生体分析用デバイスおよびそれを用いた血液分離方法
【課題】少量の血液に含まれる最大量の血漿成分を血球成分が混入することなく採取することができる生体分析用デバイスを提供する。
【解決手段】供給流路（１６）から供給された血液を貯留する血液貯留部（５）と、回転中心（２）に対して血液貯留部（５）の外周側に配置され内部が血液分離壁（１４）により血漿貯留部（１５）と血球貯留部（９）に分けられた血液分離部（７）と、血液貯留部（５）と血液分離部（７）を連結する血液流路（１７）と、血液分離部（７）にサイフォン流路（１２ａ）を介して接続された血漿計量部（１２）と、回転中心（２）に対して血球貯留部（９）より外周側に配置され血漿計量部（１２）に接続された試薬反応部（１１）とを備えたことを特徴とし、回転させて血液を遠心分離した後に、血漿計量部（１２）にて血漿成分のみを計量採取できる。
【解決手段】供給流路（１６）から供給された血液を貯留する血液貯留部（５）と、回転中心（２）に対して血液貯留部（５）の外周側に配置され内部が血液分離壁（１４）により血漿貯留部（１５）と血球貯留部（９）に分けられた血液分離部（７）と、血液貯留部（５）と血液分離部（７）を連結する血液流路（１７）と、血液分離部（７）にサイフォン流路（１２ａ）を介して接続された血漿計量部（１２）と、回転中心（２）に対して血球貯留部（９）より外周側に配置され血漿計量部（１２）に接続された試薬反応部（１１）とを備えたことを特徴とし、回転させて血液を遠心分離した後に、血漿計量部（１２）にて血漿成分のみを計量採取できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体分析用デバイスに試料液をセットして分析装置本体にセットし、分析装置本体が生体分析用デバイスから前記試料液の成分を自動で読み取る分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生物学的流体を光学的に分析する方法として液体流路を形成したマイクロデバイスを用いて分析する方法が知られている。マイクロデバイスは回転分析装置を使って流体を制御することが可能であり、遠心力を利用して試料の計量、細胞質材料の分離、分離された流体の移送分配等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。
【０００３】
遠心力を利用して試料を計量する分析方法として特許文献１，特許文献２，特許文献３を挙げることができる。
図１１は特許文献１の技術を示している。
【０００４】
これは、生体分析用デバイスの中心から周縁に向けて、分析前に希釈すべき液体を収容する中央収容部３１と、計量室３２及び溢流室３３と、混合室３４と、測定セル３５とを備え、計量室３２が溢流室３３とほぼ並行に配置され、且つ供給口３６及び溢流口３７以外に供給口３６と対向する計量室壁面に開口３８が設けられており、この開口３８が常時開放されると共に、供給口３６及び溢流口３７より遥かに小さい断面を有している。
【０００５】
この構成によると、計量室３２への充填が高速で実施され、且つその溢流が直ちに除去される。液体は計量室３２が液体で満たされ始めるとすぐにこの室から流出し始める。そのため、“流入口断面積”対“流出口断面積”の比の関数たる“供給時間”対“流出口”からの流出時間の比を小さくできることから、測定に正確さが与えられる。
【０００６】
図１２は特許文献２の技術を示している。
この生体分析用デバイスは、流体室４１と、流体室４１に連結されると共に流体室４１に対して半径方向の外方に配置された計量室４２と、計量室４２に連結された溢流室４３と、計量室４２に対して半径方向の外方に配置された受容室４４と、計量室４２から受容室４４に液体を供給するための毛細管連結手段４５とを有している。毛細管連結手段４５は、毛細管構造のサイフォン４６を有しており、サイフォン４６の肘状屈曲部分が、生体分析用デバイスの中心から、計量室４２の半径方向の最内方点とほぼ同じ距離になるように位置付けられることで、生体分析用デバイスの回転中は毛細管力が遠心力に比べて小さいため、液体／空気の界面は生体分析用デバイスの軸線と同じ軸線を有し、且つ生体分析用デバイスの中心から計量室４２の半径方向の最内方点までの距離に等しい長さの半径を持つ回転円筒体の形状と合致して計量室４２は充填され、過剰な液は溢流室４３に流れ込む。生体分析用デバイスを止めると、計量室４２内に充填された液が、毛細管力で毛細管連結手段４５に流入し、再度回転させることでサイフォンが始動し、計量室４２内に存在する液は受容室４４に排出される。
【０００７】
図１３は特許文献３の技術を示している。
この生体分析用デバイスは、内周から外周方向に向かって外周側が扇状に形成された貯留部５１と、血球収容部５２を備え、血球収容部５２と貯留部５１を接続する部分５３は、凸形状になっており、遠心分離によって流入した血球成分が貯留部５１に逆流しないようになっている。さらに、貯留部５１の側面には、サイフォン形状の出力流路５４が連結され、出力流路５４から先は、次の操作領域へ操作後の試料液を供給できる構成である。供給流路５５を介して原血液を貯留部５１に供給し、供給された血液は遠心力によって比重の重い血球成分が血球収容部５２に収容される。おおよそ分離完了の状態で生体分析用デバイスの回転数を下げることにより、貯留部５１に連結された出力流路５４内の溶液にかかる毛細管力と遠心力のバランスが逆転し、遠心分離によって貯留部５１に残留した血漿・血清成分が出力流路５４を介して次の操作領域へと排出される。
【特許文献１】特開昭６１−１６７４６９号公報
【特許文献２】特表平５−５０８７０９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４５１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１１や図１２に示した従来の構成では、生体分析用デバイスが回転中は、遠心力が液体と計量室壁面との間に働く表面張力より大きいため、溢流口の開口位置で液面が釣り合って所定の量を計量できているが、次工程に移るために回転を減速あるいは停止させた場合に、液体は遠心力から開放されると同時に液体と溢流口壁面の界面で表面張力が働き出し、その表面張力によって液体は溢流口の壁面を伝って溢流室に流出してしまい、精密な計量ができない。また、液体の物性値の違いによって流出する量がばらつくため、分析する液体ごとに計量室の大きさを変える必要がある。
【０００９】
さらに、図１３に示した従来の構成では、比重の違いによる遠心分離は可能であるが、血液の導入される貯留部に直接に毛細管が連結される構造をとっているため、分離前の毛細管内に入ってしまった血球がそのまま毛細管内に残留し採取したい血清・血漿の中に血球が混入する可能性がある。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、少量の血液から血球を混入させることなく必要量の血漿成分のみを正確に採取できる生体分析用デバイスおよびそれを用いた血液分離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】
【００１１】
本発明の請求項１記載の生体分析用デバイスは、回転中心を持ち回転自在に構成された生体分析用デバイスであって、試料液としての血液を採取する供給流路と、前記供給流路から供給された前記血液を貯留する血液貯留部と、前記回転中心に対して前記血液貯留部の外周側に配置され内部が血液分離壁により血漿貯留部と血球貯留部に分けられた血液分離部と、前記血液貯留部と前記血液分離部を連結する血液流路と、前記血液分離部にＵ字型形状のサイフォン流路を介して接続された血漿計量部と、前記回転中心に対して前記血球貯留部より外周側に配置され前記血漿計量部に接続された試薬反応部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血液分離部を前記血液分離壁により前記回転中心に対して半径方向内側の前記血漿貯留部と半径方向外側の前記血球貯留部に分割し、前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結するように通気流路が形成され、前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結し端部が前記血漿貯留部と前記血球貯留部に突出しかつ前記サイフォン流路を介して前記血漿計量部に連通した血漿採取毛細管が形成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血液分離壁は、前記血球貯留部の容量が、前記血液貯留部に注入した血液量の６５％〜７０％になるように形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血液分離壁は、前記血球貯留部に接する壁面が回転中心からの距離が一定の円弧面で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血液分離壁は、前記血漿貯留部に接する壁面の回転中心からの距離が一定あるいは前記血漿採取毛細管に向かって回転中心からの距離が長くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項６記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血液流路の深さは、前記血液分離部の深さよりも浅いことを特徴とする。
本発明の請求項７記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血漿採取毛細管の深さは、前記血漿計量部の深さよりも深いことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項８記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血漿計量部の深さは、前記試薬反応部の深さよりも浅いことを特徴とする。
本発明の請求項９記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血漿計量部に連通する前記サイフォン流路と前記血液分離部との連結部が、前記血液分離部の内部で遠心力によって分離された血球成分の界面の位置より、前記回転中心に対して内側に位置していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１０記載の血液分離方法は、請求項１に記載の生体分析用デバイスに分析すべき血液をセットし、前記生体分析用デバイスを回転して発生する遠心力と毛細管力により遠心分離するに際し、第１の回転速度にて、前記生体分析用デバイスの血液貯留部の血液を血液分離部に移送し、かつ血球成分と血漿成分に分離し、次に、第２の回転速度に減速或いは停止して、前記血漿貯留部から血漿成分のみを前記サイフォン流路に移送し、段階的に回転速度を減速し血漿成分のみを前記血漿計量部に採取することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１１記載の血液分離方法は、請求項１０において、前記第１の回転速度は、前記血液分離部に移送された血液にかかる重力が１０００Ｇ以上であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１２記載の血液分離方法は、請求項１０において、前記第１の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが弱いことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１３記載の血液分離方法は、請求項１０において、前記第２の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが強いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の生体分析用デバイスおよびそれを用いた遠心分離方法によれば、少量の血液に含まれる最大量の血漿成分を血球成分が混入することなく採取することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の生体分析用デバイスおよびそれを用いた血液分離方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における生体分析用デバイスを示す。
【００２４】
この生体分析用デバイス１は、円形の基板の表面に深さの異なる複数の凹部によって形成された毛細管流路と貯留部と分離部などから形成されるマイクロチャネル６によって形成されるベース基板３と、ベース基板３に形成されたマイクロチャネル６を覆うように接合されるカバー基板４によって構成されている。
【００２５】
ベース基板３に形成されるマイクロチャネル６は、射出成形あるいは切削により作製された合成樹脂材料によって形成されている。
分析するための試料液である血液を、カバー基板４に形成された供給流路１６から導入し、その血液をベース基板３に形成された血液分離部７に移送し、遠心分離した後、遠心力を停止させることによって、血漿計量部１２に毛細管力が働くことによって、血漿成分のみを採取する。さらに、再度遠心力を発生させて、試薬反応部１１に移送することにより、血漿と試薬が反応し、反応液の検査を行うことができる。
【００２６】
本発明では、検査すべき血漿と試薬を反応させた後、試薬反応部１１に外部から透過光を照射してその反応状態を光学的に分析する。測定時には、試薬反応部１１に充填された反応液が、反応の割合で吸光度を変化させるため、光源部から試薬反応部１１に透過光を照射し、受光部にてその透過光の光量を測定することで、反応液を透過した光量の変化を測定することができるため、試料液の特性を分析することができる。
【００２７】
次にベース基板３の構成について具体的に説明する。
本発明におけるベース基板３は射出成型あるいは切削された基板で構成されている。ベース基板３の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル６を形成可能な厚みであればよい。ベース基板３の形状については、生体分析用デバイス１を単独で回転させる際には円形の形状が好ましいが、生体分析用デバイス１を外部のアタッチメントに装着するような構成にして回転させる場合は、特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、四角形、三角形、扇形、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。
【００２８】
ベース基板３とカバー基板４の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面から合成樹脂を使用しているが、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。
【００２９】
ベース基板３には、マイクロチャネル６内の粘性抵抗を減らし流体移動を促進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、親水性とは水との接触角が９０°未満のことをいい、より好ましくは接触角４０°未満である。
【００３０】
この実施の形態ではベース基板３とカバー基板４を超音波溶着を用いて接合しているが、使用する材料に応じて粘着性接合シート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。
【００３１】
次に生体分析用デバイス１のマイクロチャネル６の構成および血液の注入および移送プロセスについて説明する。
図１に示すように、マイクロチャネル６は、ベース基板３の回転中心２の近傍からベース基板３の外周方向に向かって形成されている。具体的には、回転中心２に最も接近した位置に配置された血液を注入するための血液貯留部５と、血液貯留部５より外周側に配置された血液分離部７と、血液貯留部５と血液分離部７を連結しかつ毛細管で形成されている血液流路１７と、血液分離部７に隣接しかつ血液分離部７の側壁にＵ字型形状のサイフォン流路１２ａを介して接続された血漿計量部１２と、血漿計量部１２に連結しかつ血漿計量部１２より回転中心２の方向に配置された空気孔１３と、血漿計量部１２に連結しかつ血漿計量部１２より外周側に配置された試薬反応部１１で構成されている。
【００３２】
さらに、血液分離部７の内部は、円周方向に形成された血液分離壁１４によって回転中心２の側と外周の側とに分割されており、回転中心２の側が血漿貯留部１５となり、外周側が血球貯留部９になるように形成されている。
【００３３】
また、血液分離壁１４には、血漿貯留部１５と血球貯留部９を連結するように血漿採取毛細管１０と通気流路８が形成されている。さらに血漿採取毛細管１０は、端部が血漿貯留部１５と血球貯留部９に突出しかつサイフォン流路１２ａを介して血漿計量部１２に連通している。血球貯留部９に突出した血漿採取毛細管１０の端部は、血球貯留部９の底部に達している。
【００３４】
また、血液分離壁１４は、血球貯留部９の容量が、血液貯留部５に注入した血液量の６５％〜７０％になるように形成されている。さらに、この血液分離壁１４の血球貯留部９に接する壁面１４ａは、回転中心２からの距離が一定の円弧面で形成されている。血液分離壁１４の血漿貯留部１５に接する壁面１４ｂは、血漿採取毛細管１０に向かって回転中心２からの距離が長くなるように形成されている。
【００３５】
ベース基板３を覆っているカバー基板４は、ベース基板３と同様の外形であり、回転中心２の付近に形成された供給流路１６から、ベース基板３の血液貯留部５に血液を注入できるようになっている。
【００３６】
血液の注入から試薬反応部１１までの移送プロセスを構成と共に説明する。
先ず、図２に示すように血液２１は、ピペット２２などで計量されて供給流路１６に注入される。本実施例では、ピペット２２で１０μｌの血液を計量し注入した。
【００３７】
ピペット２２から注入された血液２１は、血液貯留部５に注入され満たされる。その際に、血液貯留部５に注入された血液２１は、血液貯留部５と血液分離部７を結ぶ血液流路１７にも進入する。しかしながら、血液２１は血液流路１７と血液分離部７の接続部２３で停止する。
【００３８】
図２で示したＡ−ＡＡ断面を図３に示す。
血液流路１７の深さは毛細管力が働くように浅い隙間で形成されており、血液分離部７の深さは血液流路１７よりも深くて毛細管力が作用しない深さに形成されている。
【００３９】
これは、血液分離部７に血液２１が注入された際、注入された血液２１が血液貯留部５に注入されると共に、毛細管力によって血液流路１７に進入するが、血液流路１７より血液分離部７の深さを深くしていることにより、血液流路１７と血液分離部７の接続部２３で毛細管力が遮断され、表面張力により血液２１の界面が保持されることにより、血液分離部７に血液が進入するのを防止するためである。
【００４０】
血液貯留部５の深さについては、所望量の血液２１を保持できる体積を満たしていればよく、どのような深さでもよい。
ここで毛細管力とは、一般的に細管の内径寸法が２．５ｍｍ以下である場合に影響力が大きくなると言われており、壁面と液体のなす接触角と気液界面の間に働く表面張力の間のバランスを保とうとする力によって毛細管内部の液体が移動する力である。
【００４１】
次に、血液２１の遠心分離について説明する。
図４に示すように、回転中心２を軸に生体分析用デバイス１を矢印方向に第１の回転速度で回転させることによって遠心力を発生させる。その際、血液流路１７と血液分離部７の接続部２３の位置で保持されていた血液の界面に働く表面張力よりも強い遠心力を発生させることにより、注入された血液２１は、血液分離部７に移送される。
【００４２】
血液分離部７に移送された血液２１は、血漿貯留部１５を通って血液分離壁１４の両端に形成された通気流路８あるは血漿採取毛細管１０を通って血球貯留部９に移送される。
より具体的には、このときの生体分析用デバイス１の回転速度である第１の回転速度は、血液分離部７に移送された血液にかかる重力が１０００Ｇ以上になるように設定し、血漿採取毛細管１０において血漿成分２７に働く遠心力よりも毛細管力のほうが弱い。本実施例では、第１の回転速度を５０００ｒｐｍとした。
【００４３】
血球貯留部９に移送された血液２１は、最初に血球貯留部９を満たし、血漿採取毛細管１０と通気流路８を満たしながら血漿貯留部１５に血液２１の界面を移動させる。移送された血液２１は、血液分離部７に連結した血漿計量部１２にも進入するが、血漿計量部１２に形成されたサイフォン頂点２５の回転中心２からの距離ｒ１が、回転中の血液２１の界面の回転中心２からの距離ｒ２よりも高くなるように形成することにより、回転中の血液２１は血漿計量部１２や試薬反応部１１には進入しない。
【００４４】
さらに、第１の回転速度を保持した状態にすることで、図５に示すように、血液２１中の血球成分２６は遠心方向つまり血液分離部７の外周方向に移動し、血漿成分２７は回転中心２に近い方向に追いやられる。更に詳しくは、血液２１の成分は、主にタンパク質、コレステロールを含む血漿成分２７と白血球や赤血球や血小板を含む血球成分２６とに分けられ、血漿成分２７より血球成分２６の方が、比重が高く、血漿成分２７に比べて１．２〜１．３倍の比重を持っている。そのため、比重の重い血球成分２６は、遠心力によって生体分析用デバイス１の外周方向に移動する。
【００４５】
さらに第１の回転速度を継続することで、図５に示すように血漿成分２７が血漿貯留部１５に、血球成分２６が血球貯留部９に分離される。
このときの血球成分２６と血漿成分２７の界面は、ヘマトクリット値が最大の場合（ここでは、一般的な人血のヘマトクリット値の最大値としてＨｃｔ＝６０％とした）でも血漿計量部１２に進入しないように設計する必要がある。これは、血漿計量部１２に血球成分２６が進入している場合は、毛細管力による血漿計量の際に、血漿計量部１２と血液分離部７の連結部で流動性が高くなり、計量すべき血漿成分２７に血球成分２６が混入してしまう可能性が高くなるためである。
【００４６】
図６はヘマトクリット値（Ｈｃｔ）の異なる血液（Ｈｃｔ＝３８％，５１％、６０％）に対する血漿成分２７の分離率と分離時間の関係を示す。回転数は、血液２１に１５００Ｇの遠心力が働く回転数とした。
【００４７】
この結果によると、ヘマトクリット値の低い方が、血漿成分２７の分離率が高く、ヘマトクリット値が高い場合は分離率を８０％以上にするには６０秒以上の遠心分離時間を要することが分かる。人血のヘマトクリット値を３０〜６０％と考えると、すべての血液で確実に遠心分離するためには、全血分離時間を６０秒以上の場合、分離率は８０％として血漿採取毛細管１１２と血液分離部７の設計を行う必要がある。
【００４８】
この実施の形態では、ヘマトクリット値が６０％の血液を遠心分離した際の回転中心２から血漿成分２７と血球成分２６の界面の距離ｒ４と、血漿計量部１２に連通したサイフォン流路１２ａと血液分離部７との連結部２８の回転中心２からの距離ｒ３との関係が、ｒ３＜ｒ４になるように形成した。
【００４９】
次に、血漿成分２７の計量採取について説明する。
図７に示すように第２の回転速度に減速あるいは回転を止めて遠心力を弱めるあるいは遠心力が働かないようにすることでこれまで遠心力によって抑制されていた血漿計量部１２の毛細管力が開放されることにより、遠心分離によって分離された血漿成分２７のみが血漿計量部１２に移送される。これは、流動性の高い血漿成分２７の方が血漿計量部１２に流入しやすく、逆に遠心分離によって分離された血球成分２６は、血球重合することにより、粘性が高くなり流動性が非常に悪くなっているためである。このときの第２の回転速度は、血漿採取毛細管１０で働く遠心力より毛細管力のほうが支配的になる回転速度である。本実施例では、第２の回転速度を６００ｒｐｍとした。図８（ａ）（ｂ）に図７の断面Ｂ−ＢＢと断面Ｃ−ＣＣの概略図を示す。図８（ｂ）に示すように、血漿採取毛細管１０の深さは、血漿計量部１２の深さよりも深くなるように形成されている。
【００５０】
また、血漿貯留部１０９の深さは、血漿採取毛細管１０の深さよりも深くなるように形成されている。
さらに、血漿採取毛細管１０と血漿計量部１２の深さは、共に毛細管力が働く必要があるため、深さが２．５ｍｍ以下になるように形成されている。これは、毛細管力は、深さが浅くなる方が強いことを利用して、最初に、血漿貯留部１５で分離された血漿成分２７が血漿計量部１２に移送され、その後、血漿採取毛細管１０の血漿成分２７が血漿計量部１２に移送されることにより、血漿計量部１２に血球成分２６が混入することを防ぎ、さらには血液分離部７に残留する血漿成分２７のロスを削減することが可能となる。
【００５１】
血漿計量部１２によって採取された血漿成分２７は、血漿計量部１２と空気孔１３の連結部および血漿計量部１２と試薬反応部１１の連結部で停止して計量される。これは、図８（ａ）に示すように、空気孔１３と試薬反応部１１の深さは、血漿計量部１２の深さよりも深く形成されていることから、計量された血漿成分２７が、空気孔１３の連結部と試薬反応部１１の連結部で毛細管力が遮断されて停止するようになっているためである。
【００５２】
次に、試薬反応について説明する。
図９に示すように、生体分析用デバイス１を回転させて遠心力を発生させることにより、血漿計量部１２にて計量された血漿成分２７が、試薬反応部１１に移送される。その際に、試薬反応部１１に配置された試薬２４と血漿成分２７が触れ合うことにより、反応が始まる。試薬２４と血漿成分２７の反応性が悪い場合は、図１０に示すように生体分析用デバイス１を揺動させることにより、試薬２４の反応性を促進させることができる。揺動は、生体分析用デバイス１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１０に示すように、マイクロチャネル６が６時の方向にある状態で、時計回り２９と反時計回り３０の方向に２０°ずつ交互に移動させることで実現できる。その後、反応液を光学的な方法で測定することで分析を行うことができる。
【００５３】
以上のように、実施の形態の生体分析用デバイス１においては、このようなマイクロチャネル６を構成することで、少量の血液から血球を混入させることなく必要量血漿成分２７を採取することが可能になる。また、検体となる血液の量を１０μｌ（米粒大の量）としたことにより、検査すべき患者への負担軽減や、生体分析用デバイスの小型化が可能となる。
【００５４】
上記の実施の形態では、血液分離壁１４の血漿貯留部１５に接する壁面１４ｂを、血漿採取毛細管１０に向かって回転中心２からの距離が長くなるように形成したが、回転中心２からの距離が一定の円弧面で形成することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかる生体分析用デバイスおよびそれを用いた遠心分離方法は、少量の血液から血球を混入させることなく必要量血漿成分のみを採取することができることから、診療所等で使用される迅速検査装置（ＰＯＣＴ：Point of care testing）の検査デバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態における生体分析用デバイスの一部切り欠きの拡大斜視図
【図２】同実施の形態における血液注入プロセスの概略図
【図３】同実施の形態における図２のＡ−ＡＡ断面図
【図４】同実施の形態における遠心移送プロセスの第１の概略図
【図５】同実施の形態における遠心移送プロセスの第２の概略図
【図６】同実施の形態における血液の分離率と血液分離時間の関係図
【図７】同実施の形態における毛細管移送プロセスの概略図
【図８】同実施の形態における図７のＢ−ＢＢ断面図とＣ−ＣＣ断面図
【図９】同実施の形態における反応プロセスの第１の概略図
【図１０】同実施の形態における反応プロセスの第２の概略図
【図１１】特許文献１の生体分析用デバイスの平面図
【図１２】特許文献２の生体分析用デバイスの平面図
【図１３】特許文献３の生体分析用デバイスの平面図
【符号の説明】
【００５７】
１ 生体分析用デバイス
２ 回転中心
３ ベース基板
４ カバー基板
５ 血液貯留部
６ マイクロチャネル
７ 血液分離部
８ 通気流路
９ 血球貯留部
１０ 血漿採取毛細管
１１ 試薬反応部
１２ 血漿計量部
１２ａ サイフォン流路
１３ 空気孔
１４ 血液分離壁
１４ａ 血液分離壁１４の血球貯留部９に接する壁面
１４ｂ 血液分離壁１４の血漿貯留部１５に接する壁面
１５ 血漿貯留部
１６ 供給流路
１７ 血液流路
２１ 血液
２２ ピペット
２３ 接続部
２４ 試薬
２５ サイフォン頂点
２６ 血球成分
２７ 血漿成分
２９ 時計回り
３０ 反時計回り
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体分析用デバイスに試料液をセットして分析装置本体にセットし、分析装置本体が生体分析用デバイスから前記試料液の成分を自動で読み取る分析方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生物学的流体を光学的に分析する方法として液体流路を形成したマイクロデバイスを用いて分析する方法が知られている。マイクロデバイスは回転分析装置を使って流体を制御することが可能であり、遠心力を利用して試料の計量、細胞質材料の分離、分離された流体の移送分配等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。
【０００３】
遠心力を利用して試料を計量する分析方法として特許文献１，特許文献２，特許文献３を挙げることができる。
図１１は特許文献１の技術を示している。
【０００４】
これは、生体分析用デバイスの中心から周縁に向けて、分析前に希釈すべき液体を収容する中央収容部３１と、計量室３２及び溢流室３３と、混合室３４と、測定セル３５とを備え、計量室３２が溢流室３３とほぼ並行に配置され、且つ供給口３６及び溢流口３７以外に供給口３６と対向する計量室壁面に開口３８が設けられており、この開口３８が常時開放されると共に、供給口３６及び溢流口３７より遥かに小さい断面を有している。
【０００５】
この構成によると、計量室３２への充填が高速で実施され、且つその溢流が直ちに除去される。液体は計量室３２が液体で満たされ始めるとすぐにこの室から流出し始める。そのため、“流入口断面積”対“流出口断面積”の比の関数たる“供給時間”対“流出口”からの流出時間の比を小さくできることから、測定に正確さが与えられる。
【０００６】
図１２は特許文献２の技術を示している。
この生体分析用デバイスは、流体室４１と、流体室４１に連結されると共に流体室４１に対して半径方向の外方に配置された計量室４２と、計量室４２に連結された溢流室４３と、計量室４２に対して半径方向の外方に配置された受容室４４と、計量室４２から受容室４４に液体を供給するための毛細管連結手段４５とを有している。毛細管連結手段４５は、毛細管構造のサイフォン４６を有しており、サイフォン４６の肘状屈曲部分が、生体分析用デバイスの中心から、計量室４２の半径方向の最内方点とほぼ同じ距離になるように位置付けられることで、生体分析用デバイスの回転中は毛細管力が遠心力に比べて小さいため、液体／空気の界面は生体分析用デバイスの軸線と同じ軸線を有し、且つ生体分析用デバイスの中心から計量室４２の半径方向の最内方点までの距離に等しい長さの半径を持つ回転円筒体の形状と合致して計量室４２は充填され、過剰な液は溢流室４３に流れ込む。生体分析用デバイスを止めると、計量室４２内に充填された液が、毛細管力で毛細管連結手段４５に流入し、再度回転させることでサイフォンが始動し、計量室４２内に存在する液は受容室４４に排出される。
【０００７】
図１３は特許文献３の技術を示している。
この生体分析用デバイスは、内周から外周方向に向かって外周側が扇状に形成された貯留部５１と、血球収容部５２を備え、血球収容部５２と貯留部５１を接続する部分５３は、凸形状になっており、遠心分離によって流入した血球成分が貯留部５１に逆流しないようになっている。さらに、貯留部５１の側面には、サイフォン形状の出力流路５４が連結され、出力流路５４から先は、次の操作領域へ操作後の試料液を供給できる構成である。供給流路５５を介して原血液を貯留部５１に供給し、供給された血液は遠心力によって比重の重い血球成分が血球収容部５２に収容される。おおよそ分離完了の状態で生体分析用デバイスの回転数を下げることにより、貯留部５１に連結された出力流路５４内の溶液にかかる毛細管力と遠心力のバランスが逆転し、遠心分離によって貯留部５１に残留した血漿・血清成分が出力流路５４を介して次の操作領域へと排出される。
【特許文献１】特開昭６１−１６７４６９号公報
【特許文献２】特表平５−５０８７０９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４５１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１１や図１２に示した従来の構成では、生体分析用デバイスが回転中は、遠心力が液体と計量室壁面との間に働く表面張力より大きいため、溢流口の開口位置で液面が釣り合って所定の量を計量できているが、次工程に移るために回転を減速あるいは停止させた場合に、液体は遠心力から開放されると同時に液体と溢流口壁面の界面で表面張力が働き出し、その表面張力によって液体は溢流口の壁面を伝って溢流室に流出してしまい、精密な計量ができない。また、液体の物性値の違いによって流出する量がばらつくため、分析する液体ごとに計量室の大きさを変える必要がある。
【０００９】
さらに、図１３に示した従来の構成では、比重の違いによる遠心分離は可能であるが、血液の導入される貯留部に直接に毛細管が連結される構造をとっているため、分離前の毛細管内に入ってしまった血球がそのまま毛細管内に残留し採取したい血清・血漿の中に血球が混入する可能性がある。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、少量の血液から血球を混入させることなく必要量の血漿成分のみを正確に採取できる生体分析用デバイスおよびそれを用いた血液分離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】
【００１１】
本発明の請求項１記載の生体分析用デバイスは、回転中心を持ち回転自在に構成された生体分析用デバイスであって、試料液としての血液を採取する供給流路と、前記供給流路から供給された前記血液を貯留する血液貯留部と、前記回転中心に対して前記血液貯留部の外周側に配置され内部が血液分離壁により血漿貯留部と血球貯留部に分けられた血液分離部と、前記血液貯留部と前記血液分離部を連結する血液流路と、前記血液分離部にＵ字型形状のサイフォン流路を介して接続された血漿計量部と、前記回転中心に対して前記血球貯留部より外周側に配置され前記血漿計量部に接続された試薬反応部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項２記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血液分離部を前記血液分離壁により前記回転中心に対して半径方向内側の前記血漿貯留部と半径方向外側の前記血球貯留部に分割し、前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結するように通気流路が形成され、前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結し端部が前記血漿貯留部と前記血球貯留部に突出しかつ前記サイフォン流路を介して前記血漿計量部に連通した血漿採取毛細管が形成されたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項３記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血液分離壁は、前記血球貯留部の容量が、前記血液貯留部に注入した血液量の６５％〜７０％になるように形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項４記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血液分離壁は、前記血球貯留部に接する壁面が回転中心からの距離が一定の円弧面で形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項５記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血液分離壁は、前記血漿貯留部に接する壁面の回転中心からの距離が一定あるいは前記血漿採取毛細管に向かって回転中心からの距離が長くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項６記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血液流路の深さは、前記血液分離部の深さよりも浅いことを特徴とする。
本発明の請求項７記載の生体分析用デバイスは、請求項２において、前記血漿採取毛細管の深さは、前記血漿計量部の深さよりも深いことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項８記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血漿計量部の深さは、前記試薬反応部の深さよりも浅いことを特徴とする。
本発明の請求項９記載の生体分析用デバイスは、請求項１において、前記血漿計量部に連通する前記サイフォン流路と前記血液分離部との連結部が、前記血液分離部の内部で遠心力によって分離された血球成分の界面の位置より、前記回転中心に対して内側に位置していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１０記載の血液分離方法は、請求項１に記載の生体分析用デバイスに分析すべき血液をセットし、前記生体分析用デバイスを回転して発生する遠心力と毛細管力により遠心分離するに際し、第１の回転速度にて、前記生体分析用デバイスの血液貯留部の血液を血液分離部に移送し、かつ血球成分と血漿成分に分離し、次に、第２の回転速度に減速或いは停止して、前記血漿貯留部から血漿成分のみを前記サイフォン流路に移送し、段階的に回転速度を減速し血漿成分のみを前記血漿計量部に採取することを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１１記載の血液分離方法は、請求項１０において、前記第１の回転速度は、前記血液分離部に移送された血液にかかる重力が１０００Ｇ以上であることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１２記載の血液分離方法は、請求項１０において、前記第１の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが弱いことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１３記載の血液分離方法は、請求項１０において、前記第２の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが強いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の生体分析用デバイスおよびそれを用いた遠心分離方法によれば、少量の血液に含まれる最大量の血漿成分を血球成分が混入することなく採取することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の生体分析用デバイスおよびそれを用いた血液分離方法を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における生体分析用デバイスを示す。
【００２４】
この生体分析用デバイス１は、円形の基板の表面に深さの異なる複数の凹部によって形成された毛細管流路と貯留部と分離部などから形成されるマイクロチャネル６によって形成されるベース基板３と、ベース基板３に形成されたマイクロチャネル６を覆うように接合されるカバー基板４によって構成されている。
【００２５】
ベース基板３に形成されるマイクロチャネル６は、射出成形あるいは切削により作製された合成樹脂材料によって形成されている。
分析するための試料液である血液を、カバー基板４に形成された供給流路１６から導入し、その血液をベース基板３に形成された血液分離部７に移送し、遠心分離した後、遠心力を停止させることによって、血漿計量部１２に毛細管力が働くことによって、血漿成分のみを採取する。さらに、再度遠心力を発生させて、試薬反応部１１に移送することにより、血漿と試薬が反応し、反応液の検査を行うことができる。
【００２６】
本発明では、検査すべき血漿と試薬を反応させた後、試薬反応部１１に外部から透過光を照射してその反応状態を光学的に分析する。測定時には、試薬反応部１１に充填された反応液が、反応の割合で吸光度を変化させるため、光源部から試薬反応部１１に透過光を照射し、受光部にてその透過光の光量を測定することで、反応液を透過した光量の変化を測定することができるため、試料液の特性を分析することができる。
【００２７】
次にベース基板３の構成について具体的に説明する。
本発明におけるベース基板３は射出成型あるいは切削された基板で構成されている。ベース基板３の厚みは、１ｍｍ〜５ｍｍで形成しているが、特に制限は無く、マイクロチャネル６を形成可能な厚みであればよい。ベース基板３の形状については、生体分析用デバイス１を単独で回転させる際には円形の形状が好ましいが、生体分析用デバイス１を外部のアタッチメントに装着するような構成にして回転させる場合は、特に限定する必要が無く、用途目的に応じた形状、例えば、四角形、三角形、扇形、その他複雑な形状の成形物などの形状が可能である。
【００２８】
ベース基板３とカバー基板４の材料として、易成形性、高生産性、低価格の面から合成樹脂を使用しているが、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。
【００２９】
ベース基板３には、マイクロチャネル６内の粘性抵抗を減らし流体移動を促進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、親水性とは水との接触角が９０°未満のことをいい、より好ましくは接触角４０°未満である。
【００３０】
この実施の形態ではベース基板３とカバー基板４を超音波溶着を用いて接合しているが、使用する材料に応じて粘着性接合シート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。
【００３１】
次に生体分析用デバイス１のマイクロチャネル６の構成および血液の注入および移送プロセスについて説明する。
図１に示すように、マイクロチャネル６は、ベース基板３の回転中心２の近傍からベース基板３の外周方向に向かって形成されている。具体的には、回転中心２に最も接近した位置に配置された血液を注入するための血液貯留部５と、血液貯留部５より外周側に配置された血液分離部７と、血液貯留部５と血液分離部７を連結しかつ毛細管で形成されている血液流路１７と、血液分離部７に隣接しかつ血液分離部７の側壁にＵ字型形状のサイフォン流路１２ａを介して接続された血漿計量部１２と、血漿計量部１２に連結しかつ血漿計量部１２より回転中心２の方向に配置された空気孔１３と、血漿計量部１２に連結しかつ血漿計量部１２より外周側に配置された試薬反応部１１で構成されている。
【００３２】
さらに、血液分離部７の内部は、円周方向に形成された血液分離壁１４によって回転中心２の側と外周の側とに分割されており、回転中心２の側が血漿貯留部１５となり、外周側が血球貯留部９になるように形成されている。
【００３３】
また、血液分離壁１４には、血漿貯留部１５と血球貯留部９を連結するように血漿採取毛細管１０と通気流路８が形成されている。さらに血漿採取毛細管１０は、端部が血漿貯留部１５と血球貯留部９に突出しかつサイフォン流路１２ａを介して血漿計量部１２に連通している。血球貯留部９に突出した血漿採取毛細管１０の端部は、血球貯留部９の底部に達している。
【００３４】
また、血液分離壁１４は、血球貯留部９の容量が、血液貯留部５に注入した血液量の６５％〜７０％になるように形成されている。さらに、この血液分離壁１４の血球貯留部９に接する壁面１４ａは、回転中心２からの距離が一定の円弧面で形成されている。血液分離壁１４の血漿貯留部１５に接する壁面１４ｂは、血漿採取毛細管１０に向かって回転中心２からの距離が長くなるように形成されている。
【００３５】
ベース基板３を覆っているカバー基板４は、ベース基板３と同様の外形であり、回転中心２の付近に形成された供給流路１６から、ベース基板３の血液貯留部５に血液を注入できるようになっている。
【００３６】
血液の注入から試薬反応部１１までの移送プロセスを構成と共に説明する。
先ず、図２に示すように血液２１は、ピペット２２などで計量されて供給流路１６に注入される。本実施例では、ピペット２２で１０μｌの血液を計量し注入した。
【００３７】
ピペット２２から注入された血液２１は、血液貯留部５に注入され満たされる。その際に、血液貯留部５に注入された血液２１は、血液貯留部５と血液分離部７を結ぶ血液流路１７にも進入する。しかしながら、血液２１は血液流路１７と血液分離部７の接続部２３で停止する。
【００３８】
図２で示したＡ−ＡＡ断面を図３に示す。
血液流路１７の深さは毛細管力が働くように浅い隙間で形成されており、血液分離部７の深さは血液流路１７よりも深くて毛細管力が作用しない深さに形成されている。
【００３９】
これは、血液分離部７に血液２１が注入された際、注入された血液２１が血液貯留部５に注入されると共に、毛細管力によって血液流路１７に進入するが、血液流路１７より血液分離部７の深さを深くしていることにより、血液流路１７と血液分離部７の接続部２３で毛細管力が遮断され、表面張力により血液２１の界面が保持されることにより、血液分離部７に血液が進入するのを防止するためである。
【００４０】
血液貯留部５の深さについては、所望量の血液２１を保持できる体積を満たしていればよく、どのような深さでもよい。
ここで毛細管力とは、一般的に細管の内径寸法が２．５ｍｍ以下である場合に影響力が大きくなると言われており、壁面と液体のなす接触角と気液界面の間に働く表面張力の間のバランスを保とうとする力によって毛細管内部の液体が移動する力である。
【００４１】
次に、血液２１の遠心分離について説明する。
図４に示すように、回転中心２を軸に生体分析用デバイス１を矢印方向に第１の回転速度で回転させることによって遠心力を発生させる。その際、血液流路１７と血液分離部７の接続部２３の位置で保持されていた血液の界面に働く表面張力よりも強い遠心力を発生させることにより、注入された血液２１は、血液分離部７に移送される。
【００４２】
血液分離部７に移送された血液２１は、血漿貯留部１５を通って血液分離壁１４の両端に形成された通気流路８あるは血漿採取毛細管１０を通って血球貯留部９に移送される。
より具体的には、このときの生体分析用デバイス１の回転速度である第１の回転速度は、血液分離部７に移送された血液にかかる重力が１０００Ｇ以上になるように設定し、血漿採取毛細管１０において血漿成分２７に働く遠心力よりも毛細管力のほうが弱い。本実施例では、第１の回転速度を５０００ｒｐｍとした。
【００４３】
血球貯留部９に移送された血液２１は、最初に血球貯留部９を満たし、血漿採取毛細管１０と通気流路８を満たしながら血漿貯留部１５に血液２１の界面を移動させる。移送された血液２１は、血液分離部７に連結した血漿計量部１２にも進入するが、血漿計量部１２に形成されたサイフォン頂点２５の回転中心２からの距離ｒ１が、回転中の血液２１の界面の回転中心２からの距離ｒ２よりも高くなるように形成することにより、回転中の血液２１は血漿計量部１２や試薬反応部１１には進入しない。
【００４４】
さらに、第１の回転速度を保持した状態にすることで、図５に示すように、血液２１中の血球成分２６は遠心方向つまり血液分離部７の外周方向に移動し、血漿成分２７は回転中心２に近い方向に追いやられる。更に詳しくは、血液２１の成分は、主にタンパク質、コレステロールを含む血漿成分２７と白血球や赤血球や血小板を含む血球成分２６とに分けられ、血漿成分２７より血球成分２６の方が、比重が高く、血漿成分２７に比べて１．２〜１．３倍の比重を持っている。そのため、比重の重い血球成分２６は、遠心力によって生体分析用デバイス１の外周方向に移動する。
【００４５】
さらに第１の回転速度を継続することで、図５に示すように血漿成分２７が血漿貯留部１５に、血球成分２６が血球貯留部９に分離される。
このときの血球成分２６と血漿成分２７の界面は、ヘマトクリット値が最大の場合（ここでは、一般的な人血のヘマトクリット値の最大値としてＨｃｔ＝６０％とした）でも血漿計量部１２に進入しないように設計する必要がある。これは、血漿計量部１２に血球成分２６が進入している場合は、毛細管力による血漿計量の際に、血漿計量部１２と血液分離部７の連結部で流動性が高くなり、計量すべき血漿成分２７に血球成分２６が混入してしまう可能性が高くなるためである。
【００４６】
図６はヘマトクリット値（Ｈｃｔ）の異なる血液（Ｈｃｔ＝３８％，５１％、６０％）に対する血漿成分２７の分離率と分離時間の関係を示す。回転数は、血液２１に１５００Ｇの遠心力が働く回転数とした。
【００４７】
この結果によると、ヘマトクリット値の低い方が、血漿成分２７の分離率が高く、ヘマトクリット値が高い場合は分離率を８０％以上にするには６０秒以上の遠心分離時間を要することが分かる。人血のヘマトクリット値を３０〜６０％と考えると、すべての血液で確実に遠心分離するためには、全血分離時間を６０秒以上の場合、分離率は８０％として血漿採取毛細管１１２と血液分離部７の設計を行う必要がある。
【００４８】
この実施の形態では、ヘマトクリット値が６０％の血液を遠心分離した際の回転中心２から血漿成分２７と血球成分２６の界面の距離ｒ４と、血漿計量部１２に連通したサイフォン流路１２ａと血液分離部７との連結部２８の回転中心２からの距離ｒ３との関係が、ｒ３＜ｒ４になるように形成した。
【００４９】
次に、血漿成分２７の計量採取について説明する。
図７に示すように第２の回転速度に減速あるいは回転を止めて遠心力を弱めるあるいは遠心力が働かないようにすることでこれまで遠心力によって抑制されていた血漿計量部１２の毛細管力が開放されることにより、遠心分離によって分離された血漿成分２７のみが血漿計量部１２に移送される。これは、流動性の高い血漿成分２７の方が血漿計量部１２に流入しやすく、逆に遠心分離によって分離された血球成分２６は、血球重合することにより、粘性が高くなり流動性が非常に悪くなっているためである。このときの第２の回転速度は、血漿採取毛細管１０で働く遠心力より毛細管力のほうが支配的になる回転速度である。本実施例では、第２の回転速度を６００ｒｐｍとした。図８（ａ）（ｂ）に図７の断面Ｂ−ＢＢと断面Ｃ−ＣＣの概略図を示す。図８（ｂ）に示すように、血漿採取毛細管１０の深さは、血漿計量部１２の深さよりも深くなるように形成されている。
【００５０】
また、血漿貯留部１０９の深さは、血漿採取毛細管１０の深さよりも深くなるように形成されている。
さらに、血漿採取毛細管１０と血漿計量部１２の深さは、共に毛細管力が働く必要があるため、深さが２．５ｍｍ以下になるように形成されている。これは、毛細管力は、深さが浅くなる方が強いことを利用して、最初に、血漿貯留部１５で分離された血漿成分２７が血漿計量部１２に移送され、その後、血漿採取毛細管１０の血漿成分２７が血漿計量部１２に移送されることにより、血漿計量部１２に血球成分２６が混入することを防ぎ、さらには血液分離部７に残留する血漿成分２７のロスを削減することが可能となる。
【００５１】
血漿計量部１２によって採取された血漿成分２７は、血漿計量部１２と空気孔１３の連結部および血漿計量部１２と試薬反応部１１の連結部で停止して計量される。これは、図８（ａ）に示すように、空気孔１３と試薬反応部１１の深さは、血漿計量部１２の深さよりも深く形成されていることから、計量された血漿成分２７が、空気孔１３の連結部と試薬反応部１１の連結部で毛細管力が遮断されて停止するようになっているためである。
【００５２】
次に、試薬反応について説明する。
図９に示すように、生体分析用デバイス１を回転させて遠心力を発生させることにより、血漿計量部１２にて計量された血漿成分２７が、試薬反応部１１に移送される。その際に、試薬反応部１１に配置された試薬２４と血漿成分２７が触れ合うことにより、反応が始まる。試薬２４と血漿成分２７の反応性が悪い場合は、図１０に示すように生体分析用デバイス１を揺動させることにより、試薬２４の反応性を促進させることができる。揺動は、生体分析用デバイス１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１０に示すように、マイクロチャネル６が６時の方向にある状態で、時計回り２９と反時計回り３０の方向に２０°ずつ交互に移動させることで実現できる。その後、反応液を光学的な方法で測定することで分析を行うことができる。
【００５３】
以上のように、実施の形態の生体分析用デバイス１においては、このようなマイクロチャネル６を構成することで、少量の血液から血球を混入させることなく必要量血漿成分２７を採取することが可能になる。また、検体となる血液の量を１０μｌ（米粒大の量）としたことにより、検査すべき患者への負担軽減や、生体分析用デバイスの小型化が可能となる。
【００５４】
上記の実施の形態では、血液分離壁１４の血漿貯留部１５に接する壁面１４ｂを、血漿採取毛細管１０に向かって回転中心２からの距離が長くなるように形成したが、回転中心２からの距離が一定の円弧面で形成することも出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明にかかる生体分析用デバイスおよびそれを用いた遠心分離方法は、少量の血液から血球を混入させることなく必要量血漿成分のみを採取することができることから、診療所等で使用される迅速検査装置（ＰＯＣＴ：Point of care testing）の検査デバイスとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態における生体分析用デバイスの一部切り欠きの拡大斜視図
【図２】同実施の形態における血液注入プロセスの概略図
【図３】同実施の形態における図２のＡ−ＡＡ断面図
【図４】同実施の形態における遠心移送プロセスの第１の概略図
【図５】同実施の形態における遠心移送プロセスの第２の概略図
【図６】同実施の形態における血液の分離率と血液分離時間の関係図
【図７】同実施の形態における毛細管移送プロセスの概略図
【図８】同実施の形態における図７のＢ−ＢＢ断面図とＣ−ＣＣ断面図
【図９】同実施の形態における反応プロセスの第１の概略図
【図１０】同実施の形態における反応プロセスの第２の概略図
【図１１】特許文献１の生体分析用デバイスの平面図
【図１２】特許文献２の生体分析用デバイスの平面図
【図１３】特許文献３の生体分析用デバイスの平面図
【符号の説明】
【００５７】
１ 生体分析用デバイス
２ 回転中心
３ ベース基板
４ カバー基板
５ 血液貯留部
６ マイクロチャネル
７ 血液分離部
８ 通気流路
９ 血球貯留部
１０ 血漿採取毛細管
１１ 試薬反応部
１２ 血漿計量部
１２ａ サイフォン流路
１３ 空気孔
１４ 血液分離壁
１４ａ 血液分離壁１４の血球貯留部９に接する壁面
１４ｂ 血液分離壁１４の血漿貯留部１５に接する壁面
１５ 血漿貯留部
１６ 供給流路
１７ 血液流路
２１ 血液
２２ ピペット
２３ 接続部
２４ 試薬
２５ サイフォン頂点
２６ 血球成分
２７ 血漿成分
２９ 時計回り
３０ 反時計回り
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心を持ち回転自在に構成された生体分析用デバイスであって、
試料液としての血液を採取する供給流路と、
前記供給流路から供給された前記血液を貯留する血液貯留部と、
前記回転中心に対して前記血液貯留部の外周側に配置され内部が血液分離壁により血漿貯留部と血球貯留部に分けられた血液分離部と、
前記血液貯留部と前記血液分離部を連結する血液流路と、
前記血液分離部にＵ字型形状のサイフォン流路を介して接続された血漿計量部と、
前記回転中心に対して前記血球貯留部より外周側に配置され前記血漿計量部に接続された試薬反応部と、
を備えた生体分析用デバイス。
【請求項２】
前記血液分離部を前記血液分離壁により前記回転中心に対して半径方向内側の前記血漿貯留部と半径方向外側の前記血球貯留部に分割し、
前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結するように通気流路が形成され、
前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結し端部が前記血漿貯留部と前記血球貯留部に突出しかつ前記サイフォン流路を介して前記血漿計量部に連通した血漿採取毛細管が形成された
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項３】
前記血液分離壁は、前記血球貯留部の容量が、前記血液貯留部に注入した血液量の６５％〜７０％になるように形成されている
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項４】
前記血液分離壁は、前記血球貯留部に接する壁面が回転中心からの距離が一定の円弧面で形成されている
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項５】
前記血液分離壁は、前記血漿貯留部に接する壁面の回転中心からの距離が一定あるいは前記血漿採取毛細管に向かって回転中心からの距離が長くなるように形成されている
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項６】
前記血液流路の深さは、前記血液分離部の深さよりも浅い
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項７】
前記血漿採取毛細管の深さは、前記血漿計量部の深さよりも深い
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項８】
前記血漿計量部の深さは、前記試薬反応部の深さよりも浅い
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項９】
前記血漿計量部に連通する前記サイフォン流路と前記血液分離部との連結部が、前記血液分離部の内部で遠心力によって分離された血球成分の界面の位置より、前記回転中心に対して内側に位置している
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の生体分析用デバイスに分析すべき血液をセットし、前記生体分析用デバイスを回転して発生する遠心力と毛細管力により遠心分離するに際し、
第１の回転速度にて、前記生体分析用デバイスの血液貯留部の血液を血液分離部に移送し、かつ血球成分と血漿成分に分離し、
次に、第２の回転速度に減速或いは停止して、前記血漿貯留部から血漿成分のみを前記サイフォン流路に移送し、段階的に回転速度を減速し血漿成分のみを前記血漿計量部に採取する
血液分離方法。
【請求項１１】
前記第１の回転速度は、前記血液分離部に移送された血液にかかる重力が１０００Ｇ以上である
請求項１０記載の血液分離方法。
【請求項１２】
前記第１の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが弱い
請求項１０記載の血液分離方法。
【請求項１３】
前記第２の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが強い
請求項１０記載の血液分離方法。
【請求項１】
回転中心を持ち回転自在に構成された生体分析用デバイスであって、
試料液としての血液を採取する供給流路と、
前記供給流路から供給された前記血液を貯留する血液貯留部と、
前記回転中心に対して前記血液貯留部の外周側に配置され内部が血液分離壁により血漿貯留部と血球貯留部に分けられた血液分離部と、
前記血液貯留部と前記血液分離部を連結する血液流路と、
前記血液分離部にＵ字型形状のサイフォン流路を介して接続された血漿計量部と、
前記回転中心に対して前記血球貯留部より外周側に配置され前記血漿計量部に接続された試薬反応部と、
を備えた生体分析用デバイス。
【請求項２】
前記血液分離部を前記血液分離壁により前記回転中心に対して半径方向内側の前記血漿貯留部と半径方向外側の前記血球貯留部に分割し、
前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結するように通気流路が形成され、
前記血液分離壁の一部に前記血漿貯留部と前記血球貯留部を連結し端部が前記血漿貯留部と前記血球貯留部に突出しかつ前記サイフォン流路を介して前記血漿計量部に連通した血漿採取毛細管が形成された
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項３】
前記血液分離壁は、前記血球貯留部の容量が、前記血液貯留部に注入した血液量の６５％〜７０％になるように形成されている
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項４】
前記血液分離壁は、前記血球貯留部に接する壁面が回転中心からの距離が一定の円弧面で形成されている
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項５】
前記血液分離壁は、前記血漿貯留部に接する壁面の回転中心からの距離が一定あるいは前記血漿採取毛細管に向かって回転中心からの距離が長くなるように形成されている
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項６】
前記血液流路の深さは、前記血液分離部の深さよりも浅い
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項７】
前記血漿採取毛細管の深さは、前記血漿計量部の深さよりも深い
請求項２記載の生体分析用デバイス。
【請求項８】
前記血漿計量部の深さは、前記試薬反応部の深さよりも浅い
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項９】
前記血漿計量部に連通する前記サイフォン流路と前記血液分離部との連結部が、前記血液分離部の内部で遠心力によって分離された血球成分の界面の位置より、前記回転中心に対して内側に位置している
請求項１記載の生体分析用デバイス。
【請求項１０】
請求項１に記載の生体分析用デバイスに分析すべき血液をセットし、前記生体分析用デバイスを回転して発生する遠心力と毛細管力により遠心分離するに際し、
第１の回転速度にて、前記生体分析用デバイスの血液貯留部の血液を血液分離部に移送し、かつ血球成分と血漿成分に分離し、
次に、第２の回転速度に減速或いは停止して、前記血漿貯留部から血漿成分のみを前記サイフォン流路に移送し、段階的に回転速度を減速し血漿成分のみを前記血漿計量部に採取する
血液分離方法。
【請求項１１】
前記第１の回転速度は、前記血液分離部に移送された血液にかかる重力が１０００Ｇ以上である
請求項１０記載の血液分離方法。
【請求項１２】
前記第１の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが弱い
請求項１０記載の血液分離方法。
【請求項１３】
前記第２の回転速度は、前記血漿採取毛細管にて前記血漿成分に働く遠心力よりも毛細管力のほうが強い
請求項１０記載の血液分離方法。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−１５０７３３（Ｐ２００９−１５０７３３Ａ）
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３２８０９３（Ｐ２００７−３２８０９３）
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月９日（２００９．７．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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