JP2001153867A - 体液検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は施設や家庭で人の健康状態を容易に診
断する体液検査装置を提供する。 【解決手段】試料液１は測定装置２に入り、内蔵のマイ
クロミキサにより希釈液と希釈された後、試薬３とマイ
クロセル内で混合，発色反応し、吸光度測定により濃度
測定を行う。測定結果は定量的なデータとして内部に記
憶すると共に複数項目を表示部６に表示し、信号伝送部
７より外部に伝送する。測定試料の試薬反応液は排液タ
ンク５に貯えられ、定期的に回収される。 【効果】小形・安価で定量的なデータが手軽に家庭内で
得られる高精度な体液検査装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人の健康状態を診
断する検査装置に関わり、特に体液の一部を試料として
試薬と反応させて吸光分析することにより成分分析する
のに適した体液検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、人の体液を検査する装置として
は、例えば血液自動分析装置，尿自動分析装置などが実
用化されて臨床検査用に利用されている。このようなシ
ステムでは、大量の検体の多項目検査をあらかじめ決め
られたシーケンスで高速・大量の処理を行うよう設計さ
れており、装置は大形で高価なものとなり、病院の検査
室や生化学分析センタのように医師や臨床検査技師の管
理の元で稼動している。これらの検査は試料液と試薬と
の反応による吸光度変化を光学的に測定する方法が一般
的である。

【０００３】また家庭用としては尿検査用に試験紙によ
る方法，バイオセンサによる方法，水晶振動子の周波数
変化を測定する方法などが提案されている。

【０００４】このような従来のシステムでは家庭や施設
における個人の健康状態を簡便かつ再現性良く測定しよ
うとした場合には上記の血液自動分析装置や尿自動分析
装置は精度，再現性は優れているが高価で広い設置スペ
ースを要し、メンテナンスに手がかかる等の点で実用的
ではない。一方、試験紙による方法はコストも比較的安
く簡便なために実用的ではあるが、精度，再現性等の性
能に劣る。またスクリーニングが主目的なので定量的な
データとして保存することが困難である。またバイオセ
ンサによる方法はコスト，性能共に実用的ではあるが、
原理的に多項目測定が難しく、かつ寿命が短い欠点があ
った。更に水晶振動子はコスト，性能共に実用的である
が、有寿命であることと、質量測定の原理であることか
ら測定対象の選択性に劣る。

【０００５】このように従来家庭や施設において健康管
理用に尿や血液等の体液検査装置が実現できなかった背
景には次の理由があった。

【０００６】（１）信頼性の高い試薬反応による吸光度
測定法では、装置が高価であると同時に大形になり設置
スペースが確保できない。またメンテナンスに手間がか
かる。

【０００７】（２）簡便な試験紙，バイオセンサ，水晶
振動子では測定の信頼性や精度が劣り、測定項目も限ら
れる等単純なスクリーニングテストの域を出ず、検査装
置して個人の健康状態のトレンドを定量的に把握するこ
とが困難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は上記欠
点をなくし、家庭，施設に設置可能な、安価で小形かつ
測定精度と信頼性に優れた尿，血液等の体液自動検査装
置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために次の手段と技術を導入する。

【００１０】（１）測定精度と信頼性の確保と共に多項
目の測定を可能とするために試薬との反応による吸光度
測定法を採用する。

【００１１】（２）装置の高コスト化，大形化複雑化を
防止するために、光学セルにマイクロファブリケーショ
ン技術で製作したマイクロフローセルを採用する。

【００１２】同時にマイクロミキサの機能も持たせて試
薬と試料水の混合及び試料水の純水による希釈を併せて
実現する。

【００１３】（３）流体部の小形化と配管信頼性の向上
と低コスト化のために３次元成形の流体回路を内蔵した
マザーボードを設け、アクチュエータやバルブ等の流体
制御デバイス及び光源，セル，受光センサも一体化して
搭載する。

【００１４】（４）検査結果を個人がすぐに見られるよ
うに表示部を設けると共に、中央でデータ収集して一括
管理するためのデータ伝送機能も併せて持たせる。

【００１５】（５）測定及びメンテナンスを簡便にする
ために、一連の試料採取からデータ出力までの動作を自
動的に処理する制御・演算部を設けると共に、内蔵メモ
リに動作シーケンスのプログラムを内蔵する機能を持た
せ、測定項目や測定条件の変更にもそのプログラムの変
更だけで対応できる機能を持たせる。

【００１６】（６）多項目の測定を安価に実現するため
に、分析部はモジュール構造をとり、測定項目の追加・
変更はモジュール単位の追加・変更で簡単に対応可能と
する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例として、体
液検査装置の基本的な構成を示す図である。試料液１は
測定装置２に導入されて測定開始スイッチ８をＯＮする
ことにより計測・分析を開始し、試薬３，希釈・洗浄水
４を動作シーケンスに従って導入して計測・分析を行
い、結果を表示部６に表示するとともに信号伝送部７を
通して信号を伝送する。計測・分析の終わった液は排液
タンク５に保存する。

【００１８】図２は測定装置２の構成を示す図である。
試料液１は試料導入部１３に入り希釈混合部８で希釈液
４で希釈された後試薬混合部１４で試薬３と混合され、
化学反応を起こして発色する。計測・分析部１５で吸光
度の測定を行い、その計測信号は信号処理・制御部１８
に取り込まれて試料液の測定項目の値を表示すると共に
信号伝送する。

【００１９】図３，図４はその動作を示すタイムチャー
トである。測定開始スイッチの手動操作により測定指令
が出て測定動作が開始される。測定結果は表示されると
共に内蔵のメモリに記憶し、複数回のデータを蓄積して
おき、纏めて一括してデータ伝送する。測定動作の時に
は給電し、非測定中は給電を停止する。測定後の排液は
回収される。図４はその詳細なタイムチャートである。

【００２０】図５は表示画面の例を示す。測定結果は正
常範囲と対比して表示し、正常，異常の判定結果を表示
することも可能である。また過去の測定データを蓄積し
ておけば時間経過をトレンドとして表示することも可能
で、改善に向っているか悪化の傾向にあるかの予測も可
能である。その他に操作手順や注意事項をあわせて表示
することも可能である。

【００２１】図６は本発明の家庭用のトイレに設置した
尿検査装置への実施例を示す。尿スクリーニングの項目
としては多くの検査項目があげられているが、本発明の
適用可能性のある項目として尿ＰＨ，たん白，尿酸（ブ
ドウ糖），ウロブリノーゲン，ビリルビン，潜血，黄体
形成ホルモン，性腺ホルモン，色調があげられ、自宅で
の健康管理が可能となる。トイレの便器１１前面に設け
た試料採取部９は排尿時に測定開始スイッチ８を押すと
尿を試料液として吸引し、測定装置２に送られる。その
一部は測定装置２内で試料液として採取された後、残液
は再び便器側に戻され、試料排出部１０から排出され
る。測定装置では前述した構成とシーケンスに従って尿
の計測・分析が行われ、結果が表示部６に表示される。
分析後の試料液は排液タンク５に貯蔵される。この中に
は試薬や洗浄液の反応液も含まれており、人体や環境に
有害な場合もあるので貯蔵しておき、試薬や洗浄液の交
換時等に回収して安全な処理をする。したがって排液容
器５や試薬容器３，洗浄液４は取り外し可能な構造とな
っている。

【００２２】図７は図２に示した検査装置２の内部の、
より詳細で具体的な実施例を示す。試料容器２の試料採
取部９から採取された試料は、採液管５３を介してサン
プリングポンプ５４に接続され排液管５５を介して試料
排出部１０より排出される。試料の一部は排液管５５よ
り分岐され、手動弁６２を経て試料水中の大きな異物を
除去するフィルタ６３を介して、分析計本体６４中の流
路６５を介して脱泡槽６６に導かれる。該脱泡槽６６の
内部で前記試料水５２中に含まれる気泡６７は脱泡槽６
６の上部に溜まり、随時流路６８，電磁弁６９，流路７
０を介して分析計本体６４から前記排液容器６０に廃棄
される。

【００２３】一方、脱泡槽６６中の気泡を取除いた試料
液７１は、流路７２，電磁弁７３を介して定量ポンプ７
４に導かれる。更に試料液７１は複数個の電磁弁７５
ａ，７５ｂ，７５ｃを介してそれぞれが独立した項目を
分析する複数個の分析部７６，７７，７８に選択的に送
出される。該分析部は、取付け形状及び配管取り合いが
共通化され、他の分析部と全く同一かあるいは互換性を
有するように、前記分析計本体６４に着脱可能に保持さ
れている。また、該分析計本体の外側には液体を内蔵し
た複数個カートリッジ７９，８０，８１が着脱可能に保
持されており、該カートリッジ内部の液体を分析計本体
６４に供給している。カートリッジ７９からの液体８２
は、電磁弁８３，定量ポンプ８４に導かれ、複数個の電
磁弁85ａ，８５ｂ，８５ｃを介して、前記分析部７６，
７７，７８に選択的に送出される。同様に、カートリッ
ジ８０内の液体８６はポンプ８７を経た後、複数個の電
磁弁８８ａ，８８ｂ，８８を介して前記分析部へ、また
カートリッジ８１内の液体８９はポンプ９０を経て電磁
弁９１ａ，９１ｂ，９１ｃを介して前記分析部７６，７
７，７８に選択的に送出される。

【００２４】この時、各分析部の詳細構造は後述する
が、マイクロファブリケーション技術を用いて前記各流
体を混合又は選択し反応させる試薬混合部と計測分析部
とから成っており、非常に小型化された分析計１台分の
機能を有している。各分析を終了した廃液９２は前記流
路７０を経て機外に排出される。廃液９２が有害な場合
や排水設備が無い場合には、電磁弁９３，流路９４を介
して回収容器９５に排出される。

【００２５】上記構成において、試料容器２からサンプ
リングした試料液を、複数個のポンプと電磁弁をシーケ
ンス制御し、複数個のカートリッジ内の液体と前記分析
部内の試薬混合部に導き反応させ、計測分析部でその結
果を計測するものである。この時、分析項目によっては
試薬反応を必要としない場合もあり、その場合には試薬
を選択しないようにしてある。

【００２６】代表的応用例として、試料液を尿とし、カ
ートリッジ７９内の液体８２に糖またはタンパクに反応
して発色する試薬を用い、カートリッジ８０内の液体８
６には洗浄液（例えば、希塩酸又は中性洗剤）、カート
リッジ８１内の液体８９には基準液（例えば純水又は校
正液）を選択しておく。これらを所定のタイミングでシ
ーケンス制御し、各分析部に導く。例えば、分析部７６
を糖分濃度計，分析部７７をタンパク濃度計，分析部７
８をＰＨとして使用する。試薬を入れた液体８２は糖分
濃度計に割り当てた分析部７６にのみ使用する。試薬の
種類を変えれば、測定項目を変えることができ、またど
の分析部にどの測定項目を割当てるかの選択も自由であ
る。

【００２７】測定は試薬反応により試料水の発色の程度
を吸光度法で測定するが、必要に応じて純水との希釈を
行って結晶化や詰まり，汚れを防止したり，最適な吸光
度を得る。吸光度が低い場合には測定の安定化を図るた
めに基準液（純水）との比較測定方式とし、所定の周期
で基準液を測定しゼロ点のベースラインの補正を行う。

【００２８】このほか、分析部に電極を内蔵したものを
装着すれば、分析部の構造を変更することなく電極式セ
ンサの機能を加えることができる。

【００２９】また、洗浄液（液体８６）は所定の間隔で
各分析部に導かれ、分析部内の流路やセル，電極などを
洗浄する。洗浄によって生じた異物は、試料水７１又は
基準液８９で流し去る。

【００３０】次に本実施例に使用している、流路系につ
いて図８において説明する。

【００３１】図８において説明した分析計６４の内部に
ある全流路（流路６５，６８，７０，７２，９２，９４
他）は３次元マザーボード１０１の内部に立体的に形成
されている。該３次元マザーボード１０１の外観は直方
体を形成しており、その外周面には、図７に示した複数
個のバルブ，ポンプ，分析計などを配管を用いずに直接
またはシール部剤を介して保持可能なように複数個の流
路開口部１０２やネジ穴１０３が形成されている。この
３次元マザーボード１０１の内部流路は、樹脂の部分を
除去し流路部分のみを立体的に表記すると図９の様にな
る。従来この様な３次元の立体流路は実現が困難であ
り、強いて製作しようとすれば２次元流路を機械加工し
た複数枚の板を重ねて接合することにより形成してい
た。本実施例では、紫外線硬化形プラスチックを使用
し、液体の樹脂に紫外線レーザ光を選択的に照射し、光
の当たった部分のみを硬化させて形状を形成せしめる光
造形法を採用した。この光造形法で流路に当たる部分に
は光を当てず未硬化の液体のまま残し、成形後未硬化樹
脂を洗い流すことによって任意の立体流路を形成可能に
している。使用した樹脂は紫外線硬化形で透明のエポキ
シ系樹脂を使用し、流路内部の状態が外部より観察でき
る様にした。また光造形法は、特別の成形型を必要とせ
ずＣＡＤ(computer aided design）の３次元の設計デ
ータのみで安価で迅速に実現でき、配管系接続部の信頼
性を向上できる長所がある。

【００３２】次に図１０において、図７で示した分析部
（７６，７７，７８）の詳細について説明する。

【００３３】各分析部は、測定目的により測定原理は異
なるが（吸光度測定，電気抵抗測定，イオン選択電極，
免疫法等）、取り付け寸法及び流路の取合いは共通であ
り、モジュール化されている。前記マザーボード１０１
の上には３個の分析部がシール部材を介して着脱可能に
構成されており、図７で説明したどの項目の分析部をど
こに配置するかは自由である。測定目的に合わせた分析
部選択と液体供給及び計測のシーケンスを選択すること
により、所定の用途の分析機能を持たせることを可能に
している。これらの組み合わせの他の応用例として、同
一種類の分析部を３個配置することも可能である。例え
ば同一種類の超小型分析部を３個配置し、同時測定し測
定値の信頼性を向上させるとか、故障したら次の分析部
を使用して装置全体の長寿命化を図るなどの応用も期待
できる。

【００３４】まず、分析部７６を吸光度測定部として使
用する場合について説明する。分析部７６は、試薬混合
部２０１と計測分析部２０２とからなっている。試薬混
合部２０１の詳細構造を図１１において説明する。試薬
混合部２０１は、シリコンの基板３０１、パイレックス
ガラスのカバー３０２の２層構造になっており、マイク
ロファブリケーション技術で製作してある。基板３０１
は高純度のシリコンウエハを異方性エッチングにより逆
Ｓ字形をし、所定の角度を有する斜面３０３と平らな底
面３０４を有する流路３０５を形成してある。さらに裏
面からも異方性エッチングし、角型をした複数個の貫通
穴３０６，３０７，３０８，３０９と、数十μｍの微細
な穴が１００から２００μｍピッチでメッシュ状に並ん
でいるメッシュ穴３１０が形成してある。これら複数個
の穴は、表面で前記流路によって連結されている。また
該基板３０１の表面には前記カバー３０２が陽極接合
（アノーディック ボンディング）により接合されてい
る。両者の接合はウエハサイズのまま高温真空中で所定
電圧を印加することにより行い、接合後使用サイズに切
断して使用する。

【００３５】前記３次元マザーボード１０１から複数種
類の液体（試料水７１，試薬８２，洗浄液８６，基準液
８９）の選択的な供給を受け、貫通穴３０６には基準水
８６、貫通穴３０７には洗浄液８９,貫通穴３０８には
試料水７１,メッシュ穴３１０には試薬８２が供給され
る。供給された液体は、流路３０５内を流れ流路内の直
線部であるセル部３１１に導かれ、貫通穴３０９を経て
前記３次元マザーボード１０１に排出される。

【００３６】試薬反応による吸光度測定の場合、洗浄液
８６，基準水８９を停止した状態で試料水７１と試薬８
２を所定の流量比で供給し、流路３０５内で混合する。
この時試薬８２は試料水７１の中にメッシュ穴３１０を
介して注入される。この為試薬８２は試料水中に細かく
均一に注入されるので短時間で拡散し、残留塩素濃度に
対応した発色反応をする。発色した反応液３１２は前記
セル部３１１に導かれその発色度を光学的に計測され
る。計測時は計測値を安定させるため一時的に流体を停
止する。計測後反応液３１２は貫通穴３０９より排出さ
れる。感度又はゼロ点の校正をする場合は試料水７１の
代わりに予め塩素濃度を測定してある基準液８９を供給
し同様の手順で計測しその測定値を基準値として以後の
測定値を補正する。洗浄液８６は試薬混合部２０１（特
にセル部３１１）の鉱物性あるいは植物性の汚れを除去
するために、所定の周期又は汚れの程度に応じて供給さ
れ、洗浄される。

【００３７】図１１に戻って、計測分析部２０２につい
て説明する。計測分析部２０２にはＬＥＤまたはレーザ
ダイオードから成る発光素子２０３と、該発光素子２０
３の光を集光して前記セル部３１１の斜面３０３に光を
集めるレンズ系２０４，光量変化をモニタする受光素子
２０５が配置されている。また前記セル部３１１内を透
過した光２０６は前記斜面３０３の対向する斜面３０３
に反射し、前記計測分析部２０２のほうに戻ってくる。
この光２０７の光量を測定する受光素子２０８を、前記
計測分析部２０２の一部に配置した。これら発光素子２
０３、受光素子２０５，２０８、レンズ系２０４と前記
セル部３１１は、互いの相対位置を固定するために分析
部ベース２０９に保持され、更に該分析部ベース２０９
は前記３次元マザーボード１０１に着脱可能に保持され
ている。

【００３８】他の分析部については、分析部の詳細につ
いての説明は割愛するが、取付け寸法及び流路の取合い
についてはモジュール化し共通である。

【００３９】また、本実施例ではバルブやポンプなどを
３次元マザーボード上に配置したが、これらはマイクロ
ファブリケーションの更なる進歩により、試薬混合部と
共に同一のシリコンウエハ上に形成することが可能であ
り、本分析計の更なる小型化の手段となる。この場合で
も各分析部をモジュール化しておくことは全体の標準化
と機能の拡張性に大いに効果がある。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が期待でき
る。

【００４１】（１）臨床検査用と同じ試薬による吸光度
測定方式を採用できるので、高精度な体液検査ができる
小形で安価な検査装置を供給できる。

【００４２】（２）上記により、医者または臨床検査技
師のいない施設，家庭で体液測定が可能になり、個人の
きめ細やかな健康管理ができる。特に糖尿病，じん臓病
患者には日常生活の管理上有効な手段となる。

【００４３】（３）従来に比べて大幅に小形化した装置
が提供でき、設置の自由度が向上する。

【００４４】（４）マイクロファブリケーションの採用
で、大幅な小形低消費電力化が実現でき、家庭のトイレ
内やスポーツジムへの設置も可能となる。

【００４５】（５）試薬や試料排液は生体試料としての
安全性，人体・環境への安全性からトイレなどへの排液
は困難であるが、本発明では試料液量が少ないため排液
を容器に保管しておき、定期的に回収して集中処理し、
廃棄することが可能となる。これによって生体試料とし
ての安全性も保たれる。

【００４６】（６）分析部がモジュール化してあり、測
定シーケンスの変更により測定項目の選択，組み合せ，
変更などが容易である。

【００４７】（７）分析計内部の配管を３次元の立体流
路により無配管化したことにより、小形化と信頼性の向
上が期待できる。

【００４８】（８）前記３次元の立体流路を紫外線硬化
形の合成樹脂を用いた光造形法を採用したことにより、
安価で迅速な製造を可能にした。

【００４９】（９）超小形のサンプリング系が実現でき
たことにより使用液量が低減され、液補充に伴うメンテ
ナンス周期を大幅に延長できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の基本構成を示す図。

【図２】本発明の具体的な実施例の構成を示す図。

【図３】本発明の動作シーケンスを示す図。

【図４】本発明のタイムチャートを示す図。

【図５】表示画面の例を示す図。

【図６】尿検査装置の構成を示す図。

【図７】検査装置の詳細構成を示す図。

【図８】マザーボードの外観を示す図。

【図９】マザーボード内の流路を示す図。

【図１０】分析部の詳細を示す図。

【図１１】試薬混合部の詳細を示す図。

【符号の説明】

２…測定装置、３…試薬容器、４…洗浄液容器、５…排
液容器、６…表示部、７…信号伝送部、８…測定開始ス
イッチ、９…試料採取部、１０…試料排出部、１１…便
器、１３…試料導入部、１４…試薬混合部、１５…計測
分析部、６２…手動弁、６３…フィルタ、６４…分析計
本体、６５，６８，７０，９４…流路、６６…脱泡槽、
６７…気泡、６９，７３，７５，８３，８５，８８，９
１，９３…電磁弁、７１…試料液、７４…定量ポンプ、
８２…試薬、８４…定量ポンプ、８６…洗浄液、８７，
９０…ポンプ、８９…基準液、９５…回収容器、１０１
…３次元マザーボード、１０２…流路開口部、１０３…
ネジ穴、２０１…試料混合部、２０２…計測分析部、２
０３…発光素子、３０１…基板、３０２…カバー、３０
３…斜面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G045 AA13 AA16 AA36 BA11 BB55 CB03 DA01 DA21 DA31 DA36 DA53 DA54 DA55 DB03 DB05 FA12 FA13 GC10 HA01 HA14 JA01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体からの体液を収集する試料収集部と、
   当該試料収集部から得られる試料を分析する分析部と、
   当該分析部を介した試料及び／または試薬を回収する着
   脱可能な試料回収部とを有する体液検査装置であって、 前記分析部は複数設けられ、それぞれ異なる測定項目を
   分析することを特徴とする体液検査装置。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記試料収集部は便器内に設けられることを特徴とする
   体液検査装置。
3. 【請求項３】請求項１において、 被検査者自身が少なくとも分析の開始を操作する操作部
   を備えたことを特徴とする体液検査装置。
4. 【請求項４】請求項１において、 前記分析部は、少なくとも尿糖，尿たん白，ケトン体，
   ウロブリノーゲン，ビリルビン，ＰＨ、潜血，亜硝酸
   塩、黄体形成ホルモン，性腺ホルモンの何れかを測定す
   ることを特徴とする体液検査装置。
5. 【請求項５】請求項１において、 前記試料収集部と前記複数の分析部間の流路に、当該分
   析部の何れかに収集した試料を選択的に導くためのポン
   プ及びバルブとを備え、前記複数の分析部への流路は、
   一体成形された樹脂内に設けられることを特徴とする体
   液検査装置。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記複数の分析部は、前記一体成形された樹脂に対し、
   取付け寸法及び流路の取合いが共通であり、且つ着脱可
   能に保持されることを特徴とした体液検査装置。
7. 【請求項７】請求項５において、 前記一体成形された樹脂は、紫外線硬化形の合成樹脂か
   らなることを特徴とした体液検査装置。
8. 【請求項８】請求項１において、 前記分析部は、複数種の流体を選択的に導くセル部と、
   当該セル部の状態を測定する計測分析部とからなり、当
   該計測分析部はＬＥＤ，レーザ光または白色光源から分
   光された光を前記セル部に照射し、その吸光量を測定す
   ることを特徴とする体液検査装置。
9. 【請求項９】請求項８において、 前記セル部は、試料と試薬または純粋を混合するマイク
   ロミキサを備えたことを特徴とする体液検査装置。
10. 【請求項１０】請求項１において、 分析結果を表示する表示手段と、分析結果を有線または
    無線により外部へ伝送する通信手段とを備えたことを特
    徴とする体液検査装置。