JP2002277479A

JP2002277479A - 液体の移動装置および血液分析装置とそれらの製造方法

Info

Publication number: JP2002277479A
Application number: JP2001123586A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Horiike; 靖浩堀池; Akio Oki; 明男沖; Zen Takamura; 禅高村; Yoki Ogawa; 洋輝小川; Jun Kikuchi; 純菊地
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】血液分析装置において、血液や電解質溶液を引
き込む電気浸透流を用いたポンプにはｋＶという高電圧
を必要とし、被測定者に感電などの危害を与える可能性
があった。またその高電圧や金属電極を用いることに由
来して、電解質溶液や血液中の電極近傍において、酸素
や水素気体の発生やそれら溶液のｐＨの変動などが生
じ、分析に少なからず影響を与えていた。【解決手段】移動手段流路２０１の断面積を当該移動手
段の上流における流路のそれよりも小さくする。また、
移動手段流路２０１の断面積を減少させると、吸引でき
る血液などの容積も減少するので、移動手段流路２０１
を分岐して断面積の小さな分岐流路を並列に複数設ける
ことで総流量の低下を抑制する。さらに、電極２０２，
２０３として光硬化ゲルを用い、従来の金属電極を用い
た場合よりも電極間に電圧を印加しても電流が少なく、
電気化学的作用を抑制して酸素や水素気体の生成や電解
質溶液のｐＨの変動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血液を採取し、血
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。

【０００２】

【従来の技術】人の健康状態や疾病を診断する電子的な
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。

【０００３】通常、このような自動分析装置は、病院な
どの医療機関に設置されており、規模が大きく、また、
その操作は専門の資格を有するものに限られるのもであ
った。ところが、近年、このような自動分析装置に替わ
って、血液分析を各家庭で自らの手で実施することを目
指した小型簡便な血液分析方法ならびに血液分析装置が
開発されている。

【０００４】図１にこのような血液分析装置の概略を示
す。１０１は基板であり、以下に示す本装置の各手段は
マイクロキャピラリによって構成される。１０２は血液
の採取手段である。１０３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１０４、１０５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浸透流による吸引力
によって、体内より基板内に血液を取り入れる。１０６
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。１０７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。１０８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。１０９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。１１０はマイクロキャピラリ中で血液を
電気浸透流により移動させるための移動手段である。１
１１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。１１２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保持手段を有し、この板は基板１０
１に接着あるいは圧着されている。

【０００５】図２に移動手段１１０を示す。従来の血液
分析装置では、本体を小型化するために、電気浸透流に
よるポンプ作用を用いて、採取した血液を採取手段１０
２から分析手段１０８までを移動させている。図１に示
したようにこの装置では、移動手段１１０が採取手段１
０２から分析手段１０８のさらに下流側に配置されてい
ることが特徴である。すなわち、図２に示す移動手段１
１０は採取手段１０２から分析手段１０８（点線は１０
８の一部を示す）のさらに下流側に配置されており、移
動手段流路２０１の上流側には電極２０２を設けてあり
正の電圧を印加し、下流側には電極２０３を設けてこれ
を接地する。これにより当該電極２０２、２０３間に印
加された電圧により生じる電気浸透流のために、移動手
段流路２０１内の血液をはじめとする電解質液体は電極
２０２から電極２０３の向きに移動する。この結果、移
動手段１１０の上流側には陰圧（吸引力）が生じるた
め、血液を採取手段１０２から分析手段１０８まで導く
ことができる。そして、この構造の利点は、採取手段１
０２から分析手段１０８までの間に保持されている血液
成分に直接電圧が印加されないということである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
血液分析装置では、移動手段流路２０１が１本であるた
め、採取した血液を、採取手段から分析手段まで実用上
支障のない時間内で移動するのに必要な吸引力を生じさ
せるためには、電極２０２と電極２０３の間には約５０
０Ｖ／ｃｍの電界が必要であり、電極２０２には１００
０Ｖを印加していた。先に説明した構造より、電圧を印
加するのは採取手段１０２から分析手段１０８に至る部
分よりさらに上流側であり、さらに電極２０３を接地し
ているために採取手段１０２から分析手段１０８に至る
部分に直接高電圧がかかる可能性はないと考えられる
が、本装置の性質上、血液採取時に人体に直接触れるこ
と、あるいは専門の知識を持たない人でも操作を行うこ
とを考慮すると、万一の危険を避けるためには、是非と
も、移動手段１１０の駆動電圧は人体等に悪影響のな
い、低電圧であることが不可欠であった。

【０００７】また、従来、電極２０２、あるいは電極２
０３には、白金などの金属製の電極が用いられてきた。
ところが、電気浸透流を生じさせるための移動手段１１
０の構造は、電気分解装置と同じ構造であるために、電
極２０２、２０３では、水の電気分解により、水素ガス
と酸素ガスがそれぞれ発生する。従って、これらのガス
が移動手段流路２０１内で容積を占めるために、採取手
段から血液成分を吸引するという本来の作用より、ガス
により血液成分が採取手段側に押し出されることがある
といった問題が生じていた。さらに、電極２０２と２０
３での電気化学反応に由来して、流路内を満たす電解質
溶液のｐＨが著しく変化してしまい、これが分析に少な
からず影響を及ぼしてしまうという問題があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】電気浸透流に由来する圧
力は、移動手段を構成する流路の断面積が小さいほど大
きくなるので、移動手段１１０における移動手段流路２
０１の断面積を当該移動手段の上流における流路のそれ
よりも小さくする。また、移動手段流路２０１の断面積
を減少させると、吸引できる血液などの容積も減少する
ので、移動手段流路２０１を分岐して断面積の小さな分
岐流路を並列に複数設けることで総流量の低下を抑制す
る。さらに、電極２０２，２０３として光硬化ゲルを用
い、従来の金属電極を用いた場合よりも電極間に電圧を
印加しても電流が少なく、電気化学的作用を抑制して酸
素や水素気体の生成や電解質溶液のｐＨの変動を抑制す
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】図３に図１ならびに図２で説明し
た本発明に基づく装置の移動手段の部分の概略図を示
す。図中で図１あるいは図２と同じものは、図１あるい
は図２と同じ番号で示す。流路手段１０９は分析手段と
本図に示す移動手段を介する流路からなり、矢印で示し
た向きに血液あるいは電解液が流れる。本移動手段は、
流路手段３０１と接続する上流流路３０２と、この上流
流路３０２と接続する小断面積流路３０３と、小断面積
流路３０３と本移動手段の下流側に配置された下流流路
３０４からなる。本移動手段の特徴は、種々の流路（図
中、３０１、３０２、３０４）に比して、その流路断面
積が小さい小断面積流路３０３を有することである。電
気浸透流作用によるポンプ力は、印加電圧に比例し、溝
断面寸法の２乗に、すなわち断面積に反比例するため
に、溝の断面積を小さくすると、印加電圧を極めて小さ
くしてもポンプ力を一定に保つことができる。例えば、
小断面積流路３０３の断面形状を約１μｍ×１μｍとす
ると、１０Ｖの印加電圧でも、０．１気圧という極めて
大きなポンプ力が実現できる。図６に、計算により求め
たキャピラリー直径と静止最大圧の関係ならびに平均流
速と有効ポンプ圧の関係をそれぞれ示す。ここで、小断
面積流路３０３の断面積を減少させると、吸引できる血
液などの容積も減少するので、これをを抑制するため
に、図４に示すように小断面積流路３０３を上流流路３
０２と下流流路３０４に対して並列に複数設置しても良
い。

【００１０】また、小断面積流路３０３に電圧を印加す
るための各電極は、それぞれゲル電極３０６と白金電極
３０７、ならびにゲル電極３０８と白金電極３０９の組
み合わせで構成されている。特にこれらの電極は図１の
基板と一体化されているところにも特徴がある。この構
造により、ゲル電極３０６ならびにゲル電極３０８が血
液成分あるいは電解液と接する箇所においては、電気化
学反応がほとんど生じないため、水素ガスや酸素ガスが
発生せず、これらのガスが移動手段流路２０１内に貯ま
って、ポンプ力を損なうことがなく、また電解質溶液の
ｐＨの変動などは生じない。

【００１１】

【実施例】〔第一の実施例〕本実施例の装置の移動手段
１１０の構成は図３に示したものと同様であり、符号は
前述のものを使用する。この実施例の装置における基板
には石英を用い、小断面積流路３０３の断面は５μｍ×
３０μｍである。これらの流路は、光露光によりパター
ンを形成した後に、乾式エッチングを行って形成した。
この様に作製することにより、精度良く所望のパターン
を形成することが出来る。白金電極３０９を接地し、白
金電極３０７に４０Ｖを印加したところ、移動手段１１
０の上流側にある採取手段１０２からは、２ｎｌの血液
を６０秒で吸引することができた。また、ゲル電極３０
６ならびにゲル電極３０８が血液に接する箇所において
気体発生や流路中の電解質溶液のｐＨの変動は見られな
かった。

【００１２】図７は、このポンプ力を測定するために、
図３の構成に圧力測定用のキャピラリー６０１を加えた
ものである。そして、流路手段３０１、上流流路３０
２、小断面積流路３０３、下流流路３０５を液体６０２
（点線で示す領域）で満たし、キャピラリー６０１の閉
端部には気泡６０３が残るようにした。この気泡６０３
の膨張より、ポンプ力を算出したところ、印加電圧４０
Ｖにおけるポンプ力は約１０００Ｐａであり、また。小
断面積流路３０３の面積の減少に伴い、それは増加し
た。

【００１３】また、基板および型基板の材料にそれぞれ
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）および石英を用
い、まず型基板の作製を光露光と乾式エッチングを用い
行なった後に、当該型基板をＰＥＴ基板に圧着し、当該
ＰＥＴ基板表面にパターンを転写して作製した血液分析
装置についても同様の実験を行った結果、上述の石英基
板と同等の血液引き込み能力を有することが判明した。
またこのときもゲル電極３０６ならびにゲル電極３０８
が血液に接する箇所において気体発生や流路中の電解質
溶液のｐＨの変動は見られなかった。

【００１４】〔第二の実施例〕本実施例の装置の移動手
段１１０の構成は図４に示したものと同様であり、符号
は前述のものを使用する。この実施例の装置における基
板としては石英を用い、小断面積流路３０３の断面は５
μｍ×３０μｍであり、これを８本並列に接続してい
る。白金電極３０９を接地し、白金電極３０７に２０Ｖ
を印加したところ、移動手段１１０の上流側にある採取
手段１０２からは、１０ｎｌの血液を６０秒で吸引する
ことができた。また、ゲル電極３０６ならびにゲル電極
３０８が血液に接する箇所において気体発生や流路中の
電解質溶液のｐＨの変動は見られなかった。

【００１５】

【発明の効果】以上に述べたとおり、本発明による血液
分析装置では、移動手段における移動手段経路を小さい
断面積で複数も受けることにより、人体に害のない２０
Ｖという低電圧によっても充分なポンプ力を得ることが
できた。また、ゲル電極を介して、電圧を印加すること
により、移動手段流路内での気体発生や流路中の電解質
溶液のｐＨの変動を抑えることができた。また、これら
の結果は単に移動対象が血液もしくは血液の成分を含む
液体にとどまらず、あらゆる液体全般にを対象に適用可
能であることが容易に推測できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の血液分析装置の概略図

【図２】従来血液分析装置の移動手段の構成を説明す
る図

【図３】本発明による血液分析装置の移動手段の構成
を説明する図

【図４】本発明による血液分析装置の移動手段の構成
を説明する図

【図５】小断面積流路の断面を示す図

【図６】キャピラリー直径と静止最大圧の関係ならび
に平均流速と有効ポンプ圧の関係を示す図

【図７】ポンプ力を測定する装置の図

【符号の説明】

１０１基板１０２採取手段１０３針１０４電極１０５電極１０６濾過手段１０７分離機構１０８分析手段１０９流路手段１１０移動手段１１１出力手段１１２制御手段２０１移動手段流路２０２電極２０３電極３０１流路手段３０２上流流路３０３小断面積流路３０４下流流路３０５ゲル電極３０６白金電極３０７ゲル電極３０８白金電極７０１圧力測定用キャピラリー７０２液体７０３気泡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１Ｇ０１Ｎ 37/00 １０１ (72)発明者沖明男東京都三鷹市大沢二丁目20番地33 第二武蔵野寮418号 (72)発明者高村禅東京都荒川区南千住四丁目９番地２リバーハープ南千住 401号 (72)発明者小川洋輝神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目18番地１センチュリー新横浜701号室 (72)発明者菊地純東京都港区白金台２丁目14番地６号Ｆターム(参考） 2G042 AA01 BB03 BB05 BB09 BC01 BC02 BD19 CA10 CB03 2G045 CA25 DB30 FA07 FA09 FA11 FA34 HA02 HA06 HA09 HA14 HA16 HA20 JA07 JA08 JA20 2G052 AA00 AA30 AD06 AD26 BA13 BA14 BA28 CA09 CA12 CA29 DA09 EA08 HC03 HC27 JA06 JA11 JA16 2G058 BA07 DA09 GB10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも液体を流す流路手段と、当該
流路手段内に存在する当該液体を移動させる移動手段を
有する基板において、当該移動手段が一本の上流流路
と、当該上流流路に接続する当該上流流路の断面積より
小さい断面積を有する小断面積流路と、当該小断面積流
路に接続する一本の下流流路からなることを特徴とする
液体の移動装置。
【請求項２】請求項１記載の液体が、少なくとも血液
の構成成分を含むことを特徴とする液体の移動装置。
【請求項３】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を備える一つあるいは複数の基板
と、当該血液の成分を当該基板内に保持しておくための
一つあるいは複数の保持手段を備え、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において当該移動手段が一
本の上流流路と、当該上流流路に接続する当該上流流路
の断面積より小さい断面積を有する小断面積流路と、当
該小断面積流路に接続する一本の下流流路からなること
を特徴とする血液分析装置。
【請求項４】請求項１および３記載の小断面積流路
が、上流流路と下流流路の間で複数本並列に接続されて
いることを特徴とする液体の移動装置および血液分析装
置。
【請求項５】請求項１および３記載の移動手段中の上
流流路側と下流流路側の流路に少なくともそれぞれ一つ
以上の電極が設置されていることを特徴とする液体の移
動装置および血液分析装置。
【請求項６】請求項５記載の電極のうち少なくとも一
つが、特に光硬化ゲルであることを特徴とする液体の移
動装置および血液分析装置。
【請求項７】請求項６記載の光硬化ゲルは液体の移動
装置および血液分析装置の一構成要素として当該装置と
一体化されていることを特徴とする液体の移動装置およ
び血液分析装置。
【請求項８】請求項１および３記載の基板は、少なく
ともシリコン酸化物を含むことを特徴とする液体の移動
装置および血液分析装置。
【請求項９】請求項８記載の基板を用いて、請求項１
および３記載の種々の流路を作製するにあたり、光露光
もしくは電子線露光により所望のパターンを形成した後
に、乾式エッチングにより形成されていること特徴とす
る液体の移動装置および血液分析装置の製造方法。
【請求項１０】請求項１および３記載の基板は、少な
くとも樹脂を含むことを特徴とする液体の移動装置およ
び血液分析装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の基板を用いて、請求
項１および３記載の種々の流路を作製するにあたり、型
基板上に光露光もしくは電子線露光により所望のパター
ンを形成した後に、乾式エッチングにより、当該パター
ンを型基板上に形成した後に、当該型基板を請求項１０
記載の基板に押し付け、当該基板表面に当該型基板表面
上に形成されているパターンを転写することを特徴とす
る液体の移動装置および血液分析装置の製造方法。
【請求項１２】請求項１０記載の基板が特にポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）であることを特徴とする
液体の移動装置および血液分析装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１０記載の基板が特にポリエチ
レン（ＰＥ）であることを特徴とする液体の移動装置お
よび血液分析装置の製造方法。
【請求項１４】請求項１０記載の基板が特にポリウレ
タンであることを特徴とする液体の移動装置および血液
分析装置の製造方法。
【請求項１５】請求項１１記載の型基板が特にシリコ
ン酸化物を含む物質であることを特徴とする液体の移動
装置および血液分析装置の製造方法。
【請求項１６】請求項１１記載の型基板が特にシリコ
ンを含む物質であることを特徴とする液体の移動装置お
よび血液分析装置の製造方法。