本发明专利申请是申请号为201310076878.9的中国发明专利申请的分案申请,该申请是国际申请号为PCT/JP2008/003052,国际申请日为2008年10月28日,进入中国国家阶段的申请号为200880102210.4,名称为“分析用仪器和使用该分析用仪器的分析装置及分析方法”的发明专利申请的分案申请。
具体实施方式
(实施方式1)
图1A、图1B~图6表示实施方式1的分析用仪器。
图1A、图1B表示分析用仪器1的保护罩2的关闭状态和打开状态。图2表示在将图1A中的下侧向上的状态下进行了分解的状态,图3表示该组装图。
上述分析用仪器1由如下四个部件组合构成:底座基板3,该底座基板3在单面形成表面具有微细的凹凸形状的微通道结构;盖基板4,该盖基板4覆盖底座基板3的表面;稀释液容器5,该稀释液容器5保持稀释液;保护罩2,该保护罩2用于防止试样液飞散。
底座基板3和覆盖基板4以将稀释液容器5等安设于内部的状态接合,在上述接合后的部件上安装有保护罩2。
通过将形成于底座基板3的上表面的多个凹部的开口用盖基板4覆盖,形成后述多个收容区域(与后述的测定点相同)和连接这些收容区域之间的微通道结构的流路等。收容区域中所需要的有预先在收容区域内承载有进行各种分析时所要的试剂。保护罩2的单侧枢轴支撑为与形成于底座基板3和盖基板4的轴6a、6b卡合并能打开关闭。当欲检查的试样液为血液时,作用有毛细管力的上述微通道结构的各流路的缝隙被设定为50μm~300μm。
使用上述分析用仪器1的分析工序的概要如下:将试样液滴注于预先安设有稀释液的分析用仪器1中,用所述稀释液稀释该试样液的至少一部分后作为待进行测定的试样液。
图4表示稀释液容器5的形状。
图4(a)是俯视图,图4(b)是图4(a)的A-A剖视图,图4(c)是右视图,图4(d)是后视图,图5(e)是从开口部7观察到的主视图。如图6(a)所示,上述开口部7在稀释液容器5的内部5a于填充稀释液8后被作为密封构件的铝制密封件9密封。稀释液容器5的与开口部7相反的一侧形成有弹簧锁部(latch)10。上述稀释液容器5形成于底座基板3与盖基板4之间,安设于稀释液容器收容部11,并在图6(a)所示的液体保持位置和图6(c)所示的液体排放位置上可自由移动地收容。
图5表示保护罩2的形状。
图5(a)是俯视图,图5(b)是图5(a)的B-B剖视图,图5(c)是右视图,图5(d)是后视图,图5(e)是从开口2a观察到的主视图。在图1A所示的闭塞状态下,如图6(a)所示,在保护罩2的内侧形成有能与稀释液容器5的弹簧锁部10卡合的卡止用槽12。
上述图6(a)表示使用前的分析用仪器1。在上述状态下闭塞保护罩2,在保护罩2的卡止用槽12中与稀释液容器5的弹簧锁部10卡合,并在液体保持位置被卡止成稀释液容器5无法朝箭头J方向移动。以上述状态提供给利用者。
当滴注试样液时,若保护罩2抵抗图6(a)中的与弹簧锁部10的卡合而如图1B所示被打开,则形成有保护罩2的卡止用槽12的底部2b弹性变形,并如图6(b)所示解除保护罩2的卡止用槽12与稀释液容器5的弹簧锁部10间的卡合。
上述状态下,将试样液滴注在分析用仪器1的露出的注入口13后关闭保护罩2。此时,通过关闭保护罩2,形成卡止用槽12的壁面14与稀释液容器5的弹簧锁部10的在保护罩2一侧的面5b抵接,将稀释液容器5朝上述箭头J方向(靠近液体排放位置的方向)推入。稀释液容器收容部11中从底座基板3一侧形成有作为突出部的开启凸肋(rib)11a,若稀释液容器5被保护罩2推入,则在朝稀释液容器5的斜面倾斜的开口部7的密封面伸展的铝制密封件9如图6(c)所示与开启凸肋11a碰撞而破裂。
如图7和图8所示,通过将上述分析用仪器1以盖基板4为下侧安设在分析装置100的转子101上,能进行试样液的成分分析。
转子101的上表面形成有槽102,在将分析用仪器1安设于转子101的状态下,形成于分析用仪器1的盖基板4的旋转支承部15和形成于保护罩2的旋转支承部16与槽102卡合来收容。
将分析用仪器1安设于转子101后,若在转子1旋转前关闭分析装置的门103,则安设后的分析用仪器1通过设于门103侧的可动片104使转子101的在旋转轴心上的位置利用弹簧105的作用力被推到转子101侧,分析用仪器1与被旋转驱动元件106旋转驱动的转子101一体旋转。符号107表示转子101旋转中的轴心。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向外部飞散而安装有保护罩2。
作为构成分析用仪器1的部件的材料,较为理想的是采用材料成本低且量产性好的树脂材料。上述分析装置100通过测定透过分析用仪器1的光的光学测定方法来进行试样液的分析,因此,作为底座基板3和覆盖基板4的材料,较为理想的是采用PC、PMMA、AS、MS等透明性较高的树脂。
此外,作为稀释液容器5的材料,由于需要预先在稀释液容器5的内部长时间封入稀释液8,因此较为理想的是采用PP、PE等水分透过率较低的结晶性合成树脂。作为保护罩2的材料,只要是成形性较好的材料就没有特别的问题,较为理想的是采用PP、PE等低价的树脂。
底座基板3与覆盖基板4的接合较为理想的是采用不会给在上述收容区域内承载有的试剂的反应活性带来影响的方法,较为理想的是采用在接合时不容易产生反应性气体和溶剂的超声波熔敷和激光熔敷等。
此外,对利用底座基板3与覆盖基板4接合所形成的两基板3、4之间的微小缝隙中的毛细管力来输送溶液的部分进行用于提高毛细管力的亲水处理等。具体而言,使用亲水性聚合物和表面活性剂等来进行亲水处理。在此,亲水性是指与水的接触角不足90°,更为理想的是接触角不足40°。
图9表示分析装置100。
上述分析装置100由如下结构构成:旋转驱动元件106,该旋转驱动元件106用于使转子101旋转;光学测定元件108,该光学测定元件108用于以光学方式测定分析用仪器1内的溶液;控制元件109,该控制元件109控制转子101的旋转速度和旋转方向以及光学测定元件的测定时间等;运算部110,该运算部110用于对光学测定元件108得到的信号进行处理并运算测定结果;以及显示部111,该显示部111用于显示运算部110得到的结果。
旋转驱动元件106构成为经由转子101使分析用仪器1不仅能绕旋转轴心107向任意方向以规定的旋转速度旋转,还能在规定的停止位置处以旋转轴心107为中心按规定的振幅范围、周期左右往复运动,使分析用仪器1摆动。
光学测定元件108包括:光源112,该光源112用于向分析用仪器1的测定部照射光;光电检测器(photo detector)113,该光电检测器113检测出从光源112照射出的光中透过分析用仪器1的透射光的光量。
构成为将分析用仪器1用转子101旋转驱动,从注入口13取入到内部的试样液采用以处于比注入口13更靠内周的上述旋转轴心107为中心使分析用仪器1旋转所产生的离心力和设于分析用仪器1内的毛细管流路的毛细管力,在分析用仪器1的内部输送溶液,对分析用仪器1的微通道结构和分析工序进行详细说明。
图10A、图10B、图10C所示为分析用仪器1的注入口13的附近的样子。
图10A表示从分析用仪器1的外侧观察注入口13的放大图,图10B是从转子101侧透过盖基板4观察上述微通道结构的图。注入口13以从设定于分析用仪器1内部的旋转轴心107朝外周方向突出的形状,经由在底座基板3与盖基板4之间形成为朝内周方向伸长的微小缝隙δ的毛细管力的作用的诱导部17,与利用毛细管力能保持所需量的毛细管腔19连接,因而,通过打开保护罩2后在上述注入口13直接沾取试样液18,附着于注入口13附近的试样液利用诱导部17的毛细管力被取入到分析用仪器1的内部。
与诱导部17的流动方向正交的截面形状(图10B的截面D-D)不是由里侧为如图18所示的垂直的矩形状形成,而是如图10C所示由越朝里端逐渐向盖基板4变窄的倾斜面20形成。在诱导部17与毛细管腔19之间的连接部处形成有弯曲部22,该弯曲部22在底座基板3上形成凹部21来改变通路的流向。
从诱导部17观察,经由毛细管腔19的诱导部17的前部形成有作为未作用有毛细管力的缝隙的收容腔的分离腔23。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连接而另一端朝大气开放的腔体24。通过腔体24的作用,从注入口13采集到的试样液如图10B所示,优先地传递填充诱导部17及毛细管腔19的未形成有腔体24一侧的侧壁,因而毛细管腔19内的空气朝腔体24排出,并能不卷入气泡地填充试样液18。
图11表示如上所述滴注后的分析用仪器1安设于转子101后使其旋转前的状态。此时,如在图6(c)中所说明的,稀释液容器5的铝制密封件9与开启凸肋11a碰撞而破裂。25a、25b、25c、25d为形成于底座基板3上的空气孔。
-工序1-
分析用仪器1如图12(a)所示在毛细管腔19内保持试样液,并在稀释液容器5的铝制密封件9破裂的状态下被安设于转子101上。
-工序2-
若在关闭门103后向顺时针方向(C2方向)旋转驱动转子101,则所保持的试样液在弯曲部22的位置处破裂,诱导部17内的试样液排出到保护罩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中,并且在分离腔23中离心分离成血浆成分18a和血球成分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中。若流入到保持腔27中的稀释液8超过规定量,则超过的稀释液8通过溢流流路28流入溢流腔29中,继而通过用于防止倒流的凸肋30流入到参考测定室31。
另外,稀释液容器5的与用铝制密封件9来密封的开口部7相反一侧的底部的形状如图4(a)、图4(b)所示由圆弧面32形成,且在图12(b)所示的状态下,在稀释液容器5的液体排放位置上,如图13所示形成为只偏移(offset)距离d,以使圆弧面32的中心m能接近到比旋转轴心107更靠排出流路26侧,因而朝上述圆弧面32流动的稀释液8改变为沿圆弧面32从外侧向开口部7流动(箭头n方向),高效率地从稀释液容器5的开口部7排放到稀释液容器收容部11中。
-工序3-
接着,若使转子101的旋转停止,则血浆成分18a被上吸到形成于分离腔23的壁面的毛细管腔33中,经由与毛细管腔33连通的毛细管流路37,如图14(a)和图15B所示流到计量流路38中并定量保持。图15C为毛细管腔33和其周边的立体图。
-工序4-
若向逆时针方向(C1方向)旋转驱动转子101,则如图14(b)所示,保持于计量流路38中的血浆成分18a通过用于防止倒流的凸肋39流入到测定室40中,保持腔27中的稀释液8通过虹吸管形状的连结流路41和用于防止倒流的凸肋39流入到测定室40中。此外,分离腔23内的试样液通过虹吸管形状的连结流路34和用于防止倒流的凸肋35流入到溢流腔36中。此外,根据需要使转子101向逆时针方向(C1方向)和顺时针方向(C2方向)来回转动并摆动来搅拌由载于测定室内的试剂、释液8和血浆成分18a组成的测定对象的溶液。
-工序5-
使转子101向逆时针方向(C1)或顺时针方向(C2)旋转,在参考测定室31的测定点经过光源112与光电检测器113之间的时刻,运算部110读取光电检测器113的检出值来决定参考值。而且,在测定室40的测定点经过光源112与光电检测器113之间的时刻,运算部110读取光电检测器113的检出值,并根据上述参考值来计算特定成分。
如上所述,利用者用采集试样液时的保护罩2的打开关闭操作来开启稀释液容器5,并能使稀释液输送到分析用仪器1内,因而能使分析装置简单化、成本降低,而且还能使利用者的操作性提升。
而且,由于使用用作为密封构件的铝制密封件9来密封的稀释液容器5,并通过作为突出部的开启凸肋11a弄破铝制密封件9以开启稀释液容器5,因此能够在不会发生因长时间保存而导致稀释液蒸发减少的情况下实现分析精度的提升。
此外,在图6(a)所示的分析用仪器1的出厂状态下,稀释液容器5的弹簧锁部10与闭塞后的保护罩2的卡止用槽12卡合,在液体保持位置上卡止成稀释液容器5不朝箭头J方向移动,因而不管可是否用保护罩2的打开关闭操作在稀释液容器收容部11中自由移动地构成稀释液容器5,由于稀释液容器收容部11中的稀释液容器5的位置被卡止在液体保持位置,因而不会发生利用者在使用前的运送中误开启稀释液容器5而使稀释液洒落的情况。
图16表示将分析用仪器1安设成图6(a)所示的出厂状态的制造工序。首先,在关闭保护罩2之前,使设于稀释液容器5的下表面的槽42(参照图2和图4(d))与设于盖基板4的孔43位置重合,在上述液体保持位置上穿过孔43在稀释液容器5的槽42中与另设于底座基板3或盖基板4的卡止夹具44的突起44a卡合,将稀释液容器安设成卡止于液体保持位置的状态。此外,通过在从形成于保护罩2的上表面的剖切部45(参照图1B)插入按压夹具46后按压保护罩2的底面而使其弹性变形的状态下关闭保护罩2后解除按压夹具46,从而安设成图6(a)的状态。
详细说明从注入口13到毛细管腔19附近的形状。
如图10B和图17(a)所示,在诱导部17与毛细管腔19间的连接部形成弯曲部22和凹部21来改变通路的流向,因此在上述“工序2”中,当向顺时针方向(C2方向)旋转驱动转子101时,保持于毛细管腔19中的试样液在弯曲部22的位置处破裂,并能将定量的试样液送到分离腔23中。所谓保持于毛细管腔19中的试样液在弯曲部22的位置处破裂,换句话说就是由于能将在保护罩2内排出的试样液的量控制成仅为诱导部17中的微量,且能避免保持于毛细管腔19中的试样液被误排出到保护罩2内的状况,因此能有效维持安全性。在此,从旋转轴心107(设于稀释液容器5的下表面的槽42的中心)到弯曲部22的距离L1与从旋转轴心107到毛细管腔19的距离L2之间为L1=L2。
而且,为了上述安全性的提升而如图17(b)所示,较为理想的是,弯曲部22形成为比毛细管腔19更靠内周的位置(L1<L2)。
此外,诱导部17的截面形状如图10C所示,由越里端逐渐向盖基板4变窄的倾斜面20形成,因而即使是微量的试样液,与如图18所示将诱导部17的截面形状由固定的截面矩形形成到里端相比,也能作用有较大的毛细管力,能可靠地向毛细管腔19取入试样液,且能使成为损耗的诱导部17内的试样液的量减少。
此外,由于分析装置100绕设定于分析用仪器1内部的旋转轴心107(设于稀释液容器5的下表面的槽42的中心)旋转驱动分析用仪器1,因此与现有的以设定于分析用仪器1外部的轴心为中心进行旋转驱动的分析装置相比,旋转半径小,能实现小型化。
另外,在上述各实施方式中以在稀释液容器5的下表面设置槽42为例进行说明,但也能构成为在稀释液容器5的上表面设置槽42并对应该槽42在底座基板3上设置孔43,使卡止模具44的突起44a与槽42卡合。
在上述实施方式中,保护罩2的卡止用槽12直接与稀释液容器5的弹簧锁部10卡合并将稀释液容器5卡止在液体保持位置上,但也可以使保护罩2的卡止用槽12间接地与稀释液容器5的弹簧锁部10卡合并将稀释液容器5卡止在液体保持位置上。
在上述各实施方式中,列举了使分析用仪器1绕旋转轴心107旋转,将从试样液离心分离后的成分和从稀释液容器5排放出的稀释液8输送到测定室40进行稀释,接入分析从试样液分离出的溶液成分或从试样液分离出的溶液成分与试剂的反应物为例进行说明,但当不从试样液分离溶液成分也可以的情况下,不需要离心分离的工序,此时,使分析用仪器1绕旋转轴心107旋转,将滴注后的试样液中的定量的试样液的全部和从稀释液容器5排放出的稀释液8输送到测定室40进行稀释,接入分析用稀释液稀释后的溶液成分或用稀释液稀释后的溶液成分与试剂的反应物。此外,也可以使分析用仪器1绕旋转轴心107旋转,将从试样液分离出的固体成分和从稀释液容器5排放出的稀释液输送到测定室进行稀释,接入分析从试样液分离出的固体成分或从试样液分离出的固体成分与试剂的反应物。
在上述实施方式中,将在内部形成表面具有微细的凹凸形状的微通道结构的分析仪器主体用底座基板3和盖基板4两层构成,但也可以贴合三层以上的基板来构成。具体而言,能列举将根据微通道结构形成有剖切部的基板置于中央,将其上表面与下表面贴合其他基板,闭塞上述剖切部来形成微通道结构的三层结构等为例。
(实施方式2)
图21A、图21B~图23表示实施方式2的分析用仪器1A的注入口13附近。其他部分与实施方式1相同。
在实施方式1的分析用仪器1的结构中,如图19所示通过将分析用仪器1的姿势垂直,并使注入口13与受诊者的指尖120的血液积存处121接触,利用诱导部17或毛细管腔19的毛细管力能使作为试样的血液上吸到毛细管腔19。但是,当将分析用仪器1的姿势垂直来上吸试样液时,由于因受到作用于试样液的重力的影响而使吸引力减弱,因而判定为吸引时间明显减少。此外,在吸引中需要事先使注入口13与指尖120接触,但将分析用仪器1在受诊者的指尖120上以同一姿势接触数十秒以上的时间也判定为操作性差。图20(a)表示在图10B的E-E截面上所示的上述注入口13和诱导部17附近的剖视图,图20(b)表示在注入口13附着有试样液(血液)18的状态。
因此,在本实施方式2中,如图21A所示,通过将形成底座基板3和盖基板4的注入口13部分的底座基板3的内面的一部分如图21B和图22(a)所示朝诱导部17较薄地成形只比图10A长的距离,藉此在诱导部17的前端部形成有液体积存部122。
在形成有液体积存部122的分析用仪器1A的结构中,通过将分析用仪器1的姿势垂直、或如图23所示使分析用仪器1的姿势倾斜,并使注入口13与受诊者的指尖120的血液积存处121接触,利用血液18的表面张力瞬间填满液体积存部122的缝。较为理想的液体积存部122的容量至少设定为实施分析而需要的定量的血液,但当需要的血液量较多时,也可以设定成所需的一半左右。
由于上述构成,因而在使注入口13与血液积存处121接触后,即使分析用仪器1离开指尖,如图22(b)所示积存于液体积存部122的血液也能利用诱导部17或毛细管腔19的毛细管力使作为试样的血液上吸到毛细管腔19。此外,将分析用仪器1离开指尖后,通过将分析用仪器1的姿势保持为水平方向等不易在试样液的吸入中受重力影响的姿势,能缩短血液的吸入时间。此外,即使事先使分析用仪器1与受诊者的指尖120接触的时间比以往短,也能采集上述定量的血液来实现准确的分析。
(实施方式3)
图24A、图24B~图26表示实施方式3的分析用仪器1B的注入口13附近。其他部分与实施方式1相同。
在上述实施方式2的分析用仪器1A中,较薄地成形底座基板3的内面的一部分来形成液体积存部122,但在本实施方式3的分析用仪器1B中,如图24A所示,通过将形成底座基板3和盖基板4的注入口13的部分的盖基板4的长度如图24B和图25(a)所示设成比底座基板3短,并且将盖基板4的前端4a的形状形成为圆弧状,在诱导部17的前端部形成有液体积存部122。
在形成有液体积存部122的分析用仪器1B的结构如图26所示,通过使分析用仪器1的姿势倾斜,并使注入口13与受诊者的指尖120的血液积存处121接触,如图25(b)所示利用血液18的表面张力在液体积存部122附着有实施分析所需要的定量的血液。
由于上述构成,因而在使注入口13与血液积存处121接触后,即使分析用仪器1离开指尖,附着于液体积存部122的血液也能利用诱导部17或毛细管腔19的毛细管力使作为试样的血液上吸到毛细管腔19。此外,将分析用仪器1离开指尖后,通过将分析用仪器1的姿势保持为水平方向等不易在试样液的吸入中受重力影响的姿势,能缩短血液的吸入时间。此外,即使事先使分析用仪器1与受诊者的指尖120接触的时间比以往短,也能采集上述定量的血液来实现准确的分析。
(实施方式4)
图27A、图27B~图29表示实施方式4的分析用仪器1C的注入口13附近。其他部分与实施方式1相同。
在上述实施方式3的分析用仪器1B中,将盖基板4的前端4a的形状形成为圆弧状后的液体积存部122相对于底座基板3形成为垂直的圆弧状,但在本实施方式4的分析用仪器1C中,如图27A和图28(a)所示,盖基板4的前端4a的平面形状为圆弧状,且在前端4a的截面形状形成为底座基板3侧向诱导部17侧后退的倾斜面4b,并在与注入口13之间形成有液体积存部122。此外,注入口13的底座基板3的内面上形成有从注入口13的前端到达液体积存部122的槽123。
形成有液体积存部122的分析用仪器1C的结构如图29所示,通过使分析用仪器1的姿势倾斜,并使注入口13与受诊者的指尖120的血液积存处121接触,如图28(b)所示利用血液18的表面张力在液体积存部122附着有实施分析所需要的定量的血液。此外,液体积存部122的里端部分的空气经由槽123平稳地排出,因而能使上述定量的血液迅速地附着在液体积存部122。
由于上述构成,因而在使注入口13与血液积存处121接触后,即使分析用仪器1离开指尖,附着于液体积存部122的血液也能利用诱导部17或毛细管腔19的毛细管力使作为试样的血液上吸到毛细管腔19。此外,将分析用仪器1离开指尖后,通过将分析用仪器1的姿势保持为水平方向等不易在试样液的吸入中受重力影响的姿势,能缩短血液的吸入时间。此外,通过形成槽123,即使在指尖未形成为球状的血液(在指尖扩散开的状态)也能经由槽123将血液诱导到诱导部17中。在本实施方式中,只形成一条槽123,但也可以形成多条槽,槽123的截面形状也可以形成为圆弧状及三角形、四边形。
(实施方式5)
在上述各实施方式中以将经由诱导部17和毛细管腔19上吸后的试样液输送到后阶段的测定室40中,在作为测定点的测定室40中用于接入读取检查对象的分析用仪器为例进行说明,但在具有毛细管力的测定室中从注入口13直接上吸试样液,用于接入读取流入测定室的检查对象的分析用仪器也可以通过设置实施方式2~实施方式4中所说明的液体积存部122,即使使注入口13与血液积存处接触的时间较短时,由于附着于液体积存部122的血液能利用测定室的毛细管力上吸,因此也能采集上述定量的血液来实现准确的分析。
此外,还能在上述各实施方式的液体积存部122的一部分或全部上设置滤材,并用滤材从液体积存部122分选被上吸到具有毛细管力的诱导部17及具有毛细管力的测定室中的成分。具体而言,当试样液为血液时,用上述滤材来阻止或减少血球成分通过,藉此能分选与测定室内的试剂接触的成分而使上述试剂与血浆成分正确反应来降低反应的偏差,这样能期待分析精度的提升。
(实施方式6)
在如图10B所示的毛细管腔19的部分中的底座基板3与盖基板4之间的缝为朝输送血液方向固定的缝,且在毛细管腔19与分离腔23的分界线处的底座基板3与盖基板4之间的缝为朝与输送血液的方向交叉的方向固定的缝,因而在毛细管腔19中难以高精度地使利用毛细管力的液体的流动停止。但是,通过将上述部分构成为图30和图31所示的实施方式6,能高精度地使利用毛细管力的液体的流动停止。
图30是将本发明的分析用仪器1D分解后的放大图,图31(a)(b)(c)是本发明的分析用仪器1D的俯视图和剖视图以及从注入口206a观察的主视图。
分析用仪器1D由形成有凹部的板厚为1mm~7mm的底座基板3和与底座基板3贴合的板厚为1mm~7mm的盖基板4构成。例如,底座基板3和盖基板4都是由透明基材构成。
在用粘接剂贴合的底座基板3与盖基板4之间形成有微通道203。微通道203具有:试样计量部201,该试样计量部201只定量计量在毛细管流路中构成并进行分析的试样液;收容部202,该收容部202与试样计量部201连接,接受在试样计量部201计量后定量的试样液并使其与试剂反应。具体而言,在收容部202移动试样液时,为了立即反应而在收容部202收容有试剂。上述试剂既可以为固态的试剂,也可以为涂布于壁面的试剂。例如,作为试剂,能采用用于葡萄糖测定的葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶及用于胆固醇测定的胆固醇酯酶、胆固醇脱氢酶等。
在试样计量部201的一端的试样采集部206形成有注入口206a,试样计量部201的另一端与收容部202连接。试样采集部206的形状形成直径为宽度Wc的圆弧状。
另外,分析用仪器1D的外形形状与上述各实施方式的分析用仪器1、1A、1B、1C的外形形状不同,但在本实施方式中,为了不使必需量以上的试样液从试样计量部201向收容部202进入,上述分界线的形状需要花点功夫,试样采集部206与上述各实施方式的注入口13相适。试样计量部201与毛细管腔19相适,收容部202与分离腔23相适。
试样计量部201由从试样采集部206朝收容部202的方向(箭头F方向)为均匀缝隙的毛细管流路的主区间207a和在收容部202与主区间207a的末端位置P1之间的连接部207b构成。
更详细地说来,在毛细管流路的缝隙的尺寸与主区间207a相同的毛细管流路中,沿宽度方向分割流路的划分壁401a、401b在流路的宽度方向隔开间隔来形成试样计量部201的连接部207b。
划分壁401a、401b形成为向收容部202变高的斜坡(slope)状,试样计量部201与收容部202间的连接面中的划分壁401a、401b的高度与试样计量部201的毛细管流路的缝隙的尺寸相等。
在图31中,试样计量部201的长度为Lc、试样计量部201的毛细管流路的缝隙为Dc、注入口206a的宽度为Wc、试样采集部206的长度为Rc、连接部207b的长度为L来进行图示。收容部202的缝隙朝箭头F方向一律为Dp来进行图示。划分壁401a、401b的宽度为W1,长度为L1来进行图示。
在底座基板3和盖基板4上,为减少微通道203内的粘性阻力易于流体移动,对壁面的一部分或全部进行了亲水性处理。具体而言,试样计量部201和收容部202的底面(底座基板3一侧)或顶面(盖基板4一侧)中的任意一个面由实施亲水处理后的连接面形成。对划分壁401a、401b也实施亲水处理。
在此,亲水是指与水的接触角不足90°,更为理想的是接触角不足40°。具体而言,作为上述亲水性处理的方法,列举采用等离子体、电晕、臭氧、氟气等活性气体的表面处理方法及用表面活性剂来进行表面处理的方法。
此外,还可以在底座基板3和盖基板4的至少一方采用玻璃等亲水性材料,或在底座基板3和盖基板4的至少一方成形时添加表面活性剂、亲水性聚合体、如二氧化硅凝胶的亲水性粉末等亲水剂来使材料表面赋有亲水性。
图32(a)~(c)表示在如上所述制成的分析用仪器1D中采集试样液并定量计量的工序。
在图32(a)中,首先采用采血用穿刺器具等将针穿刺入受诊者的指尖120,产生血液积存处。接着使试样计量部201前端的试样采集部206与血液积存处接触。一般而言,毛细管力在壁面的一部分或全部为亲水性且相对的壁面间的距离为1mm以下时发生作用。而且,当该距离在0.3mm以下时,毛细管力相对于作用在试样液及壁面的表面能处于支配地位,血液积存处121的血液能在不施加外力的情况下开始向试样计量部201的毛细管流路的上吸。
接着如图32(b)所示,被毛细管力上吸后如图32(c)所示,血液填满试样计量部201与收容部202间的连结部P2。此时,被上吸的血液填满由划分壁401a、401b分割而成的试样计量部201的缝隙,并在试样计量部201与收容部202的连结部停止。
这是由于:向试样液的流动方向连续的壁面的一部分被试样计量部201与收容部202间的连结部的面断开,藉此使试样液向收容部202的方向流动的湿润的界面张力的成分变小,至此处于支配地位的毛细管力被切断。
而且,通过具有从连结试样计量部201与收容部202的面向试样计量部201的内部所形成的两个划分壁401a、401b,填满试样计量部201的试样液的界面用试样计量部201与收容部202的连结部连续,并且通过减少与亲水处理后的壁面接触的比例,与没有划分壁401a、401b时相比,能将试样液的表面张力增大到比从试样计量部201欲向收容部202的湿润的界面张力大,能抑制收容部202的溢流量。
接着根据具体的尺寸对本发明的实施方式1的效果进行说明。
当使试样液与配置于收容部202的试剂反应来测定吸光度时,需要用试样计量部201采集10μL试样液。而且,为提高测定精度,试样计量部201的定量偏差在±0.5%以内,也就是说,需要事先取试样液9.5μL~10.5μL。因此,试样计量部201的形状为长度Lc=5.0mm、宽度Wc=5.0mm、厚度Dc=0.3mm。此外,将划分壁401a、401b的形状设为宽度W1=0.6mm、长度L1=1mm的斜坡状,将从试样计量部201与收容部202的连结部到向试样计量部201内部1mm的位置进行三等分的分割。
图33表示此时的试样计量部201与收容部202的连结部的划分壁401a、401b的宽度W1与溢流到收容部202的试样液的溢流量之间的关系。
划分壁401a、401b的宽度W1=0.6mm时的溢流量可知为0.32μL。而且,可知通过扩大划分壁401a、401b的宽度W1能抑制向收容部202的溢流量。没有划分壁401a、401b时(W1=0)试样液向收容部202的溢流量为0.68μL。
从上述结果来看,通过在试样计量部201与收容部202的连结部配置划分壁401a、401b,能使在试样计量部201与收容部202的连结部处的试样液控制的可靠性提升,并能高精度地计量试样液。在此状态下,结束用试样计量部201计量后的血液的采集,能进行高精度的试样液的分析。
另外,在上述实施方式中,在试样计量部201的与上述收容部202的连结部207b的毛细管流路形成两个划分壁401a、401b,但已确认沿宽度方向分割流路的划分壁的数量为一个或三个时,与没有上述划分壁时(W1=0)相比能减少试样液向收容部202的溢流量。
(实施方式7)
图34~图36表示使用实施方式6的分析用仪器1D的本发明的分析装置100。
上述分析装置如图34所示构成。
在用电动机等旋转驱动元件106绕旋转轴心107旋转驱动的圆盘状转子101A上形成安设有采集试样液的分析用仪器1D的凹部116。在凹部116内设有对应于安设后的分析用仪器1D的收容部202位置并贯通的孔114。
接入在转子101A上安设的分析用仪器1D的收容部202的光学测定元件108由以转子101A为中央配置的光源112和光电检测器101构成,使得其能通过转子101A的孔来接受光。
控制元件109控制转子101A的旋转速度及旋转方向以及光学测定元件108的测定时刻等。更详细地说来,控制元件109构成为控制旋转驱动元件106,经由转子101A使分析用仪器1D不仅能绕旋转轴心107以规定的旋转速度朝任意方向旋转,还能在规定的停止位置在以旋转轴心107为中心的规定振幅范围内、以规定周期左右往复运动,使分析用仪器1D摆动。
从光源112射出的检出光115透过转子101A的孔114和安设的分析用仪器1D的收容部202中的反应物,用光电检测器113来接受光,并输入到运算部110中。运算部110从吸光度测定的结果来分析试样液的特性后在显示部111中显示。
根据图35对用试样计量部201计量后的试样液的离心输送步骤以及试剂反应步骤进行说明。
将试样计量部201中填有试样液的分析用仪器1D安设并固定于转子101A的凹部116后,如图35(a)所示,通过将转子101A朝箭头方向旋转,在填充于分析用仪器1D内的试样计量部201的试样液中产生离心力。这样,在连接部207b中停止的试样液开始向收容部202移动。继而,通过保持固定的转速,如图35(b)所示,在试样计量部201计量的试样液全部向收容部202移动。
为加速与试剂的反应而使转子101A摆动。上述摆动通过反复改变转子101A的旋转方向来进行。具体而言,分析用仪器1D的微通道203处于如图35(c)所示的9点钟方向的状态,通过使其向顺时针旋转和逆时针旋转的方向每次正负1度交替地摆动,搅拌移动到收容部202的试样液和试剂,最终在收容部202内部能生成反应液。此时的摆动角度和摆动频率为±1°以上、22Hz以上即可,通过进行满足上述条件的摆动,能在短时间内与试剂实施可靠的反应。即,通过以22Hz左右的频率和微小角度摆动分析用仪器1D,能可靠地使试样液与试剂混合。
分析装置100将利用光学测定元件108的吸光度测定的结果在运算部110中处理后将试样液特性的分析结果在显示部111中显示。
如上所述,由于控制元件109对旋转控制元件106发出命令,经由转子101A使分析用仪器1D摆动,因此能进行非常高精度的试样液201的分析。
图36表示在转子101A上安设两个分析用仪器1D后运转中的分析装置。
(实施方式8)
图10B所示的毛细管腔19的一部分中的底座基板3与盖基板4之间的缝为向输送血液方向固定的缝,且在毛细管腔19与分离腔23的分界线处的底座基板3与盖基板4之间的缝为朝与输送血液的方向交叉的方向固定的缝,因而在毛细管腔19中不易高精度地使利用毛细管力的液体的流动停止。但是,通过将上述部分构成为图37和图38所示的实施方式8,能高精度地使利用毛细管力的液体的流动停止。
图37是将本发明的分析用仪器1E分解后的放大图,图38(a)(b)(c)是本发明的分析用仪器1E的俯视图和剖视图以及从注入口206a观察的主视图。
分析用仪器1E由形成有凹部的板厚为1mm~7mm的底座基板3和与底座基板3贴合的板厚为1mm~7mm的盖基板4构成。例如,底座基板3和盖基板4都是由透明基材构成。
在用粘接剂紧贴的底座基板3与盖基板4之间形成有微通道203。微通道203具有:试样计量部201,该试样计量部201只定量计量在毛细管流路中构成并进行分析的试样液;收容部202,该收容部202与试样计量部201连接,接受在试样计量部201计量后定量的试样液并使其与试剂反应。具体而言,试样液向收容部202移动时,为了立即反应而在收容部202收容有试剂。上述试剂既可以为固态的试剂,也可以为涂布于壁面的试剂。例如,作为试剂,能采用用于葡萄糖测定的葡萄糖氧化酶、葡萄糖脱氢酶及用于胆固醇测定的胆固醇酯酶、胆固醇脱氢酶等。
在试样计量部201的一端的试样采集部206形成有注入口206a,试样计量部201的另一端与收容部202连接。试样采集部206的形状形成直径为宽度Wc的圆弧状。
试样计量部201由从试样采集部206向收容部202的方向(箭头F方向)为均匀缝隙的毛细管流路的主区间207a和在收容部202与主区间207a的末端位置P1之间的连接部207b构成。更详细地说来,试样计量部201的上述连接部207b中,底座基板3的凹部的底面成形为椭圆弧状的倾斜面205,并向收容部202构成有较宽的毛细管流路。
图38中,试样计量部201的测定为Lc、试样计量部201的注入口206a侧的缝隙为Dc1、注入口206a的宽度为Wc、试样采集部206的长度为Rc、试样计量部201的与收容部202的连接面(倾斜面205的末端位置)P2的缝隙为Dc2、连接部207b的长度为L来进行图示。收容部202的缝隙朝箭头F方向一律为Dp来进行图示。此外,试样计量部201与收容部202间的连接面P2上的从试样计量部201的盖基板4的高度(=Dc2)与从上述收容部202的盖基板4的高度(=Dp)成形为“Dc2<Dp”。
在底座基板3和盖基板4上,为减少微通道203内的粘性阻力易于流体移动,对壁面的一部分或全部进行了亲水性处理。具体而言,试样计量部201和收容部202的底面(底座基板3一侧)或顶面(盖基板4一侧)中的任意一个面由实施亲水处理后的连接面形成。
在此,亲水是指与水的接触角不足90°,更为理想的是接触角不足40°。具体而言,作为上述亲水性处理的方法,列举采用等离子体、电晕、臭氧、氟气等活性气体的表面处理方法及用表面活性剂来进行表面处理的方法。此外,还可以在底座基板3和盖基板4的至少一方采用玻璃等亲水性材料,或在底座基板3和盖基板4的至少一方成形时添加表面活性剂、亲水性聚合体、如二氧化硅凝胶的亲水性粉末等亲水剂来使材料表面赋有亲水性。
图39(a)~(c)表示在如上所述制成的分析用仪器1E中采集试样液并进行定量计量的工序。
在图39(a)中,首先采用采血用穿刺器具等将针穿刺入指尖120,产生血液积存处。接着使试样计量部201前端的试样采集部206与血液积存处接触。一般而言,毛细管力在壁面的一部分或全部为亲水性且相对的壁面间的距离为1mm以下时发生作用。而且,当该距离在0.3mm以下时,毛细管力相对于作用在试样液及壁面的表面能处于支配地位,成为试样液的血液能在不施加外力的情况下开始向试样计量部201的毛细管流路的上吸。
接着如图39(b)所示,试样液被作用于试样计量部201的毛细管力上吸,在填满上述倾斜面205的前端位置P1后停止。
这是由于:试样计量部201的向试样液的流动方向连续的壁面的一部分被倾斜面205断开,藉此使试样液向收容部202的方向流动的湿润的界面张力的成分变小,至此处于支配地位毛细管力被切断。而且如图39(c)所示,试样液被上吸到上述连接部207b后在试样计量部201与收容部202的连接面(倾斜面205的末端位置)P2处的截面积最大,通过利用在试样液的界面处作用的表面张力产生将试样液向试样计量部201内部返回的力,能抑制试样液向收容部202的溢流量。
另外在本实施方式中,对与微通道203的倾斜面205相对的面施以上述呈亲水性的材料或赋有亲水性的亲水处理。
接着根据具体的尺寸对本发明的实施方式8的效果进行说明。
上述分析用仪器1E中,为了在收容部202中使试样液与配置于上述收容部202的试剂反应来测定吸光度,需要用试样计量部201采集10μL的试样液。而且,为提高测定精度,用试样计量部201的定量偏差在±0.5%以内,也就是说,需要事先取试样液9.5μL~10.5μL。在此,试样计量部201的形状为Lc=9.8mm、Wc=4.0mm、Dc=0.3mm。而且,连接部207b的倾斜面205如图40(b)所示,形成为长径L=1.0mm、短径:Dc2-Dc1=0.3mm的椭圆弧的一部分的倾斜。
其结果是:溢流到收容部202中的试样液的量为0.12μL,充分满足试样液的定量偏差±5%。图41表示配置于试样计量部201的倾斜面205的椭圆弧的形状与溢流到收容部202中的试样液的溢流量间的关系。
椭圆弧的长径:L=1.0mm,使短径:Dc2-Dc1的长度发生变化。例如,可以知道:与没有倾斜面205时试样液向收容部202的溢流量为0.68μL相对的是,通过配置倾斜面205,溢流到收容部202的试样液的量为0.2μL以下。而且可以知道,通过增大椭圆弧的短径:Dc2-Dc1,能抑制向收容部202的溢流量。
从上述结果来看,通过将倾斜部205配置于试样计量部201与收容部202的连接部207b,仅以试样计量部201的形状便能高精度地进行试样液的计量。在上述状态下,结束用试样计量部201计量后的试样液的采集,能进行高精度的试样液的分析。
上述倾斜部205的形状既可以是如图40(a)所示的半径为L的圆弧的一部分及如图40(b)所示的长径L、短径:Dc2-Dc1的椭圆弧的一部分,也可以是连接部207b的倾斜面205与主区间207a的底面连续地形成,不需要限定于椭圆弧及圆弧,还可以是直线的倾斜面。
(实施方式9)
图42~图44表示使用实施方式8的分析用仪器1E的本发明的分析装置100。
上述分析装置如图42所示构成。
被电动机等旋转驱动元件106绕旋转轴心107旋转驱动的圆盘状转子101B上形成安设有采集试样液的分析用仪器1E的凹部116。在凹部116内设有对应于安设后的分析用仪器1E的收容部202位置贯通的孔114。
接入在转子101B上安设的分析用仪器1E的收容部202的光学测定元件108由以转子101B为中央配置的光源112和光电检测器113构成,使得其能通过转子101B的孔114来接受光。
控制元件109控制转子101B的旋转速度和旋转方向以及光学测定元件108的测定时刻等。更详细地说来,控制元件109控制旋转驱动元件106,并构成为不仅经由转子101B能使分析用仪器1E绕旋转轴心107以规定的旋转速度朝任意方向旋转,还能使其在规定的停止位置以旋转轴心107为中心按规定的振幅范围、规定周期左右往复运动,使分析用仪器1E摆动。
从光源112射出的检出光115透过转子101B的孔114和安设的分析用仪器1E的收容部202中的反应物,用光电检测器113来接受光,并输入到运算部110中。运算部110从吸光度测定的结果分析试样液的特性后在显示部111中显示。
根据图43对用试样计量部201计量后的试样液的离心输送步骤以及试剂反应步骤进行说明。
将在试样计量部201中填充有试样液的分析用仪器1E安设并固定于转子101B的凹部116后,如图43(a)所示,通过将转子101B朝箭头方向旋转,在填充于分析用仪器1E内的试样计量部201的试样液中产生离心力。这样,连接部207b中停止的试样液开始朝收容部202移动。继而,通过保持固定的转速,如图43(b)所示,用试样计量部201计量后的试样液全部朝收容部202移动。
为加速与试剂的反应而使转子101B摆动。上述摆动通过反复改变转子101B的旋转方向来进行。具体而言,分析用仪器1E的微通道203处于如图43(c)所示的9点钟方向的状态,通过使其朝顺时针旋转和逆时针旋转的方向每次±1°交替地摆动,将移动到收容部202后的试样液和试剂搅拌,最终能在收容部202内部生成反应液。此时的摆动角度和摆动频率为±1°以上、22Hz以上即可,通过进行满足上述条件的摆动,能在短时间内与试剂实施可靠的反应。即,通过以22Hz左右的频率将分析用仪器1E摆动微小角度,能可靠地使试样液与试剂混合。
分析装置100将用光学测定元件108测定的吸光度测定结果在运算部110中处理后将试样液的特性分析结果在显示部111中显示。
如上所述,控制元件109对旋转控制元件106发出命令,由于经由转子101B使分析用仪器1E摆动,因此能进行非常高精度的试样液201的分析。
图44表示在转子101B上安设两个分析用仪器1E后运转中的分析装置。
另外,在上述实施方式6、实施方式8中,底座基板3和盖基板4形成为板厚1mm~7mm,但只要为能形成微通道203的厚度,则不作特别地限定。不需要对底座基板3和盖基板4的形状作特别限定,可以是根据用途目的的形状,例如可以是扇状、圆盘状、板状、其他复杂形状的成形物等形状。
此外,在上述实施方式6、实施方式8中,作为底座基板3、盖基板4的材料,从易成形性、高生产性、低价格的方面考虑而使用塑料,但只要是玻璃、硅晶片、金属、陶瓷等能接合的材料即可,并不作特别限制。
在上述实施方式6、实施方式8中,将盖基板4和底座基板3用粘接剂接合,根据使用材料还可以用熔接、阳极接合和激光接合等接合方法接合。
(实施方式10)
上述各实施方式的滴注部的前端为矩形状,因而存在滴注后试样液附着于滴注部以外的分析用仪器的外壁面的技术问题,但本实施方式10的分析用仪器1F的基端与毛细管腔131连接且前端从盖基板4突出,滴注部13A的前端形状形成为朝离开底座基板3的流路形成面的方向突出的半球状。
如图45和图46所示,分析用仪器1F通过盖基板4与底座基板3之间的贴合来构成,底座基板3的与盖基板4相对的面上形成具有微细凹凸形状的微通道结构,能发挥试样液的输送及保持规定量的液量等各种功能。
盖基板4由注入口13B、凸肋13C、大气开放孔136构成。底座基板3由滴注部13A、毛细管腔131、保持室132、流路8、测定室133、流路9、出口130构成。
分析用仪器1F的被注入注入口13B的血液等试样液经由毛细管腔131只在保持室132中暂时保持规定量的试样液。保持室132中承载有分析试剂(未图示)。接着,混合试样液与分析试剂,上述混合液经由毛细管腔8被输送到测定室133中。测定室133与具有大气开放孔136的毛细管腔9连通。对于被输送到测定室133中的试样液和分析试剂的混合物,采用光学手法测定分析规定项目。
本实施方式中的滴注部13A的形状为基端与毛细管腔131连接且前端从盖基板4突出,滴注部13A的前端形状形成为朝离开底座基板3的流路形成面方向突出的半球状。具体而言,如图46和图48所示为相对于底座基板3的流路形成面垂直设置的圆柱形状,其前端为半球形状。滴注部13A在与凸肋13C间形成有缝隙,该滴注部13A的与凸肋13C间的缝隙成为注入口13B。
在此,通过将盖基板4与底座基板3重叠,而使滴注部13A的前端比盖基板4的注入口13B更突出,形成易于滴注试样液的形状。
此外,注入口13B以及滴注部13A的直径D被设定成与周围测定对象的试样液的液滴相同或仅比其大一些,当滴注试样液后能使其从注入口13B的任一部分流入。通过上述设定,形成能使滴注后的试样液全部流入到毛细管腔内的结构。
另外,在此试样液的液滴直径是指当试样液为血液时,用穿刺工具刺入指尖后在指尖出现的血液的量为大约10μL,该分量的血液的液滴直径为4mm左右,较为理想的是,注入口13B以及滴注部13A的直径D构成为与血液的液滴直径相同的4mm左右或仅比其稍大些的5mm左右。
此外,通过在盖基板4上将凸肋13C设成围住滴注部13A,具有在滴注时防止手指等接触滴注部13A以外的位置而附着有血液的效果。凸肋13C的高度设定得比滴注部13A低。这是由于:若凸肋13C的高度比滴注部13A高,则将指尖按压注入口13B会完全阻塞注入口13B,结果使试样液无法上吸。凸肋13C与盖基板4用树脂一体成形,用合成树脂材料成形后的凸肋13C的表面具有用合成树脂材料自身的斥水性弹开血液的特性。
试剂与试样液的混合达到规定标准后,保持室132内的试样液利用毛细管力通过流路8内被运送到测定室133的入口,并利用将分析用仪器1F以规定转速旋转所产生的离心力向测定室133输送。接着,在测定室133中对输送后的试样液进行规定项目的光学测定。
试样液的测定是将光照射到测定室133,光学分析待检查的液体试样与分析试剂的反应状态。吸光度根据试样液与分析试剂的反应比例而变化,因而通过测定照射的光的吸光度,能测定规定项目并分析反应状态。在本实施方式中,试样液利用毛细管力经由与注入口13B相通的毛细管腔131将试样液保持于保持室132。
对流路134、135的壁面进行亲水性处理,作为亲水性处理的方法,列举采用等离子体、电晕、臭氧、氟气等活性气体的表面处理方法,以及利用表面活性剂及亲水性聚合体来进行表面处理的方法。在此,亲水性是指与水的接触角不足90°。
对本实施方式的效果进行说明。
说明分析用仪器1F的具体尺寸例。
在此,如图48所示,形成为注入口13B以及滴注部13A的直径:D=4mm、滴注部13A的前端形状为半球形状,滴注部13A离开凸肋13C的突出高度:W3=1mm。盖基板的凸肋13C以外的部分的厚度为2mm,盖基板4的凸肋13C的部分的厚度:W1=3mm。与分析用仪器1F成为一体结构的底座基板3的厚度:W2=12mm、分析用仪器1F构成为大致65mm见方。
由于分析用仪器1F的大小设成与试样液采集部相适的大小,因而能进行适当改变。此外,形成试样液的流路的毛细管腔131的厚度、即流路的深度为0.1mm。另一方面,与毛细管腔131连结并形成于分析用仪器1F的底座基板3的保持室132的深度为0.3mm~0.5mm,保持室132的厚度形成为比毛细管腔131的厚度(即作为流路的深度)厚。这是由于:通过上述设定,被注入毛细管腔131内的试样液只用毛细管力无法前进到保持室132中,而是利用将分析用仪器1F旋转得到的离心力来输送试样液。当然毛细管腔131的截面形状即使为矩形状以外,只要为能作用有毛细管力的形状,即使为圆形、椭圆形状等任何形状也应当能得到相同的效果。
在本发明中,毛细管腔131、流路134、135的深度形成为从0.02mm到不足0.3mm,但只要用毛细管力能使试样液流动,并不限定于上述尺寸。一般而言,由于测定分析血液等液体,因此较为理想的尺寸为从0.02mm到不足0.3mm。此外,保持室132、测定室133的深度形成为0.3mm~0.5mm,但这能根据采样溶液的量及用于测定吸光度的条件(光路长、测定波长、采样溶液的反应浓度、试剂的种类等)进行调整。此外,对被输送到测定室133中的试样液进行光学测定。
图49A表示滴注时的形式。
图49A的(a-1)(a-2)表示本实施方式,而图49B的(b-1)(b-2)表示现有例。
图49A(a-1)和图49B(b-1)表示滴注前的图,而图49A(a-2)和图49B(b-2)表示滴注时的图。
图49A(a-1)中,在将受诊者的指尖120的血液积存处121滴注于滴注部13A时,滴注部13A的前端构成为半球状,因而试样液传递流动到半球状的滴注部13A,并能在分析用仪器1F的外壁不附着有试样液的情况下进行滴注。但是,图49B(b-1)中,在滴注部13A上存在血液积存处121时,能确认试样液除了被导入毛细管腔131以外还在分析用仪器1F的外壁上附着有试样液的形态。通过上述图49A与图49B的比较,能确认本实施方式的形状的效果。
图50表示滴注部13A的相似形状。
如图50(a)~图50(d)所示,可以知道滴注部13A的前端的形状都由光滑的曲线构成。这是由于试样液易于融和。只要是所述形状,就与图45~图48中所示的滴注部13A相同,能在滴注时使试样液只附着于滴注部。
因此,确认通过将滴注部的前端构成为半球状,能使试样液只附着于滴注部。
(实施方式11)
在上述各实施方式的分析用仪器中,当从注射器、滴管(spuit)及移液管等试样注入工具注入试样时,需要使试样注入工具的前端部与分析用仪器的试样注入口接触,通过数次滴注利用能以表面张力使试样保持于注入口外部的少量试样,需要利用毛细管力将试样吸出。此外,需要从试样注入工具将试样滴到由塑料及玻璃等制成的片状的试验片上,接着通过使分析用仪器的试样注入口接触来使试样吸引,如本实施方式11,通过在上述各实施方式的分析用仪器,形成多个注入口,不仅能直接滴注,还能与试样注入工具的注入形态相对应。
图51~图63表示实施方式11。
图51和图52表示本发明实施方式的分析用仪器1G。
分析用仪器1G由盖基板4与底座基板3之间的贴合来构成,底座基板3的一个面上形成具有微细凹凸形状的微通道结构,能发挥试样液的输送及保持规定量的液量等各种功能。盖基板4与底座基板3的贴合是用超声波接合、UV接合等众所周知的接合方法来接合,但在接合后为防止试样液的飞散,安装有能以轴6a为中心打开关闭的保护罩2。
第一注入口13a是指由形成于底座基板3的槽状的第一毛细管腔140和为闭塞该第一毛细管腔140的长度方向的开口部而形成于盖基板4上的凸状的突出部4b(参照图54)构成的入口侧的开口。
第二注入口141是由形成于底座基板3的凹部141b和形成于盖基板4并与上述凹部141b连通的孔141a构成的。使用状态的孔141a的开口是通过形成于保护罩2的盖部41a来覆盖关闭的。
图54是从分析用仪器1G的第一注入口13a的周边部观察的立体图,第一注入口13a通过形成从分析用仪器主体的一侧面突出的凸状的突出部4b,具有使指尖等的血液易于滴注,且防止在滴注时手指等接触第一注入口13a以外的地方而附着有血液的效果。
图53表示在分析装置100的转子101上安设一个分析用仪器1G的状态。通过分析装置侧的旋转驱动元件(未图示),转子101被朝绕旋转轴心107的规定方向旋转驱动。分析用仪器1G在转子101上被安设成第一注入口13a面朝旋转轴心107的方向。
在分析用仪器1G的一侧面上,如图54所示在第一注入口13a的周围形成有凹部161。凹部161若在安设于转子101的状态下观察,则只朝旋转轴心107侧开口,而且从旋转轴心107朝外周方向下陷。
另外,凹部161通过形成平缓弯曲的结构,使得在凹部的轴心侧上的开口部的截面积大于等于凹部外周侧的开口部的截面积,藉此附着于第一注入口13a周围的试样液利用伴随转子101的旋转所产生的离心力被切实地输送到凹部161的深处,而且容易向凹部161最低的位置输送,并能在不会向凹部161外飞散的情况下收集。
分析装置100如图55所示,转子101和转轴151经由转子保持构件152固定,且被分别安装于电动机143和转轴151以及电动机轴的联结器(coupling)144a、144b驱动连结。转轴151被安装于轴承保持构件153的滚珠轴承148a、148b自由旋转地支承。电动机143根据来自由CPU等构成的中央处理部301的驱动命令,利用经由驱动IC等构成的驱动控制部302施加于电动机143的电流以希望的旋转速度朝希望的旋转方向旋转。转子101上配置有用于在与分析用仪器1G一起旋转时取得平衡的平衡器(balancer)142。包括转子101以及分析用仪器1G的旋转部分处于被上壳145a和下壳145b密封的空间内,并用加热器150a~150d对壳空间内进行加温。
以下用图56对本发明的分析装置100中具体的试样液的测定方法和到向分析用仪器1G的分析装置插入为止的步骤进行说明,并用图55说明此后的步骤。
使用者在将分析用仪器1G安装于分析装置100前,从第一注入口13a或后述的第二注入口将试样液注入分析用仪器1G。接着,使用者如图56所示打开设于上壳145a的门扉149。与打开门扉149连动的蚌壳型(pearlshell type)的分析用仪器保持构件154处于以基端部的轴154a为中心转动,分析用仪器保持构件154的前端部面向因打开门扉149而开放的位置的图56的状态。
将分析用仪器1G插入上述分析用仪器保持构件154,通过关闭门扉149,分析用仪器保持构件154重新回到虚线所示位置后将分析用仪器1G保持在转子101上的规定位置。
接着,使用者操作配置有用于指示测定开始的操作按钮等的操作部308来开始试样液成分的测定。在中央处理部301解释来自使用者的命令,且通过驱动控制部302来驱动电动机143,使分析用仪器1G旋转或停止,并利用离心力及毛细管力,最终将分析对象导入分析用仪器1G的测定室133(参照图52)。
在导入测定室133之前,血浆与由配置于分析用仪器1G的保持室132的酶、色素、缓冲液等构成的试剂(未图示)发生酶反应并显色。此时,使电动机143的转速例如从500rpm速度变为1500rpm并施以加速度,通过顺时针旋转、逆时针旋转和反复进行正反旋转运动,能促进溶解及搅拌。接着,显色后的反应液被输送到测定室133,经由孔128用光源147照射,其透射光由检出器146检出。由入射光与反射光的比率来求得吸光度,根据保持于存储部309的校准曲线在中央处理部301运算特定成分的浓度,并在显示部307中显示。
此外,当试样液为血液检体时,一般与温度的相关性较高,对测定时间及测定精度产生影响,因而较为理想的是,至少开始试剂反应后的温度为固定的(30℃~37℃)。因此,根据温度传感器155的温度数据处理部305的检出结果在温度控制部306中控制加热器150a~150d,并管理壳空间内的空气温度,使得分析装置100中与试剂的反应开始时的温度至少在37℃左右。如上所述,通过将壳内的空气温度设为固定,分析用仪器1G能无参差不齐且均匀地加热。
另外,分析装置100根据其用途,通过分析用仪器1G内的室以及流路的结构,利用绕轴心的旋转所产生的离心力,也能成为将分析用仪器1G内的液体输送或离心分离的离心分离机。
分析用仪器1G的形状既可以是扇形状、立方体形状及其他形状,还可以是将多个上述分析用仪器1G同时安装于转子101的形态。
接着,对本实施方式11的分析用仪器1G的微通道结构以及试样液输送工序进行详细说明。
图57表示图51和图52所示的分析用仪器1G的微通道结构。图58表示从由第一注入口13a注入试样液时的试样液注入到输送至测定室为止的过程。图59表示毛细管腔以及腔体的截面形状的例子。
如图57所示,分析用仪器1G的微通道结构如下构成:第一注入口13a,该第一注入口13a用于采集试样液;第一毛细管腔140,该第一毛细管腔140用于只保持规定量的由第一注入口13a注入后的试样液;第二毛细管腔156,该第二毛细管腔156为虹吸管结构;腔体24,该腔体24用于排出第一毛细管腔140内的空气;保持室132,该保持室132保持有分析试剂(未图示);测定室133,该测定室133测定试样液与分析试剂的混合物;流路134,该流路134连通保持室132与测定室133;以及流路135,该流路135使测定室133与大气开放孔136连通。
在此,第一毛细管腔140、流路134、流路135的深度形成为50μm~300μm,但只要用毛细管力能使试样液流动即可,并不限定于上述尺寸。此外,保持室132、测定室133、腔体24的深度形成为0.3mm~5mm,但这能根据采样溶液的量及用于测定吸光度的条件(光路长、测定波长、采样溶液的反应浓度、试剂的种类等)进行调整。
为利用毛细管力使试样液流动,对第一毛细管腔140、流路134、流路135的壁面进行亲水性处理,作为亲水性处理的方法,列举采用等离子体、电晕、臭氧、氟气等活性气体的表面处理方法,以及利用表面活性剂及亲水性聚合体来进行表面处理的反复。在此,亲水性是指与水的接触角不足90°,更为理想的是接触角不足40°。
-将试样液导入第一注入口13时的输送工序-
此时如图58所示实施输送工序。
为向分析用仪器1G供给试样液,在将上述分析用仪器1G安设于分析装置100前,从分析用仪器1G的一个侧面将试样液滴注于第一注入口13a。滴注后,只有规定量的试样液如图58(a)所示通过毛细管现象被注入到第一毛细管腔140以及虹吸管结构的第二毛细管腔156中。
此时,在第一毛细管腔140的侧面设有用于排出第一毛细管腔140内的空气的腔体24,因而试样液不是以第一毛细管腔140的侧面部先行流动的毛细管流而是以第一毛细管腔140的中央部先行流动的毛细管流填充到第一毛细管腔140内。因此,即使在第一毛细管腔140的填充途中滴注于第一注入口13a的试样液不足,或在填充途中试样液离开第一注入口13a时,通过再次从第一注入口滴注,试样液的第一毛细管腔140的中央部先行流动,并与保持于毛细管腔内的试样液的中央部接触,在将空气向有腔体24的侧面方向排出的同时填充试样液,因而不会产生气泡,并到第一毛细管腔140保持规定量的试样液为止能进行多次滴注。
第一毛细管腔140与腔体24如图59所示,在形成于底座基板3的矩形状的第一毛细管腔140的一侧的侧面上设有厚度方向的截面尺寸比第一毛细管腔140的截面尺寸大的腔体24。第一毛细管腔140与腔体24的结构不限定于此。
在图59所示的结构中,通过将腔体24的厚度方向的截面尺寸设得比第一毛细管腔140的截面尺寸大50μm以上,便能抑制试样液向腔体24的流动。腔体24厚度方向的截面尺寸的上限值没有特别规定,但为保持毛细管腔厚度方向的截面尺寸,盖基板4需要具有刚性,因而较为理想的是,从盖基板4的表面到腔体24间的距离为0.5mm~1mm左右。此外,为显现毛细管现象而需要对第一毛细管腔140进行亲水处理,但较为理想的是,亲水处理只对第一毛细管腔140的壁面进行,若对其他的如腔体24等的壁面进行亲水处理,则会发生试样液向腔体24内流入。
在第一毛细管腔140、第二毛细管腔156中填充完试样液后,将在如图51所示的关闭保护罩2的状态下的分析用仪器1G安设于分析装置100,通过分析装置100的驱动元件使分析用仪器1G旋转,藉此如图58(b)所示,第一毛细管腔140、第二毛细管腔156内的试样液利用离心力被输送到预先承载有分析试剂的保持室132内。另外,此时一些第二毛细管腔156中的试样液也被输送到溢流室158中。
流入到保持室132内的试样液通过分析装置100旋转加速度所产生的摆动及旋转停止时的液体扩散,与载于保持室132内的分析试剂混合,也能使直接振动保持室自身的外力作用来完成混合。
接着,当试剂与试样液的混合到达规定标准后,如图58(c)所示,保持室132内的试样液利用毛细管力通过流路134内被输送到测定室133的入口。
接着,如图58(d)所示,在分析装置100的旋转中,流路134内的试样液被输送到测定室133内,通过使用安装于分析装置100的测定元件(未图示),利用吸光度测定来测定试样液与分析试剂的反应状态,藉此能测定其成分的浓度。
-将试样液导入第二注入口141时的输送工序-
此时如图60实施输送工序。此外,在接下来的说明中使用的图61A表示图57的A-A剖视图,图61B表示图57的B-B剖视图。
在将分析用仪器1G安设于分析装置100前,此时,使用者使用注射器、滴管或移液管等试样注入工具向开口较大的第二注入口141的孔141a滴注试样液。滴注后,只有规定量的试样液如图60(a)所示通过毛细管现象被注入到第一毛细管腔140以及第二毛细管腔156中,而剩余的试样液则原样残留在第二注入口141中。
此时,第二注入口141如图61A、图61B所示具有面向凹处159和第二毛细管腔156的倾斜面160a、160b、160c,因而试样液自然而然地朝第二毛细管腔156移动,并能用毛细管力将试样液向第二毛细管腔156以及第一毛细管腔140输送。
在第一毛细管腔140、第二毛细管腔156中填充完试样液后,将在如图51所示的关闭保护罩2的状态下的分析用仪器1G安设于分析装置100,通过分析装置100的驱动元件使分析用仪器1G旋转,藉此如图60(b)所示,第一毛细管腔140、第二毛细管腔156内的试样液利用离心力被输送到预先承载有分析试剂的保持室132内。此时,第二毛细管腔156的剩余试样液也能经过溢流流路157输送到溢流室158中。由于溢流室158排出较多的剩余试样液,因而为防止废弃时液体的漏出,最好将脱脂棉及滤纸过滤器等吸水构件配置于溢流室158。
图62和图63表示为在第二注入口141的孔141a与凹部141b之间配置过滤构件161而在盖基板4与底座基板3之间夹住过滤构件161的例子。当试样为血液时,过滤构件161由只使血浆通过而不通过血球的玻璃滤器等形成,藉此可以说从第二注入口141注入的血液用于血浆分析,而第一注入口4滴注的血液用于全血分析,只改变保持室132的试剂便能将相同形态的分析用仪器1G用于其他用途。
关于接下来的试样液的输送,由于图60(c)的说明与上述图58(c)的说明、图60(d)的说明与上述图58(d)中的说明相同,因而在此省略。
另外,通过设置与第二毛细管腔156的顶点部连通的大气开放孔,能使被输送到保持室132中的试样液的定量性得到更大的提升。
另外,旋转驱动元件由图55的电动机143;转轴151;用于连结电动机143与转轴151的联结器144a、144b;转子101;转子保持构件152;控制电动机143的驱动控制部302以及控制驱动控制部302的中央处理部301构成。
分析元件由图55的检出器146、光源147、用于将检出器146检测出的透射光转变为电信号的信号处理部304、控制光源147的输出光的光源控制部303以及控制信号处理部304和光源控制部303并算出吸光度的中央处理部301构成。
(实施方式12)
图64~图69表示本发明的实施方式12。
另外,与图75~图77起到相同作用的部件标注相同的符号来说明。
如图64和图65所示,由底座基板3与盖基板4贴合构成的分析用仪器1H的滴注部13A的前端由倾斜面244形成,在该倾斜面244中朝供给用毛细管流路17a的一端开口这点上与图75和图76所示的比较例不同。
如图65所示,由于滴注部13A的前端形成为倾斜面244,所以由底座基板3的突起242与盖基板4的突起243的接合而形成的滴注部13A的突起243的突出长度L4比突起242的突出长度L3短。此外,如图66所示,倾斜面244的角度θ为锐角,具体而言,较为理想的是,当试样液为血液时为30°~45°。图66和图67表示供给用毛细管流路17a的一端、即开口部240在倾斜面244上开口的形态。
另外,本实施方式12中,底座基板3的突起242的上述开口部240的附近的宽度W4形成为与盖基板4的突起243的上述开口部240的附近的宽度W5相同。
此外,对供给用毛细管流路17a、保持室19a、流路134、135的壁面实施亲水处理。作为亲水处理,列举采用等离子体、电晕、臭氧、氟气等活性气体的表面处理方法以及用表面活性剂及亲水性聚合体来进行表面处理的反复。在此,亲水性是指与水的接触角不足90°。
分析用仪器1H的具体大小是底座基板3的厚度为15mm、盖基板4的厚度为1mm,当分析用仪器1H构成为大致80mm见方时,保持室19a的深度为0.1mm。试剂室132a的深度为0.3mm~0.5mm,形成得比保持室19a的深度深。这是由于:通过上述设定,被注入保持室19a内的血液只用毛细管力无法前进到试剂室132a中,而是利用将分析用仪器1H旋转得到的离心力来输送试样液。
供给用毛细管流路17a、保持室19a、流路134、135的深度形成为0.02mm到不足0.3mm,但只要用毛细管力能使试样液流动即可,并不限定于上述尺寸。一般而言,由于测定分析血液等液体,因此较为理想的是,从0.02mm到不足0.3mm。此外,试剂室132a、测定室133的深度形成为0.3mm~0.5mm,这能根据采样溶液的量及用于测定吸光度的条件(光路长、测定波长、采样溶液的反应浓度、试剂的种类等)进行调整。此外,对被输送到测定室133中的试样液进行光学测定。
底座基板3的突起242的宽度W4和盖基板4的突起243的宽度W5为3~5mm,从滴注部13A的分析用仪器主体241突出的突出长度L3设为8mm。
由于上述构成,当实施作为试样液的血液的分析时,如在图68中用虚线表示的分析用仪器1H所示,即使将姿势垂直,并使滴注部13A的前端与受诊者的指尖120的血液积存处121接触,在上述倾斜面244上开口的供给用毛细管流路17a的一端的开口部240也不与血液积存处121接触,因而血液不会从供给用毛细管流路17a上吸到保持室19a。
因此,若如在图68中用实线所示将分析用仪器1H倾斜,使上述倾斜面244沿指尖120,则在上述倾斜面244上开口的开口部240与血液积存处121接触,血液从供给用毛细管流路17a上吸到保持室19a。
如上所述,通过将滴注部13A的前端形状形成为倾斜面244,与图75和图76所示的比较例相比,供给用毛细管流路17a的长度如图69所示只变短距离L5,并且在该上吸时的供给用毛细管流路17a与保持室19a的角度为与上述倾斜面244的角度θ相同的30°~45°,图79所示的比较例与供给用毛细管流路17a和保持室19a的角度为垂直时相比,能降低对被上吸的血液的速度产生影响的重力大小,并能缩短在保持室19a中采集定量的血液所需要的时间。
藉此,能减少发生保持于保持室19a的血液无法达到定量的不足状态的情况,当将保持于保持室19a的血液利用离心力向测定室133输送并光接入分析测定室133中的溶液时,能实施准确的分析。
(实施方式13)
图70和图71表示本发明的实施方式13。