JP2013217879A - 血球除去デバイス及び細菌検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】血液検体から培養を行わずに細菌を顕微鏡観察する為に十分な量の血液検体に対して血液除去処理を行うことができる血球除去デバイス及び細菌検査装置を提供する。
【解決手段】温度ムラの生じにくい薄板状デバイスを、ヒータで挟み込むことでデバイスに保持する血液検体の温度を室温から７０℃程度まで１分以内に上昇させることで血球成分の除去処理を可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は人体由来の検体、特に血液を採取して、検体内に含まれる細菌を識別するための血球除去に用いるデバイス及び細菌検査装置に関する。

敗血症・菌血症の診断において、本来無菌である血液から細菌（細菌あるいは真菌）などを迅速に検出することは重要性が高い。敗血症・菌血症は、診断や適切な治療が遅れると患者が重篤な状態になるリスクがある感染症であるからである。検体である患者の血液で検出される細菌の種を同定し、その細菌の抗生物質に対する感受性を測定することで、効果のある抗生物質の種類及びその濃度を決定できる。つまり治療方針をたてることが可能となり、ひいては適正な治療につながる。

血液を対象とした細菌検査では、まず患者から採集した血液に関して血液培養検査を実施する。これは血液検体で検出される細菌の濃度が、１０ＣＦＵ／ｍＬ程度であっても、敗血症や菌血症と診断されることがあるためである。この程度の濃度では、血液におよそ１０⁹個／ｍＬの濃度で存在する赤血球やおよそ１０⁷個／ｍＬの濃度で存在する白血球が邪魔してそのままでは細菌を検出することが困難であるためである。そこで８時間〜１晩程度培養ボトル中で血液培養を行って細菌を増殖させてから検査を行うことが一般的である。

血液培養で陽性判定がなされた検体については、塗抹検査を実施する。すなわち、存在した菌が球菌であるか又は桿菌であるかを顕微鏡にて観察し、さらにグラム染色液にて染色して菌がグラム陽性菌であるかグラム陰性菌であるかを判定する。グラム染色における染色性の違いは細胞壁の構造の違いに由来し、細胞壁のペプチドグリカン層が厚く脂質が少ない細胞壁を持つ場合は紫色に染まり、グラム陽性菌と判断される。一方、ペプチドグリカン層が薄く脂質が多い細胞壁を持つ場合には赤色に染まり、グラム陰性菌と判断される。この細胞壁の構造の違いは、菌を判定する上で重要な情報であり、球菌、桿菌の判定と共に細菌検査には不可欠のものである。

続いて培養ボトルからサンプルを培地に塗布して分離培養し、形成されたコロニーから菌懸濁液を調製する。菌懸濁液を同定検査用デバイス、あるいは薬剤感受性検査用デバイスに導入して、装置内で培養することによって存在する菌の同定及び薬剤感受性の評価を実施する。血液培養検査装置と同定・薬剤感受性検査装置は別々に独立したものを使用している。同定・薬剤感受性検査装置の同定検査用デバイスの測定結果から細菌の同定を行い、薬剤感受性検査用デバイスの測定結果からその細菌の抗生物質の感受性を決定している。

以上が、血液培養検査における一般的な検査の流れである。前述したように、敗血症・菌血症においては患者が重篤な状態になることを防ぐために、細菌の種の同定や、抗生剤に対する感受性を迅速に測定することが求められている。そこで、血液培養検査において、時間がかかるコロニー育成の培養工程を省略するための研究が盛んに行われている。例えば、血液培養を行わずに、検体から直接、核酸抽出を行ってその後ＰＣＲを行い、細菌の種の同定を行なう方法などが開発されている。しかし、この場合は核酸抽出の段階で細菌を破壊するため、顕微鏡で細菌の形状を観察することができない。従って、同定結果が得られるまでは、細菌が球菌であるか桿菌であるかや、グラム陽性菌であるかグラム陰性菌であるかを知ることはできない。つまり、血液検体において細菌の形状を観察したり、グラム判定を行なうには血液培養を行うしか方法がないのが現状である。

血液検体において血液培養の工程が必要な理由は、血液は、細菌が元々存在しない無菌検体であり、重篤な敗血症患者でもその菌濃度は１０ＣＦＵ／ｍＬ程度と小さいためである。また、血液中に存在する赤血球や白血球の濃度はそれぞれ１０⁹個／ｍＬ、１０⁷個／ｍＬ程度であって細菌の濃度よりも高く、血液培養によって細菌を増殖させないと赤血球や白血球が邪魔となって細菌を顕微鏡で観察できないことも血液培養が必要な理由である。

細菌の観察において邪魔となる赤血球や白血球を破壊する方法として、特許文献１や特許文献２には、血液検体を内径０．５ｍｍ程度のキャピラリに導入し、６０〜９０℃の温度で数秒〜十数分程度加熱して血球成分を破壊する方法が開示されている。加熱温度が低すぎたり、時間が短すぎると血球成分が破壊されずに検体中に残り、逆に加熱温度が高すぎたり、時間が長すぎたりすると検体がゲル化するために、熱伝導性に優れ、温度ムラが発生しないガラスやステンレス製のキャピラリを用いている。

EP 2249164 A1 EP 1876450 B1

敗血症や菌血症では、細菌濃度が１〜１０ＣＦＵ／ｍＬ程度と希薄である。従って血液検体から培養を行わずに細菌を顕微鏡観察するには、例えば１ｍＬ以上といった、検体中の濃度が低い細菌を十分に得られる量の血液検体から血球を除去して細菌を観察することが必要である。

一方で、特許文献１や特許文献２の方法で処理できる検体量は、数十マイクロリットル程度である。従って、特許文献１や特許文献２の方法は、処理体積が小さいために、細菌を取りこぼすおそれがあり、敗血症や菌血症における細菌の顕微鏡観察には適用できないという課題がある。

そこで本発明は、例えば１ｍＬ以上といった、血液検体から培養を行わずに細菌を顕微鏡観察する為に十分な量の血液検体から、血球除去処理を簡便に行うことができる血球除去デバイス及び細菌検査装置を提供することを目的とする。

上述した課題の少なくとも一の課題を解決するための本発明の一態様として、血液検体が入った検体容器を配置する検体ラックと、血球除去デバイスを配置するデバイスラックと、前記血球除去デバイスに接続されるピペットチップを配置するチップラックと、前記血球除去デバイスを加熱する加熱部と、３次元方向に移動自在なノズルを備え、当該ノズル先端から吸引・吐出動作を行うノズル機構と、装置各部を制御する制御部とを有する細菌検査装置を用いる。前記血球除去デバイスは、血液検体を保持する空洞を内部に備え平坦な表面を有する平板状薄板部と、前記平板状薄板部の上部に当該平板状薄板部と一体に形成された帯状の厚板部と、前記空洞に連通する一対の吸引・吐出口とを有し、前記一対の吸引・吐出口が前記厚板部の長さ方向の両端部に設けられる。

また、上述した課題の少なくとも一の課題を解決するための本発明の一態様として、前記細菌検査装置の制御部にて、前記ノズル機構を駆動して前記ノズルに前記血球除去デバイスを装着する制御、前記前記ノズル機構を駆動して前記ノズルに装着された前記血球除去デバイスに前記ピペットチップを装着する制御、前記ノズル機構を制御して前記検体容器中の血液検体を前記ピペットチップを介して前記血球除去デバイスの前記空洞に吸引する制御、前記血液検体を吸引した前記血球除去デバイスを前記加熱部により加熱して前記血液検体中の血球を除去する制御を行う。

本発明の血球除去デバイスを用いることにより、血液検体から培養を行わずに細菌を顕微鏡観察する為に十分な量の血液検体から血球成分を簡便に除去できるようになり、細菌の顕微鏡観察などを実施することが可能となる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明による細菌検査装置の例を示す概略図である。 血球除去に用いるデバイスの一例の正面模式図である。 血球除去に用いるデバイスの一例の側面模式図である。 デバイスの空洞と支えの形成方法の例を示す分解組立図である。 デバイスの空洞と支えの形成方法の例を示す分解組立図である。 血球除去に用いるデバイスの一例の正面模式図である。 血球除去に用いるデバイスの例を示す模式図である。 血球除去に用いるデバイスの例を示す模式図である。 血球除去に用いるデバイスの例を示す模式図である。 血球除去のフローを示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 本発明による血球除去に用いるデバイスの他の例を示す模式図である。 デバイスに流路を形成する方法の例を示す分解組立図である。 デバイスに流路を形成する方法の例を示す分解組立図である。 血球除去のフローを示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 血球除去のフローにおける一工程を示す図である。 加熱処理時のデバイス表面と、デバイスに吸引した検体の温度変化を示す図である。 加熱処理時のデバイス表面と、デバイスに吸引した検体の温度変化を示す図である。 デバイスの樹脂膜の厚さと、デバイス内の検体が７０℃に到達するまでの時間の関係を示す図である。 デバイスの空洞あるいは流路の深さと、デバイス内の検体が７０℃に到達するまでの時間の関係を示す図である。 本発明の血球除去操作を行う前の血液を顕微鏡観察した例を示す図である。 本発明の血球除去操作を行った後の血液を顕微鏡観察した例を示す図である。

以下、本発明に係る細菌検査装置及びこれに使用する血球除去に用いるデバイスについて、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による細菌検査装置の実施例を示す概略図である。本実施例の細菌検査装置は、載置台１１上に位置決めして配置された、検体ラック１２、チップラック１３、デバイスラック１４、ヒートブロック１５ａ，１５ｂ、チューブラック１６、廃棄物用容器１８を備える。検体ラック１２には、検体容器としての複数の採血管４２が決められた位置に収容される。チップラック１３には、複数のディスポーザブルピペットチップ４１がそれぞれ決められた位置に収容される。デバイスラック１４には、複数のデバイス５０が収容される。ヒートブロック１５ａはデバイス５０を加熱するためのものであり、ヒートブロック１５ｂは加熱されたデバイス５０を除熱して室温に戻すためのものである。チューブラック１６には複数のチューブ４３が収容される。デバイスとピペットチップは検体ごとに取り替えられ、使用済みのピペットチップ４１やデバイス５０は廃棄物用容器１８に廃棄される。廃棄物用容器１８は、ノズル機構１９に装着されたデバイス５０やディスポーザブルピペットチップ４１を取り外すための補助具４５を備える。

検体ラック１２には、従来よく用いられている外径１０ｍｍ程度、長さ１００ｍｍ程度の採血管４２が複数配置される。チップラック１３には、従来よく用いられている外形３〜７ｍｍ程度、長さ２５〜８０ｍｍ程度のディスポーザブルピペットチップ４１が先端を下向きにした状態で複数本配置される。チューブラック１６には、従来よく用いられている外形１０ｍｍ程度、長さ５０〜１００ｍｍ程度のチューブ４３が開口部を上に向けた状態で複数本配置される。ヒートブロック１５ａ，１５ｂは、それぞれ温度調整された一対のブロックを備える。一対のヒートブロックは、駆動ステージ１７ａ，１７ｂによって相互に近接あるいは離間する方向に駆動され、後述するように、その間にデバイス５０を挟んで加熱あるいは除熱する。ヒートブロック１５ａは、デバイスを室温から７５℃程度までに加熱するためのものである。ここで、室温とは１５〜２５℃程度の温度を意味している。

載置台１１の上方には、ノズル機構１９が配置されている。ノズル機構１９は、ＸＹＺステージあるいはロボット機構など既知の駆動手段によって３次元方向、すなわちＸ，Ｙ，Z方向に移動が可能であり、載置台１１上の所望位置にアクセスすることができる。ノズル機構１９の先端は、後述するデバイス５０の吸引・吐出口を装着できる形状になっている。ノズル機構１９はヒンジ部１９ａを有しており、先端部分を少なくとも９０度回転させる動作が可能である。また、ノズル機構１９にはポンプ１９ｂが接続されており、ポンプ１９ｂを動作させてノズル先端に陰圧あるいは陽圧を発生させることができる。

更に、細菌検査装置は制御部２０を備える。制御部２０はコンピュータによって構成することができる。制御部２０は、ノズル機構１９のノズル先端の位置決め及び駆動制御、ポンプ１９ｂの駆動制御、ヒートブロック１５ａ，１５ｂの温度制御、ステージ１７ａ，１７ｂの駆動制御など、装置全体の制御を行う。載置台１１上に配置された検体ラック１２、チップラック１３、デバイスラック１４、ヒートブロック１５ａ，１５ｂ、チューブラック１６、廃棄物用容器１８の原点位置情報、及び、検体ラック１２上における採血管４２の配列情報、チップラック１３上におけるディスポーザブルピペットチップ４１の配列情報、デバイスラック１４上におけるデバイスの配列情報、チューブラック１６上におけるチューブ４３の配列情報などは予め制御部２０に入力されており、制御部２０は、これらの情報に基づいてノズル機構１９を所望位置に駆動制御する。また、制御部２０には、処理条件や生物学的試料に関する情報、その他の各種情報が入力される。

図２及び図３は、細菌検査装置において血球除去に用いられるデバイス５０の例を示す概略図である。デバイス５０を構成する材料は、特に限定されるものではないが、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系樹脂などの樹脂や金属素材や、樹脂と金属素材の複合体などを用いることができる。

図２はデバイス５０の一実施例の正面摸式図、図３はその側面摸式図である。デバイス５０は、縦、横がそれぞれ数十ミリメートル程度、奥行が数ミリメートル程度の薄板の形状をした平坦な表面を有する平板状薄板部５１と、その上部に平板状薄板部５１と一体に形成された帯状の厚板部５２を有する。平板状薄板部５１は、内部に血液検体を保持するための貯留部としての空洞５４を備える。厚板部５２の長さ方向両端部には、外部から検体を空洞５４へ導入したり、吐出したりするための吸引・吐出口５３ａ，５３ｂが設けられている。空洞５４と吸引・吐出口５３ａ，５３ｂの間は細い流路５６ａ、５６ｂによって接続されている。吸引・吐出口５３ａ，５３ｂの寸法や形状は、ピペットチップ４１の上端やノズル機構１９の先端にフィットするように設計されている。空洞５４の寸法は、直径４０〜６０ｍｍ、深さ１〜６ｍｍであり、１〜１０ｍＬ程度の血液検体を吸引して処理できるように設計されている。また、空洞５４が潰れないように、空洞５４の中に支え５５が設けられている。

図４及び図５は、デバイス５０の空洞５４と支え５５の形成方法の例を示す分解組立図である。図４、図５は、いずれもデバイス５０の平板状薄板部５１を側面から見た拡大図である。

図４に示した形成方法では、デバイス５０の平板状薄板部５１の本体に直径４５ｍｍ程度の貫通穴を設けて空洞５４とし、空洞５４のほぼ中央部に本体とは別体の支え５５を配置する。そして、平板状薄板部５１の表裏に厚さ０．２ｍｍ程度の樹脂膜５７ａ，５７ｂを貼り付けて穴を塞ぐことで、内部に支え５５を配置した空洞５４を形成する。すなわち、樹脂膜５７ａ，５７ｂは、平板状薄板部５１に設けられた空洞の板厚方向壁部を構成する。支え５５は、樹脂膜５７ａ，５７ｂに貼り付いて、空洞５４の中央領域に固定される。空洞５４の加工に当たっては、平板状薄板部５１の本体を切削して空洞５４を形成してもよいし、デバイス５０本体を成型する際に平板状薄板部５１に空洞５４ができるような金型を用いて成形してもよい。

図５に示した形成方法は、平板状薄板部５１の本体に直径４５ｍｍ程度の環状凹部を設けることで空洞５４と支え５５を作製し、平板状薄板部５１本体の片側（図５では平板状薄板部５１の右側）に、厚さ０．２ｍｍ程度の樹脂膜５７を貼り付けて穴を塞ぐことで、内部に支え５５を有する空洞５４を形成する。本例のように空洞５４と支え５５を同時に形成する場合においても、平板状薄板部５１の本体を環状に切削して空洞５４と支え５５を形成してもよいし、デバイス５０本体を成型する際に、平板状薄板部５１に空洞５４と支え５５ができるような金型を用いて成形してもよい。

樹脂膜５７，５７ａ，５７ｂは、デバイス５０本体に熱溶着で貼り付けてもよいし、接着剤で貼り付けてもよい。樹脂膜５７，５７ａ，５７ｂの厚さは０．１〜０．３ｍｍ程度であり、この厚さでは容易に変形する恐れがあるため、変形を防止するために空洞５４の中に支え５５を持つ構造となっている。

支え５５の位置や数は特に限定されないが、変形防止のため、図２に示すように空洞５４の中央部に配置したり、図６に示すように、複数の支え５５を実質的に等間隔になるように配置することが望ましい。また、空気抜きなどのため、３個以上の吸引・吐出口５３ａ〜５３ｃを設けてもよい。

空洞５４の形状は特に限定されないが、空洞５４に血液検体を導入し熱処理を行った後で排出をする際に、液残りの生じない形状とするのが望ましい。例えば、図７に示すような円状であってもよいし、図８に示すように四隅に丸みを持たせた四角形のような形状であってもよい。但し、図９に示すような角張った隅部を有する形状は、隅部に液残りが発生するため好ましくない。

図１０に、本発明の細菌検査装置において血球除去処理を行う際のフローを示す。まず、ステップ１１において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹ方向に駆動制御してノズル先端をデバイスラック１４の上方に移動させ、その後、Ｚ方向に駆動制御してデバイスラック１４に配置された一つのデバイスに向けて下降させ、ノズル機構１９の先端にデバイス５０を装着する（図１１）。ノズル機構１９の先端とデバイス５０の吸引・吐出口５３ｂは、ノズル機構１９の外径がデバイス５０の吸引・吐出口５３の内径よりわずかに大きく設計されており、上からノズル機構１９をデバイス５０の吸引・吐出口５３ｂに押し込むことによって接続される。

次に、ステップ１２において制御部２０は、先端にデバイス５０を装着したノズル機構１９をＺ方向に駆動制御して上昇させた後、チップラック１３の上方に移動させ、その後下降させてディスポーザブルピペットチップ４１をデバイス５０の先端に装着する（図１２）。デバイス５０の吸引・吐出口５３ａの外形は、ディスポーザブルピペットチップ４１の上端部の内径よりもわずかに大きく設計されており、上からデバイス５０の吸引・吐出口５３ａをディスポーザブルピペットチップ４１の上端に押し込むことによって接続を行う。

次に、ステップ１３において制御部２０は、ノズル機構１９をＺ方向に駆動制御して上昇させた後、検体ラック１２に置かれた一つの採血管４２の上方に駆動制御し、その後下降させて、ディスポーザブルピペットチップ４１の先端をその採血管４２内の血液検体に浸す。続いて、制御部２０は、ノズル機構１９に接続されているポンプ１９ｂを駆動制御して、検体をデバイス５０内部に吸引する（図１３）。

次に、ステップ１４において制御部２０は、ノズル機構１９をＺ方向に駆動制御することによって上昇させ、その状態でノズル機構１９に接続されているポンプを駆動制御して、ディスポーザブルピペットチップ４１の先端から空気をわずかに吸引する。この操作により、デバイス５０内部に吸引された血液検体が全てデバイス５０の空洞部分５４に位置するように調節される（図１４）。

次に、ステップ１５において制御部２０は、ノズル機構１９のヒンジ部１９ａを動作させてデバイス５０の向きを９０°回転させ、ノズル機構１９やディスポーザブルピペットチップ４１が水平になってデバイス５０の左右に位置するようにする（図１５）。

次に、ステップ１６において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹＺ方向に駆動制御して、デバイス５０をヒートブロック１５ａの位置に移動させる。続いて、ステージ１７ａを駆動し、予め所定の温度に設定したヒートブロック１５ａを互いに接近する方向に移動させ、デバイス５０を挟み込んで熱処理を行う（図１６）。図１７は、ヒートブロック１５ａがデバイス５０を挟み込んでいる様子を横方向から見た図である。ノズル機構１９や、ディスポーザブルピペットチップ４１とデバイス５０との接続部があるデバイス５０上部の厚板部５２は、ヒートブロック１５ａの外部に位置する。一方、血液検体を保持している空洞部分５４が形成されているデバイス５０の平板状薄板部５１は、突起物がないためヒートブロック１５ａが密着する。こうして熱伝達効率の高い密着状態で、ヒートブロック１５ａによる加熱処理が行われる。ヒートブロック１５ａに所定時間挟んで加熱されたデバイス５０は、同様にして除熱用のヒートブロック１５ｂの位置に移動され、所定時間ヒートブロック１５ｂに挟まれて除熱される。熱処理が終わると、制御部２０はステージ１７ｂを駆動制御し、ヒートブロック１５ｂを開いてデバイス５０を解放する。

続いて、ステップ１７に進んで制御部２０は、デバイス５０を上方に移動させ、ノズル機構１９のヒンジ部１９ａを動作させる。この動作によって、デバイスは９０゜回転し、図１２に示すようにディスポーザブルピペットチップ４１の先端が下を向いた姿勢となる。

次に、ステップ１８において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹＺ方向に駆動して、デバイス５０のピペットチップ４１と接続された吸引・吐出口５３ａを廃棄物用容器の補助具４５の位置に移動させ、デバイス５０からディスポーザブルピペットチップ４１を外す。図１８〜２０は、デバイス５０からディスポーザブルピペットチップ４１をはずす動作を説明する模式図である。最初に、図１８に示すように、デバイス５０の吸引・吐出口５３ａの外形よりわずかに広く、ディスポーザブルピペットチップ４１の上端部の最大外径よりも狭い隙間４６を有する補助具４５にデバイス５０を近接させる。次に、図１９に示すように、ディスポーザブルピペットチップ４１が接続されたデバイス５０の吸引・吐出口５３ａを補助具４５の隙間４６に挿入する。次に、図２０に示すように、ノズル機構１９を上昇させることで、デバイス５０の吸引・吐出口５３ａからディスポーザブルピペットチップ４１を外すことができる。

その後、ステップ１９において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹＺ方向に駆動してチップラック１３の上方に移動し、その後、下降させて新しいディスポーザブルピペットチップ４１をデバイス５０の先端に装着する。

次に、ステップ２０において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹＺステージ動作によってチューブラック１６の上方に移動し、ポンプ１９ｂを動作させて熱処理を施した血液検体をチューブ４３に吐出する（図２１）。

次に、ステップ２１において制御部２０は、ノズル機構１９を駆動してデバイス５０を廃棄物用容器の補助具４５の位置に移動させ、ノズル機構１９からデバイス５０を外す。この動作は、図１８〜２０に示したデバイス５０からディスポーザブルピペットチップ４１を外す動作と同じ要領で行う。この後さらに別の検体を処理する場合には、図１０のフローの最初に戻り、ノズル機構１９の先端に新たなデバイスを装着する。こうして、本実施例の細菌検査装置は、血球成分の除去処理を自動的に実施できる。

血液検体をチューブ４３に吐出した後の工程は、従来の細菌検査の工程と同じである。つまり、血液検体から血球成分を除去した後に細菌の同定を行ったり、細菌の形状を顕微鏡観察するなど様々な処理を実施することができる。具体的には、チューブ４３に吐出された血液検体から核酸を抽出してＰＣＲ検査を行ってもよいし、スライドグラス上に検体を塗布してグラム染色などを実施して顕微鏡観察を行ってもよい。

図２２〜２４は、本発明によるデバイスの他の実施例を示す模式図である。図２２は、本実施例のデバイス６０を正面から見た模式図である。本実施例のデバイス６０は、図２等に示した実施例と同様に、縦、横がそれぞれ数十ミリメートル程度、奥行が数ミリメートル程度の薄板の形状をした平坦な表面を有する平板状薄板部６１と、その上部に平板状薄板部６１と一体に形成された帯状の厚板部６２を有する。平板状薄板部６１は内部に、血液検体を導入し少なくとも熱処理の間保持するための空洞として機能する流路６４を備える。厚板部６２の長さ方向両端部には、外部から検体を流路６４へ導入したり、吐出したりするための吸引・吐出口６３ａ，６３ｂが設けられている。吸引・吐出口６３ａ，６３ｂの寸法や形状は、ピペットチップ４１の上端やノズル機構１９の先端にフィットするように設計されている。

図２２に示すように、本実施例では、デバイス６０に設ける空洞を流路状とし、流路６４内に導入した検体を熱処理し、その後の処理を行う別のデバイスやチューブに吐出するようにした。流路６４は０．３〜３ｍｍ程度の幅（高さ）の流路である。本実施例では、流路６４内に検体が流れる時間を制御することで、加熱処理が完了するようにする。

図２３及び図２４は、デバイス６０に流路６４を形成する方法の例を示す分解組立図であり、デバイスを側面から見た模式図である。図２３に示した方法では、デバイス６０の平板状薄板部６１に表裏に貫通するジグザグ状の溝を空け、平板状薄板部６１の両側（図２３では平板状薄板部６１の左右）に厚さ０．２ｍｍの樹脂膜６７ａ，６７ｂを貼り付けて、流路６４を形成した。図２４に示した方法では、デバイス６０の平板状薄板部６１に切削にてジグザグ状の流路６４を形成してから、あるいは成型によって流路６４を形成してから、樹脂膜６７を貼り付けてデバイス６０を作製した。なお、流路６４の形状は、図のように折り返し部が角張ったジグザグ状に限らず、折り返し部が円弧状に湾曲したジグザグ状、２重の渦巻き状など、他の形状でも構わない。

図２５に、図２２に示した流路を持つデバイスを用いて血球除去処理を行う際のフローを示す。

まず、ステップ３１において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹ駆動制御してチューブラック４３の上方に移動させ、その後、Ｚ方向に駆動制御して下降させ、ノズル機構１９の先端にチューブ４７を装着する（図２６）。チューブ４７には一対の接続管４８，４９が固定されており、一方の接続管４８にノズル機構１９のノズル先端を挿入することでチューブ４７を装着する。本実施例では、チューブ４７は、上記挿入動作が可能なようにチューブラック１６に横向きにして載置する。

次に、ステップ３２において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹ方向に駆動してデバイスラック１４の上方に移動させ、続いてＺ方向に駆動して下降させ、チューブ４７の下向きの接続管４９にデバイス６０の吸引・吐出口６３ｂを突き当てることで、デバイス６０をチューブ４７の先端に装着する（図２７）。

さらに、ステップ３３において制御部２０は、チューブ４７とデバイス６０を直列に装着したノズル機構１９をＸＹＺ駆動してチップラック１３の上方に移動させ、続いて下降させてデバイス６０の下向きの吸引・吐出口６３ａにディスポーザブルピペットチップ４１を装着する（図２８）。

次に、ステップ３４において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹＺ方向に駆動制御して検体ラック１２の上方に移動し、その後下降させてディスポーザブルピペットチップ４１の先端を採血管４２内の血液検体に浸し、ノズル機構１９に接続されているポンプ１９ｂを動作させて血液検体をデバイス６０内部に吸引する（図２９）。

次に、ステップ３５において制御部２０は、ノズル機構１９のヒンジ部１９ａを動作させて、ノズル機構１９やディスポーザブルピペットチップ４１がデバイス６０の左右に位置するようにデバイス６０の向きを９０゜変える（図３０）。

さらに、ステップ３６において制御部２０は、ノズル機構１９をＸＹＺ方向に駆動制御してヒートブロック１５ａの位置に移動させる。次に、予め所定の温度に制御した一対のヒートブロック１５ａをステージ１７ａによって互いに近づくように移動させてデバイス６０の平板状薄板部６１を挟み込み、熱処理を行う（図３２）。ここで、図３２に示すように、ヒートブロック１５ａの代わりに予め所定を温度に設定した恒温水槽３３にデバイス６０を浸して熱処理を行ってもよい。

ステップ３７において制御部２０は、ノズル機構１９に接続したポンプ１９ｂを駆動制御して、所定の時間だけ熱処理が行われるように調節しながら、検体を流路６４からチューブ４７に吸引する（図３１及び図３２）。

熱処理が終了するとステップ３８に進み、制御部２０は、ＸＹＺステージを動作させて、チューブ４７からデバイス６０及びディスポーザブルピペットチップ４１をはずし、さらにノズル機構１９の先端からチューブ４７を外す。チューブ４７の接続管４９の外形よりわずかに広く、デバイス６０の吸引・吐出口６３ｂの外径より狭い隙間を有する補助具に近接させ、補助具の隙間に接続部分を挿入して、ノズル機構を移動させることでチューブ４７からデバイス６０をはずすことができる。同じ要領でノズル機構１９からチューブ４７を外すことができる。ノズル機構はＸＹＺステージで駆動制御可能であるから、デバイス６０やチューブ４７を外す際にはＸあるいはＹ方向にノズル機構を駆動して外すようにする。

その後は、先ほどの例と同じように、血液検体から血球成分を除去した後に細菌の同定を行ったり、細菌の形状を顕微鏡観察するなど様々な処理を実施することができる。

以下では、血液検体から血球成分を除去する処理を実施する形態を例として細菌検査装置の動作を説明する。デバイスとして、図２に示したデバイスを用いた場合を例に説明する。装置の駆動制御は、制御部２０の制御下に実行される。

まず、細菌検査装置のセットアップについて説明する。患者から採取した血液が２ｍＬ入った採血管４２を検体ラック１２にセットし、チップラック１３にディスポーザブルピペットチップ４１をセットし、デバイスラック１４に血球除去に使用するデバイス５０をセットし、チューブラック１６にチューブ４３をセットする。装置を起動すると、制御部２０の制御下にヒートブロック１５ａ，１５ｂは所定の温度に制御される。

セットアップの完了した細菌検査装置では、制御部２０の制御によってノズル機構１９が移動し、血球除去に使用するデバイスをノズル先端に装着する。次に、デバイスを装着した状態で、ノズル機構１９が移動して、デバイスの吸引・吐出口にディスポーザブルピペットチップ４１を装着する。吸引・吐出口は突出した構造をしており、ディスポーザブルピペットチップ４１がフィットするように設計されている。

さらに、制御部２０によってノズル機構１９が駆動制御され、検体容器の上に移動し、ディスポーザブルピペットチップ４１の先端が検体に浸漬するようにノズル機構１９を下降させる。その後、ポンプ１９ｂを作動させて、検体をデバイス５０に吸引する。吸引後、ディスポーザブルピペットチップ４１内に検体が残らないようにノズル機構１９をわずかに上昇に移動して、空気を吸引する。

ステージ１７ａを駆動してヒートブロック１５ａを移動させ、デバイス５０の平板状薄板部５１の両側がヒートブロック１５ａでサンドイッチされるようにして、加熱処理を行う。この際、検体がデバイス５０から漏れることを防ぐために、デバイス５０を９０゜回転させて２つの吸引・吐出口５３ａ，５３ｂが水平に位置するようにしてからヒートブロック１５ａを押し当てる。加熱処理を行う前にヒートブロック１５ａは所定の温度に予め調整しておき、デバイス５０を挟み込んだらすぐにデバイスを加熱できる状態にしておく。

図３３及び図３４に、加熱処理時のデバイス表面の温度変化と、デバイスに吸引した検体の温度変化をそれぞれ熱電対で測定した結果を示す。図３３は６５℃の加熱処理の結果を示しており、四角のプロットはデバイス表面の温度、丸のプロットはデバイスに吸引した検体の温度をそれぞれ示している。また、図３４は同様に７０℃の加熱処理の結果を示している。これらの図から、本発明のデバイスでは、３０秒程度で２ｍＬの血液検体を７０℃にまで加熱できることがわかる。

図３５に、デバイスの樹脂膜の厚さ、すなわち平板状薄板部に設けられた空洞の板厚方向壁部の厚さと、デバイス内に吸引した検体が、２０℃から７０℃に加熱されるまでに要する時間を測定した結果を示す。このグラフはアクリル系の樹脂を用いた結果であるが、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレンなど一般的なほかの樹脂であっても同様の傾向を示す。この結果から、樹脂膜の厚さが０．２〜０．３ｍｍであれば、ほぼ１分程度で検体の温度が７０℃に達することがわかる。一方、樹脂膜の厚さが０．４〜０．７ｍｍでは、検体の温度が７０℃に達するまでに２分弱から６分程度要することがわかる。また、通常の反応チューブでは樹脂の厚さは０．５ｍｍ以上であるため、検体の温度を７０℃にするには３分程度の時間がかかることがわかる。一方、血液検体を７０℃に３分間程度保持すると、血液のゲル化が始まる。従って、本発明の薄板状デバイスの樹脂膜の厚さは０．５ｍｍ以下であることが望ましいことがわかる。

図３６に、デバイスの空洞あるいはデバイスの流路の深さと温度到達時間のグラフを示す。熱処理開始後に液体の温度が７０℃に到達するまでに要する時間は、デバイスの空洞あるいは流路の深さが深くなるにつれて長くなるが、６ｍｍ程度までは３０秒程度である。このことから、本発明のデバイスの空洞あるいは流路の深さは６ｍｍ程度までであれば、血液がゲル化することなく、血球除去処理できることが分かる。

ここで、空洞あるいは流路の深さ（板厚方向の寸法）は血球除去処理できる検体量を多くしなおかつ温度ムラによる対流の影響を少なくするため０．２〜４ｍｍとするのが好ましい。深さが０．２より浅いと血球除去処理できる体積が少なくなるためであり、４ｍｍより深いと温度ムラによる対流の影響が大きくなり、血球除去効率が低下するからである。更に、デバイスの加工精度などによるデバイス作製のしやすさのため、０．５〜２ｍｍとするのがより好ましい。

所定時間加熱した後、デバイスを除熱するために、予め所定の温度に設定されている別のヒートブロック１５ｂにデバイスを移動させる。ここでも先ほどと同様にデバイスを両側から挟みこむようにヒートブロック１５ｂを移動させて、デバイスに密着させ、デバイス及び内部に含まれる検体を除熱する。ここで除熱とは、もともと室温程度の検体を、一旦６０〜７５℃程度に加熱した後にもとの温度に戻すことを意味しており、実質的に１５〜５５℃へ戻す操作を指している。なお、加熱工程や除熱工程は、ヒートブロックでなくても、予め所定温度に設定した恒温水槽にデバイスを漬込む方式で行ってもよい。

最後に、ノズル機構１９をチップラック１３に移動させ、新しいディスポーザブルピペットチップ４１を装着した後、チューブ４３に処理後の検体を吐出する。

この後、ここでは詳しくは述べないが、検体を別のデバイスに導入して、フィルタ処理を行う、顕微鏡による観察を行う、ＰＣＲを行って細菌の同定を行う、といった解析を行う。図３７及び図３８に、本発明の細菌検査装置を用いて血球除去処理を行った結果を示す。図３７は、処理を行う前の血液を、ライト染色液で染色し、倍率１００倍の対物レンズと倍率１０倍の接眼レンズを用いて光学顕微鏡で観察した結果である。図３８は、７０℃で３０秒間の熱処理を実施した血液を、ライト染色液で染色し、同じ顕微鏡で観察した結果である。図３７で観察された赤血球が図３８で除去できていることが確認できる。図３８には血球除去を行った後に顕微鏡観察を実施した例を示したが、本発明による細菌検査装置の処理はこれに限定されるものではなく、培養を行ってもよいし、血球除去後に細菌を破壊して、得られた核酸をＰＣＲなどで解析してもよいし、特に限定されるものではない。

以上、これまで説明してきた通り、本実施例では、１ｍＬ以上の血液検体を保持する部分の深さが数ミリメートル程度、幅が数十ミリメートル程度の内容積を持つデバイスを用いた。デバイスの概観は縦、横がそれぞれ数十ミリメートル程度、奥行が数ミリメートル程度の薄板状である。血液は加熱したときに、その加熱時間が長くなると血液はゲル化する性質がある。そこで、デバイス形状を薄板状とし、その両側から加熱や除熱を行うことで加熱や除熱に要する時間を短縮し、血液のゲル化を防ぐ。また、検体保持部分の深さを小さくすることで、加熱時に生じる検体の温度ムラを少なくすることができる。

さらに、本実施例による血球除去用デバイスは、１ｍＬ以上の血液検体を保持する空洞を内部に備え平坦な表面を有する平板状薄板部と、平板状薄板部の上部に当該平板状薄板部と一体に形成された帯状の厚板部と、空洞に連通する一対の吸引・吐出口とを有する。空洞の板厚方向の寸法は０．２〜４ｍｍ、より好ましくは０．５〜２ｍｍである。一対の吸引・吐出口は厚板部の長さ方向の両端部に設けられている。空洞を構成する壁部の厚さは０．１〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍである。

また、本実施例による細菌検査装置は、上記血球除去用デバイスと、それを加熱する加熱部とを備える。加熱部は、一例として、血球除去用デバイスの平板状薄板部を挟んで加熱する一対のヒートブロック、及び、一対のヒートブロックを互いに離間する方向あるいは互いに接近する方向に駆動する駆動部で構成することができる。

さらに、本実施例による細菌検査装置は、血液検体が入った検体容器を配置する検体ラックと、血球除去デバイスを配置するデバイスラックと、血球除去デバイスに接続されるピペットチップを配置するチップラックと、血球除去デバイスを加熱する加熱部と、３次元方向に移動自在なノズルを備え、当該ノズル先端から吸引・吐出動作を行うノズル機構と、装置各部を制御する制御部とを有する。制御部は、ノズル機構を駆動してノズルに血球除去デバイスを装着する制御、前記ノズル機構を駆動してノズルに装着された血球除去デバイスにピペットチップを装着する制御、ノズル機構を制御して検体容器中の血液検体をピペットチップを介して血球除去デバイスの空洞に吸引する制御、血液検体を吸引した血球除去デバイスを加熱部により加熱して血液検体中の血球を除去する制御を行う。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１ 載置台
１２ 検体ラック
１３ チップラック
１４ デバイスラック
１５ａ，１５ｂ ヒートブロック
１６ チューブラック
１７ａ，１７ｂ ステージ
１８ 廃棄物用容器
１９ ノズル機構
１９ａ ヒンジ部
１９ｂ ポンプ
２０ 制御部
３３ 恒温水槽
４１ ディスポーザブルピペットチップ
４２ 採血管
４３ チューブ
４５ 補助具
４６ 隙間
４７ チューブ
４８，４９ 接続管
５０ デバイス
５１ 平板状薄板部
５２ 厚板部
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 吸引・吐出口
５４ 空洞
５５ 支え
５６ａ，５６ｂ 流路
５７ 樹脂膜
５７ａ，５７ｂ 樹脂膜
６０ デバイス
６１ 平板状薄板部
６２ 厚板部
６３ａ，６３ｂ 吸引・吐出口
６４ 流路
６７ 樹脂膜
６７ａ，６７ｂ 樹脂膜

Claims (15)

1. 血液検体が入った検体容器を配置する検体ラックと、
   血球除去デバイスを配置するデバイスラックと、
   前記血球除去デバイスに接続されるピペットチップを配置するチップラックと、
   前記血球除去デバイスを加熱する加熱部と、
   ３次元方向に移動自在なノズルを備え、当該ノズル先端から吸引・吐出動作を行うノズル機構と、
   装置各部を制御する制御部とを有し、
   前記血球除去デバイスは、血液検体を保持する空洞を内部に備え平坦な表面を有する平板状薄板部と、前記平板状薄板部の上部に当該平板状薄板部と一体に形成された帯状の厚板部と、前記空洞に連通する一対の吸引・吐出口とを有し、前記一対の吸引・吐出口は前記厚板部の長さ方向の両端部に設けられており、
   前記制御部は、前記ノズル機構を駆動して前記ノズルに前記血球除去デバイスを装着する制御、前記前記ノズル機構を駆動して前記ノズルに装着された前記血球除去デバイスに前記ピペットチップを装着する制御、前記ノズル機構を制御して前記検体容器中の血液検体を前記ピペットチップを介して前記血球除去デバイスの前記空洞に吸引する制御、前記血液検体を吸引した前記血球除去デバイスを前記加熱部により加熱して前記血液検体中の血球を除去する制御を行うこと
   を特徴とする血液中の細菌を検査する細菌検査装置。
2. 請求項１記載の細菌検査装置において、
   前記平板状薄板部が内部に備える前記空洞は、１ｍＬ以上の血液検体を保持する空洞であり、前記空洞の板厚方向の寸法は０．２〜４ｍｍであることを特徴とする細菌検査装置。
3. 請求項１記載の細菌検査装置において、
   前記加熱部は、前記血球除去用デバイスの前記平板状薄板部を挟んで加熱する一対のヒートブロック、及び、前記一対のヒートブロックを互いに離間する方向あるいは互いに接近する方向に駆動する駆動部を有することを特徴とする細菌検査装置。
4. 請求項１記載の細菌検査装置において、
   前記加熱部は、所定の温度に設定した恒温水槽であることを特徴とする細菌検査装置。
5. 請求項１記載の細菌検査装置において、
   前記制御部は、前記血球除去デバイスを前記加熱部に適用する際に前記血球除去デバイスの姿勢を９０゜回転させることを特徴とする細菌検査装置。
6. 請求項１記載の細菌検査装置において、
   チューブを配置するチューブラックを備え、前記制御部は、前記ノズル機構を駆動して加熱後の前記血球除去デバイス中の血液検体を前記チューブ内に吐出する制御を行うことを特徴とする細菌検査装置。
7. 請求項１記載の細菌検査装置において、
   前記加熱部によって加熱された血球除去デバイスを除熱する除熱部を有することを特徴とする細菌検査装置。
8. 血球除去用デバイスと、
   前記血球除去用デバイスを加熱する加熱部とを備え、
   前記血球除去用デバイスは、血液検体を保持する空洞を内部に備え平坦な表面を有する平板状薄板部と、前記平板状薄板部の上部に当該平板状薄板部と一体に形成された帯状の厚板部と、前記空洞に連通する一対の吸引・吐出口とを有し、前記一対の吸引・吐出口は前記厚板部の長さ方向の両端部に設けられていることを特徴とする細菌検査装置。
9. 請求項８記載の細菌検査装置において、
   前記平板状薄板部が内部に備える前記空洞は、１ｍＬ以上の血液検体を保持する空洞であり、前記空洞の板厚方向の寸法は０．２〜４ｍｍであることを特徴とする細菌検査装置。
10. 請求項８記載の細菌検査装置において、
    前記加熱部によって加熱した血球除去用デバイスを除熱する除熱部を更に有し、前記除熱部は、前記血球除去用デバイスの前記平板状薄板部を挟んで除熱する一対のヒートブロック、及び、前記一対のヒートブロックを互いに離間する方向あるいは互いに接近する方向に駆動する駆動部を有することを特徴とする細菌検査装置。
11. 請求項８記載の細菌検査装置において、
    前記加熱部は、前記血球除去用デバイスの前記平板状薄板部を挟んで加熱する一対のヒートブロック、及び、前記一対のヒートブロックを互いに離間する方向あるいは互いに接近する方向に駆動する駆動部を有することを特徴とする細菌検査装置。
12. １ｍＬ以上の血液検体を保持する空洞を内部に備え平坦な表面を有する平板状薄板部と、
    前記平板状薄板部の上部に当該平板状薄板部と一体に形成された帯状の厚板部と、
    前記空洞に連通する一対の吸引・吐出口とを有し、
    前記空洞の板厚方向の寸法は０．２〜４ｍｍであり、
    前記一対の吸引・吐出口は前記厚板部の長さ方向の両端部に設けられていることを特徴とする血球除去用デバイス。
13. 請求項１２記載の血球除去用デバイスにおいて、
    前記空洞は、穴を設けた前記平板状薄板部の表面に前記穴を塞ぐように厚さ０．１〜０．５ｍｍの樹脂膜を貼り付けて形成されていることを特徴とする血球除去用デバイス。
14. 請求項１２記載の血球除去用デバイスにおいて、
    前記空洞は、流路を設けた前記平板状薄板部の表面に前記流路を塞ぐように厚さ０．１〜０．５ｍｍの樹脂膜を貼り付けて形成されていることを特徴とする血球除去用デバイス。
15. 請求項１２記載の血球除去用デバイスにおいて、
    前記空洞は内部に支えを有することを特徴とする血球除去用デバイス。

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