微型晶片測定裝置的製作方法
2023-09-21 07:53:00 3
專利名稱：微型晶片測定裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及微型晶片的測定裝置。
背景技術：
近年來，在以醫療、生物工藝學為首的各種領域，正在開發使用微型晶片進行高精度、高靈敏度的分析或高效的物質合成的方法，該微型晶片稱為μ-TAS(μ-Total Analysis System，微全分析系統)或「Labon chip(晶片實驗室)」。例如，μ-TAS是將泵、閥門、注入、反應、分離、分析等化學工序集成在微型晶片中的器件，因為能夠實現在一般規模的化學工場所不能實現的高效率的化學反應，所以隱含著成為日常健康狀態檢查、實現根據個人體質差異來給藥或治療的有力工具的潛能。
在微型晶片分析系統中，為了測定檢查對象液(以下也稱「被檢查液」)中的檢測對象成分的濃度，一般使用吸光度分析法。
在吸光度分析中，將由在被檢查液中加入試劑而得到的含有吸光成分的測定對象液倒入微型晶片中設置的流路內，將該流路的直線狀部分作為吸光度測定部，用光檢測器對從光源放射出來並通過了該吸光度測定部的光進行檢測，並根據得到的吸光度，計算被檢查液中的檢測對象成分的濃度。
這種微型晶片的測定裝置，在例如專利文獻1中有記載。
然而，在上述的微型晶片分析系統中，根據分析的內容不同，照射的光的波段不同。因而，在具備出射類似雷射這種單一波長的光源時，分析的對象受到限定，所以為了使之具有通用性，優選使用可根據對象切換照射的光的波長的、放射波長範圍廣的光的光源。
因此，作為放射發光光譜為寬帶狀的光的光源，可以考慮例如燈。
其中，如果是短弧光燈，因輝度高，為點光源，所以從聚光性上考慮也屬優選。
圖8是示意性地表示微型晶片分析系統的光學系統的圖。
從短弧光燈10放射出的光，通過預定的光學元件(11、12)，從而被變換成平行光，而且只有預定範圍的波長被取出，入射到晶片支架20。入射到晶片支架20的光通過小孔20A，入射到微型晶片21的測定部21A的入射面21a，透過測定部21A中填充的被檢查液的透過光入射到作為受光元件的光電二極體31。受光元件31上連接著放大器32，光量放大後的數據被記錄在數據記錄器33(自動記錄裝置)等記錄裝置中。然後，預定的測定時間結束後，在未圖示的運算部解析測定數據，算出吸光度。光量數據由未圖示的控制部以預定的吸光度測定時間，例如以1s間隔檢測。
專利文獻1特開2004-109099號公報專利文獻2特開2003-107094號公報專利文獻3特開2005-040784號公報然而，在短弧光型放電燈中，在燈的壽命末期，有時會產生一種在電極間形成的弧光的位置變化的現象，該現象稱為弧光突變(arcjump)。如果產生弧光突變，在同一路徑中流動的熱電子流就會暫時性地改變路徑，在電阻和電壓變移的同時，光量也發生增減。如果發生弧光突變，來自燈的放射光的光量不穩定，由於形成在微型晶片上的光的入射部的截面積為例如1mm×1mm的極小的區域，所以即使是微小的光量變化，也會對微型晶片的測定帶來大的影響。
作為對此進行補正的方法，可以考慮對入射到微型晶片前的光量和透過(出射)後的光量的變化進行監控，但是實際上光軸調整非常困難，而且成本高，難以實現。
發明內容
本發明要解決的課題在於提供一種微型晶片測定裝置，能夠以比較簡單的結構降低短弧光型放電燈的光量的增減造成的影響，能夠得到可靠性高的測定結果。
本發明所涉及的微型晶片測定裝置，其特徵在於，具有光源燈和點亮該光源燈的燈點亮裝置，使來自上述燈的光透過微型晶片的被檢查液填充部，測定該透過光的光量，根據取得的數據測定被檢查液的吸光度，並具有燈光量檢測單元和控制單元，該燈光量檢測單元檢測來自光源燈的光量變化，該控制單元在根據來自該燈光量檢測單元的數據，檢測出變化時，中止或中斷微型晶片透過光的光量取得。
另外，其特徵在於，上述燈點亮裝置為恆電流驅動方式，上述燈光量檢測單元由燈電壓檢測電路構成，該燈電壓檢測電路根據上述光源燈的工作電壓的變化，檢測光量變化，上述控制單元進行如下控制將來自燈電壓檢測電路的數據和預先設定的預定值進行比較，當該數據在預定的範圍外時，中止其後的微型晶片透過光的光量取得。
另外，其特徵在於，上述燈電壓檢測電路構成為包含基準電壓發生用的恆電壓發生電源和放大器。
另外，其特徵在於，上述燈光量檢測單元由受光元件構成，該受光元件對來自上述光源燈的出射光直接受光，上述控制單元將來自上述受光元件的光量數據和預先設定的預定值進行比較，當該數據在預定的範圍外時，暫時中斷微型晶片透過光的光量測定。
根據本發明，可得到以下的效果。
(1)可提供一種微型晶片測定裝置，該微型晶片測定裝置通過進行控制，使其在弧光中檢測出變化時，中止或中斷微型晶片透過光的光量取得，從而可迴避因燈的光量變化而在吸光度的測定中產生影響，而能夠高精度地進行吸光度的測定，可得到可靠性高的結果。
(2)當燈點亮裝置為恆電流驅動方式時，如果設定成檢測電壓的變化來檢測弧光變化，就能夠以比較簡單的電路結構實現上述裝置。
(3)除了微型晶片透過光檢測用的受光元件以外，設置用於直接檢測來自燈的光量的受光元件，檢測弧光變化，由此能夠對微型晶片透過光的檢測實時地進行處理。
(4)能夠通過檢測弧光變化而預測燈的壽命，從而及時更換燈，使微型晶片測定裝置的檢測結果的可靠性保持高的狀態。
圖1是說明本發明的微型晶片測定裝置的結構的框圖。
圖2是構成弧光變化檢測單元的電路結構的一例。
圖3是說明本發明的微型晶片的測定程序的流程圖。
圖4是表示測定光量和燈電壓的時間圖的例子。
圖5是本發明的其他實施方式中，設置光量變化監控用受光器來檢測弧光變化時的說明用框圖。
圖6是示意性地表示本發明的其他實施方式的光學系統的結構的說明圖。
圖7是本發明的其他實施方式中的流程圖。
圖8是示意性地表示微型晶片分析系統的光學系統的圖。
具體實施例方式
圖1是本發明的微型晶片測定裝置的框圖，圖2是構成弧光變化檢測單元的電路結構的一例，圖3是本發明的流程圖，圖4是弧光檢測單元中的時間圖的例子。另外，在微型晶片測定裝置中，關於光學系統結構，和前8相同，所以用此進行說明。
另外，本實施方式的微型晶片測定裝置，是用吸光度分析法測定填充在微型晶片內的被檢查液(檢查對象)中的檢測對象成分的濃度的裝置。例如，該方法是測定GOT活性值的方法。
在圖1中，DC驅動電路是將來自商用電源的電力變換成直流，進行恆電流控制的裝置。
短弧光燈10是例如在石英玻璃制的真空管內部配置由鎢構成的電極，並封入了氙氣的氙燈，電極間距離為0.7mm，額定功率為75W，額定電壓(Vr)為14.3V。
如果用氙燈，可得到較大發光強度，並容易點光源化，在波長250～1400nm的大範圍波長區域具有連續光譜，在吸光度測定中較多使用的波長區域(具體而言是波長300～800nm的區域)中可以得到沒有明線產生的、穩定的放射光譜。
在DC驅動電路23的前面，具備點火電路24，在此形成的起動用高壓施加在短弧光燈10上。
從短弧光燈10放射出來的光，如前8所示，通過預定的光學元件(11、12)，從而變換成平行光，而且只有預定範圍的波長被取出，入射到晶片支架20。入射到晶片支架20的光通過小孔20A，入射到微型晶片21的測定部21A的入射面21a。
在DC驅動電路23上，作為燈光量檢測單元，連接著檢測燈電壓的變化的燈電壓檢測電路40。該燈電壓檢測電路40具體地由圖2所示的電路構成。
在圖2中，標號41是差動檢測用的儀表放大器，燈的+側端子連接著其一邊的端子411，燈的-側端子通過基準電壓發生用電源42連接著另一邊的端子412。
基準電壓發生用電源42由恆電壓發生電源構成，發生和短弧光燈10的額定電壓近似了的電壓。儀表放大器41取得從燈電壓VL減去基準電壓發生用電源42發生的基準電壓值的電壓值後，由差動放大率調整用電阻R1以預定的倍率將差動放大，並將該放大值Vdiff(V)向微型晶片測定單元50送出。
微型晶片測定單元50如圖1的框圖所示，構成為具備控制單元51、測定光量檢測部30、運算單元52和顯示單元53。
從燈電壓檢測電路40發送到微型晶片測定單元50的電壓值在控制單元進行處理，如果該值在預先規定的預定範圍內，就將能夠取得光量數據的信號發送到測定光量檢測部30。當其在預定的範圍外時，就判斷產生了弧光的變化而中止吸光度測定。而且，對顯示單元53進行指示，使其顯示「測定錯誤」。
在控制單元設定的預定的範圍是指，例如對在從燈點亮後10分鐘到11分鐘之間的1分鐘內的電壓放大值Vdiff(V)數據取平均值，設定在該值Vav(V)±5％的範圍內的範圍。
光檢測單元，例如具備前8所示的測定光量檢測部30(即受光元件(31)、放大器32和數據記錄器33)而構成，根據來自圖1的控制單元51的光量數據取得指示，檢測光量。受光元件(31)具體地由矽光電二極體構成。該矽光電二極體31是對波長300～1100nm的波長區域的光具有靈敏度的受光元件，對透過微型晶片21的測定部21A的透過光進行受光，將其變化成電壓值。數據記錄器33，記錄並保存用放大器32放大了的電壓值和光量測定時刻。
然後，如果圖1的控制單元51判斷出預定的吸光度測定時間已經結束，則在光檢測單元中檢測、保存的電壓數據被輸出到運算單元52。
運算單元52根據電壓數據算出吸光度變化率(傾斜度)，由預先設定的運算公式換算成各種值。然後，將得到的值顯示在顯示單元53上。
如此，當檢測出燈電壓的變化時，即產生了弧光突變或閃爍時，會中止光量測定，所以就能夠得到可靠性高的測定結果。
圖3是說明本實施方式的操作程序的流程圖。參照圖1、圖3和圖8，說明本發明的操作程序。
1.燈10和微型晶片21的測定準備完畢時，通過手動的開關操作開始測定。吸光度測定時間被預先設定，檢測GOT活性值時，吸光度測定時間為例如10分鐘左右。
2.控制單元51判斷預定的測定時間是否已經結束(步驟S11)，如果是測定時間內，就從控制單元51向燈電壓檢測電路40發出指示，使之取得Vdiff(V)數據。
3.燈電壓檢測電路40取得Vdiff(V)(步驟S12)後，將其發送到控制單元51。控制單元51將Vdiff(V)和預先設定的預定值進行比較(步驟S13)，如果在預定的範圍內，就向測定光量檢測部30發出指示，使之取得光量數據。
4.測定光量檢測部30取得光量數據(步驟S14)，並將其保存(步驟S15)。光量數據保存後，返回到最初的步驟S11，如果是測定時間內，就重複步驟S11～步驟S15的操作。Vdiff(V)數據的取得間隔為例如每隔1秒進行，如果沒有Vdiff(V)的變化，光量檢測每秒進行。
5.在步驟S13，當Vdiff(V)在預先設定的預定範圍外時，就通過顯示單元53顯示「測定錯誤」，促使進行燈更換，並中止吸光度測定。
6.在步驟S11中，預定的測定時間結束後，將在測定光量檢測部30保存的數據送到運算單元52。
7.運算單元52將作為光量數據而得到的電壓值運算成吸光度(步驟S17)，並進一步由此計算吸光度變化率(傾斜度)(步驟S18)。
然後，根據預先設定的運算公式從相應的吸光度變化率換算成GOT活性值(步驟S19)，將得到的GOT活性值在顯示單元53上進行顯示(步驟S20)。
在此，圖4為表示微型晶片21的入射面21a上的光量(μW)和電壓(V)的時間圖的例子。圖中的曲線分別為實際的燈電壓(V)、被放大了的電壓數據Vdiff(V)、光量(μW)。燈點亮後經過10分鐘後，對電壓數據Vdiff(V)測定1分鐘，算出其平均值，將該值±5％的範圍作為預定範圍(Vav±5％範圍)。進行預定範圍檢測後，迅速開始光量測定，採集10分鐘的數據。另外，在本例中，是基準電壓發生用電源發生的基準電壓Vs(V)為14.6V，並將差分放大了20倍的例子。
額定電壓Vr(V)和基準電壓Vs(V)的差的絕對值為|14.3-14.6|＝0.3(V)。因而，該例中的燈電壓VL(V)的電壓數據Vdiff(V)就被描繪在0.3×20＝6(V)附近。
另外，如果將上述計算公式一般化，則差動放大電壓如下差動放大電壓Vdiff＝|燈電壓-基準電壓值Vref|×放大器放大率在圖4的例中，測定開始約5分鐘後，產生了光量的變化(用箭頭表示)。從該時刻開始，電壓數據Vdiff(V)的傾斜發生變化，降低到大大低於Vav-5％的線。如此，當燈電壓發生變化，其值在Vav±5％的範圍外時，明顯是因為產生了弧光突變或閃爍等光量的變化。
另外，從該時間圖可以明確看出，在燈電壓數據中，光量的變化峰值和電壓的變化峰值不一致，所以難以實時地判定能否取得光量。因此，根據燈電壓變化來檢測光量變化時，優選的是，在檢測出異常的時刻，就中止吸光度測定，更換光源用的短弧光燈和微型晶片。
在以上的本實施方式中，在檢測燈電壓的微小變化時，將燈電壓和基準電壓的差分放大的理由如下即，對於電壓的測量和處理，一般是用數字進行處理，所以如果電壓變化微小，是在不滿電壓測量單元的有效位數的範圍內發生變化，就有可能看不出來。如果電壓的測量單元的有效位數例如有6位或7位，即使是微小變化也能夠以高解析度進行測定的單元，就不需要放大。但是，附設這種高性能的電壓計，只會導致裝置的高成本化，不現實。
而且，如本發明所示，在對取得的電壓進行數字處理以前，即在模擬的階段進行放大，在能夠以較低的成本實現。而且，通過取得電壓和基準值的差分，而在微小變化的檢測中排除無用的高位數的數值，微小的變化也能夠準確無誤地檢測。
特別是在微型晶片檢測裝置中使用的短弧光燈，額定功率為例如50～75W，燈電壓為例如12～15V左右，弧光突變或閃爍導致的電壓變化極小，不到燈電壓的1％。相對於燈電壓的十幾伏，檢測不到0.1V的變化極其困難，但是如上所述，通過取得燈電壓和基準電壓的差並將其放大，就能夠以高精度檢測到微小的燈電壓偏差。
因而，如本發明所示，通過將燈電壓變化放大而取得電壓數據Vdiff(V)的方法，伴隨弧光變化的微小的電壓變化也能夠準確地檢測。
另外，在上述結構中，基準電壓發生用電源所發生的基準電壓值如前面所述，設定在燈的額定電壓附近即可。而且，在短弧光燈中隨著使用時間的增大，電極磨損，極間擴大，所以呈現燈電壓慢慢上升的趨勢。從而，在實際使用中，優選的是，每次測定吸光度時對基準電壓發生用電源所發生的基準電壓值進行補正，並按此取得電壓數據Vdiff(V)。
基準電壓值Vref＝燈點亮後10分鐘到11分鐘的1分鐘的電壓的平均值在此，從燈點亮後10分鐘後開始取得電壓的理由，是因為燈剛點亮後，燈的弧光不穩定，電壓值的變化大，經過10分鐘後就能夠取得穩定狀態下的電壓值。
根據以上說明的本發明，以電壓值為基礎檢測短弧光燈的弧光變化，在弧光發生了變化時，不進行透過微型晶片的光的光量測定，所以在伴隨弧光變化發生光量的增減時，能夠迴避不必要的測定，能夠以高精度實現微型晶片中預期的測定。
而且，在用電壓值檢測弧光的變化時，也用其放大值判斷是否發生弧光變化，所以連比電壓計的檢測極限更小的變化也能夠檢測，能夠準確地辨別出發生了弧光變化。
以下說明和上述不同的本發明的實施方式。圖5是設置光量變化監控用受光器，檢測弧光變化時的說明用框圖，圖6是示意性地表示光學系統的結構的說明圖。另外，在圖5、圖6中，對於和前面用圖1、圖8說明過的部件相同的結構，標以相同的標號，並省略其說明。
本實施方式和上述的實施方式的不同之處在於，作為燈光量檢測單元，還具備有受光元件60來替代燈電壓檢測電路，該受光元件60對來自燈的出射光進行監控。弧光變化檢測用受光元件60是用於對燈的弧光變化進行監控的元件，具體地由矽光電二極體構成。在此，作為受光元件60的矽光電二極體，具體地是對波長300～1100nm的波長區域的光具有靈敏度的物體，對從配置在其前面的小孔61透過的光進行受光，將光量數據變換成電壓值，並將該數據發送給圖5中的微型晶片測定單元50。小孔61是將來自短弧光燈10的光縮小，使受光元件60對著短弧光燈10的中心，使得在用受光元件60進行受光時，由小孔61去掉一定程度的光量，從而在短弧光燈10和小孔61之間不需要配置特別的光學系統就能夠檢測微小的光量變化。例如，當用具有和微型晶片21透過光檢測用的光電二極體31相同程度的檢測能力的光電二極體構成弧光變化檢測用的受光元件60時，優選的是使入射到各受光元件31、60的光的強度近似，為此，優選的也是使小孔的開口直徑d1(mm)小於形成在晶片支架20上的小孔20A的開口直徑d0(mm)，將光量縮小。
微型晶片測定單元50得到用弧光變化監控用受光元件60取得的光量數據後，在控制部對照其是否在預先設定的光量變化範圍內，並判斷能否取得來自微型晶片的透過光。另外，此處的光量變化範圍，是以燈點亮後10分鐘到11分鐘之間的1分鐘內的光量數據的平均值為基準值，以其±5％作為預定的範圍。
用弧光變化監控用受光元件60取得的光量數據如果是在預定的光量變化範圍內，就向測定光量檢測部30進行指示，使其取得來自微型晶片的透過光的光量。另一方面，當變化超過預定的範圍時，就對測定光量檢測部30進行控制，使其不進行光量取得，其後，如果弧光變化監控用受光元件60的光量達到了預定的光量範圍，就再開始由測定光量檢測部30進行的光量取得。
圖7是本實施方式中的流程圖。另外，本例也和前面的實施方式一樣，是表示檢測GOT活性值時的例子。吸光度測定時間為例如10分鐘左右。
參照圖5～圖7，說明本實施方式中的操作程序。
1.短弧光燈10和微型晶片21的測定準備結束後，由自動或手動的開關操作，將測定開始信號發送給微型晶片測定單元50中的控制單元51。
2.在控制單元51，判斷預定的測定時間是否已經結束(步驟S21)，如果是測定時間內，就從該控制單元51對弧光變化監控用的受光元件60(光電二極體)發出指令，使其取得短弧光燈10的光量數據。
3.由弧光變化監控用受光元件60取得光量數據(步驟S22)後，該數據被送到控制單元51。控制單元51將得到的光量數據和預先設定的預定值進行比較(步驟S23)，如果在預定的範圍內，就對測定光量檢測部30發出指示，使其取得透過微型晶片21的光量數據。
4.測定光量檢測部30用光電二極體31對透過微型晶片21的光進行受光，取得光量數據(步驟S24)後，將其保存在數據記錄器33中(步驟S25)。光量數據保存後，返回到最初的步驟S21，如果是測定時間內，就重複同樣的步驟S21～步驟S25的操作。弧光變化監控用受光元件60中的光量數據的取得間隔為例如每隔1s進行，如果沒有檢測出弧光的變化，則與此同步地，在測定光量檢測部30也每隔1s進行光量檢測。
5.在步驟S23，當光量數據在預定的範圍外時，測定光量檢測部30就不進行光量取得，返回到最初的步驟S21。然後，如果是在預定的吸光度測定時間內，就重複步驟S21～步驟S25的操作。
6.在步驟S21，預定的測定時間結束後，在測定光量檢測部30取得並保存的數據被送到運算單元52。運算單元52將光量數據的數和預先規定的值進行比較(步驟S26)，如果是在規定值以上，就進入下一個步驟S27。
7.運算部將作為光量數據而得到的電壓值運算成吸光度(步驟S27)，並進一步由此計算吸光度變化率(傾斜度)(步驟S28)。然後由預先設定的運算公式從相應的吸光度變化率換算成GOT活性值(步驟S29)，並將得到的GOT活性值顯示在顯示部上(步驟S30)。
8.另一方面，在步驟S26，光量數據的數沒有達到規定值時，因為數據不足而不能運算，所以在顯示單元顯示「測定錯誤」(步驟S31)。
另外，在步驟S26，光量數據的不足意味著光量的變化較多。例如，每隔1s取得數據時，在吸光度測定期間(10分鐘，即600秒)，數據個數不到八成(即不到480個)時，就判斷為有效數據數少並顯示錯誤(步驟S31)。這意味著燈弧光的異常頻繁發生，燈處於壽命末期，所以優選通過顯示裝置等同時也顯示「燈更換警告」的警報。
如此，根據用在燈的旁邊另行設置的受光器取得光量的裝置，能夠在弧光變化期間不採集數據，實時地進行處理。
以上就本發明說明了實施方式，但是本發明並不限於上述實施方式，毋庸置疑可進行各種變形、變更。例如，基準電壓值和基於電阻的放大率不限於上述的值，可以適當地設定。另外，光源用的放電燈除了氙燈之外，可以使用適於作為投影裝置的光源的超高壓水銀燈、短弧光型金屬滷化物燈等。
權利要求
1.一種微型晶片測定裝置，具有光源燈和點亮該光源燈的燈點亮裝置，來自上述燈的光透過微型晶片的被檢查液填充部，測定該透過光的光量，根據取得的數據測定被檢查液的吸光度，其特徵在於，具有燈光量檢測單元，檢測來自光源燈的光量變化；和控制單元，在根據來自該燈光量檢測單元的數據，檢測出變化時，中止或中斷微型晶片透過光的光量取得。
2.根據權利要求1所述的微型晶片測定裝置，其特徵在於，上述燈點亮裝置為恆電流驅動方式，上述燈光量檢測單元由燈電壓檢測電路構成，該燈電壓檢測電路根據上述光源燈的工作電壓的變化，檢測光量變化，上述控制單元進行如下控制將來自燈電壓檢測電路的數據與預先設定的預定值進行比較，當該數據在預定的範圍外時，中止其後的微型晶片透過光的光量取得。
3.根據權利要求2所述的微型晶片測定裝置，其特徵在於，上述燈電壓檢測電路構成為包含基準電壓發生用的恆電壓發生電源和放大器。
4.根據權利要求1所述的微型晶片測定裝置，其特徵在於，上述燈光量檢測單元由受光元件構成，該受光元件直接接受來自上述光源燈的出射光，上述控制單元將來自上述受光元件的光量數據和預先設定的預定值進行比較，當該數據在預定的範圍外時，暫時中斷微型晶片透過光的光量測定。
全文摘要
本發明提供一種微型晶片測定裝置，能夠降低因短弧光型放電燈的光量的增減而帶來的影響，能夠得到可靠性高的測定結果。本發明所涉及的微型晶片測定裝置，其特徵在於，具有光源燈和燈點亮裝置，使來自燈的光透過微型晶片的被檢查液填充部，測定該透過光的光量，根據取得的數據測定被檢查液的吸光度，並具有燈光量檢測單元和控制單元，該燈光量檢測單元檢測來自光源燈的光量變化，該控制單元根據來自該燈光量檢測單元的數據，在檢測出變化時，中止或中斷微型晶片透過光的光量取得。
文檔編號G01N33/48GK1904588SQ200610105788
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月25日 優先權日2005年7月25日
發明者松本茂樹, 小新堂透 申請人:優志旺電機株式會社