專利名稱：化學分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合包含于生物中的微量物質(zhì)的分析的化學分析裝置。
背景技術(shù)：
在美國專利第6565727號說明書中記載了這樣一種方法，在該方法中，與一片共用電極板相對地設(shè)置具有多個相互絕緣的電極列的板狀構(gòu)件，通過對電極列依次加電壓，從而在電極面與液滴之間產(chǎn)生引力，沿電極列輸送充滿于兩片板的間隙的填充液中的微量的液滴。
為了將公開于美國專利第6565727號說明書中的技術(shù)適用在分析包含于生物中的微量物質(zhì)的化學分析裝置中，存在以下問題。
第1，微量液(試樣或試劑等分析液)的液量范圍根據(jù)兩片板狀構(gòu)件間的間隙和構(gòu)成電極列時的電極尺寸決定，難以處理較寬流量范圍的分析液。
第2，分析液的比重各不相同，隨分析液相對填充液的比重的大小，液滴偏往一方的電極板。電極面與液滴間的引力可根據(jù)液體的親水性·疏水性的變化獲得，但由于親水性·疏水性僅可控制兩片電極中的單側(cè)，所以，有時難以進行處理。
第3，當對一時保持于分析液的儲液槽的液體進行分注時，從儲液槽切取液體形成液滴，但液體切取的狀態(tài)隨各種液體的物性不同而不同，所以，液滴的液量的差增大，存在分注精度下降的危險。
第4，試樣與試劑的混合僅是移動液滴，使其沖撞、搖動，所以，存在混合效率差的危險。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于，通過化學分析裝置可分析液量多樣地不同的分析液，可分析相對于填充液比重較小的分析液，實現(xiàn)高精度的分注，提高混合精度。
為了解決該問題，本發(fā)明的化學分析裝置包括具有開口部的分析部、從該開口部供給試樣和試劑的機構(gòu)、使試樣和試劑作為液滴進行合并·混合而形成為被測定液的機構(gòu)、及對反應中或反應結(jié)束后的被測定液的物性進行測量的測量機構(gòu)。分析部由對置的板狀構(gòu)件構(gòu)成，在各板狀構(gòu)件的相向的面設(shè)置多個電極，為了控制液滴的浸濕性，由該多個電極對試樣和試劑的液滴加電壓。
試樣和試劑成為液滴地被夾于相對地配置的板狀構(gòu)件之間，通過對電極加電場，從而使液滴的接觸角變化，可在多個電極上移動。另外，從分析部的開口部供給的試樣和試劑可作為比開口部附近的容量小的液滴移動。
另外，具體地說，通過在電極板設(shè)置臺階、或使電極為突起狀地也接觸小容量的液體、或分配點狀電極地配置，從而使電極時常接觸于液體，使得即使容量小也可控制液體的親水性·疏水性，所以，可提供即使在液量小時也可進行分析的裝置。
另外，通過使接地電極與加電壓電極的配置在頂板與底板顛倒，從而可提供對比重相對填充液小的分析液進行分析的裝置。另外，可提供這樣一種化學分析裝置，該化學分析裝置通過分割成多個小滴地分多次進行分注、將電極形狀形成為液滴形狀、由圖像處理進行校正、將分注出口形成為電極等方式實現(xiàn)高精度分注。
本發(fā)明的化學分析裝置可分析液量多變的分析液，分析比重相對填充液小的分析液，實現(xiàn)精度高的分注，及實現(xiàn)混合精度高的化學分析。


圖1為本發(fā)明的化學分析裝置的一實施例的透視圖，圖2為用于該化學分析裝置的分析基板的上面圖，圖3～圖6為分析基板的各截面圖，圖7和圖8為用于分析基板的電極的一實施例的上面圖，圖9為說明電極列和液滴的變形的圖，圖10為說明液滴的變形的圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的實施例。
首先，根據(jù)圖1～圖7說明實施例。圖1為系統(tǒng)整體的透視示意圖，圖2示出分析基板的上面圖。圖3為試樣分注部，示出圖2的B～B′截面圖。圖4為試劑分注部，示出圖2的C-B′截面圖。圖5為檢測部，示出圖2的D～D′截面圖。圖6為廢液部，示出圖2的E～E′截面圖。
本化學分析裝置由圖1所示那樣裝入血清等生物試樣的試樣杯101、使試樣杯101回轉(zhuǎn)移動的試樣盤102、對放到分析盤103上的試樣進行分析的分析基板104、從試樣杯將試樣分注到分析基板的試樣分注頭105、及吸引分析結(jié)束后的液體等并將其拋棄到外部的廢液汲器106構(gòu)成。在分析基板104由帶電磁閥的配管連接器111從放到帶保冷功能的瓶臺107的試劑瓶108和油瓶109通過管110配管到分析基板104。在分析基板104上面設(shè)置檢測單元114。分析基板104由試樣口112和廢液口113這樣兩個開口部向外界開放。
以下，說明分析順序。從試樣杯101由試樣分注頭105將試樣分注到分析基板104，從試劑瓶108通過管110分注試劑。在分析基板104中，混合2種液體，進行吸光度分析等。分析結(jié)束了的液體由廢液汲器106排出到外界。
分析基板如圖2、3所示那樣，由上面基板201和下面基板202這樣兩片的基板構(gòu)成。在下面基板202的一部分將一邊長度為數(shù)毫米到數(shù)微米左右的多個電極排列為試樣電極列115或試劑電極列116等，由疏水·絕緣膜208覆蓋。電極分別由開關(guān)電路204連接。在這里，作為試樣與試劑的混合液量比示出試劑相比試樣較大的場合。相應于液量比，電極的大小不同。兩個基板的間隙由隔板205限制為一定間隔，根據(jù)需要從油口206供給油。疏水·絕緣膜也可分成疏水膜和絕緣膜。
作為下面基板202的制作方法，例如在玻璃或石英等絕緣的基板上由蒸鍍、濺鍍、CVD等形成Cr或Ti、Al、ITO等具有導電性的薄膜電極，形成為電極。在其上，由蒸鍍、濺鍍、CVD等形成斯里本德(スリ一ボンド)公司的帕里倫(パリレン)(商品名)等有機絕緣膜或SiO2等無機絕緣膜。通過在該絕緣膜上涂覆形成氟系基的疏水膜，從而進行制作。作為疏水膜的材料，可使用杜邦(デュポン)公司的特氟隆AF1600(商品名)、或旭玻璃公司的Cytop(商品名)等。另外，上面基板201作為成對電極211在一面形成ITO等透明導電膜，在其上通過涂覆生成上述疏水膜。
在分析基板104的基板間，供給例如硅油、風布林(フォンブリン)(商品名)或克拉依托克斯(クラィトックス)油(商品名)等耐藥性強的非活性油207。此時，油207形成的膜覆蓋上面、下面基板上，試樣液滴213等不易接觸。應充滿油207的分析基板104放置于平板上，所以，油207不自然流出，可由壓頭差進行比較廉價的供給，不需要對每次分析進行補充。此時，在液體接觸的部位不易發(fā)生液體殘留，所以，可解決在現(xiàn)有的分析裝置中成為問題的攜帶的問題，可進行高精度的分析。
下面，詳細說明在分析基板104的動作。首先，由在圖2中未示出的試樣分注頭105分注到試樣口112的試樣成為儲存于試樣口112的那樣的狀態(tài)。此時，試樣電極A209上的分注試樣210由于處于疏水·絕緣膜上，所以，被從上下基板表面排斥，變成圓形。然后，當操作開關(guān)電路204，在試樣分注電極A209與成對電極211之間加電壓時，浸濕的狀態(tài)變化，展延開來，接觸于試樣電極B212。然后，當操作開關(guān)電路，切斷對試樣電極A209的電場，對試樣電極B212與成對電極211之間加電壓時，分注試樣210的一部分在適當?shù)奈恢每s頸，從試樣分注電極A209離開，展延到試樣分注電極B212。然后，當由開關(guān)電路204切斷對試樣分注電極B212的電場，在試樣分注電極C214加電壓時，在適當?shù)奈恢靡后w被切取，成為試樣液滴213，移動到試樣分注電極C214上。這樣，通過不斷地切換開關(guān)電路204，沿試樣電極列115在分析基板104中輸送試樣液滴213。另外，不斷地從試樣口112切出試樣液滴213，作為多個試樣液滴213分注總的試樣。
如試樣液體的粘度大，或表面張力小，則電場切換對浸濕性變化的影響小，所以，液體不易展延到下一電極，不易發(fā)生液體的縮頸(中間細)，難以從分注試樣切出試樣液滴。此時，液體的切取部位在每次切取時變化，所以，試樣液滴的大小不同，因此，存在試樣分注精度下降的危險。因此，如圖7(A)那樣，通過將液體縮頸的部位221的電極例如試樣電極B212形成為具有與液體的縮頸部221對應的凹部的形狀，從而可增大液體的縮頸部221，易于將液體切取?；蛘呷鐖D7(B)那樣，將形成試樣液滴213的電極例如試樣電極C214形成為與液滴的大小對應的形狀，從而可促進試樣液滴213的形成。這樣，容易從分注試樣210切取液體，所以，可提高試樣分注精度。該液滴形狀的電極的曲線部分，在例如曲率半徑的尺寸比最接近該開口部的電極即電極112具有的曲率半徑小的場合，最好可沿液體的縮頸部的曲線形成。相反，當過小時，超過液滴的變形度的余量，所以，最好成為具有比其鄰接的電極的尺寸大的曲率半徑的曲線部。
在本發(fā)明中，這樣地將來自試樣分注頭的分注試樣細分地進行分注。一般細分地分注時，分注精度提高。例如，按照非專利文獻1，當按相同分注精度分注相同容量時，如分成N次分注，則精度與N的平方根成反比例地提高。在現(xiàn)有的分析裝置的分注中，由于1μL左右為最小分注量，所以，不可能細分到1μL或更少地進行分注。然而，在本發(fā)明中通過減小電極尺寸，可作為更小的液滴進行分注，可細分地分注，提高分注精度。
如上述那樣，在圖3中，對于試樣分注頭105，也與基板同樣形成疏水·絕緣膜208，獲得疏水性。另外，通過開關(guān)電路204加電場，可控制浸濕性。首先，從試樣分注頭105將分注試樣210分注到分析基板104的基板間。然后，提起試樣分注頭105。在現(xiàn)有的分析裝置的場合，當提起試樣分注頭時，將試樣液210一起帶走，所以，必須進行考慮了該帶走的液體的分注，存在使用容量增大的問題。另外，帶走量也不穩(wěn)定，所以，存在分析精度下降的問題。然而，通過形成圖3那樣的構(gòu)成，當提起試樣分注頭105時，可在試樣分注頭105的成對電極211與試樣電極A之間控制電壓，可獲得與上面基板201的成對電極211同等的作用。因此，分注試樣液體的浸濕性得到控制，液體切取變得良好，所以，沒有附著于試樣分注出口的試樣液體，解決了帶走的問題，可減少使用容量，提高分析精度。另外，當在試樣分注頭105與試樣分注電極A209之間設(shè)置圖中未示出的電流計監(jiān)控電流時，在存在液滴的場合，電流非常小地流動，所以，可確認是否附著有液滴，有利于分注精度的提高。
上面基板201的材質(zhì)采用玻璃等，成對電極211為ITO等透明電極，在分析基板104的上側(cè)設(shè)置圖中未示出的照相機，從而監(jiān)控從試樣口112分注的試樣液滴213的形狀，可獲得二維地展開的試樣液滴的圖像。此時，夾于板狀構(gòu)件間的液滴的截面變得均勻，所以，將根據(jù)獲得的圖像求出的液滴像的面積看成截面積，乘上板狀構(gòu)件間的距離，從而可容易且高精度地求出液滴體積。因此，可解決在現(xiàn)有的分析裝置的監(jiān)控中成為問題的、由于三維地獲得液滴的圖像而惡化的監(jiān)控精度下降的問題，可進行高精度的分注，高精度的分析成為可能。另外，通過使試樣分注電極形成為數(shù)μm，從而可使試樣液滴的容積成為毫微升級別(ナノリットルォ一ダ)。因此，可進行監(jiān)控，當發(fā)生過或不足時，可進行高精度的調(diào)整。
另一方面，試劑如圖4所示那樣，由管110配管于上面基板201。如圖1所示那樣，試劑瓶108設(shè)置于分析基板104的上側(cè)，所以，可由壓頭差進行供給，通過連接器組件111內(nèi)的電磁閥由疏水性的配管連接器219連接于試劑口121。由電磁閥的開閉的間隔將必要量供給到分析基板。試劑口121與試樣口112同樣，設(shè)置有從開關(guān)電路204(在圖1、4中未示出)連接的試劑電極列116，從分注試劑190多次切出試劑液滴122進行輸送。此后，在混合電極A216合并，獲得必要量。
試樣液體與試劑的混合如以下那樣進行。首先，在這里，試劑液滴122預先被輸送到混合電極A。然后，將試樣液滴213輸送到在混合電極上等候的試劑液滴122或已進行了某種程度的混合的混合液滴123，在混合電極A216使其沖撞。另外，將開關(guān)電路204切換到混合電極B217、混合電極C218，朝與分析基板104平行的水平方向往復輸送混合液滴123，在液滴內(nèi)產(chǎn)生流動，促進混合。沖撞的試樣液滴的量，即從試樣口切取試樣液體的次數(shù)根據(jù)由分析協(xié)議確定的混合比決定。
一般情況下希望混合的兩液體的容量增大時內(nèi)部的流動不易產(chǎn)生，難以混合。例如在現(xiàn)有的分析裝置中，希望通過延長混合時間來解決，或者這樣也僅能進行不充分的混合，所以，存在分析精度下降的問題。然而，如上述那樣，在本發(fā)明中，由于按液滴級別充分地混合，所以，混合非常容易。因此，混合效率提高，為此，可縮短分析時間，提高分析精度。
在液體的比重比充滿于分析基板內(nèi)的非活性油207輕的場合，液滴浮起附著于上面基板側(cè)。此時，如圖3的試樣電極A等那樣，即使在液滴的下面基板202側(cè)設(shè)置電極進行開關(guān)，也不發(fā)生大的浸濕性的變化。因此，通過相反地在上面基板201側(cè)設(shè)置隔開的電極，使下面基板202側(cè)成為成對電極，從而可進行與上述同樣的高精度的液滴處理。另外，當液滴體積增加時，分析基板截面的水平方向與深度方向的寬深比(ァスペクト比)增大，所以，移動時的阻力增加，為此，僅由外加電場進行的表面張力控制難以進行處理。另外，如圖3、4那樣設(shè)置臺階部215，改變深度方向，減小寬深比，從而使移動的阻力減少，所以，表面張力的變化產(chǎn)生的影響增大，可處理較大容量的混合液滴123。該深度方向的變化在例如比電極尺寸大的場合，液滴難以接觸于頂板和底面雙方，所以，難以在液滴間加電場。相反，當與電極間相比小于一半左右時，臺階部的效果基本上沒有。
混合液滴123被輸送到設(shè)置于混合電極列118的檢測部。例如在由吸光度分析進行檢測的場合，由于分析基板的深度方向非常狹小，所以，通過液滴地照射光線很難。另外，由于液滴的水平方向也較短，所以，光程較短，分析精度下降。分析基板垂直方向難以存在電極，另外，深度方向較淺，所以，光程較短，分析精度下降。因此，在本發(fā)明中，如圖5所示那樣，通過朝斜向照射LED等光源119，從而在上面基板201的混合電極列118與下面基板202的的成對電極211間反射多次，延長光程，防止分析精度下降。最好分析部的電極為作為不透明、反射性良好的材質(zhì)的Cr或Au。另外，由于光源119與受光部120設(shè)置于分析基板的相同上面?zhèn)龋?，可容易地進行光學的對準。
一般情況下，在吸光度分析的場合，液滴的容量多時由于光程變長，所以，檢測精度提高。因此，在本發(fā)明中，使液滴在混合電極118上匯合，增大容量后輸送到檢測部。在該場合，事前，小液滴、微級的混合都可適當?shù)貨]有偏差地完成，所以，最后的該微級的混合也較容易。另外，在由表面張力的控制處理容量大的液滴的場合，輸送速度變慢。然而，在本發(fā)明的場合，除必要的場所以外按小液滴處理，所以，可防止分析時間的下降。
如圖6所示那樣，檢測結(jié)束后的液滴125通過混合電極列118的切換輸送到廢液口113，由廢液頭220排出到分析基板104外。在充滿于間隙間的非活性油207的比重比分析液大的場合，液滴125上浮，僅通過在廢液口113上部靜置廢液頭的前端即可容易地吸引。或者如圖所示那樣在液滴滯留于間隙間，通過使廢液頭220彎曲成L字形也可吸出。在該場合，通過將疏水·絕緣膜和電極設(shè)置于廢液頭220，從而可從分析電極將液滴輸送到廢液頭。另外，如與分注時同樣地監(jiān)控電流，則當廢液頭前端處于非活性油中時，電流不流動，但如接觸到液滴，則電流產(chǎn)生微小流動，所以，可以其作為觸發(fā)信號開始吸引。雖然分析液和非活性油都包含在廢液中，但它們可從廢液頭的配管在后面容易地分離。這些可縮短總分析時間。
(實施例2)根據(jù)圖8～圖10說明實施例2。圖8、9為分析基板的放大上面圖，圖10為放大側(cè)面圖?；旌显嚇优c試劑時的分配率隨分析協(xié)議而不同，所以，混合液滴的大小可能隨分析協(xié)議差別很大。此時，如排列相同大小的電極，則液滴過小，接觸不到相鄰的液滴，或者過大，橫跨多個電極，不能加電場，表面張力的控制不能進行，難以進行液體的處理。因此，如圖8所示那樣，使電極更小，例如形成一片為數(shù)納米到數(shù)微米左右的點狀的微小電極300并配置多個，這樣，小尺寸的小容量混合液303和大的尺寸的大容量混合液304都可時常接觸電極。對于應切換到哪個電極，如預先決定了量的話，則只要批準確認即可，也可采用在實施例1中說明了方法那樣的圖像監(jiān)控、電流監(jiān)控。應加電場的電極群302為液滴下面和其周圍的電極，通過對其加電場，從而可控制表面張力，不論為什么樣的小液滴，都可接觸于電極。小液滴可有效地控制液滴的表面張力，可使液滴的輸送容易，縮短分析時間。作為該點狀電極的尺寸，為了使其具有液滴的浸濕性變化的程度的形狀，最好例如為這些多個電極間的間隙程度。
剩余的液體由連接于分注口的剩余液體排出電極列301輸送到設(shè)于圖中未示出的分析基板的剩余液體排出口，排出到外部。這樣，在本發(fā)明的實施例中，容易排出分析所不需要的液體，即使如上述那樣利用壓頭差那樣的送液量的精度較差，也可選擇較廉價的送液方法。
當液滴在配置了多個的微小電極300上移動時，通常如不對液體接觸的多個電極加電壓的話，則不能發(fā)生液體整體移動程度的表面張力的變化。然而，如圖9(A)那樣，當僅對液滴接觸的電極的一部分例如圖面上下各一個的縱向變形電極305加電場時，僅該部分的表面張力變化，液滴的一部分變形，朝縱向延伸。然后，當僅切換到左右各一個的橫向變形電極306時，朝橫向延伸。當發(fā)生這樣的液滴的伸縮運動時，流動可在液滴內(nèi)部發(fā)生，所以，可使液滴內(nèi)部變得均勻，大幅度地促進混合。該運動即使在停止液滴時也可進行?；蛘咭部扇鐖D9(B)那樣，在液滴輸送中對橫向變形電極加電場，一邊朝橫向變形一邊發(fā)生混合流動。這樣，可獲得高混合效率，所以，可縮短分析時間，提高分析精度。
根據(jù)由于分析協(xié)議的不同產(chǎn)生的液滴的大小不同，有時不僅在分析基板水平方向不同，而且在深度方向也不同。此時，小容量混合液滴303不接觸于一方的基板，所以，不能加電場。因此，如圖10所示那樣，將微小電極加工成相對基板垂直立起的形狀的突起狀微小電極307。圖10(A)為從液滴輸送方向觀看到的縱向截面圖，圖10(B)為從液滴輸送垂直方向觀看到的橫向截面圖。作為該突起的大小，最好例如按比設(shè)于該多個電極間的間隙大、不接觸所有對置的板狀構(gòu)件的較小程度比其周圍突出。這樣，突起狀微小電極307對小容量混合液滴303也可產(chǎn)生接觸而加電場。該突起狀微小電極307在構(gòu)造上也接觸于大容量混合液304，所以，相對大的液滴也可沒有問題地加電場。這樣，可進行小液滴的處理，可提高分析精度，縮短分析時間。
權(quán)利要求
1.一種化學分析裝置，包括具有開口部的分析部、從該開口部供給試樣或試劑的機構(gòu)、使試樣和試劑作為液滴進行合并及混合而形成為被測定液的混合機構(gòu)、及對反應中或反應結(jié)束后的被測定液的物性進行測量的測量機構(gòu)；其特征在于在所述分析部相對地配置板狀構(gòu)件，在各板狀構(gòu)件的相向的面上設(shè)置多個電極，由所述多個電極對試樣和試劑的液滴加電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于所述分析部在各所述板狀構(gòu)件相向的面上的多個電極的上面設(shè)有具有絕緣效果和/或疏水效果的膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于試樣和試劑供給機構(gòu)和/或液體排出機構(gòu)的前端為導電性材質(zhì)，在其上設(shè)置具有絕緣效果和/或疏水效果的膜，前端與所述板狀構(gòu)件上的電極配線著。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于在所述分析部的板狀構(gòu)件上設(shè)置了比所述電極之間的間隙的一半大、比電極的外形尺寸小的臺階部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于在相對地配置于所述分析部的板狀構(gòu)件的雙方設(shè)置了多個電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于所述分析部的多個電極，在開口部附近和設(shè)置有測量機構(gòu)的部位附近具有不同的電極形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于所述分析部的多個電極比電極之間的間隙大、與任何相對配置的板狀構(gòu)件都不接觸地從周圍突出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于所述分析部的多個電極為與電極之間的間隙相同程度的尺寸的點狀電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于配置于所述分析部的多個電極，接地電極與加電壓電極的配置在分析部中的頂板與底板處顛倒。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于所述分析部的電極為曲率半徑比最接近開口部的電極的曲率半徑小、具有比鄰接的電極大的曲線部的電極。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于具有對由試樣和試劑形成的液滴進行圖像處理的圖像處理機構(gòu)，該圖像處理機構(gòu)求出液滴的體積，在液滴測量時進行校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學分析裝置，其特征在于具有從所述分析部的開口部將試樣和試劑分割成多個小滴、分多次進行分注的機構(gòu)。
全文摘要
化學分析裝置包括具有開口部的分析部，從該開口部供給試樣或試劑的機構(gòu)，作為液滴對試樣和試劑進行合并和混合形成被測定液的機構(gòu)，及測量反應中或反應結(jié)束了的被測定液的物性的測量機構(gòu)。在分析部相對地配置板狀構(gòu)件，在各板狀構(gòu)件的相對面設(shè)置多個電極。對試樣和試劑的液滴從多個電極加電壓。
文檔編號G01N27/26GK1737555SQ20051009117
公開日2006年2月22日 申請日期2005年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月17日
發(fā)明者山川寬展, 榎英雄, 原田邦男, 足立作一郎, 三村智憲 申請人:株式會社日立高新技術(shù)