CN103499702B - 分析用器件 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种分析元器件。本发明的特征在于,将在分离腔(23)中分离的溶液成分(18a)通过连接流路(37)和计量流路(38)与测定腔连接,以与连接流路(37)连通的方式在分离腔(23)的侧面设有第一毛细血管腔(33),所述第一毛细管腔(33)以在外周方向上伸长至在所述分离腔(23)内分离得到的试样液的分离界面(18c)的外侧的方式形成。

Description

分析用器件
本发明申请是国际申请号为PCT/JP2008/003222,国际申请日为2008年11月07日,进行中国国家阶段的申请号为200880107759.2,名称为“分析用器件及使用该器件的分析方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于从生物等采集的液体的分析的分析用器件及使用该器件的分析方法,更详细涉及在分析用器件内分离得到的试样液的溶液成分的采集方法,具体涉及采集血液中的血浆成分的技术。
背景技术
目前,作为对从生物等采集的液体进行分析的方法,已知使用形成有液体流路的分析用器件来进行分析的方法。分析用器件可以采用旋转装置来进行流体的控制,能够利用离心力来进行试样液的稀释、溶液的计量、固体成分的分离、分离得到的流体的输送分配、溶液和试剂的混合等,因此可进行各种生物化学分析。
利用离心力输送溶液的专利文献1中记载的分析用器件中,如图59A所示,通过毛细管作用从注入口55采集试样液至充满第一腔56,再通过分析用器件54绕轴心57的旋转将第一腔56内的试样液输送至分离腔58,如图59B所示离心分离成血浆成分59a和血细胞成分59b。分离腔58内的血浆成分59a通过与毛细管流路60的一端连接的毛细管腔61吸入腔62中,与承载于腔62内的试剂混合,通过光度计对所得的混合物进行分析。
作为利用离心力计量试样的分析方法,可以例举专利文献2、专利文献3、专利文献4。
图60表示专利文献2的技术。
该器件从分析用器件的中心向周缘依次具备收纳要在分析前进行稀释的液体的中央收纳部143、计量室144及溢流室145、混合室146、测定小室147,计量室144与溢流室145基本上并排地配置,且除供给口148和溢流口149以外,还在与供给口148相向的计量室壁面设有开口150,该开口150始终开放,同时具有远小于供给口148和溢流口149的截面。
如果采用该构成,则可高速地实施向计量室144的填充,且其溢流被立即除去。计量室144开始被液体充满后,液体立即开始从该室流出。因此,可以减小作为“流入口截面积”与“流出口截面积”的比的函数的“供给时间”与自“流出口”的流出时间的比,所以可使测定准确。
图61表示专利文献3的技术。
该分析用器件具有流体室151、与流体室151连接且相对于流体室151配置在半径方向的外侧的计量室152、与计量室152连接的溢流室153、相对于计量室152配置在半径方向的外侧的接受室154、用于从计量室152向接受室154供给液体的毛细管连接单元155。毛细管连接单元155具有毛细管结构的虹吸管156,虹吸管156的肘状弯曲部分设置于自分析用器件的中心的距离与计量室152的半径方向的最内侧的点大致相同的位置,因而分析用器件的旋转中毛细管力比离心力小,因此液体/空气的界面具有与分析用器件的轴线相同的轴线,且计量室152被与具有同自分析用器件的中心至计量室152的半径方向的最内侧的点的距离相等长度的半径的旋转圆筒体的形状一致地填充,多余的液体流入溢流室153。分析用器件停下后,填充于计量室152内的液体通过毛细管力流入毛细管连接单元155,再次通过旋转启动虹吸管,存在于计量室152内的液体被排出至接受室152。
图62表示专利文献4的技术。
该分析用器件从内周向外周方向依次具备外周侧形成为扇状的贮留部157和血细胞收纳部158,连接血细胞收纳部158和贮留部157的部分159呈凸形状,通过离心分离流入的血细胞成分不会流回贮留部157。另外,在贮留部157的侧面连接有虹吸管形状的输出流路160,自输出流路160起的下游为可将操作后的试样液供给至下一操作区域的构成。通过输出流路161将原血液供给至贮留部157,所供给的血液中比重较大的血细胞成分因离心力而被收纳于血细胞收纳部158。通过在分离基本完成的状态下降低分析用器件的转速,与贮留部157连接的输出流路160内的溶液所承受的毛细管力和离心力的平衡反转,残留于贮留部157的血浆·血清成分通过离心分离经输出流路160排出至下一操作区域。
近年来,也有试样液的少量化、装置的小型化、短时间测定、多项目同时测定等许多来自市场的需求,需要可以使血液等试样液与各种分析试剂反应并检测该混合物而在短时间内检查各种疾病的发展程度的高精度的分析装置。
通常,这样的分析用器件中很少使试样液直接与试剂反应,大多需要根据分析的目的通过缓冲液等稀释试样液或除去试样液中的微粒等预处理。而且,例如进行试样液的稀释的情况下,实际的测定值计算过程中必须准确地导出其稀释倍数。
作为以光学方式在分析用器件上进行这样的预处理和稀释倍数的导出的例子,有专利文献5的分析用器件。
图63表示专利文献5的分析用器件。
转子主体202实质上呈固体状的盘形,其底部层204示于图44。经密封的试剂容器206位于底部层204的室208内,其从出口通道210朝向半径方向内侧,试剂通过出口通道210被移至混合室212中。
试剂容器206收纳要与生物学样品混合的稀释剂。例如,样品为血液的情况下,可以使用如通常的食盐水溶液(0.5%食盐水)或磷酸缓冲液、林格乳酸盐溶液及其类似物等标准稀释剂。将转子主体202装入分析装置中后,经密封的试剂容器206相应地被开放。开放后,试剂容器206内的试剂通过出口通道210流至混合室212。
混合室212具有用于规定要进行试验的生物学样品的稀释程度的可通过测光来检出的标记物混合物。
混合后,稀释剂流出混合室212,通过虹吸管214进入计量室216中。计量室216与溢流室218连接。计量室216的体积比试剂容器206的体积小。在计量室216中残留规定体积的稀释剂,剩余体积的稀释剂流入溢流室218中。溢流室218中的剩余体积的稀释剂通过通路220进入收集室222中。
接着,为了用作生物学样品的光学分析中的参考值,稀释剂流向半径方向外侧而流入系统比色池224中。计量室216内的规定体积的稀释剂通过虹吸管226进入分离室228内,与要进行分析的生物学样品混合,稀释样品。样品通过顶部层(未图示)的注入口被加入转子主体202。
样品计量室230通过连接通路234与样品溢流室232连接。样品计量室230和溢流室232的深度按照毛细管状的尺寸选择。经计量的样品接着进入分离室228中。分离室228用于从如全血等生物学样品除去细胞状的材料。分离室228由在其半径方向外侧的圆周部形成的细胞捕集器236和沿半径方向内侧的圆周形成的接受孔区域238构成。作为离心分离的结果,细胞状的成分进入细胞捕集器236中后,为了防止其倒流,在接受孔区域238和细胞捕集器236之间形成有毛细管区域(未图示)。接受孔区域238具有可接受经稀释的无细胞成分的血浆的体积。经稀释的血浆通过虹吸管242从分离室228进入第二分离室244,在其中进一步进行细胞状成分的分离。
接着,经稀释的样品通过通路246流出并进入收集室248中,被送至比色池250以在其中进行光学分析。比色池250收纳样品的光学分析所需的试剂。根据通过上述方法得到的仅稀释剂的光学测定值和稀释后的样品的光学测定值,可以导出样品的稀释倍数。
目前,有使用形成有微流路的微芯片以电化学或光学的方式对生物学流体进行分析的方法。作为以电化学方式进行分析的方法,作为对试样液中的特定成分进行分析的生物传感器,例如有通过测定由血液中的葡萄糖和承载于传感器中的葡糖氧化酶等试剂的反应得到的电流值来求血糖值的传感器。
此外,使用微芯片进行分析的方法中,可以采用具有水平轴的旋转装置来控制流体,能够利用离心力来进行试样液的计量、细胞质材料的分离、分离得到的流体的输送分配、液体的混合/搅拌等,因此可进行各种生物化学分析。
图64表示见于专利文献6等的离心输送式生物传感器400,可以一次对导入微芯片的样品液进行多项定量来分析。其中,将样品液通过毛细管力从入口409输送至出口410,以样品液充满各毛细管流路404a~404f后,通过由生物传感器400的旋转产生的离心力,将各毛细管流路内的试样液在配置于同一圆周上的分液点406a~406g进行分配,通过各连接微小导管407a~407f被输送至下一处理室(图示省略)。
专利文献1:日本专利特表平4-504758号公报
专利文献2:日本专利特开昭61-167469号公报
专利文献3:日本专利特表平5-508709号公报
专利文献4:日本专利特开2005-345160号公报
专利文献5:日本专利特表平7-503794号公报
专利文献6:日本专利特表2005-502031号公报
发明的揭示
专利文献1中,为了不混入血细胞成分,使毛细管腔61与分离腔58的底部隔开安全距离来吸入血浆成分59a。然而,由于分析用器件54的成形的偏差,在第一腔56采集的试样液的量或分离腔58中所保持的液面高度、毛细管腔61的吸出位置等出现偏差,或者由于血液中的血浆成分的比例因人而异,因此试样液中的血浆量出现偏差,所以血浆成分59a和血细胞成分59b的分离界面63的位置大幅度变化。如果考虑到这些偏差来设定毛细管腔61的吸出位置,则残留于分离腔58的血浆成分59a产生送液损失64。因此,需要采集所需量以上的试样液,所以存在对患者的负担增大的问题。
本发明是解决现有问题的发明,其目的在于提供可以从最低需要量的试样液采集分析所需量的血浆成分的分析用器件及使用该器件的分析装置和分析方法。
此外,图60和图61所示的以往的构成中,分析用器件旋转时,由于离心力比作用于液体和计量室壁面之间的表面张力大,因此液面在溢流口的开口位置达到平衡而可计量规定的量,但为了进入下一工序而使旋转减速或停止的情况下,液体失去离心力的同时在液体和溢流口壁面的界面出现表面张力,液体由于该表面张力而沿溢流口的壁面流出至溢流室,无法精密地计量。此外,由于流出的量因液体的物性值的不同而不同,因此必须根据每种要分析的液体来改变计量室的大小。
另外,图62所示的以往的构成中,可以利用比重的差异进行离心分离,但由于采用毛细管直接与导入血液的贮留部连接的结构,因此分离前已进入毛细血管内的血细胞就这样残留于毛细管内,要采集的血清、血浆中可能混入血细胞。
本发明是解决所述现有的问题的发明,其目的在于提供可以在不混入血细胞的情况下从少量的血液中仅准确地采集所需量的血浆成分的分析用器件及使用该器件的血液分离方法。
在专利文献5中所示的光学分析中,具体在上述的以往例和本发明的分析装置中所采用的基于可见光或紫外线的吸光度测定中,由下述所示的朗伯-比尔定律也可知,光路长度直接影响到测定结果。
A=α·L·C
α:消光系数,L:物质的厚度(光路长度),C:样品浓度。
即,光路长度的误差(制造偏差)直接作为测定值的误差显现。特别是器件本身为了标本量的微量化而小型化、集成化的过程中,光路长度也当然微小化,但光路长度越小,则其误差的影响越大。然而,实际上无法以完全没有该光路长度的误差的条件制造系统比色池224和比色池250。因此,存在确实受到各光路长度的误差的影响而无法算出准确的稀释倍数的问题。
本发明是解决所述现有的问题的发明,其目的在于提供可以在不受到光路长度的误差的影响的情况下算出准确的稀释倍数的分析方法和搭载有可实现该分析方法的流路构成的分析用器件。
此外,专利文献6中,存在多个的分液点不在同一圆周上的情况下,如果通过离心力输送样品液,则存在输送从自旋转轴心至毛细管流路的分液点的距离短的流路开始而在下游的室内无法定量的问题。
本发明是解决所述现有的问题的发明,其目的在于提供即使毛细管流路的分液点不在同一圆周上也可以定量输送至测定室的分析用器件。
本发明的分析用器件是具有将试样液通过离心力向测定点输送的微通道结构且用于读取所述测定点的反应液的信息的分析用器件,其特征在于,包括:利用所述离心力将所述试样液分离成溶液成分和固体成分的分离腔、输送在所述分离腔中分离得到的所述溶液成分的一部分并保持的计量流路、设于所述计量流路和分离腔之间且输送所述分离腔的试样液的连接流路、以与所述连接流路连通的方式设于所述分离腔的侧面的第一毛细血管腔;所形成的所述第一毛细管腔在外周方向上伸长至在所述分离腔内被分离的试样液的分离界面的外侧。
此外,本发明的特征还在于,包括:连接流路,所述连接流路与所述分离腔的最外周位置连通,具有在比保持于所述分离腔的试样液的液面更靠近内周的位置弯曲的虹吸管结构;溢流腔,所述溢流腔位于所述分离腔的最外周位置的外侧,介以所述连接流路与分离腔连通。
此外,本发明的特征还在于,包括与所述分离腔的外周位置连通地形成的第二毛细管腔,所述第二毛细管腔保持分离得到的固体成分的一部分。
此外,本发明的特征还在于,如下构成:通过血液分离壁将所述分离腔的内部分割为血浆贮留部和血细胞贮留部,所述试样液中通过离心力的作用而离心分离得到的成分通过所述血液分离壁的间隙流入所述血细胞贮留部。
此外,本发明的特征还在于,所述血液分离壁以与所述血细胞贮留部接触的壁面和旋转中心的距离恒定的圆弧面形成。
本发明的分析方法是采用如下的分析用器件的分析方法:包括利用所述离心力将试样液分离成溶液成分和固体成分的分离腔、输送在所述分离腔中分离得到的所述溶液成分的一部分并保持的计量流路、设于所述计量流路和分离腔之间且输送所述分离腔的试样液的连接流路、以与所述连接流路连通的方式设于所述分离腔的侧面的第一毛细血管腔,所形成的所述第一毛细管腔在外周方向上伸长至在所述分离腔内分离得到的试样液的分离界面的外侧;其特征在于,包括:使所述分析用器件旋转而将点样于所述分析用器件的试样液输送至所述分离腔进行离心分离,停止所述旋转并将离心分离后的试样液的溶液成分通过所述第一毛细管腔优先吸出,经由所述连接流路将溶液成分输送至计量流路的步骤;使所述分析用器件旋转,输送所述计量流路内的溶液成分,将所述溶液成分与试剂混合的步骤;当所述测定点位于读取位置时读取所述测定点的反应产物的信息的步骤。
本发明的分析方法的特征在于,将稀释液和液体试样接受入分析用器件的混合室进行混合,将在所述混合室中搅拌混合了的稀释液体试样输送至所述分析用器件的测定室,读取所述测定室中的所述稀释液体试样的反应产物的信息来进行成分分析时,包括:在所述混合室中仅保持有稀释液的状态下使检测光透过所述混合室,测定仅所述稀释液的吸光度的第一步骤;在所述混合室中保持有稀释液体试样的状态下使检测光透过所述混合室,测定所述稀释液体试样的吸光度的第二步骤;将读取所述测定室中的所述稀释液体试样的反应产物的信息而得的结果通过基于所述第一、第二步骤中求得的吸光度求出的稀释倍数进行修正,计算成分分析的结果的第三步骤。
此外,本发明的特征还在于,所述第一步骤中,在将稀释液向所述混合室输送的过程中测定仅接受入所述混合室的所述稀释液的吸光度。
此外,本发明的特征还在于,所述第一步骤具有在分析用器件的旋转中计量稀释液的计量操作,所述计量操作结束后使分析用器件减速,将所述稀释液输送至所述混合室。
本发明的分析用器件的特征在于,设有:贮留稀释液的稀释液容器收纳部、以可保持恒定量的液体试样的方式构成的毛细管腔、与所述毛细管腔连接且暂时保持所述液体试样的液体试样保持室、与所述稀释液容器收纳部连接且用于将稀释液定量为所需量的稀释液定量室、与所述稀释液定量室连接且使输送至所述稀释液定量室的稀释液的多余部分溢流的溢流流路、与所述液体试样保持室介以第一连接流路连接且与所述稀释液定量室介以第二连接流路连接的混合室、与所述混合室介以毛细管流路连接且接受将稀释液和液体试样在所述混合室中搅拌混合而得的稀释液体试样的测定室。
此外,本发明的特征还在于,所述溢流流路与所述混合室连接。
此外,本发明的特征还在于,以可使超过规定量的所述液体试样溢流至分离腔来进行计量的方式设置溢流流路。
此外,本发明的特征还在于,具备如下构成:所述稀释液容器收纳部和所述混合室之间不介有所述稀释液定量室,通过分配流路连接所述稀释液容器收纳部和所述混合室,可以将稀释液分配至所述稀释液定量室和所述混合室。
此外,本发明的特征还在于,所述第一连接流路和所述第二连接流路具有虹吸管结构。
此外,本发明的特征还在于,包括与所述混合室介以具有虹吸管结构的第三连接流路连通的溢流室。
本发明的分析用器件是为了将填充用室的样品液分配至多个测定室而使其绕旋转轴心旋转来使用的分析用器件,其特征在于,相对于所述旋转轴心沿外周侧配置所述多个测定室,设有基端与所述填充用室连接的定量毛细管流路,所述定量毛细管流路曲折且在所述旋转轴心和所述多个测定室之间沿圆周方向延长,具有以内周侧的拐点为分液点将样品液分配至所述多个测定室的连接部;在所述旋转轴心和分液点的距离不同的部分,与从所述旋转轴心和分液点的距离较短的分液点接受样品液的分配的测定室的连接部的流路的截面积比与所述旋转轴心和分液点的距离较长的分液点连接的流路同与所述旋转轴心和分液点的距离较短的分液点连接的流路的连接部的截面积大。
此外,本发明的特征还在于,所述定量部和所述室的连接部的面积表示为将以
X=γ/(m·r·ω2/S)
表示的长度与所述定量部和定量部的连接部的流路宽度或厚度相加而得的长度;X:扩张所需的长度,m:分子的质量,r:旋转半径,ω:转速,S:截面积,γ:表面张力。
此外,本发明的特征还在于,流路和测定室的壁面实施过亲水处理。
如果采用本发明的分析用器件及使用该器件的分析方法,则可以从最低需要量的试样液采集分析所需量的血浆成分,因此可以减轻患者的负担,而且可以通过最低限度的液量形成分析所需的腔,所以可以实现分析用器件的小型化。
如果采用本发明的分析用器件及使用该器件的离心分离方法,则可以在不混入血细胞成分的情况下采集少量血液中所含的最大量的血浆成分。
如果采用本发明的分析方法,则可以在不受测定室的光路长度偏差影响的情况下准确地算出稀释倍数,能够进行精度良好的分析。
如果采用本发明的分析方法,则即使毛细管流路的分液点的位置与旋转轴心的距离不同,也可以将在定量毛细管流路内定量而得的样品液输送至室内。
附图的简单说明
图1A是本发明的实施方式的分析用器件的保护盖关闭的状态和保护盖打开的状态的外观立体图。
图1B是本发明的实施方式的分析用器件的保护盖关闭的状态和保护盖打开的状态的外观立体图。
图2是上述实施方式的分析用器件的分解立体图。
图3是从背面观察保护盖关闭的状态的分析用器件时的立体图。
图4是上述实施方式的稀释液容器的说明图。
图5是上述实施方式的保护盖的说明图。
图6是上述实施方式的分析用器件的使用前和点样试样液时及点样后保护盖关闭的状态的剖视图。
图7是即将把分析用器件设置于分析装置之前的立体图。
图8是分析用器件设置于分析装置的状态的剖视图。
图9是上述实施方式的分析装置的构成图。
图10A是从分析用器件1的外侧观察上述实施方式的分析器件的注入口13时的放大图。
图10B是从转子101侧透过覆盖基板4观察上述实施方式的分析器件的主要部分时的立体图。
图10C是上述实施方式的分析器件的主要部分的D-D剖视图。
图11是分析用器件设置于分析装置开始旋转前的剖视图。
图12是分析用器件设置于分析装置并旋转后及其后的离心分离后的剖视图。
图13是表示分析用器件的旋转轴心与稀释液从稀释液容器释放时的稀释液容器的位置的剖视图。
图14是定量采集离心分离后的试样液的固体成分并稀释时的剖视图。
图15A是主要部分的放大图。
图15B是主要部分的放大图。
图15C是主要部分的立体图。
图16是设置成出货状态的工序的剖视图。
图17是实施方式2的毛细管腔33及其周边的放大立体图。
图18是实施方式3的毛细管腔33及其周边的放大立体图。
图19是图15C的E-E剖视图。
图20是本发明的实施方式4的分析用器件的部分省略的放大立体图。
图21是上述实施方式的血液注入过程的简图。
图22是上述实施方式的图21的A-AA剖视图。
图23是上述实施方式的离心输送过程的第一幅简图。
图24是上述实施方式的离心输送过程的第二幅简图。
图25是上述实施方式的血液的分离率与血液分离时间的关系图。
图26是上述实施方式的毛细管输送过程的简图。
图27A是上述实施方式的图26的B-BB剖视图。
图27B是上述实施方式的图26的C-CC剖视图。
图28是上述实施方式的反应过程的第一幅简图。
图29是上述实施方式的反应过程的第二幅简图。
图30A是本发明的实施方式5的分析用器件的保护盖关闭的状态的外观立体图。
图30B是上述实施方式的分析用器件的保护盖打开的状态的外观立体图。
图31是上述实施方式的分析用器件的分解立体图。
图32是上述实施方式的分析装置的构成图。
图33是分析用器件设置于分析装置开始旋转前的剖视图。
图34是分析用器件的基底基板的立体图。
图35是分析用器件设置于分析装置并旋转后及其后的离心分离后的剖视图。
图36是定量采集离心分离后的试样液的固体成分并稀释时的剖视图。
图37是工序4和工序5的剖视图。
图38A是毛细管腔33a及其周边的放大立体图。
图38B是图38A的E-E剖视图。
图39是工序6和工序7的剖视图。
图40是图33中的测定室40a~40f的放大俯视图。
图41是图39的F-F剖视图。
图42是图39的G-G剖视图。
图43是测定室40a~40f的另一例的放大俯视图。
图44是测定室40a~40f的又另一例的放大俯视图。
图45是图34的混合室162的周边的简图。
图46是混合室162的周边的另一实施方式的简图。
图47是混合室162的周边的又另一实施方式的简图。
图48是混合室162的周边的又另一实施方式的简图。
图49是本发明的实施方式的分析用器件的基底基板的俯视图。
图50是上述实施方式的分析用器件的侧视图。
图51是上述实施方式的定量毛细管流路的定量部的说明图。
图52是定量部180和测定室175的连接部的截面的放大立体图。
图53是定量部180和测定室175的A-A剖视图。
图54是定量部180和测定室175的B-B连接部的剖视图。
图55是上述实施方式的诱导毛细管流路的放大立体图。
图56是上述实施方式的流动模式图。
图57是比较例的分析用器件的基底基板的俯视图。
图58是上述比较例的流动模式图。
图59A是专利文献1的分析用器件的俯视图。
图59B是专利文献1的分析用器件的分离界面附近的放大图。
图60是专利文献2的分析用器件的俯视图。
图61是专利文献3的分析用器件的俯视图。
图62是专利文献4的分析用器件的俯视图。
图63是专利文献5的分析用器件的主要部分的俯视图。
图64是专利文献5的离心输送式生物传感器的试样液分配的说明图。
实施发明的最佳方式
以下,基于图1A、图1B~图19对本发明的分析用器件的各实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1A、图1B~图6示出分析用器件。
图1A、图1B示出分析用器件1的保护盖2关闭的状态和保护盖打开的状态。图2示出在使图1A中的下侧朝上的状态下进行了分解的状态,图3示出其组装图。
如图1A、图1B和图2所示,该分析用器件1由相互组合的以下4个部件构成:在一面形成有表面具有微细的凹凸形状的微通道结构的基底基板3、覆盖基底基板3的表面的覆盖基板4、保持稀释液的稀释液容器5、用于防止试样液飞散的保护盖2。
基底基板3和覆盖基板4以内部设置有稀释液容器5等的状态下接合,保护盖2安装于该接合而得的结构。
通过以覆盖基板4覆盖形成于基底基板3的上表面的数个凹部的开口,形成后述的多个收纳区域(与后述的测定点相同)和在这些收纳区域之间进行连接的微通道结构的流路等。收纳区域中有需要的部分预先承载有各种分析所需的试剂。保护盖2的一侧与形成于基底基板3和覆盖基板4的轴6a,6b卡合,以可开闭的方式枢轴支承。要检查的试样液为血液的情况下,有毛细管力作用的所述微通道结构的各流路的间隙设定为50μm~300μm。
采用该分析用器件1的分析工序的概要为,将试样液点样于预先设置有稀释液的分析用器件1,将该试样液的至少一部分用所述稀释液稀释后进行测定。
图4示出了稀释液容器5的形状。
图4(a)为俯视图,图4(b)为图4(a)的A-A剖视图,图4(c)为侧视图,图4(d)为后视图,图4(e)为从开口部7观察时的正视图。该开口部7在向稀释液容器5的内部5a中如图6(a)所示填充稀释液8后通过作为密封构件的密封铝箔9密封。在稀释液容器5的与开口部7的相反侧形成有插销部10。该稀释液容器5设置于在基底基板3和覆盖基板4之间形成的稀释液容器收纳部11,以可自由地移动至图6(a)所示的液体保持位置和图6(c)所示的液体释放位置的方式收纳。
图5示出了保护盖2的形状。
图5(a)为俯视图,图5(b)为图5(a)的B-B剖视图,图5(c)为侧视图,图5(d)为后视图,图5(e)为从开口2a观察时的正视图。在保护盖2的内侧形成有可在图1A所示的闭塞状态下如图6(a)所示卡合稀释液容器5的插销部10的卡定用沟12。
该图6(a)表示使用前的分析用器件1。该状态下保护盖2闭塞,稀释液容器5的插销部10卡合于保护盖2的卡定用沟12而卡定在液体保持位置,从而使稀释液容器5不会沿箭头J方向移动。分析用器件在该状态下供予使用者。
试样液点样时,克服图6(a)中的与插销部10的卡合将保护盖2如图1B所示打开后,保护盖2的形成有卡定用沟12的底部2b发生弹性变形,如图6(b)所示,保护盖2的卡定用沟12与稀释液容器5的插销部10的卡合被解除。
在该状态下,将试样液点样于分析用器件1的露出的注入口13,关闭保护盖2。这时,通过关闭保护盖2,形成有卡定用沟12的壁面14与稀释液容器5的插销部10的保护盖2侧的面5b抵接,将稀释液容器5沿所示箭头J方向(接近液体释放位置的方向)推入。稀释液容器收纳部11中自基底基板3侧形成有作为突出部的开封肋11a,若稀释液容器5通过保护盖2被压入,蒙在稀释液容器5的倾斜的开口部7的密封面的密封铝箔9如图6(c)所示撞上开封肋11a而破裂。
通过将该分析用器件1如图7和图8所示以覆盖基板4位于下侧的方式设置于分析装置100的转头101,从而可以进行试样液的成分分析。
在转头101的上表面形成有沟102,在将分析用器件1设置于转头101的状态下,分析用器件1的形成于覆盖基板4的旋转支承部15和形成于保护盖2的旋转支承部16与沟102卡合而将其收纳。
将分析用器件1设置于转头101之后,在使转头101旋转前关闭分析装置的门103,则所设置的分析用器件1在转头101的旋转轴心上的位置藉由设于门103侧的可动片104通过弹簧105的作用力被压向转头101侧,分析用器件1与通过旋转驱动单元106旋转驱动的转头101一体地旋转。107表示转头101的旋转中的轴心。安装保护盖2的目的是为了防止附着于注入口13附近的试样液在分析中因离心力而飞散至外部。
作为构成分析用器件1的部件的材料,理想的是材料成本低廉且量产性良好的树脂材料。所述分析装置100通过测定透过分析用器件1的光的光学测定方法来进行试样液的分析,因此作为基底基板3和覆盖基板4的材料,理想的是PC、PMMA、AS、MS等透明性好的合成树脂。
此外,作为稀释液容器5的材料,由于需要预先将稀释液8长时间封入稀释液容器5内部,因此理想的是PP、PE等水分透过率低的结晶性的合成树脂。作为保护盖2的材料,只要是成形性好的材料即可,一般不会有问题,理想的是PP、PE等廉价的树脂。
基底基板3和覆盖基板4的接合理想的是不易对承载于所述收纳区域的试剂的反应活性造成影响的方法,较好是接合时不易产生反应性的气体或溶剂的超声波熔接或激光熔接等。
此外,对于通过基底基板3和覆盖基板4的接合而使溶液藉由两基板3、4之间的微小的间隙所产生的毛细管力输送的部分实施了用于提高毛细管力的亲水处理。具体来说,进行采用亲水性聚合物或表面活性剂等的亲水处理。在这里,亲水性是指与水的接触角低于90°,较好是接触角低于40°。
图9表示分析装置100的构成。
该分析装置100由以下的部分构成:用于使转子101旋转的旋转驱动单元106、用于以光学方式测定分析用器件1内的溶液的光学测定单元108、控制转子101的旋转速度和旋转方向以及光学测定单元的测定时间的控制单元109、用于处理通过光学测定单元108得到的信号并演算测定结果的演算部110、用于显示通过演算部110得到的结果的显示部111。
旋转驱动单元106以如下的条件构成:不仅可以介以转子101使分析用器件1围绕旋转轴心107朝任意的方向以规定的旋转速度旋转,而且可以使分析用器件1在规定的停止位置以旋转轴心107为中心以规定的振幅范围、周期左右往复运动来实现摇动。
光学测定单元108包括用于对分析用器件1的测定部照射光的光源112和检测自光源105照射的光中透过分析用器件1的透射光的光量的光检测器113。
下面,结合分析工序对分析用器件1的微通道结构进行详细说明,该结构呈如下的构成:通过转子101旋转驱动分析用器件1,对于从注入口13进入内部的试样液,使用以位于注入口13的内周侧的所述旋转轴心107为中心使分析用器件1旋转而产生的离心力和设于分析用器件1内的毛细管流路的毛细管力,在分析用器件1的内部输送溶液。
图10A、图10B、图10C示出分析用器件1的注入口13附近。
图10A是从分析用器件1的外侧观察注入口13时的放大图,图10B是从转子101侧透过覆盖基板4观察所述微通道结构时的图。
注入口13介以形成于基底基板3和覆盖基板4之间的微小间隙δ的有毛细管力作用的诱导部17,同与该诱导部17同样为有毛细管力作用的间隙且具有可保持必需量的试样液18的容积的毛细管腔19连接。诱导部17的与流动方向正交的截面形状(图10B的D-D截面)在内侧不是垂直的矩形,如图10C所示,以随着向内部的靠近朝向覆盖基板4逐渐变窄的倾斜面20形成。在诱导部17与毛细管腔19的连接部形成有在基底基板3形成凹部21而改变通路的走向的弯曲部22。
从诱导部17观察,隔着毛细管腔19在其前方形成有分离腔23,该分离腔23是无毛细管力作用的间隙。在毛细管腔19和弯曲部22以及诱导部17的一部分的侧方形成有一端与分离腔23连接而另一端向大气开放的腔24。
由于这样构成,因此如果点样于注入口13,则试样液18介以诱导部17进入至毛细管腔19。图11示出将这样点样后的分析用器件1设置于转子101而使其旋转前的状态。这时,如图6(c)所说明的那样,稀释液容器5的密封铝箔9撞上开封肋11a而破裂。25a、25b、25c、25d是形成于基底基板3的空气孔。
-工序1-
分析用器件1如图12(a)所示将试样液保持于毛细管腔19内,在稀释液容器5的密封铝箔9破裂的状态下设置于转子101。
-工序2-
关闭门103后,将转头101朝顺时针方向(C2方向)旋转驱动后,所保持的试样液在弯曲部22的位置断开,诱导部17内的试样液被排出至保护盖2内,毛细管腔19内的试样液18如图12(b)和图15A所示流入分离腔23并同时在分离腔23中被离心分离为血浆成分18a和血细胞成分18b。从稀释液容器5流出的稀释液8通过排出流路26a,26b流入保持腔27。如果流入保持腔27的稀释液8超过规定量,则过量的稀释液8通过溢流流路28流入溢流腔29,再通过逆流防止用肋30流入参照测定室31。
还有,稀释液容器5中,与被密封铝箔9密封的开口部7相反的一侧的底部形状如图4(a)、(b)所示以圆弧面32形成,且在图12(b)所示的状态的稀释液容器5的液体释放位置,如图13所示,以圆弧面32的中心m相对于旋转轴心107在更靠近排出流路26b侧的方向上偏置恰好距离d的方式形成,因此向该圆弧面32流动的稀释液8被变为沿圆弧面32从外侧向开口部7流动(箭头n方向),被从稀释液容器5的开口部7高效地释放至稀释液容器收纳部11。
-工序3-
接着,使转头101的旋转停止后,血浆成分18a被吸至形成于分离腔23的壁面的毛细管腔33,如图14(a)和图15B所示通过与毛细管腔33连通的毛细管流路37流至计量流路38,从而保持恒定量。图15C中示出了毛细管腔33及其周边的立体图。图15C中的E-E截面示于图19。
-工序4-
将转头101朝逆时针方向(C1方向)旋转驱动后,如图14(b)所示,保持于计量流路38的血浆成分18a通过逆流防止用肋39流入测定室40,而保持腔27的稀释液8通过虹吸管形状的连接流路41和逆流防止用肋39流入测定室40。此外,分离腔23内的试样液通过虹吸管形状的连接流路34和逆流防止用肋35流入溢流腔36。接着,根据需要使转头101朝逆时针方向(C1方向)和顺时针方向(C2方向)往复转动而摇动,对承载于测定室内的由试剂、稀释液8和血浆成分18a形成的作为测定对象的溶液进行搅拌。
-工序5-
使转头101朝逆时针方向(C1方向)或顺时针方向(C2方向)转动,在参照测定室31的测定点通过光源112与光检测器113之间时,演算部110读取光检测器113的检出值来确定参照值。然后,在测定室40的测定点通过光源112与光检测器113之间时,演算部110读取光检测器113的检出值,基于所述参照值对特定成分进行计算。
如上所述,由于使用者可以通过采集试样液时的保护盖2的开闭操作来将稀释液容器5开封而将稀释液送入分析用器件1内,因此可以实现分析装置的简化和成本削减,还可以使使用者的操作性提高。
另外,因为使用以作为密封构件的密封铝箔9密封的稀释液容器5,通过作为突出部的开封肋11a捅破密封铝箔9而将稀释液容器5开封,所以稀释液不会因长期保存而蒸发减少,可以实现分析精度的提高。
此外,图6(a)所示的分析用器件1的出货状态下,稀释液容器5的插销部10与闭塞的保护盖2的卡定用沟12卡合,稀释液容器5被以不会朝箭头J方向移动的方式卡定于液体保持位置,因此尽管以可通过保护盖2的开闭操作使稀释液容器5在稀释液容器收纳部11中自由移动的方式构成,但是在使用者打开保护盖2使用之前的时间内,稀释液容器收纳部11中的稀释液容器5的位置被卡定于液体保持位置,所以不会发生使用者使用前的运输中稀释液容器5被错误地开封而稀释液漏出的情况。
图16示出了将分析用器件1设置成图6(a)所示的出货状态的制造工序。首先,在关闭保护盖2之前,将设于稀释液容器5的下表面的沟42(参照图2(b)和图4(d))与设于覆盖基板4的孔43对准,在该液体保持位置穿过孔43使除基底基板3或覆盖基板4外另设的卡定工具44的突起44a与稀释液容器5的沟42卡合,设置为将稀释液容器5卡定于液体保持位置的状态。接着,从形成于保护盖2的上表面的切口45(参照图1)插入按压工具46按压保护盖2的底面而使其发生弹性变形,在该状态下关闭保护盖2后解除按压工具46,从而可以设置成图6(a)的状态。
还有,该实施方式中以将沟42设于稀释液容器5的下表面的情况为例进行了说明,但也可以如下构成:将沟42设于稀释液容器5的上表面,对应于该沟42在基底基板3上设置孔43,使卡定工具44的突起44a与沟42卡合。
上述的实施方式中,保护盖2的卡定用沟12与稀释液容器5的插销部10直接卡合来将稀释液容器5卡定于液体保护位置,但也可以使保护盖2的卡定用沟12与稀释液容器5的插销部10间接地卡合来将稀释液容器5卡定于液体保护位置。
下面,对图15C所示的毛细管腔33及其周边进行详细说明。
作为第一毛细管腔的毛细管腔33从分离腔23的底部23b向内周侧形成。换言之,毛细管腔33的最外周的位置伸长至比图15A所示的血浆成分18a和血细胞成分18b的分离界面18c更靠外周方向的位置而形成。
如果如上所述设定毛细管腔33的外周侧的位置,则毛细管腔33的外周端浸渍于在分离腔23中被分离的血浆成分18a和血细胞成分18b,由于血浆成分18a的粘度比血细胞成分18b低,因此血浆成分18a优先被毛细管腔33吸出,可以通过毛细管流路37和计量流路38向测定室40输送血浆成分18a。此外,血浆成分18a被吸出后,血细胞成分18b也紧接着血浆成分18a被吸出,因此可以将毛细管腔33和毛细管流路37的到中途为止的通路用血细胞成分18b置换,计量流路38被血浆成分18a充满后,毛细管腔33和毛细管流路37内的液体的输送也停止,因此血细胞成分18b不会混入计量流路38。因此,与现有的构成相比,可以将送液损失抑制到最低限度,因此能够降低测定所需的试样液量。
(实施方式2)
图17示出了实施方式2的分析用器件的毛细管腔33及其周边。图15A、图15B、图15C所示的实施方式1中,用于将血细胞成分18b输送至溢流腔36的连接流路34的基端34a在分离腔23的底部23b仅开口于与形成有毛细管腔33的壁面相反的一侧的壁面的角落部分。与之相对,图17中,连接流路34的基端34a通过作为第二毛细管腔的毛细管腔34b与分离腔23的底部23b连接,所述毛细管腔34b的间隙与基端34a的情况相同且于分离腔23的底部23b的开口宽度和进深比基端34a大。在这里,连接流路34连接于毛细管腔34b的最外周位置。
由于这样构成,因此即使是图15A、图15B、图15C的构成中终止离心分离而结束分析用器件1的旋转驱动时至此位置位于分离腔23的底部23b的血细胞成分18b的一部分离开底部23b的粘度,图17的构成中,位于分离腔23的底部23b的血细胞成分18b的一部分也流入毛细管腔34b而通过毛细管力得到保持,所以结束分析用器件1的旋转驱动时,底部23b附近的血细胞成分18b也因该毛细管腔34b的毛细管力而不会离开底部23b,保持于分离腔23内的血细胞成分18b的量减少,因而可以防止血细胞成分18b混入计量流路38。
此外,连接流路34与毛细管腔34b的最外周位置连通,形成在比保持于分离腔23的试样液的液面更靠内周的位置弯曲的虹吸管结构,因此可以将分离腔23、毛细管流路37、毛细管腔33和毛细管腔34b内的液体排出至溢流腔36。
(实施方式3)
图18示出了实施方式3的分析用器件的毛细管腔33及其周边。图17中,毛细管腔33和毛细管腔34b分别设置,而图18中,毛细管腔33和毛细管腔34b通过设于底部23b的开口部连接而构成。此外,连结流路34与毛细管腔34b的最外周位置连通,形成在比保持于分离腔23的试样液的液面更靠内周的位置弯曲的虹吸管结构。
由于这样构成,因此可以将毛细管腔34b和分离腔23连接的交界位置形成于与试样液的分离界面18c接近的位置,所以血细胞成分18b更不易被吸入毛细管腔33,可以更可靠地防止血细胞成分18b混入计量流路38。
上述的各实施方式中,以使分析用器件1绕旋转轴心107旋转而将从试样液离心分离的成分和从稀释液容器5释放的稀释液8输送至测定室40进行稀释并读取从试样液分离的溶液成分或从试样液分离的溶液成分与试剂的反应产物的信息来进行分析的情况为例进行了说明,但在可以不从试样液分离溶液成分的情况下,不需要离心分离的工序,这时使分析用器件1绕旋转轴心107旋转,将所点样的试样液中的定量的所有试样液和从稀释液容器5释放的稀释液8输送至测定室40进行稀释,读取通过稀释液稀释后的溶液成分或通过稀释液稀释后的溶液成分与试剂的反应产物的信息来进行分析。
此外,也可以使分析用器件1绕旋转轴心107旋转而将从试样液离心分离的固体成分和从稀释液容器5释放的稀释液输送至测定室进行稀释,读取从试样液分离的固体成分或从试样液分离的固体成分与试剂的反应产物的信息来进行分析。
上述的实施方式中,将在内部形成有表面具有微细的凹凸形状的微通道结构的分析器件主体以基底基板3和覆盖基板4这2层构成,但也可以将3层以上的基板粘合而构成。具体来说,可以例举如下的3层结构等:使根据微通道结构形成有缺口的基板位于中央,在其上表面和下表面粘合其他基板而闭塞所述缺口,从而形成微通道结构。
(实施方式4)
上述的各实施方式中采用如下的构成:通过将从分离腔23吸取血浆成分的毛细管腔33的一端延长至比分离腔23中的分离界面18c更靠下侧(外周侧)的位置,从而从少量的血液中取出必需量的结晶;本实施方式4中,通过在分离腔23中形成血液分离壁129,可以更可靠地防止由毛细管腔33吸取的血浆成分中混入少量的血细胞成分的情况。
还有,实施方式4的血浆贮留部130相当于所述分离腔23,实施方式4的血浆采集毛细管125相当于毛细管腔33。
图20表示本发明的实施方式4的分析用器件。
该分析用器件1由基底基板3和覆盖基板4构成;所述基底基板3通过微通道121形成,微通道121由在圆形的基板表面以深度不同的多个凹部形成的毛细管流路、贮留部和分离部等形成;所述覆盖基板4以覆盖形成于基底基板3的微通道121的方式接合。
形成于基底基板3的微通道121通过以注射成形或切削制成的合成树脂材料形成。
通过将作为用于分析的试样液的血液从形成于覆盖基板4的供给流路131导入,将该血液输送至形成于基底基板3的血液分离部122,离心分离后使离心力停止作用,从而毛细管力对血浆计量部127发挥作用,藉此仅采集血浆成分。另外,通过再次产生离心力而输送至试剂反应部126,血浆与试剂反应,可以进行反应液的检查。
本发明中,使要检查的血浆与试剂反应后,从外部对试剂反应部126照射透射光而对该反应状态以光学方式进行分析。测定时,填充于试剂反应部126的反应液的吸光度根据反应的比例而变化,因此通过从光源部对试剂反应部126照射透射光,在受光部测定该透射光的光量,从而可以测定透射反应液的光量的变化,因此可以对试样液的特性进行分析。
下面,对基底基板3的构成进行具体说明。
本发明中的基底基板3由注塑成形或切削而得的基板构成。基底基板3的厚度形成为1mm~5mm,但没有特别限定,只要是可形成微通道121的厚度即可。对于基底基板3的形状,在使分析用器件1单独旋转时较好是圆形的形状,而采用将分析用器件1安装于外部的附件的构成来使其旋转时不需要特别限定,可以是与用途目的适应的形状,例如四边形、三角形、扇形及其他复杂的形状的成形物等形状。
作为基底基板3和覆盖基板4的材料,从易成形性、高生产性、低价格的角度考虑,使用合成树脂,但只要是可接合玻璃、硅晶片、金属、陶瓷等的材料即可,没有特别限定。
对于基底基板3,减少微通道121内的粘性阻抗来促进流体移动,对壁面的一部分或全部的壁面进行亲水性处理,也可以使用玻璃等亲水性材料,或者成形时添加如表面活性剂、亲水性聚合物、硅胶等亲水性粉末等亲水化剂来赋予材料表面以亲水性。作为亲水性处理方法,可以例举采用等离子体、电晕、臭氧、氟等活性气体的表面处理方法或者采用表面活性剂的表面处理。在这里,亲水性是指与水的接触角不足90°,较好是接触角不足40°。
本实施方式中,使用超声波熔接来接合基底基板3和覆盖基板4,但也可以根据所用材料而通过粘接性接合片、阳极键合或激光键合等接合方法来接合。
下面,对分析用器件1的微通道121的构成以及血液的注入及输送过程进行说明。
如图20所示,微通道121自基底基板3的旋转轴心107附近向基底基板3的外周方向形成。具体来说,由以下部分构成:配置于最接近旋转轴心107的位置的用于注入血液的血液贮留部120、配置于血液贮留部120的外周侧的血液分离部122、连接血液贮留部120和血液分离部122且由毛细管形成的血液流路132、与血液分离部122邻接且通过U字形的虹吸管流路127a与血液分离部122的侧壁连接的血浆计量部127、与血浆计量部127连接且配置于比血浆计量部127更靠近旋转轴心107方向的位置的空气孔128、与血浆计量部127连接且配置于比血浆计量部127更靠近外周侧的位置的试剂反应部126。
另外,血液分离部122的内部如下形成;通过沿圆周方向形成的血液分离壁129分割成旋转轴心107侧和外周侧,旋转轴心107侧成为血浆贮留部130,外周侧成为血细胞贮留部124。
此外,血液分离壁129以连接血浆贮留部130和血细胞贮留部124的方式形成有血浆采集毛细管125和通气流路123。另外,血浆采集毛细管125的端部突出于血浆贮留部130和血细胞贮留部124,且血浆采集毛细管125通过虹吸管流路127a与血浆计量部127连通。突出于血细胞贮留部124的血浆采集毛细管125的端部到达血细胞贮留部124的底部。
此外,血液分离壁129以血细胞贮留部124的容量达到注入血液贮留部120的血液量的65%~70%的方式形成。另外,该血液分离壁129的与血细胞贮留部124接触的壁面129a由与旋转轴心107的距离恒定的圆弧面形成。血液分离壁129的与血浆贮留部130接触的壁面129b以与旋转轴心107的距离越靠近血浆采集毛细管125越长的方式形成。
覆盖基底基板3的覆盖基板4具有与基底基板3同样的外形,可以从形成于旋转轴心107附近的供给流路131向基底基板3的血液贮留部120注入血液。
将从血液注入到试剂反应部126为止的输送过程与构成一起进行说明。
首先,如图21所示,血液133通过移液管134等计量后注入供给流路131。本实施例中,通过移液管134计量10μl的血液注入。
从移液管134注入的血液133被注入血液贮留部120并充满。这时,被注入血液贮留部120的血液133也进入到连接血液贮留部120和血液分离部122的血液流路132。然而,血液133停止于血液流路132和血液分离部122的连接部135。
图21中所示的A-AA截面示于图22。
血液流路132的深度以毛细管力可发挥作用的浅的间隙形成,血液分离部122的深度形成为比血液流路132大且毛细管力不发挥作用的深度。
这是基于下述原因:血液133被注入血液分离部122时,所注入的血液133被注入血液贮留部120的同时,通过毛细管力进入血液流路132,但通过使血液分离部122的深度大于血液流路132,毛细管力在血液流路132与血液分离部122的连接部135被阻断,血液133的界面通过表面张力得到保持,从而可防止血液进入血液分离部122。
对于血液贮留部120的深度,只要满足可保持所需量的血液133的体积即可,可以是任意深度。
在这里,毛细管力是指如下的力:一般被认为在细管的内径尺寸在2.5mm以下时影响力变大,毛细管内部的液体因保持壁面和液体所成的接触角与作用于气液界面的表面张力之间的平衡的力而移动。
下面,对血液133的离心分离进行说明。
如图23所示,通过以旋转轴心107为轴使分析用器件1朝箭头方向以第一旋转速度旋转而产生离心力。这时,通过产生比在保持于血液流路132和血液分离122的连接部135位置的血液的界面发挥作用的表面张力更强的离心力,所注入的血液133被输送至血液分离部122。
被输送至血液分离部122的血液133通过血浆贮留部130并通过形成于血液分离壁129的两端的通气流路123或血浆采集毛细管125被输送至血细胞贮留部124。
更具体来说,这时的分析用器件1的旋转速度、即第一旋转速度以被输送至血液分离部122的血液所承受的重力达到1000G以上的条件设定,在血浆采集毛细管125中毛细管力比对血浆成分139发挥作用的离心力弱。本实施例中,第一旋转速度设为5000rpm。
被输送至血细胞贮留部124的血液133最初充满血细胞贮留部124,充满血浆采集毛细管125和通气流路123的同时使血液133的界面移动至血浆贮留部130。所输送的血液133也进入与血液分离部122连接的血浆计量部127,但形成于血浆计量部127的虹吸管顶点137与旋转轴心107的距离r1以比旋转中的血液133的界面与旋转轴心107的距离r2高的方式形成,因而旋转中的血液133不会进入血浆计量部127或试剂反应部126。
另外,通过设定为保持第一旋转速度的状态,如图24所示,血液133中的血细胞成分138朝离心方向、即血液分离部122的外周方向移动,血浆成分139被赶向接近旋转轴心107的方向。更具体来说,血液133的成分主要分为包含蛋白质、胆固醇的血浆成分139与包含白细胞、红细胞、血细胞的血细胞成分138,血细胞成分138的比重高于血浆成分139,具有与血浆成分139相比为1.2~1.3倍的比重。因此,比重大的血细胞成分138因离心力而向分析用器件1的外周方向移动。
另外,通过保持第一旋转速度,如图24所示,血浆成分139被分离至血浆贮留部130,血细胞成分138被分离至血细胞贮留部124。
这时的血细胞成分138与血浆成分139的界面必须以即使血细胞比容值达到最大时也不会进入血浆计量部127的条件设计;在这里,作为一般的人血的血细胞比容值的最大值,设为Hct=60%。这是由于下述原因:血细胞成分138进入血浆计量部127的情况下,通过毛细管力进行血浆计量时,流动性在血浆计量部127与血液分离部122的连接部升高,血细胞成分138混入需计量的血浆成分139的可能性升高。
图25表示对于血细胞比容值(Hct)不同的血液(Hct=38%、51%、60%)的血浆成分139的分离率与分离时间的关系。转速设为对血液133作用1500G的离心力的转速。
由该结果可知,血细胞比容值低时血浆成分139的分离率高,血细胞比容值高时,为了使分离率达到80%以上,需要60秒以上的离心分离时间。如果认为人血的血细胞比容值为30~60%,则为了对所有的血液都可靠地进行离心分离,必须以总血分离时间达到60秒以上时分离率为80%的条件进行血浆采集毛细管112和血液分离部122的设计。
本实施方式中,以将血细胞比容值为60%的血液离心分离时的血浆成分139和血细胞成分138的界面与旋转轴心107的距离r4与同血浆计量部127连通的虹吸管流路127a和血液分离部122的连接部140与旋转轴心107的距离r3的关系为r3<r4的条件形成。
下面,对血浆成分139的计量采集进行说明。
如图26所示,通过减速至第二旋转速度或停止旋转而减弱离心力或使离心力消失,至此一直被离心力抑制的血浆计量部127的毛细管力得到释放,藉此仅通过离心分离而分离的血浆成分139被输送至血浆计量部127。这是由于下述原因:流动性高的血浆成分139更容易流入血浆计量部127,相反地,通过离心分离而分离的血细胞成分138因血细胞聚集而粘度升高,流动性变得非常差。这时的第二旋转速度是毛细管力比在血浆采集毛细管125中发挥作用的离心力更具支配性的旋转速度。本实施例中,第二旋转速度设为600rpm。图27A、图27B表示图26的截面B-BB和截面C-CC的简图。如图27B所示,血浆采集毛细管125的深度以比血浆计量部127的深度大的方式形成。
此外,血浆贮留部109的深度以比血浆采集毛细管125的深度大的方式形成。
另外,血浆采集毛细管125和血浆计量部127的深度都因为需要使毛细管力发挥作用而以2.5mm以下的深度形成。这是利用毛细管力在深度越小时越强的特点,最初在血浆贮留部130分离的血浆成分139被输送至血浆计量部127,然后血浆采集毛细管125的血浆成分139被输送至血浆计量部127,因而可以防止血细胞成分138混入血浆计量部127,并且减少残留于血液分离部122的血浆成分139的损失。
通过血浆计量部127采集的血浆成分139在血浆计量部127与空气孔128的连接部和血浆计量部127与试剂反应部126的连接部停止并被计量。这是由于下述原因:如图27A所示,空气孔128和试剂反应部126的深度形成得比血浆计量部127的深度大,所以所计量的血浆成分139在空气孔128的连接部和试剂反应部126的连接部因毛细管力被阻断而停止。
下面,对试剂反应进行说明。
如图28所示,通过使分析用器件1旋转而产生离心力,在血浆计量部127被计量的血浆成分139被输送至试剂反应部126。这时,配置于试剂反应部126的试剂136与血浆成分139相互接触而开始反应。试剂136与血浆成分139的反应性差的情况下,可以通过如图29所示使分析用器件1摇动来促进试剂136的反应性。摇动通过反复改变分析用器件1的旋转方向来进行。具体来说,如图29所示,通过在微通道121处于6点方向的状态下使其朝顺时针141和逆时针142的方向交替移动各20°来实现。然后,可以通过以光学的方法测定反应液来进行分析。
如上所述,实施方式的分析用器件1中,通过构成这样的微通道121,可以在不使血细胞混入的情况下从少量的血液中采集必需量的血浆成分139。此外,通过将作为标本的血液的量设为10μl(米粒大的量),可以减轻需要检查的患者的负担,并且使分析用器件小型化。
上述的实施方式中,将血液分离壁129的与血浆贮留部130接触的壁面129b以与旋转轴心107的距离越靠近血浆采集毛细管125越长的方式形成,但也可以由与旋转轴心107的距离恒定的圆弧面形成。
(实施方式5)
实施方式1~实施方式4中以从稀释前的血液计量血浆成分的情况为例进行了说明,但如实施方式5所示,这在血液中混合稀释液进行稀释并从该稀释后的血液吸取血浆成分进行计量的情况下也同样可以实施。
另外,实施方式1~实施方式4中,于测定点以光学方式读取试剂与试样的反应产物的信息并根据衰减量测定成分,但在于测定点以电学方式读取试剂与试样的反应产物的信息来测定成分的情况下也同样。
于测定点以光学方式读取信息并根据衰减量测定成分的情况下,如本实施方式5所示,通过预先仅对稀释液进行测量,可以消除光路长度的误差而期待准确的分析结果。
图30A、图30B~图48表示实施方式5的分析用器件。
图30A、图30B示出分析用器件1的保护盖2关闭的状态和保护盖打开的状态。图31示出以图30A中的下侧朝上的状态的分解的状态。
如图30A、图30B和图31所示,分析用器件1由相互组合的以下4个部件构成:在一面形成有表面具有微细的凹凸形状的微通道结构的基底基板3、覆盖基底基板3的表面的覆盖基板4、保持稀释液的稀释液容器5、用于防止试样液飞散的保护盖2。
基底基板3和覆盖基板4以内部设置有稀释液容器5等的状态下接合,保护盖2安装于该接合而得的结构。
通过以覆盖基板4覆盖形成于基底基板3的上表面的数个凹部的开口,形成后述的多个收纳区域(与后述的测定室相同)和在这些收纳区域之间进行连接的微通道结构的流路等。收容区域中有需要的部分预先承载有各种分析所需要的试剂。保护盖2的一侧与形成于基底基板3和覆盖基板4的轴6a,6b卡合,以可开闭的方式枢轴支承。要检查的试样液为血液的情况下,毛细管力发挥作用的所述微通道结构的各流路的间隙设定为50μm~300μm。
采用该分析用器件1的分析工序的概要为,将试样液点样于预先设置有稀释液的分析用器件1,将该试样液的至少一部分用所述稀释液稀释后进行测定。
稀释液容器5的形状以及填充稀释液8后通过密封铝箔9密封、在稀释液容器5的与开口部7的相反侧形成有插销部10、稀释液容器5设置于在基底基板3和覆盖基板4之间形成的稀释液容器收纳部11且以可自由地移动至液体保持位置和液体释放位置的方式收纳方面与实施方式1相同。
保护盖2的形状以及在保护盖2的内侧形成有可卡合稀释液容器5的插销部10的卡定用沟12方面与实施方式1相同。
将分析用器件1设置于转头101之后,在使转头101旋转前关闭分析装置的门103,则所设置的分析用器件1在转头101的旋转轴心上的位置藉由设于门103侧的可动片104通过弹簧105的作用力被压向转头101侧,分析用器件1与通过旋转驱动单元106旋转驱动的转头101一体地旋转。符号107表示转子101旋转中的轴心。安装保护盖2的目的是为了防止附着于注入口13附近的试样液在分析中因离心力而飞散至外部。
作为构成分析用器件1的部件的材料,理想的是材料成本低廉且量产性良好的树脂材料。所述分析装置100通过测定透过分析用器件1的光的光学测定方法来进行试样液的分析,因此作为基底基板3和覆盖基板4的材料,理想的是PC、PMMA、AS、MS等透明性好的合成树脂。
此外,作为稀释液容器5的材料,由于需要预先将稀释液8长时间封入稀释液容器5内部,因此理想的是PP、PE等水分透过率低的结晶性的合成树脂。作为保护盖2的材料,只要是成形性好的材料即可,一般不会有问题,理想的是PP、PE等廉价的树脂。
基底基板3和覆盖基板4的接合理想的是不易对承载于所述收纳区域的试剂的反应活性造成影响的方法,较好是接合时不易产生反应性的气体或溶剂的超声波熔接或激光熔接等。
此外,对于通过基底基板3和覆盖基板4的接合而使溶液藉由两基板3、4之间的微小的间隙所产生的毛细管力输送的部分实施了用于提高毛细管力的亲水处理。具体来说,进行采用亲水性聚合物或表面活性剂等的亲水处理。在这里,亲水性是指与水的接触角不足90°,较好是接触角不足40°。
图32表示分析装置100的构成。
该分析装置100由以下的部分构成:用于使转子101旋转的旋转驱动单元106、作为读取分析用器件1内的反应物的信息来进行分析的分析单元的光学测定部108、控制转子101的旋转速度和旋转方向以及光学测定部108的测定时间等的控制单元109、用于处理通过光学测定单元108得到的信号并演算测定结果的演算部110、用于显示通过演算部110得到的结果的显示部111。
旋转驱动单元106以如下的条件构成:不仅可以介以转子101使分析用器件1围绕旋转轴心107朝任意的方向以规定的旋转速度旋转,而且可以使分析用器件1在规定的停止位置以旋转轴心107为中心以规定的振幅范围、规定的周期左右往复运动来实现摇动。
光学测定单元108包括对分析用器件1的测定室照射光的光源112a、检测自光源112a照射的光中透过分析用器件1的透射光的光量的光检测器113a、对分析用器件1的独立于测定室的另一测定部照射激光的光源112b、检测自光源112b照射的光中透过分析用器件1的透射光的光量的光检测器113b。
下面,结合分析工序对分析用器件1的微通道结构进行详细说明,该结构呈如下的构成:通过转子101旋转驱动分析用器件1,对于从注入口13进入内部的试样液,使用以位于注入口13的内周侧的所述旋转轴心107为中心使分析用器件1旋转而产生的离心力和设于分析用器件1内的毛细管流路的毛细管力,在分析用器件1的内部输送溶液。
分析用器件1的注入口13及其附近的构成和诱导部17、毛细管腔19、凹部21、弯曲部22、分离腔23、腔24等的构成与实施方式1相同。
由于这样构成,因此如果将作为试样液18的血液点样于注入口13,则试样液18介以诱导部17进入至毛细管腔19。图33示出将这样点样后的分析用器件1设置于转子101而使其旋转前的状态。这时,稀释液容器5的密封铝箔9撞上开封肋11a而破裂。25a~25g、25h、25i1、25i2、25j~25n是形成于基底基板3的空气孔。
从稀释液容器5流出的稀释液通过的流路与对稀释液或接收的稀释液和液体试样进行搅拌混合的混合室162的周边示于图34。
分配流路以可将从稀释液容器收纳部11流出的稀释液分配至稀释液定量室27a和混合室162的方式如下构成。
配置于混合室162的内周侧的稀释液定量室27a通过排出流路26与稀释液容器收纳部11连接,将流出的稀释液定量为恰好必需量,使稀释液的剩余部分溢流。从稀释液定量室27a溢流的剩余部分的稀释液通过溢流流路28a分配至混合室162。此外,稀释液定量室27a的外周侧通过具有虹吸管结构的连接流路41与混合室162连接。混合室162的外周侧底部通过具有虹吸管结构的连接流路34aa与在混合室162的外周侧设有流入口的溢流腔36b连通。溢流腔36b通过形成为有毛细管力作用的间隙的逆流防止流路165a与溢流腔36a,36c连接。此外,在连接流路34aa的虹吸管的比最内周位置更靠近内周侧的位置设有使混合室162中的过量的稀释液溢流至溢流腔36a的连接流路34bb。
将分析工序与控制旋转驱动单元106的运转的控制单元109的构成一起进行说明。
-工序1-
在注入口13点样了接受检查的试样液的分析用器件1如图35(a)所示将试样液保持于毛细管腔19内,在稀释液容器5的密封铝箔9破裂的状态下设置于转子101。
-工序2-
关闭门103后,将转头101朝顺时针方向(C2方向)旋转驱动后,所保持的试样液在弯曲部22的位置断开,诱导部17内的试样液被排出至保护盖2内,毛细管腔19内的试样液18如图35(b)所示流入分离腔23并暂时保持一定量。
从稀释液容器5流出的稀释液8通过排出流路26流入稀释液定量室27a。
如果流入稀释液定量室27a的稀释液8超过规定量,则过量的稀释液8通过溢流流路28a如图35(b)所示流入混合室162,进而如果流入混合室162的稀释液8超过规定量,则过量的稀释液8通过连接流路34aa,34bb和溢流流路38a流入溢流腔36a,36b,36c,36d。流入溢流腔36a,36b,36c的稀释液8通过逆流防止流路165a,165b的毛细管力得到保持而不会从溢流腔36a,36b,36c流出。
本实施方式5中,采用在分离腔23中保持一定量的试样液的构成,但也可以如下设计溢流流路(未图示):将未计量的试样液供给至毛细管腔19,输送至分离腔23时,可以使超出规定量的试样液从分离腔溢流来进行计量。
在这里,稀释液是在特定的波长区域内具有规定的吸光度的溶液,流入混合室162的稀释液8滞留于混合室162期间,测定稀释液8的吸光度(第一次测光)。具体来说,将分析用器件1沿顺时针方向(C2方向)旋转驱动,仅流入有稀释液8的混合室162通过光源112b和光检测器113b之间时,演算部110读取光检测器113b的检出值。图35(b)的P1表示第一次测光的光的透射位置。
连接流路34aa具有自混合室162的最外周部向内周方向具弯曲部的虹吸管结构,如果流入超过连接流路34aa的弯曲部的稀释液8,则混合室162内的稀释液8通过虹吸效应被排出至溢流腔36a,36b,36c。此外,通过在比连接流路34aa更靠近内周的位置设置用于排出超过规定量的稀释液的连接流路34bb,防止流入过量的稀释液时从混合室162流入分离腔23。
滞留于混合室162的稀释液8随时间经过而被全部排出至溢流腔36a,36b,36c,如图36(a)所示,形成分离腔23和稀释液定量室27a中分别保持有规定量的试样液18和稀释液8的状态。
-工序3-
接着,使转头101的旋转停止后,如图36(b)所示,试样液18被吸至连接分离腔23和混合室162的具有虹吸管形状的第一连接流路163,同样稀释液8也被吸至连接稀释液定量室27a和混合室162的具有虹吸管形状的连接流路41。
-工序4-
将转头101沿逆时针方向(C1方向)形状驱动后,分离腔23的试样液18和稀释液定量室27a的稀释液8如图37(a)所示流入混合室162的同时,在混合室162中被离心分离为稀释血浆成分18aa和血细胞成分18b。18c表示稀释血浆成分18aa和血细胞成分18b的分离界面。在这里,使试样液18和稀释液8在一度撞击肋164后流入混合室162,所以可以将试样液18中的血浆成分和稀释液8搅拌均匀。
接着,测定在混合室162中离心分离得到的稀释血浆成分18aa的吸光度(第二次测光)。具体来说,将分析用器件1沿逆时针方向(C2方向)旋转驱动,流入有稀释血浆成分18aa的混合室162通过光源112b和光检测器113b之间时,演算部110读取光检测器113b的检出值。图37(a)的P2表示第二次测光的光的透射位置,混合室162中的第二次测光的位置P2为与图35(b)所示的第一次测光的位置P1相同的位置。
第一次测光的位置P1和第二次测光的位置P2即使不同,也由于两次测定是对单一的混合室162进行测定,因而与以往相比也可以期待测定精度的提高,但更理想的是同一位置的测定。
在这里,实施方式5中,采用将作为试样液18的血液与稀释液8直接混合后提取稀释血浆成分18aa并使其与试剂反应来分析血浆成分中的特定成分的构成,但由于血液中的血浆成分的比例存在个体差异,因此直接混合时血浆成分的稀释倍数相差较大。因此,使稀释血浆成分18aa与试剂反应时反应浓度不一,对测定精度造成影响。因此,为了校正混合试样液18和稀释液8时的稀释倍数的偏差,使用在特定的波长区域具有规定的吸光度的稀释液,在混合室162的同一位置测定与试样液混合前后的吸光度来算出稀释倍数,因此可以在消除测定部的光路长度偏差的同时,消除测定部的表面状态(起伏、表面粗糙度)的偏差导致的受光量变化,因而不仅可以高精度地测定稀释倍数,而且对于测定室中的测定结果,可以校正稀释倍数的偏差,测定精度得到大幅改善。此外,该校正方法对于试样液18和稀释液8的液量偏差导致的稀释倍数的偏差校正也有用。
-工序5-
接着,使转头101的旋转停止后,稀释血浆成分18aa被吸至形成于混合室162的壁面的毛细管腔33a,通过与毛细管腔33a连通的毛细管流路37a,如图37(b)所示,流入溢流流路38a和计量流路166a,166b,166c,166d,166e,166f,在计量流路166a~166f保持定量。
还有,图38A中表示毛细管腔33a及其周边的立体图。图38A中的E-E截面示于图38B。下面,对该毛细管腔33a及其周边进行详细说明。
毛细管腔33a自混合室162的底部162b向内周侧形成。换言之,毛细管腔33a的最外周的位置伸长至比图37(a)所示的稀释血浆成分18aa和血细胞成分18b的分离界面18c更靠外周方向的位置而形成。这样通过如上所述设定毛细管腔33a的外周侧的位置,毛细管腔33a的外周端浸渍于在混合室162中被分离的稀释血浆成分18aa和血细胞成分18b,由于稀释血浆成分18aa的粘度比血细胞成分18b低,因此稀释血浆成分18aa优先被毛细管腔33a吸出,可以通过毛细管流路37a和溢流流路38a、计量流路166a,166b,166c,166d,166e,166f向测定室40a~40f,40g输送稀释血浆成分18aa。
此外,稀释血浆成分18aa被吸出后,血细胞成分18b也紧接着稀释血浆成分18aa被吸出,因此可以将毛细管腔33a和毛细管流路37a的到中途为止的通路用血细胞成分18b置换,溢流流路38a和计量流路166a~166f被稀释血浆成分18aa充满后,毛细管流路37a和毛细管腔33a内的液体的输送也停止,因此血细胞成分18b不会混入溢流流路38a和计量流路166a~166f。
因此,与现有的构成相比,可以将送液损失抑制到最低限度,因此能够降低测定所需的试样液量。
-工序6-
然后,将转头101沿逆时针方向(C1方向)旋转驱动,如图39(a)所示,保持于计量流路166a~166f的稀释血浆成分18aa在同与大气连通的大气开放腔48的连接部、即弯曲部49a,49b,49c,49d,49e,49f,49g的位置断开,流入测定室40a~40f,40g。在这里,测定室40a~40f中分别流入同样量的稀释血浆成分18aa。
此外,这时溢流流路38a的稀释血浆成分18aa通过溢流腔36a和逆流防止通路165b流入溢流腔36c,36a。此外,这时混合室162内的试样液通过虹吸管形状的连接流路34aa和溢流腔36b流入溢流腔36a,36c。
测定室40a~40f,40g的形状为沿离心力作用的方向伸长的形状,具体来说,以分析用器件1的圆周方向的宽度自分析用器件1的旋转中心向最外周变窄的方式形成。多个测定室40a~40f,40g的外周侧的底部配置在分析用器件1的同一半径上,因此测定多个测定室40a~40f,40g时不需要为不同的半径距离配置多个同一波长的光源112a及与之对应的光检测器113a,不仅可以削减装置的成本,而且可以在同一测定室内使用多种不同的波长进行测定,因此可以通过根据混合溶液的浓度选择最适的波长来使测定灵敏度提高。
另外,在位于各测定室40a,40b,40d~40f的圆周方向的侧壁的一侧壁以自所述测定室的外周位置向内周方向伸长的方式形成有毛细管区47a,47b,47d,47e,47f。图39(a)中的F-F截面示于图41。
此外,在位于测定室40c的侧壁的两侧壁以自所述测定室的外周位置向内周方向伸长的方式形成有毛细管区47c1,47c2。图39(a)中的G-G截面示于图42。
还有,测定室40g中未形成像测定室40a~40f中所见的那样的毛细管区。
毛细管区47a的可吸取容量形成为比可将保持于测定室40a的试样液全部收纳的容量少的容量。毛细管区47b,47d~47f也同样,形成为比可将保持于各测定室40b,40d~40f的试样液全部收纳的容量少的容量。对于测定室40c的毛细管区47c1,47c2,毛细管区47c1的可吸取容量和47c2的可吸取容量的相加值形成为可将保持于测定室40c的试样液全部收纳的容量。测定室40b~40f,40g的光路长度形成为相同的长度。
此外,如图40所示,毛细管区47a,47b,47c1,47c2,47d,47e,47f中承载有与试样液反应的试剂T1。测定室40g中未设试剂。
还有,上述的实施方式5中,承载于毛细管区47a,47b,47c1,47c2,47d~47f的试剂T1根据要分析的特定成分而不同,使易溶解的试剂承载于毛细管区47a,47b,47d~47f,使不易溶解的试剂承载于毛细管区47c。
-工序7-
接着,通过使分析用器件1的旋转减速或停止或者使其在规定的停止位置以旋转轴心107为中心以规定的振幅范围、周期左右往复运动来使分析用器件1摇动,输送至该测定室40a~40f的试样液或试剂与试样液的混合溶液通过毛细管力如图39(b)所示被吸至毛细管区47a~47f,这时试剂T1开始溶解,稀释血浆成分18aa内所含的特定成分与试剂的反应开始。
-工序8-
如图39(b)所示,自试样液或试剂与试样液的混合溶液被吸至毛细管区47a~47f的状态,将分析用器件1沿逆时针方向(C1方向)或顺时针方向(C2方向)旋转驱动后,如图39(a)所示,保持于毛细管区47a~47f的液体通过离心力被输送至测定室40a~40f的外周侧,从而进行试剂T1与稀释血浆成分18aa的搅拌。
在这里,通过反复进行工序7和工序8的动作,可促进试剂与稀释血浆成分18aa的搅拌,因此与仅基于扩散的搅拌相比,可以可靠地在短时间内进行搅拌。
-工序9-
将分析用器件1沿逆时针方向(C1方向)或顺时针方向(C2方向)旋转驱动后,各测定室40a~40f,40g通过光源112a与光检测器113a之间时,演算部110读取光检测器113a的检出值,将其根据所述第一次测光和第二次测光的结果进行校正,从而算出特定成分的浓度。
还有,测定室40g中的测定结果在演算部110的计算处理中被用作测定室40a~40f的参照数据。
本实施方式5中,如图45所示呈下述构成:将从稀释液定量室27a溢流的稀释液通过溢流流路28a输送至混合室162,所输送的稀释液通过连接流路34aa,34bb从混合室162被排出至溢流腔36(溢流腔36a,36b,36c,36d,逆流防止通路165a,165b)期间测定稀释液的吸光度;但通过如图46所示除去图45中所见的连接流路34bb的构成也可以获得同样的效果。
此外,也可以如图47所示为如下构成:将稀释液容器收纳部11和混合室162不介以稀释液定量室27a而以连接流路167连接,分配从稀释液容器5输送的稀释液,分别输送至稀释液定量室27a和混合室162。168为收纳通过溢流流路28a的稀释液的溢流室。
另外,如图48所示,通过采用第一连接流路163的虹吸管弯曲部的位置位于比连接流路41的虹吸管弯曲部的位置更靠近内周的位置的构成,稀释液定量后,使分析用器件1的旋转减速并控制转速,使得仅稀释液可以超过虹吸管的弯曲部输送至混合室162,从而可以先仅使稀释液保持于混合室162来进行测定。此外,图48中,采用第一连接流路163的虹吸管弯曲部的位置位于比连接流路41的虹吸管弯曲部的位置更靠近内周的位置的构成,但通过任意地设定对保持于第一连接流路163和连接流路41内的各液体发挥作用的毛细管力和离心力的关系,能够以连接流路41内的液体先超过虹吸管弯曲部的方式构成,因此并不局限于第一连接流路163和连接流路41内的虹吸管弯曲部的位置关系。作为用于设定毛细管力和离心力的关系的参数,有流路宽度、流路深度、液体的密度、保持于分离腔23和稀释液定量室27a的液面高度(液量、各室的宽度和深度)、液面的半径位置、转速等。
如上所述,使用者可以通过采集试样液时的保护盖2的开闭操作来将稀释液容器5开封而将稀释液送入分析用器件1内,因此可以实现分析装置的简化和成本削减,还可以使使用者的操作性提高。
另外,因为使用以作为密封构件的密封铝箔9密封的稀释液容器5,通过作为突出部的开封肋11a捅破密封铝箔9而将稀释液容器5开封,所以稀释液不会因长期保存而蒸发减少,可以实现分析精度的提高。
此外,通过将以沿分析用器件1的离心方向(半径方向)伸长的方式形成的各测定室40a~40f,40g的宽度(圆周方向的尺寸)规定为可通过光学测定部108检测的最低限度的尺寸,将旋转中保持于测定室40a~40f,40g的液体的液面高度规定为可通过光学测定部108检测的半径位置、即充满激光照射区域的液面高度,从而能够以最低限度的必需液量进行测定。
如上所述,测定室40a~40f以沿离心力作用的方向伸长的方式形成,在位于旋转方向的侧壁的至少一侧壁以自测定室40a~40f的外周位置向内周方向伸长的方式形成毛细管区47a~47f,实施工序7~9,所以即使不设置像专利文献1中所见的那样的用于搅拌试样液和试剂的由流入通路114、测定室115、流路117构成的U字形状的搅拌机构,也可以获得足够的搅拌效果,能够实现分析用器件的小型化。
此外,由于测定室40a~40f,40g以沿离心力作用的方向伸长的方式形成,因此用于充满测定室的试样液可以比专利文献1的情况少,能够以微量的试样液进行测定。
上述的实施方式5中,使试剂T1承载于毛细管区47a~47f,但也可以如图43所示,使试剂T1和与该试剂T1不同的试剂T2承载于毛细管区47a~47f。此外,还可以如图44所示,将试剂T1设于测定室40a~40f的外周侧的底部附近,根据需要使试剂T2如假想线所示承载于毛细管区47a,47b,47c1,47c2,47d~47f。对于单一的测定室,在测定室的底部设置试剂T1的同时在毛细管区也设置试剂T2的情况下,试剂T1和试剂T2可以是相同的成分,也可以相互不同。作为设于毛细管区的试剂T2,也可以采用成分不同的多种试剂。
(实施方式6)
实施方式5中分流点在同一圆周上,但实施方式6中即使分流点不在同一圆周上也可以消除液量的偏差。
基于图49~图58对本发明的实施方式6进行说明。
图49~图56表示本发明的实施方式,图57和图58表示比较例。
如图49和图50所示,本发明的实施方式的分析用器件通过将形成有表面具有微细的凹凸形状的基底基板3和覆盖基底基板3的上表面的覆盖基板4贴合而构成,为了便于说明,图49中以除去覆盖基板4的状态图示。
基底基板3上形成有填充用室171、测定室173,174,175,176、废弃用室177、空气孔室194,195和定量毛细管流路172。图49中示于各凹部的位置的孔196a,196b,196c,196d,196e,196f,196g,196h如图50所示形成于基底基板3且与大气连通。
相对于旋转轴心107,测定室173~176沿外周侧配置。定量毛细管流路172中,基端与填充用室171连接,同时曲折地在旋转轴心107与测定室173~176之间沿圆周方向延伸,将内周侧的拐点作为分液点184,185,186,187,188,具有将在各分液点分流的样品液分配至测定室173~176的连接部189,190,191,192,且定量毛细管流路172从连接部193向废弃用室177分配多余的样品液。
在填充用室171中填充样品液后,样品液通过毛细管力充满定量毛细管流路172。这时,作为空气孔设置的是空气孔用室194,195。该定量毛细管流路172呈如下构成:多条相同形状的流路相连,重复在旋转轴心107侧为分液点、朝外周方向为用于向测定用室173,174,175,176导入样品液的连接部189~193。
在样品液充满定量毛细管流路172的状态下,若使该分析用器件以旋转轴心107为中心旋转而施加离心力,则定量毛细管流路172内的样品液从定量毛细管流路172的分液点向左右分离,输送至测定用室173,174,175,176内及填充室171、废弃用室177。
如图51中的假想线所示,定量毛细管流路172中形成有定量部178,179,180,181。在各定量部178,179,180,181的外周方向上分别配置有测定室173,174,175,176。这时,各测定室173,174,175,176所需的样品液的量为定量毛细管流路172内的从各分液点184至分液点188所划分的定量部178,179,180,181的容量。设计为定量部178,179导入3微升,定量部180,181导入7微升。
本实施方式中,在定量部180与测定室175的连接部191设有图52~图55所示的特征性的单元197。
在说明该特征性的单元197之前,对比较例进行说明。
图57所示的比较例中,仅是连接部191未设特征性的单元197,其他构成与图49~图51相同。
如图58(a)所示,在填充于填充用室171的样品液通过毛细管力充满定量毛细管流路172的状态下,若以旋转轴心107为中心以例如4000rpm旋转而施加离心力,则如图58(b)所示,保持于定量毛细管流路172内的样品液如图58(c)所示在分液点被分离,输送至各测定用室173,174,175,176。如果保持于该定量毛细管流路172的量增加,则需要改变毛细管流路的宽度和长度,但如果为了保持毛细管力均匀而改变定量毛细管流路172的长度,则从旋转轴心107至分液点187,188的距离变得比分液点184,185,186短。利用离心力的液体输送自旋转轴心107向外周方向扩展,因此样品液开始输送始于与旋转轴心107的距离短的分液点187,188。因此,与旋转轴心107的距离长的分液点184,185,186的情况下,相比于与旋转轴心107的距离短的分液点187,188,输送变慢。在这里,定量部179和定量部180连接的部分中,先开始输送的分液点187的样品液不被导入测定室175而流入定量部179。
因此,如图58(c)所示,在定量毛细管流路2的样品液的输送结束的状态下,测定室173,174,175,176的样品液的量存在偏差。这是由于旋转刚开始后因转速低而离心力弱,且因为定量毛细管流路172被样品液充满,所以定量部相互连接的部分的表面张力比在各定量部178,179,180,181与各测定室173,174,175,176的连接部发挥作用的表面张力弱,因而低速旋转时的离心力无法使样品液导入测定室内,流入被样品液充满的相邻的流路内。其结果是,如果看从旋转轴心107至所示分液点的距离相同的位置接受样品液的测定室173,174,应该供给至测定室175的样品液的一部分如图58(b)中的箭头所示流入测定室174,因此测定室174的样品液的量变得比测定室173的样品液的量多,测定室173与测定室174之间样品液的量出现偏差。此外,如果看从旋转轴心107至所示分液点的距离相同的位置接受样品液的测定室175,176,应该供给至测定室175的样品液的一部分如图58(b)中的箭头所示流入测定室174而失去,因此测定室175的样品液的量变得比测定室176的样品液的量少,测定室175与测定室176之间样品液的量出现偏差。
以降低测定室173与测定室174的样品液的液量偏差以及测定室175与测定室176的样品液的液量偏差为目的,本实施方式中设有图52~图55所示的特征性的单元197。该特征性的单元197中,在旋转轴心和分液点的距离不同的部分,使与从所述旋转轴心和分液点的距离较短的分液点接受样品液的分配的测定室的连接部的流路的截面积比与所述旋转轴心和分液点的距离较长的分液点连接的流路同与所述旋转轴心和分液点的距离较短的分液点连接的流路的连接部的截面积大,从而使样品液容易流向测定室175内。藉此,利用离心力输送液体时样品液容易流入测定室175内,在侵入相邻的定量部179之前导入测定室175,从而使导入各测定室的样品液的量也定量。
具体来说,如图52~图55所示,与形成于基底基板3的所述连接部191连通的沟形状的诱导毛细管流路182a,182b作为特征性的单元197形成于覆盖基板4。还有,比较例中,由于未设该诱导毛细管流路182a,182b等,因此测定室175中的连接部191的开口的截面积与定量部179与定量部180的连接处E的开口的截面积相同。
图52为扩大截面积设置的定量部180与测定室175的连接部分的放大立体图,图53、图54是定量部180与测定室175的A-A、B-B连接部分的剖视图,测定室175的厚度W1为3mm,定量毛细管流路172的厚度W2为0.3mm。测定室175的宽度W3为5mm,定量毛细管流路172的宽度W4为2mm。此外,用于增大定量部180与测定室175的连接部分的截面积的诱导毛细管流路182a,182b的宽度W5为1mm,厚度W6为0.5mm。还有,图52是图53的C-C剖视图。
此外,对设定为定量毛细管流路172的宽度的面实施了亲水处理,使样品液通过毛细管力流动。对于诱导毛细管流路182a,182b,也对整面实施了亲水处理。在这里,各定量部连接的部分的截面积在没有诱导毛细管流路182a,182b时与定量毛细管流路172和各测定室连接的部分的截面积相同,设置诱导毛细管流路182a,182b时,设有诱导毛细管流路182a,182b的部分的截面积更大。因此,样品液的表面张力变小,容易排出液体。在这里,能够使各定量部的样品液在不进入其他流路的情况下导入测定室175内的截面积只要可以使施加于定量部180与测定室175的连接部的压力比施加于其他连接部的压力低即可。算出使施加于定量部180与测定室175的截面的压力降低的最小流路宽度和厚度。扩张所需的长度X可以用
X=γ/(m·r·ω2/S)
定义;在这里,X:扩张所需的长度,m:分子的质量,r:旋转半径,ω:转速,S:截面积,γ:表面张力。
施加于各连接部的压力可通过(m·r·ω2/S)的部分求出。本实施方式中使用的表面张力为0.07N/m,旋转半径r=15mm,转速ω=4000rpm,流路宽度w=2mm,流路厚度t=0.3mm。在这里,如果求没有诱导毛细管流路182a,182b时的各定量部与各测定室的连接部的压力,则为约4383N/m2。因此,如果可以使施加于定量部180与测定室175的连接部的压力低于该值,则可以将样品液导入测定室175。诱导毛细管流路182a,182b的最小流路宽度和厚度是流路宽度和厚度加上可以在通过离心力旋转时的压力下使液体排出的0.017mm以上而得的长度、即流路宽度2.017mm和宽度0.317mm。此外,最大的流路宽度设为作为定量毛细管流路172设定的2mm。这些形状中显示其效果。
图56中示出设有诱导毛细管流路182a,182b的流动模式。
图56(a)中示出将定量毛细管流路内的样品液通过离心力输送时的图。图56(b)中,如果开始施加离心力,则定量部180,181的样品液开始向外周侧输送。但是,由于设有诱导毛细管流路182a,182b,因此作用于定量部180与测定室175的连接部的表面张力变弱,在低转速时也可以使样品液导入测定室175内。由图56(c)可以确认,被输送至测定室175的样品液的量确保为与测定室176相同的量。由此确认,通过在测定室175与定量毛细管流路172的连接部设置诱导毛细管流路182a,182b来增加截面积,若离心力大于表面张力,则样品液容易被导入测定室内,测定室173与测定室174的样品液的液量偏差以及测定室175与测定室176的样品液的液量偏差得到降低。
基于以上的说明,如果通过将定量部180与测定室175的连接部的截面积设定得比定量部相互连接的部分的截面积大,降低压力而使样品液容易流入测定室175,则可以使在各定量部中定量的样品液输送至测定室。
还有,上述的实施方式中对在定量部与定量部的连接部的流路厚度上加上扩张所需的长度X的情况进行了说明,但也可以在定量部与定量部的连接部的流路宽度上加上扩张所需的长度X来实施。
工业上的可利用性
本发明可用作为用于从生物等采集的液体的成分分析的分析用器件的输送控制单元。

Claims (3)

1.一种分析用器件,该分析用器件为了将填充用室的样品液分配至多个测定室而使其绕旋转轴心旋转来进行使用,其特征在于,
相对于所述旋转轴心沿外周侧配置所述多个测定室;
设有基端与所述填充用室连接的定量毛细管流路,所述定量毛细管流路曲折且在所述旋转轴心和所述多个测定室之间沿圆周方向延长,具有以内周侧的拐点为分液点将样品液分配至所述多个测定室的多个定量部;
将所述多个定量部中所述旋转轴心和分液点间的距离较短的分液点所属的第一定量部、和从该第一定量部接受样品液的分配的测定室之间的连接部位设为连接部1,
将第一定量部、和所述多个定量部中所述旋转轴心和分液点间的距离较长的分液点所属的第二定量部之间的连接部位设为连接部2,
则所述连接部1的流路的截面积大于所述连接部2的流路的截面积。
2.如权利要求1所述的分析用器件,其特征在于,
所述连接部1的截面积以流路宽度和厚度来进行表示,根据其相比所述连接部2的截面积而需要扩大的截面积的大小,所述连接部1的截面积以在所述连接部2的流路宽度或厚度的尺寸上加上下式1所表示的长度而获得的长度来进行表示,
X=γ/(m·r·ω2/S)      式1
其中,X表示扩张所需的长度,m表示分子的质量,r表示旋转半径,ω表示转速,S表示截面积,γ表示表面张力。
3.如权利要求1所述的分析用器件,其特征在于,对流路和测定室的壁面实施过亲水处理。
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