專利名稱：分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于簡單地分析和檢測試樣中微量成分的分析儀。
背景技術(shù)：
在需要進(jìn)行分析或測量的地點(diǎn)或在所述地點(diǎn)附近進(jìn)行分析或測量(下文稱為“POC分析”)的重要性已經(jīng)引起重視，例如為進(jìn)行床旁診斷所需的分析，其中為醫(yī)學(xué)診斷在病人附近進(jìn)行所需的測量〔POC(point of care)分析〕，對河流中的危險物質(zhì)和例如在河流、垃圾場等地進(jìn)行的危險物質(zhì)的分析，以及在烹調(diào)、收割和進(jìn)口食品的現(xiàn)場進(jìn)行的污染檢查，目前著重于研制進(jìn)行這些POC分析所需的方法和設(shè)備。這些POC分析要求簡單、快速和費(fèi)用低廉地進(jìn)行。
關(guān)于常規(guī)的顯微分析方法，在利用毛細(xì)管氣相色譜(CGC)、毛細(xì)管液相色譜(CLC)等分離試樣之后，一般使用借助于質(zhì)譜儀對試樣進(jìn)行定量的GCMS設(shè)備和LCMS設(shè)備。然而，這些分析不適用于例如病人床旁、污染的河流和垃圾場這種測量地點(diǎn)，因為質(zhì)譜儀體積大，操作復(fù)雜。此外，利用血樣進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷所用的分析儀，希望試樣接觸部分是一次性的。
為了解決這些問題，提出了一種被稱為μTAS(micro totalanalysis system)的分析方法的概念，旨在使常規(guī)使用的分析儀小型化，并使用幾個平方厘米的芯片進(jìn)行試樣的反應(yīng)和分離，所述芯片包括為進(jìn)行電泳所需的毛細(xì)管，用于進(jìn)行簡單的顯微分析〔Sensorsand Actuators,B1(1990),244-248,A.Manz et al.〕。這種μTAS的優(yōu)點(diǎn)在于，用于成分檢測所需的試樣和試劑的數(shù)量以及用于檢測所需的消耗品的廢棄物和流出的廢棄物的數(shù)量被減少了，并且可以在短的時間內(nèi)進(jìn)行檢測。
除去為進(jìn)行每個研究所需的上述的芯片和分析方法之外，μTAS由包括在芯片中的液體、氣體之類(下文稱為“流體”)的試樣，用于輸送試劑的裝置，以及用于實(shí)現(xiàn)試樣和試劑的反應(yīng)的裝置構(gòu)成。然而這些具有下述的缺點(diǎn)，并且包括所有這些要素的復(fù)雜的μTAS在所述的環(huán)境中尚未完成。
例如，形成毛細(xì)管的材料一般是玻璃或者是硅，它們以高的精度進(jìn)行過精處理(例如日本專利公開2-245655)，但是它們?nèi)匀痪哂刑幚碣M(fèi)用高和需要小心操作的缺點(diǎn)，因為它們?nèi)菀渍蹟?。此外，如上所述，用于醫(yī)學(xué)診斷時，需要芯片是一次性的，因為它們接觸取自病人的試樣，例如血液，但是玻璃和硅這些材料是非易燃的，因而還產(chǎn)生了廢物處理的問題。當(dāng)使用玻璃和硅時，便出現(xiàn)了旨在解決這些問題的研究，提出了一種利用樹脂生產(chǎn)芯片的方法〔R.M.McCormick et al./Anal.Chem.Vol.69,No.14(1997)2626-2630,日本專利公開2-259557，日本專利2639087(注冊1997,4,25Shimadzu Corp.)〕。生產(chǎn)樹脂芯片的方法包括這樣一種方法，其中硅晶片的表面利用半導(dǎo)體精處理技術(shù)處理，接著電熔Ni，并通過分解除去Si，從而制造一種利用樹脂處理的主體，然后使用上述的主體作為基體，利用丙烯酸樹脂進(jìn)行注模而形成模制芯片〔Analytical Chemistry 69,2626-2630(1997)(Aclara Biosciences)〕。
用這種方式，由樹脂制成的芯片在一次性和生產(chǎn)量方面是優(yōu)異的，但是如果采用在常規(guī)檢測設(shè)備中使用的熒光方法、吸收比色計方法作為檢測芯片中的物質(zhì)的方法，則如同在玻璃與硅的情況下那樣存在下述的問題。
下面進(jìn)一步說明現(xiàn)有技術(shù)，重點(diǎn)放在檢測設(shè)備上。
分析在毛細(xì)管中流動的試樣的方法一般包括熒光光譜方法(例如S.C.Jacobson et al.,Anal.Chem.Vol.66,4127-4132,1994，日本專利公開2-245655)，吸收比色計方法(例如N.Kuroda et al.,J.Chromatogr.,Vol.798,325-334,1998)，和化學(xué)發(fā)光方法(例如M.F.Regehr etal.,J.Capillary Electrophor,Vol.3,117-124,1996)。
在這些方法當(dāng)中，化學(xué)發(fā)光方法和熒光方法是這樣一種方法，其中要被檢測的物質(zhì)在存在催化劑例如氧化劑時在受激狀態(tài)下被轉(zhuǎn)變成一種化合物，并檢測當(dāng)化合物從這一狀態(tài)轉(zhuǎn)變成基態(tài)時作為光發(fā)出的能量(在熒光方法的情況下，所述能量被傳遞給和受激化合物共存的能量接收器，并檢測當(dāng)所述接收器從受激狀態(tài)轉(zhuǎn)變成基態(tài)時發(fā)出的能量)。另一方面，吸收比色計方法是這樣一種方法，其中光被引入含有要被檢測的物質(zhì)的溶液中，以便測量透射光的強(qiáng)度，并確定透射光的強(qiáng)度對進(jìn)入光的強(qiáng)度之比。關(guān)于靈敏度，一般地說，從最低到最高排列時為吸收比色計方法，熒光方法和化學(xué)發(fā)光方法。
作為主要的化學(xué)發(fā)光方法，長期來已知的方法有利用發(fā)光氨和光澤精的方法。化學(xué)發(fā)光反應(yīng)也具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如速度高，靈敏度高，設(shè)備成本較低，因為不需要光源便能檢測，但是也具有許多缺點(diǎn)，例如發(fā)光衰減快，使用的試劑不穩(wěn)定，背景值較高等等。
在類似的方式中，熒光方法的優(yōu)點(diǎn)在于，其反應(yīng)系統(tǒng)長期來是熟知的，但是需要激發(fā)光源和用于分離激發(fā)光和熒光的光學(xué)系統(tǒng)以及光學(xué)濾光片。
此外，使用熒光現(xiàn)象的這些方法具有低的光截取效率，因為發(fā)出的光被沿所有方向發(fā)散。在熒光方法的情況下，總的適應(yīng)性不高，因為發(fā)出的熒光的數(shù)量低，因而需要建立一種反應(yīng)系統(tǒng)，使要被測量的物質(zhì)轉(zhuǎn)換成有限的熒光物質(zhì)。
特別是，在用于醫(yī)學(xué)診斷的臨床研究領(lǐng)域，因為利用由理論界規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的方法匯集測量值的方法還在研究中，所以在測量系統(tǒng)中的實(shí)質(zhì)的改變可能會引起問題。
此外，吸收比色計方法的缺點(diǎn)在于，其需要大的光路長度才能獲得精確的結(jié)果，特別是需要獲得長的光路才能檢測微量的試樣，因而使得檢測裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因為通常要檢測進(jìn)入光和透射光的比。
由此可見，利用使用試管的常規(guī)的吸收比色計方法和熒光方法可以使用相當(dāng)小的設(shè)備實(shí)施，使用具有旨在用于POC分析的毛細(xì)管的芯片進(jìn)行測量只允許小的光路長度，因為毛細(xì)管的直徑被減少，只能獲得低的靈敏度。
已經(jīng)提出了不把光垂直地加于毛細(xì)管，而是沿著流動的方向施加光，以便得到較長的光路長度的方法(例如日本專利8-304339)，但是這些方法具有這樣的缺點(diǎn)，即在毛細(xì)管在平面芯片上形成的情況下，難于沿流動方向進(jìn)行檢測，并且芯片的結(jié)構(gòu)和檢測部分的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。
作為檢測微量成分的另一種方法，光熱檢測方法(熱透鏡方法)長期來被公知，其中在液體中的試樣利用激發(fā)光被激勵，從而形成所謂的熱透鏡，并利用檢測光測量熱透鏡中的變化(日本專利公開60-174933,A.C.Boccara et al.,Appl.Phys.Lett..36,130,1980)。
在光熱檢測方法中，通常利用激發(fā)光形成厚度大約為0.1μm-1mm的熱透鏡。在光路的長度足夠長的情況下，例如，大約可以達(dá)到1cm的長度，光熱檢測方法是不適用的，因為和吸收比色計方法以及熒光方法相反，通常需要兩種光源，即激發(fā)光和檢測光。此外，激發(fā)光和檢測光是同軸的，并且在毛細(xì)管中發(fā)射，因而使得設(shè)備復(fù)雜。不過，已經(jīng)提出了這樣的方法，其中兩種激光不同軸，而是相互交叉〔J.Liquid Chromatography 12,2575-2585(1989)，日本專利公開10-142177(Molecular Biophotonics)〕，還提出了這樣的方法，其中使一個激光發(fā)散，并用于檢測由于熱光轉(zhuǎn)換而引起的聚焦位置的變化〔日本專利公開4-369467(Yokogawa Electric Corp.)〕。
使用Ar激光和He-Ne激光的光熱檢測方法的一個例子是這樣一種方法，其中試樣被放在玻璃板上，并用另一個玻璃板夾住〔Anal.Chem.65,2938-2940(1993)〕。
此外，還有一個例子，其中從包括毛細(xì)管的平面芯片的外部對分析儀施加激光，所述分析儀使用泵輸出液體(Analysis No.4,280-284,1997,M.Harasa et al.,Anal.Chem.Vol.65,2938-2940,1993,Kawanishi et al.,Japan Analytical Chemistry,Abstracts of 44thAnnual Meeting,p.119,1995,etc)。
這些光熱檢測方法主要旨在改善局部的絕對靈敏度，所述絕對靈敏度指的是可以檢測到多少個分子。因而，這些方法主要用來使激光盡可能地聚焦，使激發(fā)光匯集在一個小的區(qū)域內(nèi)，檢測在一個微空間內(nèi)發(fā)生的熱透鏡。
此外，在這些例子當(dāng)中，還具有利用這樣一個概念的方法，即，化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，例如反應(yīng)箱、流體控制元件和檢測部分被集中在一個芯片中〔Journal of Japan Mechanics Association 100,615-617(1997),Sensor/Actuator/Week 1997 General Symposium Abstracts“Microsensor”Session 3,pp.19-23(April 17,1997)〕。此外，在這些例子中，形成有毛細(xì)管，因而使用玻璃作為在表面上形成槽的材料。
在使用硅和玻璃作為制造芯片的材料的情況下，在玻璃制成的基片或者石英或硅制成的基片上例如使用真空汽化技術(shù)形成厚度為幾千個埃的刻蝕保護(hù)涂層(Cr等)，并使用旋轉(zhuǎn)器在其上形成光刻膠圖形。然后，使用掩模使光刻膠曝光，從而進(jìn)行光刻，然后進(jìn)行顯影(利用溶劑除去未處置的部分)而得到所需形狀的圖形。接著，使用被形成圖形的光刻膠作為刻蝕掩模，利用鉀的鐵氰化物溶液溶解并除去刻蝕保護(hù)涂層，從而得到圖形。接著，使用被形成圖形的光刻膠和刻蝕保護(hù)涂層作為刻蝕掩模，例如利用氫氟酸溶液刻蝕基片，從而形成槽。然后，利用刻蝕除去光刻膠和保護(hù)涂層。此外，除去上述的基片之外，還例如利用超聲波處理制備具有通孔的例如玻璃基片。最后，把具有槽的基片和具有通孔的基片層疊在一起，使槽處于內(nèi)表面上，并例如利用真空爐對層疊的基片加熱(在兩者都是玻璃基片的情況下，在大約600℃下加熱幾小時)，接著使其冷卻熔合，從而形成芯片。
如上所述，在玻璃的情況下，必須逐個地在玻璃板上形成槽，以便使用作為生產(chǎn)半導(dǎo)體集成電路的技術(shù)的擴(kuò)展(光刻技術(shù)和刻蝕技術(shù)的組合)的方法制造芯片。此外，在制造過程中，使用許多危險的化學(xué)元素，并且生產(chǎn)過程長達(dá)幾小時，并需要用于生產(chǎn)半導(dǎo)體的昂貴的大型設(shè)備。此外，上述用玻璃制造的芯片具有易碎裂的缺點(diǎn)，因而必須小心處置。
此外，用于醫(yī)學(xué)診斷時，所述芯片可能接觸取自病人的試樣例如血液，希望上述的芯片被制成一次性的，但是玻璃是非易燃材料，因而產(chǎn)生了廢棄物處置的問題。因此，用于要求費(fèi)用低的POC分析是不適用的。
另一方面，用于醫(yī)學(xué)診斷時，取自生物體的試樣例如血液、尿液和腦脊液中的各種物質(zhì)的濃度被廣泛地進(jìn)行定量的和定性的檢測。取自生物體的要被檢測的項目包括GOT的酶的活性，GPT,γ-GPT和ALP，總膽固醇，甘油三酸酯，葡萄糖，血色素Alc(HbAlc)，此外還有蛋白質(zhì)，例如肌氨酸酐致活酶，C反應(yīng)蛋白質(zhì)(CRP)和細(xì)胞分裂素，來自細(xì)菌和病毒的抗原及其抗體。
通過使試樣和酶以及對要被檢測的物質(zhì)的特殊抗體反應(yīng)，最終使所述物質(zhì)轉(zhuǎn)換成可以通過吸光率、熒光、化學(xué)發(fā)光等檢測的物質(zhì)(染料，熒光物質(zhì)，發(fā)光物質(zhì)等)，進(jìn)行檢測要被檢測的物質(zhì)，并確定物質(zhì)的最終數(shù)量〔Ogawa,Z.et al.,Clinical Investigation,41:981(1997),Kanno,T.,Clinical Investigation,42:309(1998)〕。
這些檢測反應(yīng)被這樣進(jìn)行稱量一定量的試樣和一種或幾種試劑溶液，將它們分別混合，使得在一段固定的時間內(nèi)在預(yù)定的溫度下進(jìn)行反應(yīng)。
在大醫(yī)院的中央實(shí)驗室和由醫(yī)療化驗公司采用的自動分析儀中，利用自動吸量管分別稱量一定量的試樣和試劑溶液。此外，在人工分析的情況下，操作者使用吸量管和定量的毛細(xì)管稱量一定量的試樣和溶液。
以類似方式進(jìn)行食品污染的檢驗(日本專利公開4-64063，檢驗食品細(xì)菌污染的方法)。
在確定環(huán)境污染物質(zhì)的數(shù)量的情況下，使用多種試劑和河水進(jìn)行反應(yīng)，并用土壤作為試樣用于檢測污染物質(zhì)(日本專利公開9-72898，分析土壤的方法)。
在芯片中進(jìn)行這些反應(yīng)的方法，即將一些起反作用的試劑和標(biāo)準(zhǔn)的試劑在芯片中和試樣混合，從而進(jìn)行反應(yīng)，并對反應(yīng)后的試樣進(jìn)行分析，所述方法包括下述的一些方法。
一種方法是這樣的其中在芯片外部稱量預(yù)定量的試樣和試劑溶液，然后注入芯片中。此外，還有這樣一種方法，其中在芯片中提供預(yù)定容積的通道(容器)，例如小的圓柱體，利用泵和閥門的組合或者通過施加電場精確地控制被輸送的液體，借以在芯片中稱量一定量的試樣和試劑溶液(例如A.Manz et al.,TrendsAnal.Chem.,vol.10,144,1991)。此外，有一種這樣的方法，其中試樣和試劑溶液被注入室內(nèi)并被混合，從而進(jìn)行反應(yīng)，然后稱量一個固定數(shù)量的反應(yīng)物，對其成分進(jìn)行分離，并分析每種成分的數(shù)量(S.C.Jacobson et al.,Anal.Chem,vol.6,4127,1994)。在這些方法的任何一個方法中，需要進(jìn)行稱量試樣和試劑溶液或其混合物的處理，尚未提出一種在以恒定的流量連續(xù)地輸送液體的同時進(jìn)行分析的方法。
另一方面，提出了以預(yù)定的比例混合兩種液體而不進(jìn)行稱量操作的方法的概念〔US5785831(HP)日本專利公開8-261986(相應(yīng)于US5785831的日本專利)〕。不過，這種概念是在輸送通道中簡單地混合兩種液體，其不包括連續(xù)地進(jìn)行預(yù)定的化學(xué)反應(yīng)并且使用所述反應(yīng)檢測特定物質(zhì)的概念。類似地，提出了一種方法，其中在兩個相互接觸的具有預(yù)定流量的層流當(dāng)中，使用在界面附近的相互反應(yīng)(WO9739338,USP5716852,WO9747390)。不過，在這種情況下，所述方法基本上是一種用于提取或測量所需的分子和顆粒的方法，其中使用由在每個流中包含的不同尺寸的顆粒和分子導(dǎo)致的不同的擴(kuò)散率，并且不實(shí)行預(yù)定的化學(xué)反應(yīng)。
此外，有一個不經(jīng)過稱量操作來進(jìn)行所需的化學(xué)反應(yīng)的例子〔J.Micromech,Microeng.4,246-256(1994),Verpoorte E.M.J.,//ManzA.,de RooijN.F.INTERFACIAL DESIGN AND CHEMICALSENSING,Chpter 21pp.244-254,America Chemical Society(1994)〕。即，由硅制成的在表面上具有槽的兩個或多個芯片被相互重疊而形成毛細(xì)管，利用泵以恒定的流量向毛細(xì)管輸送反應(yīng)試劑溶液，借以使反應(yīng)試劑溶液和試樣溶液以預(yù)定的比例混合，并在毛細(xì)管中進(jìn)行反應(yīng)。
不過，在這種方法中，試樣溶液和試劑溶液以預(yù)定的比例被簡單地混合，并且在實(shí)際的處理中，其和批處理系統(tǒng)有本質(zhì)的不同，其中在批處理中，試樣溶液和試劑溶液以預(yù)定的比例被輸入混合容器中。
此外，在這種具有多個芯片相互重疊的結(jié)構(gòu)中，通道具有三維結(jié)構(gòu)，因而難于在通道中逐步地進(jìn)行反應(yīng)并獲得在不同的反應(yīng)時間的測量值。即，可以在酶反應(yīng)的終點(diǎn)進(jìn)行定量的測量，但是難于用比率測定進(jìn)行定量分析，在比率測定中，酶的數(shù)量由反應(yīng)速度確定。
關(guān)于分析儀，旨在用于POC分析的分析儀目前尚處于研究開發(fā)階段，其中已經(jīng)提出了包括毛細(xì)管的芯片。不過，如上所述，包括毛細(xì)管的芯片的材料一般是玻璃和硅，其需要高精度的精細(xì)處理。因此，處理費(fèi)用是高的，并且還具有這樣的缺點(diǎn)，即，芯片易于碎裂，因而必須小心處置。此外，在用于醫(yī)學(xué)診斷時，芯片可能和取自病人的試樣例如血液相接觸，因而需要包括毛細(xì)管的芯片是一次性的，但是玻璃材料是非易燃的，因而產(chǎn)生了廢棄物處置的問題。
此外，對于使用發(fā)光現(xiàn)象的方法的組合通道設(shè)備和檢測設(shè)備的分析儀，因為發(fā)出的光沿所有方向發(fā)散而截取光的效率不高。
在使用發(fā)光現(xiàn)象的方法當(dāng)中，化學(xué)發(fā)光反應(yīng)具有速度高，靈敏度高和設(shè)備成本相對較低的優(yōu)點(diǎn)，因為不需要光源便可檢測，但是具有發(fā)光快速衰減，試劑不穩(wěn)定，背景高等缺點(diǎn)。
此外，與此類似，熒光方法的優(yōu)點(diǎn)在于，其反應(yīng)系統(tǒng)長期以來是熟知的，但是其需要具有激勵光源和光學(xué)濾光片的光學(xué)系統(tǒng)，用于從熒光中分離激勵光等等。
此外，熒光方法不適用于在本發(fā)明中使用毛細(xì)管進(jìn)行檢測微量試樣的情況，因為所發(fā)出的熒光太低。
此外，吸收比色計方法的缺點(diǎn)在于，其需要長的光路，以便獲得精確的結(jié)果，尤其是用于檢測微量試樣，要獲得長的光路長度，勢必使檢測裝置變得復(fù)雜，因而在原則上要檢測入射光對透射光的比。
由此可見，對于用在本發(fā)明中用于檢測細(xì)毛細(xì)管中的微量試樣的分析儀，容易處置而且經(jīng)濟(jì)、具有小的體積、具有高的靈敏度的分析儀是沒有的，因而在所述的環(huán)境中需要適用于POC分析等的分析儀。
另一方面，市場上具有一種能夠檢測血糖值的試紙，其中使用在血漿試樣中溶解的固體溶劑(凍干的試劑或者用預(yù)定量的試劑浸漬的試紙和纖維)。這些固體溶劑是方便的，因為其不需要稱重，但是其缺點(diǎn)在于，和液體試劑相比，其定量的精度較差。
此外，試樣和試劑在芯片外部被稱重然后注入芯片實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的方法不僅需要太多的人力，而且除去芯片之外還產(chǎn)生其它的廢棄物。此外，在不用人工稱量試樣和試劑的情況下，除去芯片之外還需要稱量系統(tǒng)，這使得整個設(shè)備的體積增大。此外，需要在芯片中提供通道用于稱量試樣和試劑，因而使通道更加復(fù)雜，并且導(dǎo)致高的成本。此外，這些方法具有這樣的缺點(diǎn)，即引入稱量試樣和試劑的操作，不區(qū)分芯片的內(nèi)部和外部，使得分析過程更加復(fù)雜。此外，現(xiàn)有技術(shù)需要一種附加的裝置，用于調(diào)整連續(xù)進(jìn)行的需要精確控制定時的每個處理的定時，由于進(jìn)行批量試樣的處理和檢測。
發(fā)明公開本發(fā)明的分析儀包括一個具有毛細(xì)管的芯片，其容易被處置，能夠具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和極好的安全性、一次性和可大量生產(chǎn)性；還包括檢測設(shè)備，其容易被縮小尺寸，并且能夠以高的靈敏度檢測微量成分。因而，本發(fā)明的目的在于提供一種分析儀，其具有極好的操作性，體積小，并且成本低，其中只在芯片的毛細(xì)管中進(jìn)行預(yù)定的混合和化學(xué)反應(yīng)，而不需對試樣和試劑等分別進(jìn)行稱重，并且不需對所有處理中的每個處理精密地調(diào)整定時。
本發(fā)明至少部分地使用有機(jī)聚合物作為包括供流體流動的毛細(xì)管的芯片材料。具有高的尺寸精度的被模制的有機(jī)聚合物制成的芯片適用于顯微分析，其可以被廉價地生產(chǎn)，并且可以通過焚化被容易地處置，因而適用于作為一次性芯片。此外，所述芯片容易操作，可以具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且具有極好的安全性和可大量生產(chǎn)性。
此外，在所申請的本發(fā)明中，在由有機(jī)聚合物制成的芯片中形成的毛細(xì)管中的流體狀的試樣和流體狀的試劑的流量分別以預(yù)定的值被控制，而且這些流體連續(xù)地流動，因而以預(yù)定的流量比例使流體狀和試樣和流體狀的試劑融合。在融合之后，具有所需的并足夠的長度的毛細(xì)管能夠使流體在一個所需的時間間隔內(nèi)流動，以便以預(yù)定的流量進(jìn)行混合和反應(yīng)，提供這樣的毛細(xì)管以進(jìn)行預(yù)定的操作，例如混合、稀釋和化學(xué)反應(yīng)。利用這種裝置，可以進(jìn)行預(yù)定的操作，例如多種流體的混合和稀釋，而不需要進(jìn)行稱重(不用區(qū)分芯片的內(nèi)部和外部)，從而能夠精確而簡單地進(jìn)行所需的化學(xué)反應(yīng)，而不用對所有處理中的每個處理精確地調(diào)整定時。
此外，當(dāng)由上述裝置產(chǎn)生的反應(yīng)后產(chǎn)物利用由物鏡聚焦的激發(fā)光照射時，會發(fā)生伴隨著局部溫度變化(光熱效應(yīng))的物理數(shù)量的變化，特別是發(fā)生折射率的變化，這是由于激發(fā)和吸收所致。利用這種包括檢測設(shè)備(熱透鏡檢測設(shè)備)的分析儀，除去用激發(fā)光照射之外，通過利用檢測光檢測折射率的改變，可以測量被檢測物質(zhì)的濃度，利用現(xiàn)有技術(shù)，這些是難于檢測的，這是因為，光路的長度和芯片的垂直寬度那樣小(對芯片表面的角度不必是直角)，即和槽的深度那樣小(大約1到1000微米)。
不過，常規(guī)使用的熱透鏡檢測方法是一種用于在微小的空間內(nèi)檢測物質(zhì)的通用方法，但是在這種方法中，為了改善最少可以檢測到多少個分子的絕對靈敏度，無論如何，激發(fā)光不可能被物鏡聚焦并在試樣溶液中被會聚，因而減少了要被形成的熱透鏡的厚度。
例如，在一種常規(guī)的熱透鏡檢測方法中說明，見“Developmentof Integrated Liquid Phase Chemical Analysis Ststem Using MicroChannel on Glass Substrate and Thermal Lens Microspectrometry(I)”(Japan Analytical Chemistry,Abstracts of 44th AnnualMeeting,p.119,1995,Kawanishi et al.)，通過把顯微鏡的放大倍數(shù)設(shè)置為70倍，在焦點(diǎn)附近的激發(fā)光的光束直徑被減少到大約4微米，通過把顯微鏡的放大倍數(shù)設(shè)置為280倍，激發(fā)光的光束直徑可以被進(jìn)一步減少到亞微米的數(shù)量級。不過，在這些常規(guī)的熱透鏡檢測方法中，在試樣溶液的某個數(shù)量內(nèi)，確定物質(zhì)的數(shù)量的濃度靈敏度是低的。
對于醫(yī)學(xué)診斷和環(huán)境分析，重要的是濃度靈敏度高，而不是絕對靈敏度高。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，和常規(guī)的熱透鏡檢測方法相反，通過減少激發(fā)光的會聚程度，并把熱透鏡擴(kuò)大到近似于通道的橫截面積，可以增加濃度靈敏度，因而，即使在具有能夠形成穩(wěn)定的電滲流的小的橫截面積的毛細(xì)管中，也能夠以高的濃度靈敏度檢測物質(zhì)。
此外，當(dāng)包括毛細(xì)管的由有機(jī)聚合物制成的芯片應(yīng)用于上述的熱透鏡檢測設(shè)備時，在所述熱透鏡檢測方法中輸出的背景信號根據(jù)芯片的材料而增加。在常規(guī)方法中使用玻璃材料的情況下，作為一般的可得到的商品，容易獲得排除在熱透鏡檢測方法中使用的反射激光〔例如He-Ne激光(波長633nm；)氬離子激光(波長488nm)；半導(dǎo)體激光(例如，波長780nm)〕之外的，透射率不低于99％或幾乎等于100％的玻璃。因而，在執(zhí)行熱透鏡檢測方法時不會產(chǎn)生問題。
不過，關(guān)于有機(jī)聚合物，一般可得到的商品含有添加劑、塑化劑、穩(wěn)定劑等，和玻璃一樣具有高的透射率的這些商品一般是得不到的。因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適用于熱透鏡檢測設(shè)備的有機(jī)聚合物制成的基體材料是有限的。特別是，在激發(fā)光的光路中激發(fā)光的吸收對于熱透鏡檢測設(shè)備具有很大的影響。因而，已經(jīng)通過實(shí)驗獲得了可接受的吸收量的范圍。
就是說，關(guān)于本發(fā)明的分析儀是這樣一種分析儀，其用于在毛細(xì)管中流動的流體狀的試樣或者流體狀的試樣和流體狀的試劑，分析在上述試樣或上述試樣和上述試劑的混合流體中的預(yù)定的成分，其特征在于該分析儀由芯片和光熱檢測設(shè)備構(gòu)成，所述芯片至少部分地由有機(jī)聚合物制成，并且包括上述的毛細(xì)管，所述光熱檢測設(shè)備用于利用激發(fā)光照射上述的預(yù)定成分，以便測量伴隨在上述毛細(xì)管中的最終的局部溫度改變而發(fā)生的物理量的改變。
此外，在本發(fā)明中的流體指的是包括液體和氣體在內(nèi)的具有流動性的物質(zhì)。
此外，關(guān)于要在毛細(xì)管中流動的流體狀試樣，僅僅指可以流動的試樣以及可以和流動的流體狀的載體混合的試樣，或者可以和流動的流體狀的試劑混合的試樣，只要混合后的產(chǎn)物是流體即可。
它們可以在被提供給毛細(xì)管之前被混合，或者把每個試樣單獨(dú)提供給毛細(xì)管，然后使其在毛細(xì)管中混合。
上述的芯片可以通過層疊一對平板部件構(gòu)成，所述一對平板部件中的至少一個的平表面上包括槽，并且至少一個平板部件由有機(jī)聚合物制成，使上述的包括槽的平表面處于疊層的內(nèi)部。
此外，關(guān)于上述的一對部件，兩個平板部件都可以由有機(jī)聚合物制成，或者只其中的一個由有機(jī)聚合物制成。不過需要上述的包括槽的平板部件由有機(jī)聚合物制成。
此外，把上述的物理量的改變認(rèn)為是折射率的改變時，上述的光熱檢測設(shè)備可以是一種用于在由上述折射率的改變而形成的熱透鏡中檢測光的設(shè)備，用于測量由上述熱透鏡引起的上述的檢測光的改變。
需要使構(gòu)成上述芯片的部件不會通過吸收上述的激發(fā)光而對光熱效應(yīng)帶來大的影響。
例如，需要使構(gòu)成上述芯片的部件對上述的激發(fā)光的吸收率是5％或更小。
此外，需要使上述激發(fā)光的會聚程度已經(jīng)被這樣調(diào)整，使得在上述的毛細(xì)管中發(fā)生的局部的溫度變化處于這樣一個范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)可以獲得用于分析上述預(yù)定成分的足夠的濃度靈敏度。
不過，最好是上述的激發(fā)光的光軸垂直于上述的試樣和上述的混合流體的流動方向，并且上述的激發(fā)光的會聚程度已經(jīng)被這樣調(diào)整，使得上述的毛細(xì)管中在垂直于所述流動的方向并包括上述的軸線的截面內(nèi)發(fā)生的局部溫度變化處于這樣一個范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi)可以獲得用于分析上述的預(yù)定成分的足夠的濃度靈敏度。
此外，上述激發(fā)光的光軸對于上述的試樣和上述的混合流體的流動方向可以是傾斜的。
此外，上述激發(fā)光的會聚程度可以利用以上述激發(fā)光照射上述毛細(xì)管的物鏡的數(shù)值孔徑進(jìn)行調(diào)節(jié)。
此外，關(guān)于本發(fā)明的上述分析儀的毛細(xì)管可以是這樣的構(gòu)型，除此之外，其具有用于流通上述試樣的試樣通道和用于進(jìn)行上述測量的通道，并且在上述的試樣通道和用于進(jìn)行上述測量的通道之間具有至少一個試劑混合裝置；其中上述的試劑混合裝置包括至少一個用于流通上述試劑的試劑通道，從上述試樣通道側(cè)流出的流體和從上述試劑通道流出的試劑的匯合處，以及位于所述匯合處的下游的混合通道，用于以預(yù)定的流量比混合從上述試樣通道側(cè)流出的流體和從上述試劑通道流出的試劑，以便在一個預(yù)定的時間間隔內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，在上述的試劑混合裝置的數(shù)量是兩個或多個的情況下，每個試劑混合裝置被串聯(lián)地設(shè)置，以及還包括一個流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于按照上述的混合比調(diào)節(jié)上述的試樣通道和上述的試劑通道中的流量。
在這種結(jié)構(gòu)的情況下，上述的試樣和上述的試劑在上述的毛細(xì)管中連續(xù)地流動，并且上述的混合通道可以是這樣的通道，其具有足夠的長度，用于使剛好在其匯合處之前合流的流體流動一個所需的時間間隔，以便完成預(yù)定的混合和在預(yù)定流量下進(jìn)行反應(yīng)。
此外，可以通過對上述的試樣施加一個電壓，或者對上述的試樣和試劑分別施加一個電壓使上述的試樣或者上述的試樣和試劑流動。
此外，上述的試樣可以是源于生物材料的試樣。
此外，在上述的芯片是由上述的一對平板部件構(gòu)成的情況下，所述一對平板部件中的一個可以是由有機(jī)聚合物制成的平板部件，其利用加壓模制方法、模壓方法、注模方法、在存在氣體的情況下降低樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的注模方法、注壓模制方法、和使用由電磁感應(yīng)加熱的模具表面的注模方法之一或者其組合被模制。
在這種情況下，在上述在存在氣體的情況下降低樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的注模方法中使用的氣體可以是二氧化碳。
因而，按照本發(fā)明的分析儀，在進(jìn)行預(yù)定的混合和反應(yīng)之后，利用光熱檢測設(shè)備的檢測系統(tǒng)并使用光熱檢測方法檢測預(yù)定的成分，不需要稱量芯片中的試樣和試劑。通過使用光熱檢測方法作為檢測方法，可以以高的靈敏度檢測微量的預(yù)定成分。此外，因為不需要進(jìn)行稱量，不區(qū)分芯片的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，所以不僅具有極好的可操作性，而且還減少了設(shè)備的體積。
附圖簡述

圖1示意地表示按照本發(fā)明的基于光熱檢測方法的分析儀的熱透鏡檢測部分；圖2是按照本發(fā)明的光熱檢測設(shè)備的方塊圖；圖3是旨在用于定量采樣的通道圖形1；圖4是旨在用于定量采樣的通道圖形2；圖5是一通道的示意圖-1，其中多種流體相互匯合，以便按照本發(fā)明進(jìn)行稀釋和混合等處理；圖6是一通道的示意圖-2，其中多種流體相互匯合，以便按照本發(fā)明進(jìn)行稀釋和混合等處理；圖7是一通道的示意圖-3，其中多種流體相互匯合，以便按照本發(fā)明進(jìn)行稀釋和混合等處理；圖8是一通道的示意圖-4，其中多種流體相互匯合，以便按照本發(fā)明進(jìn)行稀釋和混合等處理；圖9是示意圖-1，表示由有機(jī)聚合物制成的板部件的槽，在表面上具有細(xì)槽，槽上有流體流動，其是用注模方法模制的；圖10是示意圖-1，表示由層疊一對由有機(jī)聚合物制成的板部件構(gòu)成的芯片，其上具有利用導(dǎo)電油墨印刷的導(dǎo)線、用于俘獲(trapping)液體的電極和用于連接檢測設(shè)備中的電源端子的電極；圖11是沿著圖10的a-a’線所取的截面圖；圖12是一通道的示意圖，其中在匯合點(diǎn)側(cè)流呈直角匯合，從而使兩種試劑彼此匯合；圖13是一通道的示意圖，其中在匯合點(diǎn)側(cè)流呈銳角匯合，從而使兩種試劑彼此匯合；圖14是一通道的示意圖，其中兩種或多種試劑在兩個或多個匯合點(diǎn)被匯合；圖15是表示在熱透鏡檢測方法中對聚合物基材料的激光束吸收率和輸出的測量結(jié)果的表；圖16是一表示用于模制由有機(jī)聚合物制成的板部件的模制設(shè)備的截面圖，在板部件的表面上具有供流體流動的細(xì)槽；圖17A是表示按照本發(fā)明模制的(傳送)通道的細(xì)的形狀的平面圖，所述通道由在模具的模具表面部分上制做的槽組成，所述模具用于模制由有機(jī)聚合物制成的板部件，所述板部件的表面上具有供流體流動的細(xì)槽，圖17B表示沿著細(xì)的形狀上的線a-a’所取截面的形狀，圖17C表示沿著線b-b’所取截面的形狀；圖18是示意圖-2，表示由有機(jī)聚合物制成的板部件上的槽的圖形，所述板部件的表面上具有供流體流動的細(xì)槽，其利用注模方法模制；圖19是示意圖-2，表示由層疊一對由有機(jī)聚合物制成的板部件構(gòu)成的芯片，其上具有利用導(dǎo)電油墨印刷的導(dǎo)線、用于俘獲液體的電極和用于連接檢測設(shè)備中的電源端子的電極；圖20是沿圖19的c-c’所取的截面圖；
圖21是在本實(shí)施例中使用的熱透鏡檢測設(shè)備的示意圖；圖22是表示按照熱透鏡檢測方法在相對于熱透鏡檢測設(shè)備的毛細(xì)管的激光聚焦位置和輸出之間的關(guān)系的曲線；圖23是示意圖-3，表示由有機(jī)聚合物制成的板部件的槽的圖形，所述板部件的表面上具有供流體流動的細(xì)槽，其利用注模方法模制；圖24是示意圖3，表示由層疊一對由有機(jī)聚合物制成的板部件構(gòu)成的芯片，其上具有利用導(dǎo)電油墨印刷的導(dǎo)線、用于俘獲液體的電極和用于連接檢測設(shè)備中的電源端子的電極；圖25是沿圖24的a-a’所取的截面圖；圖26是表示按照例3的熱透鏡檢測方法在膽固醇的濃度和輸出之間的關(guān)系的曲線；以及圖27是表示按照例4的熱透鏡檢測方法在膽固醇的濃度和輸出之間的關(guān)系的曲線。
實(shí)施本發(fā)明的最佳方式按照本發(fā)明的分析儀由包括毛細(xì)管的芯片和檢測設(shè)備構(gòu)成。
所述芯片由利用聚合物制成的一對平板部件制成，在至少一個部件的表面上制成有供流體流動的槽。這些平板部件被相互疊置，使槽處于疊層的內(nèi)表面，從而形成毛細(xì)管。所述毛細(xì)管具有用于試樣的通道和用于至少一種試劑溶液的通道，還具有匯合點(diǎn)，在所述匯合點(diǎn)上所述通道相繼匯合或者同時匯合。此外，所述毛細(xì)管在匯合點(diǎn)的下游側(cè)具有預(yù)定長度的通道或者較大的通道，用于混合上述的試樣和上述的試劑溶液并進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并且還具有使通道和通道相連以便進(jìn)行測量的結(jié)構(gòu)。因為所述試樣和試劑溶液需要被這樣控制，使得它們以預(yù)定的流量輸送，所以上述的分析儀具有滿足這個要求的結(jié)構(gòu)。即，具有這樣的結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中，上述的試樣和上述的試劑溶液在毛細(xì)管中以預(yù)定的流量流動。
于是，該檢測設(shè)備包括用于發(fā)射激發(fā)光和檢測光的機(jī)構(gòu)，并包括基于光熱檢測方法的光學(xué)檢測系統(tǒng)〔例如，Analysis No.4,280-284(1977)〕。
(聚合物芯片)在本發(fā)明中，在平板部件的表面上形成的槽的截面形狀包括多邊形例如四邊形和三角形，半圓形和半橢圓形，沒有特殊的限制。此外，芯片的表面上可以具有由幾種不同形狀的槽組合而成的通道。槽的上面(敞開的一面)的寬度可以和槽的下面(底)的寬度相同或較大。此外，為了實(shí)現(xiàn)下面更簡明地說明的基于光熱檢測方法的檢測裝置，需要使槽的截面形狀為四邊形。
如果所述的槽太小，則流動可能被細(xì)顆粒干擾。此外，如果槽太大，則當(dāng)在平板部件的表面上制造許多槽時，不僅必須加大平板部件的面積，而且在通過擴(kuò)散進(jìn)行混合時，會出現(xiàn)擴(kuò)散距離的問題。因而，較好是，槽的寬度是1-1000μm，深度是0.1-1000μm，截面面積是1-1000000μm2。更好是，槽的寬度是2-500μm，深度是1-500μm，截面面積是2-250000μm2；最好是，槽的寬度是2-200μm，深度是1-200μm，截面面積是2-40000μm2。
對于本發(fā)明的由有機(jī)聚合物制成的平板部件，在部件表面上的槽的尺寸的精度沒有具體地限制。不過，在進(jìn)行超顯微成分的分析和定量的分析時，最好具有高的尺寸精度。即，為了達(dá)到操作的精度和在各個分析儀當(dāng)中實(shí)現(xiàn)重復(fù)性，槽的尺寸精度最好在寬度和深度上在±5％以內(nèi)(傳遞的尺寸精度)，對于模具的凸起的形狀的橫截面積的精度在±7％以內(nèi)(利用模制傳遞，在平板部件上形成槽的情況下)。為了以高的精度進(jìn)行定量的分析，最好是在寬度和深度上的精度在±2％以內(nèi)，在橫截面積上的精度為±4％以內(nèi)。
包括本發(fā)明的毛細(xì)管的芯片通過層疊兩個平板部件構(gòu)成，至少一個平板部件的表面上具有供流體流動的槽，所述的槽在疊層的內(nèi)部，其中使用超聲熔接、熱熔接、利用黏合劑的粘合，例如熱熔黏合劑和UV黏合劑，具有粘結(jié)劑的粘連，直接或通過薄的彈性板進(jìn)行的壓力接觸。在任何情況下，最好使用能夠在真空中進(jìn)行壓接的真空層疊器，并使用能夠從中心向周邊進(jìn)行壓接同時能夠排出氣泡的方法，以便防止在層疊期間留下氣泡。
作為沒有槽的平板部件(下文稱為“蓋板”)，可以使用由樹脂制成的平板片，例如甲基丙烯酸樹脂，聚碳酸酯，聚苯乙烯或玻璃板(薄玻璃片)等。這些板的厚度沒有具體限制，除非具有下述的影響光熱分析的問題，例如光吸收問題等，不過最好在0.05毫米到幾毫米的范圍內(nèi)。
此外，芯片具有開口，用于引入試樣或試劑，并用于在要被層疊的兩個平板部件中的一個上作為通孔安裝電極。需要在平板部件的每個通道的端部提供通孔，或者在要層疊的另一個平板部件的部分中提供通孔，其和上述每個通道的端部的通孔匯合，通孔的尺寸沒有具體限制，不過通孔的直徑最好在0.1毫米到幾毫米的范圍內(nèi)。
在選擇在具有槽的平板部件中使用的有機(jī)聚合物基的材料時，模制的可操作性是重要的。根據(jù)模制的可操作性，優(yōu)選的材料包括可進(jìn)行一般的模制加工的透明的熱塑樹脂，利用UV塑化和熱塑化而獲得的透明樹脂。此外，前者更為合適，因為可以制造大量的廉價的平板部件。在這些樹脂當(dāng)中，非晶體的熱塑樹脂，具有非晶體樹脂為主要成分的熱塑聚合物的混合物，或者一部分具有低的晶體度的晶體熱塑樹脂是優(yōu)選的。尤其優(yōu)選的樹脂是剛性樹脂，包括苯乙烯類樹脂，例如聚苯乙烯和苯乙烯-丙烯腈共聚物，甲基丙烯酸樹脂，例如聚甲基丙烯酸酯(PMMA)和甲基丙烯酸酯-苯乙烯共聚物，聚碳酸酯(PC)，聚砜，聚醚砜，聚醚酰亞胺，多芳基化合物，聚甲基戊烯，乙烯聚合物的氯化物，聚環(huán)己二烯，和聚酯。
此外，優(yōu)先使用1,3-環(huán)己二烯型聚合物。1,3-環(huán)己二烯型聚合物可以使用單體聚合物，但是也可以使用共聚物。這些共聚物包括具有共軛的二烯型脂肪族單體的共聚物，例如1,3-丁二烯，橡膠基質(zhì)，1,3-戊二烯和1,3-己二烯，芳香族乙烯基單體，例如苯乙烯，α-甲基苯乙烯，p-甲基苯乙烯，1,3-二甲基苯乙烯，乙烯基奈，和乙烯基苯乙烯，極化乙烯基單體，例如甲基丙烯酸酯，丙烯酸甲酯，丙烯腈，甲基乙烯基酮和甲基腈基丙烯酸鹽黏合劑，或極化單體，例如乙烯氧化物，丙烯氧化物，環(huán)形內(nèi)酯，環(huán)形內(nèi)酰胺和環(huán)形硅氧烷，或乙烯與α烯烴型單體。在這種情況下，共聚合比最好是1,3環(huán)己二烯單體/共聚用單體=75/25-100/0(重量)。透光性高的環(huán)己二烯型聚合物在日本專利申請9-277045中詳細(xì)說明了。這種聚合物也可以利用短波光源被檢測，因為當(dāng)它們作為無定形的C-H聚合物材料時，它們對于200nm或較長的波長的吸收很少。
對于本發(fā)明的由這些聚合物基制成的芯片，構(gòu)成芯片的一對平板部件由允許檢測光通過的材料制成，并且兩個平板部件中的一個由允許激發(fā)光通過的材料制成。本發(fā)明的分析儀由所述的芯片和光熱轉(zhuǎn)換檢測設(shè)備構(gòu)成，因而可以以高的靈敏度檢測只在紫外線范圍內(nèi)吸收光的被檢測的物質(zhì)，這利用具有常規(guī)樹脂芯片的分析儀是難于檢測的，并且其具有高的通用性。這對于用于醫(yī)學(xué)診斷的分析是非常重要的，因為許多生物物質(zhì)只在紫外線的范圍內(nèi)吸收光(此范圍眼睛看不到)。
下面附帶說明關(guān)于只在紫外區(qū)內(nèi)吸收的物質(zhì)的分析。有機(jī)聚合物(樹脂)根據(jù)其生產(chǎn)率、成本和廢棄物處置而言作為芯片材料是比玻璃優(yōu)越的。不過，有機(jī)聚合物一般在紫外區(qū)內(nèi)具有吸收作用。因而，使用作為通用的檢測方法的吸收比色計方法檢測物質(zhì)，所述芯片材料的吸收是如此之大，以致使得不能獲得正確的測量值。此外，利用100μm左右的光路長度，即使使用芯片材料不吸收的波長，也難于檢測微量的成分。利用熒光可以進(jìn)行檢測，但是被檢測的物質(zhì)局限于發(fā)射熒光的物質(zhì)，因而通用性差。
與此相反，在光熱轉(zhuǎn)換檢測方法中，檢測光的波長可以從有機(jī)物質(zhì)不能吸收的波長范圍內(nèi)自由選擇，只要激發(fā)光在被測物質(zhì)中被吸收即可。在由一對平板部件構(gòu)成的芯片中，如果兩個平板部件對于有機(jī)聚合物不能吸收的波長的檢測光(通常是可見光)是“透明”的，并且一對平板部件中的一個具有允許激發(fā)光穿過的透射率，使得被測物質(zhì)被激勵，則可以進(jìn)行通用的測量。作為一個特定的例子，考慮一種這樣的情況，其中具有槽的平板部件的厚度大約為1-5mm，要被和具有槽的平板部件層疊的平板部件(蓋板)是一個厚度大約為500μm或更薄的薄片，并且該薄片由對于激發(fā)光具有高的透射率的材料制成。在這種情況下，從薄片側(cè)施加激發(fā)光，借以使得即使在具有槽的平板部件對激發(fā)光具有低的透射率時也能夠以高靈敏度檢測被測物質(zhì)。
用于本發(fā)明的有機(jī)聚合物需要是對在光熱方法中使用的波長的光具有透明度的樹脂?？紤]到激光的功率損失，需要使用在光熱檢測中使用的激發(fā)光和檢測光的波長下透射率為80％或更高的，最好90％或更高的有機(jī)聚合物?？紤]到激發(fā)光和檢測光的波長，按照ASTM D1003，當(dāng)在波長范圍600-800nm內(nèi)(最好在400-800nm內(nèi))測量時，需要使用光透射率為80％或更高的，最好90％或更高的有機(jī)聚合物。
上述的光透射率是通過從100％中減去在芯片的表面上的反射率和由有機(jī)聚合物基本身的吸收率所得的值。在芯片的表面上散射的光對有機(jī)聚合物沒有影響，而由有機(jī)聚合物基吸收的光對有機(jī)聚合物有影響，即，使其產(chǎn)生熱量。因此，當(dāng)光通過有機(jī)聚合物時，便產(chǎn)生類似于熱透鏡的效果，這形成熱透鏡檢測方法中的輸出的背景，因而，在測量中引起誤差。因而，在制造實(shí)際的芯片之前，需要評價有機(jī)聚合物材料，并確定對于實(shí)際的熱透鏡檢測方法沒有影響的吸收率的范圍。
在利用吸收率檢測的情況下，如果10％被有機(jī)聚合物吸收，光的總量只減少90％，對檢測靈敏度基本上沒有影響。不過，在光熱檢測方法的情況下，由于在樹脂中形成熱透鏡，即使10％或更少的吸收率對于測量結(jié)果也具有嚴(yán)重影響。
從下述的例子得到的測量結(jié)果看來，在具有本申請的熱透鏡的分析儀被用于定量測量的情況下，已經(jīng)證明，在激發(fā)光通過芯片的整個光路內(nèi)，由有機(jī)聚合物吸收的激發(fā)光的百分?jǐn)?shù)需要是5％或更少。
不過，在需要進(jìn)行高靈敏度測量的情況下，例如被測物質(zhì)的濃度低并且毛細(xì)管細(xì)(槽淺)的情況下，即使微量的吸收也可能引起對毛細(xì)管中的物質(zhì)所測量結(jié)果的負(fù)面影響。
在被測物質(zhì)是血液中的成分并使用目前銷售的成套試劑作為試劑的情況下，通常進(jìn)行其中對于1cm的試管的吸收率大約是0.1的測量。假定使用本發(fā)明的由有機(jī)聚合物制成的芯片進(jìn)行這種測量，在芯片中包括50μm的毛細(xì)管(即光路長度為50μm)，則對于1cm的光路長度的0.1的吸收率等效于50μm的毛細(xì)管的0.103％的吸收率。如果由有機(jī)聚合物制成的芯片的吸收(形成熱透鏡)直到10倍仍然是可以接受的，則如果可接受的吸收是2倍，吸收率應(yīng)當(dāng)是0.2％。
這就是說，為了使用本發(fā)明的分析儀進(jìn)行對于1cm的光路長度的吸收率是0.1的測量，則需要使由制造芯片的有機(jī)聚合物吸收的光為1％或更少，最好為0.2％或更少。
不過，這些值可以根據(jù)成套試劑的修正和毛細(xì)管的長度的不同而改變。例如，把1cm試管的吸收率增加到約0.5在當(dāng)前的技術(shù)條件下是沒有困難的。在這種情況下，50μm毛細(xì)管的吸收率等效于0.342％，如果由有機(jī)聚合物制成的芯片的吸收(形成熱透鏡)直到10倍仍然是可以接受的，則如果可接受的吸收是2倍，吸收率應(yīng)當(dāng)略小于1％。
此外，關(guān)于檢測光，為了避免由于吸收而引起其本身光路的改變，同樣需要使在所述光通過的整個光路中由有機(jī)聚合物吸收的光的百分?jǐn)?shù)為百分之幾或更少。
由此可見，已經(jīng)證明，在使用熱透鏡檢測方法進(jìn)行測量和分析的情況下，制造芯片的材料應(yīng)當(dāng)被合適地選擇。在激發(fā)光或檢測光的情況下，由聚合物基材料接收的吸收率根據(jù)被測物質(zhì)的濃度或吸收率而改變。因而，由構(gòu)成芯片的材料吸收的激發(fā)光和檢測光應(yīng)當(dāng)是對于熱透鏡檢測方法的測量結(jié)果基本上沒有影響的數(shù)值。以生物化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)為例，需要聚合物基的吸收率是百分之幾或更小。
由根據(jù)上述準(zhǔn)則選擇的有機(jī)聚合物構(gòu)成的平板部件可以例如利用切割處理和利用激光進(jìn)行的刻蝕處理，在模具中的UV塑化和單體與/或宏單體的熱塑以及熱塑樹脂的塑化處理制成?？梢詢?yōu)先選用的模制方法是熱塑樹脂的熔融處理和塑化處理，利用所述方法，可以大量而廉價地生產(chǎn)在表面上具有槽的平板部件。更優(yōu)先選用的方法是使用模具的熱塑樹脂的注模方法與/或加壓模制方法以及模壓方法。包括注壓模制的注模方法是用于大量而經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)的很好的方法。加壓模制在大量生產(chǎn)方面次于注模，但是能夠以好的可傳遞率形成模制的表面。特別是，被模制的預(yù)先呈板形的熱塑樹脂被放入模具中，然后用熱壓機(jī)對其加熱到軟化溫度。此后，施加壓力進(jìn)行壓縮，因而模具的表面被傳遞，接著在軟化溫度或更低的溫度下通過熱壓機(jī)在施加壓力的情況下使熱塑樹脂冷卻并固化。特別是，優(yōu)先選用的模制方法是這樣一種方法，其中在模具腔體內(nèi)填充樹脂期間在降低接觸模具的樹脂表面的固化溫度的同時進(jìn)行注模(日本專利公開10-128783，日本專利申請10-50719)，因為這種方法可以以高的生產(chǎn)率生產(chǎn)具有高的可模制性的細(xì)槽的有機(jī)聚合物樹脂制成的平板部件。這種注模方法的一個特定的例子包括這樣一些方法，其中在進(jìn)行注模之前在腔體中填充二氧化碳。二氧化碳的壓力最好是10MPa或更低，更好是0.3-2MPa，這是考慮到阻止氣體被俘獲和降低樹脂表面的固化溫度的效果之間的折中而得到的。
此外，用于生產(chǎn)本發(fā)明的有機(jī)聚合物制成的平板部件的優(yōu)選方法有，注模方法，其中模具的表面被加熱，以便進(jìn)行模制，例如這樣一些模制方法，其中在模制之前利用高頻感應(yīng)加熱對模具表面快速加熱(日本專利公開62-58287,US4439492)，和這樣一些模制方法，其中在模制之前利用輻射熱對模具表面快速加熱(在MoldingSymposia 1995,241<1995>,Molding 1996,69<1996>,SyntheticResin Vol.42(1),48<1992>等中描述)。這是因為上述的方法是這樣一些方法，其中被設(shè)置的模制溫度較低，并且在模制之前利用熱源例如高頻感應(yīng)加熱和鹵燈只對模具表面進(jìn)行有選擇地快速加熱，因而可以實(shí)現(xiàn)模具表面的可傳遞率和模制周期時間之間的兼容性。
本發(fā)明的由有機(jī)聚合物制成的平板部件也可以根據(jù)日本專利申請公開6-283830披露的生產(chǎn)電路板的方法制造。按照這種方法，分散的顆粒的方向最好沿和厚的光刻膠垂直的方向定向而不沿通常和薄的光刻膠垂直的方向定向，借以可以使用較銳利的模制制造高的縱橫比的槽。此外，也可以使用這樣的方法，其中在樹脂基片上涂覆光刻膠，并對除去槽之外的部分曝光，然后除去未固化的部分，從而在表面上形成槽形的光刻膠圖形。
關(guān)于模具，最好使用含有鐵作為主要成分的鐵或鋼，含有鋁作為主要成分的鋁或鋁合金，鋅合金，鈹銅合金，鎳等等，它們一般用于合成樹脂的模制。
下面說明模具制造方法的一個例子。首先，例如采用切割處理和刻蝕處理，或者采用紫外線固化樹脂的光刻處理，利用金屬、塑料、硅或玻璃制備一個基體，其具有包括所需的細(xì)槽的由有機(jī)聚合物制成的平板部件的表面形狀。然后，使用鎳或其類似物利用電化學(xué)鑄造方法由所述基體制造模具。
此外，所述模具可以使用上面日本專利公開6-283830所述的形成光刻膠圖形的方法制造。在金屬底板上形成光刻膠圖形，然后利用電鍍把沒有光刻膠的部分填滿。然后，除去光刻膠，從而形成具有在底板表面上形成的精細(xì)圖形的金屬板。
此外，對于由本發(fā)明的有機(jī)聚合物制成的平板部件構(gòu)成的芯片，可以通過嫁接聚合聚乙烯乙二醇對毛細(xì)管的內(nèi)表面進(jìn)行蛋白質(zhì)吸收防止處理。此外，在使用下述的電滲流作為液體輸送裝置的情況下，毛細(xì)管的表面可以利用氫氧化鈉溶液進(jìn)行處理，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的電滲流。特別是，當(dāng)使用PMMA作為有機(jī)聚合物時，利用氫氧化鈉進(jìn)行的處理會使表面上的酯進(jìn)行水解，從而暴露羧酸，借以使電滲流擴(kuò)大和穩(wěn)定，這是需要的。
此外，當(dāng)使用下述的電滲流(EOF)作為液體輸送裝置時，所述芯片的表面上可以具有由金屬針、金屬板、金屬箔等構(gòu)成的金屬電極，一直使用經(jīng)過導(dǎo)電率增加處理的無機(jī)或有機(jī)聚合物制成的電極，或者利用導(dǎo)電油墨印刷的電極。在這種情況下，最好所述電極接觸位于毛細(xì)管中的在其端部或在其中部的存儲槽(其中放置有試劑、試樣、緩沖劑、廢液等等)，在芯片中還可以包括和檢測設(shè)備相連的在電極之間連通的電極。
在插入金屬針的情況下，由鉑、銅、青銅、鋁、鐵制成的具有0.1-2.5mm直徑的，長度能夠達(dá)到平板部件的槽附近的釘、針、金屬圈等元件最好被固定在通孔中。
在利用導(dǎo)電油墨印刷的情況下，電極可以通過使用含有金、銀、銅、鎳、碳黑、石墨等的細(xì)顆粒的油墨利用絲網(wǎng)印刷制成。為了利用絲網(wǎng)印刷印制通孔的內(nèi)壁，可以使用利用絲網(wǎng)印刷機(jī)利用導(dǎo)電油墨進(jìn)行通孔印刷的技術(shù)，這是一種連續(xù)的印刷方法，其中使用多層印刷板。通孔印刷是這樣進(jìn)行的，把要被印刷的樣品放置在樣品臺上，使樣品的通孔和樣品臺的吸孔對準(zhǔn)，吸存在于通孔周邊的油墨，從而在對樣品印刷的同時或者之后使油墨爬到通孔的內(nèi)壁上。
在印刷通孔的全部內(nèi)壁或部分內(nèi)壁的情況下，可以使用真空淀積和濺射，金或鉑被足夠深地淀積或印刷，以便達(dá)到平板部件的槽的附近。在這種情況下，如果通孔是錐形的，則可以在通孔的內(nèi)壁上形成電極而不使平板部件傾斜。
此外，除去上述的電極之外，還形成用于連接具有所述芯片的檢測設(shè)備中的電源端子并用于連通各個電極的電極，這些電極可以使用導(dǎo)電油墨印刷，利用真空淀積和濺射涂鍍制成。此外，它們可以通過粘結(jié)一個薄板例如銅版，然后，通過刻蝕形成導(dǎo)線圖形，并被轉(zhuǎn)移或粘結(jié)到其上形成有圖形的銅箔上。
此外，通過在具有槽的平板部件之外的第三個平板部件上形成電極和導(dǎo)線以及被制造的項目，并使用上述方法將該平板部件(蓋板)和具有槽的平板部件疊置，使第三平板部件被夾在中間，可以提供具有電極和導(dǎo)線的設(shè)備。
在任何情況下，材料和尺寸應(yīng)當(dāng)這樣選擇，使得當(dāng)施加高電壓時產(chǎn)生的熱量可以被控制而對電泳現(xiàn)象沒有影響。
(流體)本發(fā)明要分析的流體原則上是液體或氣體，尤其是它們的水溶液?？梢蕴幚碛袡C(jī)溶劑和氣態(tài)物質(zhì)，不過在任何情況下，它們不應(yīng)當(dāng)具有對樹脂和類似的芯片材料及黏合劑的腐蝕性、溶解性和漂白作用。在采用電輸送液體的情況下，最好采用水溶液作為分析的對象。
(熱透鏡)在關(guān)于本發(fā)明的分析儀的芯片中，由電滲流、電泳或其它合適的方法精確地控制試樣自身的流量。在試樣被稀釋和根據(jù)需要和其它試劑反應(yīng)之后，使用上述方法在通道的下游檢測被測物質(zhì)。
圖1表示使用基于光熱效應(yīng)形成的熱透鏡的檢測方法的原理。當(dāng)試樣被通過透鏡會聚的激光束(激發(fā)光)照射時，由激發(fā)光從被包含在試樣中的測量對象產(chǎn)生熱量(光熱效應(yīng))，激光焦點(diǎn)附近的折射率由于發(fā)熱而降低。由于例如熱擴(kuò)散效應(yīng)而形成折射率的空間分布。通過這個區(qū)域的光由于折射率的分布而不沿直線傳播，而是產(chǎn)生和由透鏡產(chǎn)生的相同的光效果。這些虛擬透鏡的效應(yīng)被叫做熱透鏡效應(yīng)。例如在水的情況下，其在室溫下折射率的溫度系數(shù)是負(fù)的，便產(chǎn)生和凸透鏡相同的效果。透鏡效應(yīng)的強(qiáng)度(透鏡度)和產(chǎn)生的熱量即受激分子數(shù)成正比。此時，當(dāng)用于檢測光的另一個激光束發(fā)出時，檢測激光束便由于透鏡效應(yīng)比原始光路膨脹和收縮。根據(jù)檢測激光束的變化大小，可以測量由測量對象發(fā)出的熱量或者所吸收的光的數(shù)量，因而可以對測量對象進(jìn)行定量測量。在原理上，因為在激發(fā)激光束的焦點(diǎn)附近形成熱透鏡，所以不需要長的光路，因而適用于在微小的區(qū)域內(nèi)檢測試樣。
通過提供具有這種分析儀的熱透鏡檢測設(shè)備，可以測量利用現(xiàn)有技術(shù)由于光路的長度和芯片表面的垂直寬度那樣小，即和槽的深度那樣小(約為1到1000μm)而難于測量的被測物質(zhì)的濃度(對芯片表面的角度不必是直角)。
如前所述，有機(jī)聚合物制成的平板部件的槽的寬度和深度大約是1-1000微米，因此在垂直于板的表面方向上的光路長度(對芯片的表面的角度不必是直角)，即沿垂直或傾斜于流體流動的方向的光路長度和槽的深度那樣小。不過，使用熱透鏡檢測方法，即使在這樣的光路長度下，也能以足夠高的靈敏度檢測被測物質(zhì)。因而，光熱檢測方法變得需要復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)來提供長的光路，所以可以降低芯片成本。此外，可以利用小型的、廉價的和簡單的光學(xué)設(shè)備例如半導(dǎo)體激光器和光電二極管的組合進(jìn)行檢測。不過，關(guān)于用于檢測的芯片的材料，要求對激發(fā)光具有小的吸收率。另外，如圖1所示，除去主要用于檢測濃度的透鏡之外，還形成相應(yīng)于熱透鏡的區(qū)域，因而引起誤差。
作為使用光熱檢測方法的檢測設(shè)備，需要具有被對象物質(zhì)吸收的波長和具有足夠的輸出以便用于形成熱透鏡的激發(fā)光源。激發(fā)光可以是具有所需波長的光，其通過使用棱鏡從氙燈中獲得，或者從能夠激發(fā)所檢測的對象物質(zhì)的波長的激光器中獲得。作為激光器，可以使用He-Ne激光器，Ar激光器，二氧化碳激光器，YAG激光器等，不過使用半導(dǎo)體激光器可以使得設(shè)備體積小，這適用于進(jìn)行POC分析和環(huán)境測量。檢測光源可以具有小于激發(fā)光的輸出的輸出，其波長可以和激發(fā)光相同或不同。最好是，激發(fā)光和檢測光在毛細(xì)管通道內(nèi)或者在毛細(xì)管附近聚焦，因而在這種情況下需要聚光鏡。
激發(fā)光由斬波器及其類似物產(chǎn)生，其是大約0.1-10ms的脈沖光。此時，由光電二極管、CCD攝象機(jī)、光電倍增管等捕獲的檢測光經(jīng)過和上述斬波器同步的同步放大器進(jìn)行信號處理，只取出由熱透鏡引起改變的部分。此外，關(guān)于檢測光的檢測，從縮小設(shè)備的體積看來，使用光電二極管是合適的。
同步放大器可以利用功能簡單的半導(dǎo)體元件被簡化。此外，為了發(fā)出激發(fā)光的脈沖，可以用電的方式調(diào)制半導(dǎo)體激光器。此外，當(dāng)檢測檢測光時，一般使用同步放大器，但是在激發(fā)光和檢測光的軸線附近的光通量可以利用在日本專利公開9-229883中披露的暗視野型的光熱光譜分析儀中使用的方法利用屏蔽板被屏蔽，因而只檢測由熱透鏡發(fā)出的檢測光。此外，其可以利用用于激發(fā)光脈沖的功能集中的LSI等代替。
此外，在本發(fā)明中，不需要使用涉及計算一個微小空間內(nèi)的分子數(shù)的絕對靈敏度，只需要能夠利用高的靈敏度測量毛細(xì)管中的物質(zhì)的濃度。即，需要高的濃度靈敏度。換句話說，熱透鏡應(yīng)當(dāng)覆蓋毛細(xì)管的整個的預(yù)定截面，使得在其中存在的測量對象物質(zhì)的分子數(shù)增加，因而增強(qiáng)熱透鏡的效果。
此外，所述預(yù)定的截面是在垂直于包括毛細(xì)管中流體的流動方向和上述的激發(fā)光的光軸的平面當(dāng)中由包括光軸的平面截取的一個截面。此外，所述光軸最好垂直于但是也可以傾斜于毛細(xì)管中的流體的流動方向。
不過，由于熱擴(kuò)散等因素的影響，如果激發(fā)光覆蓋太廣，則每單位空間的光的數(shù)量被減少，因而熱透鏡的效果被減少，因而激發(fā)光的寬度有一個最佳值。在本例1的情況下，對于50微米深的毛細(xì)管使用NA=0.4的物鏡，在毛細(xì)管深度方向中心的激發(fā)光(最大光量的13.5％)的光束直徑為38微米，利用熱透鏡檢測方法提供輸出的最大值。如果熱透鏡被加寬，則在由有機(jī)聚合物制成的芯片中也形成熱透鏡，從而產(chǎn)生背景，并明顯減少測量的靈敏度，如上所述。
由此可見，熱透鏡應(yīng)當(dāng)在上述的預(yù)定截面的一部分中被形成，使得預(yù)定成分的濃度靈敏度足夠大，以便分析上述的預(yù)定成分。為此目的，激發(fā)光應(yīng)當(dāng)被調(diào)節(jié)，使得具有合適的會聚度，并在合適的位置聚焦。
有幾種用于調(diào)節(jié)所述熱透鏡大小(溫度發(fā)生變化的范圍)的方法，不過也可以通過調(diào)節(jié)通過激發(fā)光照射毛細(xì)管的物鏡的數(shù)值孔徑來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)對于本發(fā)明的芯片直接使用一般透鏡時，例如在JapanAnalytical Chemical Association 44th Meeting(1995)Abstraacts IC05說明的顯微鏡透鏡系統(tǒng)時，就不需要高的對象物質(zhì)的檢測靈敏度。熱透鏡的檢測部分的毛細(xì)管的深度和寬度的尺寸最好大約20微米或更大。另一方面，其中提及在上述的顯微鏡熱透鏡中，利用70倍的放大倍數(shù)實(shí)現(xiàn)大約4微米的激發(fā)光光束的直徑，進(jìn)一步增加顯微鏡的放大倍數(shù)可以使激光束的直徑減少到亞微米的數(shù)量級，以便增加絕對靈敏度。本發(fā)明人測量了大約4微米的光束直徑的激發(fā)光在熱透鏡檢測方法中的輸出，其中使用檢測部分的深度和寬度都是50微米的毛細(xì)管，并且發(fā)現(xiàn)檢測的靈敏度是低的。
此時，數(shù)值孔徑被減少到大約0.1，以便把光束直徑增加到大約50微米，作為考慮聚光鏡的不同的數(shù)值孔徑的實(shí)驗結(jié)果，并且在本例中，發(fā)現(xiàn)檢測靈敏度有所改善。這或許說明這樣的事實(shí)，即，在常規(guī)的熱透鏡檢測方法中，利用光學(xué)聚光鏡使激發(fā)光高度地被聚焦在試樣溶液上而成為會聚光，并且所形成的熱透鏡的厚度被減少，以便增加涉及在微空間內(nèi)最多可以檢測到多少個物質(zhì)的分子的絕對靈敏度，在試樣溶液的每個固定的空間對物質(zhì)進(jìn)行定量的濃度靈敏度是低的。
另一方面，在醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境分析等領(lǐng)域中，重要的是要求濃度靈敏度高，而不要求絕對靈敏度高。因此，和常規(guī)的熱透鏡檢測方法不同，激發(fā)光的會聚度被減小，熱透鏡被加寬到大約等于通道的截面積，從而確保穩(wěn)定的電滲流，借以使得能夠增加濃度靈敏度，并且利用能夠形成穩(wěn)定的電滲流的小的橫截面積的的毛細(xì)管以高的靈敏度檢測物質(zhì)。
下面說明利用熱透鏡檢測方法精確地分析在本發(fā)明的芯片中形成的毛細(xì)管中的物質(zhì)的過程。
包括圖2所示的顯微鏡的每個光學(xué)部件被置于穩(wěn)定的實(shí)驗桌上。實(shí)驗桌最好具有抗振功能。此外，用于使激光束會聚的顯微鏡包括用于從外部直接引入激光束的入口。此外，把被置于激發(fā)光的光路上的斬波器的頻率調(diào)整到116Hz。這個值可以被改變，只是需要小心，以便防止從噪聲源例如電源產(chǎn)生噪聲。
首先調(diào)整激發(fā)光、檢測光和基本上位于激發(fā)光和檢測光的各自光路的中點(diǎn)的擴(kuò)束器的光軸。尤其是對于檢測光，要進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)整，使得即使光束的準(zhǔn)直度改變時，其軸線也不偏移。此時，擴(kuò)束器的放大倍數(shù)被設(shè)置為10倍。接著，使用二向色反射鏡把所述兩個激光束設(shè)置成同軸的。二向色反射鏡對激發(fā)光具有90％或更高的透射率，對于檢測光具有80％或更高的反射系數(shù)。由于這些特性，便可以把激發(fā)光和檢測光設(shè)置成同軸的，同時又能減少光量的損失。在它們被設(shè)置成同軸之后，改變檢測光的擴(kuò)束器的準(zhǔn)直度，并且借助于在顯微鏡下目測，使激發(fā)光和檢測光的同軸性能增加到這樣的程度，使得不會減少和激發(fā)光的同軸性能。
把用于測量的芯片置于顯微鏡下，把試樣引入芯片中形成的毛細(xì)管中。然后，進(jìn)行高度調(diào)整，使得激發(fā)光的焦點(diǎn)在毛細(xì)管深度方向的中心。如果毛細(xì)管的深度(寬度)范圍是50-100微米，則物鏡可以在0.2-0.8NA的范圍內(nèi)調(diào)整，并且靈敏度適用于0.2,0.4和0.6NA三個點(diǎn)。通過上下稍微移動芯片，同時觀察在空氣/基片的交界處或基片/毛細(xì)管的交界處的反射進(jìn)行高度調(diào)整。在這種情況下，可能由于目測而產(chǎn)生大約等于激發(fā)光的焦深的誤差，在數(shù)值孔徑是0.4的物鏡的情況下，誤差的大小可能是2微米，但是這樣大小的誤差不會引起問題。首先，放入試樣的芯片的高度使用數(shù)值孔徑為0.2的物鏡按照上述被調(diào)整。此時，擴(kuò)束器被這樣調(diào)整，使得激發(fā)光和檢測光的聚焦位置之間的差幾乎等于毛細(xì)管的深度，而檢測光的聚焦位置從激發(fā)光的聚焦位置向著物鏡移動。在這種情況下，其大約為50微米。擴(kuò)束器被這樣調(diào)整，使得檢測光會聚，并且檢測光的聚焦位置從激發(fā)光向物鏡移動。在這種情況下，同步放大器的輸出，即使用熱透鏡檢測方法的輸出被改變。此時，同步放大器的時間常數(shù)被設(shè)置為1秒。在這種情況下，為了確保產(chǎn)生足夠大的值和在光檢測器中不存在激發(fā)光的雜散光，在只施加激發(fā)光的條件下，檢查熱透鏡檢測方法的上述的輸出是否被充分地減小。接著，調(diào)整檢測光的擴(kuò)束器的會聚角，并且被調(diào)整到一個信號最大的位置，同時觀察熱透鏡檢測方法的輸出。上述的操作對于0.2,0.4和0.63點(diǎn)進(jìn)行，并選擇能夠提供最佳靈敏度的數(shù)值孔徑。取具有50微米的深度的毛細(xì)管為例，當(dāng)使用數(shù)值孔徑為0.4的物鏡時，利用熱透鏡檢測方法可以獲得最高的濃度靈敏度。
此外，可以利用熱透鏡檢測方法檢測的對象不受限制，只要它們吸收激發(fā)光即可，但是它們應(yīng)當(dāng)和試樣中的其它物質(zhì)分開，特別是吸收激發(fā)光的物質(zhì)和吸收檢測光的物質(zhì)，或者對于在進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)換之前的檢測光的波長具有影響的物質(zhì)。根據(jù)靈敏度，檢測光的吸收程度最好在1000-100000摩爾的范圍內(nèi)。
不吸收或者極少吸收檢測光的檢測對象物質(zhì)被轉(zhuǎn)換成吸收激發(fā)光的物質(zhì)(在可見光線的情況下是色素)，用于利用酶的反應(yīng)組合進(jìn)行測量，在所述組合中利用檢測對象物質(zhì)作為基片。此外，使用對于檢測對象物質(zhì)的抗體，所述抗體或者二次抗體利用吸收激發(fā)光的物質(zhì)被標(biāo)記，并測量直接產(chǎn)生的激發(fā)光或作為酶反應(yīng)結(jié)果而產(chǎn)生的激發(fā)光。
在生物材料作為檢測對象物質(zhì)的情況下，例如，利用和酶的反應(yīng)，可以將它們最終轉(zhuǎn)換成下列物質(zhì)，在組合中使用檢測對象物質(zhì)作為基片(Aoyama,N.Clinical Examination,41:1014(1997))，即，轉(zhuǎn)換成吸收激發(fā)光的物質(zhì)，它們是下述物質(zhì)的濃縮產(chǎn)物N-乙基-N-(3-甲基苯基)-N′-乙酰亞乙基二胺(EMAE)；N-乙基-N-(3-甲基苯基)-N′-琥珀酰亞乙基二胺(EMSE)；N-乙基-N-(3-磺丙基)-3,5-二甲氧基苯胺(DAPS)；N-(3-磺丙基)-3,5-二甲氧苯胺(HDAPS)；N-乙基-N-(2-羥基-3-磺丙基)-3,5-二甲氧基苯胺(DAOS)；N-(2-羥基-3-磺丙基)-3,5-二甲氧基苯胺(HDAOS)；N-(2-羥基-3-磺丙基)-3,5-二甲氧基苯胺(HSDA)；N-乙基-N-(2-羥基-3-磺丙基)-3-甲基苯胺(TOPS)；N-乙基-N-(2-羥基-3-磺丙基)-3-甲基苯胺(TOOS)；N-乙基-N(2-羥基-3-磺丙基)-3,5-二甲基苯胺(MAPS)；N-乙基-N(2-羥基-3-磺丙基)-3,5-二甲基苯胺(MAOS)；N,N-二(4-磺丁基)-3,5-二甲基苯胺(MADB)；N,N-二(4-磺丁基)-3,5-二甲氧基苯胺(DADB)等，以及4-氨基安替比林或吸收激發(fā)光的物質(zhì)，例如二{4-[N-3′-磺基-正丙基]-N-n-乙基}氨基-2,6-二甲基苯基}甲烷(Bis-MAPS-C2)；二{4-[N-3′-磺基-正丙基]-N-正丙基}氨基-2,6-二甲基苯基}甲烷(Bis-MAPS-C3)；以及二{4-[N-3′-磺基-正丙基]-N-n-丁基}氨基-2,6-二甲基苯基}甲烷(Bis-MAPS-C4)。
當(dāng)這些反應(yīng)在芯片中進(jìn)行時，可以使用管子和針從芯片的外部提供試劑溶液。此外，預(yù)備含在小容器例如塑料袋中的試劑溶液(可以是聚乙烯，聚丙烯，聚酯，尼龍，乙烯聚合物氯化物及其類似物，只要它們不和試劑反應(yīng)即可)，然后通過在外部利用針把袋壓破，把試劑輸送到芯片中的試劑容器中。此外，還有一種方法，其中試劑作為干燥的固體被包含在芯片中，然后利用芯片外部或者內(nèi)部的水或者來自緩沖容器中的水注入含有固體試劑的部分，使試劑具有預(yù)定的濃度。
此外，可以直接把試樣置入芯片中。另外，在分析河流污染或分析尿樣的情況下，試樣可以在預(yù)處理時借助于膜過濾器被濃縮，按照分子量被分離。此外，試樣可以在通過利用過濾器除去塵土和血細(xì)胞之后被引入毛細(xì)管。
(流量比)
在本發(fā)明的毛細(xì)管的情況下，可以制造旨在用于不同操作的通道部分，例如，旨在用于固定數(shù)量的試樣的通道部分，旨在用于混合試劑和試樣的通道部分，旨在用于輸送試樣和試劑的部分。在使用電滲流作為液體輸送裝置的情況下，除去上述的通道部分之外，還要制造旨在用于電泳分離的通道部分。當(dāng)然，一個通道部分可以具有兩種或多種用途，而不管液體輸送裝置，例如用于輸送液體的泵輸送或電滲流輸送。此外，對于本發(fā)明的芯片，可以由旨在用于一種操作的通道部分構(gòu)成，也可以利用旨在用于不同操作的多個通道部分的組合構(gòu)成。由此可見，所述設(shè)備不只是能夠進(jìn)行簡單的定性分析，而且能夠提供精確的定量分析和所需的反應(yīng)。
旨在主要用于定量試樣的通道部分的形狀如圖3所示，其中兩個通道呈十字形互相交叉，或者如圖4所示的形狀，其中兩個通道和一個通道匯合而分別形成T形，并且圖4所示的形狀是優(yōu)選的。在具有圖3所示形狀的通道中，試樣被這樣定量在某個時間間隔內(nèi)，通過使試樣從A流向B，隨后停止流向B，然后使試樣從A流向D，然后停止從A的流動，接著使流體從C流向D。
此外，在具有圖4所示形狀的通道中，試樣被這樣定量使試樣從A流向B，隨后停止流動，然后使試樣從C流向D。在這種情況下，試樣的定量借助于毛細(xì)管的截面積和T形通道匯合點(diǎn)E與T形通道匯合點(diǎn)F之間的長度來實(shí)現(xiàn)。對于這種形狀，試樣的數(shù)量只由毛細(xì)管的截面積和匯合點(diǎn)E與匯合點(diǎn)F之間的長度確定，而不管流體的流速和流體流動的時間間隔，只要毛細(xì)管具有高的尺寸精度。這可能是一種更可取的試樣定量方法，因為可以通過改變毛細(xì)管的截面積和匯合點(diǎn)E與F之間的長度任意地設(shè)置試樣的數(shù)量。
旨在用于混合和稀釋試劑和試樣的通道部分的形狀包括一種這樣的形狀基本上在通道的中點(diǎn)具有被加寬與/或加深的區(qū)域(所述區(qū)域的尺寸為毫米到厘米的數(shù)量級)，用于和定量試樣相結(jié)合進(jìn)行混合和稀釋。
此外，最好采用以下的使液體均勻的處理通過使液體暫時停止流動，借助于擴(kuò)散使液體均勻，或者借助于機(jī)械晃動使液體均勻。特別是最好采用能夠進(jìn)行機(jī)械晃動的結(jié)構(gòu)(例如設(shè)置攪拌棒和使用磁力進(jìn)行攪拌)，其優(yōu)點(diǎn)是基本上不需要時間便可使液體均勻。
此外，取決于通道結(jié)構(gòu)，旨在用于混合和稀釋試樣和試劑的通道的形狀可以包括這樣的形狀其中一個通道和另一個通道匯合，以及多個通道在一點(diǎn)和一個通道匯合。通過使一個通道和另一個通道匯合，或者使多個通道和一個通道匯合，可以只利用通道形狀進(jìn)行混合和稀釋操作。此外，此時，可以通過改變各自的流量使混合和稀釋以不同的比例進(jìn)行。在使用泵輸送液體的情況下，可以利用機(jī)械方式改變被匯合的每個通道中的流量。此外，在使用電滲流輸送液體的情況下，可以通過改變截面尺寸和要被匯合的每個通道的長度、改變對每個通道提供電壓的方式、以及改變利用表面處理對每個通道的內(nèi)表面的充電狀態(tài)來改變要被匯合的每個通道中的流量。此外，在外部具有泵的情況下，泵的種類不受限制，其中包括具有注射器泵的產(chǎn)生氣壓的系統(tǒng)，在所述壓力下將流體推出，還包括吸力系統(tǒng)等等。在這種情況下，最好在匯合區(qū)域提供一個隔板結(jié)構(gòu)，并在匯合區(qū)域后面提供一個通過擴(kuò)散使液體均勻的通道。用于使液體均勻的通道部分的形狀例如包括直線形狀和彎曲以及螺旋形狀。此外，必須確保使混合液體進(jìn)行預(yù)定的反應(yīng)所需所時間，而所需的反應(yīng)不使用用于測量反應(yīng)時間的附加的裝置，其中通過使一個匯合點(diǎn)和下一個匯合點(diǎn)之間的通道距離或者檢測部分是一個按照混合之后獲得的預(yù)定的流量所需的距離。
關(guān)于輸送流體的裝置，可以使用機(jī)械裝置例如泵，或者使用電裝置例如電滲流。
在毛細(xì)管中的流體是通過使用由位于芯片外部的驅(qū)動裝置操作的液體輸送泵或抽吸泵輸送的情況下(也包括在芯片內(nèi)部的泵由芯片外部的驅(qū)動裝置操作的情況)，流量可以由泵的排出或吸入流量控制，或者利用包括使用流量控制閥的機(jī)械裝置控制。
此外，和上述的相反，也可以通過使一個通道分成多個通道實(shí)現(xiàn)分流(對通道分流)。
在使用電滲流作為液體輸送裝置的情況下，旨在主要用于電泳分離的通道部分的形狀包括直線形狀和彎曲形狀，例如彎道或螺旋形。如同彎道和螺旋形的彎曲形狀和直線形相比，可以增加分離能力，因為其可以使用于分離的通道長度大于芯片的較長邊的長度。
通過改變通道形狀(構(gòu)型)，本發(fā)明的分析儀可以用于多種分析。例如，可以提供這樣一些構(gòu)型其中心在用于混合和分離的通道上，用于定性分析的構(gòu)型；用于定量采樣和用于分離的通道相結(jié)合的構(gòu)型；其中心在用于定量混合的通道上，用于和分離有關(guān)的定量分析和用于和反應(yīng)有關(guān)的定量分析的構(gòu)型；用于定量采樣的通道和用于混合的通道結(jié)匯合和用于分離的通道結(jié)合，用于和反應(yīng)有關(guān)的定量分離分析的構(gòu)型；以及主要具有用于定量采樣的通道和用于混合的通道用于和分離無關(guān)的構(gòu)型。
在按照本發(fā)明的分析儀的芯片中，試樣通過電滲流、電泳或其它合適的方法進(jìn)行控制，并進(jìn)行稀釋以及和其它試劑的反應(yīng)。此外，對于例如匯合這些流體的操作，定時一般應(yīng)當(dāng)被精確地控制。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，下述的方法可以精確地進(jìn)行這些操作，所述方法簡單而不使用額外的裝置，所述方法是在預(yù)定的流量下使各個流體混合與反應(yīng)，使毛細(xì)管具有足夠的所需長度，用于使匯合的流體在預(yù)定流量下在一定的時間間隔內(nèi)流動，在所述的時間間隔內(nèi)，能夠進(jìn)行混合和反應(yīng)。此外，按照本發(fā)明的流量指的是在某個時間間隔內(nèi)在毛細(xì)管中運(yùn)動的液體的體積。
在下面的說明中，結(jié)合附圖詳細(xì)說明關(guān)于混合和反應(yīng)技術(shù)的一部分。在下面的說明中，為了簡化，假定所有通道具有相同的深度，而在實(shí)際情況下，這些深度可以不同。類似地，假定在匯合之前所有流體的流速，即單位時間移動的長度等于v。同樣，在實(shí)際情況下各個流體的流速是不同的。在以下的說明中，假定每種流體在匯合之前連續(xù)地以v運(yùn)動而永不停止。
圖5表示一個通道，其中流體1和流體2在匯合點(diǎn)1匯合，并經(jīng)過一個預(yù)定的時間進(jìn)行混合和反應(yīng)，此后，使流體1和流體2的混合物與流體3匯合。在圖5中，流體1和流體2在到達(dá)匯合點(diǎn)1之前，其通過的毛細(xì)管的寬度w等于a，在它們匯合之后從匯合點(diǎn)1到匯合點(diǎn)2通道的寬度也等于a。在這種條件下，顯然，在匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2之間流動的混合物的流速等于2v。此外，顯然，流體1和流體2的混合比是1∶1。假定在匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2之間的通道長度等于k，則匯合的流體從匯合點(diǎn)1運(yùn)動到匯合點(diǎn)2所需的時間是k/2v。因為k和v的值可以通過調(diào)整毛細(xì)管的構(gòu)型和液體輸送裝置等而被單獨(dú)地調(diào)節(jié)，所以它們可以被這樣調(diào)節(jié)，使得可以提供足夠的時間用于混合和反應(yīng)，從而可以精確地調(diào)節(jié)在下一步和流體3匯合之前的時間，而不需外部定時器之類。因此，最終被匯合的流體數(shù)量是3個或更多個，3種流體或多種流體可以在同一點(diǎn)匯合。這在以下的說明中保持不變。
圖6表示另一個例子，在圖6中，流體1和流體2通過的通道的寬度w和圖5的情況相同，但是，在它們在匯合點(diǎn)1匯合之后通道的寬度等于2a。在這種條件下，顯然在匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2之間流過的流體1和流體2的混合物的流速被保持為v。在這種情況下，如果用于使流體1和流體2進(jìn)行混合和反應(yīng)所需的時間和圖5所示的情況下的時間相同，為此，在匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2之間的通道的長度可以被設(shè)置為k/2，如圖6所示，或者在圖6中的流速v對在圖5中的流速v的比可以被設(shè)置為2∶1，而保持長度為k。不管采用哪種方法或者使用v和k值的合適的組合，基本上可以自由地被確定，雖然有時受到芯片尺寸和液體輸送裝置的限制。此外，如果從匯合點(diǎn)1到匯合點(diǎn)2的寬度w被設(shè)置為不等于2a的值，則選擇的范圍可以進(jìn)一步放寬。此外，在這種情況下，流體1和流體2的混合比也是1∶1。
圖7表示再一個例子。在圖7中，流體1和流體2流動的通道的寬度w分別等于b，和圖5、圖6的情況不同，它們在混合之后通道的寬度w等于a+b。在這種條件下，顯然，在匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2之間流動的流體1和流體2的混合物的流速被保持為v。在這種情況下，如果用于流體1和流體2的混合和反應(yīng)所需的時間和上述的圖5、圖6的相同，為此，從匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2的通道的長度可以被設(shè)置為k/2，如圖6所述，或者在圖7中流速v對圖5中流量的比可以被設(shè)置為2∶1。不管采用哪種方法或者使用v和k值的合適的組合，基本上可以自由地被確定，雖然有時受到芯片尺寸和液體輸送裝置的限制。此外，如果匯合點(diǎn)1和匯合點(diǎn)2之間的通道的寬度w被設(shè)置為不等于a+b的值，則選擇的范圍還可以放寬，如結(jié)合圖6所述。這樣，可以以a∶b的混合比混合流體1和流體2并實(shí)現(xiàn)所需的反應(yīng)，而不用使用復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。
圖8表示一進(jìn)一步擴(kuò)展圖5到圖7的例子。供流體1到流體4流動的通道的寬度分別等于a,b,c,d，匯合點(diǎn)之間的長度分別等于k/2和j。此外，從匯合點(diǎn)1到匯合點(diǎn)2的通道寬度等于a+b，并且從匯合點(diǎn)2到匯合點(diǎn)3的通道寬度等于a+b+c。當(dāng)然，因為對用于混合所需的擴(kuò)散長度和芯片的尺寸具有某些限制，故這些值對通道寬度/通道長度進(jìn)行折中，并且可以在實(shí)際的設(shè)計中改變。為了按照附圖進(jìn)行解釋，在匯合之后的流速等于v，如圖5到圖7所示，并且在流體1和流體2匯合和相繼的流體3與它們匯合之間的的時間等于k/(2v)，流體3和流體1、流體2的混合物的匯合和相繼的它們和流體4的匯合之間的時間等于j/v。而且k/(2v)和j/v的值可以是相同的，但是并不需要相同，它們由用于混合所需的長度和用于反應(yīng)所需的時間確定。由此可見，可以在預(yù)定的時間間隔以混合比a∶b∶c∶d成功地混合流體1到流體4。此時，即使要被匯合的流體數(shù)量增加，也可以在預(yù)定的時間間隔內(nèi)以相同的方式連續(xù)地成功地混合所需的流體。
下面利用圖9到11進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)現(xiàn)上述說明的實(shí)施方案。
在下面的說明中，使用電滲流作為液體輸送裝置。
本實(shí)施例的毛細(xì)管通過使預(yù)定平板部件相互疊置而成，并且由有槽的板31和蓋板32構(gòu)成，在板31的表面上具有和確定的通道一致的平面形的槽，蓋板32和有槽的板的有槽的表面層疊在一起。在下面的說明中，相互層疊的所述有槽的板31和蓋板32被稱為芯片。圖9是有槽的板31和有槽的表面?zhèn)鹊钠矫鎴D，圖10是表示和所述有槽的板31的有槽的表面?zhèn)认鄬Φ谋砻娴钠矫鎴D，圖11是相應(yīng)于圖10中a-a’線的芯片的局部截面圖。
相應(yīng)于引入液體的部分和用于存儲廢液的部分和形成有槽的板31的通道的槽的部分具有位于板的表面上的圓形通孔19到22。這些通孔當(dāng)中，液體引入側(cè)的通孔19到21被用作試樣、試劑及其類似物的容器，通孔22被用作緩沖容器和廢液容器。所述有槽的板31可以利用PMMA的注模被制成，其中使用在空腔的表面上具有相應(yīng)于和確定的通道一致的平面形槽的凸起和凹陷的模具。
如圖9所示，所述的毛細(xì)管包括和試樣引入容器19相連的試樣通道23，和第一試劑引入容器24相連的第一試劑通道24，和第二試劑引入容器21相連的第二試劑通道26，被提供在相應(yīng)于試樣和第一試劑之間的反應(yīng)時間的長度中的第一混合通道25，和被提供在相應(yīng)于試樣和第二試劑之間的反應(yīng)時間的長度中的第一混合通道27，并使用第二混合通道27的緩沖容器/廢液容器一側(cè)上的邊緣作為檢測器的檢測部分29。
此時，試樣通道23，第一混合通道25和第二混合通道27(包括檢測部分29)被制成連續(xù)的直線形狀，第一試劑通道24的匯合點(diǎn)5被設(shè)置在所述直線形的連續(xù)通道的上游側(cè)上的預(yù)定位置，并和匯合點(diǎn)5的距離等于相應(yīng)于在試樣和第一試劑之間進(jìn)行反應(yīng)所需的長度。此外，第二試劑通道26的匯合點(diǎn)6被這樣設(shè)置，使得第二混合通道27的檢測部分29和上游側(cè)之間的距離等于相應(yīng)于在試樣和第二試劑之間進(jìn)行反應(yīng)所需的長度。此外，第一試劑通道24和第二試劑通道26以銳角通過直線形通道被匯合。
此外，試劑混合裝置由分別由第一試劑通道24、匯合點(diǎn)5和第一混合通道25，以及第二試劑通道26、匯合點(diǎn)6和第二試劑通道27構(gòu)成。
如圖11所示，電極30被提供在作為第一試劑通道24的上游的邊緣的的等同物的通孔20的內(nèi)表面上。以類似方式，在作為試樣通道23的上游的邊緣等同物的的通孔19的的內(nèi)表面上、在作為第二試劑通道26的上游的邊緣等同物的的通孔21的的內(nèi)表面上、在作為混合通道27的下游的邊緣等同物的的通孔22的的內(nèi)表面上也提供有電極。
如圖10所示，每個電極30利用不同的引線28和被提供在有槽板31的液體引入側(cè)的邊緣上的一不同的電極33相連。這些電極33和檢測器中的電源端子相連，并被如此設(shè)置，使得從每個電極33向通孔19和通孔22之間、通孔20和通孔22之間、通孔21和通孔22之間分別施加電壓。要對每個電極33施加的電壓由檢測器中的電壓控制裝置響應(yīng)在試樣通道23、第一試劑通道24、第二試劑通道26確定的每個流量被控制。
此外，這些電極30,33和引線28被這樣形成在利用黏合劑層疊有槽板31和蓋板32之后，利用含有顆粒例如銀和銅的導(dǎo)電油墨對和有槽板31的有槽表面?zhèn)认鄬Φ谋砻孢M(jìn)行印刷。此外，如圖11所示，通孔20的截面呈錐形，使有槽的表面?zhèn)容^窄，借以使得能夠通過印刷在通孔20的內(nèi)表面上提供電極30，同時保持有槽板31的水平的板平面。
在使用所述分析儀的情況下，首先，在芯片22的上述緩沖劑容器中加入預(yù)定量的緩沖劑，以便在所有通道23-27內(nèi)充滿緩沖劑，然后，在第一試劑容器20、第二試劑容器21、和試樣容器19中分別放入預(yù)定量的第一試劑、第二試劑和試樣。接著，在通孔19和通孔22之間、通孔20和通孔22之間、以及通孔21和通孔22之間，借助于電壓控制裝置的電壓設(shè)置分別施加相應(yīng)于每個通道流量設(shè)置值的電壓產(chǎn)生的電滲流。此時，流量的設(shè)置值被如此設(shè)置，使得試樣通道23的流量對第一試劑通道24所流量的比等于試樣對第一試劑的混合比，第一混合通道25的流量對第二試劑通道26的流量的比等于試樣和第一試劑對第二試劑的混合比。
這樣，借助于電滲流，在每個通道中的液體以相應(yīng)于每個通道的設(shè)置值的流量運(yùn)動。具體地說，試樣和第一試劑以相應(yīng)于混合比的流量向匯合點(diǎn)5運(yùn)動，并相應(yīng)于在第一混合通道25中的它們的流量的比的比例被混合。然后，在試樣和第一試劑之間的反應(yīng)被完成之后，它們到達(dá)匯合點(diǎn)6，并且它們通過第二混合通道27流動。此外，第二試劑以相應(yīng)于上述的混合比在第二混合通道27中和試樣與第一試劑的混合物混合，并在完成試樣和第二試劑之間的反應(yīng)之后，通過檢測部分29流動。
因而，按照這種分析儀，一旦所述芯片被設(shè)置在下述的檢測器中，試樣與第一第二試劑的混合和反應(yīng)便以預(yù)定的比例自動地進(jìn)行。檢測部分29使用下述的檢測器進(jìn)行檢測，以便自動地檢測一種被分析的成分。
為了更清楚和更具體地說明本發(fā)明，下面以試樣和兩種試劑，例如血漿中的總膽固醇的測量為例進(jìn)行說明。
按照常規(guī)，試樣被稱重，例如取3μl吸管，并且例如和通過稱重取的200μl的第一試劑溶液(試劑1)混合，使它們反應(yīng)例如3分鐘。此后，將通過稱重取的100μl的第二試劑容器(試劑2)加到反應(yīng)物的溶液上并被混合。在預(yù)定時間內(nèi)使它們反應(yīng)之后，例如10分鐘，測量在反應(yīng)物混合物中的彩色試劑的吸收率，從而確定在試樣中的檢測的對象物質(zhì)(例如膽固醇)的數(shù)量。
為了使用本發(fā)明的方法完成所述測量，試劑1以2000nl/min流動的通道和試樣以2030nl/min的流量流動的通道匯合，并且如此設(shè)計通道長度，使得可以獲得3分鐘的反應(yīng)時間。然后，試劑1和試樣的混合物的通道和試劑2以1000nl/min的流量流過的通道混合，從而提供3030nl/min的流量，并且如此設(shè)計通道的長度，使得可以獲得10分鐘的反應(yīng)時間，最后，例如采用光熱檢測進(jìn)行檢測。
即，所述流量可以借助于泵、電壓等進(jìn)行控制，借以能夠以確定的比例進(jìn)行混合和反應(yīng)，而不用稱重和取一定體積的溶液。特別是，在反應(yīng)后的液體可以被直接地設(shè)置在檢測器中而不需要進(jìn)行特定分離的情況下，本發(fā)明尤其有用，例如，用于醫(yī)學(xué)診斷中進(jìn)行生化項目I的測量。
此外，在上述的說明中，根據(jù)需要，借助于改變深度來改變毛細(xì)管的截面積可以改變線速度，如上所述。
圖12示出了通道圖形的一個例子。其中容器1是試樣的容器，容器2是試劑1的容器，容器3是試劑2的容器，容器4是廢液的容器。試樣在匯合點(diǎn)5和試劑1混合，在匯合點(diǎn)6再和試劑2混合。在這種情況下，兩個槽形成的角度是直角，但是如圖13所示，它們也可以以銳角匯合，借以進(jìn)一步減少由于來自匯合物的壓力而引起的流量變化的影響，因而強(qiáng)迫進(jìn)行混合。此外，為了更有效地進(jìn)行混合，可以在匯合區(qū)域提供用于干擾流動的障礙物例如擋板，或者借助于使匯合區(qū)域的槽的寬度加大，通過擴(kuò)散并增加駐留的時間進(jìn)行混合。
在如上所述試樣和試劑反應(yīng)之后不需要分離的情況下進(jìn)行檢測時，特別是在進(jìn)行生化實(shí)驗項目的情況下，可以在從混合到反應(yīng)到檢測一致的通道中進(jìn)行連續(xù)地處理，而不需稱重和取一定的數(shù)量進(jìn)行分離。例如，一般地說，在要被檢測的成分根據(jù)吸收的波長不必由其它雜質(zhì)中斷便可以被檢測的情況下，以及在需要待檢測的物質(zhì)被改變的情況下，例如在試樣中的羥基團(tuán)被氧化并使用分光光度計檢測所得的碳?；鶊F(tuán)的情況下，可以從以預(yù)定的流量進(jìn)行混合到反應(yīng)和檢測不通過分離在連續(xù)的通道中進(jìn)行處理。
本發(fā)明的方法可以連續(xù)地進(jìn)行幾小時。例如，在前一節(jié)的說明中，假定用10秒鐘進(jìn)行檢測，試劑1和試樣最少利用10秒鐘被匯合(一般略長一些，20秒鐘)，并在3分鐘之后，它們以同一方式至少用10秒鐘和試劑2混合。然后，在10分鐘之后，進(jìn)行檢測。即，在本發(fā)明的方法中，流量可以通過按照時間編程進(jìn)行控制，借以使得利用最少量的試劑和試樣并且不需稱重和取固定的數(shù)量便可以進(jìn)行高效率的微量分析。因而，流量控制的精度和可編程性以及快速反應(yīng)是重要的。為了驗證流量比，可以用標(biāo)準(zhǔn)的試樣代替所述試樣容易地進(jìn)行校正。此外，芯片中的通道的尺寸可以提前分批地被檢驗，可以使用它們的校正值。
通過使用本發(fā)明的方法，共用一個通道，即利用簡單的通道設(shè)計，不僅能夠測量試樣中的一種對象，而且可以測量多種對象(圖14)。即，在前述的試樣中，使試劑1和試樣在所需的時間內(nèi)相互進(jìn)行反應(yīng)，然后在一個小的時間間隔之后，預(yù)定流量的試樣的通道(當(dāng)和試劑1混合時，對于所述流量不需要是相同的)和以另一個預(yù)定流量流動的試劑3的通道匯合。然后，經(jīng)過預(yù)定時間反應(yīng)之后，和試劑4混合，并測量試樣和試劑1,2的反應(yīng)所得的產(chǎn)物，然后，可以使用相同的檢測通道檢測試樣和試劑3,4的反應(yīng)產(chǎn)物。
當(dāng)試樣物質(zhì)的數(shù)量，例如總膽固醇、甘油三酸酯、和膽紅素被直接地確定時，可以用所謂的端點(diǎn)法測量反應(yīng)產(chǎn)物，并且可以最少量只對一個點(diǎn)進(jìn)行檢測。另一方面，當(dāng)在試樣例如血液中的GOT,GPT和γ-GPT中的酶的活性存在時，則對一個點(diǎn)進(jìn)行檢測，但是最好隨時間進(jìn)行多次測量(檢測)，以便確保高的精度(比率測定)。
在這種情況下，可以在最終反應(yīng)物流過的通道上的多個點(diǎn)進(jìn)行檢測，即在和與最后試劑的匯合點(diǎn)的距離(即反應(yīng)時間)不同的通道上的多個點(diǎn)進(jìn)行測量。為此目的，可以在檢測器中在最后反應(yīng)混合物的通道上設(shè)置多個檢測系統(tǒng)，或者在一個檢測系統(tǒng)的情況下，檢測系統(tǒng)(光學(xué)系統(tǒng))或者芯片可以被移動。熱透鏡檢測系統(tǒng)沿著通道被移動，或者在通道上設(shè)置多個熱透鏡檢測邊緣，借以使得能夠在短時間或者瞬時地理解隨時間的變化。即，相應(yīng)于反應(yīng)時間的通道長度。實(shí)現(xiàn)三維疊置的立體芯片是困難的，但是容易通過本發(fā)明的平面芯片和高靈敏度的熱透鏡檢測器組合來實(shí)現(xiàn)。
(電液體輸送)在本發(fā)明中，可以采用各種裝置例如機(jī)械泵和電氣裝置進(jìn)行液體輸送，因為每種流體以預(yù)定的流量比被混合。其中，精確而簡單的液體輸送控制裝置包括電氣裝置例如電滲流是優(yōu)選的裝置。此外，在此處所述的電氣裝置中，根據(jù)需要，也可以采用電壓控制裝置和電流控制裝置。
通過控制電壓控制液體輸送的方法包括對毛細(xì)管中的液體施加電場借助于電泳和電滲流從而輸送液體的方法(詳見“Capillaryelectrophoresis”Kodansha Co.,Ltd.,等.)。電滲流是一種這樣的方法，其中液體在毛細(xì)管的內(nèi)表面上作為離子而運(yùn)動，并且在毛細(xì)管利用玻璃和硅制成的情況下，在玻璃表面上的硅酸的質(zhì)子提供遷移功率。此外，即使在由有機(jī)聚合物例如PMMA和PC制成的芯片中的毛細(xì)管的內(nèi)表面上不存在特定種類的離子的情況下，也可以使由毛細(xì)管的內(nèi)表面吸收的液體中具有電解質(zhì)，并根據(jù)在毛細(xì)管中流動的液體的成分，具有由電解質(zhì)的運(yùn)動而產(chǎn)生的電滲流。為了產(chǎn)生穩(wěn)定的電滲流，具有羥基團(tuán)和碳酰基團(tuán)的有機(jī)聚合物可借助于接枝聚合作用被加于毛細(xì)管的內(nèi)表面上。
在利用電滲輸送液體的情況下，在要被匯合的每個通道中的流量可以通過改變每個通道的長度和截面尺寸、改變對每個通道施加電壓的方式以及通過表面處理改變每個毛細(xì)管通道的內(nèi)表面上的充電狀態(tài)被改變。
在理論上，電滲流和與毛細(xì)管的壁面的材料有關(guān)的ξ電位以及施加于毛細(xì)管上的電位差成比例。為了確定電滲流例如在20℃的水中的速度，當(dāng)100v/cm被施加于具有75mv的ξ電位的毛細(xì)管中時，獲得的電滲流的速度稍微大于0.5mm/sec。為了產(chǎn)生電滲流，不需要電源具有特殊的功能，不過考慮到這樣的事實(shí)，即，根據(jù)毛細(xì)管的長度，可以產(chǎn)生大于1kV或更高的電位差，所以最好采用能夠輸出高電壓(1kV或更高)的電源。這些高壓電源最好能夠直接地或者通過接口板和外部計算機(jī)相連，以便進(jìn)行控制。這樣，對于通過施加電位差從而產(chǎn)生電滲流的定時可被編程，并且可以進(jìn)行電滲流的更精確的控制。在按照本發(fā)明分析儀的的芯片中，試樣借助于電滲流與/或電泳被精確地控制，被進(jìn)行分離和與其它試劑進(jìn)行反應(yīng)，然后，在通道的下游進(jìn)行光熱分析。具體地說，根據(jù)精確的控制，因為通過精確地按照設(shè)置的程序控制電壓，電滲流能夠精確地控制流量和快速地響應(yīng)，所以在精確地控制流量比來進(jìn)行所需的化學(xué)反應(yīng)的應(yīng)用中，采用電滲流是優(yōu)選的方法之一。
此外，一些這樣的方法，其中相應(yīng)于反應(yīng)開始之后的時間的反應(yīng)產(chǎn)物被定量地檢測，例如用于利用酶檢測物質(zhì)中的有機(jī)物的方法，在利用泵進(jìn)行液體輸送而在毛細(xì)管的截面中引起速度分布的情況下，可能存在精度問題。不過，在上述的電滲流中，精確的檢測是可能的，因為液流在原則上是在毛細(xì)管的截面方向上沒有速度差的層流。
此外，在使用泵的情況下，引起在流的中心凸起的層流，并且可以用熱透鏡檢測方法檢測到在凸起的尖部和根部之間的物質(zhì)的濃度差，不過使流體成為平的層流，并且通過使用電滲流可以穩(wěn)定地被檢測，這也可以作為一個特點(diǎn)。
然而在采用泵輸送液體時，通過在毛細(xì)管中提供的擋板以及提供供酶反應(yīng)的足夠的通道長度，促進(jìn)液體均勻地混合和擴(kuò)散，也可以進(jìn)行精確地檢測。
作為用于產(chǎn)生電滲流的電源，使用一種高壓裝置(例如Mode 1HCZE-3OPNO,25,Matsusada Precision Co.,Ltd.能產(chǎn)生30kV以上的高壓)，這些裝置可以通過接口板(例如CAQCard-1200,CB-50Connector Block,National Instruments Co.,Ltd.)和外部計算機(jī)相連，從而對其輸出進(jìn)行控制。用于定時控制施加的電壓的程序可以利用NI-DAQ驅(qū)動軟件，LabVIEW等。
使用上述實(shí)施例的分析儀使得能夠在醫(yī)療現(xiàn)場進(jìn)行床旁診斷，并在病人接受診斷時，在同一天通知院外病人檢測結(jié)果，因而能夠根據(jù)所述結(jié)果選擇治療方法，以便快速地治療。此外，在河流和廢棄物中的危險物質(zhì)的定量和定性的分析也可以在現(xiàn)場被容易地進(jìn)行。此外，在對進(jìn)口食物進(jìn)行海關(guān)檢驗和烹調(diào)現(xiàn)場的快速分析期間，可以進(jìn)行快速檢查。
檢測對象物質(zhì)包括化學(xué)物質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸等，沒有特定的限制，但是環(huán)境污染化學(xué)物質(zhì)，血液/腦脊液/唾液和尿中的生物物質(zhì)、來自器官/組織/粘膜的生物物質(zhì)，蛋白質(zhì)例如提供感染源的細(xì)菌和病毒、DNA、RNA、過敏源和各種抗體都可以作為檢測對象物質(zhì)。
下面利用例子進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
例1下面要說明的本發(fā)明的一個例子是，通過端點(diǎn)化驗進(jìn)行血漿中總膽固醇的定量測量，其中控制三種溶液的流量，即，脂類測量標(biāo)準(zhǔn)血漿和兩種用于檢測總膽固醇檢測包〔產(chǎn)品名膽固醇E-HATESTWAKO(由Wako Chemical Co.,Ltd.制造)〕的反應(yīng)的試劑溶液。借助于施加電壓利用電滲流進(jìn)行液體輸送。
(芯片制造)首先說明包括毛細(xì)管的芯片的制造。
測量板狀有機(jī)聚合物基的吸收率，以便預(yù)測對熱透鏡的影響，為選擇可用的聚合物基材料提供數(shù)據(jù)。下面說明測量方法和測量結(jié)果。
關(guān)于測量設(shè)備，采用由Shimadzu Co.,Ltd.制造的UV-2200A(UV-VIS記錄分光光度測定法)。關(guān)于測量方法，制備厚度不同的由相同材料制成的試樣，并被切割成足以蓋住整個光路的尺寸，接著把試樣安裝在測量單元(measuring cell)插入部分上，使得平板表面垂直于光路，而不使用測量單元。首先，由相同材料制造的預(yù)備平板當(dāng)中，使用兩個最薄的平板進(jìn)行初始校正。對于實(shí)際的測量，使用最薄的板作為參考測量吸收率，其在厚度上和要測量的試樣不同。為了測量波長，使用488nm,633nm,780nm3種波長。下面說明例如材料等方面的細(xì)節(jié)。
(1)測量的試樣(a)甲基丙烯酸樹脂(Delpet 560F:t=2mm,3mm)，由Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.制造。
(b)丙烯酸樹脂(Clarex:t=0.3mm,0.5mm)，由Nitto JushiKogyo Co.,Ltd.制造。
(c)丙烯酸樹脂(Sumipex:t=4.5mm,10mm)，由SumitomoChemical Co.,Ltd.制造。
(d)甲基丙烯酸樹脂(丙烯酸酯t=2mm,5mm)，由Mitsubishi Rayon Co.,Ltd.制造。
(e)聚碳酸酯樹脂(Panlite AD 5503:t=1mm,2mm)，由Teijin Chemical Co.,Ltd.制造。
(f)甲基丙烯酸樹脂(Deraglass A:t=2mm,3mm)，由Asahi Chemical Industry Co.,Ltd.制造。
(g)聚碳酸酯樹脂(Eupilon/Sheet:t=0.5mm,1.0mm,2.0mm)，由Mitsubishi Engineering-Plastics Co.,Ltd.制造。
(h)聚碳酸酯樹脂(PCSM PM600:t=0.5mm,1mm)，由Takiron Co.,Ltd.制造。
(i)聚碳酸酯樹脂(矩形平板t=1mm,3mm)，由TakironCo.,Ltd.制造。
(j)聚酯樹脂(PETEC PET6010:t=1mm,3mm)，由Takiron CO.,Ltd.制造。
(k)聚氯乙烯樹脂(ESS8800A:t=1mm,3mm)，由TakironCo.,Ltd.制造。
(l)層壓薄膜(MS Poutch:t=100μm,150μm)，由MeikoShokai Co.,Ltd.制造。
(2)測量結(jié)果測量結(jié)果的一覽如圖15所示。此外，對于(a)-(l)的聚合物基，一起測量熱透鏡檢測的輸出。為了進(jìn)行測量，只對要被測量的聚合物基施加激發(fā)光和檢測光，并記錄由熱透鏡檢測方法在聚焦位置提供的最高輸出的值。此時，測量厚度最接近于實(shí)際芯片的厚度(2mm)的試樣，或者測量兩種厚度不同的試樣取平均值。
此外，對于(g)的由Mitsubishi Engineering Plastic Co.,Ltd.制造的聚碳酸酯樹脂，由于測量位置不同而引起的熱透鏡檢測輸出的改變嚴(yán)重，并且可預(yù)測到例如吸收光的微晶體等物質(zhì)的不均勻的分布。
由圖15所示的結(jié)果可見，顯然，在本質(zhì)上，聚合物基體所具有的吸收比(由吸收率轉(zhuǎn)換的)和由熱透鏡檢測獲得的輸出之間存在有相關(guān)性。(熱透鏡檢測的激發(fā)光的波長633nm)。
當(dāng)進(jìn)行測量時，使被夾在兩個玻璃板之間的二甲苯藍(lán)色素(濃度為5μM)作為基準(zhǔn)度量，熱透鏡檢測的輸出大約是20mV。
然后，在表面上具有槽的聚碳酸酯基利用前述的由Meiko ShokaiCo.,Ltd.制造的層壓薄膜(t=100μm)覆蓋，以類似方式使用具有被制成毛細(xì)管的槽的芯片測量二甲苯藍(lán)色素(濃度為5μM)，但是檢測到10mV的背景光，并且由于這個背景，要精確地測量是困難的。由上述測量可見，使用的層壓薄膜的吸收率對于t=50μm(150μm-100μm)是0.0085，當(dāng)被轉(zhuǎn)換成吸收比時，對于t=100μm，這大約相當(dāng)于4％。不過，在這種情況下，使用熱固黏合劑作為使用的層壓薄膜，可以觀察到由于其不均勻的分布而產(chǎn)生的背景值的改變。不過，在吸收率的測量中，因為改變被平均，所以部分的吸收比可能比4％大。此外，考慮到可能測量比上述的二甲苯藍(lán)色素的濃度高的試劑，在這個濃度范圍測量的情況下，由聚合物基引起的可接受的吸收比可以是5％。如果和下述的計算值比較，則該值是一個合理的值。
在上述的基準(zhǔn)測量中20mV的測量值在醫(yī)學(xué)診斷進(jìn)行的生物物質(zhì)的測量中是一個十分標(biāo)準(zhǔn)的值，當(dāng)被轉(zhuǎn)換成在測量中使用的50μm的深度的毛細(xì)管時，獲得0.0005的吸收率的值。在本例中使用的熱透鏡檢測器中，當(dāng)使用被認(rèn)為是最理想的透明基材料(背景=0mV)的合成石英時，作為檢測限制的同步放大器的輸出大約是0.5mV。因而，可以進(jìn)行濃度被減少到1/10的高靈敏度的測量，對于實(shí)際的測量值，使其具有更高的靈敏度在維持系統(tǒng)精度方面是有利的，而不管是否用于醫(yī)學(xué)診斷。不過，如圖5所示，如果芯片本身要使用的聚合物基具有對于激發(fā)光的吸收率，則產(chǎn)生由熱透鏡檢測引起的輸出作為背景，因而引起誤差。假定相當(dāng)于上述的二甲苯藍(lán)(濃度為5μM)的20mV的熱透鏡輸出進(jìn)行直到1/10的濃度的測量，并且直到10倍，希望直到5倍，更希望直到2倍那樣高的來自測量對象物質(zhì)的信號是可接受的，其作為可接受的背景范圍，當(dāng)高達(dá)10倍時輸出是20mv，當(dāng)高達(dá)5倍時是10mv，當(dāng)高達(dá)2倍時是4mv。將這些值和圖15所示的值一起考慮，關(guān)于測量濃度的變化，所需的吸收率為5％或更小，最好2％或更小，更好為1％或更小。
此外，將計算合理的數(shù)值。作為實(shí)際值，假定當(dāng)使用光路長度為1cm的試管進(jìn)行測量被轉(zhuǎn)換的吸光率的值的范圍為2到0.01的對象物質(zhì)。這個值作為透射率等于1到97.7％，作為吸收比等于99到2.27％。假定吸收沿著光路長度均勻地進(jìn)行，對于50μm的光路長度，吸收比應(yīng)當(dāng)是0.495到0.011％。假定來自測量對象物質(zhì)的作為背景的信號直到10倍是可以接受的，直到5倍是希望的，直到兩倍是更希望的，并假定由于激發(fā)光的聚焦位置的偏移而引起的熱透鏡效應(yīng)被減少一半，則當(dāng)接收直到10倍的值時為9.9％到0.22％，接收直到5倍的值時為4.95％到0.11％，當(dāng)接收直到2倍的值時為1.98％到0.044％。
即，這些值表示在激發(fā)光的入口和出口之間由形成芯片的平板件吸收的激發(fā)光的吸收比，這是在光路長度為1cm的試管中的吸光率為2到0.01的物質(zhì)被放入深度為50μm的毛細(xì)管中利用熱透鏡檢測方法測量的情況下收到的。此外，這意味著，如果在激發(fā)光的入口和出口之間芯片對激發(fā)光的吸收比達(dá)到10％，則可以使用1cm的試管由吸收計測量的物質(zhì)的測量是不可能的，即使可以接受最大值作為背景。因而，實(shí)際的吸收比的可接受范圍的上限可以是2到5％。如果對照上述的聚合物基的實(shí)際吸收比和熱透鏡檢測的輸出，這個值可能是合理的。
不過，當(dāng)在將來對于光路長度為1cm的當(dāng)前試管的情況測量其轉(zhuǎn)換的吸光率遠(yuǎn)大于2的物質(zhì)時，可接受的樹脂聚合物的吸收比的值還可以增加。此外，顯然，即使增加毛細(xì)管的深度，獲得類似的效果，并且被接受的樹脂聚合物的吸收比可以被增加。
此外，顯然，在檢測光的光軸離開在芯片區(qū)域中的激發(fā)光的光軸較大時，上述的背景沒有影響。
下面說明制造用于檢測實(shí)際的生物系統(tǒng)的芯片的方法。
構(gòu)成芯片的平板部件利用注模被模制。用于注模的樹脂是甲基丙烯?；鶚渲?Delpet 560F，由Asahi Chemicl Industry Co.Ltd.制造)。關(guān)于氣體，使用純度為99％的二氧化碳。使用由Sumitomo HeavyIndustries Co.,Ltd.制造的SG50作為模制機(jī)。使用圖16所示的設(shè)備作為模制設(shè)備。
在圖16中，在模具101的模具腔103的周圍具有吸入和排出槽104，用于通過分界面的間隙102從模具腔103抽出或吸入二氧化碳，因而吸入和排出槽104通過模具外部的通風(fēng)口105和二氧化碳供應(yīng)源相連。在模具腔103的外部具有O形環(huán)槽106，用于保持設(shè)置有O形環(huán)的模具腔體103具有壓力。模具外部的通風(fēng)口105通過氣體導(dǎo)管111和二氧化碳源109相連。壓力表和安全閥108和氣體導(dǎo)管111相連。
模具表面由插入塊或壓模112形成，這種器具或壓模112的表面被加工成具有精細(xì)形狀的毛細(xì)管。精細(xì)形狀是圖17所示的形狀，沿a-a’取的截面的槽的形狀呈梯形(凸起)，其寬度為301μm，深度為50μm，截面積為14500μm2。
樹脂從入口通過一個通道被注入模具腔體103。
模具表面條件的可轉(zhuǎn)移性借助于利用光學(xué)顯微鏡觀察和利用激光顯微鏡進(jìn)行形狀測量進(jìn)行評價。
此外，被模制的產(chǎn)品通過光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，截面的槽的形狀利用光學(xué)顯微鏡和電子顯微鏡觀察，利用激光顯微鏡和其類似物進(jìn)行形狀測量。
通過使用圖16所示的模制設(shè)備，二氧化碳在5.0MPa的壓力下被注入腔體表面溫度為80℃的模具中。然后，溫度為240℃的甲基丙烯?；鶚渲蛔⑷肽＞咧?，在圓筒中的樹脂被保持80MPa的壓力10秒鐘，被冷卻20秒鐘，然后取出模制的產(chǎn)品。被注入模具中的二氧化碳在填充樹脂的同時被連續(xù)地排放到大氣中，模制成其表面具有槽的平板部件。
所獲得的模制產(chǎn)品的表面上是光滑的，在相應(yīng)于壓模的a-a’線的截面部分的區(qū)域傳遞的槽的寬度為303.0μm，深度為49.7μm，截面積為14300μm2。因而，利用2％以內(nèi)的寬度和深度尺寸精度、4％以內(nèi)的截面積尺寸精度使槽被傳遞。
模制的平板部件長度為120mm，寬度為80mm，厚度為2mm，并具有如圖18所示的圖形。在4點(diǎn)提供有用于保留液體的直徑為3mm的通孔，容器213是試樣容器，容器214是試劑1容器，容器215是試劑2容器，容器216是廢液容器。容器213具有過濾器，用于分離血細(xì)胞，當(dāng)試樣(全血)被滴入時，妨礙檢測的血細(xì)胞被除去，并把血漿送到毛細(xì)管中。關(guān)于槽的尺寸，槽217的寬度為15μm，深度為10μm，長度為1cm，槽218的寬度為200μm，深度為50μm，長度為1cm，槽219的寬度為203μm，深度為50μm，長度為3cm，槽220的寬度為100μm，深度為50μm，長度為4cm，槽221(和槽220以及檢測部分的匯合點(diǎn)之間的長度)的寬度為303μm，深度為50μm，長度為5cm。所述模制產(chǎn)品使用熱熔型黏合劑和厚度為300μm的甲基丙烯酰基樹脂板層疊在一起而形成芯片。
然后，為了增加電滲流和清潔芯片的毛細(xì)管的內(nèi)表面，毛細(xì)管的內(nèi)部被充以1N-NaOH溶液(由Wako Chemical Co.,Ltd.制造)，并在60℃下加熱24小時。此后，毛細(xì)管的內(nèi)部利用純水(KyoeiPharmaceutical Co.,Ltd.制造)刷洗，使用PH作為指示器，直到達(dá)到中性并被干燥。
接著，利用含有銀顆粒的導(dǎo)電油墨(MSP-600F,Mitsui ChemicalCo.,Ltd.制造)在平板部件的相對側(cè)印刷用于連接檢測器中的電源端子的導(dǎo)線和電極，并設(shè)置青銅制成的鍍鉑的金屬圈作為容器的電極，從而制成了芯片(圖19)。
圖20是圖19所示沿c-c’線的截面圖。本發(fā)明的分析儀配備有電源單元，其能夠以預(yù)定的電壓向容器213-216、檢測器和打印機(jī)供電，所述檢測器能夠利用光熱檢測在圖19的223所示的位置進(jìn)行檢測，所示打印機(jī)用于由檢測數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)計算檢測結(jié)果。
<血漿中的總膽固醇的定量確定>
(標(biāo)準(zhǔn)血漿的制備)Kyowa Medix Co.,Ltd.的用于測量脂類的標(biāo)準(zhǔn)血漿的制備方法被部分地修改，并用于制備標(biāo)準(zhǔn)的血漿。特別是，使用851μl附加的標(biāo)準(zhǔn)血漿溶液溶解一小瓶凍干的產(chǎn)品，并被這樣制備，使得總膽固醇等于800mg/dl作為計算值，這樣提供儲備溶液。然后，利用附加的標(biāo)準(zhǔn)的血漿溶液對儲備溶液進(jìn)行稀釋，從而制備作為計算值的包括200mg/dl和50mg/dl總膽固醇的溶液。
(檢測裝備的制備)按照所附的協(xié)議，使用HA Test Wako Cholesterol E-HA Test Wako(Wako Chemical Industry Co.,Ltd.)(總膽固醇的檢測)在容器216中滴入大約14μl的緩沖劑，以便用緩沖劑填滿整個毛細(xì)管，接著在容器214中滴入大約14μl的試劑1，在容器215中滴入大約14μl的試劑2，在容器213中滴入大約14μl的試樣。對容器213到215的電極相對于容器216施加100V的電壓，因而從容器213至215向容器216產(chǎn)生電滲流。此時，進(jìn)行細(xì)調(diào)，使得在每個槽中的流量在槽217中是1.5nl/min，在槽218中是100nl/min，在槽219中是101.5nl/min，在槽220中是50nl/min，在槽221中是151.5nl/min。為了測量流量，為了進(jìn)行常規(guī)實(shí)驗測量過非極化水珠的流量(由OtsukaElectronics，制造，φ520nm)。試樣和試劑1之間的反應(yīng)需要3分鐘，但是通道的長度和施加的電壓被預(yù)先設(shè)置，使得在試樣和在槽中運(yùn)動的試劑混合的同時完成反應(yīng)。類似地，在試樣和試劑2之間的反應(yīng)需要5分鐘，但是通道長度和施加的電壓被預(yù)先設(shè)置，使得在試樣在槽中運(yùn)動的同時完成反應(yīng)。使用波長633nm的激光作為激發(fā)光，波長為780nm的激光作為檢測光，利用光熱檢測方法在圖19所示的檢測部分223中檢測完成反應(yīng)的試樣，如后所述。
在通道的容積需要被校正的情況下，在芯片中用于試樣的容器213的附近制備用于標(biāo)準(zhǔn)試樣的容器，標(biāo)準(zhǔn)試樣和試劑1,2一起被輸送，使之進(jìn)行反應(yīng)并進(jìn)行測量，并且由所得結(jié)果進(jìn)行校正。
此外，作為用于產(chǎn)生電滲流的電源，使高壓電源(Model HCZE-30PNO,25,Matsusada Pricision)和外部計算機(jī)相連，利用所述計算機(jī)控制電壓。此時，高壓電源的輸出通過接口板(DAQCard-1200,1200CB-50 Connector Block,National Instrument)被控制，使用軟件(N1-DAQ驅(qū)動軟件，LabVIEW)產(chǎn)生用于控制施加的電壓的定時的程序。
(光熱檢測器的結(jié)構(gòu))所使用的基于光熱轉(zhuǎn)換原理的檢測器如圖21所示(光學(xué)部件的細(xì)節(jié)被省略了)。所用的顯微鏡是一種倒置的顯微鏡(IX70，由OlympusCo.,Ltd.制造)，以便容易處理載物臺上的試樣。這可以是一種下降型顯微鏡。這種顯微鏡已經(jīng)被這樣修正，使得可以引入被調(diào)成同軸的激光束。關(guān)于激光器，使用He-Ne激光器(633nm,10mW,EdmundScientific制造)作為激發(fā)光，使用紅外半導(dǎo)體激光器(780nm,15mw,DL-4034-151,Sanyo Electric Co.,Ltd.制造)作為檢測光。利用這些激光器，根據(jù)使用的試劑和所得反應(yīng)物的吸收光譜可以使用具有合適頻率的激光。
激光器的類型包括氣體激光器、固體激光器和半導(dǎo)體型激光器，沒有限制。關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)，例如反射鏡和擴(kuò)束器，只使用由Melles GriotCo.,Ltd.制造的產(chǎn)品。用于激發(fā)的激光束利用光斬波器調(diào)制，然后經(jīng)過二向色反射鏡成為和用于檢測的激光束同軸的激光束，并被引入顯微鏡，以便被加到試樣上。
激光束被加到試樣上之后，在使之同軸的激發(fā)光和檢測光當(dāng)中，利用濾波器除去激發(fā)光，把檢測光引向光檢測器。作為激光束接收部分的元件，考慮到處理方便，使用帶有光纖的光檢測器放大器(C6386,Hamamatsu Photonics Co.,Ltd.制造)。這種光檢測器的光接收部分利用具有針孔的蓋板覆蓋。來自光檢測器和檢測器放大器的輸出利用低噪聲前置放大器(LI-75A,NF Circuit Block Co.,Ltd.制造)放大，然后被引入同步放大器進(jìn)行信號處理。
使用這種檢測器檢測毛細(xì)管中狀態(tài)的過程如下。如圖21所示，首先，把芯片放在倒置顯微鏡的載物臺上。關(guān)于物鏡的聚焦，使用用于激發(fā)的激光器，使其聚焦在毛細(xì)管圖形的上邊緣和下邊緣的位置，在此過程中參看監(jiān)視器屏幕，然后把毛細(xì)管圖形的上下邊緣之間的中點(diǎn)規(guī)定為毛細(xì)管的中心位置，以實(shí)現(xiàn)聚焦。
此外，如上所述，當(dāng)毛細(xì)管的深度范圍為50μm到100μm時，物鏡可以在NA=0.2到0.8的范圍內(nèi)調(diào)整，可以從0.2,0.4,0.6的數(shù)值當(dāng)中選擇數(shù)值孔徑，使得可以獲得最佳靈敏度。不過，在本例中，毛細(xì)管的深度是50μm，當(dāng)使用0.4的數(shù)值孔徑的物鏡進(jìn)行熱透鏡檢測時獲得了最高的濃度靈敏度。在這種條件下，為了獲得足夠有效的值，并且在光檢測器中不存在激發(fā)光的雜散光，進(jìn)行檢查觀察上述的熱透鏡檢測的輸出在只有激發(fā)光的條件下是否被足夠地減少。接著，把檢測光擴(kuò)束器的會聚角調(diào)整到能夠提供最大信號的位置，同時觀察熱檢測的輸出。
此時，為了確定本例的最佳聚焦位置，芯片被放在X-Z載物臺(由Sigma Koki制造)上，使得芯片沿著z方向利用μm裝置被控制，并且在使芯片沿z方向移動時檢查熱檢測輸出的變化。其結(jié)果如圖22所示。在本例的情況下，因為著重于在某個區(qū)域內(nèi)的濃度靈敏度而不著重于在一個超微的區(qū)域中的測量，激發(fā)光的焦點(diǎn)不需要等于毛細(xì)管的中心。根據(jù)濃度靈敏度，所述的激發(fā)光被更有利地施加在覆蓋整個毛細(xì)管的方向上，但是與此相反，如果激發(fā)光被過度地擴(kuò)散，則在測量區(qū)域內(nèi)的激發(fā)光的強(qiáng)度便被減少，因而熱擴(kuò)散使得熱透鏡檢測輸出減弱，因而存在一個最佳值。在本例的情況下，如圖22所示，在激發(fā)光的聚焦位置附近±50μm的范圍內(nèi)，即在從照射側(cè)看時，在離開和毛細(xì)管相對的平板部件中的毛細(xì)管160μm的距離的位置，獲得熱透鏡檢測的輸出。這個最佳值顯然根據(jù)毛細(xì)管的寬度和深度而改變，為了增加濃度靈敏度，拓寬溫度改變區(qū)域仍然是優(yōu)選的。
在實(shí)現(xiàn)聚焦之后，試樣和試劑被引入芯片，進(jìn)行試樣和試劑的混合和反應(yīng)，并把含有反應(yīng)產(chǎn)物的溶液引入檢測部分，如上所述。
用于激發(fā)的激光器利用光斬波器被調(diào)制到例如116Hz，然后，在檢測部分中流動的被包含在溶液中的反應(yīng)產(chǎn)物被激勵而產(chǎn)生熱量。利用所述光斬波器調(diào)制的頻率可能由于信噪(SN)比等因素而改變。因為用于檢測的激光器的聚焦位置會由于由產(chǎn)生的熱量而產(chǎn)生的熱透鏡而移動，因而光檢測器通過針孔接收的光的量根據(jù)所述熱量的值而改變，從所述改變可以分析試樣中所含的預(yù)定的成分。雖然在測量期間試樣的流動可以被停止或者被繼續(xù)，但是在本例中在試樣停止流動之后繼續(xù)進(jìn)行測量。來自光檢測器的信號由同步放大器進(jìn)行處理，在本例中使用1秒作為時間常數(shù)，只有和光斬波器的頻率116Hz相同的信號才被有選擇地用作輸出。同步放大器的輸出電壓和由激發(fā)光激勵的反應(yīng)產(chǎn)物的濃度成正比，因而能夠定量地檢測反應(yīng)產(chǎn)物。
對于本例的結(jié)果，使用含有800mg/dl和50mg/dl總膽固醇的標(biāo)準(zhǔn)的血清進(jìn)行5次測量，從測量結(jié)果中產(chǎn)生校準(zhǔn)曲線。含有等于200mg/dl總膽固醇的標(biāo)準(zhǔn)血清的測量被進(jìn)行20次，并獲得了3％的CV值。使用這種“分析儀”，從上述結(jié)果，可以好的可重復(fù)性檢測試樣中的總膽固醇。
例2作為本發(fā)明的一個例子，下面說明這樣一個例子，其中共有兩種標(biāo)準(zhǔn)血漿溶液和通過修正天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)活性測量包(TA-LN Kainos(Kainos Laboratories Inc.)而獲得的)反應(yīng)物試劑被進(jìn)行流量控制，從而進(jìn)行定量確定在利用比率測定測量的血漿中的天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶(GOT)。因為進(jìn)行比率測定，所以不使用反應(yīng)停止溶液。
(包括芯片的分析儀的制備)首先，以和例1相同的方式利用注模模制芯片，其中和例1不同的是，二氧化碳被充入模具的壓力是2.0MPa，使用70NHX作為甲基丙烯酰基樹脂，并且在例1中使用的嵌套和壓模具有圖23所示的圖形。
構(gòu)成芯片的平板部件的長度是12cm，寬度是8cm，厚度是2mm，在其上形成有圖23所示的圖形的槽。在三點(diǎn)形成直徑為3mm的用于接收液體的通孔，容器319,320,321分別是用于試樣、試劑1和廢液2的容器。容器319配備有用于分離血細(xì)胞的過濾器，且當(dāng)試樣(全血)被滴入時，妨礙檢測的血細(xì)胞被除去，并把血漿送到毛細(xì)管中。關(guān)于槽的尺寸，槽301的寬度為30μm，深度為30μm，長度為1cm，槽302的寬度為30μm，深度為30μm，長度為1cm，槽303的寬度為60μm，深度為30μm，長度為5cm。
然后，為了清潔芯片的毛細(xì)管的內(nèi)表面，毛細(xì)管的內(nèi)部被充以1N-NaOH溶液(由Wako Chemical Co.,Ltd.制造)，并在60℃下加熱24小時。此后，毛細(xì)管的內(nèi)部利用純水(Kyoei Pharmaceutical Co.,Ltd.制造)刷洗，利用PH值作為指示器，直到達(dá)到中性并被干燥。
所述平板部件使用黏合劑和厚度為200μm的和上述平板部件相同尺寸的PMMA蓋板(平板部件)層疊在一起，從而形成毛細(xì)管。然后，為了使其也可以被用于帶電以便進(jìn)行液體輸送，利用含有銀顆粒的導(dǎo)電油墨(MSP-600F，由Mitsui Chemical Co.,Ltd.制造)在平板部件的相對側(cè)上(具有通孔的一側(cè))印刷用于液體容器的導(dǎo)線和電極以及用于連接電源端子的電極，從而形成用于分析的芯片(圖24)。所述容器被制成錐形，從而使得不用使芯片傾斜便可以在內(nèi)壁上印刷。
圖25是圖24中沿a-a’的截面圖。所述的分析儀配備有能夠向容器319-321提供預(yù)定電壓的電源裝置。在例2中沒有使用這些電極裝置，但是在例4中使用了，其中使用電滲流作為液體輸送裝置。此外，其配備有檢測器，因而可以在圖24的329的位置利用光熱檢測進(jìn)行檢測，此外，還可以利用打印機(jī)由檢測數(shù)據(jù)計算測量結(jié)果并將所述結(jié)果輸出。
(檢測配套物質(zhì)的制備)作為檢測配套物質(zhì)，使用我們要求Kainos Laboratories Inc.以特定方式制造和出售的TA-LN Kainos(Kainos Laboratories Inc.)。這種配套物質(zhì)和現(xiàn)有產(chǎn)品的區(qū)別在于，被溶解在通過從GOT基體緩沖劑中只除去鈉N-乙基-N-(2-羥基-3磺丙基)-m-甲苯胺(TOOS)而制成的濃度為10mM的檢測試劑中的鈉3,5-二甲氧基-N-乙基-N-(2-羥基-3-磺丙基)苯胺(DAOS)(Dojin Chemical Laboratory Co.,Ltd.)溶液被用作GOT基體緩沖劑。
然后，一小瓶反應(yīng)劑試劑被溶解在8ml的GOT基體緩沖劑中，從而提供試劑1。這種操作被這樣進(jìn)行，使得試劑1和下述的稀釋的血漿的比是1∶1。此外，不使用在TA-LN Kainos標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中使用的反應(yīng)停止溶液，因為借助于比率測定檢測。
(標(biāo)準(zhǔn)血清的制備)在本例中，使用血清代替全血。
Suitrol A(Nissui Pharmaceutical Co.,Ltd.制造)的制備方法被部分地修正，用于制備標(biāo)準(zhǔn)的血清。具體地說，一小瓶凍干的產(chǎn)品使用1174μl的純水(Kyoei Pharmaceutical Co.,Ltd.制造)被溶解，并如此制備，使得GOT的活性等于600Karmen單位(KU)作為計算的值，從而提供儲備溶液。然后，儲備溶液利用純水(Kyoei PharmaceuticalCo.,Ltd.制造)稀釋，并制備包括具有300KU,150KU,75KU的活性作為計算值的血清溶液(以后稱為GOT稀釋血清)。此外，已經(jīng)被修正的75KU,150KU,300KU的GOT稀釋血清利用被26倍的容積修正的TA-LN Kainos的GOT基體緩沖劑稀釋，并被用作GOT檢測評價。換句話說，制備被加入10μl的GOT稀釋溶液的具有250μl的修正的GOT基體緩沖劑。
(GOT的檢測)在Y形毛細(xì)管的頂部的邊緣，使用聚四氟乙烯管和橡膠塞分別連接其中含有試劑1和稀釋血清的微型注射器(由Hamilton Co.,Ltd.制造)。
使用的溶液被預(yù)先加熱到37℃，將微型注射器裝到注射器泵(由Harvard Co.,Ltd.制造)上，并輸送溶液。
此時，在每個槽中的流量是；在槽301中是1.5nl/min，在槽302中是1.5nl/min，在槽303中是3.0nl/min。
使用633nm波長的激發(fā)光和780nm波長的檢測光，利用光熱檢測以固定的速度從容器321向容器319和容器320的匯合點(diǎn)掃描，從已經(jīng)完成反應(yīng)的區(qū)域到每個反應(yīng)進(jìn)行點(diǎn)進(jìn)行測量。
即，利用光熱檢測進(jìn)行濃度測量的點(diǎn)以1.5cm/sec的速度沿著槽移動。具體地說，在移動一秒之后，通過識別在槽附近的定位標(biāo)記，進(jìn)行精確地定位，在視覺上實(shí)現(xiàn)聚焦，并在10秒鐘內(nèi)利用光熱在每個點(diǎn)進(jìn)行檢測。即，在本例中，根據(jù)設(shè)置的定位標(biāo)記的間隔，可以在短的時間內(nèi)檢測作為比率測定的特征的檢測值的變化率。
在通道的容積需要被校正的情況下，在芯片中用于試樣的容器的附近制備用于標(biāo)準(zhǔn)試樣的容器，標(biāo)準(zhǔn)試樣和試劑1一起被輸送，使之進(jìn)行反應(yīng)并在試樣測量前或后進(jìn)行測量，并且由所得結(jié)果進(jìn)行校正。
(光熱檢測器的結(jié)構(gòu))對于基于光熱轉(zhuǎn)換原理的檢測器，使用和例1相同的檢測器(圖21)。
所用的顯微鏡是一種倒置的顯微鏡(IX70，由Olympus Co.,Ltd.制造)，以便容易處理載物臺上的試樣。這可以是一種下降型顯微鏡。這種顯微鏡已經(jīng)被這樣修正，使得可以引入在顯微鏡外面的光學(xué)系統(tǒng)中被調(diào)成同軸的激光束。關(guān)于激光器，使用He-Ne激光器(633nm,10mW,Edmund Scientific制造)作為激發(fā)光，使用紅外半導(dǎo)體激光器(780nm,15mw,DL-4034-151,Sanyo Electric Co.Ltd.制造)作為檢測光。作為這些激光器，根據(jù)使用的試劑和所得反應(yīng)物的吸收光譜可以使用具有合適頻率的激光。
激光器的類型包括氣體激光器、固體激光器和半導(dǎo)體型激光器，沒有限制。關(guān)于光學(xué)系統(tǒng)，例如反射鏡和擴(kuò)束器，只使用由Melles GriotCo.,Ltd.制造的產(chǎn)品。用于激發(fā)的激光束利用光斬波器調(diào)制，然后經(jīng)過二向色反射鏡成為和用于檢測的激光束同軸的激光束，并被引入顯微鏡，以便被加到試樣上。
激光束被加到試樣上之后，在使之同軸的激發(fā)光和檢測光當(dāng)中，利用濾波器除去激發(fā)光，把檢測光引向光檢測器。作為激光束接收部分的元件，考慮到處理方便，使用帶有光纖的光檢測器放大器(C6386,Hamamatsu Photonics Co.,Ltd.制造)。這種光檢測器的光接收部分利用具有針孔的蓋板覆蓋。來自光檢測器和檢測器放大器的輸出利用低噪聲前置放大器(LI-75A,NF Circuit Block Co.,Ltd.制造)放大，然后被引入同步放大器進(jìn)行信號處理。
使用這種檢測器檢測毛細(xì)管中狀態(tài)的過程如下。如圖21所示，首先，把芯片放在倒置顯微鏡的載物臺上。試樣和試劑被引入芯片中，如上所述進(jìn)行試樣和試劑的混合和反應(yīng)。為了進(jìn)行測量，通過以0.5cm/sec的速度移動載物臺，并在移動一秒之后識別位于槽附近的定位標(biāo)記使其被精確地定位。關(guān)于物鏡的聚焦，使用用于激發(fā)的激光器，使其聚焦在毛細(xì)管圖形的上邊緣和下邊緣的位置，在此過程中參看監(jiān)視器屏幕，然后把毛細(xì)管圖形的上下邊緣之間的中點(diǎn)規(guī)定為毛細(xì)管的中心位置，以實(shí)現(xiàn)聚焦。
用于激發(fā)的激光器利用光斬波器被調(diào)制到例如114Hz，然后，在檢測部分中流動的被包含在溶液中的反應(yīng)產(chǎn)物被激勵而產(chǎn)生熱量。利用所述光斬波器調(diào)制的頻率可能由于信噪比等因素而改變。因為用于檢測的激光器的聚焦位置會由于由產(chǎn)生的熱量而產(chǎn)生的熱透鏡而移動，因而光檢測器通過針孔接收的光的量取決于所述熱量值而改變，從所述改變可以分析試樣中所含的預(yù)定的成分。
來自光檢測器的信號由同步放大器進(jìn)行處理，在本例中使用1秒作為時間常數(shù)，只有和光斬波器的頻率114Hz相同的信號才被有選擇地用作輸出。同步放大器的輸出電壓和由激發(fā)光激勵的反應(yīng)產(chǎn)物的濃度成正比，因而能夠定量地檢測反應(yīng)產(chǎn)物。
對于本例的結(jié)果，使用含有300KU和75KU活性的GOT的標(biāo)準(zhǔn)的血清進(jìn)行5次測量，從測量結(jié)果中產(chǎn)生校準(zhǔn)曲線，并且具有GOT活性等于150KU的GOT稀釋血清的測量被進(jìn)行20次，并獲得了1％的CV值。使用這種“分析儀”，從上述結(jié)果，可以好的可重復(fù)性檢測試樣中的總膽固醇。
例3使用類似于例2的光熱檢測器進(jìn)行總膽固醇的測量，并且使用如同例2情況下的利用注模制成的Y形的PMMA的通道芯片(圖23)，其區(qū)別在于，使用488nm的Ar激光作為檢測光。這種芯片的Y形通道的槽的寬度和深度分別是200μm和50μm。使用由Waco ChemicalCo.,Ltd.制造的膽固醇E-Test Wako作為試劑。在Y形毛細(xì)管的頂部的兩個邊緣，使用聚四氟乙烯管連接其中分別含有染色試劑和稀釋的標(biāo)準(zhǔn)血清的微型注射器(由Hamilton Co.,Ltd.制造)。如此進(jìn)行制備，使得當(dāng)染色試劑和稀釋的標(biāo)準(zhǔn)血清以1∶1的流量比混合時，試劑的濃度等于對試劑配套物質(zhì)規(guī)定的濃度。即，使用一半的規(guī)定數(shù)量的緩沖劑使染色試劑溶解，并且使用按照例1中的方法制備的標(biāo)準(zhǔn)血清利用75倍的緩沖劑稀釋。使用注射器泵(Harvard Co.,Ltd.制造)用于液體輸送，使染色試劑和稀釋的標(biāo)準(zhǔn)血清的流量相等，如此調(diào)節(jié)流速，使得在混合之后的反應(yīng)時間是3分鐘，并把溶液排放到Y(jié)形通道的下側(cè)的廢液容器。在芯片下方放置銅版和板狀加熱器，并利用恒溫器和溫度控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得溫度被保持在30℃。
熱透鏡檢測輸出的測量結(jié)果示于圖26。
例4使用類似于例3的設(shè)備和芯片進(jìn)行用于檢測總膽固醇的反應(yīng)，其區(qū)別在于，使用電滲流作為輸送液體的方法，并使用由Waco Co.,Ltd.制造的膽固醇E-HA Test Wako作為檢測試劑。在Y形通道(圖23)的每個邊緣，通過通孔在和槽相對的一側(cè)的芯片的表面上放置高度和直徑分別為6mm和4mm的圓柱容器。然后，為了增加電滲流和清潔芯片的毛細(xì)管的內(nèi)表面，毛細(xì)管的內(nèi)部被充以1N-NaOH溶液(由WakoChemical Co.,Ltd.制造)，并在60℃下加熱24小時。此后，毛細(xì)管的內(nèi)部利用純水(Kyoei Pharmaceutical Co.,Ltd.制造)刷洗，利用PH值作為指示器，直到達(dá)到中性并被干燥。
然后，平板部件使用黏合劑和厚度為200μm的和上述平板部件相同尺寸的PMMA蓋板(平板部件)層疊在一起，從而形成毛細(xì)管。然后，為了使其也可以被用于提供電位以便進(jìn)行液體輸送，利用含有銀顆粒的導(dǎo)電油墨(MSP-600F，由Mitsui Chemical Co.,Ltd.制造)在平板部件的相對側(cè)上(具有通孔的一側(cè))印刷用于液體容器的導(dǎo)線和電極以及用于連接電源端子的電極，從而形成用于分析的芯片(圖24)。此外，所述容器被制成錐形，從而使得不用使芯片傾斜便可以在內(nèi)壁上印刷。
圖25是圖19中沿c-c’的截面圖。
酶溶液A和按照例1的方法制備的稀釋的標(biāo)準(zhǔn)血清被預(yù)先混合，并在37℃下反應(yīng)5分鐘，然后被放入在Y形通道的上側(cè)的容器319中。然后，酶溶液B被放入上方的另一端的容器320中。被如此制備，使得當(dāng)容器319中的溶液和容器320中的溶液以1∶1的比混合時，試劑的濃度等于為試劑配套物質(zhì)規(guī)定的濃度。Y形的下端用作廢液容器，通道和廢液容器被充滿緩沖劑，用于分解附加有試劑配套物質(zhì)的酶溶液A，且液面的高度被這樣調(diào)整，使得消除對于每個容器的液面差。在每個容器中放入鉑線電極，對試樣和酶溶液A的容器319的電極和酶溶液B的容器320的電極施加電壓，同時保持廢液容器為0V，以形成25V/cm的電位梯度的條件為依據(jù)，如此調(diào)節(jié)電壓，使得從容器319到容器321的流量和從容器320到容器321的流量的比等于1∶1。
關(guān)于溫度，采用在常規(guī)實(shí)驗時的室溫(26℃)。
熱透鏡檢測輸出的測量結(jié)果如圖27所示。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明的分析儀是由芯片和光熱檢測器構(gòu)成的分析儀，所述芯片由有機(jī)聚合物制成，并具有供流體流動的精細(xì)的毛細(xì)管，能夠進(jìn)行大量生產(chǎn)，并具有好的處理性能，所述光熱檢測器具有高的靈敏度，并且容易小型化，因而可以提供一種這樣的分析儀，其具有極好的芯片可處置性，能夠進(jìn)行廉價的、簡單的和快速的分析，并且適用于進(jìn)行POC等分析。
權(quán)利要求
1．一種分析儀，其使流體試樣或者流體試樣和流體試劑流過毛細(xì)管，并分析所述試樣或所述試樣和所述試劑的混合流體中的預(yù)定的成分其特征在于所述分析儀包括一芯片，其至少部分地由有機(jī)聚合物制成，并提供有所述毛細(xì)管，以及一光熱轉(zhuǎn)換檢測器，其利用激發(fā)光照射所述預(yù)定的成分，并測量由于所述毛細(xì)管內(nèi)部的溫度的局部改變而引起的物理量的改變。
2．如權(quán)利要求1所述的分析儀，其特征在于，所述芯片通過層疊一對平板部件被制成，至少一個所述平板部件的板面上具有槽，并且至少一個平板部件由有機(jī)聚合物制成，其中所述具有所述槽的所述板表面位于芯片的內(nèi)側(cè)。
3．如權(quán)利要求1或2所述的分析儀，其特征在于，所述物理量的改變是折射率的改變，所述光熱轉(zhuǎn)換檢測器是這樣一種設(shè)備，其利用檢測光照射由所述折射率的改變而形成的熱透鏡，并測量由所述熱透鏡引起的所述檢測光的改變。
4．如權(quán)利要求1到3中任何一個所述的分析儀，其特征在于，構(gòu)成所述芯片的部件基本上不會通過吸收所述激發(fā)光而產(chǎn)生光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)。
5．如權(quán)利要求4所述的分析儀，其特征在于，構(gòu)成所述芯片的部件對所述激發(fā)光的吸收率為5％或更小。
6．如權(quán)利要求1到5中任何一個所述的分析儀，其特征在于，激發(fā)光的會聚度被預(yù)先調(diào)整，使得所述毛細(xì)管內(nèi)部的溫度的局部溫度改變發(fā)生在一個這樣的范圍內(nèi)，以便獲得足夠的濃度靈敏度，用于分析所述的預(yù)定成分。
7．如權(quán)利要求6所述的分析儀，其特征在于，所述激發(fā)光的會聚度利用一物鏡的數(shù)值孔徑進(jìn)行調(diào)整，所述物鏡用于利用所述激發(fā)光照射所述毛細(xì)管。
8．如權(quán)利要求1到7中任何一個所述的分析儀，其特征在于，所述毛細(xì)管具有供所述試樣流動的試樣通道，和進(jìn)行所述測量的通道，還具有至少一個位于所述試樣通道和所述進(jìn)行測量的通道之間的試劑混合裝置，所述試劑混合裝置由至少一個供所述試劑流動的試劑通道，來自所述試樣通道側(cè)的流體和來自所述試劑通道的所述試劑的匯合點(diǎn)，以及提供在所述匯合點(diǎn)下游的混合通道組成，其中來自所述試樣通道側(cè)的流體和來自所述試劑通道的所述試劑以預(yù)定的比例混合，并在一預(yù)定的時間內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，如果提供多個所述試劑混合裝置，則每個試劑混合裝置被相互串聯(lián)設(shè)置，以及還包括一流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于按照所述混合比調(diào)節(jié)所述試樣通道和所述試劑通道中的流量。
9．如權(quán)利要求8所述的分析儀，其特征在于，所述毛細(xì)管使得所述試樣和所述試劑連續(xù)地流動，并且所述混合通道是一種足夠長的通道，用于使剛好在所述通道之前的匯合點(diǎn)匯合的流體以預(yù)定的流量流動一段為完成預(yù)定的混合和反應(yīng)所需的時間。
10．如權(quán)利要求1到9中任何一個所述的分析儀，其特征在于，對所述試樣施加一個電壓，或者對所述試樣和所述試劑單獨(dú)施加電壓，借以使所述試樣或所述試樣和所述試劑流動。
11．如權(quán)利要求1到10中任何一個所述的分析儀，其特征在于，所述試樣是源自生物物質(zhì)的試樣。
12．如權(quán)利要求2所述的分析儀，其特征在于，所述至少一對平板部件中的一個是由有機(jī)聚合物制成的平板部件，其利用加壓模制、模壓模制、注模、在存在有氣體的情況下降低樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度的注模、注壓模制、和使用由電磁感應(yīng)加熱的模具表面的注模方法之一或者這些方法的組合被模制而成。
13．如權(quán)利要求12所述的分析儀，其特征在于，在存在有氣體的情況下降低樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)的注模中使用的氣體是二氧化碳。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種分析儀,其特征在于它包括一芯片和一檢測器,其中所述芯片是一種有機(jī)聚合物部件,其具有精細(xì)的毛細(xì)管,通過所述毛細(xì)管,流體試樣或流體試樣和流體試劑流動,并且可以在毛細(xì)管中和試樣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),而不使用單獨(dú)的稱量裝置,并且所述檢測器是光熱轉(zhuǎn)換檢測器,用于測量由試樣和試劑的局部溫度變化而引起的物理量的改變例如折射率的改變,其中對通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的要被測量的物質(zhì)施加激發(fā)光,借以提供一種芯片報廢處置極好的、能夠廉價、簡單和快速分析的并且適用于POC分析的體積小的分析儀。
文檔編號G01N33/48GK1309769SQ99808013
公開日2001年8月22日 申請日期1999年6月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月12日
發(fā)明者下出浩治, 木口昌, 向山滋美, 黑川洋 申請人:旭化成株式會社