マイクロチャネル及び回転分析デバイス
【課題】分析すべき試料液を精度よく計量し、移送するためのマイクロチャネル及び回転分析デバイスを提供する。
【解決手段】分析すべき試料液を毛細管部にて計量するマイクロチャネルであって、試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、を備え、前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成する。
【解決手段】分析すべき試料液を毛細管部にて計量するマイクロチャネルであって、試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、を備え、前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、種々の生物学的及び化学的組成物の分析に適用されるような多項目生体液分析装置（マルチバイオセンサ）の分野に関する。より具体的には、本発明は、印加される遠心力及び装置中の通路の表面特性や液体の表面張力によって生じる毛細管力を利用して液体の計量と移送を行い、分析を実施する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料液を内部に収集した分析用パネルを用い、この分析用パネルを軸中心周りに回転させながら、分析装置の光学スキャン技術を用いて、試料液の特性を分析する分析装置が実用化されている。
【０００３】
近年、試料液の少量化、装置の小型化、短時間測定、多項目同時測定など、市場からの要求も多く、血液等の試料液をいろいろな分析試薬と反応させ、その混合物を検出し、短時間で各種病気の進行度合いを検査できるより高精度の分析装置が望まれている。
【０００４】
図１２は毛細管計量セグメント及び親水性ストッパを含む分析装置である。分析装置は、雰囲気中に通じる空気孔Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４と、試料溜めＲ１、Ｒ２、Ｒ３と、毛細管で形成される計量セグメントＬと、親水性ストッパＳ１で構成されている。計量セグメントＬは、分析精度が改善されるよう、正確な量の液体試料が計量分配されることを保証する。液体の試料が試料溜めＲ１に加えられ、試料溜めＲ１から計量セグメントＬを毛細管力によって流れ（ 通路は親水性である） 、ほぼＵ 字形の計量セグメントＬを満たす。計量セグメントＬの形状は、図示するＵ字形である必要はなく、まっすぐ又は直線形の毛管セグメントを使用することもできる。計量セグメントＬの両端は空気孔Ｖ１とＶ２を介して大気雰囲気に通じている。試料液体は、毛細管力によって親水性ストッパＳ１のところまで動くが、計量セグメントＬと親水性ストッパＳ１の接続部で停止する。これは、計量セグメントＬの幅より親水性ストッパＳ１の幅が広い構造にすることにより、液体試料が親水性ストッパＳ１の壁面に触れることができないことにより、毛細管力が停止してしまうためである。分析装置が回転プラットフォームに配置され、親水性ストッパの抵抗に打ち勝つのに十分な速度で回転させられるならば、計量セグメントＬ に含まれた液体はストッパＳ１を通過し、遠心力と毛細管力によって試薬溜めＲ２に入る。試料液体が遠心力によって親水性ストッパＳ１を通過するとき、空気孔Ｖ１とＶ２から空気が入り、それにより、計量セグメントＬの液柱の長さ、ひいては試薬溜めＲ２に送られる試料の量を決定する。試料溜めＲ２の下方には、さらなる試薬溜めＲ３があり、ここでは、試料液体と反応したり、後の分析に備えて試料液体を準備するために使用したりすることができる。試料溜めＲ２に注入された液体は遠心力によって試料溜めＲ２から試料溜めＲ３まで移動する。（特許文献１参照）
【特許文献１】特表２００５−５１８５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、計量セグメントＬと親水性ストッパＳ１の接続部で、親水面の一部が連続している場合に、試料液体が親水面を伝って移動しようとするため、計量セグメントＬと親水性ストッパＳ１の接続部で完全に停止せず、親水性ストッパＳ１部に溢流してしまい、計量セグメントＬで正確な計量ができないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、毛細管力による液体の流れを精度よく停止させることのできる毛細管力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロチャネルは、分析すべき試料液を毛細管部にて計量するマイクロチャネルであって、試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、を備え、前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成することを特徴としたものである。
また、本発明の回転分析デバイスは、試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、を備え、前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成した複数のパネルを、該パネル形状に対応する複数の凹部を有する円盤上に搭載する回転分析デバイスであって、前記回転分析デバイスを回転させて発生する遠心力により、前記計量された試料液を前記受容部に移送することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の毛細管力制御方法によれば、流路形状によって毛細管力による液体の流れを精度よく制御することができ、毛細管による正確な計量を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の毛細管力制御方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施例１における回転分析デバイス１０１の構成を示す模式図である。また、図２は、マイクロチャネル１０５の構成を説明するためのパネル１０４の拡大斜視図で、本実施例におけるマイクロチャネル１０５は、試料計量部２０１と受容部２０２で構成される。
【００１１】
図１において、本発明の回転分析デバイス１０１は、円形の基板の表面にバランスよく形成された複数の凹部１０３を有する円形基板１０２と、その凹部１０３に、凹部１０３の形状と略一致するように形成されたパネル１０４を配置して構成される。
【００１２】
パネル１０４に形成されるマイクロチャネル１０５は、射出成形により作製された複数の基板を貼り合せることにより形成されている。回転分析デバイス１０１では、このような構成をとることによって、分析するための試料液を後述する方法で試料計量部２０１に導入し、回転中心１０６を軸に回転させ、その回転により発生する遠心力を利用して受容部２０２へと試料液を遠心移動し、受容部２０２に配置された試薬と反応させて検査を行う。
【００１３】
本発明では、マイクロチャネル１０５の受容部２０２で反応した試料液に、光を照射し、その透過光を光学的に分析して測定する。具体的には、マイクロチャネル１０５の試料液が受容部２０２に移動し攪拌することにより、受容部２０２に配置された試薬と試料液が反応し、その反応の割合で吸光度が変化することを利用している。この装置では、光学的分析を行うため、光源部からマイクロチャネル１０５の受容部２０２に光を照射し、受光部にてその透過光の光量を測定することで、試料液の特性を分析することができる。
【００１４】
次にパネル１０４の構成について説明する。本発明におけるパネル１０４は２枚の射出成型された基板で構成されており、具体的には図２に示すように、２枚の基板２０３、２０４で構成されている。それぞれの基板の厚みは、１ｍｍ〜７ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル１０５を形成可能な厚みであればよい。基板２０３、２０４の形状についても特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、扇状、円盤状、板状、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。
【００１５】
本発明では基板２０３、２０４の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなど接合できる材料であれば特に制限はない。
【００１６】
本発明ではマイクロチャネル１０５を有する基板２０３、２０４には、マイクロチャネル１０５内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために壁面の一部或いは全ての壁面に親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。
【００１７】
本発明では、接着剤を用いて基板２０３、２０４を接合しているが、使用する材料に応じて溶融接合や陽極接合やレーザー接合などの接合方法で接合してもかまわない。
【００１８】
次に上記で説明した本発明の第１の実施例における回転分析デバイス１０１のマイクロチャネル１０５の構成および試料液の採取及び移送プロセスについて説明する。
【００１９】
図３に示すように、マイクロチャネル１０５は、回転分析デバイス１０１にパネルを設置した際に、回転中心１０６の近傍に試料液を採取及び計量するための試料計量部２０１が配置されるように構成されている。さらに、試料計量部２０１から外周方向に試料液と試薬を反応させて検査するための受容部２０２が配置されている。試料計量部２０１は、目視で試料計量部２０１が試料液で満たされていることを確実に確認できるように幅広く、毛細管力が働くようにするために厚みが浅い構成となっている。これは、試料計量部２０１において、採取すべき試料液の不足や、気泡の混入により、計量した試料液が不足することを試料液採取者にわかり易くすることにより、必要量の試料液の確実な採取を促し、試料液の確実な採取を実現するためである。
【００２０】
一般的に毛細管力は、壁面の一部或いは全部が親水性であり、向かい合う壁面の距離が、１ｍｍ以下のときに働く。さらにその距離が０．３ｍｍ以下であるときに、試料液及び壁面に働く表面エネルギーに対して毛細管力の方が支配的となり、試料液は、外力を加えることなく毛細管を通って移動する。
【００２１】
本実施例１のパネルでは、受容部２０２に配置された試薬と反応させて吸光度を測定するために試料計量部２０１で試料液を１０μＬ採取する必要がある。さらに、測定精度向上のために試料計量部２０１でのばらつきは、±５％以内、つまり、９．５〜１０．５μＬ以内となるようにしておく必要性がある。図３に示すように、本実施例１のパネルでは、試料計量部２０１の形状は、長さＬｃ＝９．６ｍｍ、幅Ｗｃ＝３．８ｍｍ、厚みＤｃ＝０．３ｍｍとし、さらに、開放された毛細管の両端部を毛細管の幅Ｗｃを直径とする円弧状としている。特に試料計量部２０１と受容部２０２が連結した部分では、受容部２０２の内部に試料計量部２０１の円弧状の先端部のみ突き出している。
【００２２】
次に、試料液４０２の採取及び計量方法について説明する。図４〜図６に試料液４０２の採取状態を模式的に示した図を示す。試料計量部２０１は、壁面の一部或いは全てが親水処理されており、毛細管力により試料液４０２を吸上げられるような構造になっている。試料液４０２が血液である場合、まず採血用穿刺器具等を用いて、指先４０１に針を穿刺し、試料液４０２となる血液だまりを作る。そこに図４に示すように、試料計量部２０１の先端部を触れさせることで、試料計量部２０１に試料液４０２となる血液の吸上げが開始される。
【００２３】
さらに図５に示すように、試料液４０２は、試料計量部２０１に働く毛細管力で吸上げられ、試料計量部２０１と受容部２０２を連結する円弧状の端部までのすべてを満たす。このとき、吸い上げられた試料液４０２は、円弧状に形成された試料計量部２０１の端部で停止し、受容部２０２には移送されない。これは、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部で、試料計量部２０１の口径より受容部２０２の口径が大きい構造をとることにより、壁面の連続性が断たれ、毛細管力が停止するためである。しかしながら、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部で、１つでも連続した壁面がある場合は、その連続した壁面を伝って試料液４０２が溢れてしまう。最悪の場合、試料液４０２が溢れる勢いによって試料液４０２が受容部２０２に移送されてしまい、試料計量部２０１での計量が困難になってしまう。そこで、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部を円弧状にすることで、試料液４０２の表面張力が安定しやすい形状で停止させることが可能となり、連結部で連続した壁面がある場合でも、受容部への溢流を抑制することができる。
【００２４】
図７に、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部の円弧の形状と、受容部２０２に溢流する試料液４０２の関係について示す。円弧の形状は、図３に示した試料計量部２０１の幅Ｗｃと円弧の飛び出し幅Ｒｃとで定義される２Ｒｃ／Ｗｃで表現する。例えば、２Ｒｃ／Ｗｃ＝０の場合、つまりＲｃ＝０の場合は試料計量部２０１の端部は直線状になっており、また２Ｒｃ／Ｗｃ＝１の場合、つまり２Ｒｃ＝Ｗｃの場合には試料計量部２０１の幅Ｗｃを直径とする円とする円弧となる端部といった具合である。この結果から、円弧の形状は２Ｒｃ＝Ｗｃとなるとき、つまり試料計量部２０１の幅Ｗｃを直径とする円とする円弧となる端部である場合が、試料液４０２の溢流を抑制することができるということがわかる。この効果から、試料計量部２０１の端部を円弧状にすることにより、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部での試料液４０２の制御の確実性を向上させることができ、試料計量部２０１の形状のみで精度よく試料液の計量を行うことが可能となる。その状態で、試料計量部２０１で計量された試料液４０２の採取は完了する。
【００２５】
以上説明したように試料計量部２０１の先端部を円弧状に形成することにより試料計量部２０１で計量される試料液のばらつきを、±５％以内に収めることができる。
【００２６】
次に、図８〜図１１を用いて、試料計量部２０１で計量された試料液４０２の遠心移送プロセス及び試薬反応プロセスについて説明する。試料液４０２が試料計量部２０１に充填された後、図８に示すように、パネル１０４を回転分析デバイス１０１の凹部１０３にセットし固定する。その後、図９に示すように、回転分析デバイス１０１を回転することにより、パネル１０４内の試料計量部２０１に充填された試料液４０２に遠心力が発生する。そうすると、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部で停止していた試料液４０２が受容部２０２に向かって移動し始める。さらに、回転数を一定に保つことによって、図１０に示すように、試料計量部２０１で計量された試料液４０２が、受容部２０２へ全て移動する。
【００２７】
受容部２０２には、試薬が収容されており、受容部２０２に試料液が移動した際に、すぐに反応するように配置されている。この試薬は、固形の試薬であったり、壁面に塗布されたものであったりしてもよい。具体的な試薬としては、グルコース測定のためのグルコースオキシターゼ、グルコースデヒドロゲナーゼや、コレステロール測定のためのコレステロールエステラーゼ、コレステロールハイドロゲナーゼなどが用いられる。
【００２８】
さらに、試薬との反応を加速するために、図１１に示すように、回転分析デバイス１０１を揺動させる。揺動は、回転分析デバイス１０１の回転方向を繰り返し変更することで行われる。具体的には、図１１に示すように、マイクロチャネル１０５が、９時の方向にある状態で、時計回りと反時計回りの方向にプラスマイナス１度ずつ交互に揺動させることで、受容部２０２に移動した試料液４０２と試薬を攪拌し、最終的に受容部２０２の内部で反応液を生成することができる。その後、光学的な測定方法を用いて反応液の吸光度を測定することで試料液４０２の分析を行うことができる。このときの揺動の角度と、揺動の周波数は、プラスマイナス１度以上、２２Ｈｚ以上であれば良く、この条件を満たす揺動を行うことにより、短時間で確実な試薬との反応を実施することができる。即ち、２２Ｈｚ程度の周波数で微小角度、マイクロチャネルを備えるパネルを揺動することにより、確実に試料液と試薬を混合させることができる。
【００２９】
このように、パネル１０４に上記に示したようなマイクロチャネル１０５を構成することで、試料計量部２０１での計量精度を向上させることができ、非常に高精度な試料液２０１の分析が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる回転分析デバイスは、試料液を計量し採取するための試料計量部と、試料液と試薬を攪拌し反応させて吸光度を測定するための受容部との連結部において、受容部内部に円弧状に突き出した試料計量部を形成することにより、受容部に溢流する試料液の量を削減することができるため、高精度な試料液の分析が可能となる。
【００３１】
本発明にかかる回転分析デバイスは、血液の分析や、希釈液の長期保存が必要な医療分析検査装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における回転分析デバイスの概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロチャネルを有するパネルの概略斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロチャネルを有するパネルの概略構成図
【図４】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液採取の第１のプロセスを説明するための図
【図５】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液採取の第２のプロセスを説明するための図
【図６】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液採取代のプロセスを説明するための図
【図７】本発明の実施例１における回転分析デバイスの受容部に溢流する試料液と試料計量部の先端形状との関係を示すための図
【図８】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液移送の第１のプロセスを説明するための図
【図９】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液移送プロセスの第２の概略図
【図１０】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液移送の第２のプロセス説明するための図
【図１１】本発明の実施例１における回転分析デバイスの揺動プロセスを説明するための図
【図１２】従来の回転分析デバイスの試料の制御及び計量を説明するための図
【符号の説明】
【００３３】
１０１ 回転分析デバイス
１０２ 円形基板
１０３ 凹部
１０４ パネル
１０５ マイクロチャネル
１０６ 回転中心
２０１ 試料計量部
２０２ 受容部
２０３ 基板
２０４ 基板
４０１ 指先
４０２ 試料液（血液）
Ｖ１〜Ｖ４ 空気孔
Ｒ１〜Ｒ３ 試料溜め
Ｌ 計量セグメント
Ｓ１ 親水性ストッパ
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、種々の生物学的及び化学的組成物の分析に適用されるような多項目生体液分析装置（マルチバイオセンサ）の分野に関する。より具体的には、本発明は、印加される遠心力及び装置中の通路の表面特性や液体の表面張力によって生じる毛細管力を利用して液体の計量と移送を行い、分析を実施する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料液を内部に収集した分析用パネルを用い、この分析用パネルを軸中心周りに回転させながら、分析装置の光学スキャン技術を用いて、試料液の特性を分析する分析装置が実用化されている。
【０００３】
近年、試料液の少量化、装置の小型化、短時間測定、多項目同時測定など、市場からの要求も多く、血液等の試料液をいろいろな分析試薬と反応させ、その混合物を検出し、短時間で各種病気の進行度合いを検査できるより高精度の分析装置が望まれている。
【０００４】
図１２は毛細管計量セグメント及び親水性ストッパを含む分析装置である。分析装置は、雰囲気中に通じる空気孔Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４と、試料溜めＲ１、Ｒ２、Ｒ３と、毛細管で形成される計量セグメントＬと、親水性ストッパＳ１で構成されている。計量セグメントＬは、分析精度が改善されるよう、正確な量の液体試料が計量分配されることを保証する。液体の試料が試料溜めＲ１に加えられ、試料溜めＲ１から計量セグメントＬを毛細管力によって流れ（ 通路は親水性である） 、ほぼＵ 字形の計量セグメントＬを満たす。計量セグメントＬの形状は、図示するＵ字形である必要はなく、まっすぐ又は直線形の毛管セグメントを使用することもできる。計量セグメントＬの両端は空気孔Ｖ１とＶ２を介して大気雰囲気に通じている。試料液体は、毛細管力によって親水性ストッパＳ１のところまで動くが、計量セグメントＬと親水性ストッパＳ１の接続部で停止する。これは、計量セグメントＬの幅より親水性ストッパＳ１の幅が広い構造にすることにより、液体試料が親水性ストッパＳ１の壁面に触れることができないことにより、毛細管力が停止してしまうためである。分析装置が回転プラットフォームに配置され、親水性ストッパの抵抗に打ち勝つのに十分な速度で回転させられるならば、計量セグメントＬ に含まれた液体はストッパＳ１を通過し、遠心力と毛細管力によって試薬溜めＲ２に入る。試料液体が遠心力によって親水性ストッパＳ１を通過するとき、空気孔Ｖ１とＶ２から空気が入り、それにより、計量セグメントＬの液柱の長さ、ひいては試薬溜めＲ２に送られる試料の量を決定する。試料溜めＲ２の下方には、さらなる試薬溜めＲ３があり、ここでは、試料液体と反応したり、後の分析に備えて試料液体を準備するために使用したりすることができる。試料溜めＲ２に注入された液体は遠心力によって試料溜めＲ２から試料溜めＲ３まで移動する。（特許文献１参照）
【特許文献１】特表２００５−５１８５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、計量セグメントＬと親水性ストッパＳ１の接続部で、親水面の一部が連続している場合に、試料液体が親水面を伝って移動しようとするため、計量セグメントＬと親水性ストッパＳ１の接続部で完全に停止せず、親水性ストッパＳ１部に溢流してしまい、計量セグメントＬで正確な計量ができないという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、毛細管力による液体の流れを精度よく停止させることのできる毛細管力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のマイクロチャネルは、分析すべき試料液を毛細管部にて計量するマイクロチャネルであって、試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、を備え、前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成することを特徴としたものである。
また、本発明の回転分析デバイスは、試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、を備え、前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成した複数のパネルを、該パネル形状に対応する複数の凹部を有する円盤上に搭載する回転分析デバイスであって、前記回転分析デバイスを回転させて発生する遠心力により、前記計量された試料液を前記受容部に移送することを特徴としたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の毛細管力制御方法によれば、流路形状によって毛細管力による液体の流れを精度よく制御することができ、毛細管による正確な計量を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の毛細管力制御方法の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施例１における回転分析デバイス１０１の構成を示す模式図である。また、図２は、マイクロチャネル１０５の構成を説明するためのパネル１０４の拡大斜視図で、本実施例におけるマイクロチャネル１０５は、試料計量部２０１と受容部２０２で構成される。
【００１１】
図１において、本発明の回転分析デバイス１０１は、円形の基板の表面にバランスよく形成された複数の凹部１０３を有する円形基板１０２と、その凹部１０３に、凹部１０３の形状と略一致するように形成されたパネル１０４を配置して構成される。
【００１２】
パネル１０４に形成されるマイクロチャネル１０５は、射出成形により作製された複数の基板を貼り合せることにより形成されている。回転分析デバイス１０１では、このような構成をとることによって、分析するための試料液を後述する方法で試料計量部２０１に導入し、回転中心１０６を軸に回転させ、その回転により発生する遠心力を利用して受容部２０２へと試料液を遠心移動し、受容部２０２に配置された試薬と反応させて検査を行う。
【００１３】
本発明では、マイクロチャネル１０５の受容部２０２で反応した試料液に、光を照射し、その透過光を光学的に分析して測定する。具体的には、マイクロチャネル１０５の試料液が受容部２０２に移動し攪拌することにより、受容部２０２に配置された試薬と試料液が反応し、その反応の割合で吸光度が変化することを利用している。この装置では、光学的分析を行うため、光源部からマイクロチャネル１０５の受容部２０２に光を照射し、受光部にてその透過光の光量を測定することで、試料液の特性を分析することができる。
【００１４】
次にパネル１０４の構成について説明する。本発明におけるパネル１０４は２枚の射出成型された基板で構成されており、具体的には図２に示すように、２枚の基板２０３、２０４で構成されている。それぞれの基板の厚みは、１ｍｍ〜７ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル１０５を形成可能な厚みであればよい。基板２０３、２０４の形状についても特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、扇状、円盤状、板状、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。
【００１５】
本発明では基板２０３、２０４の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面からプラスチックを使用しているが、ガラス、シリコンウェハー、金属、セラミックなど接合できる材料であれば特に制限はない。
【００１６】
本発明ではマイクロチャネル１０５を有する基板２０３、２０４には、マイクロチャネル１０５内の粘性抵抗を減らし流体移動をしやすくするために壁面の一部或いは全ての壁面に親水性処理を行っているが、ガラス等の親水性材料を用いたり、成形時に界面活性剤、親水性ポリマー、シリカゲルの如き親性粉末などの親水化剤を添加させて材料表面に親水性を付与させたりしてもかまわない。親水性処理方法としては、プラズマ、コロナ、オゾン、フッ素等の活性ガスを用いた表面処理方法や界面活性剤による表面処理が挙げられる。ここで、親水とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。
【００１７】
本発明では、接着剤を用いて基板２０３、２０４を接合しているが、使用する材料に応じて溶融接合や陽極接合やレーザー接合などの接合方法で接合してもかまわない。
【００１８】
次に上記で説明した本発明の第１の実施例における回転分析デバイス１０１のマイクロチャネル１０５の構成および試料液の採取及び移送プロセスについて説明する。
【００１９】
図３に示すように、マイクロチャネル１０５は、回転分析デバイス１０１にパネルを設置した際に、回転中心１０６の近傍に試料液を採取及び計量するための試料計量部２０１が配置されるように構成されている。さらに、試料計量部２０１から外周方向に試料液と試薬を反応させて検査するための受容部２０２が配置されている。試料計量部２０１は、目視で試料計量部２０１が試料液で満たされていることを確実に確認できるように幅広く、毛細管力が働くようにするために厚みが浅い構成となっている。これは、試料計量部２０１において、採取すべき試料液の不足や、気泡の混入により、計量した試料液が不足することを試料液採取者にわかり易くすることにより、必要量の試料液の確実な採取を促し、試料液の確実な採取を実現するためである。
【００２０】
一般的に毛細管力は、壁面の一部或いは全部が親水性であり、向かい合う壁面の距離が、１ｍｍ以下のときに働く。さらにその距離が０．３ｍｍ以下であるときに、試料液及び壁面に働く表面エネルギーに対して毛細管力の方が支配的となり、試料液は、外力を加えることなく毛細管を通って移動する。
【００２１】
本実施例１のパネルでは、受容部２０２に配置された試薬と反応させて吸光度を測定するために試料計量部２０１で試料液を１０μＬ採取する必要がある。さらに、測定精度向上のために試料計量部２０１でのばらつきは、±５％以内、つまり、９．５〜１０．５μＬ以内となるようにしておく必要性がある。図３に示すように、本実施例１のパネルでは、試料計量部２０１の形状は、長さＬｃ＝９．６ｍｍ、幅Ｗｃ＝３．８ｍｍ、厚みＤｃ＝０．３ｍｍとし、さらに、開放された毛細管の両端部を毛細管の幅Ｗｃを直径とする円弧状としている。特に試料計量部２０１と受容部２０２が連結した部分では、受容部２０２の内部に試料計量部２０１の円弧状の先端部のみ突き出している。
【００２２】
次に、試料液４０２の採取及び計量方法について説明する。図４〜図６に試料液４０２の採取状態を模式的に示した図を示す。試料計量部２０１は、壁面の一部或いは全てが親水処理されており、毛細管力により試料液４０２を吸上げられるような構造になっている。試料液４０２が血液である場合、まず採血用穿刺器具等を用いて、指先４０１に針を穿刺し、試料液４０２となる血液だまりを作る。そこに図４に示すように、試料計量部２０１の先端部を触れさせることで、試料計量部２０１に試料液４０２となる血液の吸上げが開始される。
【００２３】
さらに図５に示すように、試料液４０２は、試料計量部２０１に働く毛細管力で吸上げられ、試料計量部２０１と受容部２０２を連結する円弧状の端部までのすべてを満たす。このとき、吸い上げられた試料液４０２は、円弧状に形成された試料計量部２０１の端部で停止し、受容部２０２には移送されない。これは、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部で、試料計量部２０１の口径より受容部２０２の口径が大きい構造をとることにより、壁面の連続性が断たれ、毛細管力が停止するためである。しかしながら、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部で、１つでも連続した壁面がある場合は、その連続した壁面を伝って試料液４０２が溢れてしまう。最悪の場合、試料液４０２が溢れる勢いによって試料液４０２が受容部２０２に移送されてしまい、試料計量部２０１での計量が困難になってしまう。そこで、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部を円弧状にすることで、試料液４０２の表面張力が安定しやすい形状で停止させることが可能となり、連結部で連続した壁面がある場合でも、受容部への溢流を抑制することができる。
【００２４】
図７に、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部の円弧の形状と、受容部２０２に溢流する試料液４０２の関係について示す。円弧の形状は、図３に示した試料計量部２０１の幅Ｗｃと円弧の飛び出し幅Ｒｃとで定義される２Ｒｃ／Ｗｃで表現する。例えば、２Ｒｃ／Ｗｃ＝０の場合、つまりＲｃ＝０の場合は試料計量部２０１の端部は直線状になっており、また２Ｒｃ／Ｗｃ＝１の場合、つまり２Ｒｃ＝Ｗｃの場合には試料計量部２０１の幅Ｗｃを直径とする円とする円弧となる端部といった具合である。この結果から、円弧の形状は２Ｒｃ＝Ｗｃとなるとき、つまり試料計量部２０１の幅Ｗｃを直径とする円とする円弧となる端部である場合が、試料液４０２の溢流を抑制することができるということがわかる。この効果から、試料計量部２０１の端部を円弧状にすることにより、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部での試料液４０２の制御の確実性を向上させることができ、試料計量部２０１の形状のみで精度よく試料液の計量を行うことが可能となる。その状態で、試料計量部２０１で計量された試料液４０２の採取は完了する。
【００２５】
以上説明したように試料計量部２０１の先端部を円弧状に形成することにより試料計量部２０１で計量される試料液のばらつきを、±５％以内に収めることができる。
【００２６】
次に、図８〜図１１を用いて、試料計量部２０１で計量された試料液４０２の遠心移送プロセス及び試薬反応プロセスについて説明する。試料液４０２が試料計量部２０１に充填された後、図８に示すように、パネル１０４を回転分析デバイス１０１の凹部１０３にセットし固定する。その後、図９に示すように、回転分析デバイス１０１を回転することにより、パネル１０４内の試料計量部２０１に充填された試料液４０２に遠心力が発生する。そうすると、試料計量部２０１と受容部２０２の連結部で停止していた試料液４０２が受容部２０２に向かって移動し始める。さらに、回転数を一定に保つことによって、図１０に示すように、試料計量部２０１で計量された試料液４０２が、受容部２０２へ全て移動する。
【００２７】
受容部２０２には、試薬が収容されており、受容部２０２に試料液が移動した際に、すぐに反応するように配置されている。この試薬は、固形の試薬であったり、壁面に塗布されたものであったりしてもよい。具体的な試薬としては、グルコース測定のためのグルコースオキシターゼ、グルコースデヒドロゲナーゼや、コレステロール測定のためのコレステロールエステラーゼ、コレステロールハイドロゲナーゼなどが用いられる。
【００２８】
さらに、試薬との反応を加速するために、図１１に示すように、回転分析デバイス１０１を揺動させる。揺動は、回転分析デバイス１０１の回転方向を繰り返し変更することで行われる。具体的には、図１１に示すように、マイクロチャネル１０５が、９時の方向にある状態で、時計回りと反時計回りの方向にプラスマイナス１度ずつ交互に揺動させることで、受容部２０２に移動した試料液４０２と試薬を攪拌し、最終的に受容部２０２の内部で反応液を生成することができる。その後、光学的な測定方法を用いて反応液の吸光度を測定することで試料液４０２の分析を行うことができる。このときの揺動の角度と、揺動の周波数は、プラスマイナス１度以上、２２Ｈｚ以上であれば良く、この条件を満たす揺動を行うことにより、短時間で確実な試薬との反応を実施することができる。即ち、２２Ｈｚ程度の周波数で微小角度、マイクロチャネルを備えるパネルを揺動することにより、確実に試料液と試薬を混合させることができる。
【００２９】
このように、パネル１０４に上記に示したようなマイクロチャネル１０５を構成することで、試料計量部２０１での計量精度を向上させることができ、非常に高精度な試料液２０１の分析が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる回転分析デバイスは、試料液を計量し採取するための試料計量部と、試料液と試薬を攪拌し反応させて吸光度を測定するための受容部との連結部において、受容部内部に円弧状に突き出した試料計量部を形成することにより、受容部に溢流する試料液の量を削減することができるため、高精度な試料液の分析が可能となる。
【００３１】
本発明にかかる回転分析デバイスは、血液の分析や、希釈液の長期保存が必要な医療分析検査装置等の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１における回転分析デバイスの概略構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるマイクロチャネルを有するパネルの概略斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるマイクロチャネルを有するパネルの概略構成図
【図４】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液採取の第１のプロセスを説明するための図
【図５】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液採取の第２のプロセスを説明するための図
【図６】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液採取代のプロセスを説明するための図
【図７】本発明の実施例１における回転分析デバイスの受容部に溢流する試料液と試料計量部の先端形状との関係を示すための図
【図８】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液移送の第１のプロセスを説明するための図
【図９】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液移送プロセスの第２の概略図
【図１０】本発明の実施例１における回転分析デバイスの試料液移送の第２のプロセス説明するための図
【図１１】本発明の実施例１における回転分析デバイスの揺動プロセスを説明するための図
【図１２】従来の回転分析デバイスの試料の制御及び計量を説明するための図
【符号の説明】
【００３３】
１０１ 回転分析デバイス
１０２ 円形基板
１０３ 凹部
１０４ パネル
１０５ マイクロチャネル
１０６ 回転中心
２０１ 試料計量部
２０２ 受容部
２０３ 基板
２０４ 基板
４０１ 指先
４０２ 試料液（血液）
Ｖ１〜Ｖ４ 空気孔
Ｒ１〜Ｒ３ 試料溜め
Ｌ 計量セグメント
Ｓ１ 親水性ストッパ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析すべき試料液を毛細管部にて計量するマイクロチャネルであって、
試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、
前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、
を備え、
前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成することを特徴とするマイクロチャネル。
【請求項２】
前記毛細管試料計量部の先端部は、毛細管幅をＷｃ、突出量をＲｃとするとき、Ｗｃ＝２Ｒｃなる関係を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項３】
前記毛細管試料計量部にて計量される試料液のばらつきが±５％以内であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項４】
請求項２に記載のマイクロチャネルを備える複数のパネルを該パネル形状に対応する複数の凹部を有する円盤上に搭載する回転分析デバイスであって、前記回転分析デバイスを回転させて発生する遠心力により、前記計量された試料液を前記受容部に移送することを特徴とする回転分析デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の回転分析デバイスであって、
前記マイクロチャネルを備える複数のパネルを前記円盤の中心点対称位置に配置し、分析すべき前記パネルを９時方向に位置し、時計方向と反時計方向に交互に微小角度、所定の周波数で揺動して前記受容部に設置される試薬と試料液を攪拌して光学的に分析することを特徴とする回転分析デバイス。
【請求項６】
前記微小角度は±1度程度、揺動の周波数は、略２２Ｈｚであることを特徴とする請求項５に記載の回転分析デバイス。
【請求項７】
前記マイクロチャネルを備えるパネルの受容部の深さは、前記マイクロチャネルの流路の深さより深いことを特徴とする請求項４に記載の回転分析デバイス。
【請求項１】
分析すべき試料液を毛細管部にて計量するマイクロチャネルであって、
試料液を採取し所定量の検査すべき試料液を計量する毛細管よりなる試料計量部と、
前記毛細管試料計量部と連結する該計量された試料液を収容する受容部と、
を備え、
前記毛細管試料計量部と該計量された試料液の受容部とを連結する先端部を円弧状に形成し前記受容部に突出して構成することを特徴とするマイクロチャネル。
【請求項２】
前記毛細管試料計量部の先端部は、毛細管幅をＷｃ、突出量をＲｃとするとき、Ｗｃ＝２Ｒｃなる関係を有することを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項３】
前記毛細管試料計量部にて計量される試料液のばらつきが±５％以内であることを特徴とする請求項１に記載のマイクロチャネル。
【請求項４】
請求項２に記載のマイクロチャネルを備える複数のパネルを該パネル形状に対応する複数の凹部を有する円盤上に搭載する回転分析デバイスであって、前記回転分析デバイスを回転させて発生する遠心力により、前記計量された試料液を前記受容部に移送することを特徴とする回転分析デバイス。
【請求項５】
請求項４に記載の回転分析デバイスであって、
前記マイクロチャネルを備える複数のパネルを前記円盤の中心点対称位置に配置し、分析すべき前記パネルを９時方向に位置し、時計方向と反時計方向に交互に微小角度、所定の周波数で揺動して前記受容部に設置される試薬と試料液を攪拌して光学的に分析することを特徴とする回転分析デバイス。
【請求項６】
前記微小角度は±1度程度、揺動の周波数は、略２２Ｈｚであることを特徴とする請求項５に記載の回転分析デバイス。
【請求項７】
前記マイクロチャネルを備えるパネルの受容部の深さは、前記マイクロチャネルの流路の深さより深いことを特徴とする請求項４に記載の回転分析デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１８５５１７（Ｐ２００８−１８５５１７Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２０８４５（Ｐ２００７−２０８４５）
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３１日（２００７．１．３１）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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