスポット的な加熱が可能となって、 照射エネルギの利用効 率が高くなる。ただし、カロ熱用光源として LDや LEDを用いる:^には、多量の液成 分を応答性よく温調するのが困難であるため、 温調交像となる液成分の量を、 た とえば 100 L以下に設定するのが好ましい。 もちろん、 より多量の液成分の温調 を行うために、 使用する LDや LEDの数を増やして対応することも可能である。
液成分の温調は、 たとえば液成分の温度をモニタリングしつつ、 このモニタリ ング結果をフィードバックして、 光源から放出する光エネルギ量を繰り返し制御 することにより行うことができる。 また、 液成分の周りの環境 と、 液成分を 目的の温度に昇温するのに必要な光源に対する制御量と、 の関係を予め調べてお き、 測定された環境温度と上記関係とに基づいて光源の制御量を決定するように 本発明の温調対象となる分析用具としては、 光を照射したときの応答から試料 の分析を行うように構成されたものが挙げられる。 この 、 昇温用の光源とし ては、 試料の分析のために使用する光源を利用することができる。
本発明の適用対象となる分析用具としては、 微量な試料を分析するように構成 されたマイク口デバイスが挙げられる。 もちろん、 電気化学的手法により試料の 分析を行うように構成された分析用具などを利用して分析を行う場合であっても、 本発明を適用することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る分析装置の一例の概略構成を示 f式図である。
図 2は、 マイク口デバイスの一例を示す全体 IS図である。
図 3は、 図 2の m - m線に沿う断面図である。
図 4は、 液成分の昇温方法の他の例を説明するためのマイク口デバイスの斜視 図である。
図 5は、 液成分の昇^^法のさらに他の例を説明するためのマイクロデバイス の断面図である。
図 6は、 本発明の適用 ¾ となる分析用具の他の例を示す全体斜視図である。 図 7は、 図 6の W— W線に沿う断面図である。
図 8 A〜図 8 Cは、 本発明の適用交換となる分析用具のさらに他の例を示す全 ί本斜視図である。
図 9 Αおよび図 9 Bは、 従来の温調方法を説明するための分析装置の要部を示 す断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を実施するための最良の形態について、 図面を参照して具体的に 説明する。
図 1に示したように、 分析装置 Xは、 分析用具 1を利用して試料を分析するた めの分ネ斤機能と、 分析用具 1の測定部 UCbに保持された液成分 10の ¾i を調整す るための温調機能と、 を有するものであり、 装着部 20、 測定用光源部 21、 受光部 22、カロ熱用光源部 23、 演算部 24、 および制御部 25を備えている。
装着部 20は、 分析用具 1を保持するためのものである。 この装着部 20には、 分 析用具 1に保持された液成分 10の を測定するための 測定部 26が埋設され ている。 この 測定部 26は、 装着部 20に対して分析用具 1を装着したときに、 分析用具 1に保持された液成分 10 (測定部 llCb)の直下領域に位置するように配置 されている。 これにより、 測定部 26において測定される が、 実際の液成 分 10の figにより近いものとなる。
測定部 26としては、 たとえばサーミスタや S (云対のような接触型の 計 を使用することができる。 もちろん、 放射 計のように、 非纖型の 計を 用いてもよい。 この場合には、 ¾測定部 26は、 必ずしも装着部 20に埋設する必 要はない。
測定用光源部 21は、 液成分 10 (測定部 llCb)に光を照射するためのものである。 これに対して、受光部 22は、液成分 10からの反射光を受光するためのものである。 測定用光源部 21は、たとえば水銀ランプや白色 LEDにより構成される。これらの光 源を用いる には、 図面上は省略している力 測定用光源部 21からの光をフィ ルタに入射させてから、液成分 10に光が照射される。これは、フィルタにおいて、 液成分 10中の分析文豫成分の光吸収特性に則した波長の光を選択するためである。 測定用光源、部 21は、 単一波長の光を出射可能なレーザダイォード (LD)や発光ダイ ォード (LED)により構成することもできる。一方、受光部 22は、たとえばフォトダ ィォードにより構成される。
カロ熱用光源、部 23は、 液成分 10に対して直接的に光エネルギを供給して、 液成分 10を昇温するためのものである。 この加熱用光源部 23は、 液成分 10を昇温できる ものであればその種類は問われず、 たとえば水に る吸収性の高い近赤外光や 赤外光、より好ましくは 950〜1000nm、 llOOnm前後、 1400〜; L500nm、 1850〜2100nm、 あるいは 2500nm前後の近赤外光や赤外光を出射するもの力 S使用される。 ただし、 駆動電力を考慮した には、 カロ熱用光源部 23は、 レーザダイオード (LD)や発光 ダイォード (LED)により構成するのが好ましく、とくに LDにより構成するのが好ま しい。 LDを使用した場合には、 スポット的な光照射、 ひいてはスポット的な加熱 が可能となって、 照射エネルギの利用効率が高くなるからである。
演算部 24は、 測定部 26での測定結果に基づいて、 液成分 10に付与すべきェ ネルギ量を演算するとともに、 その演算値に応じて加熱用光源部 23に対する制御 量を演算するものである。 これに対して、 制御部 25は、 演算部 24において演算さ れた制御量に応じて、 加熱用光源部 23の点灯 ·消灯を制御し、 あるいは点灯時に ぉレヽて、 カロ熱用光源部 23から出射される光の強度を制御するためのものである。 演算部 24および制御部 25は、たとえば CPU、 ROMおよひ ¾AMにより構成することが でき、 この^^には、 ROMに記慮されたプログラムを、 RAMを利用しつつ CPUにより 実行することにより、 カロ熱用光源部 23の制御が行われる。
分析用具 1としては、 たとえば図 2および図 3に示したもの力 S使用される。 こ れらの図に示した分析用具 1は、 微量試料に基づレ、て試料の分析を行うためのマ イク口デバイスとして構成されたものである。 このマイクロデバイス 1は、 反応 場を 共するためのものであり、 微小な流路 11が形成された基板 12上に、 流路 11 を覆うようにしてカバー 13を積層した形態を有している。
流路 11は、 試料導入部 11Α、 試薬導入部 11 Βおよび反応用流路部 11Cを有して いる。 試料導入部 11 Aと試薬導入部 11 Bとは、 反応用流路部 11 Cの端部 llCaにつ ながっている。 反応用流路部 11 Cは、 全体が蛇腹状にくねっており、 流路長が大 きくなるように工夫されている。 そして、 反応用流路部 11 Cの端部 llCbは、 測定 用光源部 21およひ口熱用光源部 23からの光が照射される測定部を構成している (図 1参照)。
これに対してカバー 13は、 試料導入口 13 a、 試薬導入口 13 bおよび空気抜き穴 13 cを有している。 試料導入口 13 aは試料導入部 11 Aの端部 llAaに、試薬導入口 13 bは試薬導入部 11 Bの端部 1 IBaに、 空気抜き穴 13 cは反応用流路部 11 Cの llCbに、 それぞれ ¾"応した部位に形成されてレ、る。
マイクロデバイス 1は、 試料と試薬との 2液を混合して反応させるものである 力 S、マイクロデバイスとしては、 3液以上を混合するものを使用することができ、 もちろん、 複数の反応系を構築できるように、 複数の流路が形成されたものであ つてもよレヽ。
マイクロデバイス 1では、 試料の分析時に、 試料導入口 13 aから試料が、 試薬 導入口 13 bから試薬がそれぞれ導入される。 これらの試料およひ 薬は、 毛細管 現象により試料導入部 11 Aおよ 薬導入部 11 Bをそれぞれ移動し、 反応用流路 部 11 Cにおいて合流する。 これにより、 試料と試薬が反応を開始する。 試料およ ひ試薬は、 さらに反応を進行しつつも、 毛細管現象により、 空気抜き穴 13 cに向 けて反応用流路部 11 Cを移動し、. 最終的には測定部 llCbに到達する。
このとき、図 1に示した 測定部 26では、測定部 llCbに到達した反応液 (液成 分 10)の が経時的に測定されている。 この測定結果は、演算部 24に送られ、演 算部 24での演算の基礎とされる。
この演算部 24では、液成分 10の目的 と、実際の測定 との比較が行われ、 測定^ が目的 よりも一定値以上小さレヽ ^には、 カロ熱用光源 23に対する制 御量 (たとえば加熱用光源部 23の点灯時間や出射光の強度)が演算される。 この演 算は、 たとえば予め定められた演算式に測定 &gを当てはめることにより行われ る。 演算部 24での演算結果は、 制御部 25に送られる。
これに対して制御部 25は、 演算結果に応じてカロ熱用光源部 23を必要時間だけ、 必要強度で点灯させる。 これにより、 測定 と目的 との差に応じた分だけ 液成分 10が昇温される。 一方、 制御部 25は、 測定 が目的 よりも大きい場 合には、 カロ熱用光源部 23を消灯制御する。 このような点灯.消灯制御は、 測 定部 26での測定結果をフイードバックすることにより繰り返し行われる。
カロ熱用光源部 23の制御は、 液成分 10の周りの環境温度を測定した上で、 この環 境 に基づレ、て行ってもよい。 より具体的には、 まず、 環境 figと、 液成分 10 を目的の Sitに昇温するのに必要な加熱用光源部 23に対する制御量と、 の関係を 予め調べておく。 この関係は、 たとえばテーブル化あるレヽは関数ィ匕した上で演算 部 24などにぉレ、て記憶させられる。 そして、 測定部 26におレ、て測定された環 境«から、 上記関係 (テ一ブルや関数)を参照して対応する制御量を決定し、 こ の制御量に応じて加熱用光源 23を制御する。
この制御方法では、 たとえば加熱用光源 23の制御を繰り返し行わずに、 一度の 制御によって温調が行われる。
本実施の形態のように、 光エネルギを用いて液成分 10の温調を行うようにすれ ば、 液成分を直接的に昇温することができるために供給エネルギの利用効率が高 くなる。 そのため、消費電力の面でメリットがある。 し力も、光源として LDや LED を用いることができるため、 この ¾^には、 内部葡原として使用される小型電池 によっても、 電池赫を著しく短縮化することなく、 十分に液成分を昇温するこ とができる。 したがって、 小型の分析装置においても、 それを大型化することな く、 内部電源を利用して液成分の温調を行うことができるようになる。 そして、 内部霪原により対応できるようになれば、 外部 原と接続する必要がなくなり、 アダプタが必須のアイテムではなくなる。 そのため、 分析装置を持ち歩く際に、 アダプタを携帯する必要がなくなって、 携帯性がよくなる。
もちろん、 本発明は上述した実施の形態には限定されず、 種々に設計変更が可 能である。 たとえば、 本実施の形態では、 液成分に照射した光の反射光に基づい て分析を行うように構成された分析装置を例にとつて説明したが、 本発明は ¾il 光に基づレヽて液成分を分析するように構成された分析用具に対しても適用可能で ある。 また、 測定部 llCbの液成分に限らず、 これにカ卩えて、 あるいはこれに代え て、 試料導入部 11A、 試薬導入部 11 Bおよび反応用流路部 11 Cのうちの少なくと も 1つの部分に存在する液成分を温調するようにしてもよレ、。
図 4および図 5に例示したように、 液成分に光エネルギを直接供給せずに、 液 成分に対して間接的に光エネルギを供給するようにしてもよい。 図 4に示した例 では、 空気抜き穴 13 cの周囲を囲むようにして昇温領域 14 aが設けられている。 一方、 図 5に示した例では、 測定部 llCb (液成分)の直下に昇温領域 14 bが設けら れている。 これらの例では、昇温領域 14 a , 14 bに対して光エネルギを供給するこ とによつて昇温領域 14 a , 14bを加熱 ·昇温し、その熱エネルギを液成分に伝播さ せることにより液成分の昇温が行われる。 昇温領域 14 a , 14 bを構成する材料は、光を吸収してそれを液成分に伝播できる ものであれば足りるため、種々の材料の中から選択でき、その選択の幅がひろい。 そのため、当該昇^ ^法では、昇温領域 14 a, 14 bを構成する材料の光の吸収特性 に応じて、 照射すべき光の波長、 すなわち光源を選択すればよいため、 液成分に 光エネルギを直接供給する方法 (図 1参照)に比べて、 光源の選択の幅が広がると いったメリットがある。
昇温領域 14 a , 14 bの形状や配置場所は、図 4および図 5に例示されたものには 限定されず、 また液成分を直接的に昇温する方法と間接的に昇温する方法とを組 み合わせて昇温を行う。
本発明は、 光学的手法により分析を行う分析装置に限らず、 電気化学的手法に より分析を行うように構成された分析装置に対しても適用可能である。たとえば、 分析用具として図 6および図 7に示したバイォセンサ 3を装着し、 電圧印加時の 応答電流に基づレ、て試料の分析を行うように構成された装置にも適用することが できる。
図示したバイオセンサ 3は、 基板 30上にキヤビラリ 30 aが設けられたものであ る。 キヤビラリ 30 aは、 基板 30上に、 スリット 31 aが設けられたスぺーサ 31を介 して、 穴部 32 aが形成されたカバー 32を積層することにより形成されている。 キ ャビラリ 30 aには、 端部に試料液導入口 33が設定されており、 その内部には固体 状の試薬 37が保持されている。 試料液導入口 33から導入された試料は、 試薬 37を ?容解しつつ、 毛細管現象により穴部 32 aに向けてキヤビラリ 30 a内を進行する。 基板 30上には、 測定用電極としての作用極 34と、 対極 35と、 一対の検知用電極 36とが設けられている。 これに対して分析装置は、 各電極 34〜36にそれぞれ撫虫 させるための測定用端子 4 a , 4 bおよび検知用端子 4 c , 4 dを有してレヽる。端 子 4 b, 4 dは、 グランドに接続されているのに対して、 端子 4 a , 4 cは、 電 ?原 40に接続可能とされている。 そして、 スィッチ Sを切り替えることにより、 電 源 40が作用極 34と対極 35との間に電位差を付与する状態と、 一対の検知用 i亟 36 の間に電位差を付与する状態とを選択することができる。
この分析装置では、 たとえば試料と試薬 37との反応液に対して を印加する ことにより、 反応生成物と電極との間で電子授受が行われ、 その量に応じた応答 電流が測定されるように構成されている。
このような構成においては、 バイオセンサ 3においてキヤビラリ 30 aに反応系 が構築されるため、 その反応系に光エネルギを供^ Tることによって反応系の昇 温ひいては反応系の温調が行われる。 ただし、 反応系が ¾¾30とカバー 32との間 に形成されているため、反応系に対して光エネルギを直接的に供給する には、 基板 30またはカバー 32における光吸収量を少なくするために、 光源から出射され る光に対して、 吸収が少なレヽ材料により基板 30またはカバー 32を形成するのが好 ましレ、。 もちろん、 図 6に示したバイオセンサ 3およびこれに対応した分析装置 は例示であり、 先に説明した以外の電気化学的手法により試料の分析を行うよう に構成された装置にも本発明を適用可能である。
本発明を適用することができる分析用具としては、 毛細管現象により試料や試 薬などを移動させるものには限らず、 たとえば図 8 Aに示したように電気泳動に よりそれらを移動させるもの、 あるいは外部ポンプの動力により、 それらを移動 させるものであってもよレ、。
図 8 Aに示した分析用具 5は、 2つの流路 50, 51が交差して設けられており、各 々の流路 50, 51に泳動バッファが充填されている。 この分析用具 5では、分析時に 各流路 50, 51の両端部に電位差が与えることにより、導入口 52から導入された試料 が流路 51で反応しつつ測定部 53に向けて流路 51を移動する。
一方、 図 8 Bに示した分析用具 6は、 試料導入部 60、 反応部 (測定部) 61、 廃液 貯留部 62および吸引部 63が並んで形成されたものである。 この分析用具 6では、 吸引部 63が外部ポンプに接続されて、ポンプの動力により試料が移動させられる。 もちろん、 圧電素子などを利用したマイクロポンプを内蔵することにより、 この マイクロポンプにより試料などを移動させるように構成された分析用具であって あよい。
分析用具としては、 たとえば図 8 Cに示したように、 短冊片の基材 70上に固体 状の試薬パッド 71が形成されたものであってもよい。 もちろん、 試薬パッド 71の 数は、 図示したものには限定されない。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 試料の分析を行うために使用される分析用具において、 この分析用具に保持 された液成分を目的 に調整する方法であって、
上記液成分を昇温する に、 光源からの光エネルギを利用して上記液成分 の加熱を行う、 分析用具の温調方法。
2. 上記液成分の昇温は、 上記液成分に上記光エネルギを直接供給することによ り行う、 請求項 1に記載の分析用具の温調方法。
3. 上記液成分の昇温は、 上記液成分に近接して設けられた昇温領域に上記光ェ ネルギを供給し、 この昇温領域から移動する熱エネルギにより行う、 請求項 1に 記載の分析用具の温調方法。
4. 上記光源は、 水に対する吸収性の高い波長の光を出射するものである、 請求 項 2に記載の分析用具の温調方法。
5. 上記光?原は、 赤外光または近赤外光を出射するものである、 請求項 4に記載 の分析用具の温調方法。
6 . 上記光源は、 レーザダイオードまたは発光ダイオードである、 請求項 1に記 載の分析用具の温調方法。
7. 上記液成分の温度をモニタリングしつつ、 このモニタリング結果をフィ一ド パックして、 上記光源から放出する光エネルギ量を繰り返し制御して上記液成分 の温調を行う、 請求項 1に記載の分析用具の温調方法。
8 · 上記液成分の周りの環境 と、 上記液成分を目的の に昇温するのに必 要な上記光源に対する制御量と、 の関係を予め調べておき、 測定された環境^^と上記関係とに基づいて上記光源の制御量を決定し、 こ の制御量に応じて上記光源を制御する、 請求項 1に記載の分析用具の温調方法。
9. 上記分析用具は、 光を照射したときの応答から試料の分析を行えるように構 成されたものである、 請求項 1に記載の分析用具の温調方法。
10. 上記光源として、 試料の分析を行うために上記分析用具に対して光を照射す るための光源を利用する、 請求項 9に記載の分析用具の温調方法。
11. 温調交豫となる液成分の量は、 L以下である、 請求項 1に記載の分析用 具の温調方法。
12. 上記分析用具は、 マイクロデバイスである、 請求項 1に記載の分析用具の温 調方法。
13. 試料を保持した分析用具を利用して上記試料の分析を行うとともに、 上記分 析用具に保持された液成分の &gを調整できるように構成された分析装置であつ て、
上記液成分を昇温するための昇細光源を備えてレ、る、 温調機能を備えた分 析装置。
14. 上記液成分の温度または上記液成分の周りの環境温度を測定するための温度 測定手段と、
この 測定手段での測定結果に基づレ、て、 上記昇 光源を制御するため の光源制御手段と、
をさらに備えている、 請求項 13に記載の分析装置。
15. 上記、析用具が、 光が照射されたときの応答から試料の分析を行えるように 構成されている場合にぉレヽて、 試料の分析を行うために上記分析用具に対して光を照射するための分析用光 源を備えている、 請求項 13に記載の分析装置。
16. 上記昇翻光源は、 上記分析用光源と同一のものである、 請求項 15に記載の 分析装置。
17. 上記昇温用光源は、 水に対する吸収性の高い波長の光を出射するように構成 されてレヽる、 請求項 13に記載の分析装置。
18. 上記昇温用光源は、 赤外光または近赤外光を出射するものである、 請求項 17 に記載の分析装置。
19. 上記昇温用光源は、 レーザダイオードまたは発光ダイオードである、 請求項 13に記載の分析装
20. 上記分析用具は、 マイクロデバイスである、 請求項 13に記載の分析装置。
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