JP7174741B2 - マイクロサンプリングチップ及びそのマイクロサンプリングチップを用いる検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、重金属測定に代表される環境検査、尿試験紙を利用することを代表とする生化学検査、臨床検査、残留農薬を検出することに代表される食物検査などの検査を行なうためのマイクロサンプリングチップ及びその検査装置に関する。

カドミウム、コバルト、水銀、銅、亜鉛、鉛といった重金属は人体に有害であり、水や土壌に含まれる重金属量を把握することは非常に重要である。重金属の測定方法として種々の方法が提案され、実施もなされている（特許文献１、２参照。）。また、穀物、野菜、果実など食物へ農薬を散布することによる残留農薬の問題は深刻であり、２０１３年にはインドでモノクロトホスが野菜に残留していたことによって、２３人の児童が死亡するといった重大な事件が起こっている。

また、医療や食品検査の現場において、その場で的確に必要な検査をできることは、その後の診断や予防、安心を保障することにおいて重要である。その場で検査を数分のうちに検出でき、その疾患や食品の安全、残留農薬の有無を測定できることによって、患者にはできるだけ早い診断、投薬が実現し、飲料水や食品については、飲食前の安全を保障できる。

ろ紙などの紙媒体に発色試薬を固定した試験紙を利用した、ヒトの尿中や血中における特定物質の検査、イムノアッセイ、残留農薬の検査、土壌汚染の検査が一般的に行なわれている。しかし、試験紙を使用して現場において簡易迅速に検査を行なうことのできる技術は確立されていない。

特開平１１－１７４０５４号公報 特開２００９－０３４０４１号公報 特許第６６７７２７３号

電気化学測定や試験紙等を用いて行なう検査は、サンプルを測定用電極や試験紙といったセンサ部分に接触させて行なわれるが、センサ部分に接触させるサンプル量の定量性は検査結果の正確性や再現性にとって重要な要素である。そのため、サンプル量の制御を高精度に行なう必要がある。特に、数十μＬといった少量のサンプルを用いる場合には、０．１μＬ単位の精度が必要であり、安価なピペットではそのような高精度のサンプル量の制御は困難である。空気中に露出した電極や試験紙に少量のサンプルを滴下する検査方法では、サンプルの空気中への蒸発によって検査中にサンプル濃度が変化する場合がある。

また、一定量のサンプルを検査に供するために用いられるピペットの先端には、コンタミネーションを防止するために使い捨てのチップが装着されるが、サンプルを吸入する際に勢いでサンプルがピペットの本体側に付着してしまう場合があり、コンタミネーションが確実に防止されているとはいえない。一方で、容器に入れられたサンプルにセンサ部分を浸して測定する検査方法では、センサに接触するサンプル量の定量性が得られない。センサ部分の表面での電荷や熱の影響で拡散が起こり、その影響でサンプルの表面濃度が変化して測定値の再現性が低下するという問題がある。

特許文献３（特許第６６７７２７３号）には、ポンプ機能を備えたマイクロサンプリングチップに関する技術が開示されており、開示のマイクロサンプリングチップを使用することにより上記問題を解決することができる。一方で、この技術には、マイクロサンプリングチップの製造の容易さやサンプル吸入量の定量性に改善の余地がある。

本発明は、ポンプ機能を搭載しながらも製造が容易であり、かつ、サンプル吸入量の定量性の良好なマイクロサンプリングチップを提供することを目的とするものである。

本発明に係るマイクロサンプリングチップは、先端及び基端を有し、前記先端に液状のサンプルを吸入するための吸入口が設けられており、前記先端から前記基端に向かって伸びる吸入流路を介して前記吸入口と流体連通する保持空間を備えたチップ本体と、一端及び他端を有し、前記一端と前記他端との間の距離が弾性的に伸縮することによって内部空間の容積が変化し、前記一端が前記チップ本体に対して固定されて前記保持空間と流体連通し、前記一端と前記他端との距離が伸びるときに前記吸入口から前記保持空間内へサンプルを吸入するための吸入力を発生させるように設けられているポンプ部と、少なくとも一部が前記保持空間内に吸入されたサンプルと接触するように設けられたセンサ部と、を備え、前記ポンプ部は、前記一端が前記チップ本体の前記先端と同じ方向を向き、前記他端が前記チップ本体の前記基端と同じ方向を向くように設けられ、前記チップ本体の前記基端において前記ポンプ部の前記他端が露出している。

本発明に係るマイクロサンプリングチップの第１の態様では、前記ポンプ部は、伸縮方向に対して垂直な断面の形状が円形状である円筒状の部材であり、伸縮の前後における前記断面の直径が略同一である。ポンプ部が球状、半球状などの形状を有するものである場合、ポンプ部を押圧することによって圧縮した後、ポンプ部の押圧を解除しても、ポンプ部が圧縮されて潰れた状態から圧縮前の状態に戻らないような事態が生じ得る。これに対し、ポンプ部を、伸縮の前後において伸縮方向に垂直な断面の直径が変化しない円筒形状の部材とすることで、ポンプ部が潰れた状態で圧縮前の状態に戻らなくなるような事態が生じにくくなる。

上記のようなポンプ部の一例は、蛇腹ポンプである。

本発明に係るマイクロサンプリングチップの第２の態様では、前記チップ本体の前記基端に前記保持空間とは空間的に分離された凹部が設けられており、前記一端を除く前記ポンプ部の主要部分が前記凹部内に収容されている。このような態様により、前記ポンプ部がむき出しにならないので、前記ポンプ部に対して側方から物体が衝突するような事態を容易に防止することができ、マイクロサンプリングチップの取り扱いが容易になる。また、マイクロサンプリングチップの基端に凹部が設けられていることにより、当該マイクロサンプリングチップの基端を保持することが容易になる。

本発明に係るマイクロサンプリングチップの第３の態様では、前記センサ部は、サンプルの電気化学測定を行なうための複数の電極が設けられ、前記保持空間を画する前記基端側の壁面を略垂直に貫通する電極基板であり、前記電極基板の一端が前記保持空間内に配置され、前記チップ本体の基端において前記電極基板の各電極に対してアクセス可能なように前記電極基板の他端が前記チップ本体の前記基端において露出している。このような態様により、当該マイクロサンプリングチップを使用してサンプルの電気化学測定を容易に行なうことができる。

本発明に係る検査装置は、上述のマイクロサンプリングチップと、前記マイクロサンプリングチップの基端を脱着可能に保持する検査装置本体と、を備えたものである。当該検査装置において、前記検査装置本体は、前記マイクロサンプリングチップの基端に露出したポンプ部の端面を前記マイクロサンプリングチップの先端側へ向かって一定量だけ一時的に押し込む動作を行なうためのポンプ駆動部と、前記マイクロサンプリングチップに設けられたセンサ部を用いて前記マイクロサンプリングチップの保持空間内に吸入されたサンプルの測定を行なう測定部と、を備えている。

本発明に係るマイクロサンプリングチップでは、ポンプ部を搭載することによって独自のポンプ機能を実現しているので、保持空間へのサンプル吸入量の高い定量性を得ることができる。また、チップ本体とポンプ部とを別々に形成した後、チップ本体にポンプ部を接着することによって本マイクロサンプリングチップを形成することが可能である。そうすると、チップ本体とポンプ部のそれぞれを樹脂成形によって容易に形成することが可能であるため、本マイクロサンプリングチップの製造が容易である。

本発明に係る検査装置では、製造が容易でかつサンプル吸入量の定量性が高い本発明のマイクロサンプリングチップを使用するので、検査精度の高い装置を容易に実現することができる。

マイクロサンプリングチップの一実施例を示す斜視図である。 同実施例の断面図である。 マイクロサンプリングチップを備えた検査装置の一実施例を示す概略断面構成図である。

以下に、本発明に係るマイクロサンプリングチップと検査装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

マイクロサンプリングチップの一実施例について、図１及び２を用いて説明する。

この実施例のマイクロサンプリングチップ１は、後述する検査装置本体１００（図３参照）の先端に装着され、検査装置本体１００とともに検査装置を構成するものである。マイクロサンプリングチップ１は、チップ本体２、ポンプ部４及び電極基板６（センサ部）を備えている。

チップ本体２は先端（図２において下端）及び基端（図２において上端）を有し、先端にサンプルを吸入するための吸入口８を備えている。チップ本体２の内部には、チップ本体２の先端から基端へ向かって伸びる吸入流路１０と、吸入流路１０を介して吸入口８と流体連通する保持空間１２と、保持空間１２から水平方向へ伸びる接続流路１４と、が設けられている。チップ本体２の基端には円筒形状の凹部１６が設けられている。

ポンプ部４はチップ本体２の凹部１６内に収容されている。ポンプ部４は、一端４ａ（図２において下端）及び他端４ｂ（図２において上端）を有し、一端４ａがチップ本体２の先端と同じ方向を向き、他端４ｂがチップ本体２の基端と同じ方向を向いている。ポンプ部４は、一端４ａと他端４ｂとの距離が弾性的に伸縮する略円筒形状の蛇腹ポンプである。ポンプ部４は、伸縮の前後において内部空間の容積が変化するものの、伸縮方向に対して垂直な断面の直径は実質的に変化しない。ポンプ部４は、ポリエチレンなどのプラスチックによって形成されている。ポンプ部４の一端４ａは、接続流路１４に対して上方から流体的に接続された状態でチップ本体２に固定されている。なお、ポンプ部４は、必ずしも蛇腹ポンプである必要はなく、一端４ａと他端４ｂとの距離が弾性的に伸縮し、かつ、伸縮方向に垂直な断面の直径が伸縮の前後において略同一であるものであれば、どのようなものであってもよい。

ポンプ部４の他端４ｂはチップ本体２の基端において露出しており、チップ２の基端側から先端に向かってポンプ部４の他端４ｂを押圧することによってポンプ部４の内部空間を縮小させることができる。ポンプ部４の内部空間を縮小させた後で他端４ｂへの押圧を解除すると、ポンプ部４は自身の弾性力によって他端４ｂが元の位置まで戻り、それによってポンプ部４の内部空間が拡張する。ポンプ部４の内部空間が拡張する際、吸入口８から保持空間１２へ向かって流体を吸入する吸入力が発生する。これにより、吸入口８の先端からサンプルを吸入し、吸入したサンプルを保持空間１２内に保持することができる。

電極基板６は、表面又は内面に、サンプルの電気化学測定を行なうための複数の電極が形成された平板である。電極基板６は、保持空間１２を画する壁面のうちチップ本体２の基端側に位置する壁面を略垂直に貫通しており、一端が保持空間１２内に配置され、他端がチップ本体２の基端において露出しており、チップ本体２の基端において電極基板６に形成されている各電極に対して電気的にアクセスすることができる。

ポンプ部４を駆動して保持空間１２内にサンプルを導入すると、電極基板６の一端がサンプルと接触する。この状態で、電極基板６の各電極に対して必要な電圧を印加するとともに所定の電極間を流れる電流を測定することにより、サンプルの電気化学測定を行なうことができる。チップ本体２の吸入口８からポンプ部４までの空間は、吸入口８を除いて密閉されており、吸入口８から吸入されたサンプルがチップ本体２の基端側において漏れることはない。

上記のマイクロサンプリングチップ１を用いた検査装置の実施例について、図３を参照しながら説明する。

検査装置は、マイクロサンプリングチップ１と検査装置本体１００によって構成される。マイクロサンプリングチップ１は使い捨てであり、１サンプルごとに１つのマイクロサンプリングチップ１が検査装置本体１００の先端に装着されて使用される。

検査装置本体１００は、マイクロサンプリングチップ１を保持するためのチップ保持部１０２を先端に備えている。この実施例において、チップ保持部１０２は、検査装置本体１００の先端面に設けられた中空円筒形状の突起である。チップ保持部１０２の外径は、マイクロサンプリングチップ１の基端の凹部１６の内径と略同一になっており、チップ保持部１０２がマイクロサンプリングチップ１の凹部１６に嵌め込まれることによってマイクロサンプリングチップ１の凹部１６の内面とチップ保持部１０２の外周面との間の摩擦により、マイクロサンプリングチップ１が検査装置本体１００の先端に装着された状態で維持されるようになっている。なお、検査装置本体１００がマイクロサンプリングチップ１を保持するための構造はこのような態様に限定されず、マイクロサンプリングチップ１が検査装置本体１００の先端に脱着可能に保持される構造であればいかなる構造であってもよい。

検査装置本体１００は、さらに、押圧棒１０４、駆動機構１０６、差込みスロット１０８、端子１１０及び測定部１１２を備えている。押圧棒１０４は、検査装置本体１００の先端においてポンプ部４の伸縮方向（図において上下方向）に動作し、マイクロサンプリングチップ１のポンプ部４を押圧するためのものである。駆動機構１０６は、ステッピングモータ等を用いて押圧棒１０４を駆動するためのものである。

差込みスロット１０８は、検査装置本体１００の先端にマイクロサンプリングチップ１が装着されたときに、マイクロサンプリングチップ１の電極基板６の基端側端部（図において上端部）が挿し込まれるように設けられている。差込みスロット１０８の内面に端子１１０が露出しており、差込みスロット１０８に電極基板６が挿し込まれたときに、電極基板６に形成されている各電極に対して端子１１０が電気的に接触するようになっている。

端子１１０には測定部１１２が電気的に接続されている。測定部１１２は、端子１１０を介して電極基板６の所定の電極に電圧を印加してサンプルの電気化学測定を行なうための電気回路である。

上記のように、マイクロサンプリングチップ１自身がポンプ部４を備えることによって、検査装置本体１００から独立したポンプ機能を実現しており、マイクロサンプリングチップ１の吸入口８からサンプルを吸入した後、検査装置をどのような態勢にしても、測定対象のサンプルが検査装置本体１００に付着することがない。これにより、サンプルのコンタミネーションが防止される。

また、ポンプ部４によってマイクロサンプリングチップ１独自のポンプ機能が実現されているため、ポンプを作動させる際に、マイクロサンプリングチップ１のチップ本体２に応力が作用しにくく、ポンプを作動させる際の押圧力によるチップ本体２の変形が抑制され、マイクロサンプリングチップ１が破損するといった事態が生じにくい。さらに、マイクロサンプリングチップ１は、ポンプ部４をチップ本体２とは別に製造した後でチップ本体２に対して接着することによって容易に形成することができる。チップ本体２とポンプ部４のそれぞれを樹脂成型によって安価に製造することができるため、マイクロサンプリングチップ１を安価に製造することができる。

なお、上記実施例では、センサ部として電極基板６を備えているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、サンプルに接触したときにサンプル中の成分に応じた呈色反応を示す少なくとも１つの呈色体をセンサ部として保持空間１２内に配置してもよい。この場合、検査装置本体１００は、保持空間１２内に配置された呈色体の呈色度合いを撮像するためのカメラと、カメラの撮像画像に基づいて呈色体の呈色度合いをＲＧＢ等によって数値化する演算部と、を備えることができる。

１ マイクロサンプリングチップ
２ チップ本体
４ ポンプ部
４ａ ポンプ部の一端
４ｂ ポンプ部の他端
６ 電極基板
８ 吸入口
１０ 吸入流路
１２ 保持空間
１４ 接続流路
１６ 凹部
１００ 検査装置本体
１０２ チップ保持部
１０４ 押圧棒
１０６ 駆動機構
１０８ 差込みスロット
１１０ 端子
１１２ 測定部

Claims (2)

1. 検査装置本体と前記検査装置本体の先端に装着されるマイクロサンプリングチップとを備えた検査装置であって、
   前記マイクロサンプリングチップは、
   先端及び基端を有し、前記先端に液状のサンプルを吸入するための吸入口が設けられており、前記先端から前記基端に向かって伸びる吸入流路を介して前記吸入口と流体連通する保持空間を備えたチップ本体と、
   一端及び他端を有し、前記一端と前記他端との間の距離が弾性的に伸縮することによって内部空間の容積が変化し、前記一端が前記チップ本体に対して固定されて前記保持空間と流体連通し、前記一端と前記他端との距離が伸びるときに前記吸入口から前記保持空間内へサンプルを吸入するための吸入力を発生させるように設けられている蛇腹ポンプと、
   少なくとも一部が前記保持空間内に吸入されたサンプルと接触するように設けられたセンサ部と、を備え、
   前記蛇腹ポンプは、前記一端が前記チップ本体の前記先端と同じ方向を向き、前記他端が前記チップ本体の前記基端と同じ方向を向くように設けられ、前記チップ本体の前記基端において前記蛇腹ポンプの前記他端が露出しており、
   前記検査装置本体は、先端面に中空筒形状の突起を有し、前記マイクロサンプリングチップは、前記チップ本体の前記基端に、前記保持空間とは空間的に分離され、前記検査装置本体の前記突起と嵌合する凹部が設けられており、前記検査装置本体の前記突起が前記チップ本体の前記凹部に嵌め込まれることによって前記マイクロサンプリングチップが前記検査装置本体の前記先端に装着され、前記蛇腹ポンプは、前記チップ本体の前記凹部内に収容されており、
   前記検査装置本体は、
   前記マイクロサンプリングチップの前記基端に露出した前記蛇腹ポンプの前記他端を前記マイクロサンプリングチップの先端側へ向かって一定量だけ一時的に押し込む動作を行なうためのポンプ駆動部と、
   前記マイクロサンプリングチップに設けられた前記センサ部を用いて前記マイクロサンプリングチップの前記保持空間内に吸入されたサンプルの測定を行なう測定部と、を備えている、検査装置。
2. 前記センサ部は、サンプルの電気化学測定を行なうための複数の電極が設けられ、前記保持空間を画する前記基端側の壁面を略垂直に貫通する電極基板であり、前記電極基板の一端が前記保持空間内に配置され、前記チップ本体の基端において前記電極基板の各電極に対してアクセス可能なように前記電極基板の他端が前記チップ本体の前記基端において露出している、請求項１に記載の検査装置。

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