JP2010127905A - 混合カートリッジおよび検体検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ごく少量の検体および反応試薬で高精度の検査を可能にする。
【解決手段】検体と検体の検査すべき項目である測定項目に対応する第１試薬とを混合する混合カートリッジ２００であって、検体および第１試薬のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する微細流路１を形成する部材と、検体を微細流路１に供給する検体タンク５および検体ポンプ１５と、第１試薬を微細流路１に供給する第１試薬タンク４および第１試薬ポンプ１４と、微細流路１に連通し、微細流路１を流通する溶液から溶液の一部を毛細管現象により分離する第１微細廃棄流路６とを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、検体と反応試薬を混合する混合カートリッジ、および該混合カートリッジで混合された混合溶液を用いて光学的に検体を検査する検体検査装置に関する。
血液や尿などの生体液中を検体とし、検体中に含まれるイオン、ガス成分および生化学成分などの種々の生体関連物質を測定するための検体検査装置がある。従来の検体検査装置は、大病院などの血液センターに設置され最大数百種類の項目を測定できる比較的大型のものが主流である。
近年、小型の検体検査装置の開発要求が高まり、極少量の検体から生体関連物質を高感度に検出する機構の開発が求められている。
このような技術の一つとして、微細流路に検体と試薬を混合した混合溶液を供給し、光学的に検体を測定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１には、２つの試薬をＹ字流路により混合する場合、各試薬を同時に送液したとしても、混合液の先頭部分では混合比率が安定しないため、この先頭部分を切り捨てて、混合比率が安定してから混合溶液を次工程へ送液するようにすることが望ましい旨が記載されている。
特開２００６−２１７８１８号公報
しかしながら、上記特許文献１には、混合液の先頭部分（混合比率が安定しない部分）をどのように切り捨てるのかについての具体的な手法の記載はなく、ごく少量の検体で高精度の検査ができないという問題がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ごく少量の検体および反応試薬で高精度の検査が可能な混合カートリッジおよび検体検査装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、検体を含む第１溶液と前記検体の検査すべき項目である測定項目に対応する第２溶液とを混合する混合カートリッジであって、前記第１溶液および前記第２溶液のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する流路を形成する部材と、前記第１溶液を前記流路に供給する第１送液手段と、前記第２溶液を前記流路に供給する第２送液手段と、前記流路に連通し、前記流路を流通する前記溶液から前記溶液の一部を毛細管現象により分離する分離手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、検体を含む第１溶液と前記検体の検査すべき項目である測定項目に対応する第２溶液とを混合した混合溶液を用いて前記検体の検査を行う検体検査装置であって、前記第１溶液および前記第２溶液のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する流路を形成する部材と、前記第１溶液を前記流路に供給する第１送液手段と、前記測定項目を選択する選択手段と、前記第２溶液を前記流路に供給する第２送液手段と、前記流路に連通し、前記流路を流通する前記溶液から前記溶液の一部を毛細管現象により分離する分離手段と、前記流路内の前記溶液の一部が分離された混合溶液に光を照射して前記検体の検査を行う検査手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、検体を含む第１溶液と前記検体の検査すべき項目である第１測定項目に対応する第２溶液とを混合した第１混合溶液を用いて前記検体の検査を行う検体検査装置であって、前記第１溶液および前記第２溶液のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する流路を形成する部材と、前記第１溶液を前記流路に供給する第１送液手段と、前記第１測定項目を選択する選択手段と、前記第２溶液を前記流路に供給する第２送液手段と、前記流路における前記第１溶液と前記第２溶液とが合流する位置である第１合流位置より下流位置に連通し、前記第１合流位置で混合された前記第１混合溶液から、前記第１測定項目に定められた前記第１溶液と前記第２溶液の混合比率と異なる比率で混合された前記第１混合溶液の一部の溶液である第１不確定混合溶液を、毛細管現象により分離する分離手段と、前記流路内の前記第１不確定混合溶液が分離された第１混合溶液に光を照射して前記検体の検査を行う検査手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、検体の検査すべき測定項目に対応して、流路を流通する溶液から適切な量の溶液の一部を毛細管現象により分離することによって、少量の検体及び反応試薬で精度の高い検査が可能となるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる混合カートリッジおよび検体検査装置の最良な実施の形態を詳細に説明する。
（実施の形態１）
ごく少量の検体と反応試薬を混合する混合カートリッジ、および該混合カートリッジを用いて検体を検査する検体検査装置においては、溶液が流通する微細流路内で検体と反応試薬との安定した混合溶液を得ることが重要になる。しかしながら、検体といろいろな反応試薬とを混合した混合溶液を得ようとすると、微細流路内で混合溶液が均一に混合されて安定化するまでに、測定項目（測定に使用する反応試薬またはその混合比率、あるいは試薬などを供給するポンプの動作遅れなど）に応じて大きな差が生じてしまう。すなわち、測定項目ごとに、安定した混合溶液を得る前の不安定で不確定な混合溶液部分の量が、測定項目に応じてあるいは溶液の混合比率に応じて異なるため、それぞれに応じて不確定な混合溶液部分も異なることになる。従って、以下の実施の形態では、測定項目に対応させて、混合溶液から適切な量の不確定な混合溶液部分（混合溶液の一部）を分離可能とした。
図１は、実施の形態１にかかる検体検査装置５００の構成を概略的に示すブロック図である。検体検査装置５００は、検体と反応試薬とを混合させる混合カートリッジ２００と、混合カートリッジ２００により混合された混合溶液を光学的に検査する光学検査部３００と、混合カートリッジ２００および光学検査部３００の動作を制御する制御部４００と、を備えている。なお、本実施の形態にかかる検体検査装置５００では、検査を行う検体ごとに混合カートリッジ２００を使い捨てる使用形態が考えられる。これは、医療廃棄物に該当する廃棄部分から検体等が外に漏れることで、安全衛生に支障を生じないようにするためである。
図２は、実施の形態１にかかる混合カートリッジ２００の構成を示した模式図である。図２に示すように、混合カートリッジ２００は一部に光学的な検査を行うための第１測光セル１１および第２測光セル２１を具備し、その内部に微細流路１が形成されている。微細流路１には、第１試薬タンク４と、検体タンク５と、オイルタンク７と、第２試薬タンク２４と、第１微細廃棄流路６と、第２微細廃棄流路１６とが連通している。各タンクは、微細流路１の一部である微細流路１ａ、微細流路１ｂ、微細流路１ｃ、および微細流路１ｅにより微細流路１に連通している。また、微細流路１、第１微細廃棄流路６、および第２微細廃棄流路１６は、混合カートリッジ２００に形成されている。
混合カートリッジ２００では、第１試薬タンク４から送液された第１試薬と検体タンク５から送液された検体とが混合され、その混合された混合溶液が第１測光セル１１に向かって流通していく。そして、第１測光セル１１において、第１試薬と検体との混合溶液により検体の検査が行われる。その後さらに、第１試薬と検体との混合溶液に第２試薬が混合され、その混合された混合溶液が第２測光セル２１に向かって流通していく。そして、第２測光セル２１において、第１試薬と検体と第２試薬との混合溶液により検体の検査が行われる。ここで、本実施の形態の混合カートリッジ２００の微細流路１では、各タンクにより検体や反応試薬等の溶液が送液される送液口付近より、混合溶液が排出される第２測光セル２１側の排出口が広くなっている。
それぞれ、第１試薬タンク４には第１試薬ポンプ１４が、検体タンク５には検体ポンプ１５が、オイルタンク７にはオイルポンプ１７が、第２試薬タンク２４には第２試薬ポンプ３４が配置されている。第１試薬ポンプ１４、検体ポンプ１５、オイルポンプ１７、および第２試薬ポンプ３４は、シリンジタイプのポンプであって、対応するタンクに貯蔵してある溶液を押し出すことで送液して微細流路１へ供給する。
第１試薬タンク４に連通する微細流路１ｂと、検体タンク５に連通する微細流路１ａと、オイルタンク７に連通する微細流路１ｃとは、微細流路１の同じ地点である合流地点４１で合流するように配置されており、その合流地点４１で第１試薬と検体とオイルが微細流路１に合流するようになっている。そして、第１試薬と検体とオイルの合流地点４１より溶液の流れの下流位置であって、後述する第１磁石１９の配置位置より溶液の流れの上流位置である微細流路１のうち、合流地点４１と第１磁石１９の配置位置との中間位置付近に第１微細廃棄流路６が分岐して連通している。第１微細廃棄流路６は、微細流路１の径より小さい径を有して形成されており、微細流路１を流通する検体と第１試薬とを混合した混合溶液から該混合溶液の一部を毛細管現象により第１微細廃棄流路６内へ吸い上げることで、混合溶液から該混合溶液の一部を分離する。
検体の検査が行われる第１測光セル１１より上流側であって、第１微細廃棄流路６と微細流路１との分岐地点５１より下流側の微細流路１内には、溶液の攪拌を行う攪拌部材である第１磁石１９が配置されている。そして、微細流路１の外側の第１磁石１９の周辺には第１攪拌制御部１８が配置されている。この第１攪拌制御部１８は１対の電磁石からなり、交互に電磁石に流す電流をＯＮ／ＯＦＦにさせることにより微細流路１内の第１磁石１９を振動させて、検体と第１試薬との混合溶液を攪拌する。なお、本実施の形態では、攪拌部材として磁石（第１磁石１９）を配して溶液を攪拌しているが、これに限定されることなく、強磁性を有する物質であれば他の部材を配してもよい。また、後述する第２磁石２９についても同様である。
第１磁石１９より下流側には、光を照射して光学的な検査を行う第１測光セル１１が設けられている。第１測光セル１１は、特に検査誤差を引き起こさないように光の透過率の高い材質等を使用することが好ましい。第１測光セル１１に達した混合溶液は、検体検査装置に組み込まれた光学検査部３００（図１参照）によって検査される。
第１測光セル１１より下流側に、微細流路１へ合流するように連通した第２試薬タンク２４が設けられ、第１試薬の場合と同様に第２試薬タンク２４と微細流路１との合流地点４２より下流位置であって、後述する第２磁石２９の配置位置より上流位置である微細流路１のうち、合流地点４２と第２磁石２９との中間位置付近に、第２微細廃棄流路１６が分岐して連通している。
そして、第２微細廃棄流路１６と微細流路１との分岐地点５２より下流位置の微細流路１内には溶液の混合を行う第２磁石２９が配置されている。微細流路１の外側の第２磁石２９の周辺には、第１攪拌制御部１８と同様の機構で第２磁石２９を動作させる第２攪拌制御部２８が配置されている。
第２磁石２９より下流側には、光を照射して光学的な検査を行う第２測光セル２１が設けられている。第２測光セル２１は、第１測光セル１１同様に検査誤差を引き起こさないように光の透過率の高い材質等を使用することが好ましい。第２測光セル２１に達した混合溶液は、検体検査装置に組み込まれた光学検査部３００（図１参照）によって検査される。
なお、本実施の形態の混合カートリッジ２００とは、図２に示す各要素のうち、攪拌制御部１８、２８を除くすべての要素から構成されているものをいう。具体的には、本実施の形態の混合カートリッジ２００は、微細流路１（微細流路１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｅを含む）、第１測光セル１１、第２測光セル２１、第１試薬タンク４、検体タンク５、オイルタンク７、第２試薬タンク２４、第１微細廃棄流路６、第２微細廃棄流路１６で構成されている。また、必要に応じて、攪拌に必要な第１磁石１９および第２磁石２９を、混合カートリッジ２００内の構成要素として含めてもよい。
また、検体検査装置５００の仕様の関係上、混合カートリッジ２００の構成要素である検体、試薬およびオイルが充填されている各タンク（第１試薬タンク４、検体タンク５、オイルタンク７、および第２試薬タンク２４）が混合カートリッジ２００と必ずしも一体となった構成とすることなく、実際に使用する際にこれらタンクとタンク以外の他の構成要素とを組み合わせ、混合カートリッジとして機能するように構成させてもよい。
次に、本実施の形態にかかる混合カートリッジ２００を備えた検体検査装置５００の動作について説明する。検体タンク５内には、血液や尿などの生体液である検体を保持し、検体ポンプ１５によって検体を押し出すことで微細流路１へと送液する。また、第１試薬タンク４内には検体の検査すべき項目である測定項目に対応した第１試薬（反応試薬）が選択的に保持されており第１試薬ポンプ１４によって微細流路１へと送液される。測定項目に応じて反応試薬が２つ必要となる場合もあるため、第１試薬とは別の第２試薬が第２試薬タンク２４内に保持され、第２試薬ポンプ３４によって微細流路１内に送液することができる。第１試薬と検体とは微細流路１内の合流地点４１で同時に供給されるように送液され、合流地点４１で第１試薬と検体とが合流するとそれらの混合溶液が得られる。
ところが、検体ポンプ１５や第１試薬ポンプ１４などのポンプの駆動動作は、動作信号を受け取ってから所定の流速を与える定常動作に達するまでに時間差が生じる。また、その時間差は、ポンプが与えようとする所定流速によってばらつきがある。
ここで、ポンプの動作性能について説明する。図３−１は、シリンジポンプの定格流量を１０μL/minとした場合のポンプの動作性能の一例を示すグラフである。また、図３−２は、シリンジポンプの定格流量を１００μL/minとした場合のポンプの動作性能の一例を示すグラフである。横軸は駆動電気信号をポンプが受けてからの経過時間であり、縦軸はポンプが流体に与える流量を示したものである。
送液ポンプはどのような種類であっても、駆動電気信号を受け取ってから動作が開始する時間あるいは動作し定格流量に達するまでに多少の時間差を生じる。ポンプが定格流量を与える定常動作に達するまでの時間は、その定格流量によって異なり、例えば、図３−１では約２秒であり、図３−２では約０．４秒となっている。従って、ポンプが定常動作に達するまでに送液された溶液流量の定量性を確保することはできない。
検体を検査すべき測定項目が決まると、検体ポンプ１５および第１試薬ポンプ１４の定格流量を、所定の混合比率を満たすよう決定する。ポンプが、ある定格流量を与えようとし、定常動作に達するまでの時間およびそれまでに送液する溶液の量は、ポンプによって固有の値を有している。従って、本実施の形態のように、微細流路１を用いた連続送液により一定比率で検体と反応試薬を混合する方式では、検体ポンプ１５および第１試薬ポンプ１４の双方が定常動作に達する前に混合された溶液部分、および第２試薬ポンプ３４が定常動作に達する前に混合された溶液部分は混合比率が不確定であり、測定に使用できないため微細流路１から分離する必要がある。なお、検体ポンプ１５、第１試薬ポンプ１４および第２試薬ポンプ３４の駆動動作特性による、混合比率が安定化するまでの不確定な混合溶液（以下、「不確定混合溶液」という。）の量は測定項目によって決まる。
ここで、検体と第１試薬とが合流して混合された不確定混合溶液が微細流路１を流通していく場合について、図を参照して説明する。図４−１、４−２、４−３は、不確定混合溶液が微細流路１内を流通していく場合の説明図である。図４−１は、検体と第１試薬とが混合される直前の状態の説明図である。図４−２は、検体と第１試薬とが混合され、不確定混合溶液αが微細流路１内に流通し始めた状態の説明図である。図４−３は、検体と第１試薬とが混合され、不確定混合溶液αの後から混合比率が安定した混合溶液βが微細流路１内に流通している状態の説明図である。図４−１に示すように、微細流路１ａには検体タンク５からＡ方向に送液された検体が供給され、微細流路１ｂには第１試薬タンク４からＢ方向に送液された第１試薬が供給される。そして、検体と第１試薬とは合流地点４１で合流する。なお、微細流路１ｃには検体と第１試薬を混合した後に、オイルタンク７からＣ方向にオイルが送液されることになる。
そして、検体と第１試薬が合流し混合溶液となる場合、まずは、検体ポンプ１５が定常動作に達するまでに送液された検体と、第１試薬ポンプ１４が定常動作に達するまでに送液された第１試薬とが合流するため、図４−２に示すように、混合比率が不確定な不確定混合溶液αが微細流路１を流通していく。
さらに、検体ポンプ１５が定常動作に達した後に送液された検体と、第１試薬ポンプ１４が定常動作に達した後に送液された第１試薬とが合流するため、図４−３に示すように、不確定混合溶液αの後に所望の混合比率の混合溶液βが微細流路１を流通していく。つまり、混合溶液βの進行方向の先頭側に不確定混合溶液αがある状態で検体と第１試薬との混合溶液βが第１測光セル１１まで流通すると、不確定混合溶液αも検査の対象となってしまう。
しかしながら、上述したように、検体ポンプ１５および第１試薬ポンプ１４双方が定常動作に至るまでに送液された不確定混合溶液は、混合割合が安定しないため測定に使用することができない。従って、不確定混合溶液を微細流路１から分離する必要がある。
そこで、本実施の形態の混合カートリッジ２００は、第１微細廃棄流路６内にこの不確定混合溶液を導入して微細流路１から分離する。すなわち、混合カートリッジ２００では、不確定混合溶液が微細流路１と第１微細廃棄流路６との分岐地点５１へ達すると、毛細管現象により第１微細廃棄流路６へと不確定混合溶液が吸い上げられる。
ここで、検体と第１試薬とが合流した不確定混合溶液が分離される場合について、図を参照して説明する。図５−１、５−２、５−３は、不確定混合溶液が第１微細廃棄流路６に吸収されていく場合の説明図である。図５−１は、検体と第１試薬とが混合され、不確定混合溶液αが微細流路１内に流通し分岐地点５１に達した状態の説明図である。図５−２は、不確定混合溶液αが第１微細廃棄流路６に吸収された状態の説明図である。図５−３は、不確定混合溶液αが第１微細廃棄流路６に吸収された後に、混合比率が安定した混合溶液βが微細流路１内に流通している状態の説明図である。図５−１では、図４−２と同様に、混合比率が不確定な不確定混合溶液αが微細流路１を流通していき、分岐地点５１に達した状態である。この後、本実施の形態の混合カートリッジ２００では、図５−２に示すように、不確定混合溶液αが第１微細廃棄流路６に吸い上げられていくことで不確定混合溶液αが微細流路１から分岐（分離）され、不確定混合溶液αの後からは所望の混合比率で混合された混合溶液βが流通してくる。
そして、図５−３に示すように、不確定混合溶液αが第１微細廃棄流路６に保持されると、その後ろから流通してきた混合溶液βのみが微細流路１を流通していく。つまり、混合溶液βの進行方向の先頭側に不確定混合溶液αがない状態で検体と第１試薬との混合溶液βが第１測光セル１１まで流通するため、不確定混合溶液αが検査の対象となってしまうことはない。
この場合、第１微細廃棄流路６は不確定混合溶液を充分吸い上げられる容量に事前に設計しておく必要があるが、図３−１、３−２に例示したようにポンプの動作性能および反応試薬の混合比率により第１微細廃棄流路６の容量は設計可能である。なお、微細廃棄流路の設計値は特に限定されるものではなく、毛細管現象により不確定混合溶液を吸い上げ得るサイズであれば、その構造およびサイズは特に限定されるものではない。また、毛細管現象をより積極的に利用するために、微細廃棄流路内に親水処理などの処理を行ってもよい。このように、混合カートリッジ２００では、不確定な混合比率の不確定混合溶液が第１微細廃棄流路６内へ導入されるため、微細流路１から分岐あるいは分離することが可能となる。
図２に戻り、不確定混合溶液を取り除いた検体と第１試薬の混合溶液は、微細流路１内にある第１磁石１９まで搬送される。第１磁石１９は、第１攪拌制御部１８によって微小運動することによって、検体と第１試薬とを攪拌し反応を促進させる。検体ポンプ１５および第１試薬ポンプ１４は所定の時間だけ駆動動作を行うと送液を止める。その後、オイルタンク７内のオイル（水と混合しない溶液であれば特に限定はされない）をオイルポンプ１７によって微細流路１内に送液することで混合溶液を搬送する。微細流路１内に設けられた第１測光セル１１を混合溶液が満たすまでオイルポンプ１７の駆動によるオイル送液により搬送が行われる。
光学的な手法による検査が終了すると、再びオイルポンプ１７を駆動させ混合溶液を搬送させる。混合溶液が第２試薬タンク２４まで達すると、第２試薬ポンプ３４は第２試薬の送液を開始する。
検体と第１試薬との混合時と同様に、検体と第１試薬とを混合した混合溶液と第２試薬との混合比率が不確定な混合溶液（不確定混合溶液）は微細流路１から第２微細廃棄流路１６へと分離した後、第２磁石２９および第２攪拌制御部２８によって混合溶液を攪拌し混合を促進する。その後、微細流路１内に設けられた第２測光セル２１を混合溶液が満たすと、再び光学的な手法による光学検査部３００（図１参照）の検査が行われる。
なお、測定項目によっては、第１試薬のみで検体検査が行われるものもあるため、第２試薬の混合に係る構成を具備していなくとも構わない。また、送液を行うポンプはシリンジポンプを使用したが、プランジャー方式、圧電方式、その他溶液を送液できるポンプであれば特に限定はされない。
また、検体タンク５、第１微細廃棄流路６、第２微細廃棄流路１６、第１磁石１９、第２磁石２９、および微細流路１を形成する混合カートリッジ２００等の検体に接触する部分は特に、他の検体の混入による検査誤差を軽減するために、検体毎に入れ替える形態が考えられる。試薬タンク４、２４およびオイルタンク７も検体毎に入れ替える構成にしてもよい。
さらに、本実施の形態では混合溶液の混合を行う攪拌に第１磁石１９、第２磁石２９、第１攪拌制御部１８、第２攪拌制御部２８を使用したが、その他の機構であってもよい。また、オイルポンプ１７によって混合溶液を搬送したが、他の方法を用いても本実施の形態の効果を得ることができる。
また、図２では、溶液を攪拌する第１磁石１９を第１微細廃棄流路６の分岐地点５１よりも下流側に配しているが、第１磁石１９を第１微細廃棄流路６の分岐地点５１よりも下流に配するか上流に配するかはどちらでも構わない。しかし、混合比率が不確定な溶液が攪拌を行う第１磁石１９のある部分に達すると、検査に用いる混合溶液の混合比率に多少の誤差が生じ検査精度の低下につながるので、第１磁石１９の上流に第１微細廃棄流路６との分岐地点５１がある構成の方が望ましい。また、第２試薬を混合する際の構成に関しても同様である。
図６は、制御部４００の機能構成を示すブロック図である。なお、図２に対応する部分に同じ符号を付し、重複説明は一部省略する。図６に示すように、制御部４００は、測定項目選択部１００と、記憶部である測定項目データベース（以下ＤＢと記載）２と、動作制御部３とを備えている。
測定項目選択部１００は、選択手段として機能するものであって、例えばキーボードなどから、検体のどの項目を検査するかを入力され、その信号を動作制御部３に出力する。測定項目ＤＢ２は、検体、第１試薬、第２試薬が測定項目に対応した混合比率で混合されるよう規定された定格流量、および送液を行う第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５と第２試薬ポンプ３４の駆動時間などが記憶されたメモリ等の記録媒体である。動作制御部３は、測定項目ＤＢ２に記憶された各種パラメータを呼び出し、そのパラメータに応じて送液ポンプおよび攪拌制御部の動作時間やタイミングなどの制御を行うものである。
以下に、図６を参照して、送液ポンプの駆動動作の詳細について説明する。測定項目選択部１００に測定項目が入力されると、動作制御部３にその信号が出力される。動作制御部３は、入力された測定項目に対応した定格流量および時間だけ第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５が微細流路１への送液動作をするよう動作信号を送信する。第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５は、合流地点４１において検体および第１試薬が同時に合流するよう送液動作を開始し、それぞれ定格流量となるように制御する。第１試薬と検体とは微細流路１内の合流地点４１で混合され混合溶液となる。
図３−１、３−２で説明したように、第１試薬ポンプ１４と検体ポンプ１５の双方の駆動動作が一定となる前に送液された混合溶液の混合比率は不確定であり、微細流路１から分離する必要がある。また、混合比率が安定化するまでの不確定混合溶液の量は測定項目によって決まる。従って、測定項目に対応して第１微細廃棄流路６を設計する必要がある。測定項目に対応した廃棄容量の不確定混合溶液を第１微細廃棄流路６に導入することで、不確定混合溶液を効率的に微細流路１から分離することができる。不確定混合溶液が微細流路１からの第１微細廃棄流路６へ分離されると、第１試薬ポンプ１４および検体ポンプ１５の動作が定常状態になり、混合比率が一定となり測定が可能となる。動作制御部３は、混合比率が一定となった溶液が攪拌を行う第１磁石１９部分まで達するタイミングで、第１攪拌制御部１８を駆動させ、第１磁石１９の振動により検体と第１試薬との攪拌を促進する。
その後の検査に必要となる十分な量だけ検体および第１試薬が送液されると、第１試薬ポンプ１４および検体ポンプ１５が送液動作を止めるように、動作制御部３が制御する。第１試薬ポンプ１４および検体ポンプ１５の送液動作が止まると、動作制御部３は搬送用のオイルポンプ１７に駆動動作信号を送る。オイルによって第１試薬と検体の混合溶液が第１測光セル１１を満たすまで搬送される。
第１攪拌制御部１８は、搬送用のオイルの先端部が第１磁石１９のある位置に達するまで第１磁石１９の振動動作による攪拌を続け、搬送用オイルの先端部が第１磁石１９のある位置に達すると、第１磁石１９が振動を止めるよう制御する。測定項目に対応した攪拌動作を行うことによって、オイルと混合溶液とが不必要に混合されることを防ぐことができる。
混合溶液の送液が終了し、第１測光セル１１が混合溶液で満たされると、オイルポンプ１７はオイルによる搬送を停止し、光学検査部３００によって光学的な検査を行う。検査が終了すると、再びオイルポンプ１７は微細流路１へのオイルの送液を開始する。
第１試薬と検体の混合溶液が搬送され、動作制御部３は、入力された測定項目に対応した定格流量および時間だけ第２試薬ポンプ３４が微細流路１へ送液動作をするように動作信号を送信する。第２試薬ポンプ３４は合流地点４２において、第１試薬と検体との混合溶液と第２試薬とが同時に合流するように送液動作を開始し、定格流量となるように制御する。第１試薬および検体の混合溶液と第２試薬とは微細流路１内の合流地点４２で混合し混合溶液となる。
オイルポンプ１７は、第２試薬ポンプ３４が送液動作を開始するときには定格流量を与える定常動作に達している。また、第２試薬ポンプ３４は動作開始信号を受けてから定格流量を与える定常動作に達するまでに、その定格流量に応じた時間差を生じる。従って、第２試薬ポンプ３４が定常動作に達するまでに送液された第１試薬と検体と第２試薬の混合溶液の混合比率は不確定である。測定項目に対応した廃棄容量の不確定混合溶液を第２微細廃棄流路１６に導入することで、不確定混合溶液を効率的に微細流路１から分離することができる。
第２試薬ポンプ３４が定格動作に達すると、オイルポンプ１７および第２試薬ポンプ３４は送液動作を続ける。その後の検査に必要となる十分な量だけ検体および第２試薬が送液されると第２試薬ポンプ３４は送液を止め、オイルポンプ１７は駆動動作を続ける。第２攪拌制御部２８により攪拌された混合溶液が第２測光セル２１を満たすと、オイルポンプ１７は駆動動作を止め、光学検査部３００によって光学式の検査が行われる。測光が終了すると、本実施の形態にかかる検体検査装置５００による検査は終了する。
すべての測定項目に対するポンプの動作タイミングはすべて装置内の測定項目ＤＢ２に記憶されており、その動作タイミングに応じて各種ポンプを駆動動作させる機構について説明した。
このように、実施の形態１にかかる検体検査装置５００における混合カートリッジ２００によれば、第１微細廃棄流路６および第２微細廃棄流路１６を設けたことにより、測定項目に応じた量の不確定混合溶液を、微細流路１を流通する混合溶液から効率的に分離することができ、より少量の検体と反応試薬で高精度の検体の検査を行うことができる。
（実施の形態２）
実施の形態１の混合カートリッジでは、微細流路に連通した微細廃棄流路が微細流路に流通する不確定混合溶液を分離する構成となっていた。以下の実施の形態２の混合カートリッジは、微細流路に連通した微細廃棄流路に、さらに液体を吸収するウィック材を充填させて微細流路に流通する不確定混合溶液を分離するものである。
まず、検体検査装置の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する（図１参照）。図７は、実施の形態２にかかる混合カートリッジ２０１の構成を示した模式図である。図７に示す混合カートリッジ２０１では、実施の形態１の混合カートリッジ２００における第１微細廃棄流路６および第２微細廃棄流路１６の代わりに、第１微細廃棄流路２６および第２微細廃棄流路３６を配置したものであり、その他の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
第１微細廃棄流路２６は、微細流路１の第１試薬と検体とオイルの合流地点４１より下流位置に分岐して連通している。図８は、第１微細廃棄流路２６の詳細を示す説明図である。図８に示すように、第１微細廃棄流路２６は、微細流路１の径より小さい径を有して形成されており、さらに、第１微細廃棄流路２６の内部に不織布などのウィック性能を有するウィック材２６１を充填させ、ウィック材２６１の一端が微細流路１に接するように設置されている。
これにより、検体と第１試薬とを混合した混合溶液が微細流路１とウィック材２６１を充填した第１微細廃棄流路２６との分岐地点５１を通過する際、微細流路１を流通する混合溶液から不確定混合溶液（混合溶液の一部）を毛細管現象によりウィック材２６１で吸収することで、実施の形態１と同様に、混合溶液から不確定混合溶液を分離する。なお、この場合、第１微細廃棄流路２６およびウィック材２６１は不確定混合溶液を充分吸い上げられるように事前に設計しておく必要があるが、図３−１、３−２に例示したようにポンプの動作性能および反応試薬の混合比率により第１微細廃棄流路２６のおよびウィック材２６１の設計は可能である。また、ウィック材２６１は、ウィック性能を有すること以外は特に限定される必要はない。
第２微細廃棄流路３６についても同様の構成となっており、ウィック材３６１が充填されている。また、本実施の形態の混合カートリッジ２０１を備えた検体検査装置５００の動作については、実施の形態１と同様である。また、本実施の形態における第１微細廃棄流路２６および第２微細廃棄流路３６は、上述したように、微細流路１の径より小さい径を有して形成されているが、図７においては、第１微細廃棄流路２６および第２微細廃棄流路３６と微細経路１との縮尺は実際とは異なって表記されている。
このように、実施の形態２にかかる検体検査装置５００における混合カートリッジ２０１によれば、ウィック材２６１を充填した第１微細廃棄流路２６およびウィック材３６１を充填した第２微細廃棄流路３６を設けたことにより、測定項目に応じた量の不確定混合溶液を、微細流路１を流通する混合溶液から効率的に分離することができ、より少量の検体と反応試薬でより高精度の検体の検査を行うことができる。
（実施の形態３）
実施の形態２の混合カートリッジでは、ウィック材を充填した微細廃棄流路を、微細流路における検体と反応試薬の合流地点よりも下流位置に設けた構成となっていた。以下の実施の形態３の混合カートリッジは、ウィック材を充填した微細廃棄流路を、微細流路における検体と反応試薬の合流地点よりも上流位置に設けたものである。
まず、検体検査装置の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する（図１参照）。図９は、実施の形態３にかかる混合カートリッジ２０２の構成を示した模式図である。図９に示す混合カートリッジ２０２では、実施の形態１の混合カートリッジ２００において第１微細廃棄流路６および第２微細廃棄流路１６を配置したものではなく、第１微細廃棄流路４６、第２微細廃棄流路５６、および第３微細廃棄流路６６を配置したものであり、その他の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
第１微細廃棄流路４６は、微細流路１の第１試薬と検体とオイルの合流地点４１より上流位置であって、第１試薬タンク４から送液された第１試薬が流通する微細流路１ｂにおける第１試薬タンク４の近傍に分岐して連通している。第１微細廃棄流路４６は、微細流路１ｂの径より小さい径を有して形成されており、さらに、第１微細廃棄流路４６の内部に不織布などのウィック性能を有するウィック材４６１を充填させ、ウィック材４６１の一端が微細流路１ｂに接するように設置されている。
これにより、第１試薬が微細流路１ｂとウィック材４６１を充填した第１微細廃棄流路４６との分岐地点を通過する際、微細流路１ｂを流通する第１試薬から不確定第１試薬（第１試薬の一部）を毛細管現象によりウィック材４６１で吸収することで、第１試薬から不確定第１試薬を分離する。ここで、不確定第１試薬とは、検査を行う測定項目に定められた検体と第１試薬の混合比率と異なる比率で混合される第１試薬の一部であって、第１試薬ポンプ１４が定常動作に達するまでに第１試薬タンク４から送液される第１試薬である。
第２微細廃棄流路５６は、微細流路１の第１試薬と検体とオイルの合流地点４１より上流位置であって、検体タンク５から送液された検体が流通する微細流路１ａにおける検体タンク５の近傍に分岐して連通している。第２微細廃棄流路５６は、第１微細廃棄流路４６と同様に、微細流路１ａの径より小さい径を有して形成されており、さらに、第２微細廃棄流路５６の内部にウィック材５６１を充填させ、ウィック材５６１の一端が微細流路１ａに接するように設置されている。
これにより、第２試薬が微細流路１ａとウィック材５６１を充填した第２微細廃棄流路５６との分岐地点を通過する際、微細流路１ａを流通する検体から不確定検体（検体の一部）を毛細管現象によりウィック材５６１で吸収することで、検体から不確定検体を分離する。ここで、不確定検体とは、検査を行う測定項目に定められた検体と第１試薬の混合比率と異なる比率で混合される検体の一部であって、検体ポンプ１５が定常動作に達するまでに検体タンク５から送液される検体である。
さらに、第３微細廃棄流路６６は、微細流路１の第１試薬および検体の混合溶液と第３試薬の合流地点４２より上流位置であって、第２試薬タンク２４から送液された第２試薬が流通する微細流路１ｅにおける第２試薬タンク２４の近傍に分岐して連通している。第３微細廃棄流路６６は、第１微細廃棄流路４６と同様に、微細流路１ｅの径より小さい径を有して形成されており、さらに、第３微細廃棄流路６６の内部にウィック材６６１を充填させ、ウィック材６６１の一端が微細流路１ｅに接するように設置されている。
これにより、第２試薬が微細流路１ｅとウィック材６６１を充填した第３微細廃棄流路６６との分岐地点を通過する際、微細流路１ｅを流通する第２試薬から不確定第２試薬（第２試薬の一部）を毛細管現象によりウィック材６６１で吸収することで、第２試薬から不確定第２試薬を分離する。ここで、不確定第２試薬とは、検査を行う測定項目に定められた検体および第１試薬の混合溶液と第２試薬との混合比率と異なる比率で混合される第２試薬の一部であって、第２試薬ポンプ３４が定常動作に達するまでに第２試薬タンク２４から送液される第２試薬である。
次に、本実施の形態にかかる混合カートリッジ２０２を備えた検体検査装置５００の動作について説明する。実施の形態１と同様に、検体タンク５内に保持された検体は、検体ポンプ１５によって微細流路１へ送液される。また、第１試薬タンク４内に保持された第１試薬は、第１試薬ポンプ１４によって微細流路１へと送液される。また、第２試薬タンク２４内に保持された第２試薬は、第２試薬ポンプ３４によって微細流路１に送液される。第１試薬と検体とは微細流路１内の合流地点４１で同時に供給されるように送液され、合流地点４１において第１試薬と検体とが合流して混合されるとそれらの混合溶液が得られる。
しかしながら、検体ポンプ１５が定常動作に至るまでに送液された不確定検体、および第１試薬ポンプ１４が定常動作に至るまでに送液された不確定第１試薬を混合しても、混合割合が安定しない混合溶液となるため測定に使用することができない。従って、不確定検体および不確定第１試薬を微細流路１から分離する必要がある。
そこで、本実施の形態の混合カートリッジ２０２は、第１微細廃棄流路４６内に不確定第１試薬を導入して微細流路１ｂから分離し、第２微細廃棄流路５６に不確定検体を導入して微細流路１ａから分離する。すなわち、混合カートリッジ２０２では、不確定第１試薬が微細流路１ｂと第１微細廃棄流路４６との分岐地点へ達すると、毛細管現象により第１微細廃棄流路４６へと不確定第１試薬が吸い上げられる。また、不確定検体が微細流路１ａと第２微細廃棄流路５６との分岐地点へ達すると、毛細管現象により第２微細廃棄流路５６へと不確定検体が吸い上げられる。
この場合、第１微細廃棄流路４６および第２微細廃棄流路５６は、それぞれ不確定第１試薬、不確定検体を充分吸い上げられる容量に事前に設計しておく必要があるが、実施の形態１における図３−１、３−２に例示したようにポンプの動作性能および反応試薬の混合比率により第１微細廃棄流路４６および第２微細廃棄流路５６の容量は設計可能である。このように、混合カートリッジ２０２では、合流地点４１に至る前に微細流路１から不確定第１試薬および不確定検体を分岐あるいは分離することができるため、合流地点４１において所望の混合比率の第１試薬と検体が混合され、安定した混合溶液を得ることができる。
不確定第１試薬と不確定検体とを取り除いた検体と第１試薬の混合溶液は、微細流路１内にある第１磁石１９まで搬送される。ここで、検体と第１試薬の攪拌動作、および第１測光セル１１による検査については、実施の形態１と同様である。
検体と第１試薬との混合時と同様に、検体と第１試薬とを混合した混合溶液と第２試薬との混合比率が不確定な第２試薬（不確定第２試薬）は、微細流路１ｅから第３微細廃棄流路６６へと分離した後に混合溶液（検体と第１試薬を混合した混合溶液）と混合され、第２磁石２９および第２攪拌制御部２８によって攪拌され混合が促進される。その後、微細流路１内に設けられた第２測光セル２１を検体と第１試薬と第２試薬を混合した混合溶液が満たすと、再び光学的な手法による光学検査部３００（図１参照）の検査が行われる。
このように、実施の形態３にかかる検体検査装置５００における混合カートリッジ２０２によれば、ウィック材４６１を充填した第１微細廃棄流路４６と、ウィック材５６１を充填した第２微細廃棄流路５６と、ウィック材６６１を充填した第３微細廃棄流路６６とを設けたことにより、測定項目に応じた量の不確定な第１試薬、検体、第２試薬を、微細流路１を流通する溶液から効率的に分離することができ、より少量の検体と反応試薬でより確実に高精度の検体の検査を行うことができる。
なお、上述した実施の形態１では微細廃棄流路を微細流路に設け、実施の形態２、３ではウィック材を充填した微細廃棄流路を微細流路に設けていたがこれに限定されることはない。すなわち、同様の性能を確保していればよいため、毛細管現象を利用して不確定混合溶液や混合前の不確定溶液を分離する廃棄部分が微細流路に設けられている構造であればいずれの構成でもよい。
また、実施の形態１、２では、第１微細廃棄流路６、２６は、合流地点４１と第１磁石１９の配置位置との中間位置付近の微細経路１に連通しているが、これに限定されることはない。すなわち、合流地点４１より下流位置であって、第１磁石１９の配置位置より上流位置である微細流路１であればいずれに連通していてもよい。また、同様に、第２微細廃棄流路１６、３６は、合流地点４２と第２磁石２９の配置位置との中間位置付近の微細経路１に連通しているが、これに限定されることはない。すなわち、合流地点４２より下流位置であって、第２磁石２９の配置位置より上流位置である微細流路１であればいずれに連通していてもよい。
また、実施の形態３では、第１微細廃棄流路４６は、微細流路１ｂにおける第１試薬タンク４の近傍に配置されているが、これに限定されることなく、合流地点４１の上流位置の微細流路１ｂにおけるいずれの位置に連通してもよい。また、同様に、第２微細廃棄流路５６は、微細流路１ａにおける検体タンク５の近傍に配置されているが、これに限定されることなく、合流地点４１の上流位置の微細流路１ａにおけるいずれの位置に連通してもよい。また、同様に、第３微細廃棄流路６６は、微細流路１ｅにおける第２試薬タンク２４の近傍に配置されているが、これに限定されることなく、合流地点４２の上流位置の微細流路１ｅにおけるいずれの位置に連通してもよい。
実施の形態１にかかる検体検査装置５００の構成を概略的に示すブロック図である。 実施の形態１にかかる混合カートリッジ２００の構成を示した模式図である。 シリンジポンプの動作性能の一例を表す図である。 シリンジポンプの動作性能の一例を表す図である。 検体と第１試薬とが混合される直前の状態の説明図である。 不確定混合溶液αが微細流路１内に流通し始めた状態の説明図である。 不確定混合溶液αの後から混合比率が安定した混合溶液βが微細流路１内に流通している状態の説明図である。 不確定混合溶液αが微細流路１内に流通し分岐地点５１に達した状態の説明図である。 不確定混合溶液αが第１微細廃棄流路６に吸収された状態の説明図である。 混合比率が安定した混合溶液βが微細流路１内に流通している状態の説明図である。 制御部４００の機能構成を示すブロック図である。 実施の形態２にかかる混合カートリッジ２０１の構成を示した模式図である。 第１微細廃棄流路２６の詳細を示す説明図である。 実施の形態３にかかる混合カートリッジ２０２の構成を示した模式図である。
符号の説明
１ 微細流路
３ 動作制御部
４ 第１試薬タンク
５ 検体タンク
６、２６、４６ 第１微細廃棄流路
７ オイルタンク
１１ 第１測光セル
１４ 第１試薬ポンプ
１５ 検体ポンプ
１６、３６、５６ 第２微細廃棄流路
１７ オイルポンプ
１８ 第１攪拌制御部
１９ 第１磁石
２１ 第２測光セル
２４ 第２試薬タンク
２８ 第２攪拌制御部
２９ 第２磁石
３４ 第２試薬ポンプ
４１、４２ 合流地点
５１、５２ 分岐地点
１００ 測定項目選択部
２００、２０１、２０２ 混合カートリッジ
２６１、３６１、４６１、５６１、６６１ ウィック材
３００ 光学検査部
４００ 制御部
５００ 検体検査装置

Claims (12)

  1. 検体を含む第１溶液と前記検体の検査すべき項目である測定項目に対応する第２溶液とを混合する混合カートリッジであって、
    前記第１溶液および前記第２溶液のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する流路を形成する部材と、
    前記第１溶液を前記流路に供給する第１送液手段と、
    前記第２溶液を前記流路に供給する第２送液手段と、
    前記流路に連通し、前記流路を流通する前記溶液から前記溶液の一部を毛細管現象により分離する分離手段と、
    を備えたことを特徴とする混合カートリッジ。
  2. 前記分離手段は、前記流路における前記第１溶液と前記第２溶液とが合流する位置である合流位置より下流位置に連通し、前記第１溶液と前記第２溶液とが前記合流位置で混合された混合溶液から、前記混合溶液の一部を毛細管現象により分離することを特徴とする請求項１に記載の混合カートリッジ。
  3. 前記分離手段は、前記流路を流通する前記混合溶液から、前記混合溶液の一部であって、前記測定項目に定められた前記第１溶液と前記第２溶液の混合比率と異なる比率で混合された不確定混合溶液を、毛細管現象により分離することを特徴とする請求項２に記載の混合カートリッジ。
  4. 前記分離手段は、前記流路における前記第１溶液と前記第２溶液とが合流する位置である合流位置より上流位置に連通し、前記流路を流通する混合前の前記溶液から、前記溶液の一部を毛細管現象により分離することを特徴とする請求項１に記載の混合カートリッジ。
  5. 前記分離手段は、前記流路の径より小さい径を有し、前記流路から分岐した流路である微細廃棄流路を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の混合カートリッジ。
  6. 前記分離手段は、さらに、前記微細廃棄流路内に充填された、液体を吸収するウィック材を含むことを特徴とする請求項５に記載の混合カートリッジ。
  7. 前記第１送液手段は、
    前記第１溶液を保持する第１タンクと、
    前記第１タンク内の圧力を制御する第１圧力制御手段と、
    を備え、
    前記圧力を変化させることで前記第１溶液を前記流路に供給し、
    前記第２送液手段は、
    前記第２溶液を保持する第２タンクと、
    前記第２タンク内の圧力を制御する第２圧力制御手段と、
    を備え、
    前記圧力を変化させることで前記第２溶液を前記流路に供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の混合カートリッジ。
  8. 前記第１圧力制御手段および前記第２圧力制御手段は、シリンジポンプであることを特徴とする請求項７に記載の混合カートリッジ。
  9. 前記検体の検査を行う前に、前記第１溶液と前記第２溶液とを混合した混合溶液を攪拌する攪拌部材をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の混合カートリッジ。
  10. 検体を含む第１溶液と前記検体の検査すべき項目である測定項目に対応する第２溶液とを混合した混合溶液を用いて前記検体の検査を行う検体検査装置であって、
    前記第１溶液および前記第２溶液のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する流路を形成する部材と、
    前記第１溶液を前記流路に供給する第１送液手段と、
    前記測定項目を選択する選択手段と、
    前記第２溶液を前記流路に供給する第２送液手段と、
    前記流路に連通し、前記流路を流通する前記溶液から前記溶液の一部を毛細管現象により分離する分離手段と、
    前記流路内の前記溶液の一部が分離された混合溶液に光を照射して前記検体の検査を行う検査手段と、
    を備えたことを特徴とする検体検査装置。
  11. 検体を含む第１溶液と前記検体の検査すべき項目である第１測定項目に対応する第２溶液とを混合した第１混合溶液を用いて前記検体の検査を行う検体検査装置であって、
    前記第１溶液および前記第２溶液のうち少なくとも一方を含む溶液が流通する流路を形成する部材と、
    前記第１溶液を前記流路に供給する第１送液手段と、
    前記第１測定項目を選択する選択手段と、
    前記第２溶液を前記流路に供給する第２送液手段と、
    前記流路における前記第１溶液と前記第２溶液とが合流する位置である第１合流位置より下流位置に連通し、前記第１合流位置で混合された前記第１混合溶液から、前記第１測定項目に定められた前記第１溶液と前記第２溶液の混合比率と異なる比率で混合された前記第１混合溶液の一部の溶液である第１不確定混合溶液を、毛細管現象により分離する分離手段と、
    前記流路内の前記第１不確定混合溶液が分離された第１混合溶液に光を照射して前記検体の検査を行う検査手段と、
    を備えたことを特徴とする検体検査装置。
  12. 前記検体検査装置は、前記第１混合溶液と前記検体の検査すべき項目である第２測定項目に対応する第３溶液とを混合した第２混合溶液を用いて前記検体の検査を行い、
    前記部材は、さらに、前記第３溶液および前記第１混合溶液の少なくとも一方を含む前記溶液が流通する前記流路を形成し、
    前記第３溶液を前記流路に供給する第３送液手段をさらに備え、
    前記選択手段は、さらに、前記第２測定項目を選択し、
    前記分離手段は、さらに、前記流路における前記第１混合溶液と前記第３溶液とが合流する位置である第２合流位置より下流位置に連通し、前記第２合流位置で混合された第２混合溶液から、前記第２測定項目に定められた前記第１混合溶液と前記第３溶液の混合比率と異なる比率で混合された前記第２混合溶液の一部の溶液である第２不確定混合溶液を、毛細管現象により分離し、
    前記検査手段は、前記流路内の前記第２不確定混合溶液が分離された第２混合溶液に光を照射して前記検体の検査を行うことを特徴とする請求項１１に記載の検体検査装置。
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