微型晶片檢查裝置的製作方法

2023-05-05 15:46:11 1

專利名稱：微型晶片檢查裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及使用微型晶片(micro chip)在離心分離處理後用吸 光光度分析法進行血液分析的微型晶片檢査裝置。
背景技術：
近年來，應用半導體精細加工技術和微型機械製造技術、與以往 的裝置相比更精細地進行化學分析等的、稱為U-TAS (微全分析系 統)或Lab.onaChip (縮微晶片實驗室)的使用了微型晶片的分析方 法備受關注。將ii-TAS用於醫療領域時，能夠例如通過減少血液等 檢體量來減輕患者的負擔，並且由於能夠減少試劑量，因此能夠降低 檢查成本。而且，由於裝置小型化，因此具有能夠簡便地進行檢査等 優點。
由使用了微型晶片的吸光光度法進行的分析為進行(1)將無針 痛採集到的血液導入微型晶片中，(2)對微型晶片內的血液進行離心 分離處理，分離出血漿和血球，(3)將血漿和試劑混合均勻，作為檢 測對象液，(4)將檢測對象液導入吸光光度測量部內，(5)使來自光 源的光照射到導入到吸光光度測量部中的檢測對象液上，測量特定波 長的光的衰減量這一連串的作業，測量血漿中包含的所希望的酶的濃 度的分析。
例如日本特開2006-110491號公報中記載了通過給導入了作為檢 體的血液的微型晶片施加離心力進行離心分離，利用比重差將血液分 離成血漿和血球，將血漿和試劑混合均勻作為檢測對象液，將檢測對 象液導入到吸光光度測量部的微型晶片用離心分離裝置。然後，從微
型晶片用離心分離裝置中取下獲得了檢測對象液的微型晶片，使來自 光源的光照射到導入吸光光度測量部中的檢測對象液上，測量特定波 長的光的衰減量，測量血漿中包含的所希望的酶的濃度。
圖21為表示用於血液分析的現有技術的離心分離裝置一例的圖。
該離心分離裝置採用將收容有微型晶片101的晶片座102安放在 離心分離裝置的離心轉子103上，旋轉驅動源104的旋轉通過主軸 105傳遞給離心轉子103，由旋轉驅動源104以每分鐘3000轉以上的 轉速旋轉的結構。
在使用該離心分離裝置用吸光光度法進行分析時，首先將微型芯 片101收容到離心轉子103上的晶片座102中，使離心轉子103旋轉， 將血液分離成血槳和血球。接著，用離心方向切換機構106使晶片座 自轉，然後再次使離心轉子103旋轉，改變作用到微型晶片101上的 離心力的方向，使血槳與試劑混合作為檢測對象液，將檢測對象液導 入吸光光度測量部內。然後，從離心分離裝置中取出微型晶片IOI, 收容到未圖示的吸光光度檢測裝置中，使來自光源的光照射到被導入 吸光光度測量部的檢測對象液中，測量特定波長的光的衰減量，測量 血漿中包含的所希望的酶的濃度。日本特開2006-110491號公報
但是，為了用吸光光度法進行分析，在圖21所示的現有技術的 離心分離裝置中，必須從離心分離裝置取出微型晶片並收容到吸光光 度檢測裝置中，使來自光源的光照射到微型晶片的吸光光度測量部上 測量特定波長的光的衰減量。並且，微型晶片的吸光光度測量部的與 光軸垂直的截面的直徑為例如l.Omm角，必須使光準確地照射，以 免雜散光進入微型晶片的吸光光度測量部以外。而且，如果微型晶片 沒有準確地收容到吸光光度檢測裝置中的話，則透過吸光光度測量部 的光的光路稍微延長，光的衰減量大，有可能因此輸出錯誤的檢查結 果。這樣一來，由於用吸光光度法進行分析需要精密的吸光光度檢測
裝置，因此在離心分離裝置的離心轉子上用微型晶片的吸光光度法進 行分析是困難的。
並且，上述現有技術的離心分離裝置需要使離心轉子旋轉進行離 心分離，然後檢査者登操作離心方向切換機構使晶片座自轉改變離心 方向，再使離心轉子公轉，然後檢查者等從離心分離裝置中取出微型 晶片收容到吸光光度檢測裝置中進行檢測。因此，檢查者等總是不能 離開離心分離裝置和吸光光度檢測裝置一側。所以用吸光光度法進行 血液分析必須配備專門的檢查者等人員，多花費人員費用等問題。

發明內容
本發明就是鑑於上述問題點，目的是要提供一種微型晶片檢查裝 置，在離心分離裝置的離心轉子上用微型晶片的吸光光度法進行血液 分析， 一次動作就能自動地獲得血液分析的檢查結果，不需要配備專 門的檢查者等。
本發明為了解決上述問題，採用了以下方案。
第1方案的微型晶片檢查裝置的特徵在於，具有能夠停止在預 定角度的旋轉驅動源，與由上述旋轉驅動源旋轉的主軸相連接的離心 轉子，操作松嵌在上述主軸上的主軸旋轉體的離心方向切換機構，與 上述離心轉子上所設置的上述主軸旋轉體卡合的行星旋轉體，與上述 行星旋轉體一起旋轉的晶片座，收納到上述晶片座內部、具有吸光光 度測量部的微型晶片，使光入射到上述微型晶片的吸光光度測量部的 光源，接受透過上述吸光光度測量部的光的檢測器，以及控制上述旋 轉驅動源和上述離心方向切換機構的動作的控制部。
第2方案的微型晶片檢査裝置在第1方案的基礎上具有以下特 徵上述離心方向切換機構切換操作到離心分離模式和離心方向切換 模式，該離心分離模式為將上述主軸旋轉體連結到上述旋轉驅動源、 使行星旋轉體不自轉而公轉的模式，該離心方向切換模式為將上述主
軸旋轉體連結到測量室並固定、使上述行星旋轉體作邊自轉邊公轉的 行星運動的模式。
第3方案的微型晶片檢查裝置在第1或第2方案的基礎上具有以
下特徵在上述離心轉子的下方設置上下動作的支持部以及驅動上述 支持部的支持部驅動部，當上述支持部移動到上方時，上述離心轉子 由上述支持部支持。
第4方案的微型晶片檢查裝置在第3方案的基礎上具有以下特
徵上述控制部具有使上述支持部移動到下方然後使上述離心轉子開 始旋轉、在上述離心轉子停止後使上述支持部移動到上方的功能。
第5方案的微型晶片檢查裝置在第1或第2方案的基礎上具有以 下特徵在上述檢查裝置上設置有將框體蓋固定在閉鎖狀態的鎖止部 和驅動上述鎖止部的鎖止部驅動部，上述框體蓋由上述鎖止部保持在 閉鎖狀態。
發明的效果
如果採用本發明的微型晶片檢查裝置，由於具備能夠根據控制器 的指令停止在預定的角度的旋轉驅動源、使光入射到收納於晶片座內 部的微型晶片的吸光光度測量部的光源、以及接受透過吸光光度測量 部的光並根據該受光量計算出檢査結果的檢測器，因此能夠在離心轉 子上用微型晶片的吸光光度法進行分析。並且，由於具有操縱旋轉驅 動源、離心方向切換機構和吸光光度測量部的控制器，因此如果使微 型晶片檢查裝置動作，則能夠自動地獲得檢查結果，不需要配備專門 的檢査者。


圖1是本發明的微型晶片檢査裝置的外觀圖。
圖2是表示收納在微型晶片檢査裝置的晶片座5中的微型晶片2
的俯視圖和剖視圖。
圖3是收納微型晶片2的晶片座5的外觀圖。 圖4是圖3所示的晶片座5的局部放大圖。 圖5是配置在微型晶片檢査裝置的框體1內部的檢測室19的外 觀圖。
圖6是表示取出了圖5所示的檢測室19中的檢測室19的上面21 和離心轉子23的上面33的、檢測室19的內部結構的外觀圖。
圖7是表示微型晶片檢査裝置的框體1內的內部結構的剖視圖。 圖8是用於說明微型晶片檢查裝置的離心方向切換機構28的動 作的圖。
圖9是用於說明微型晶片檢査裝置的離心轉子23、主軸齒輪44 以及行星齒輪34的動作關係的圖。
圖10是用於說明微型晶片檢查裝置的離心轉子23、主軸齒輪44 和行星齒輪34的動作關係的圖。
圖11是用於說明微型晶片檢査裝置的離心轉子23、主軸齒輪44 和行星齒輪34的動作關係的圖。
圖12是表示具有從下可以上下移動地支持微型晶片檢查裝置的 離心轉子23的支持部53的結構的圖。
圖13是表示具有從下可以上下移動地支持微型晶片檢查裝置的 離心轉子23的支持部53的結構的圖。
圖14是表示具有從下可以上下移動地支持微型晶片檢查裝置的 離心轉子23的支持部53的結構的圖。
圖15是具有與圖1所示的微型晶片2的結構不同結構的微型芯 片2的外觀圖和剖視放大圖。
圖16是結構與圖3所示的晶片座5不同，適用於圖13 (a)所示 微型晶片2的晶片座5的外觀圖。
圖17是表示適用於圖15 (a)所示的微型晶片2的微型晶片檢查 裝置中的光源64和檢測器65的配置例的局部剖視圖。 圖18是表示微型晶片檢查裝置的操作過程的流程圖。
圖19是表示詳細地描述了圖18的流程圖中的步驟S7的處理的 操作順序的流程圖。
圖20是表示修正晶片座5的自轉角度和離心轉子23的停止位置 使晶片座5的小孔部18位於與檢測器36相對應的位置上的處理的操 作順序的流程圖。
圖21是表示用於進行血液分析的現有技術的離心分離裝置的一 例的圖
具體實施例方式
下面用圖1到圖20說明本發明的一個實施形態。
圖1為本發明的微型晶片檢查裝置的外觀圖。
如該圖所示，微型晶片檢查裝置的外側面由長方體的框體l構成。 在框體1上設置有用於供微型晶片2出入的框體蓋3，用例如鉸鏈可 以開閉地固定。當將微型晶片2組裝到微型晶片檢査裝置中時，打開 框體蓋3，將微型晶片2放置到位於微型晶片插入部4的晶片座5上， 關閉並固定蓋部6，再關閉框體蓋3。
圖2 (a)為表示收納到微型晶片檢查裝置的晶片座5中的微型芯 片2的俯視圖，圖2 (b)為從圖2 (a)的A-A'看去的剖視圖。
如圖2 (b)所示，微型晶片2為將遮光性樹脂7和透光性樹脂8 貼合在一起形成的部件。並且如圖2 (a)所示，在單項目檢查用的 微型晶片2的內部，在透光性樹脂8上形成有成為檢體即血液的流路 的溝槽9，例如在一個地方形成lmm角的吸光光度測量部10。未圖 示的試劑等密封到預定的位置，在檢查的預定階段自動與血漿混合獲 得檢測對象液，將檢測對象液導入吸光光度測量部10，使光與微型 晶片2水平地透過吸光光度測量部10,用吸光光度法進行分析。並 且，在微型晶片2的表面粘貼有二維代碼11，記錄有製造號碼、芯
片的有效期限、測量項目的種類、吸光光度測量部io的位置、每塊
微型晶片的試劑批號的偏差等信息。
圖3為收納微型晶片2的晶片座5的外觀圖。
如該圖所示，晶片座5包括例如用樹脂製成、具有收容微型晶片 2的晶片收容空間12的箱部13和將未圖示的微型晶片2對位到預定 的地方並固定的蓋部6。蓋部6通過鉸鏈由支點14固定，設置有用 於從外部讀取粘貼到微型晶片2上的二維代碼11的代碼讀出器的讀 取窗口 15和用於檢測導入微型晶片2中的檢體量是否足夠的檢體量 傳感器讀取孔16。
為了即使離心力作用到微型晶片2上蓋部6也不會打開，使蓋部 6的掛鈎67鉤掛在箱部13的掛鈎固定孔68內固定。這是因為，為 了使導入微型晶片2中的檢體即血液分離成血球和血槳，必須以例如 每分鐘3000轉的轉速旋轉1分鐘，旋轉時收納微型晶片2的晶片座 5上作用有超過400G的離心力，即使在這種情況下蓋部6也不會打 開地固定。
並且，微型晶片2必須以誤差在士0.2mm以內的精度將吸光光度 測量部IO對位並固定在晶片收容空間12內使之不能動彈。這是因為 微型晶片2的吸光光度測量部10的與光軸垂直的截面的直徑為例如 l.Omm角，但在離心分離處理後，必須在收納到晶片座5中的狀態下 使來自未圖示的光源的光準確地照射到吸光光度測量部10上，準確 地測量特定波長的光的衰減量。
圖4為圖3所示的晶片座5的局部放大圖，為用於說明使光透過 收納到晶片座5中的微型晶片2的吸光光度測量部10的圖。
如該圖所示，在晶片座5的箱部13的側面上形成有小孔部18， 將來自未圖示的光源的光經過小孔部18入射到微型晶片2的吸光光 度測量部10中。小孔部18的形狀為與微型晶片2的吸光光度測量部 10的截面相對應的形狀，為例如直徑小0.6mm的孔，具有使多餘的 光不進入吸光光度測量部10的遮光的作用。從小孔部18射入的光透 過吸光光度測量部IO後從未圖示的透光孔射出。射出的光被反射鏡 17反射，被未圖示的檢測器接受。
圖5為配置到微型晶片檢查裝置的框體1內部的檢測室19的外 觀圖。
如該圖所示，檢測室19構成為中空圓盤狀，由例如4根腿部20 支持，腿部20固定到裝置主體上。在檢測室19的上面21上，在與 圖1所示的框體1的微型晶片插入部4相對應的位置上，設置有測量 室晶片插入窗22。並且，在檢測室19的內部設置有中空圓盤狀的離 心轉子23，在離心轉子23的上面，也在與框體1的微型晶片插入部 4相對應的位置上設置有離心轉子晶片插入窗24。由此，當打開圖l 所示的框體蓋3時，能夠從微型晶片插入部4直接操作晶片座5。
並且，在檢測室19的上面21上安裝有讀取粘貼在微型晶片2上 的二維代碼11的代碼讀出器25、測量導入微型晶片2中的血液量的 檢體量傳感器26和檢測微型晶片2的朝向的反射傳感器27。代碼讀 出器25、檢體量傳感器26和反射傳感器27可以安裝在任意位置上， 但為了避免從測量室晶片插入窗22入射到檢測室19內部的雜散光 等，優選設置在離開測量室晶片插入窗22的位置上。另外，如果將 代碼讀出器25、檢體量傳感器26和反射傳感器27設置在與位於預 定位置上的微型晶片2相對應的位置上的話，則當微型晶片2位於該 位置時，能夠同時進行2 3個測量。
代碼讀出器25具有讀取粘貼在微型晶片2上的二維代碼11的功 能，為了讀取二維代碼11作為圖像，由於透鏡聚焦等原因，設置在 離開檢測室19的地方。根據存儲在二維代碼11上的信息決定施加給 微型晶片2的轉速、旋轉時間和離心方向。
檢體量傳感器26具有確認導入微型晶片2中的血液是否足夠的 功能，為使容易被血液吸收的波長——例如550nm附近的光從檢體
量傳感器26射出到微型晶片2的流路中，測量其反射光的強度的傳 感器。如果導入微型晶片2中的血液足夠的話，則光被血液吸收，反 射光幾乎不能被檢體量傳感器26檢測到。如果導入微型晶片2中的 血液不足，則光被微型晶片2的血液流路的底面反射，反射光幾乎不 衰減而被檢體量傳感器26接收。由此，能夠根據檢體量傳感器26接 收到的光的強度判斷導入微型晶片2中的血液是否足夠。
反射傳感器27具有檢測微型晶片2的朝向的功能，在震動等施 加到微型晶片檢查裝置上、安全停止裝置動作的時候，或者在電源急 劇下降、微型晶片2的處理動作突然停止等時候，用反射傳感器27 確認微型晶片2的朝向再開始動作。
而且，在檢測室19的上面21上安裝有離心方向切換機構28的 偏心凸輪29、方向切換電動機30和滑動軸承31。如後面將要詳細敘 述的那樣，當驅動方向切換電動機30使偏心凸輪29旋轉180。時， 被偏心凸輪29壓在下面的上下動軸32在滑動軸承31內滑動並上升，
從離心分離模式切換到離心方向切換模式。當繼續驅動方向切換電動 機30使偏心凸輪29旋轉180°時，由於偏心凸輪29再次將上下動 軸32壓到下方，因此上下動軸32在滑動軸承31內滑動並下降，從 離心方向切換模式切換到離心分離模式。
圖6為表示圖5所示的檢測室19中取掉了檢測室19的上面21 和離心轉子23的上面33後的、檢測室19的內部結構的圖。
如該圖所示，在離心轉子23的中央設置有離心方向切換機構28， 微型晶片2安裝在對稱於離心方向切換機構28配置的晶片座5內。 晶片座5設置在側面形成有齒的行星齒輪34上。另外，主軸旋轉體
和行星旋轉體上具有例如齒與齒卡合併嚙合的齒輪或橡膠與橡膠卡 合併摩擦的輥等。下面說明使用了齒與齒嚙合的主軸齒輪44和行星 齒輪34時的情況。並且，晶片座5的箱部13與側面形成有齒的行星 齒輪34也可能分開設置。
在檢測室19的側面設置有光源35和檢測器36。光源35和檢測 器36這樣配置當微型晶片2位於預定位置時，從光源35射出的光 能夠像圖4所示那樣通過晶片座5的小孔部18，透過微型晶片2的 吸光光度測量部10，被晶片座5的反射鏡17反射，被檢測器36接 收。並且，為了不妨礙來自光源35的射出光和來自反射鏡17的反射 光的透過，在離心轉子23的側面，在與光源35相對應的位置上設置 有光源槽37、在與檢測器36相對應的位置上設置有檢測器槽38。
作為光源35，可以使用氙氣燈、適用於作為投影器的光源的超高 壓水銀燈、短弧型金屬滷化物燈、LED、 LD等。另外，為了獲得大 的發光強度和容易達到點光源化，並且為了能夠在250 1400nm的 寬廣波長區域內具有連續的光譜，尤其是為了能夠在吸光光度測量中 大量使用的波長區域(具體為300 800nm波長的區域)內獲得不產 生輝線、穩定的放射光譜，優選使用功耗為20 75W的短弧型金屬 滷化物燈。
檢測器36接受透過微型晶片2的吸光光度測量部10、被反射鏡 17反射的反射光。根據檢測器36接收到的光的受光量來輸出光強度 信號，計算出檢査結果。檢測器36由受光元件構成，作為受光元件， 能夠使用例如矽光電二極體等。矽光電二極體為對波長300 1100nm 波長區域內的光具有靈敏度的受光元件。即，根據檢測器36接受到 的受光量來輸出光強度信號，測量該特定波長的光的減光量，計算出 吸光光度測量部10的檢測對象液中的檢測對象成分的濃度。
圖7為表示微型晶片檢查裝置的框體1內的內部結構的剖視圖。 如該圖所示，旋轉驅動源39固定在檢測室19上，受控制部40 的控制。並且，離心方向切換機構28也由控制部40來驅動方向切換 電動機30。旋轉軸41從旋轉驅動源39的上部中央延伸，覆蓋旋轉 軸41的主軸42例如由螺旋夾固定在旋轉軸41上。由此，主軸42由 旋轉驅動源39驅動旋轉。並且，離心轉子23與主軸42連接設置，例如由螺旋夾固定在主軸42上。由此，來自旋轉驅動源39的旋轉運 動傳遞給旋轉軸41、主軸42和離心轉子23，使它們整體旋轉。行星 齒輪34與離心轉子23保持例如相隔0.2mm的狀態，行星齒輪34旋 轉自由地用螺釘固定在固定於離心轉子23上的行星主軸43上。
旋轉驅動源39包括未圖示的DC電動機和編碼器，由控制部40 控制，能夠以O.Or 0.1°的精度使離心轉子23停止在預定的角度。 即，能夠使微型晶片2或旋轉或停止，以0.05 0.1mm的精度沿圓周 方向定位。編碼器，通過讓光穿過縫隙照射到在圓周上並列設置多條 光學縫隙的旋轉圓板，從而由控制部40測量旋轉角度和轉速。根據 該測量值，從控制部40給DC電動機輸送ON/OFF信號，通過這樣 使旋轉驅動源39以所希望的速度旋轉，停止在所希望的角度上。並 且，即使在旋轉停止時，如果控制部40測量到編碼器稍微轉動偏離 停止位置，也能夠使DC電動機向反方向旋轉，保持在停止位置。另 外，也可以使用步進電動機作為旋轉驅動源39。但是由於步進電動 機的旋轉效率差，因此需要考慮提高轉速和發熱、以及高速旋轉時的 轉矩小進行設計。
與行星齒輪34卡合的主軸齒輪44松嵌(遊嵌)在主軸42上， 主軸42和主軸齒輪44能夠分別旋轉。並且，離心方向切換機構28 的上下動軸32連接在主軸42的上部。離心方向切換機構28包括偏 心凸輪29、滑動軸承31、上下動軸32、彈簧45、上卡合銷46、下 卡合銷47、主軸連接銷48和方向切換電動機30。上下動軸32的中 央軸插入主軸42的中心槽49中，具有提高使主軸42與離心方向切 換機構28的軸中心一致的精度的作用。並且，在上下動軸32上設置 有上卡合銷46和下卡合銷47。滑動軸承31上設置有供上卡合銷46 插入的上卡合銷槽50,主軸齒輪44上設置有供下卡合銷47插入的 下卡合銷槽51 。由於下卡合銷47通過彈簧45插入下卡合銷槽51中， 因此上下動軸32上一直作用有向上的力。但是，由於上下動軸32的
上面與偏心凸輪29相抵接，因此作用有使上下動軸32不能上升的壓 力。
圖8為用於說明微型晶片檢査裝置的離心方向切換機構28的動 作的圖，圖8 (a)表示上下動軸32位於下方的離心分離模式的狀態， 圖8 (b)表示上下動軸32位於上方的離心方向切換模式的狀態。
圖9 圖11為用於說明微型晶片檢查裝置的離心轉子23、主軸 齒輪44和行星齒輪34的動作關係的圖，圖9 (a)表示離心分離模 式的狀態，圖9 (bl) 圖11 (b5)表示離心方向切換模式的狀態。
如圖8 (a)所示，當上下動軸32位於下方，處於離心分離模式 的狀態時，由於從主軸42突出的主軸連接銷48與上下動軸32的旋 轉限制槽52卡合，因此上下動軸32受主軸42限制，與主軸42 —體 旋轉。並且，由於主軸齒輪44被下卡合銷47限制動作，因此與主軸 42 —體旋轉。因此如圖9 (a)所示，由於主軸齒輪44與離心轉子 23以相同的轉速旋轉，因此與固定在離心轉子23上的行星齒輪34 不產生相對運動，行星齒輪34能夠不產生自轉而以主軸42為中心公 轉。B卩，當上下動軸32位於下方時，由於微型晶片2以主軸42為中 心旋轉，離心力作用，因此處於離心分離模式。
當從圖8 (a)所示的狀態開始用控制部40驅動方向切換電動機 30使偏心凸輪29旋轉180°時，上下動軸32在彈簧45的上方向的 力的作用下上升。當像圖8 (b)所示那樣上下動軸32上升到上方， 上下動軸32的旋轉限制槽52離開主軸連接銷48，上卡合銷46插入 滑動軸承31的上卡合銷槽50中時，由於上下動軸32被固定在檢測 室19上的滑動軸承31限制動作，因此固定不旋轉。並且，由於主軸 齒輪44也被下卡合銷47限制動作，因此連接到檢測室19上固定不 旋轉。另外，雖然這裡敘述的是主軸齒輪44連接到檢測室19上固定 不旋轉，但如果連接到檢測室19以外的不旋轉的部件上固定的話， 當然也能夠使主軸齒輪44不旋轉。
下面用圖9 (bl) 圖11 (b5)說明像圖8 (b)所示那樣離心方 向切換機構28的上下動軸32位於上方時的微型晶片2的動作。圖9 (bl)為表示上下動軸32位於上方時的狀態的圖。雖然主軸齒輪44 固定不旋轉，但由於行星齒輪34旋轉自由地固定在離心轉子23上， 因此與離心轉子23 —起旋轉。由於行星齒輪34與主軸齒輪44卡合， 因此當離心轉子23旋轉時，行星齒輪34與主軸齒輪44卡合併旋轉。 即，行星齒輪34以行星主軸43為中心自轉並以主軸42為中心公轉 作行星運動。圖10 (b2)為表示從圖9 (bl)所示的狀態開始使離心 轉子23旋轉了 90°的狀態。行星齒輪34隨著離心轉子23的旋轉以 主軸42為中心公轉90° 。由於行星齒輪34與主軸齒輪44卡合自轉， 因此微型晶片2也旋轉a。。圖10 (b3)為表示從圖9 (bl)所示的 狀態開始使離心轉子23旋轉了 180°的狀態。行星齒輪34隨著離心 轉子23的旋轉以主軸42為中心公轉180° 。由於行星齒輪34與主 軸齒輪44卡合自轉，因此微型晶片2也旋轉2a ° 。圖ll (b4)為 表示從圖9(bl)所示的狀態開始使離心轉子23旋轉了 270°的狀態。 行星齒輪34隨著離心轉子23的旋轉以主軸42為中心公轉270° 。 由於行星齒輪34與主軸齒輪44卡合自轉，因此微型晶片2也旋轉3 a。。圖11 (b5)為表示從圖9 (bl)所示的狀態開始使離心轉子 23旋轉了 360°——即旋轉了一周的狀態。行星齒輪34隨著離心轉 子23的旋轉公轉360。。由於行星齒輪34與主軸齒輪44卡合自轉， 因此微型晶片2也旋轉4a。。
如上所述，當上下動軸32位於上方時，由於微型晶片2能夠以 行星主軸43為中心自轉並公轉作行星運動，因此處於離心方向切換 模式。
當從圖8 (b)所示的狀態開始控制部40再次驅動方向切換電動 機30,使偏心凸輪29旋轉180°時，上下動軸32在偏心凸輪29的 推壓下下降，變成圖8 (a)所示的離心分離模式。如果在圖11 (b5)
的狀態下切換到離心分離模式，則微型晶片2在旋轉了4a。的狀態 下以主軸42為中心旋轉，離心力也作用在旋轉了 4ci °的方向上。 通過這樣用離心轉子23操作主軸齒輪44切換操作離心分離模式和離 心方向切換模式，能夠在微型晶片2上作用各種不同方向的離心力。 作為一例，說明行星齒輪34的齒數為主軸齒輪44的齒數的4倍 的情況。從圖8 (a)所示的離心分離模式開始用控制部40驅動方向 切換電動機30，使上下動軸32上升，切換到圖8 (b)所示的離心方 向切換模式。在離心方向切換模式下，行星齒輪34以行星主軸43為 中心自轉並以主軸42為中心公轉作行星運動。如圖10 (b2)所示， 當從圖9 (M)所示的切換操作後的狀態開始使離心轉子23旋轉90 °時，行星齒輪34隨著離心轉子23的旋轉以主軸42為中心公轉90 ° 、自轉22.5° 。如圖10 (b3)所示，當從圖9 (bl)所示的切換操 作後的狀態開始使離心轉子23旋轉180。時，行星齒輪34隨著離心 轉子23的旋轉以主軸42為中心公轉180° 、自轉45° 。如圖ll(b4) 所示，當從圖9 (bl)所示的切換操作後的狀態開始使離心轉子23 旋轉270°時，行星齒輪34隨著離心轉子23的旋轉以主軸42為中 心公轉270° 、自轉67.5° 。如圖ll (b5)所示，當從圖9 (bl)所 示的切換操作後的狀態開始使離心轉子23旋轉360°——即旋轉1 周時，行星齒輪34隨著離心轉子23的旋轉以主軸42為中心公轉360 。、自轉90° 。在使離心轉子23旋轉1周的圖11 (b5)所示的狀態 下，用控制部40驅動方向切換電動機30使上下動軸32下降，使旋 轉限制槽52與主軸連接銷48卡合切換到離心分離模式。圖ll (b5) 為微型晶片2從圖9 (bl)的狀態旋轉了 90°的狀態。如果在圖11 (b5)的狀態下切換到離心分離模式，則微型晶片2在旋轉了 90° 的狀態下以主軸42為中心旋轉，離心力也作用在旋轉了90°的方向 上。
下面說明將旋轉限制槽52和主軸連接銷48設置在上下動軸32
與主軸42的徑向方向的對角線上——即將旋轉限制槽52和主軸連接 銷48隔開180°分別設置到上下動軸32和主軸42的圓弧上時的情 況。如果將旋轉限制槽52和主軸連接銷48設置到上下動軸32與主 軸42的徑向方向的對角線上的話，則即使在圖IO (b3)的狀態下也 能夠從離心方向切換模式切換到離心分離模式。圖10 (b3)為微型 晶片2從圖9(bl)的狀態開始旋轉了45。的狀態。如果在圖10 (b3) 的狀態下切換到離心分離模式，則微型晶片2在旋轉了 45°的狀態 下以主軸42為中心旋轉，離心力也作用在旋轉了45。的方向上。
這樣一來，通過行星齒輪34的齒數與主軸齒輪44的齒數之間的 關係、或旋轉限制槽52與主軸連接銷48的配置，能夠在使微型晶片 2旋轉到各種各樣的角度的狀態下使離心力作用，能夠在微型晶片2 上作用各種不同方向的離心力。
另外，雖然這裡說明的是離心方向切換機構28通過偏心凸輪29 使上下動軸32上升，用上卡合銷46固定上下動軸32和主軸齒輪44 的例子，但也可以考慮通過上下動軸32的截面與主軸齒輪44的截面 嵌合進行固定的形態;上下動軸32與主軸齒輪44用磁鐵固定的形態; 或者用離合機構固定的形態；分別驅動主軸42和主軸齒輪44，調整 轉速比例的形態等。並且，上下動軸32與檢測室19優選通過滑動軸 承31固定，主軸42為兩端支持的結構，提高了剛性，能夠降低離心 轉子23的旋轉引起的震動。
另外，雖然以上說明的是將一對微型晶片2收納到離心轉子23 中的狀態，但也可以將其中的一個換成與另一個平衡的僅僅配重，只 檢査一個微型晶片2。並且，還可以再增加能夠收容到離心轉子23 中的微型晶片2。
圖12和圖13為表示具備從下面能夠上下移動地支持微型晶片檢 查裝置的離心轉子23的支持部53的結構的圖。
如圖1所示，微型晶片檢査裝置由旋轉驅動源39將離心轉子23
對位到預定的位置上，通過微型晶片插入部4讓微型晶片2出入。當 該微型晶片2出入時，因合上晶片座5的蓋部6時等作用下方向的力， 該力傳遞給離心轉子23，有可能給離心轉子23施加負荷。即使是作 用很小的負荷，如果總是在同一位置上作用相同方向的負荷的話，也 有使離心轉子23變形或者損傷旋轉驅動源39的軸承，使離心轉子 23的中心軸相對於主軸42的軸平衡崩潰的危險。如果離心轉子23 偏心，則來自光源35的光傾斜地入射到微型晶片2中，透過吸光光 度測量部10的光路長度變長，有可能輸出錯誤的檢查結果。即，為 了在收容或取出微型晶片2時不給離心轉子23施加載重，需要支持 晶片座5或離心轉子23的結構。
如圖12和圖13所示，通過驅動支持部電動機55使支持部驅動 部54旋轉，支持部53能夠上下運動。支持部53與使由偏心凸輪構 成的支持部驅動部54旋轉連動，從下方支持離心轉子23，最好是支 持微型晶片2的重心，這裡為從下方支持行星主軸43。在收容或取 出微型晶片2時，使支持部53移動到上方，支持離心轉子23。這樣 一來，支持部53通過從下方支持離心轉子23，當插入微型晶片2時 具有抑制離心轉子23使其不旋轉的效果。在離心轉子23旋轉時，將 支持部53移動到下方，使其不妨礙離心轉子23的旋轉。即，在控制 部40驅動支持部電動機55使支持部53向上方移動後，將微型晶片 2收容到晶片座5中，然後再次驅動支持部電動機55使支持部53移 動到下方，之後驅動旋轉驅動源39使離心轉子23開始旋轉。然後， 在旋轉驅動源39使離心轉子23的旋轉停止後，再次驅動支持部電動 機55，使支持部53移動到上方，從晶片座5中取出微型晶片2。
圖14為表示具備從下面能夠上下移動地支持微型晶片檢查裝置 的離心轉子23的支持部53的其他結構的圖。
能夠上下移動的支持部53的結構並不局限於使用圖12和圖13 所示的支持部驅動部54。即，能夠像圖14所示那樣通過使由齒條構
成的支持部驅動部54的頂端的滑動面56與部件53下面的滑動面57 相抵接，將支持部驅動部54的水平方向的移動變換成支持部53的垂 直方向的移動，通過這樣使固定在可動軸58上的支持部53上下移動。 並且，即使在支持部53不支持離心轉子23而是支持晶片座5的情況 下，也具有在收容或取出微型晶片2時不給晶片座5施加載荷的效果。
下面用圖12說明在微型晶片檢查裝置進行檢查動作時將框體蓋 3固定到閉鎖狀態的鎖止部59。如圖1所示，框體1設置了用於供微 型晶片2出入的框體蓋3，但在離心轉子23旋轉時為了安全最好將 框體蓋3固定不要打開。因此，設置了固定框體蓋3不打開的鎖止部 59。鎖止部59例如具有齒條，由與支持部電動機55連接的鎖止部驅 動部60驅動。鎖止部59由與鎖止部驅動部60嚙合的齒條61和與齒 條61的框體1的側端部卡合的方柱或圓柱狀的突出部62構成。當支 持部電動機55驅動時，鎖止部驅動部60的小齒輪旋轉，齒條61向 離開主軸42的方向動作，突出部62的端部突出於框體1 一側，將框 體蓋3不打開地固定並保持在的閉鎖狀態。或者，當使齒條61向主 軸42的方向動作地旋轉鎖止部驅動部60時，突出部62的端部進入 框體1的內側，能夠使框體蓋3再次變成能夠開閉的狀態。
圖15 (a)為結構與圖1所示的微型晶片2的結構不同的微型芯 片2的外觀圖，圖15 (b)為圖15 (a)的A-A'剖面放大圖。
圖2所示的微型晶片2為只在一個地方設置了吸光光度測量部10 的單項目檢查用的微型晶片，但圖15 (a)所示的微型晶片2為形成 有多個吸光光度測量部10的多項目檢查用微型晶片。多項目檢查用 微型晶片2如圖15 (b)所示為在遮光性樹脂7的上表面和下表面粘 貼透光性樹脂8形成的，使光垂直透過微型晶片2的吸光光度測量部 10用吸光光度法進行分析的微型晶片。
圖16為結構與圖3所示的晶片座5不同、適用於圖15 (a)所示 的微型晶片2的晶片座5的外觀圖。
如該圖所示，晶片座5包括具有收容微型晶片2的晶片收容空間 12的樹脂制的箱部13和將微型晶片2對位在預定的地方並固定的金 屬制的蓋部6。蓋部6通過銷釘由支點14固定，設置有用於從外部 讀取粘貼到微型晶片2上的二維代碼11的代碼讀出器的讀取窗口 15 和用於檢測導入微型晶片2中檢體量是否足夠的未圖示的檢體量傳 感器讀取孔。
為了即使受離心力作用也不會打開，晶片座5將蓋部6的掛鈎固 定孔68鉤掛在箱部13的掛鈎67上固定。這是因為為了使導入微型 晶片2中的檢體即血液分離成血球和血漿，必須以例如每分鐘3000 轉的轉速旋轉1分鐘，旋轉時收納微型晶片2的晶片座5上作用有超 過400G的離心力。
並且，晶片座5必須以誤差在0.2mm以下的精度將微型晶片2 配置在晶片收容空間12內使之不能動彈。收納到晶片座5的內部的 圖15 (a)所示的微型晶片2在關閉蓋部6時，在X方向上箱部13 上設置的樹脂制的銷釘63擠壓在蓋部6上設置的X基準面64上， 在Y方向上蓋部6上設置的壓簧65擠壓在Y基準面66上，這樣進 行定位並固定。
圖17為表示適用於圖15 (a)所示的微型晶片2的微型晶片檢査 裝置中的光源64和檢測器65的配置例的局部剖視圖。
如該圖所示，從光源35射出的光由例如透鏡等變換成平行光， 平行光被反射鏡17反射，垂直透過微型晶片2的吸光光度測量部10， 透射光被檢測器36接收。通過這樣配置光源64和檢測器65，能夠 將收納有多項目檢查用的微型晶片2的晶片座5重新組裝到單項目檢 査用的微型晶片2所使用的微型晶片檢查裝置中，用吸光光度法進行 分析。
下面用圖18所示的流程圖說明微型晶片檢查裝置的操作過程。 在圖18中，在步驟Sl中將微型晶片2收容到微型晶片檢査裝置
中後，在步驟S2中用支持部電動機55驅動支持部驅動部54使支持 部53移動到下方。在步驟S3中用旋轉驅動源39使離心轉子23旋轉 130°後停止，二維代碼11位於與讀取代碼讀出器25相對應的位置。
在步驟S4中，讀取代碼讀出器25從代碼讀出器讀取窗口 15讀 取粘貼到微型晶片2上的二維代碼11。在步驟S5中將步驟S4中讀 取的二維代碼11的代碼信息發送給控制部40。在步驟S6中根據步 驟S5中發送給控制部40的代碼信息，從存儲在控制部40中的表中 選擇適用於組裝到晶片座5中的微型晶片2的驅動模式。
在步驟S7中，控制部40根據步驟S6中選擇的驅動模式驅動旋 轉驅動源39和離心方向切換機構28，決定離心分離模式中離心轉子 23的轉速、旋轉時間和作用於離心方向切換機構28中的微型晶片2 上的離心力的方向，將血液分離成血漿和血球，將血漿與試劑混合作 為檢測對象液，將檢測對象液導入吸光光度測量部10中。在步驟S8 中，由於使微型晶片2的吸光光度測量部10位於與光源35和檢測器 36相對應的位置上的晶片座5的自轉角度和離心轉子23的停止位置 已經預先存儲在控制部40中，因此，成為該姿勢位置地給旋轉驅動 源39和離心方向切換機構28輸出指示使它們驅動或停止。在步驟 S9中，從光源35使光透過微型晶片2的吸光光度測量部10，用檢測 器36接收透過光，計.算出吸光光度測量部10的檢測對象液中的檢測 對象成分的濃度。在步驟S10中，用旋轉驅動源39和離心方向切換 機構28使微型晶片2停止在與組裝時的初始位置相同的姿勢位置上。 在步驟Sll中，驅動支持部驅動部54使支持部53移動到上方，在步 驟S12中從晶片座5上取下微型晶片2。
下面用圖19所示的流程圖說明詳細敘述圖18的流程圖中步驟 S7的處理的操作順序。
圖19中，在步驟S21中，由旋轉驅動源39，以預定的轉速使離 心轉子23旋轉預定的時間，例如以2000rpm旋轉15秒，使導入微型
晶片2中的血液從導入口移動到流路等中。在步驟S22中，用旋轉驅 動源39使離心轉子23停止以使晶片座5的檢體量傳感器讀取孔16 位於與檢體量傳感器26相對應的位置上，用檢體量傳感器26判斷導 入微型晶片2中的血液是否足夠。此時，如果導入的血液不足，則使 離心轉子23停止，中止檢測。如果導入的血液足夠，則進行步驟S23 的處理。
在步驟S23中，用旋轉驅動源39使離心轉子23以預定的轉速旋 轉預定的時間，例如以3000rpm旋轉1分鐘，將血液分離成血漿和血 球。由代碼信息的流路的形狀和試劑的種類等決定需要作用於微型芯 片2上的離心力的方向及其大小，根據必要進行步驟S24 步驟S26 的處理。
在步驟S24中，驅動方向切換電動機30使偏心凸輪29旋轉180 ° ,通過這樣使上下動軸32上升，主軸連接銷48脫離上下動軸32 的旋轉限制槽52,上卡合銷46插入滑動軸承31的上卡合銷槽50中， 從離心分離模式切換到離心方向切換模式。主軸齒輪44雖然固定不 旋轉，但由於離心轉子23與旋轉驅動源39—起旋轉，因此與行星齒 輪34產生相對運動，行星齒輪34以行星主軸43為中心自轉，同時 以主軸42為中心公轉作行星運動。由此，微型晶片2能夠以行星主 軸43為中心旋轉，能夠自轉。在微型晶片2自轉時，旋轉驅動源39 以例如120rpm以下的、不在微型晶片2上產生離心力的作用的緩慢 速度旋轉。
在步驟S25中，當微型晶片2處於自轉到控制部40指示的角度 的狀態時，如果驅動方向切換電動機30使偏心凸輪29旋轉180° ， 則上下動軸32被偏心凸輪29擠壓下降，從主軸42突出的主軸連接 銷48與上下動軸32的旋轉限制槽52卡合，因此上下動軸32被主軸 42控制，與主軸42—體旋轉，從離心方向切換模式變更成離心分離 模式。
在步驟S26中，用旋轉驅動源39使離心轉子23以例如2000rpm 旋轉15秒，在使微型晶片2旋轉預定角度的狀態下產生離心力。結 果，能夠在微型晶片2上作用方向不同的離心力。如果檢測對象液在 結束步驟S26的狀態下能夠進行吸光光度檢測，則進行圖18所示流 程圖的步驟S8的處理。由代碼信息的流路形狀和試劑種類等再次改 變施加到微型晶片2上的離心力的方向，如果需要使離心轉子23旋 轉，則返回步驟S24的處理。
下面用圖20所示的流程圖說明修正晶片座5的自轉角度和離心 轉子23的停止位置以使晶片座5的小孔部18處於與檢測器36相對 應的位置上的處理的操作順序。
該修正處理在圖18的流程圖的步驟Sl中將微型晶片2收容到微 型晶片檢査裝置中之前進行。首先，在接通微型晶片檢查裝置的電源 的時刻，即在加熱的狀態下，在步驟S31中用旋轉驅動源39使離心 轉子23旋轉，再使晶片座5自轉，停止在使光源35和小孔部18以 及未圖示的透光孔和檢測器36分別位於對應的位置上的、存儲於控 制部40中的預定位置。
在步驟S32中，使晶片座5在停止位置附近動作，同時從光源 35射出光，用檢測器36接收該光，計算出光強度信號。在步驟S33 中，再次將步驟S32中算出的光強度信號為最大值的晶片座5的停止 位置存儲到控制部40中，將其作為用於吸光光度測量的晶片座5的 自轉角度和停止位置進行修正。這樣一來，通過修正晶片座5的停止 位置，能夠進行解決了離心轉子23的偏心等微型晶片2的安裝誤差 或晶片座5的製造誤差等微型晶片檢查裝置的翹曲的吸光光度測量。
這樣一來，如果採用本發明的微型晶片檢査裝置，由於具備能夠 根據控制器的指示停止在預定的角度的旋轉驅動源、使光入射到收納 於晶片座內部的微型晶片的吸光光度測量部的光源、以及接受透過吸 光光度測量部的光並根據該受光量計算出檢査結果的檢測器，因此能
夠在離心轉子上用微型晶片的吸光光度法進行分析。並且，由於具有 操縱旋轉驅動源、離心方向切換機構和吸光光度測量部的控制器，因 此如果使微型晶片檢査裝置動作，則能夠自動地獲得檢査結果，不需 要配備專門的檢查者。
權利要求
1.一種微型晶片檢查裝置，其特徵在於，具有能夠停止在預定角度的旋轉驅動源，與由上述旋轉驅動源旋轉的主軸相連接的離心轉子，對松嵌在上述主軸上的主軸旋轉體進行操作的離心方向切換機構，與上述離心轉子上所設置的上述主軸旋轉體卡合的行星旋轉體，與上述行星旋轉體一起旋轉的晶片座，收納到上述晶片座內部、具有吸光光度測量部的微型晶片，使光入射到上述微型晶片的吸光光度測量部的光源，接受透過上述吸光光度測量部的光的檢測器，以及控制上述旋轉驅動源和上述離心方向切換機構的動作的控制部。
2. 如權利要求1所述的微型晶片檢査裝置，其特徵在於，上述 離心方向切換機構切換操作到離心分離模式和離心方向切換模式，該 離心分離模式為將上述主軸旋轉體連結到上述旋轉驅動源、使行星旋 轉體不自轉而公轉的模式，該離心方向切換模式為將上述主軸旋轉體 連結到測量室並固定、使上述行星旋轉體作邊自轉邊公轉的行星運動 的模式。
3. 如權利要求1或2所述的微型晶片檢査裝置，其特徵在於，在上述離心轉子的下方設置上下動作的支持部以及驅動上述支持部 的支持部驅動部，當上述支持部移動到上方時，上述離心轉子由上述 支持部支持。
4. 如權利要求3所述的微型晶片檢査裝置，其特徵在於，上述 控制部具有使上述支持部移動到下方然後使上述離心轉子開始旋轉、 在上述離心轉子停止後使上述支持部移動到上方的功能。
5. 如權利要求1或2所述的微型晶片檢查裝置，其特徵在於， 在上述檢查裝置上設置有將框體蓋固定在閉鎖狀態的鎖止部和驅動 上述鎖止部的鎖止部驅動部，上述框體蓋由上述鎖止部保持閉鎖狀 態。
全文摘要
本發明提供一種在離心分離裝置的離心轉子上用微型晶片的吸光光度法進行血液分析、一次動作就能自動地獲得血液分析的檢查結果、不需要配備專門的檢查者等的微型晶片檢查裝置。該微型晶片檢查裝置的特徵在於，具有能夠停止在預定角度的旋轉驅動源(39)，通過主軸與旋轉驅動源相連接的離心轉子(23)，操作穿插到主軸中的主軸齒輪的離心方向切換機構(28)，與離心轉子上所設置的主軸齒輪卡合的行星齒輪，與行星齒輪一起旋轉的晶片座(5)，收納到晶片座內部、具有吸光光度測量部的微型晶片(2)，使光入射到微型晶片的吸光光度測量部的光源，接受透過上述吸光光度測量部的光的檢測器，控制旋轉驅動源和離心方向切換機構的動作的控制部。
文檔編號G01N35/00GK101097184SQ20071012637
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月29日 優先權日2006年6月30日
發明者小川義正, 金田和之 申請人:優志旺電機株式會社