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JP4026002B2 - Analysis apparatus and analysis method - Google Patents

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JP4026002B2
JP4026002B2 JP2003096195A JP2003096195A JP4026002B2 JP 4026002 B2 JP4026002 B2 JP 4026002B2 JP 2003096195 A JP2003096195 A JP 2003096195A JP 2003096195 A JP2003096195 A JP 2003096195A JP 4026002 B2 JP4026002 B2 JP 4026002B2
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毅 澤崎
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TAMA-TLO, LTD.
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体粒子を内部に収納する反応室を有する流路を複数備えた分析装置、及び該分析装置を用いる分析方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、分析化学の分野では、マイクロ化技術(Micro Electro−Mechanical System、以下本明細書では、MEMSと記載する。)の研究が急速に進歩しており、分析計のマイクロ化(μ−TAS;Micro Total Analytical System,あるいはLab ona chipなどと呼ばれている。)の動きがタンパク質、遺伝子、生化学などの分析分野に波及し、研究が進められている。
【0003】
免疫反応、酵素反応等を行うバイオMEMS分析装置として、例えば、固体微粒子を反応固相としてマイクロチップを用いて分析する試みが報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。この方法によると、反応固相としてビーズのような固体粒子を導入することにより、抗体を固定する表面積を大きくし、より高感度の分析が可能となっている。
【0004】
【非特許文献1】
「BioMEMSを利用した煙道中のダイオキシン測定システムの開発、成果報告書(初年度)」、新エネルギー・産業技術総合開発機構、平成14年3月
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、非特許文献1に記載された分析装置では、1試料ずつの測定について記載されており、複数の試料を同時に測定するための特段の工夫はなされていない。従って、測定時間が10分〜1時間を要するバイオ分析では、複数試料の分析に処理時間がかかる問題があった。また、標準物質と測定対象試料との比較において各濃度の試料溶液の測定時刻が異なるため信頼性が低くなる可能性があった。また、バイオ分析では、測定の信頼性を向上させるため、測定対象試料をもとに希釈率の異なる複数の試料溶液を準備し、それらの希釈率に対する分析値から測定試料の分析結果を算出する手法をしばしば用いるが、この場合も、従来の分析装置による分析では測定に時間を要し、かつ各濃度の試料溶液の測定時刻が異なるため、測定の条件を均一化することが難しく、信頼性が低くなる可能性があった。
【0006】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数試料等の測定を容易にかつ効率的に行うことができる分析装置、および該分析装置を用いる分析方法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、固体粒子を収納する反応室と、反応室から流出した溶液を光分析するための検出部とが設けられた流路を複数並列して備え、各検出部を光分析するための検出手段を設けることによって、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明の第一の発明は、固体粒子を収納する反応室と、該反応室の上流側の試料液導入部と、該反応室の下流側の検出部と、前記反応室と前記試料液導入部との間に形成された上流側堰部と、前記反応室と前記検出部との間に形成された下流側堰部とを有する流路を複数備える分析装置であって、前記複数の流路の上流側堰部および下流側堰部は、各々前記固体粒子を堰き止めかつ液体を通過させるための堰部であり、かつ、前記複数の流路の検出部は、各々光ファイバが接続される第1検出部と、CCDカメラにより撮影される第2検出部とを有し、前記第1検出部は、光ファイバを各々に接続可能とする距離以上に互いに離間して並列して形成されており、前記第2検出部は、CCDカメラによる撮影を可能とする距離以内に互いに近接して並列して形成されていることを特徴とする分析装置である。
【0009】
第1の発明において、前記複数の流路の上流側堰部および下流側堰部は、各々前記固体粒子の粒子径より狭い幅でかつ前記反応室の深さと略同一の深さで流れ方向に形成されたスリット状の堰部であることが好ましい。
【0010】
第1の発明の分析装置は、レーザー光源および検出器と、該レーザー光源および検出器と前記複数の流路の各検出部とを連絡する光ファイバとを備えてもよい。また、レーザー光源と、該レーザー光源からのレーザー光をスキャンして前記複数の流路の各検出部に分散させるためのポリゴンミラーと、前記検出部を撮影するCCDカメラとを備えてもよい。また、レーザー光源と、該レーザー光源からのレーザー光を前記複数の流路の各検出部に分散させるためのシリンドリカルレンズと、前記検出部を撮影するCCDカメラとを備えてもよい。
【0012】
本発明の第一の発明の分析装置は、固体粒子を収納する反応室と、前記固体粒子を堰き止めかつ液体を通過させるための上流側堰部および下流側堰部が設けられている。これにより、固体粒子が反応室から流出することを防ぎ、固体粒子を反応固相として用いる反応を効率的に行うことができる。また、前記複数の流路の上流側堰部および下流側堰部を、各々前記固体粒子の粒子径より狭い幅でかつ前記反応室の深さと略同一の深さで流れ方向に形成されたスリット状の堰部とすることにより、試料液等が反応室の底面に滞留することを防ぐことができる。さらに、このような堰部は、表面からの加工により容易に製造できるため好ましい。
【0013】
本発明の第二の発明は、前記分析装置を用いる分析方法であって、前記固体粒子に、試料液中の測定対象成分又はこれを複合化した複合体を固定化し、該固定化した測定対象成分又は複合体と発色試薬液とを反応させ、これにより発色した該発色試薬液を、並列する複数の検出部において光分析することを特徴とする分析方法である。
第二発明の分析方法によると、複数試料等の分析を容易にかつ短時間で効率的に行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態は本発明の要旨を説明するためのものであり、特に限定のない限り本発明を限定するものではない。
【0015】
図1〜2は、本発明にかかる分析装置に含まれるマイクロチップの一実施形態を示したもので、図1は基板部の平面模式図、図2は蓋部の平面模式図である。本実施形態のマイクロチップ1は、略平面板状の基板2に蓋3が積層され、これらが陽極接合により一体化されて概略構成されており、全体の形状は略板状となっている。
【0016】
基板2としては、シリコン製や石英ガラスの平板が用いられ、好ましくはシリコン基板が用いられる。
蓋3の素材としては、パイレックス(登録商標)ガラスや、石英ガラスが用いられ、好ましくは、パイレックスガラスが用いられる。
ここで、基板2としてシリコン基材、蓋としてパイレックスガラスを用いる組み合わせが、陽極接合により容易に一体化できるため好ましい。
【0017】
基板2には、エッチング加工が施され、複数の線状の溝が形成されている。すなわち、図1に示すように、断面矩形の細線状の溝4本が並列して形成され、流路10、20、30、40となっている。
流路10は、上流側から順に、試料液導入部11、上流側堰部12、反応室13、下流側堰部14、第一検出部15、第二検出部16、試料液流出部17を有している。
反応室13は、断面矩形の溝が直線状に形成されて、多数の固体粒子Pが収納されるようになっている。反応室13の上流側および下流側には、上流側堰部12および下流側堰部14が設けられている。上流側堰部12および下流側堰部14には、流れ方向に沿って、深さが反応室13の深さと略同一で、各幅が固体粒子Pの直径より細幅である断面矩形のスリットが、反応室13の幅側全体に略均等に多数形成されている。下流側堰部14の下流側には、光ファイバによる分析を行う部位となる第一検出部15と、CCDカメラによる分析を行う部位となる第二検出部16とが設けられている。
流路20,30,および40についても、流路10と同様に、上流側から順に、試料液導入部21,31,41、上流側堰部22、32、42、反応室23、33,43、下流側堰部24、34,44、第一検出部25、35、43、第二検出部26、36,46、および試料液流出部27,37,47が設けられている。
【0018】
また、流路10、20、30、40の各反応室13,23,33,43の上流側には、断面矩形の細線状の溝である固体粒子流路50が形成されている。この固体粒子流路50は、上流側は1本の流路50aからなっており、次いで下流に向けて2本に枝分かれした流路50b,50c、さらに最下流側は、流路50b,50cのそれぞれが2本ずつに枝分かれした流路50d,50e,50f,50gからなっている。そして、流路50d,50e,50f,50gの末端は、それぞれ反応室13,23,33,43の上流端13a,23a,33a,43aに接続されている。
【0019】
次に、図2に示すように、蓋3には、表面から裏面に貫通する孔11b,15b,17b,21b,25b,27b,31b,35b,37b,41b,45b,47b,51b,および52bの14個の孔が形成されている。孔11bは基板2の試料液導入部11の上流端の接続部11aと、孔15bは流路10の第一検出部15の略中央部の接続部15aと、孔17bは試料液流出部17の下流端の接続部17aと、それぞれ連通している。同様にして、孔21b,25b,27bは基板2の接続部21a,25a,27aと、孔31b,35b,37bは基板2の接続部31a,35a,37aと、孔41b,45b,47bは基板2の接続部41a,45a,47aと、孔51b,52bは基板2の接続部51a,52aと、それぞれ連通している。
【0020】
蓋3の孔11bの上には、配管接続用のグラスファイバーチューブジョイント11cが接着されて、流路10の上流端11aに連通した液体導入路が形成されている。同様にして、孔21b,31b,41bの上にもグラスファイバーチューブジョイント21c,31c,41cがそれぞれ接着されて、液体導入路が形成されている。また、同様に、孔17b,27b,37b,47bの上にもグラスファイバーチューブジョイント17c,27c,37c,47cがそれぞれ接着されて、液体排出路が形成されている。さらに、同様に孔51b,52bの上にもグラスファイバーチューブジョイント51c,52cがそれぞれ接着されて、固体粒子導入排出路が形成されている。
そして、蓋3の孔15bの上には、光ファイバ接続用のプラスチックホルダ15cが接着されて、流路10の第一検出部15に光ファイバが接続されるようになっている。同様にして、孔25b,35b,45bの上にもプラスチックホルダ25c,35c,45cがそれぞれ接着されて、各々光ファイバが接続接続されるようになっている。
【0021】
さらに、本実施形態の分析装置には、上述のマイクロチップ1の各流路の第一検出部および第二検出部を分析するための手段が設けられている。
すなわち、第一検出部15,25,35,45には、光ファイバが接続されており、各光ファイバはジョイントを介して図示しないレーザー光源および検出器に接続されている。
また、図3に示すように、第二検出部16,26,36,46の上部にはポリゴンミラー70が設置されており、別途設けられているレーザー光源60からの光をスキャンさせるようになっている。また、第二検出部16,26,36,46を撮影するためのCCDカメラ80が設置されている。なお、ポリゴンミラー70の代わりにシリンドリカルレンズを設置し、レーザー光源60からの光を第二検出部16,26,36,46に分散させてもよい。
【0022】
本実施形態のマイクロチップ1において、基板2の厚さは、好ましくは、200〜1000μm、さらに、400〜500μm程度が好ましい。蓋3の厚さは、好ましくは、200〜1000μm、さらに、400〜500μm程度が好ましい。
また、反応室13,23,33,43及び第一検出部15,25,35,45並びに第二検出部16,26,36,46の幅は、各々好ましくは、50〜2000μm、さらに好ましくは、500〜1000μmである。反応室13,23,33,43及び光ファイバ検出部15a,25a,35a,45a並びに第二検出部16,26,36,46の深さは、好ましくは、10〜500μm、さらに好ましくは、40〜150μmである。上記以外の流路幅は、好ましくは、50〜2000μm、さらに好ましくは、500〜1000μmである。上記範囲より幅及び/又は深さ及び/又は各流路幅が大であると、必要となる試料液及び試薬液の量が多くなり、マイクロ化の効果が少なくなるため好ましくない。また、上記範囲より幅及び/又は深さ及び/又は各流路幅が小であると、収納される固体粒子量が少なくなり、反応固相の表面積が少なくなるため好ましくない。
【0023】
上流側堰部12,22,32,42及び下流側堰部14,24,34,44のスリット幅は、反応固相として用いる固体粒子の直径よりも小さければよく、この構造により固体粒子の流出をせき止めることができる。
上流側堰部12,22,32,42及び下流側堰部14,24,34,44のの長さは、任意であるが、0.5〜5mmが好ましく、さらに、1〜2mmであることが好ましい。
【0024】
流路10,20,30,40の接続部15a,25a,35a,45aを有する位置においては、蓋3上に光ファイバ用のプラスチックホルダ15c,25c,35c,45cが接着できるようにするために、互いに所定の距離以上離間している。この離間距離としては、好ましくは、0.5〜10mm、さらに、1〜5mm程度が好ましい。
また、流路10,20,30,40の第二検出部16,26,36,46の一部は、ポリゴンミラーまたはシリンドリカルレンズによるレーザー光の分散範囲内であって、かつCCDカメラによる撮影範囲内に近接して設けられている。この近接距離としては、好ましくは、0.1〜5mm、さらに、0.2〜2mm程度が好ましい。
【0025】
本実施形態のマイクロチップ1の外形は、例えば、5.8cm×3.8cm×厚さ1・0mmの板状であるが、形状や寸法はこれに限定されず任意であり、この他に、例えば、柔軟なフィルム状(シート状、リボン状などを含む。以下同様)、チューブ状、その他複雑な形状の成型物などであり得る。しかし、成形しやすさの点から、板状であることが好ましい。
【0026】
本発明に用いる固体粒子Pとしては、公知のものを使用することができるが、試料液中の測定対象成分又は測定対象成分を複合化した複合体を固体粒子上に固定化するための試薬が、固体粒子表面にあらかじめコーティングされているものが好ましい。例えば、表面にアビジンのような反応試薬を固定化したものを使用することが好ましい。固体粒子の直径は、好ましくは10〜1000μm、さらに10〜100μmが好ましい。1000μmより大きいと、反応固相としての表面積が不十分となり、10μmより小さいと、固体粒子を堰き止めるための堰部の製造が困難となり、また堰部で十分にせき止めることができす、反応室からビーズが流出してしまうことがあるからである。
【0027】
次に本実施形態の分析装置1の製造方法を説明する。
まず、シリコン製の基板2(例えば、厚さ470μm)に、ICPエッチングにより流路10,20,30,40の試料液導入部11,21,31,41、反応室13,23,33,43、第一検出部15,25,35,45、第二検出部16,26,36,46、試料排出部17,27,37,47、および固体粒子流路50となるべき溝(例えば、幅500μm)を形成する。さらに、ICPエッチングにより、上流側堰部12,22,32,42、下流側堰部14,24,34,44となる部分に、流れ方向に沿って、深さが反応室の深さと同じであるスリットを形成する。
【0028】
一方、基板2と平面形状が同一であるパイレックスガラス製の蓋3(例えば、厚さ500μm)に、表面から裏面に貫通する孔を穿つ加工を施す。すなわち、基板2と蓋3を積層させたときに、流路10,20,30,40の上流端11a,21a,31a,41aそれぞれに相当する位置に孔11b,21b,31b,41bを、それぞれサンドブラストで加工する。また、下流端17a,27a,37a,47aそれぞれに相当する位置に孔17b,27b,37b,47bを穿つ。さらに、固体粒子流路50の流路50aの下流部分にある51aおよび上流端52aそれぞれに相当する位置に孔51b,52bを穿つ。また、第一検出部15a,25a,35a,45aそれぞれに相当する位置に孔15b,25b,35b,45bを穿つ。
次いで、孔11b,21b,31b,41b,17b,27b,37b,47b,51b,52bのそれぞれの上にグラスファイバーチューブジョイント11c,21c,31c,41c,17c,27c,37c,47c,51c,52cを接合する。また、孔15b,25b,35b,45bのそれぞれの上にプラスチックホルダ25c,25c,35c,45cを接合する。
【0029】
最後に、上記のように別々に加工が施された基板2と蓋3を積層させ、陽極接合により一体化させる。これによって、流路10,20,30,40の上流端11a,21a,31a,41aにそれぞれ連通した液体導入路が形成される。また、流路10,20,30,40の下流端17a,27a,37a,47aにそれぞれ連通した液体排出路が形成される。さらに、固体粒子流路50aの下流部分51aおよび50aの上流端52aにそれぞれ連通した固体粒子導入排出路が形成される。また、第一検出部15a,25a,35a,45aにそれぞれ光ファイバを接続することができる。
以上のようにして本実施形態の分析装置に含まれるマイクロチップ1が製造される。
【0030】
次に、本実施形態の分析装置を用いる分析方法を説明する。
本実施形態の分析方法では、固体粒子に、試料液中の測定対象成分又はこれを複合化した複合体を固定化し、該固定化した測定対象成分又は複合体と発色試薬液とを反応させ、これにより発色した該発色試薬液を、並列する複数の検出部において光分析する。
まず、反応固相となる固体粒子Pを、固体粒子導入排出路から導入し、マイクロチップ1内の反応室13,23,33,43に収納する。このとき、反応室13,23,33,43には、それぞれ上流側堰部12,22,32,42および下流側堰部14,24,34,44が設けられているため、固体粒子Pが反応室から流出することを防ぐことができる。
【0031】
次に、試料液、試薬液等を反応室13,23,33,43に導入する。これには、まず、キャリア液を、試料液導入部11,21,31,41を経て連続的にマイクロチップ1内の各流路10,20,30,40に導入する。次いで、試料液を試料液導入部11,21,31,41から導入する。これにより、試料液がキャリア液と共に試料液導入部11,21,31,41から、上流側堰部12,22,32,42を経て、反応室13,23,33,43に導入される。同様にして、試薬液をキャリア液と共に反応室13,23,33,43に導入する。
【0032】
このとき、試料液と試薬液を反応室13,23,33,43に導入する順序は、任意でよいが、試料中の測定対象成分、及びその分析のための反応機構に応じた順序とすることが好ましい。また、予め試料液と試薬液を混合し、試料試薬混合液としてから、反応室13,23,33,43に導入することもできる。試薬液は、試料中の測定対象成分、及びその分析のための反応に応じて選ばれるものであり、1種でもよいし、複数でもよい。
反応室13,23,33,43に導入された試料液及び試薬液は、そのまま反応室13,23,33,43を通過させて試料液流出部17,27,37,47を経て、廃液槽等へ排出してもよいが、反応に一定の時間を要する場合は、所定の時間液体の流出を止めて反応を行うか、キャリア液の流量を調整して反応を行う。
【0033】
試料液と試薬液を順次導入する場合は、各反応が終了するごとに反応室13,23,33,43内を洗浄することが好ましい。洗浄によって、余剰の試料液や試薬液を除くことができ、次段階の反応を阻害することを防ぐと共に、定量性を確保することができるからである。洗浄液としては、純水、リン酸緩衝液、トリス緩衝液等が好ましく用いられるが、純水が特に好ましく用いられる。
【0034】
上述のようにして反応室13,23,33,43に導入された試料液中の測定対象成分は、固体粒子上にあらかじめコーティングされた試薬と反応して、固体粒子上に固定化される。または、固定化された後、続いて試薬液中の試薬と反応し、固体粒子上で複合体が形成される。または、試料液と試薬液が混合された状態で複合体を形成し、この複合体が固体粒子上に固定化される。さらに、最初に試薬液中の試薬が固体粒子上に固定化された後、試料液中の測定対象成分と反応して、固体粒子上に複合体が形成される場合もある。すなわち、試料液中の測定対象成分に適した反応を選択し、該反応に適した試薬を使用することにより、測定対象成分又はこれを複合化した複合体を固体粒子上に固定化するのである。
【0035】
次いで、発色試薬を上記と同様にして反応室13,23,33,43に導入する。導入された発色試薬は、固体粒子上に固定化された測定対象成分又はこれを複合化した複合体と反応して、発色試薬液が発色する。なお、本実施形態では発色試薬を最後に導入したが、測定対象成分によっては、発色試薬を試料液や他の試薬液よりも先に導入してもよい。
以上のようにして、反応室13,23,33,43に収納されている固体粒子上に固定化された測定対象成分又はこれを複合化した複合体と発色試薬とが反応して、発色した試薬液を、下流側堰部14,24,34,44を通過した後、第一検出部15,25,35,45および/または第二検出部16,26,36,46において光分析する。
【0036】
本実施形態の分析装置においては、光分析を行う手段として、光ファイバ、レーザー光源、およびCCDカメラ、ならびにポリゴンミラーまたはシリンドリカルレンズが設置されている。従って、本実施形態の分析装置においては、種々の光分析を行うことができる。
具体的には、例えば、以下のような光分析が挙げられる。
(1)光ファイバにレーザーを導入し、光ファイバにより検出する方法。
(2)光ファイバにレーザーを導入し、CCDカメラにより検出する方法。
(3)レーザー光源の光をポリゴンミラーによりスキャンして、CCDカメラにより検出する方法。
(4)レーザー光源の光をポリゴンミラーによりスキャンして、光ファイバにより検出する方法。
(5)レーザー光源の光をシリンドリカルレンズにより分散して、CCDカメラにより検出する方法。
【0037】
【発明の効果】
以上のように、本発明の分析装置を用いて分析を行うことにより、複数の試料の分析を容易にかつ効率的に行うことができる。すなわち、複数の並列した流路を有することにより、測定時間を短縮することができる。また、複数の検出部において同時に分析を行うことにより、標準物質と測定試料との分析結果の比較や、濃度の異なる試料の分析等の、データ取得の時間差が生じないため、分析の精度を向上させることができる。
さらに、本発明の分析装置は、上流側堰部および下流側堰部が設けられていることにより、固体粒子が反応室から流出するのを防ぐことができる。また、この上流側堰部および下流側堰部を、深さが反応室と略同一のスリット状の構造のものとすると、試料液、試薬液、洗浄水等の液体が反応室の底面に滞留することを効果的に防ぐことができる。
本発明の分析装置および分析方法は、固体粒子を反応固相とする種々の分析に対応させることができ、特に免疫反応等を用いるバイオアッセイに好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかる分析装置に用いられるマイクロチップの一実施形態の基板部の平面模式図である。
【図2】 図1に示すマイクロチップの蓋部の平面模式図である。
【図3】 本発明の分析装置における光分析手段の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
1・・分析装置
2・・基板、3・・蓋
11、21、31、41・・試料液導入部
12、22、32、42・・上流側堰部
13、23、33、43・・反応室
14、24、34、44・・下流側堰部
15、25、35、45・・第一検出部
16、26、36、46・・第二検出部
17、27、37、47・・試料液流出部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an analyzer provided with a plurality of flow paths each having a reaction chamber that houses solid particles, and an analysis method using the analyzer.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of analytical chemistry, research on micro technology (Micro Electro-Mechanical System, hereinafter referred to as MEMS) has progressed rapidly, and micro-measurement of an analyzer (μ-TAS; The movement of Micro Total Analytical System or Lab ona chip) has spread to analysis fields such as proteins, genes, biochemistry, etc., and research is being carried out.
[0003]
As a bio-MEMS analyzer that performs an immune reaction, an enzyme reaction, and the like, for example, an attempt to analyze using a microchip with solid fine particles as a reaction solid phase has been reported (for example, see Non-Patent Document 1). According to this method, by introducing solid particles such as beads as the reaction solid phase, the surface area on which the antibody is immobilized can be increased, and analysis with higher sensitivity is possible.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
“Development of a dioxin measurement system in flue using BioMEMS, report on the results (first year)”, New Energy and Industrial Technology Development Organization, March 2002 [0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the analyzer described in Non-Patent Document 1 describes the measurement of each sample, and no special device for measuring a plurality of samples at the same time is made. Therefore, in the bioanalysis that requires a measurement time of 10 minutes to 1 hour, there is a problem that it takes a processing time to analyze a plurality of samples. Further, in the comparison between the standard substance and the sample to be measured, the measurement time of the sample solution of each concentration is different, so that the reliability may be lowered. In bioanalysis, in order to improve measurement reliability, multiple sample solutions with different dilution rates are prepared based on the sample to be measured, and the analysis results of the measurement sample are calculated from the analysis values for those dilution rates. The method is often used, but in this case as well, analysis with a conventional analyzer takes time, and the measurement time of the sample solution of each concentration is different, so it is difficult to make the measurement conditions uniform and reliable. Could be lower.
[0006]
The present invention has been made in view of the problems of the prior art, and provides an analyzer capable of easily and efficiently measuring a plurality of samples and an analysis method using the analyzer. Is an issue.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have a plurality of flow paths provided with a reaction chamber for storing solid particles and a detection unit for photoanalyzing a solution flowing out of the reaction chamber. It has been found that the above-mentioned problems can be solved by providing detection means for photoanalyzing each detection unit provided in parallel, and the present invention has been completed.
[0008]
That is, the first invention of the present invention includes a reaction chamber for storing solid particles, a sample liquid introduction section upstream of the reaction chamber, a detection section downstream of the reaction chamber, the reaction chamber, and the sample. An analyzer comprising a plurality of flow paths each having an upstream dam portion formed between a liquid introduction portion and a downstream dam portion formed between the reaction chamber and the detection portion, The upstream weir portion and the downstream weir portion of each of the flow paths are weir portions for blocking the solid particles and allowing the liquid to pass therethrough , and the detection sections of the plurality of flow paths are each provided with an optical fiber. A first detection unit connected to the second detection unit, and a second detection unit photographed by a CCD camera; The second detection unit is formed within a distance enabling photographing with a CCD camera. It is an analytical device according to claim which are formed in parallel in proximity to have.
[0009]
In the first invention, the upstream weir portion and the downstream weir portion of each of the plurality of flow paths are each narrower than the particle diameter of the solid particles and substantially the same depth as the reaction chamber in the flow direction. The formed slit-like weir portion is preferable.
[0010]
The analyzer of the first invention may include a laser light source and a detector, and an optical fiber that communicates the laser light source and the detector with each of the detection units of the plurality of flow paths. Further, a laser light source, a polygon mirror for scanning the laser light from the laser light source and dispersing the laser light in the detection units of the plurality of flow paths, and a CCD camera for photographing the detection unit may be provided. Further, a laser light source, a cylindrical lens for dispersing the laser light from the laser light source to each detection unit of the plurality of flow paths, and a CCD camera for photographing the detection unit may be provided.
[0012]
The analyzer according to the first aspect of the present invention is provided with a reaction chamber for storing solid particles, and an upstream weir portion and a downstream weir portion for blocking the solid particles and allowing liquid to pass therethrough . Thereby, it is possible to prevent the solid particles from flowing out of the reaction chamber and to efficiently perform the reaction using the solid particles as the reaction solid phase. Further, the slits formed in the flow direction at the upstream weir portions and the downstream weir portions of the plurality of flow paths, each having a width narrower than the particle diameter of the solid particles and substantially the same depth as the reaction chamber. By using the dam-like weir portion, it is possible to prevent the sample liquid or the like from staying on the bottom surface of the reaction chamber. Further, such a weir portion is preferable because it can be easily manufactured by processing from the surface.
[0013]
A second invention of the present invention is an analysis method using the analyzer, wherein a measurement target component in a sample solution or a complex obtained by complexing the solid particle is immobilized on the solid particle, and the measurement target is immobilized. An analysis method characterized by reacting a component or complex with a coloring reagent solution, and optically analyzing the coloring reagent solution colored by this in a plurality of detection units arranged in parallel.
According to the analysis method of the second invention, analysis of a plurality of samples and the like can be performed easily and efficiently in a short time.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this embodiment is for demonstrating the summary of this invention, and does not limit this invention unless there is particular limitation.
[0015]
1 and 2 show an embodiment of a microchip included in an analyzer according to the present invention. FIG. 1 is a schematic plan view of a substrate portion, and FIG. 2 is a schematic plan view of a lid portion. The microchip 1 of the present embodiment is generally configured by laminating a lid 3 on a substantially flat plate-like substrate 2 and integrating them by anodic bonding, and the overall shape is substantially plate-like.
[0016]
As the substrate 2, a flat plate made of silicon or quartz glass is used, and a silicon substrate is preferably used.
As the material of the lid 3, Pyrex (registered trademark) glass or quartz glass is used, and preferably, Pyrex glass is used.
Here, a combination using a silicon base material as the substrate 2 and Pyrex glass as the lid is preferable because it can be easily integrated by anodic bonding.
[0017]
The substrate 2 is etched to form a plurality of linear grooves. That is, as shown in FIG. 1, four thin line-shaped grooves having a rectangular cross section are formed in parallel to form flow paths 10, 20, 30, and 40.
The flow path 10 includes, in order from the upstream side, a sample solution introduction unit 11, an upstream dam unit 12, a reaction chamber 13, a downstream dam unit 14, a first detection unit 15, a second detection unit 16, and a sample solution outflow unit 17. Have.
In the reaction chamber 13, a groove having a rectangular cross section is formed in a straight line so that a large number of solid particles P are accommodated. An upstream dam portion 12 and a downstream dam portion 14 are provided on the upstream side and the downstream side of the reaction chamber 13. The upstream weir portion 12 and the downstream weir portion 14 are slits having a rectangular cross section whose depth is substantially the same as the depth of the reaction chamber 13 along the flow direction and each width is narrower than the diameter of the solid particles P. However, a large number of the reaction chambers 13 are formed substantially uniformly over the entire width side of the reaction chamber 13. On the downstream side of the downstream weir unit 14, a first detection unit 15 serving as a site for analysis using an optical fiber and a second detection unit 16 serving as a site for analysis using a CCD camera are provided.
Similarly to the flow channel 10, the flow channels 20, 30, and 40 are sample solution introduction parts 21, 31, 41, upstream dam parts 22, 32, 42, reaction chambers 23, 33, 43 in order from the upstream side. , Downstream weir portions 24, 34, 44, first detection portions 25, 35, 43, second detection portions 26, 36, 46, and sample solution outflow portions 27, 37, 47 are provided.
[0018]
In addition, a solid particle flow path 50 that is a thin line-shaped groove having a rectangular cross section is formed on the upstream side of the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 of the flow paths 10, 20, 30, and 40. The solid particle flow path 50 is composed of a single flow path 50a on the upstream side, and then the flow paths 50b and 50c branched into two toward the downstream, and the most downstream side of the flow paths 50b and 50c. Each of the flow paths 50d, 50e, 50f, and 50g is branched into two. The ends of the flow paths 50d, 50e, 50f, and 50g are connected to the upstream ends 13a, 23a, 33a, and 43a of the reaction chambers 13, 23, 33, and 43, respectively.
[0019]
Next, as shown in FIG. 2, the lid 3 has holes 11b, 15b, 17b, 21b, 25b, 27b, 31b, 35b, 37b, 41b, 45b, 47b, 51b, and 52b penetrating from the front surface to the back surface. 14 holes are formed. The hole 11b is a connection part 11a at the upstream end of the sample liquid introduction part 11 of the substrate 2, the hole 15b is a connection part 15a at the substantially central part of the first detection part 15 of the flow path 10, and the hole 17b is a sample liquid outflow part 17. Are connected to the connecting portion 17a at the downstream end. Similarly, the holes 21b, 25b, and 27b are the connection portions 21a, 25a, and 27a of the substrate 2, the holes 31b, 35b, and 37b are the connection portions 31a, 35a, and 37a of the substrate 2, and the holes 41b, 45b, and 47b are the substrate. The two connection portions 41a, 45a, 47a and the holes 51b, 52b communicate with the connection portions 51a, 52a of the substrate 2, respectively.
[0020]
A glass fiber tube joint 11 c for pipe connection is bonded on the hole 11 b of the lid 3 to form a liquid introduction path communicating with the upstream end 11 a of the flow path 10. Similarly, glass fiber tube joints 21c, 31c, and 41c are bonded to the holes 21b, 31b, and 41b, respectively, to form a liquid introduction path. Similarly, glass fiber tube joints 17c, 27c, 37c, and 47c are bonded to the holes 17b, 27b, 37b, and 47b, respectively, to form a liquid discharge path. Further, similarly, the glass fiber tube joints 51c and 52c are bonded to the holes 51b and 52b, respectively, to form a solid particle introduction / discharge path.
A plastic holder 15c for connecting an optical fiber is adhered on the hole 15b of the lid 3, so that the optical fiber is connected to the first detection unit 15 of the flow path 10. Similarly, plastic holders 25c, 35c, and 45c are bonded to the holes 25b, 35b, and 45b, respectively, so that the optical fibers are connected and connected.
[0021]
Furthermore, the analyzer of the present embodiment is provided with means for analyzing the first detection unit and the second detection unit of each flow path of the microchip 1 described above.
That is, optical fibers are connected to the first detectors 15, 25, 35, and 45, and each optical fiber is connected to a laser light source and a detector (not shown) via a joint.
Further, as shown in FIG. 3, a polygon mirror 70 is installed above the second detectors 16, 26, 36, 46, and scans light from a laser light source 60 provided separately. ing. In addition, a CCD camera 80 for photographing the second detectors 16, 26, 36, and 46 is installed. A cylindrical lens may be installed in place of the polygon mirror 70, and the light from the laser light source 60 may be dispersed in the second detectors 16, 26, 36, and 46.
[0022]
In the microchip 1 of the present embodiment, the thickness of the substrate 2 is preferably 200 to 1000 μm, and more preferably about 400 to 500 μm. The thickness of the lid 3 is preferably 200 to 1000 μm, and more preferably about 400 to 500 μm.
The widths of the reaction chambers 13, 23, 33, 43, the first detectors 15, 25, 35, 45 and the second detectors 16, 26, 36, 46 are preferably 50 to 2000 μm, more preferably. 500 to 1000 μm. The depths of the reaction chambers 13, 23, 33, 43, the optical fiber detectors 15a, 25a, 35a, 45a and the second detectors 16, 26, 36, 46 are preferably 10-500 μm, more preferably 40 ~ 150 μm. The channel width other than the above is preferably 50 to 2000 μm, and more preferably 500 to 1000 μm. If the width and / or depth and / or the width of each channel is larger than the above range, the amount of sample solution and reagent solution required is increased, and the effect of microfabrication is reduced. Further, if the width and / or depth and / or the width of each flow path is smaller than the above range, the amount of solid particles stored is reduced, and the surface area of the reaction solid phase is reduced, which is not preferable.
[0023]
The slit widths of the upstream weir portions 12, 22, 32, 42 and the downstream weir portions 14, 24, 34, 44 need only be smaller than the diameter of the solid particles used as the reaction solid phase. Can be stopped.
The lengths of the upstream dam portions 12, 22, 32, 42 and the downstream dam portions 14, 24, 34, 44 are arbitrary, but are preferably 0.5 to 5 mm, and more preferably 1 to 2 mm. Is preferred.
[0024]
In order to allow the optical fiber plastic holders 15c, 25c, 35c, 45c to adhere to the lid 3 at the positions having the connecting portions 15a, 25a, 35a, 45a of the flow paths 10, 20, 30, 40. , Separated from each other by a predetermined distance or more. The separation distance is preferably about 0.5 to 10 mm, and more preferably about 1 to 5 mm.
In addition, a part of the second detection units 16, 26, 36, 46 of the flow paths 10, 20, 30, 40 is within the dispersion range of the laser light by the polygon mirror or the cylindrical lens, and the photographing range by the CCD camera. It is provided close to the inside. The proximity distance is preferably about 0.1 to 5 mm, and more preferably about 0.2 to 2 mm.
[0025]
The external shape of the microchip 1 of the present embodiment is, for example, a plate shape of 5.8 cm × 3.8 cm × thickness 1.0 mm, but the shape and dimensions are not limited to this, and are arbitrary. For example, it may be a flexible film shape (including a sheet shape, a ribbon shape, etc., the same applies below), a tube shape, and other complicated shapes. However, from the viewpoint of ease of molding, a plate shape is preferable.
[0026]
As the solid particles P used in the present invention, known ones can be used, but there are reagents for immobilizing on the solid particles a component to be measured in a sample solution or a complex in which components to be measured are complexed. The solid particle surface is preferably coated in advance. For example, it is preferable to use a surface on which a reaction reagent such as avidin is immobilized. The diameter of the solid particles is preferably 10 to 1000 μm, more preferably 10 to 100 μm. If it is larger than 1000 μm, the surface area as a reaction solid phase becomes insufficient, and if it is smaller than 10 μm, it becomes difficult to produce a dam part for damming solid particles, and the dam part can be sufficiently dammed. This is because the beads may flow out from.
[0027]
Next, the manufacturing method of the analyzer 1 of this embodiment is demonstrated.
First, sample liquid introducing portions 11, 21, 31, 41, and reaction chambers 13, 23, 33, and 43 of the flow channels 10, 20, 30, and 40 are formed on a silicon substrate 2 (for example, a thickness of 470 μm) by ICP etching. , First detectors 15, 25, 35, 45, second detectors 16, 26, 36, 46, sample outlets 17, 27, 37, 47, and grooves to be solid particle flow paths 50 (for example, width) 500 μm). Further, by ICP etching, the depth of the upstream weir portions 12, 22, 32, 42 and the downstream weir portions 14, 24, 34, 44 is the same as the depth of the reaction chamber along the flow direction. A slit is formed.
[0028]
On the other hand, a Pyrex glass lid 3 (for example, having a thickness of 500 μm) having the same planar shape as that of the substrate 2 is processed to have a hole penetrating from the front surface to the back surface. That is, when the substrate 2 and the lid 3 are laminated, the holes 11b, 21b, 31b, 41b are respectively provided at positions corresponding to the upstream ends 11a, 21a, 31a, 41a of the flow paths 10, 20, 30, 40, respectively. Process by sandblasting. Further, holes 17b, 27b, 37b and 47b are formed at positions corresponding to the downstream ends 17a, 27a, 37a and 47a, respectively. Further, holes 51b and 52b are formed at positions corresponding to 51a and the upstream end 52a in the downstream portion of the flow path 50a of the solid particle flow path 50, respectively. Further, holes 15b, 25b, 35b, and 45b are formed at positions corresponding to the first detectors 15a, 25a, 35a, and 45a, respectively.
Next, the glass fiber tube joints 11c, 21c, 31c, 41c, 17c, 27c, 37c, 47c, 51c, 52c are placed on the holes 11b, 21b, 31b, 41b, 17b, 27b, 37b, 47b, 51b, 52b, respectively. Join. Further, the plastic holders 25c, 25c, 35c, and 45c are joined to the holes 15b, 25b, 35b, and 45b, respectively.
[0029]
Finally, the substrate 2 and the lid 3 processed separately as described above are laminated and integrated by anodic bonding. As a result, liquid introduction paths communicating with the upstream ends 11a, 21a, 31a, and 41a of the flow paths 10, 20, 30, and 40 are formed. In addition, liquid discharge paths communicating with the downstream ends 17a, 27a, 37a, 47a of the flow paths 10, 20, 30, 40 are formed. Further, a solid particle introduction / discharge passage communicating with the downstream portion 51a of the solid particle passage 50a and the upstream end 52a of the 50a is formed. Moreover, an optical fiber can be connected to each of the first detectors 15a, 25a, 35a, 45a.
As described above, the microchip 1 included in the analyzer of the present embodiment is manufactured.
[0030]
Next, an analysis method using the analyzer of this embodiment will be described.
In the analysis method of the present embodiment, the measurement target component in the sample liquid or the complex obtained by complexing this is immobilized on the solid particles, the immobilized measurement target component or complex and the color reagent solution are reacted, The coloring reagent solution colored in this way is optically analyzed in a plurality of detectors arranged in parallel.
First, solid particles P to be a reaction solid phase are introduced from a solid particle introduction / discharge path and stored in reaction chambers 13, 23, 33, 43 in the microchip 1. At this time, the reaction chambers 13, 23, 33, 43 are provided with the upstream weir portions 12, 22, 32, 42 and the downstream weir portions 14, 24, 34, 44, respectively. Outflow from the reaction chamber can be prevented.
[0031]
Next, a sample solution, a reagent solution, and the like are introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43. For this, first, the carrier liquid is continuously introduced into the respective flow paths 10, 20, 30, 40 in the microchip 1 through the sample liquid introduction parts 11, 21, 31, 41. Next, the sample solution is introduced from the sample solution introduction parts 11, 21, 31, 41. As a result, the sample liquid is introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 from the sample liquid introduction sections 11, 21, 31, and 41 through the upstream weir sections 12, 22, 32, and 42 together with the carrier liquid. Similarly, the reagent solution is introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 together with the carrier solution.
[0032]
At this time, the order in which the sample solution and the reagent solution are introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 may be arbitrary, but the order depends on the component to be measured in the sample and the reaction mechanism for the analysis. It is preferable. Alternatively, the sample solution and the reagent solution can be mixed in advance to obtain a sample reagent mixture, which can then be introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43. The reagent solution is selected according to the component to be measured in the sample and the reaction for the analysis, and may be one kind or plural kinds.
The sample solution and the reagent solution introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 pass through the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 as they are, and pass through the sample solution outflow portions 17, 27, 37, and 47, and are then used as waste liquid tanks. However, when a certain time is required for the reaction, the liquid is stopped from flowing for a predetermined time, or the reaction is performed by adjusting the flow rate of the carrier liquid.
[0033]
When the sample solution and the reagent solution are sequentially introduced, it is preferable to wash the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 each time each reaction is completed. This is because the excess sample solution and reagent solution can be removed by washing, so that the reaction in the next stage can be prevented and quantitativeness can be ensured. As the cleaning liquid, pure water, phosphate buffer, Tris buffer, or the like is preferably used, but pure water is particularly preferably used.
[0034]
The component to be measured in the sample solution introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 as described above reacts with a reagent that has been previously coated on the solid particles, and is immobilized on the solid particles. Alternatively, after immobilization, it subsequently reacts with the reagent in the reagent solution to form a complex on the solid particles. Alternatively, a complex is formed in a state where the sample solution and the reagent solution are mixed, and the complex is immobilized on the solid particles. Furthermore, after the reagent in the reagent solution is first immobilized on the solid particles, it may react with the component to be measured in the sample solution to form a complex on the solid particles. That is, by selecting a reaction suitable for the component to be measured in the sample liquid and using a reagent suitable for the reaction, the component to be measured or a complex obtained by combining the component is immobilized on the solid particles. .
[0035]
Next, the coloring reagent is introduced into the reaction chambers 13, 23, 33, 43 in the same manner as described above. The introduced coloring reagent reacts with the component to be measured immobilized on the solid particles or the complex obtained by complexing this, and the coloring reagent solution develops color. In this embodiment, the coloring reagent is introduced last. However, depending on the component to be measured, the coloring reagent may be introduced before the sample solution or other reagent solutions.
As described above, the component to be measured immobilized on the solid particles accommodated in the reaction chambers 13, 23, 33, and 43 or a complex obtained by combining the component to be reacted with the coloring reagent reacted to develop color. After the reagent solution has passed through the downstream weir portions 14, 24, 34, 44, the first detection portions 15, 25, 35, 45 and / or the second detection portions 16, 26, 36, 46 are subjected to optical analysis.
[0036]
In the analysis apparatus of this embodiment, an optical fiber, a laser light source, a CCD camera, and a polygon mirror or a cylindrical lens are installed as means for performing optical analysis. Therefore, various optical analyzes can be performed in the analyzer of this embodiment.
Specifically, the following optical analysis is mentioned, for example.
(1) A method in which a laser is introduced into an optical fiber and detected by the optical fiber.
(2) A method in which a laser is introduced into an optical fiber and detected by a CCD camera.
(3) A method in which light from a laser light source is scanned by a polygon mirror and detected by a CCD camera.
(4) A method in which light from a laser light source is scanned by a polygon mirror and detected by an optical fiber.
(5) A method in which light from a laser light source is dispersed by a cylindrical lens and detected by a CCD camera.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, by performing analysis using the analyzer of the present invention, it is possible to easily and efficiently analyze a plurality of samples. That is, the measurement time can be shortened by having a plurality of parallel flow paths. In addition, by analyzing simultaneously in multiple detection units, there is no time difference in data acquisition, such as comparison of analysis results between standard substance and measurement sample, analysis of samples with different concentrations, etc., improving analysis accuracy Can be made.
Furthermore, the analyzer of the present invention, by the upper stream side dam portion and downstream dam portion is provided, the solid particles can be prevented from flowing out from the reaction chamber. In addition, if the upstream weir part and the downstream weir part have a slit-like structure that is substantially the same as the depth of the reaction chamber , liquids such as sample liquid, reagent liquid, and washing water stay on the bottom of the reaction chamber. Can be effectively prevented.
The analysis apparatus and analysis method of the present invention can be applied to various analyzes using solid particles as a reaction solid phase, and can be suitably used particularly for bioassays using immune reactions and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a substrate portion of an embodiment of a microchip used in an analyzer according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of a lid portion of the microchip shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of an optical analysis means in the analysis apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 .. Analyzing device 2 .. Substrate 3.. Lid 11, 21, 31, 41.. Sample solution introduction part 12, 22, 32, 42. Chambers 14, 24, 34, 44 ··· Downstream weirs 15, 25, 35, 45 ··· First detectors 16, 26, 36, 46 ··· Second detectors 17, 27, 37, 47 ··· Samples Liquid outlet

Claims (3)

固体粒子を収納する反応室と、該反応室の上流側の試料液導入部と、該反応室の下流側の検出部と、前記反応室と前記試料液導入部との間に形成された上流側堰部と、前記反応室と前記検出部との間に形成された下流側堰部とを有する流路を複数備える分析装置であって、
前記複数の流路の上流側堰部および下流側堰部は、各々前記固体粒子を堰き止めかつ液体を通過させるための堰部であり、
かつ、前記複数の流路の検出部は、各々光ファイバが接続される第1検出部と、CCDカメラにより撮影される第2検出部とを有し、
前記第1検出部は、光ファイバを各々に接続可能とする距離以上に互いに離間して並列して形成されており、前記第2検出部は、CCDカメラによる撮影を可能とする距離以内に互いに近接して並列して形成されていることを特徴とする分析装置。
A reaction chamber containing solid particles, a sample liquid introduction section upstream of the reaction chamber, a detection section downstream of the reaction chamber, and an upstream formed between the reaction chamber and the sample liquid introduction section An analyzer comprising a plurality of flow paths having a side weir part and a downstream weir part formed between the reaction chamber and the detection part,
The upstream dam portion and the downstream dam portion of the plurality of flow paths are dam portions for damming the solid particles and allowing liquid to pass through , respectively.
And the detection part of these flow paths has the 1st detection part to which each optical fiber is connected, and the 2nd detection part photoed with a CCD camera,
The first detectors are formed in parallel and spaced apart from each other by more than a distance that allows optical fibers to be connected to each other, and the second detectors are mutually within a distance that enables photographing by a CCD camera. An analyzer characterized by being formed in close proximity and in parallel .
前記複数の流路の上流側堰部および下流側堰部は、各々前記固体粒子の粒子径より狭い幅でかつ前記反応室の深さと略同一の深さで流れ方向に形成されたスリット状の堰部である請求項1に記載の分析装置。The upstream weir portion and the downstream weir portion of the plurality of flow paths each have a slit-like shape formed in the flow direction with a width narrower than the particle diameter of the solid particles and substantially the same depth as the reaction chamber. The analyzer according to claim 1 which is a weir part. 請求項1又は2の分析装置を用いる分析方法であって、前記固体粒子に、試料液中の測定対象成分又はこれを複合化した複合体を固定化し、該固定化した測定対象成分又は複合体と発色試薬液とを反応させ、これにより発色した該発色試薬液を、並列する複数の検出部において光分析することを特徴とする分析方法。 It is an analysis method using the analyzer of Claim 1 or 2 , Comprising: The measurement object component in a sample liquid or the composite_body | complex which compounded this was fix | immobilized to the said solid particle, and this measurement object component or composite_body | complex fixed. And a coloring reagent solution, and the coloring reagent solution colored by this is subjected to photoanalysis in a plurality of detection units arranged in parallel.
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