JP2001258868A - 血液分析方法ならびに装置 - Google Patents
血液分析方法ならびに装置Info
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- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/49—Blood
- G01N33/491—Blood by separating the blood components
Abstract
いる血液検査では、高価で大規模な自動血液分析装置を
用いており、また、採血を始めとする検査作業も資格を
有するものに限られていた。このため、これらの血液検
査では疾病の原因究明はるいは高々1年に1回程度の健
康診断で実施されるのみである。昨今大気温暖化や内分
泌かく乱物質などの環境悪化により日々人間の健康が蝕
まれており、より高い頻度で血液検査を行い健康状態の
管理を行うことが、重大な疾病への進展を予防するため
に必要とされる。そのためには、家庭で特別な訓練を受
けずにも、手軽に血液検査ができる装置が必要とされて
いた。 【解決手段】血液を採取する手段と、血液からろ過して
血漿を得るろ過する手段と、血液を分離して血清を得る
分離する手段と、血液成分中のpH値、酸素濃度、二酸
化炭素濃度、ナトリウム濃度、カリウム濃度、カルシウ
ム濃度、グルコース濃度、乳酸濃度を分析する手段を小
型一体にまとめたヘルスケアデバイスを提供する。
Description
液中の赤血球、白血球、リンパ球、血小板、血液凝固因
子などを分離し、その結果得られた血清などのpH値、
酸素あるいは二酸化炭素などの濃度を測定する血液分析
方法ならびに装置に関する。特に前述の操作に必要な機
能、構造のすべてが一つのデバイス内に集積されてお
り、さらにそのデバイスが小さく、その取り扱いに専門
の医学の知識、資格を必要とせず、簡易に上述の血液分
析を行うことを特徴とするヘルスケアデバイスに関す
る。
装置として、体温計、血圧計、超音波診断、X線CT、
MRIなどの他に、血液自動分析装置がある。これは、
数ミリリットルの血液を採取し、遠心分離器を用いて、
赤血球、白血球、リンパ球、血小板、血液凝固因子を分
離して得られた血清を、多数の試験管に分け、各試験管
を一列に並べて動かし、ケミカルセンサにより、pH、
酸素、二酸化炭素などの各濃度を測定する他、各試験管
の血清に酵素などの試薬を入れ、血清中の基質との発光
反応の分光や吸収分光を行い、データをコンピュータで
処理して人体を診断することに用いられている。
方法に関する技術として、以下に述べる開発がそれぞれ
行われている。まず、血清のような溶液中の混入物質の
測定法としては、キャピラリ電気泳動法が一般に用いら
れている。本方法を図1により説明する。101は石英
管であり、102は正電極であり、103は負電極であ
る。例えば、直径0.1mm程度のキャピラリと呼ばれ
る細長い石英管101の中に電解液を入れる。一般に、
石英管の場合、その内壁表面には負の電荷を生じるた
め、電解液中のカチオン(正電荷のイオン)は負電荷と
のクーロン力により、石英の内壁に集まり、いわゆるヘ
ルムホルツの二重障壁104を形成する。そこで、この
キャピラリの両端に設けた電極102,103に高電圧
を印加すると、まず、負電圧103側に、内壁のカチオ
ン105が引っ張られ、移動すると、粘性により電解液
全体も負電圧103側に移動する。この流れを電気浸透
流106と呼ぶ。一方、電解液中のカチオンは最も早く
負電極103側に到達し、中性種107は電気浸透流1
06により次に到達し、そしてアニオン108(負イオ
ン)は、本来正の電圧側102に引っ張られるが、電気
浸透流106により負電圧103側に移動し、従って最
も遅れて到達する。このアニオンやカチオンが電界によ
り移動する流れを電気泳動流109と呼ぶ。
に述べる方法が研究されている。すなわち、前述のキャ
ピラリを石英板や高分子板に形成し、蓋をして、数cm
角のチップ上に製作したマイクロキャピラリと呼ばれる
ものがある。例えば、DNAなどを中性ゲル中にいれ、
DNAは電荷を有するので電気泳動により移動させ、分
子量の相違による総電荷相違により分離する。また、本
方法は、マイクロキャピラリ中を移動する物質に途中か
ら他の試薬を入れ、その反応を検出するような従来の試
験管方式と異なる反応検出法が盛んに研究されている
[例えば、馬場嘉信;蛋白質 核酸 酵素、45巻、1
号(2000)76−85頁]。これは、マイクロ全分
析システム(μ−TAS;total analysi
s system)やチップ上研究室(Lab−on−
Chip)と呼ばれている。
置は、一般には血液センターや病院で用いられ、高価、
且つ大規模であり、しかも全診断に数時間を要する。通
常これらの血液分析は、疾病の原因究明あるいは健康体
においても一年に一回程度受ける健康診断などの際に実
施されるため、一回の分析によって種々の情報をそれぞ
れ精緻に得ることを目的としている。しかし、昨今大気
温暖化や内分泌かく乱物質などの環境悪化により日々人
間の健康が蝕まれており、より高い頻度で血液検査を行
い健康状態の管理を行うことが、重大な疾病への進展を
予防するために必要とされる。このような日々の健康管
理を目的とした血液検査には、高々血液中のpH,酸
素、二酸化炭素、ナトリウム、カリウム、カルシウム、
グルコース、乳酸などのいわゆる健康マーカーを呼ばれ
るものの濃度などを測定するだけで足りるものである。
先述のような高価、大規模な血液分析装置を用いた精緻
な検査までは必要なく、分析項目を絞った簡素な装置が
必要とされていた。
い、その健康管理が課題となっているが、このような人
にとって、頻繁に病院等に通い検査を受けることは困難
であり、在宅のまま健康管理を行う手段が必要とされて
いる。現在の血液検査方法では、採血は医師など有資格
者にかぎられており、要介護老人の介護の担い手である
ヘルパーではできない行為である。そこで、一般の人で
も、採血を含めて手軽に取り扱える血液分析装置が必要
とされていた。また、血液検査を頻繁に行うためには、
採血の際に苦痛を伴なわないことが望ましく、また、注
射針による皮膚の変色など人体への影響も極力抑えるこ
とが望ましい。
る血液分析装置を実現するためには、装置本体が小型で
なければならない。そのためには、血液分析に必要とな
る採血、濾過、分離、分析などの機能がコンパクトに一
体化されている必要がある。血液等の分析技術に関して
は、前述したような、個々の技術開発は行われているも
のの、それら技術を取り入れ血液分析装置として一体化
するための集積技術はこれまで得られていなかった。
る採取手段と、少なくとも採取した当該血液をろ過し血
漿を得るろ過手段あるいは当該血液から血清を分離する
分離手段の内いずれかの手段と、当該血液中の物質を分
析する分析手段と、当該採取手段、当該ろ過手段、当該
分離手段、当該分析手段を接続する流路手段と、当該採
取手段、当該ろ過手段、当該分離手段、当該分析手段、
当該流路手段内に存在する当該血液の成分を移動させる
移動手段と、当該分析手段からの情報を外部に取出すた
めの出力手段と、当該採取手段、ろ過手段、分離手段、
分析手段、移動手段、出力手段の少なくとも一つの手段
の動作を制御するための制御手段と、当該血液の成分を
当該基板内に保持しておくための保持手段を、一つある
いは複数の基板内に備え、かつ当該基板が複数である場
合には当該基板が一体化された構造であることを特徴と
する血液分析装置を提供し、採取した血液を濾過、分離
した後、分析手段に導き、血液の分析を行う。
図を示す。201は基板であり、本装置の各手段は本基
板をエッチングにより製作されたマイクロキャピラリに
沿って配置される。このマイクロキャピラリの表面には
MPCポリマー(2−methacryloyloxy
ethylphosphorylcholine)の被
覆が設けられており、血漿や血清中のタンパク質のマイ
クロキャピラリ表面上での凝固、付着を防止する。20
2は血液の採取手段である。203は中空の針であり、
採取手段に付属する。この針を体内に刺して基板内への
血液の取り入れ口とする。204、205は電極であ
り、この電極間に印加した電圧のため生じる電気泳動流
による吸引力によって、体内より基板内に血液を取り入
れる。206は血液の濾過手段であり、血液の流れの上
流から下流に向かって、次第に間隔の狭くなる複数のス
リットを有する。このスリットにより、血液中の赤血
球、白血球、リンパ球、血小板を濾過して取り除き、濾
過手段の下流側に血漿を得る。207は分離手段であ
り、例えばU字型のマイクロキャピラリからなる。採取
した血液を濾過して得られる血漿をこのU字型のマイク
ロキャピラリに導いた後、本基板を遠心分離器により一
定方向に加速度を加えることによって、U字部に血漿よ
り凝固因子を分離除去した血清が得られる。208は分
析手段であり、血液中のpH値、酸素、二酸化炭素、ナ
トリウム、カリウム、カルシウム、グルコース、乳酸な
どの各濃度を測定するためのセンサを有する。209は
採取手段、濾過手段、分離手段、分析手段のそれぞれを
接続する流路手段であり、基板をエッチングして製作し
たマイクロキャピラリからなる。210はマイクロキャ
ピラリ中で血液を電気泳動法により移動させるための移
動手段である。211は分析手段から情報を取出すため
の出力手段であり、電極などから構成される。212
は、以上の採取手段、濾過手段、分離手段、分析手段、
移動手段、出力手段を必要に応じて制御するための制御
手段である。図示していないが、基板上のマイクロキャ
ピラリ内に血液を保持しておくための板を有し、この板
は基板201に接着あるいは圧着されている。
濾過手段204にて濾過され血漿となり、さらに分離手
段205にて凝固因子を分離除去して血清が得られ、こ
れを分析手段においてpH値、酸素、二酸化炭素、ナト
リウム、カリウム、カルシウム、グルコース、乳酸など
の各濃度を測定する。各手段間の血液の移動は、電気泳
動法を用いた移動手段210により行う。
は前述のものを使用する。以下、各手段ごとに説明す
る。まず、図3、図4を用いて血液の採取手段202に
付属する針の製造法について説明する。図3の上段に針
を製作する際に芯材として使用する石英の製造方法を示
す。301は芯材の石英棒であり、これをバーナー30
2により加熱して軟化させたのち引き延ばして、先端の
径を10μm以下になるようにして切断した。次に、図
3の下段に示すような抵抗加熱ヒータ304を有する電
気炉305を予め800℃に加熱してから、前述の要領
で製作した石英の芯材303を炉の中に置き、その後処
理ガス306として三塩化燐(POCl3)と酸素を電
気炉303中に流す。その結果、芯材303の表面には
燐ガラス(P2O5)308が形成される。次に、表面
に燐ガラスを掲載したさらにその上にステンレスを堆積
する方法についてのべる。図4にこの処理を行う装置を
示す。401はステンレス製の円筒真空容器であり、円
筒真空容器401の外周には、一対のリング状磁石40
2が約1cm離して設置されており、N極とS極が形成
されている。このとき、円筒真空容器401の内壁には
数10から数百ガウスの磁場が生じている。この円筒真
空容器401内に表面に燐ガラスを形成した石英の芯材
403を置き、Arガスを20sccmを流して、圧力
を10mTorrとした。この状態において電源404
を用いて円筒真空容器401に負の高電圧を印加し、容
器内でマグネトロン放電405を生じさせる。放電を2
0分間行うことにより、芯材403の表面には厚さ約1
0μmのステンレス堆積膜406が形成された。なお、
マグネトロン放電の際に円筒真空容器401の温度が上
昇することを抑えるために水冷パイプ407と冷却板4
08によって円筒真空容器401を冷却した。この後、
この芯材403を30〜60度の角度に固定し、研磨
し、鋭利な針先を形成する。次に、この芯材403を緩
衝フッ酸液に入れ、燐ガラスのみを高速でエッチングす
ることにより、ステンレス堆積物は芯材403から除去
され、長さが約1cmのステンレスの中空な針が得られ
る。このような極細のステンレスの針は、先端の約1m
mの部分を残し、他の部分の周囲をシリコンラバーなど
で覆い、補強、保護とする。さらに、この針を基板の採
取手段の端部に当る注入口に接着剤を用いて貼り付けて
使用する。以上に述べたようにして製作した針は、先端
の径が微細であることから、皮膚に刺したところ、神経
に当らずに皮膚を突き通し血管まで達するため、痛みを
感じなかった。なお、芯材403の材料は石英に限ら
ず、ガラスあるいは高分子などでもよい。また、円筒真
空容器401はステンレス以外の金属を用いても良い。
キャピラリの製作方法を、図5を用いて説明する。例え
ば、厚さ0.5mmで2cm角の石英板501を用意
し、まず、(1)石英板501上にクロム(Cr)膜5
02を約1μmの厚さでスパッタ法で堆積する。次に、
(2)Cr膜502上にホトレジスト503を塗布し、
光露光で約30μm幅の抜けパターンを形成する。
(3)このCr膜502を湿式又はドライ法によりエッ
チングする。ドライ法では、Cl2ガスを一巻アンテナ
を用いたICP(誘導結合プラズマ)で放電し、アンテ
ナより18〜20cmの下流域(ダウンストリーム)で
Cr膜502をエッチングする。本エッチング法は、特
願平11−124709による方法を用いている。そし
て、(4)このCr膜502をマスクに、C4F8とS
F6を85対15の比で混合したガスをICPにより放
電し、13.56MHzの高周波バイアスを印加した電
極上に石英板501を載置し、下地の石英板501を垂
直の壁を有するようにエッチングし、キャピラリ溝を形
成する。その際の条件は、アンテナに導入した13.5
6MHzの電力は500Wであり、高周波バイアス用の
13.56MHzの電力は5W、圧力は10mTorr
とした。その後、(5)Cr膜502を湿式法で除去
し、(6)血液や緩衝液の注入口や出口用の孔を超音波
加工により開口したもう一枚の石英板504を用意し
て、キャピラリ溝を設けた石英板501と共に、1%H
F(フッ酸)に侵した後、両板を重ね合わせ、1.3M
Paの圧力で24時間押し付けた。最後に、(7)白金
等の電極505を、上記の注入口や出口などに蒸着など
の方法で形成し、マイクロキャピラリチップが出来上が
る。(4)の工程で形成されたマイクロキャピラリ溝を
有する石英板を成形型として用い、ポリエチレン等の高
分子膜に適当な温度でモールド形成してマイクロキャピ
ラリ溝を製作してもよい。更に、石英板を用いずに、高
分子板に直接マイクロキャピラリ溝を形成し、蓋も高分
子で形成しても良い。
クロキャピラリ中に引き込む方法、ならびに、移動手段
においてマイクロキャピラリ中で血液を移動させる方法
を図6を用いて説明する。用いたマイクロキャピラリを
図6に示すグラフ中に示す。これは、前述の製造方法に
より製作した石英板内のマイクロキャピラリの一部を示
したものである。このマイクロキャピラリは幅が約30
μm、深さが約30μmである。このマイクロキャピラ
リの全域をpH7.4の燐酸緩衝液(PBS))で満た
した後、A−C間に高電圧を印加し、そのときの電圧−
電流特性をイオン強度を変えて測定した結果を図6のグ
ラフに示す。グラフ中で「低速」とは15秒毎に50V
を印加した結果であり、「高速」とは一秒間に70Vの
電圧を印加した結果である。「低速」の場合は、電圧印
加と共に電流が急激に流れ始め、特に高イオン強度の場
合は激しい。これは、電流が流れることによりジュール
加熱が起こり、緩衝液の移動度が増加するためと説明さ
れている。一方、「高速」で電圧を上昇させると線形関
係を示す。従って、急激に電圧を上げると、緩衝液の温
度が上昇せずに正イオンが高速で移動することを意味す
る。すなわち、「高速」モードを用いると電気浸透流に
より、液を動かすポンプ作用が得られることを示してい
る。
の測定について述べる。図7にポンプ作用の吸引力測定
を行ったマイクロキャピラリを示す。これは、先に述べ
た方法で製作した石英板の一部を取出して図示したもの
である。このマイクロキャピラリは幅が約30μm、深
さが約30μmである。まず、マイクロキャピラリ全域
701をpHが7.4の燐酸緩衝液(PBS)で満たし
た。そして電極A702と電極B703に高電圧を印加
すると、PBSが電極A側に電気浸透流により移動し、
入り口C704から空気705が注入される。マイクロ
キャピラリ中に侵入した空気705の先端をピストン7
06を用いて、入り口C704まで引き戻したときの圧
力を圧力計707で測定した。その結果、このときの電
気浸透流のポンプ作用による吸引力6×103Paであ
ることがわかった。
8は、先に述べた方法で製作した石英板の中から採取手
段と濾過手段を取出して図示したものである。801は
血液の採取手段とろ過手段であり、下段にその拡大を示
す。802は注入口であり、端部に針803が接着によ
り取り付けられている。804はろ過手段であり、内部
には図に示すような石英板のエッチング加工により形成
した多段階の微細溝を有する。ここで用いた石英板で
は、注入口802側より、10μm幅溝805、8μm
幅溝806、6μm幅溝807、4μm幅溝808、2
μm幅溝809、1μm幅溝810を設けてある。電極
A811、電極B812に電圧を印加し、前述したよう
に電気浸透流のポンプ作用により、血液を針803から
採取し、次にろ過手段を通過させた。その結果、ろ過手
段の下流には、ほとんど赤血球の混入が無い血漿813
が得られた。
血漿より、更に遠心分離によりマイクロキャピラリ内で
凝固因子を分離し血清を得る分離手段と分離方法を、図
9を用いて説明する。U字型のマイクロキャピラリ90
1の一方は針を付属した注入口902と結合している。
また、電気浸透流ポンプ903を有し、高電圧を印加す
るための電極A904と電極B905が設けてある。電
極A904と電極B905の間に電界約1kV/cmを
印加し、針902よりU字型のマイクロキャピラリ90
1に血液を導入した。このとき、感電を避けるため、電
極A904側を接地した。そして、図10に示す簡易型
遠心分離器1001に、図9のマイクロキャピラリを含
む石英板1002を、図9に示した矢印の方向により大
きな加速度がかかるように取り付け回転させた。500
0rpmの回転速度で30分回転した後に、U字型キャ
ピラリ901の図9に示した矢印の向きと反対側のU字
管部分に血清を得た。
段、流路手段、分析手段の構造を構成する要素であるマ
イクロキャピラリは石英で製作されている。そのため、
血液や血漿や血清のような生体物質をマイクロキャピラ
リ内に導入すると、内壁にタンパク質が凝固したり吸着
するため、キャピラリ流路が細くなったり、極端な場合
は詰まったりする現象が見られる。この凝固や付着を防
止するために、マイクロキャピラリの内壁に、MPCポ
リマー(2−methacryloyloxyethy
lphosphorylcholine)をコートし
た。MPCポリマーは、石原らにより発明された(特許
第2947298号)が、これは我々生物の生体膜を構
成している材料と類似の材料から人工的に合成した高分
子である。従って、タンパク質吸着を抑制し、生体との
好ましくない反応を阻止する極めて優れた効果を示す。
図11のグラフ中に示すマイクロキャピラリを用いて、
MPCポリマーのマイクロキャピラリ内壁へのコートの
有無、及び内壁にコートするMPCポリマーの濃度に対
するタンパク質等の凝固、付着防止効果を示す。マイク
ロキャピラリの幅は約30μm、深さは約30μmであ
る。まず、マイクロキャピラリ内をpH=7.4、イオ
ン強度0.16の燐酸緩衝液で満たし、キャピラリ端A
に牛血清を注入後、速やかにA−C間に種種の高電界を
印加し、血清をキャピラリ中に導入した。血清のマイク
ロキャピラリ内の流れに及ぼす凝固や付着の影響は、導
入された血清濃度をキャピラリ端Aより4mm離れた点
Eにおいて、血清に対して吸収が強い220nmの紫外
光を絞って照射し、その吸収により血清が点Eに到達し
たかどうかを判定した。測定はMPCポリマー被覆な
し、0.05wt%濃度コート、0.3wt%濃度コー
トのそれぞれについて行った。MPCポリマーコートの
場合は、石英表面と比べ、MPCポリマー表面には負荷
電を多く生じ無いので、電気浸透流が抑えられ、被覆な
しが最も速く測定点に達すると予想されるが、測定の結
果、コートなしが最も遅かった。0.05wt%と0.
3wt%の到着時間は大差ない。しかし、0.3wt%
では到達後、濃度が飽和するのに対し、0.05wt%
と被覆なしでは明らかに減少する。これらより、被覆な
し及び0.05wt%では、MPCコーティングが不十
分で、血清中のタンパク質が測定点に達する前に内壁に
付着して失われてしまったと考えられる。すなわち、
0.3wt%濃度のMCPポリマーを石英のマイクロキ
ャピラリ表面にコートすることによる、マイクロキャピ
ラリ中での血清たんぱく質測定における凝固ならびに付
着の抑制効果が示された。
センサで測定する際、特にその測定にISFET(io
n sensitive field effect
transistor)を用いる場合の問題点と実施し
た対策例について述べる。ISFETはMOS(met
al−oxide−semiconductor)構造
を有する。そこで、図11のグラフ内に図示したように
マイクロキャピラリ端Aより血清を導入し、A−C間に
高電圧を印加し、A−C間を移動する血清中のイオン濃
度を例えば点Eにおいて測定するために、ISFETの
測定領域面をA−C間に置くと、高電圧が直接MOS構
造に印加され、たとえFETを浮遊状態にしても窒化シ
リコンと酸化シリコン膜の積層からなるISFETの絶
縁膜が絶縁破壊する。この対策として、マイクロキャピ
ラリの下流側に高電圧を印加する電気浸透流ポンプを設
け、このポンプの吸引作用により、ポンプより上流に位
置するマイクロキャピラリに血清などを導き、このマイ
クロキャピラリのところにISFETのようなケミカル
センサを設けた。図12は、(a)のように下流に11
cmの長さのマイクロキャピラリのポンプ領域を設けた
場合と、(b)のように0.8cmの極短いポンプ領域
を設けた場合について、電気浸透流の作用による血清の
移動状況を比較した。マイクロキャピラリの幅は約30
μm、深さは約30μmである。まず、PBSで全マイ
クロキャピラリ流路を満たした後、いずれのマイクロキ
ャピラリにおいても、B−C間に2kVの電圧を印加し
た。その後、入り口Aから牛血清を注入し、点Eで22
0nmの紫外光を絞って照射したときの吸光度の時間変
化を示す。その結果、電圧を同じとしたとき、(a)の
マイクロキャピラリ形状の方が(b)のものよりも速く
血清が入り口Aより4mmの位置に到達し、B−C間の
マイクロキャピラリを長くとることにより高いポンプ能
力が得られることから、ISFETなどのケミカルセン
サの下流側に血清などの移動手段を設けた場合にも、ケ
ミカルセンサに血清を導けることがわかり、ISFET
の絶縁破壊を防止できることが示された。
動手段により、血清をケミカルセンサ近傍のマイクロキ
ャピラリ内に引き込み、移動手段の電圧を切ったとす
る。この際、ケミカルセンサで測定をしている間にPB
Sが拡散現象で逆流してくると測定が出来なくなる。そ
こで、この逆流が生じるまでの時間を調べた。図13の
グラフ中に図示したマイクロキャピラリは、本測定に用
いたものであるが、寸法は図12(a)と同様である。
測定では、まず全マイクロキャピラリ流路をPBSで満
たした後、B−C間に高電圧を印加し、入り口Aから牛
血清を注入し、その後高電圧を切り、入り口Aから2m
mと4mmの地点における200nmの紫外光の吸収を
調べた。縦軸の吸収度が低下し始める時点においてPB
Sがケミカルセンサの下流側から戻り始めたことを示
す。ケミカルセンサを用いた測定に要する時間に応じ
て、B−C間の引き込み距離をより長くすることによ
り、逆流開始に至る時間を延長できることは容易に推測
される。
を説明する。図14は、本装置の分析手段近傍の構成を
示す。1401、1402はISFETセンサであり、
1403と1404はグルコースセンサとAg/AgC
l電極であり、1405は移動手段である電気浸透流ポ
ンプを示す。ISFETセンサの測定面積は15μm×
150μmであり、30μm幅のマイクロキャピラリの
流路に沿って、その下に配置し、白金直径20μmの白
金線グルコースセンサはマイクロキャピラリ流路の側壁
に垂直に挿入した。
ースを混入させ、その濃度変化に対するセンサ電流を示
す。ここで、グルコースセンサとしては、直径20μm
のPt線上に、酢酸セルロース、グルコース酸化酵素、
フェロセンカルボキシアルデヒドを順にコーティングし
たものを用い、これらの表面はMPCポリマーでコーテ
ィングした。図15より、グルコース濃度が0の時に流
れている電流は暗電流であるが、グルコース濃度の変化
に対してほぼ線形に応答していることが示される。
清中のpH,Na1,K1各濃度の測定結果を示す。p
Hの測定にはSi3N4、Na+にはPVC、THF、
BIS(12−crown−4)、NPOE、K−TC
PGの混合膜、K+の測定にはPVC、THF、BIS
(Benzo−15−crown−5)、NPOE、K
−TCPGの混合膜を感応膜とした。いずれの場合で
も、広範囲に線形的に応答していることが分かる。
の変型例を示す。本装置は図2の例と同様に1701の
石英基板上に、まず1702の血液採取のための針を介
して血液を1703のマイクロキャピラリへ導入する。
この際キャピラリ中で血液が凝固しないように1704
に貯めておいた抗凝固剤(クエン酸ナトリウム、EDT
A、ヘパリン)を1705のゴム栓を押すことで適宜キ
ャピラリ内に供給できるようになっている。そして17
06の分離手段において図10に示した遠心分離器を用
い、血清と血球を分離する。そしてこの血清を1707
の分析手段へと1708と1709の電極間に電場を印
加することで生じる電気浸透流により導き、血清中のp
H、ナトリウムイオン濃度、カリウムイオン濃度、グル
コース濃度等を検出する。本実施例においてはこの分析
手段を複数設置しており、これらの濃度を一度に分析す
ることが可能である。実際に血清中のこれらの濃度を調
べたところ、第一の実施例の場合と同様の精度で濃度を
測定することができた。
の変型例を示す。本装置は図2の例と同様に1801の
石英基板上に、まず1802の血液採取のための針を介
して血液を1803のマイクロキャピラリへ導入する。
この際キャピラリ中で血液が凝固しないように1804
に貯めておいた抗凝固剤(クエン酸ナトリウム、EDT
A、ヘパリン)を1805のゴム栓を押すことで適宜キ
ャピラリ内に供給してもよい。そして1706の濾過手
段において血漿と血球を分離する。そしてこの血漿を1
807の分析手段へと1808と1809の電極間に電
場を印加することで生じる電気浸透流により導き、血漿
中のpH、ナトリウムイオン濃度、カリウムイオン濃
度、グルコース濃度等を検出する。本実施例においては
この分析手段を複数設置しており、これらの濃度を一度
に分析することが可能である。実際に1806で濾過し
た血漿中のこれらの濃度を調べたところ、第一の実施例
の場合と同様の精度で濃度を測定することができた。
分析装置では、血液分析に必要となる採血、濾過、分
離、分析などの機能をコンパクトに一体化することを実
現した。家庭で手軽に取り扱える本装置により、日々血
液検査を実施し、健康管理、疾病の早期発見に大きく貢
献する。
イオンの移動を示す図
コート効果
影響を示す図
す図
Claims (11)
- 【請求項1】 生体内より血液を採取する採取手段
と、少なくとも採取した当該血液をろ過し血漿を得るろ
過手段あるいは当該血液から血清を分離する分離手段の
内いずれかの手段と、当該血液中の物質を分析する分析
手段と、当該採取手段、当該ろ過手段、当該分離手段、
当該分析手段を接続する流路手段と、当該採取手段、当
該ろ過手段、当該分離手段、当該分析手段、当該流路手
段内に存在する当該血液の成分を移動させる移動手段
と、当該分析手段からの情報を外部に取出すための出力
手段と、当該採取手段、ろ過手段、分離手段、分析手
段、移動手段、出力手段の少なくとも一つの手段の動作
を制御するための制御手段と、当該血液の成分を当該基
板内に保持しておくための保持手段を、一つあるいは複
数の基板内に備え、かつ当該基板が複数である場合には
当該基板が一体化された構造であることを特徴とする装
置において血液の採取、濾過、分離、分析を行う方法。 - 【請求項2】 生体内より血液を採取する採取手段
と、少なくとも採取した当該血液をろ過し血漿を得るろ
過手段あるいは当該血液から血清を分離する分離手段の
内いずれかの手段と、当該血液中の物質を分析する分析
手段と、当該採取手段、当該ろ過手段、当該分離手段、
当該分析手段を接続する流路手段と、当該採取手段、当
該ろ過手段、当該分離手段、当該分析手段、当該流路手
段内に存在する当該血液の成分を移動させる移動手段
と、当該分析手段からの情報を外部に取出すための出力
手段と、当該採取手段、ろ過手段、分離手段、分析手
段、移動手段、出力手段の少なくとも一つの手段の動作
を制御するための制御手段と、当該血液の成分を当該基
板内に保持しておくための保持手段を、一つあるいは複
数の基板内に備え、かつ当該基板が複数である場合には
当該基板が一体化された構造であることを特徴とする血
液分析装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の血液分析方法におい
て、血液の採取に先立ち、採取手段、ろ過手段、分離手
段、分析手段、移動手段、流路手段内を緩衝液で満たす
ことを特徴とする血液分析方法。 - 【請求項4】 請求項2記載の採取手段が、請求項2
記載の基板とは異なる部材からなる中空の針を付属し、
当該針が先端を30μm以下の直径を有する円錐状のガ
ラスあるいは高分子部材の表面に燐ガラスを形成し、さ
らにその表面に耐食性金属を堆積した後、緩衝フッ酸液
により当該耐食性金属部分のみを分離して製作されたも
のであることを特徴とする請求項2記載の血液分析装置 - 【請求項5】 請求項2記載のろ過手段は、複数枚の
定められた径以上の粒子の通過を阻止する石英板を有
し、当該石英板において当該定められた径は、血液の流
れる方向に沿って増大することを特徴とする血液分析装
置。 - 【請求項6】 請求項2記載の分離手段内に存在する
血液あるいは血液抽出物を、請求項2記載の血液分析装
本体を回転し、比重の異なる当該血液中の成分に働く遠
心力の大きさの違いにより、当該血液中の成分を当該分
離手段内において分離する方法。 - 【請求項7】 請求項2記載の分析手段に血液成分を
導入するための移動手段が、当該分析手段より下流側に
設置されていることを特徴とする血液分析装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の血液分析装置におい
て、請求項3記載の血液分析方法により、請求項3記載
の緩衝液を用いて分析手段の下流に設置された移動手段
により、当該分析手段内に血液成分を引き込んだ後、当
該緩衝液が移動手段より分析手段へ逆流する前に分析を
終了する血液分析方法。 - 【請求項9】 請求項2記載の血液分析装置におい
て、請求項2記載の移動手段を構成する2個の電極のう
ち、流路をたどった距離において採取手段に近い側の電
極を接地することを特徴とする血液分析装置。 - 【請求項10】 請求項2記載の分析手段は血清中の
pH値、酸素濃度、二酸化炭素濃度、ナトリウム濃度、
カリウム濃度、カルシウム濃度、グルコース濃度、乳酸
濃度の測定手段であることを特徴とする血液分析装置。 - 【請求項11】 10μm以上150μm以下の幅を
有し、10μm以上150μm以下の深さを有する溝状
構造物と、当該溝状構造物の溝内に少なくとも液体を含
む物質を保持するための蓋から構成されるマイクロキャ
ピラリにおいて、少なくともマイクロキャピラリ内壁に
0.25wt%以上1.0w、t%以下の濃度のMPC
ポリマー(2−methacryloyloxyeth
ylphosphorylcholine)が塗布され
ていることを特徴とする装置。
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