微型芯片检验装置的制作方法

专利名称：微型芯片检验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用微型芯片通过光度分析法进行样品液分析的微 型芯片检验装置。
背景技术：
近年来， 一种被称为u —TAS或Lab. on a Chip的使用微型芯片 的分析方法受到关注，该分析方法应用半导体微细加工技术及微机械 制造技术而比以往的装置更微细化地进行化学分析等。在将W —TAS 用于医疗领域的情况下，例如通过减少血液等的样品量而能够减轻对 患者的负担，并且由于能够减少试剂量，而能够降低检验成本。而且， 由于使装置小型化，所以具有能够简便地进行检验等的优点。在使用微型芯片的吸光光度法的分析中，(l)将通过无痛针采血 的样品液导入到微型芯片内、(2)对微型芯片内的样品液实施离心分 离处理并分离为血浆和血球、(3)使血浆与试剂均匀地混合而作为测 定对象液、(4)将测定对象液导入光学测定部、(5)对被导入光学测 定部中的测定对象液照射来自光源的光，并测定特定波长的光的衰减 量，通过进行上述一系列的操作，来测定血浆中所含的期望的酶的浓 度。例如，在日本特开2006—145309号公报中，记载有一种微型芯 片检测装置，对在光学测定部中导入有测定对象液的微型芯片，用来 自光源的光照射光学测定部，并通过检测器测定特定波长的光的衰减 量，来测定血叛中所含的期望的酶的浓度。图23是表示用于样品液分析的现有技术的微型芯片检验装置的 一例的图。该微型芯片检验装置具备芯片保持器102及光源103、检测器104 而构成，在芯片保持器102中收纳形成有光学测定部105的微型芯片101。光源103配置在能够对光学测定部105照射光的位置上，检测 器104配置在能够接收透过光学测定部105的光的位置上。专利文献1日本特开2006—145309号公报但是，在日本特开2006 — 145309号公报所公开的现有的微型芯 片检验装置中，并没有充分地记载芯片保持器102的结构，所以不能 了解其具体结构。此外，微型芯片101的光学测定部105的垂直于光 轴的截面的口径例如为l.Omm边长，在没有定位而单纯收纳在芯片 保持器102内的状态下难以准确地照射光。如果没有准确地对光学测 定部105照射光，则透过光学测定部105的光的光路略微伸长从而光 的衰减量变大，有时会因此而输出错误的检验结果。这样，吸光光度 法的分析需要将微型芯片101严格地定位来进行，所以对于仅单纯收 纳在芯片保持器102中的微型芯片101不能进行该吸光光度法。而且，在将样品液注入到微型芯片101中时，样品液有可能洒出。 如果洒出的样品液附着到芯片保持器102上，则也会对其他的微型芯 片101的检测结果带来影响。此外，从卫生的方面考虑也优选将洒出 的样品液除去。发明内容本发明的目的是鉴于上述的问题，提供一种具有能够将微型芯片 严格地定位、并能够将附着的样品液容易地除去的芯片保持器的微型 芯片检验装置。本发明为了解决上述的问题，采用了如下的技术方案。 第1技术方案是一种微型芯片检验装置，具有芯片保持器，设 置在测定载物台上，由盖部和箱部构成；微型芯片，收纳在上述芯片 保持器中，具有光学测定部；光源，使光相对于上述微型芯片的光学 测定部入射；检测器，接收透过上述光学测定部的光；以及控制部， 对装置进行控制，其特征在于，在上述芯片保持器中，设置在垂直于 上述光学测定部的光轴的两方向上定位上述微型芯片的基准面、和将 上述微型芯片紧贴到上述基准面上的推压部；通过关闭上述芯片保持 器的上述盖部，而将上述微型芯片定位在上述芯片保持器内。
第2技术方案的特征在于，在第1技术方案中，在上述芯片保持 器的盖部和箱部上设置凹部和凸部，借助上述凸部与上述凹部的嵌合 关系，盖部与箱部卡合及脱离。根据本发明的微型芯片检验装置，在芯片保持器中，设置在垂直 于光学测定部的光轴的两方向上定位微型芯片的基准面、和将微型芯 片紧贴到基准面上的推压部，通过将芯片保持器的盖部关闭而将微型 芯片定位在芯片保持器内。由此，微型芯片在垂直于其光学测定部的 光轴的两方向上被定位，所以能够将来自光源的光准确地入射到光学 测定部中，并接收透过光学测定部的光，从而根据其光接收量算出检 验结果。此外，由于在芯片保持器的盖部和箱部上设置凹部和凸部， 借助凸部与凹部的嵌合关系而使盖部与箱部卡合及脱离，所以能够不 使用辅助用具而简单地将盖部从微型芯片检验装置拆除以进行清洗。


图1是有关本发明的微型芯片检验装置的外观图。图2是表示微型芯片的俯视图及截面图。图3是收纳有微型芯片的芯片保持器的外观图。图4是表示芯片保持器的俯视图及截面图。图5是表示芯片保持器的俯视图及截面图。图6是表示芯片保持器的俯视图及截面图。图7是芯片保持器的外观图。图8是芯片保持器的局部放大图。图9是配置在微型芯片检验装置的框体的内部的测定室的外观图。图10是表示测定室的内部构造的外观图。 图11是表示测定室的内部构造的外观图。 图12是表示微型芯片检验装置的框体内的内部构造的截面图。 图13是用来说明微型芯片检验装置的离心方向切换机构的动作 的图。图14是微型芯片检验装置的测定台、主轴齿轮、以及行星齿轮
的动作关系的说明图。图15是微型芯片检验装置的测定台、主轴齿轮、以及行星齿轮 的动作关系的说明图。图16是微型芯片的外观图及截面放大图。图17是适用于微型芯片的芯片保持器的外观图。 图18是适用于微型芯片的盖部的外观图。 图19是适用于微型芯片的芯片保持器的外观图。 图20是表示适用于微型芯片的微型芯片检验装置中的光源与检 测器的配置例的部分截面图。图21是表示测定室的内部构造的外观图。 图22是表示测定室的内部构造的外观图。图23是表示为了进行血液分析而使用的现有技术的离心分离装 置的一例的图。
具体实施方式
以下，利用图l至图15说明本发明的第一实施方式。 图1是有关本发明的微型芯片检验装置的外观图。 如该图所示，微型芯片检验装置的外侧面由长方体的框体1构成。 在框体1中，设有用来取放微型芯片2的框体盖3，例如通过铰链而 可开闭地固定。在将微型芯片2组装到微型芯片检验装置中时，将框 体盖3打开，将微型芯片2放置到位于微型芯片插入部4的芯片保持 器5中，关闭盖部6从而固定，并关闭框体盖3。图2 (a)是表示收纳在微型芯片检验装置的芯片保持器5中的单 项目检验用的微型芯片2的俯视图，图2 (b)是图2 (a)所示的A 一A截面图、即表示Y方向与Z方向的截面图。如图2 (b)所示，微型芯片2是将遮光性树脂7和透光性树脂8 粘合在一起而形成的。此外，如图2 (a)所示，微型芯片2在上表 面上形成有注入口65，在内部中形成有作为样品液的流路的槽9，并 形成有一处例如lmm边长的光学测定部10。将样品液从注入口 65 导入到微型芯片2的内部，被封入在规定位置的未图示的试剂等在检
验的规定阶段自动地与样品液混合而成为测定对象液，将测定对象液 导入到光学测定部10中。通过使光透过到光学测定部IO来测定的吸光光度法或浊度法、或者利用在光学测定部10产生的光的荧光法来进行分析。入射到光学测定部10中的光并不限于平行于光学测定部10的光，也可以是会聚光或扩散光的一部分。此外，在微型芯片2的表面上粘贴有二维码11，存储有序列号、芯片的有效期限、测定项目的种类、光学测定部IO的位置、和每个微型芯片的试剂批次的偏差等的信息。图3是收纳图2所示的微型芯片2的芯片保持器5的外观图。如该图所示，芯片保持器5例如为树脂制，由具有收纳微型芯片 2的芯片收纳空间12的箱部13、和将未图示的微型芯片2对位并固 定在规定位置的盖部6构成。在箱部13中，设置有操作者载置微型 芯片2的芯片支承部63、和支承盖部6的支点14。盖部6由支点14 通过铰链固定，并设置有用来从外部读取粘贴在微型芯片2上的二维 码11的读码器读取窗15、和用来检验导入到微型芯片2中的样品量 是否足够的样品量传感器读取孔16。将盖部6的钩67钩挂在箱部13的钩固定孔68中而固定，以使 得即使在微型芯片2上作用离心力，盖部6也不会打开。这是因为， 在使用血液作为导入到微型芯片2中的样品液的情况下，为了将血液 分离为血球和血浆，例如必须以每分钟3000转旋转1分钟。因此， 在微型芯片2旋转时，在芯片保持器5上作用有超过400G的离心力， 即便如此盖部6仍固定而不会打开。此外，芯片保持器5需要在垂直于光学测定部10的光轴的两个 方向上以误差±0.2111111以内的精度将微型芯片2对位，以使其不会在 芯片收纳空间12内移动。这是因为，光学测定部10的垂直于光轴的 截面的口径较小例如为l.Omm边长，但在收纳于芯片保持器5中的 状态下，能够将来自未图示的光源的光准确地照射到光学测定部10 中，从而正确地测定特定波长的光的衰减量。为了使操作者容易操作，必须能够将微型芯片2容易地收纳到芯 片保持器5中。在盖部6打开时，通过芯片支承部63支承微型芯片2以使其从芯片保持器5浮起。在微型芯片2插入时将微型芯片2载 置在芯片支承部63上即可，此外，在拆除微型芯片2时，由于微型 芯片2从芯片收纳空间12浮起，所以易于操作。必须与关闭盖部6同时地将载置在芯片支承部63上的微型芯片2 收纳到芯片收纳空间12中。因此，芯片收纳空间12相对于微型芯片 2有富余地形成。例如，微型芯片2的X方向的长度为40mm、 Y方 向的长度为50mm，而芯片收纳空间12的X方向的长度为40.5mm、 Y方向的长度为50.5mm。这样，由于微型芯片2处于能够在微型芯片2的芯片收纳空间12 内移动几mm左右的状态而不能被准确地定位，所以需要将微型芯片 2与芯片保持器5对位并固定的机构。因此，在芯片保持器5的箱部 13上设置Z基准面69、 Y基准面55、 X基准面53，在芯片保持器5 的盖部6上设置Z方向推压部70、 Y方向推压部56、 X方向推压部 54，通过将盖部6的钩67与钩固定孔68卡合而在关闭盖部6时能够 将微型芯片2定位并固定。图4至图6是用来说明将微型芯片2对位并固定在图3所示的芯 片保持器5中的图，图4 (a)、图5 (a)、图6 (a)是收纳有微型芯 片2的芯片保持器5的俯视图，图4 (b)是图4 (a)所示的A—A 向的截面图、即表示Y方向与Z方向的截面图，图5 (b)是图5 (a) 所示的A—A向的截面图、即表示X方向与Z方向的截面图，图6 (b)是图6 (a)所示的A—A向的截面图、即表示X方向与Z方向 的截面图，首先，对Y方向的对位机构进行说明。如图4 (b)所示，Y方 向推压部56通过将盖部6的与微型芯片2抵接的面形成为锥形状来 起作用。在将盖部6的钩67钩挂在箱部13的钩固定孔68中而将微 型芯片2固定时，与钩67进入到钩固定孔68中同时地，Y方向推压 部56将微型芯片2向Y方向推压，从而将微型芯片2紧贴到Y基准 面55上。'微型芯片2密接于Y基准面55而配置，相对于Y方向以 误差士0.2mm以内的精度被定位。此时，Y基准面55虽然没有处于Y 方向推压部56的Y轴延长线上，但由于如后述那样在X方向上也同
时定位固定微型芯片2，所以在该微型芯片2上不会作用有旋转力。接着，对Z方向的对位机构进行说明。如图5 (b)所示，Z方向 推压部70通过将盖部6的与微型芯片2抵接的面形成得比其他面壁 厚来起作用。如果将盖部6关闭，则Z方向推压部70将微型芯片2 紧贴到Z基准面69上。未图示的芯片支承部63在盖部6打开时支承 微型芯片2，但如果盖部6关闭则该芯片支承部63通过受Z方向推 压部70推压的微型芯片2的推压力而被收纳在支承部收纳槽72中。 微型芯片2密接于Z基准面69而配置，并相对于Z方向以误差士0.2mm 以内的精度被定位。这样，仅通过将微型芯片2载置在芯片支承部63上、将芯片保 持器5的盖部6关闭、将钩67钩挂在钩固定孔68中，就能够将微型 芯片2在Y方向和Z方向上定位，该Y方向和Z方向是相对于透过 光学测定部10的光的光轴垂直的两个方向。另外，在光轴在光学测定部10中中途改变朝向的情况下，必须 相对于各个朝向、在垂直于光轴的两个方向上定位。例如，在光轴在 光学测定部10的内部从X方向向Y方向改变朝向的情况下，必须相 对于垂直于X方向光轴的Y方向和Z方向、垂直于Y方向光轴的Z 方向和X方向、即相对于X方向、Y方向、Z方向将微型芯片2定 位。此外，在光学测定部10的内部组装有光导波路径或光纤等光多 重反射的部件的情况下，将多重反射部件的中心线作为光轴。此外，如上所述，在将微型芯片2在Y方向上定位时，必须在X 方向上也进行一定程度的对位，以使微型芯片2不旋转。如图6 (b) 所示，X方向夹装物71可在X方向上自由移动地游隙嵌合在箱部13 上。在关闭盖部6的同时，X方向推压部54推压X方向夹装物71, X方向夹装物71将微型芯片2紧贴到X基准面53上。微型芯片2 密接于X基准面53上而配置，并相对于X方向以误差士0.2mm以内 的精度被定位。图7是用来说明芯片保持器5的盖部6能够拆装的图，图7 (b) 是支点14与盖部6的接合部的放大截面图。在使用微型芯片2的吸光光度法等的分析中，样品液只需要几pl
左右的情况较多。但是，如图2所示，由于从注入口 65将样品液导 入到微型芯片2的上表面上，所以也考虑到操作者将样品液洒到注入 口65周围的情况。即使洒出的样品量很少，也有可能使样品液附着 在与微型芯片2的上表面接触的芯片保持器的盖部6上。还考虑到样 品液的附着会给检验结果带来影响，并且从卫生方面来看也优选将其 除去。因此，如图5所示，构成为可拆除盖部6以进行清洗。
对盖部6的拆除机构进行说明。操作者在从两侧将盖部6的侧面 57推压向X方向内侧的状态下拉起，从而能够将盖部6从箱部13拆 除。如图7 (b)所示，如果将侧面57向箭头方向推压，则具有作为 支点14的旋转轴的功能的凸部58从侧面57的凹部59脱离，当保持 该状态将盖部6拉起时，凸部58在浅槽60中滑动，从而能够将盖部 6从支点14拆除。在将盖部6安装到箱部13上时，进行与此相反的 操作即可。这样，在芯片保持器5的盖部6和箱部13上设置凹部59 和凸部58，借助凹部59与凸部58的嵌合的关系，仅通过将盖部6 的侧面57向X方向内侧推压并拉起、以及将侧面57向X方向内侧 推压并拉下，就可以使盖部6与箱部13脱离及卡合，因此能够不使 用例如螺丝刀、扳手等辅助工具即可简单地将盖部6从微型芯片检验 装置拆除以进行清洗。
图8是图3所示的芯片保持器5的局部放大图，是用来说明在光 学测定部10中的光的透过的图，该光学测定部10形成在收纳于芯片 保持器5中的微型芯片2上。如该图所示，在芯片保持器5的箱部13的侧面上形成有小孔18， 经由小孔18使来自未图示光源的光入射到微型芯片2的光学测定部 10中。小孔18为对应于微型芯片2的光学测定部10的截面的形状， 例如是直径①0.6mm的孔，具有遮光的作用，以使多余的光不会进入 到光学测定部10中。从小孔18入射的光透过光学测定部10，从未 图示的光透过孔射出。射出的光被反射镜17反射并由未图示的检测 器接收。
图9是配置在微型芯片检验装置的框体1的内部中的测定室19 的外观图。
如该图所示，测定室]9构成为中空圆盘状，例如由4根脚部20 支承，脚部20固定在装置主体上。在测定室19的上表面21上，在 对应于图1所示的框体1的微型芯片插入部4的位置上，设有测定室 芯片插入窗22。此外，在测定室19的内部，设有中空圆盘状的测定 台23，在测定台23的上表面上，也在对应于框体1的微型芯片插入 部4的位置上设有测定台芯片插入窗24。由此，当将图1所示的框 体盖3打开时，能够从微型芯片插入部4直接操作芯片保持器5。此外，在测定室19的上表面21上，安装有对透过光学测定部10 并由反射镜17反射的反射光进行接收的检测器36、读取粘贴在微型 芯片2上的二维码11的读码器25、测定被导入到微型芯片2中的样 品量的样品量传感器26、以及检测微型芯片2的朝向的反射传感器 27。读码器25、样品量传感器26及反射传感器27可以安装在任意 的位置上，但为了避开从测定室芯片插入窗22进入到测定室19的内 部的杂散光，优选设置在从测定室芯片插入窗22离开的位置上。另 外，当将读码器25、样品量传感器26及反射传感器27设置在与位 于规定的位置的微型芯片2对应的位置上时，能够在微型芯片2处于 该位置时同时进行2到3个测定。检测器36对透过微型芯片2的光学测定部10并由反射镜17反 射的反射光进行接收。基于由检测器36接收的光的光接收量输出光 强度信号，计算检验结果。检测器36由受光元件构成，作为受光元 件，例如可以使用硅光敏二极管等。硅光敏二极管是对波长300 1100nm的波长区域的光具有灵敏度的受光元件。即，根据由检测器 36接收的光接收量输出光强度信号，测定该特定波长的光的减光量， 并计算光学测定部10的测定对象液中的检测对象成分的浓度。读码器25具有读取粘贴在微型芯片2上的二维码11的功能，由 于将二维码ii作为图像读取，所以基于配合透镜的焦点等的理由而 从测定室19离开地设置。根据存储在二维码11中的信息，决定施加 于微型芯片2的旋转速度、旋转时间及离心方向。样品量传感器26具有确认样品液是否足够地导入了微型芯片2 中的功能，从样品量传感器26朝向微型芯片2的流路射出波长为容
易被样品液吸收、例如550nm附近的光，并测定其反射光的强度。 如果样品液被足够地导入了微型芯片2中，则光被样品液吸收，样品 量传感器26几乎无法检测到反射光。在被导入到微型芯片2中的样 品液不足的情况下，光被从微型芯片2的样品液流路的底面反射，反 射光几乎不衰减地被样品量传感器26接收。由此，根据由样品量传 感器26接收的光的强度，能够判断被导入到微型芯片2中的样品液 是否足够。反射传感器27具有检测微型芯片2的朝向的功能，在微型芯片 检验装置被施加振动等而使安全停止装置工作时、或电源突然切断而 使微型芯片2的处理动作突然停止时等，通过反射传感器27确认微 型芯片2的朝向而再启动。图10是表示将图9所示的测定室19中的、测定室19的上表面 21、和测定台23的上表面拆除后的测定室19的内部构造的外观图。如该图所示，微型芯片2被收纳在相对于测定台23的中央对称 地配置的芯片保持器5内。芯片保持器5的箱部13与测定台23 —体 地形成，在测定台23上通过铰链将盖部6固定在突出于测定台23上 的支点14上。测定台23在未图示的旋转驱动源39的作用下绕逆时 针方向旋转。在测定室19的侧面上设有光源35。光源35配置为，使得在微型 芯片2处于规定的位置时，从光源35射出的光如图8所示，通过芯 片保持器5的小孔18、透过微型芯片2的光学测定部10、并由芯片 保持器5的反射镜17反射，从而能够由检测器36接收。此外，在测 定台23的侧面上，为了不妨碍来自光源35的射出光，而在对应于光 源35的位置上设有光源槽37。作为光源35，可以使用氙气灯、适于用作投影机的光源的超高压 水银灯、短弧型金属卤化物灯、LED、 LD等。另外，由于能够得到 较大的发光强度并且容易形成点光源，而且在波长250 1400nm的 较大的波长区域中具有连续光谱，特别是在多用于吸光光度测定的波 长区域(具体而言是波长300 800nm的区域)中不产生亮线而能够 得到稳定的放射光谱，所以优选使用消耗功率20 75W的短弧型氙气灯。这样，在芯片保持器5中，在箱部13上设置在垂直于光学测定部10的光轴的两个方向上定位微型芯片2的Y基准面55、 Z基准面 69，在盖部6上设置将微型芯片2紧贴到各个基准面上的Y方向推 压部56、 Z方向推压部70，通过将芯片保持器5的盖部6关闭，能 够将微型芯片2在芯片保持器5内定位。由此，微型芯片2在垂直于 其光学测定部IO的光轴的两个方向上被定位，所以能够将来自光源 35的光准确地入射到光学测定部10中，对透过光学测定部10的光 进行接收，基于该光接收量计算检验结果。图11是表示设有离心方向切换机构28的测定室19的内部构造 的外观图。有吋需要自动地切换作用于微型芯片2的离心方向、使微型芯片 2内部的样品液更复杂地移动。在这样的情况下，如该图所示，在测 定台23的中央设置离心方向切换机构28，将微型芯片2收纳在相对 于离心方向切换机构28对称地配置的芯片保持器5内。芯片保持器 5设置在侧面形成有齿的行星齿轮34上。另外，在主轴旋转体和行 星旋转体中，例如有齿与齿卡合地啮合的齿轮、或橡胶与橡胶卡合地 摩擦的辊等，以下，对使用齿与齿啮合的主轴齿轮44和行星齿轮34 的情况进行说明，当然在使用辊等的情况下也能够同样地切换离心方 向。此外，也可以将芯片保持器5的箱部13与在侧面形成有齿的行 星齿轮34分体地设置。图12是表示具备离心方向切换机构28的微型芯片检验装置的框 体l内的内部构造的截面图。如该图所示，旋转驱动源39固定在测定室19内，由控制部40 控制。此外，离心方向切换机构28也通过由控制部40驱动方向切换 电机30来控制。从旋转驱动源39的上部中央延伸出旋转轴41，主 轴42覆盖旋转轴41，并例如通过螺纹固定而固定在旋转轴41上。 由此，主轴42在旋转驱动源39的作用下旋转。此外，测定台23连 接并设置在主轴42上，例如通过螺纹固定而固定在主轴42上。由此， 来自旋转驱动源39的旋转运动传递给旋转轴41、主轴42以及测定
台23，从而成一体地旋转。行星齿轮34与测定台23保持离开例如 0.2mm的状态，旋转自如地被螺纹固定在固定于测定台23上的行星 主轴43上。旋转驱动源39由未图示的DC电机和编码器构成，由控制部40 控制，能够使测定台23以0.01。 0.1。的精度停止在规定的角度上。 即，能够将微型芯片2在圆周方向上以0.01 0.1mm的精度定位，并 使其旋转或停止。编码器通过对在圆周上排列设置有多个光学狭缝的 旋转圆板经由缝隙照射光并检测该光，从而由控制部40测定旋转角 度及旋转速度。根据该测定值，通过从控制部40对DC电机发送开 启/关闭信号，使旋转驱动源39以期望的速度旋转，并停止在期望的 角度。此外，在旋转停止时，控制部40如果测定到编码器从停止位 置稍稍移动，则使DC电机反向旋转，从而可以保持停止位置。另外， 也可以使用步进电机作为旋转驱动源39。但是，由于步进电机旋转 效率较差，所以需要考虑到提高旋转速度时发热、以及高速旋转时的 转矩较小的情况来设计。在主轴42上游隙嵌合有与行星齿轮34卡合的主轴齿轮44，主轴 42与主轴齿轮44能够分别独立地旋转。此外，在主轴42的上部连 接有离心方向切换机构28的上下运动轴32。离心方向切换机构28 由偏心凸轮29、滑动轴承31、上下运动轴32、弹簧45、上卡合销 46、下卡合销47、主轴连结销48、以及方向切换电机30构成。上下 运动轴32将中央的轴插入到主轴42的中心槽49中，使主轴42与离 心方向切换机构28的轴中心高精度地一致。此外，在上下运动轴32 上设有上卡合销46、下卡合销47。在滑动轴承31上设有插入上卡合 销46的上卡合销槽50，在主轴齿轮44上，设有插入下卡合销47的 下卡合销槽51。由于下卡合销47经由弹簧45而被插入到下卡合销 槽51中，所以上下运动轴32总是向上方向作用有力。而上下运动轴 32的上表面由于与偏心凸轮29抵接，所以有推压力起作用以使上下 运动轴32不会上升。图13是用来说明微型芯片检验装置的离心方向切换机构28的动 作的图，图13 (a)表示上下运动轴32位于下方的离心分离模式的
状态，图13 (b)是表示上下运动轴32位于上方的离心方向切换模 式的状态的图。图14、图15是用来说明微型芯片检验装置的测定台 23、主轴齿轮24、以及行星齿轮34的动作关系的图，图14表示离 心分离模式的状态，图15是表示离心方向切换模式的状态的图。如图13 (a)所示，在上下运动轴32位于下方的离心分离模式的 状态时，由于从主轴42突出的主轴连结销48与上下运动轴32的旋 转限制槽52卡合，所以上下运动轴32被主轴42限制，与主轴42成 一体地旋转。此外，由于主轴齿轮44被下卡合销47限制运动，所以 与主轴42成一体地旋转。因此，如图14所示，由于主轴齿轮44与 测定台23以相同的旋转速度旋转，所以在固定于测定台23上的行星 齿轮34上不发生相对运动，能够使行星齿轮34不自转而以主轴42 为中心公转。S卩，在上下运动轴32位于下方时，微型芯片2以主轴 42为中心旋转，由于作用有离心力，所以为离心分离模式。如果从图13 (a)所示的状态开始通过控制部40驱动方向切换电 机30而使偏心凸轮29旋转180°,则上下运动轴32在弹簧45的上 方向的力的作用下上升。如图13 (b)所示，上下运动轴32上升到 上方，上下运动轴32的旋转限制槽52从主轴连结销48脱离，上卡 合销46被插入到滑动轴承31的上卡合销槽50中，上下运动轴32由 于被固定在测定室19中的滑动轴承31限制运动，所以被固定而不旋 转。此外，由于主轴齿轮44也受下卡合销47限制运动，所以连结并 固定在测定室19上而不旋转。另外，这里使主轴齿轮44连结并固定 在测定室19上而不旋转，但除了测定室19以外，只要连结并固定在 不旋转的部件上，就必然能够使主轴齿轮44不旋转。利用图15 (bl) (b5)，对离心方向切换机构28如图13 (b) 所示那样上下运动轴32位于上方时的微型芯片2的运动进行说明。 图15 (bl)是表示上下运动轴32上升到上方后的状态的图。虽然主 轴齿轮44被固定而不旋转，但由于行星齿轮34旋转自如地被固定在 测定台23上，所以与测定台23—起旋转。由于行星齿轮34卡合在 主轴齿轮44上，所以如果测定台23旋转，则行星齿轮34—边与主 轴齿轮44卡合一边旋转。即，行星齿轮34进行一边以行星主轴43
为中心自转一边以主轴42为中心公转的行星运动。图15 (b2)是表示从图15 (bl)所示的状态使测定台23旋转 90。的状态的图。行星齿轮34随着测定台23的旋转而以主轴42为中 心公转90°。此外，由于行星齿轮34与主轴齿轮44卡合地自转，所 以微型芯片2也旋转a°。 ct是根据行星齿轮34的齿数与主轴齿轮44 的齿数的关系决定的数，例如，如果使行星齿轮34的齿数为主轴齿 轮44的齿数的4倍，则为2.5。图15 (b3)是表示从图15 (bl)所 示的状态使测定台23旋转180。后的状态的图。行星齿轮34随着测 定台23的旋转而以主轴42为中心公转180°。由于行星齿轮34与主 轴齿轮44卡合而自转，所以微型芯片2也旋转2a。。图15 (b4)是表示从图15 (bl )所示的状态使测定台23旋转270° 后的状态的图。行星齿轮34随着测定台23的旋转而以主轴42为中 心公转270°。由于行星齿轮34与主轴齿轮44卡合地自转，所以微 型芯片2也旋转3a。。图15 (b5)是表示从图15 (bl)的状态使测 定台23旋转360°、即旋转1周后的状态的图。行星齿轮34随着测 定台23的旋转而公转360。。由于行星齿轮34与主轴齿轮44卡合地 自转，所以微型芯片2也旋转4a。。如以上所示，在上下运动轴32位于上方时，微型芯片2能够进 行一边以行星主轴43为中心自转一边公转的行星运动，所以成为离心方向切换模式。从图13 (b)所示的状态开始，如果再次通过控制部40驱动方向 切换电机30而使偏心凸轮29旋转180°,则上下运动轴32受偏心凸 轮29推压而下降，成为图13 (a)所示那样的离心分离模式。如果 在图15 (b5)的状态下切换为离心分离模式，则微型芯片2在旋转 了 4a。的状态下以主轴42为中心旋转，能够使离心力也向旋转了4a。 的方向作用。这样通过由离心方向切换机构23操作主轴齿轮44来切 换操作离心分离模式和离心方向切换模式，能够使方向不同的离心力 分别作用在微型芯片2上。此外，对将旋转限制槽52和主轴连结销48在上下运动轴32与 主轴42的径向上对角地设置的情况、即将旋转限制槽52和主轴连结
销48分别在上下运动轴32与主轴42的圆弧上间隔180。设置的情况 进行说明。如果将旋转限制槽52和主轴连结销48在上下运动轴32 与主轴42的径向上对角地设置，则在图15 (b3)的状态下也能够从 离心方向切换模式切换为离心分离模式。如果在图15 (b3)的状态 下切换为离心分离模式，则微型芯片2在旋转了 2a。的状态下以主轴 42为中心旋转，离心力也向旋转了2a。的方向作用。这样，根据行星齿轮34的齿数与主轴齿轮44的齿数的关系、以 及旋转限制槽52和主轴连结销48的配置，能够在使微型芯片2以各 种角度旋转的状态下使离心力起作用，并能够使方向不同的离心力分 别作用在微型芯片2上。另外，这里表示了离心方向切换机构28通过偏心凸轮29使上下 运动轴32上升、通过上卡合销46将上下运动轴32和主轴齿轮44固 定的例子，但可以考虑将上下运动轴32的截面与主轴齿轮44的截面 嵌合而固定的结构、将上下运动轴32与主轴齿轮44通过磁体固定的 结构、以及通过离合器机构的结构、分别驱动主轴42和主轴齿轮44 而调整旋转比率的结构等。此外，上下运动轴32与测定室19优选经 由滑动轴承31固定，主轴42成为两端支承构造，刚性上升，并能够 减轻由测定台23的旋转带来的振动。这样，通过具备离心方向切换机构28，能够自动地切换作用在微 型芯片2上的离心方向，能够使微型芯片2内部的样品液更复杂地移 动。另外，以上说明了将一对微型芯片2收纳在测定台23中的状态， 但也可以使一个成为用于与另一个保持平衡的单纯的重物、而仅检验 1个微型芯片2。此外，也可以进一步增加能够收纳在测定台23中的 微型芯片2。接着，利用图16至图22说明本发明的第二实施方式。第二实施 方式的微型芯片2是形成有多个光学测定部10的多项目检验用的微 型芯片。图16 (a)是多项目检验用的微型芯片2的外观图，图16 (b) 是图16 (a)的A—A'截面放大图。多项目检验用的微型芯片2如图 16 (b)所示，是在遮光性树脂7的上表面和下表面上贴合透光性树
脂8而形成的。此外，如图2 (a)所示，在多项目检验用的微型芯 片2的上表面上形成有注入口 65，如图2 (b)所示，在内部中形成 有作为样品液的流路的槽9，并形成有例如直径O1.0mm的光学测定 部10。样品液被从注入口 65导入到微型芯片2的内部，被封入在规 定的位置的未图示的试剂等在检验的规定阶段自动地与样品液混合 而成为检测对象液，检测对象液被导入到光学测定部10中。使光垂 直于微型芯片2地透过光学测定部10，从而进行吸光光度法等的分 析。此外，在微型芯片2的表面上粘贴有二维码11，存储有序列号、 芯片的有效期限、测定项目的种类、光学测定部IO的位置、每个微 型芯片的试剂批次的偏差等的信息。图17是收纳有图16所示的微型芯片2的多项目检验用的芯片保 持器5的外观图。如该图所示，芯片保持器5由具有收纳微型芯片2的芯片收纳空 间12的树脂制的箱部13、和将微型芯片2对位在规定的部位并固定 的金属制的盖部6构成。盖部6通过支点14而由铰链固定，设有从 外部读取粘贴在微型芯片2上的二维码11的读码器读取窗15、和用 来检验被导入到微型芯片2中的样品量是否足够的未图示的样品量 传感器读取孔。将盖部6的钩固定孔68钩挂在箱部13的钩67上而固定，以使 得即使作用有离心力盖部6也不会打开。这是因为，在使用血液作为 导入到微型芯片2中的样品液的情况下，为了将血液分离为血球和血 浆，必须例如以每分钟3000转旋转l分钟。因此，在微型芯片2的 旋转时，在芯片保持器5上作用有超过400G的离心力，即便如此盖 部6也固定而不会打开。此外，芯片保持器5需要在垂直于光学测定部10的光轴的两个 方向上以误差0.2mm以下的精度将微型芯片2对位并固定，以使其 不会在芯片收纳空间12内移动。这是因为，光学测定部10的垂直于 光轴的截面的口径较小例如为直径Ol.Omm，但在被收纳于芯片保持 器5中的状态下，能够将来自未图示的光源的光准确地照射在光学测 定部10上，从而正确地测定特定波长的光的衰减量。为了使操作者容易操作，必须能够将微型芯片2容易地收纳到芯片保持器5中。在盖部6打开时，通过例如弹簧等将芯片支承部63 抬起到箱部13与盖部6之间，成为如取放卡带那样的容易插入的结 构。由于在微型芯片2插入时将微型芯片2载置在芯片支承部63上 即可，而且在微型芯片2拆除时，微型芯片2从芯片收纳空间12浮 起，所以易于操作。芯片支承部63相对于微型芯片2有富余地形成。例如，微型芯 片2的X方向的长度为62mm，芯片支承部63的X方向的长度为 63.5mm，将微型芯片2沿Y方向插入。载置在芯片支承部63上的微 型芯片2在关闭盖部6的同时被收纳在芯片收纳空间12中。为了与关闭盖部6同时地将微型芯片2定位并收纳，需要将微型 芯片2对位并固定在芯片保持器5中的机构。所以，在芯片保持器5 的箱部13上设置X基准面53、 Y基准面55、 X方向推压部54，在 芯片保持器5的盖部6上设置Y方向推压部56，在使箱部13的钩 67卡合到盖部6的钩固定孔68中时能够将微型芯片2定位并固定。首先，对X方向的对位机构进行说明。X方向推压部54在箱部 13上如钩那样突出设置，抵接在微型芯片2上的前端被加工为锥面。 在关闭盖部6的同时，X方向推压部54的锥面将微型芯片2朝向X 基准面53导引，X方向推压部54将微型芯片2紧贴到X基准面53 上。微型芯片2密接地配置在X基准面53上，相对于X方向以误差 士0.2mm以内的精度被定位。接着，对Y方向的对位机构进行说明。Y方向推压部56由于其 设置位置而不容易在图17的芯片保持器5的外观图中被理解，所以 利用从X方向观察盖部6的图进行说明。图18是从X方向观察盖部 6的外观图。Y方向推压部56在突出部61的前端上具有在将盖部6关闭的状 态下与Y基准面55平行的面，突出部61通过例如焊接接合在盖部6 的钩固定孔68中。在将图17所示的箱部13的钩67钩挂在盖部6的 钩固定孔68中而将微型芯片2固定时，通过铰链62，钩固定孔68
朝向Y基准面55的方向，并且连接在钩固定孔68上的Y方向推压 部56也朝向Y基准面55的方向。之后，与关闭盖部6同时地，Y 方向推压部56导引微型芯片2以使其朝向Y基准面55，并将微型芯 片2紧贴到Y基准面55上。微型芯片2密接地配置在Y基准面55 上，相对于Y方向以误差士0.2mm以内的精度被定位。这样，仅通过将微型芯片2载置在芯片支承部63上、将芯片保 持器5的盖部6关闭、并将钩67钩挂在钩固定孔68中，就能够在相 对于透过光学测定部IO的光的光轴，在垂直的两个方向即X方向和 Y方向上定位微型芯片2。此外，为了使微型芯片2在芯片保持器5的内部中不会上下振动， 必须也Z方向上以某种程度固定。如果将盖部6关闭，则图17所示 的Z方向推压部70推压微型芯片2并将其在Z方向上固定。此外， 在芯片收纳空间12中形成有对应于盖部6的形状的退让槽64，使盖 部6不推压微型芯片2，由此使得在处于将盖部6关闭的状态时盖部 6不会给微型芯片2的配置位置带来影响。图19是用来说明芯片保持器5的盖部6为可拆装的图，图19(b) 是支点14与盖部6的接合部的放大截面图。支点14的凹部59是上部开口的轴承。如果设置与轴承的最大直 径相同宽度的开口，则能够拆装截面圆形的轴。盖部6的凸部58嵌 合在凹部59中，从而具有作为支点14的旋转轴的功能。但是，截面 圆形状的凸部58嵌合虽然能够容易地拆装，但凸部58会向上方拔出 而脱离。图19 (b)是表示具有宽度较窄的开口部66的凹部59和截面大 致长方形状的凸部58嵌合的部分的截面图。为使凸部58不向上拔出而脱离，在一部分上设置开口部66的宽 度较窄的钥匙孔形状的凹部59，并对应于钥匙孔形状的凹部59而在 一部分上设置将圆形截面的两端去除的截面大致长方形状的凸部58， 以使该凸部58能够插通该开口部66。当使截面大致长方形状的凸部 58嵌合到开口部66的凹部59中时，在进行将微型芯片2收纳到芯 片保持器5中的操作或者拆除的操作时，凸部58卡合在凹部59中而
不会拆离。但是，如果操作者将盖部6相对于箱部13垂直那样较大程度地打开，则盖部13的截面大致长方形状的凸部58适合于凹部 59的开口部66，如果在此状态下将盖部6向上拉起，则能够不使用 辅助工具而简单地拆除。此时，如果例如在盖部6与箱部13的接触 的部位设置板簧、使得在盖部6上总是作用有朝上的力，则仅通过使 盖部13的凸部58适合于凹部59的开口部66，盖部13就会自动地 脱离。在将盖部6安装到箱部]3上时，进行与此相反的操作即可。这样，在芯片保持器5的盖部6和箱部13上设置凹部59和凸部 58，借助凹部59与凸部58的嵌合的关系，仅通过将盖部6较大地打 开、或者使凸部58的形状与凹部59的开口部66匹配，可使盖部6 和箱部13脱离及卡合，因此能够不使用例如螺丝刀、扳手等辅助工 具即可将盖部6简单地从微型芯片检验装置拆除以进行清洗。图20是表示适用于图16 (a)所示的微型芯片2的微型芯片检验 装置中的光源35与检测器36的配置例的部分截面图。如该图所示，从光源35射出的光例如被透镜等变换为平行光， 平行光受反射镜17反射，垂直地透过微型芯片2的光学测定部10， 透过光由检测器36接收。通过这样配置光源35和检测器36，能够 将收纳有多项目检验用微型芯片2的芯片保持器5换装到用于单项目 检验用微型芯片2的微型芯片检验装置中，从而能够进行吸光光度法 等的分析。图21是表示设置了多项目检验用微型芯片2的测定台23的外观图。微型芯片2被收纳在对称地配置在测定台23的中央的芯片保持 器5内。芯片保持器5的箱部13与测定台23 —体地形成，盖部6通 过铰链固定在突出于测定台23的支点14上。观U定台23在未图示的 旋转驱动源39的作用下逆时针地旋转。图22是表示设有离心方向切换机构28的测定台23的外观图。 在测定台23的中央设有离心方向切换机构28，微型芯片2被收 纳在相对于离心方向切换机构28对称地配置的芯片保持器5内。芯 片保持器5设置在侧面上形成有齿的行星齿轮34上。另外，测定室19、离心方向切换机构28等的结构对应于第一实施方式，能够通过将设置有多项目检验用微型芯片2的测定台23与设置有单项目检验 用微型芯片2的测定台23交换，来使微型芯片检验装置工作。这样，在箱部13上设置有在芯片保持器5上将微型芯片2在垂 直于光学测定部10的光轴的两个方向上定位的X基准面53、 Y基准 面55，并设有将微型芯片2紧贴到各个基准面上的X方向推压部54、 Y方向推压部56，通过将芯片保持器5的盖部6关闭，能够将微型 芯片2在芯片保持器5内定位。由此，微型芯片2在垂直于其光学测 定部10的光轴的两个方向上被定位，因此能够将来自光源35的光准 确地入射到光学测定部10中，并接收透过光学测定部10的光，根据 该光接收量计算检验结果。
权利要求
1、一种微型芯片检验装置，具有芯片保持器，设置在测定台上，由盖部和箱部构成；微型芯片，收纳在上述芯片保持器中，具有光学测定部；光源，使光相对于上述微型芯片的光学测定部入射；检测器，接收透过上述光学测定部的光；和控制部，对装置进行控制，其特征在于，在上述芯片保持器中，设置在垂直于上述光学测定部的光轴的两方向上定位上述微型芯片的基准面、和将上述微型芯片紧贴到上述基准面上的推压部；通过将上述芯片保持器的上述盖部关闭，而将上述微型芯片在上述芯片保持器内定位。
2、 如权利要求1所述的微型芯片检验装置，其特征在于，在上 述芯片保持器的盖部和箱部上设有凹部和凸部，借助上述凸部与上述 凹部的嵌合关系，盖部与箱部卡合及脱离。
全文摘要
提供一种具有能够将微型芯片严密地定位并将附着的样品液容易地除去的芯片保持器的微型芯片检验装置。一种微型芯片检验装置，具有芯片保持器，设置在测定台上，由盖部和箱部构成；微型芯片，收纳在上述芯片保持器中，具有光学测定部；光源，使光相对于上述微型芯片的光学测定部入射；检测器，接收透过上述光学测定部的光；和控制部，对装置进行控制，其特征在于，在上述芯片保持器中，设置有在垂直于上述光学测定部的光轴的两方向上将上述微型芯片定位的基准面、和将上述微型芯片紧贴到上述基准面上的推压部；通过将上述芯片保持器的上述盖部关闭，而将上述微型芯片在上述芯片保持器内定位。
文档编号G01N21/17GK101140219SQ20071014908
公开日2008年3月12日 申请日期2007年9月7日 优先权日2006年9月7日
发明者壁田胜利, 小川义正, 金田和之 申请人:优志旺电机株式会社