Анализатор

Анализатор

Реферат

 

В анализаторе, характеризуемом наличием кристалла и детектора, кристалл представляет собой элемент из органического полимера, имеющий тонкий капилляр, через который протекают проба флюида или проба флюида и флюид-реагент; может осуществляться химическое взаимодействие пробы в капилляре без использования специальных средств взвешивания. Детектор является детектором с фототермическим преобразованием для измерения изменения физической величины, например изменения коэффициента преломления, вызванного частичным изменением температуры пробы и реагента, с помощью приложения возбуждающего света к веществу, которое необходимо измерить. Технический результат: создается малый анализатор, превосходный в отношении переработки использованных кристаллов, способный производить анализ недорого, просто и за короткое время. 12 з.п. ф-лы, 27 ил.

Изобретение относится к анализатору для простого анализа и исследования малых количеств образцов.

Уделяется внимание важности выполнения анализов или измерений в тех местах, где анализы или измерения являются необходимыми, или вблизи них (в дальнейшем упоминается в целом как "анализы НМЛ, и тому подобное"), таких как анализ для диагностики непосредственно у постели больного с проведением измерений, необходимых для медицинской диагностики рядом с пациентом (анализы НМЛ (на месте лечения)), для анализа опасных веществ в реках и в отходах в таких местах как реки, земляные дамбы и тому подобное, и инспекции загрязнений в каждом месте приготовления, заготовки и импорта пищевых продуктов, и ударение в настоящее время делается на развитие методов диагностики и устройств, применяемых для этих анализов НМЛ и тому подобное. Эти анализы НМЛ и тому подобное, согласно требованиям, должны производиться просто, за короткое время и недорого.

Что касается обычных методов микроанализа, как правило, используются устройства ГХ-МС и устройства ЖХМС для количественной характеристики образцов с помощью масс-спектрометра после разделения образца с помощью капиллярной газовой хроматографии (КГХ), капиллярной жидкостной хроматографии (КЖХ) и тому подобное.

Однако эти анализаторы не являются пригодными для использования в таких точках измерения, как у постели пациента, загрязненные реки и земляные дамбы, поскольку масс-спектрометры являются большими по размеру и сложными в работе. Далее, для анализаторов, предназначенных для использования в медицинской диагностике с использованием крови и тому подобного в качестве образцов, является желательным, чтобы вступающие в контакт детали были заменяемыми.

Для решения этих проблем была предложена концепция методов, называемая, в целом, TAS (micro total analysis system - микросистема для тотального анализа), предназначенная для того, чтобы сделать обычно используемые анализаторы меньшими и осуществлять взаимодействие и разделение образцов с использованием кристаллов в несколько квадратных сантиметров, содержащих капилляры для осуществления электрофореза, используемого для просто осуществляемого микроанализа (Sensors and Actuators, Bl (1990), 244-248, A. Manz et al.). Эта ТАS имеет те преимущества, что количества образцов и реагентов, необходимых для диагностирования компонентов и количества отходов, и отходы, возникающие от использования расходуемых материалов и тому подобное, уменьшается, и диагностирование может быть осуществлено за короткое время.

ТАS состоит из образцов, состоящих, в свою очередь, из жидкостей, газов и тому подобное (в дальнейшем упоминается как "флюид"), в кристалле, средств для переноса реагентов и средств для достижения их взаимодействий и тому подобное, в дополнение к вышеуказанным кристаллам и методам анализов, для каждого из которых производится исследование.

Однако каждый из них имеет недостатки, как описывается ниже, и полная TAS, объединяющая все эти компоненты, при настоящих обстоятельствах еще не завершена.

Например, материалы, формирующие капилляр, как правило, представляют собой стекло и кремний, который необходимо прецизионно обрабатывать с высокой степенью точности (например, выложенный патент Японии 2-245655), но они также имеют те недостатки, что стоимость процесса является очень высокой и требуется осторожное обращение, поскольку они легко ломаются, и тому подобное. Более того, как описано выше, при использовании в медицинской диагностике и тому подобном, является желательным, чтобы кристаллы были заменяемыми, поскольку они вступают в контакт с образцами, выделяемыми у пациентов, такими как кровь и тому подобное, но такие материалы, как стекло и кремний, являются негорючими, создавая, таким образом, проблемы также и при обработке отходов.

В качестве исследования, предназначенного для решения этих проблем, возникающих, когда используется стекло и кремний, предложен способ, в котором кристаллы изготавливают из смолы (R.M. McCormick et al./Anal. Chem. Vol. 69, No. 14 (1997), 2626-2630, выложенный патент Японии 2-259557, патент Японии 2639087 (Регистрация: 25 апреля, 1997, Shimadzu Corp.). Способ производства кристаллов из смолы включает способ, при котором поверхность кремниевой пластины обрабатывается с использованием прецизионной технологии обработки полупроводников с последующим электроосаждением Ni и удалением Si путем растворения и тому подобное, с получением шаблона, для обработки смолы, и затем акриловая смола или нечто подобное обрабатывается с помощью формования литьем, при этом описанный выше шаблон используется в качестве матрицы для формования кристаллов (Analytical Chemistry 69, 2626-2630 (1997) (Aclara Biosciences)).

Таким образом, кристаллы, выполненные из смолы, являются превосходными в отношении заменяемости и массового производства, но доставляют проблемы, как описано ниже, когда флуоресцентные методы, абсорбциометрические методы и тому подобное, используемые в обычных детектируемых устройствах, адаптируются в качестве средств для детектирования веществ в кристалле, как в случае стекла и кремния.

Уровень техники будет дополнительно описан ниже с акцентом на устройства детектирования.

Методы анализа образцов, протекающих в капилляре, как правило, включают методы флуоресцентной спектроскопии (например, S.C. Jacobson et al., Anal. Chem. Vol. 66, 4127-4132, 1994, выложенный патент Японии 2-245655), абсорбциометрические методы (например, N. Kuroda et al., J. Chromatogr., Vol. 798, 325-334, 1998), и методы хемилюминисценции (например, М.F. Regehr et al., J. Capillary Electrophor, Vol. 3, 117-124, 1996).

Среди этих методов метод хемилюминисценции и флуоресцентный метод являются методами, в которых вещество, которое необходимо детектировать, в присутствии катализатора преобразуется в соединение в возбужденном состоянии, например окислитель, и обнаруживается энергия, испускаемая в виде света, когда соединение переходит из этого состояния в основное состояние (в случае флуоресцентного метода энергия переносится к приемнику энергии, существующему совместно с возбужденным соединением, и определяется энергия, испускаемая, когда этот приемник переходит из возбужденного состояния в основное состояние). С другой стороны, абсорбциометрический метод является методом, при котором в раствор, содержащий вещество, которое необходимо определить, вводится свет для измерения интенсивности проходящего света и определения отношения интенсивности проходящего света к интенсивности падающего света. Что касается чувствительности, в целом можно сказать, что порядок, от самой низкой до самой высокой, является следующим: абсорбциометрический метод, флуоресцентный метод и хемилюминесцентный метод.

В качестве главных хемилюминесцентных реакций в течение долгого времени известны методы, использующие люминол и люцигенин. Кроме того, хемилюминесцентная реакция имеет такие преимущества, как высокая скорость и высокая чувствительность и относительно недорогое устройство, поскольку для детектирования не требуется источника света, но она имеет те недостатки, что люминесценция быстро затухает, реагенты для использования являются нестабильными, фон является высоким.

Подобным же образом, флуоресцентный метод имеет то преимущество, что его система реакций известна в течение долгого времени, но он требует источник возбуждающего света в качестве оптической системы и оптические фильтры для разделения возбуждающего света и флуоресценции.

Кроме того, эти методы, использующие явления люминесценции, доставляют проблемы с плохой эффективностью сходимости света, поскольку излучаемый свет расходится во всех направлениях. В случае флуоресцентного метода общая применимость не является высокой, поскольку выход флуоресцентного излучения является низким, и является необходимым создание системы реакции для преобразования вещества-объекта, которое необходимо измерить, в вещество с ограниченной флуоресценцией.

В частности, в области клинических исследований для медицинской диагностики, поскольку интеграция измеренных значений с величинами, получаемыми стандартными методами, определяемыми академическими сообществами, и тому подобное, находится в процессе развития, существенные изменения в системах измерений могут вызывать проблемы.

Кроме того, абсорбциометрический метод имеет тот недостаток, что является необходимым создание длины оптического пути, достаточно большой для того, чтобы получить точные результаты, и особенно длинный оптический путь получается для определения незначительных количеств образцов, при этом структура ячеек детектора становится сложной, поскольку принципиально определяется соотношение падающего света к проходящему свету.

Таким образом, исследование с помощью общепринятых абсорбциометрических методов и флуоресцентных методов с использованием кювет и тому подобного может осуществляться с использованием относительно малых устройств, но измерение с помощью кристаллов, снабженных капиллярами, предназначенными для применения в анализах НМЛ, и тому подобное, делает возможной только малую длину оптического пути, поскольку диаметр капилляра уменьшается, и может быть получена только низкая чувствительность.

Предложены способы, в которых свет не поступает в капилляр вертикально, а вводится в направлении потока для получения большой длины оптического пути (например, выложенный патент Японии 8-304339), но эти способы имеют тот недостаток, что исследование в направлении потока не является простым в случае капилляров, сформированных в кристаллах, и структура кристалла вместе со структурой его детектирующих частей становится более сложной.

В качестве другого способа детектирования незначительных количеств компонентов в течение длительного времени известен способ фототермического детектирования (метод детектирования с тепловой линзой), в котором образцы в жидкости возбуждаются с помощью возбуждающего света, создавая так называемую тепловую линзу, и изменения в тепловой линзе измеряются с помощью детектируемого света (выложенный патент Японии 60-174933, А. С. Boccara et al., Appl. Phys. Lett. 36, 130, 1980).

В способе фототермического детектирования с помощью возбуждающего света формируется тепловая линза толщиной, как правило, от около 0, 1 мкм до 1 мм. В том случае, если может быть обеспечена достаточная длина оптического пути, например около 1 см, способ фототермического детектирования, как правило, не используется, поскольку требуется два вида источников света, то есть возбуждающий свет и детектируемый свет, в противоположность абсорбциометрическому способу и флуоресцентному способу. Кроме того, возбуждающий свет и детектируемый свет делаются коаксиальными и должны пройти по капилляру, вызывая, таким образом, усложнение устройства.

Однако предложены способы, в которых два лазера не являются коаксиальными, но располагаются под углом или навстречу друг другу (J. Liquid Chromatography 12, 2575-2585 (1989), выложенный патент Японии 10-142177 (Molecular Biophotonics)), а также способы, в которых свет одного лазера разделяется при использовании, и детектируется сдвиг положения фокуса самого по себе, вызванный фототермическим преобразованием (выложенный патент Японии 4-369467 (Yokogawa Electric Corp.)).

Одним из примеров способа фототермического детектирования с использованием Аr лазера и He-Ne лазера является способ, в котором образец помещается на стеклянную пластинку и образует сэндвич с другой стеклянной пластинкой (Anal. Chem. 65, 2938-2940 (1993)).

Далее, существует пример, где ввод света производится с наружной стороны планарного кристалла, содержащего капилляры, в анализатор, который направляет жидкость с использованием насосов (Analysis No.4, 280-284, 1997, M. Harada et al. , Anal. Chem. Vol. 65, 2938-2940, 1993, Kawanishi et al., Japan Analytical Chemistry, Abstracts of 44th Annual Meeting, p.119, 1995, и тому подобное).

Эти способы фототермического детектирования главным образом предназначены для улучшения локальной абсолютной чувствительности типа "сколько молекул может детектироваться". Таким образом, доминируют способы, в которых лазерный свет сфокусирован настолько, насколько это возможно, возбуждающий свет фокусируется в малом объеме, и детектируется тепловая линза, возникающая в микроскопической области.

Более того, среди этих примеров также находятся такие, которые демонстрируют концепцию, когда системы с химической реакцией, такие как реакционные емкости, элементы для контроля жидкости и детектирующие части, интегрируются в кристалле (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)). Далее, в этих примерах, формируются капилляры, и стекло, таким образом, используется в качестве материала для образования канавок на его поверхности.

В случае, когда в качестве материалов для кристаллов используются кремний и стекло, на подложке, выполненной из стекла, кварца, или на Si подложке, с использованием такой технологии, как вакуумное испарение, формируются защитные покрытия для травления (Сr и тому подобное) толщиной несколько тысяч ангстрем, и на нее с использованием центробежного устройства наносятся структурообразующие кислотоупорные слои. Затем этот слой подвергают действию ультрафиолетового света с использованием маски для фотолитографии, с последующим осуществлением проявления (удаление не отвержденной части с помощью растворителя) структуры, что приводит к получению желаемой конфигурации. Затем, используя структурированный кислотоупорный слой в качестве маски при травлении, защитное покрытие при травлении растворяется и удаляется с помощью раствора феррицианиада калия, что приводит к образованию структуры. Затем, используя структурированный кислотоупорный слой и защитное покрытие при травлении в качестве масок, подложку вытравливают с помощью раствора фтористоводородной кислоты, например, для образования канавки. Затем кислотоупорный слой и защитное покрытие вытравливаются. Кроме того, в дополнение к описанной выше подложке, такая подложка как стекло, снабженная сквозными отверстиями, создается с использованием такой технологии как ультразвуковая обработка.

Наконец, после того как подложка, снабженная канавками, и подложка, снабженная сквозными отверстиями, ламинируются, при этом канавка находится на ее внутренней стороне, ламинированные подложки нагреваются, например, в вакуумной печи (в случае, когда обе они являются стеклянными пластинами, примерно при 600^oС в течение нескольких часов), а затем их оставляют, чтобы они остыли и сплавились вместе с образованием кристалла.

Как описано выше, в случае стекла канавки должны создаваться на плоской поверхности стекла одна за другой для получения кристаллов, использующих такой способ в качестве расширения технологии для создания полупроводниковых интегральных схем (сочетание технологии фотолитографии и технологии травления). Кроме того, в процессе производства используют множество вредных химикалиев, и процесс производства занимает многие часы и требует дорогостоящего оборудования, используемого в производстве полупроводников, и тому подобное. Далее, описанный выше кристалл, выполненный из стекла, имеет тот недостаток, что оно может расколоться, и с ним нужно обращаться осторожно.

Далее, для использования в медицинской диагностике кристалл может вступать в контакт с образцами, берущимися у пациентов, такими как кровь, и желательно, чтобы описанный выше кристалл был выполнен заменяемым, но стекло является негорючим материалом, таким образом, вызывая проблемы и при уничтожении отходов. Поэтому оно не является пригодным для использования при анализах НМЛ и тому подобное, требующих удешевления.

С другой стороны, для медицинской диагностики, концентрации различных веществ в образцах, берущихся из биологической тел, таких как кровь, моча и спинномозговая жидкость, широко определяются количественно или качественно. Параметры, которые должны определяться в образцах, берущихся из биологических тел, включают ферментативную активность GOT, GPT, -GTP и ALP, общий уровень холестерина, триглицерида, глюкозы, гемоглобина Alc (HbAlc), и других белков, таких как креатининкиназа, С-реактивные белки (CRP) и цитокинины, антигены, производимые бактериями, и антитела против них.

Определение веществ, подлежащих определению, осуществляется путем взаимодействия образца с ферментом и антителом, специфичным к веществу, подлежащему определению, с целью конечного преобразования этого вещества в вещество (красители, флуоресцентные вещества, люминесцентные вещества и тому подобное), которые могут определяться с помощью поглощения, флуоресценции, хемилюминесценции и так далее, и определения количества конечного вещества (Ogawa, Z. et al., Clinical Investigation, 41:981 (1997), Kanno, Т., Clinical Investigation, 42:309 (1998)).

Эти реакции для определения осуществляются путем взвешивания заданного количества образца и одного или нескольких видов растворов реагентов соответственно, и смешивания их для осуществления взаимодействия при заранее определенной температуре в течение заданного периода времени.

В центральных лабораториях больших госпиталей и в автоматических анализаторах, используемых компаниями, специализирующимися на клинических анализах, растворы реагентов и образцы с заданным объемом или весом взвешиваются соответствующим образом с помощью автоматических пипеток. Также, в случае анализа, выполняемого вручную, исследователи взвешивают заданное количество образцов и растворов, используя пипетки и количественные капилляры.

Исследование загрязнений для пищевых продуктов производится подобным же образом (выложенный патент Японии 4-64063, Method of Detecting Food Contaminating Bacteria).

В случае определения количества загрязнения окружающей среды часто приготавливаются различные виды реагентов для взаимодействия с использованием речной воды и экстрактов почвы в качестве образцов для детектирования веществ-объектов (выложенный патент Японии 9-72898, Method of Analyzing Soils).

Способы, в которых эти взаимодействия для определения осуществляются в кристалле, то есть некоторые реакционно-способные реагенты и стандартные реагенты смешиваются с образцами в кристалле для осуществления взаимодействия, а образец после реакции анализируют, включая способы, описанные ниже.

Один из них является способом, в котором заданные количества растворов пробы и реагентов взвешиваются вне пределов кристалла, а затем инжектируются в кристалл. Кроме того, существует метод, в котором в кристалле создается канал (резервуар) с заранее заданным объемом, такой как мерный цилиндр, и поступающая жидкость точно контролируется посредством сочетания насоса с клапанами или приложения электрического поля, тем самым взвешивая и смешивая образец и раствор реагента в кристалле (например, A. Manz et al., Trends Anal. Chem., Vol. 10, 144, 1991).

Далее, существует способ, в котором пробу и раствор реагента выливают в камеру и смешивают для осуществления реакции, с последующим взвешиванием их заданного количества для разделения компонентов и количественного анализа каждого из разделенных компонентов (S.C. Jacobson et al., Anal. Chem., Vol. 6, 4127, 1994). В любом из этих способов требуется процесс взвешивания пробы и раствора реагента или их смеси, и способ, в котором анализ осуществляется при непрерывном поступлении жидкости и при постоянном отношении скоростей потока, не был предложен.

С другой стороны, также была предложена концепция смешивания двух жидкостей в заранее определенном отношении без операции взвешивания (патент США 5785831 (HP), выложенный патент Японии 8-261986 (патент Японии соответствует патенту США 5785831)).

Однако концепция заключается в простом смешивании двух жидкостей в расходящемся канале, и она не включает концепцию осуществления заданного химического взаимодействия непрерывно и с использованием этого взаимодействия для определения конкретных веществ. Подобным же образом, были также предложены способы, в которых используется взаимодействие вблизи границы раздела между двумя ламинарными потоками, вступающими в контакт друг с другом при заданной скорости потока (WO 9739338, патент США 5716852, WO 9747390).

Однако, также и в этом случае, это, в основном, является средством для экстрагирования или измерения необходимых молекул и частиц с использованием различия в скорости диффузии, связанной с различием в размерах частиц и молекул, содержащихся в каждом потоке, а заданное химическое взаимодействие не осуществляется.

Кроме того, существуют примеры осуществления необходимых химических взаимодействий без операций взвешивания (J. Micromech, Microeng. 4, 246-256 (1994), Verpoorte E. M.J. // Manz A., deRooij N. F. INTERFACIAL DESIGN AND CHEMICAL SENSING, Chapter 21, pp.244-254, America Chemical Society (1994)). То есть два или более кристалла из кремния, имеющих канавки на поверхности, накладываются один на другой с образованием капилляра, и раствор взаимодействующего реагента вводится с помощью насоса в капилляр при постоянной скорости потока, тем самым смешивая раствор пробы с раствором взаимодействующего реагента при заданном отношении и осуществляя взаимодействие в капилляре.

Однако в этом методе раствор образца просто смешивается с раствором взаимодействующего реагента в заданном соотношении, и при реальном осуществлении процессов он существенно не отличается от загрузочной системы, в которой раствор пробы и раствор взаимодействующего реагента вводятся в емкость для смешивания в заданном отношении.

Далее, в структуре, подобной этой, имеющей множество кристаллов, перекрываемых один другим, канал имеет трехмерную структуру, при этом делая сложным прохождение вверх шаг за шагом в канале и получение измеренных значений при различном времени взаимодействия. То есть определение количества может быть осуществлено в конечной точке ферментативной реакции, но является сложным определение количества в кинетическом исследовании, в котором количество фермента определяется по скорости реакции.

Для анализаторов научно-исследовательские и конструкторские работы, направленные на анализы НМЛ, в настоящее время интенсивно развиваются, включая тот факт, что предложены кристаллы, содержащие капилляры. Однако, как описано выше, материал кристалла, содержащего капилляры, в настоящее время представляет собой стекло и кремний, к которому должна применяться прецизионная обработка с высокой степенью точности. По этой причине стоимость производства является высокой, и существуют также те недостатки, что кристалл легко раскалывается, и необходимо осторожное обращение. Более того, при использовании в медицинской диагностике кристалл может соприкасаться с пробами, взятыми у пациентов, такими как кровь, и поэтому является желательным, чтобы кристалл, содержащий капилляр, был заменяемым, но материал стекла является негорючим, и поэтому возникают также проблемы с переработкой отходов.

Кроме того, рассматривая анализатор, объединяющий устройство с каналом и детектирующее устройство, для способа, использующего явления люминесценции, характеристика сходимости света не является высокой, поскольку испускаемый свет расходится во всех направлениях.

Из способов, использующих явления люминесценции, реакции с хемилюминесценцией имеют преимущества высокой скорости и высокой чувствительности и относительно недорого устройства, поскольку для определения не требуется источника света, но имеет те недостатки, что люминесценция быстро затухает, реагенты являются нестабильными, фон является высоким.

Далее, подобным же образом, флуоресцентный способ имеет то преимущество, что его система реакций является известной в течение длительного времени, но он требует в качестве части оптических систем источники возбуждения света и оптические фильтры для разделения возбуждающего света и флуоресценции.

Кроме того, флуоресцентный способ не является пригодным для использования в случае, в котором определяется малое количество пробы в тонком капилляре для использования в настоящем изобретении, поскольку выход испускаемой флуоресценции является низким.

Также, абсорбциометрический метод имеет тот недостаток, что возникает необходимость получения большой длины оптического пути для того, чтобы получить точные результаты, и особенно длинный оптический путь получается при определении малых количеств проб, при этом структура ячеек детектирования становится сложной, поскольку в принципе детектируется отношение падающего света к проходящему свету.

Таким образом, анализаторы, детектирующие малое количество проб в тонком капилляре для использования в настоящем изобретении, которые являются простыми в обращении и экономичными и способны производить анализ с высокой чувствительностью и могут подвергаться миниатюризации, не являются доступными, а анализаторы, пригодные для использования для анализов НМЛ, являются желательными в настоящих обстоятельствах.

С другой стороны, бумажные тесты, которые делают возможным детектирование уровня сахара в крови и тому подобное путем растворения твердых реагентов (реагентов, полученных сушкой вымораживанием, или бумаги и волокон, пропитанных заданным количеством реагентов) в пробе, использующем только плазму, имеются на рынке. Эти твердые реагенты являются удобными, поскольку нет необходимости взвешивать реагенты, но имеют тот недостаток, что они имеют плохую количественную точность по сравнению с жидкими реагентами.

Далее, способы, в которых проба и реагент взвешивают вне пределов кристалла и после этого вводят в кристалл для осуществления взаимодействия с целью детектирования, не только требуют больших затрат труда, но также приводят к получению отходов, дополнительных к отходам кристаллов. Кроме того, в случае, когда человек не взвешивает пробу и реагент, в дополнение к кристаллу требуется система взвешивания, таким образом, приводя в целом к большому объему оборудования. Далее, является необходимым создание в кристалле канала для взвешивания пробы и реагента, при этом канал в кристалле становится более сложным, и его стоимость повышается. Кроме того, эти способы имеют тот недостаток, что введение операции взвешивания пробы и реагента ведет к усложнению процесса анализа, безразлично, на внутренней или на внешней стороне кристалла. Далее, известные из уровня техники устройства требуют дополнительных средств для регулировки временного графика для каждого процесса, который является непрерывным, и требуют точного контроля времени из-за процессов загрузочного типа для введения пробы и детектирования.

Анализатор согласно настоящему изобретению содержит кристалл, включающий в себя капилляр, который является простым в обращении, способным иметь сложную структуру и превосходным по надежности, заменяемости и может производиться серийно, и детектирующее устройство, которое легко подвергается миниатюризации и способно определять малые количества компонентов с высокой чувствительностью. Затем, задачей является создание анализатора, который является превосходным по рабочим характеристикам, компактным и недорогим, при этом заданное смешивание и химическая реакция осуществляются только в капилляре кристалла без взвешивания проб и реагентов, по отдельности, и точная настройка согласования по времени для каждого процесса из всех процессов не является необходимой.

Настоящее изобретение использует, по меньшей мере частично, органический полимер в качестве материала кристалла, содержащего капилляр, в котором течет флюид. Кристалл, выполненный из органического полимера, который формуется с хорошей точностью по размерам, является пригодным для использования при микроанализе, может быть произведен недорого и может быть легко переработан путем сжигания, и поэтому является пригодным для использования в качестве заменяемого кристалла. Далее, кристалл является простым в обращении, способным иметь сложную структуру, и является превосходным по надежности и при массовом производстве.

Кроме того, в настоящем изобретении скорости потока флюидообразной пробы и флюидообразных реагентов в капилляре, сформованном в кристалле, выполненном из органического полимера, контролируются при заданных значениях, соответственно, и эти флюиды протекают непрерывно, при этом флюидообразная проба соединяется с флюидообразным реагентом при заданной скорости потока. После соединения предусматривается капилляр, имеющий длину, необходимую и достаточную для того, чтобы дать возможность флюидам протекать в течение периода времени, необходимого для смешивания и взаимодействия при заданной скорости потока, для осуществления заданных операций, таких как смешивание, разбавление и химическое взаимодействие. С помощью этих средств заданные операции, такие как смешивание и разбавление множества флюидов, могут осуществляться без осуществления взвешивания (безразлично, на внутренней или внешней сторонах кристалла), давая возможность точного и простого осуществления необходимого химического взаимодействия без требования точной настройки согласования по времени для каждого процесса среди всех процессов.

Кроме того, когда продукт взаимодействия, получаемый с помощью указанных выше средств, облучается светом возбуждения, фокусируемым линзой объектива, происходит изменение физической величины, сопровождающее частичное изменение температуры (фототермический эффект) из-за возбуждения и поглощения, более конкретно изменение коэффициента преломления. С помощью этого анализатора, содержащего детектирующее устройство (детектирующее устройство с тепловой линзой), которое измеряет это изменение с использованием детектируемого света, излучаемого в дополнение к свету возбуждения, является возможным измерение концентрации веществ, которые необходимо определять, что является сложным для измерения с помощью средств, известных из уровня техники, из-за того, что оптический путь является настолько же малым, как и вертикальная ширина кристалла (угол не обязательно является прямым углом по отношению к поверхности кристалла), а именно настолько же малым, как и глубина канавки (от около 1 до 1000 мкм).

Однако обычно используемый способ определения с тепловой линзой представляет собой общий способ определения веществ в микрообъемах, но в этом способе для улучшения абсолютной чувствительности относительно того, сколько молекул может быть обнаружено как минимум, свет возбуждения фокусируется настолько, насколько это возможно, с помощью линзы объектива, и сходится в растворе образца, таким образом, уменьшая толщину формируемой тепловой линзы.

Например, в одном из обычных способов определения с тепловой линзой ("Development of Integrated Liquid Phase Chemical Analysis System Using Micro Chanell on Glass Substrate and Thermal Lens Microspectrometry (I)" (Japan Analytical Chemistry, Abstracts of 44th Annual Meeting, p.119, 1995) by Kawanishi et al.) описывается, что диаметр луча света возбуждения около фокуса уменьшается до около 4 мкм путем установки увеличения микроскопа в 70 раз, и диаметр луча света возбуждения может быть дополнительно уменьшен до порядка долей микрона путем установки увеличения микроскопа в 280 раз.

Однако в этих обычных способах определения с тепловой линзой чувствительность по концентрации при определении количества веществ в заданном объеме раствора пробы является низкой.

Для медицинской диагностики и анализа окружающей среды является важным, чтобы чувствительность по концентрации, а не абсолютная чувствительность была высокой. Затем авторы настоящего изобретения обнаружили, что чувствительность по концентрации увеличивается при уменьшении степени сгущения света и увеличения размера тепловой линзы приблизительно до площади поперечного сечения канала, в противоположность обычным способам определения с тепловой линзой, таким образом, делая возможным определение веществ с высокой чувствительностью даже в капилляре, имеющем малую площадь поперечного сечения, которое делает возможным стабильный электроосмотический поток.

Кроме того, когда кристалл, выполненный из органического полимера, содержащий капилляр, применяется в описанном выше детектирующем устройстве с тепловой линзой, фоновый сигнал на выходе в способе определения с тепловой линзой возрастает в зависимости от материала кристаллов. В случае материала-стекла, который обычно используется, стекла, у которых коэффициент пропускания за исключением отраженного лазерного света для использования в способе определения с тепловой линзой (например, He-Ne лазер (длина волны: 633 нм), Аr лазер (длина волны: 488 нм), полупроводниковый лазер (например, длина волны: 780 нм)) составляет не ниже, чем 99%, или почти равно 100%, легко получаются как обычные доступные коммерческие продукты. Таким образом, не возникает проблем в осуществлении способа определения с тепловой линзой.

Однако, что касается органических полимеров, обычные доступные коммерческие продукты содержат добавки, пластификаторы, стабилизаторы и тому подобное, и полимеры, имеющие такой же высокий коэффициент пропускания, как стекло, в целом не являются доступными. Поэтому было обнаружено, что базовые материалы, выполненные из органического полимера, применимые в детектирующем устройстве с тепловой линзой, являются ограниченными. В частности, существует поглощение света возбуждения на оптическом пути света возбуждения, которое оказывает сильное влияние на детектирующее устройство с тепловой линзой. Поэтому приемлемый диапазон величин поглощения был установлен с помощью экспериментов.

То есть анализатор согласно настоящему изобретению представляет собой анализатор для флюидообразных проб или флюидообразных проб и флюидообразных реагентов, протекающих в капилляре для анализа заданных компонентов в описанных выше пробах или в смешанном флюиде из указанных выше проб и указанных выше реагентов, причем согласно изобретению анализатор состоит из кристалла, конфигурированного, по меньшей мере частично, из органического полимера и содержащего описанный выше капилляр и фототермическое детектирующее устройство для облучения описанных выше заданных компонентов светом возбуждения для измерения изменения физической величины, сопровождающего возникающее в результате частичное изменение температуры в указанном выше капилляре.

Далее, флюид согласно настоящему изобретению обозначает вещества, имеющие текучесть, в дополнение к жидкости и газу.

Кроме того, что касается флюидообразной пробы, которая должна протекать в капилляре, может протекать только проба, и проба может быть смешана с флюидообразным носителем, или проба может быть смешана с флюидообразным реагентом, который должен протекать в капилляре, настолько, насколько смешанный продукт является флюидом.

Они могут быть смешаны перед тем как они вводятся в капилляр, или каждый из них может быть введен в капилляр индивидуально, а затем смешиваться в капилляре.

Описанный выше кристалл может быть получен с помощью ламинирования пары плоских пластинчатых элементов, по меньшей мере, один из которых включает канавки на плоской поверхности и, по меньшей мере, один из которых выполнен из органического полимера, с описанной выше плоской поверхностью, включающей канавки, находящиеся на их внутренней стороне.

Далее, относительно пары описанных выше элементов, оба из них могут быть выполнены из органического полимера, или только один из них может быть выполнен из органического