JP2018072119A - 微生物夾雑物検出装置および微生物夾雑物検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検体に含まれる微生物夾雑物の濃度を精度よく定量化する。【解決手段】微生物夾雑物検出装置１は、被検体に含まれる微生物夾雑物を検出する着脱自在のチップ２と、チップが着脱自在に装着される装置本体と、装置本体に装着されたチップに流れる電流を検出する検出回路と、複数の流路に接続された複数のポート同士を繋げるか遮断するかを切替可能な多方弁と、を備える。複数の流路は、被検体を含有する被検体溶液を流す第１流路と、被検体に含まれる微生物夾雑物を検出するのに必要な検出試薬を流す第２流路と、多方弁の切替により、第１流路内の被検体溶液の一部と、第２流路内の検出試薬の一部とを混合させた被検体混合液を流す第３流路と、を有し、チップには、被検体混合液が注入され、チップは、注入された被検体混合液に含まれる微生物夾雑物の濃度に応じた電流を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、被検体に含まれるエンドトキシンや（１→３）−β−Ｄ−グルカン等の微生物夾雑物を検出する微生物夾雑物検出装置および微生物夾雑物検出方法に関する。

エンドトキシンや（１→３）−β−Ｄ−グルカン等の微生物夾雑物は、血中に入るとショック症状を起こして死に至るおそれのある発熱性物質であり、透析液や注射液などの血液に投与する医薬品では微生物夾雑物が混入しないように厳重な管理が求められている。

ところが、エンドトキシンはグラム陰性菌の外膜成分のリボ多糖であり、（１→３）−β−Ｄ−グルカンは酵母やカビ等の真菌の細胞壁に存在する物質であることから、環境中に普遍的に存在する。また、エンドトキシンや（１→３）−β−Ｄ−グルカン等の微生物夾雑物は、耐熱性であるために加熱除去が困難であり、混入防止管理が非常に難しい。

エンドトキシン等の微生物夾雑物の検出法として、カブトガニの血球成分を用いる方法（Limulus Amebosyte Lysate; ＬＡＬ法）が知られている。ＬＡＬ法で用いる試薬は高額であるため、少量の試薬で極微量のエンドトキシンを検出する手法が提案されている（特許文献１参照）。

この他、被検体に含まれるエンドトキシン等の微生物夾雑物の濃度を簡易かつ精度よく検出するために、予め試薬が組み込まれたチップを作製しておき、このチップに被検体を注入して試薬と混合させ、チップに流れる微小な電流を検出して微生物夾雑物を定量する手法が提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１２−１２７６９５号公報 国際公開２０１５／１３７３５６

チップに流れる微小な電流を検出して微生物夾雑物を定量化する手法を採用する場合、チップ内に注入する被検体の量はわずかで済む。しかしながら、微生物夾雑物は、大気中にも存在するため、被検体をチップに注入する際には、大気中や注入器具内に付着した微生物夾雑物を誤ってチップ内に注入しないように留意する必要がある。例えば、透析装置で循環している透析液を被検体とする場合、循環している透析液を何らかの手段で迂回させてチップ内に注入しなければならないが、周囲に存在する微生物夾雑物の影響を受けずに透析液をチップに注入する効率的な手法は今まで提案されていない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被検体に含まれる微生物夾雑物の濃度を精度よく定量化できる微生物夾雑物検出装置および微生物夾雑物検出方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態では、被検体に含まれる微生物夾雑物を検出する着脱自在のチップと、
前記チップが着脱自在に装着される装置本体と、
前記装置本体に装着された前記チップに流れる電流を検出する検出回路と、
複数の流路に接続された複数のポート同士を繋げるか遮断するかを切替可能な多方弁と、を備え、
前記複数の流路は、
前記被検体を含有する被検体溶液を流す第１流路と、
前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出するのに必要な検出試薬を流す第２流路と、
前記多方弁の切替により、前記第１流路内の前記被検体溶液の一部と、前記第２流路内の前記検出試薬の一部とを混合させた被検体混合液を流す第３流路と、を有し、
前記チップは、
前記被検体混合液が注入される注入口と、
前記注入された被検体混合液に含まれる前記微生物夾雑物の濃度に応じた電流を出力する端子と、を有する、微生物夾雑物検出装置が提供される。

前記第１流路は、前記被検体溶液を循環させる循環流路であってもよく、
前記多方弁は、
前記被検体溶液を前記第１流路内で循環させる第１切替状態と、
前記第１流路内の前記被検体溶液の一部を抽出して前記第３流路に流す第２切替状態と、
前記検出試薬を前記第３流路に導入して前記被検体混合液を作製する第３切替状態と、を有していてもよい。

前記多方弁は、通常は前記第１切替状態に設定され、前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出する必要が生じたときに、前記第２切替状態への切替後に前記第３切替状態に切り替えられ、その後に前記第１切替状態に復帰されてもよい。

２つ以上の前記多方弁を用いて、前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路の切替を行って、前記被検体混合液を作製してもよい。

前記多方弁は、前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路の少なくとも一つを洗浄する純水または洗浄液を流す第４流路を有してもよい。

前記被検体は、透析液、注射薬液、移植組織片の培養液、および人工授精の受精卵の培養液の少なくとも一つであってもよい。

前記チップは、前記被検体混合液の酸化還元反応を生じさせる櫛形電極と、前記注入口から前記櫛形電極の上方を通過する方向に前記被検体混合液を流すチップ内流路と、を有し、
前記装置本体は、前記櫛形電極周辺の前記チップ内流路内に前記被検体混合液が存在するときに前記ヒータによる加熱を行ってもよい。

本発明の他の一態様では、被検体に含まれる微生物夾雑物を検出する着脱自在のチップと、
前記チップが着脱自在に装着される装置本体と、
前記装置本体に装着された前記チップに流れる電流を検出する検出回路と、
複数の流路に接続された複数のポート同士を繋げるか遮断するかを切替可能な多方弁と、を用いた微生物夾雑物検出方法であって、
前記複数の流路には、前記被検体を含有する被検体溶液を流す第１流路と、
前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出するのに必要な検出試薬を流す第２流路と、
前記多方弁の切替により、前記第１流路内の前記被検体溶液の一部と、前記第２流路内の前記検出試薬の一部とを混合させた被検体混合液を流す第３流路と、が設けられており、
前記多方弁は、通常は、前記第１流路にて前記被検体溶液を循環させる第１切替状態に設定され、前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出する際には、前記第１流路内の前記被検体溶液の一部を抽出して前記第３流路に流す第２切替状態に切り替えた後に、前記検出試薬を前記第３流路に導入して前記被検体混合液を作製する第３切替状態に切り替える、微生物夾雑物検出方法が提供される。

本発明によれば、被検体に含まれる微生物夾雑物の濃度を精度よく定量化できる。

本発明の一実施形態による微生物夾雑物検出装置の概略構成を示す分解斜視図。 チップの平面図。 第１位置でのチップ、ヒートシンクおよびクリーナ支持板の位置関係を示す断面図。 第２位置でのチップ、ヒートシンクおよびクリーナ支持板の位置関係を示す断面図。 チップが第２位置に到達する前の第３位置でのチップ、ヒートシンクおよびクリーナ支持板の位置関係を示す断面図。 透析装置の概略構成を説明する図。 透析監視装置の通常動作時の六方弁の切替状態を示す図。 被検体混合液を作製する第１サンプリング段階における六方弁の切替状態を示す図。 被検体混合液を作製する第２サンプリング段階における六方弁の切替状態を示す図。 本実施形態による微生物夾雑物検出装置の制御系のブロック図。 デュアルポテンショスタット回路の回路図。 本実施形態による微生物夾雑物検出装置の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による微生物夾雑物検出装置１の概略構成を示す分解斜視図である。図１の微生物夾雑物検出装置１は、被検体に含まれるエンドトキシンや（１→３）−β−Ｄ−グルカン等の微生物夾雑物を検出するものである。被検体は、例えば、透析液、注射液、移植組織片、人工授精の受精卵の培養液などである。注射液は、治療薬でもよいし、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）画像検査等のための体内検査液でもよい。

図１の微生物夾雑物検出装置１は、予め被検体と試薬とを混合した被検体混合液をチップ２に注入して、酸化還元反応による電流を検出するものである。

図１の微生物夾雑物検出装置１は、上蓋３と下蓋４からなる筐体を備えている。下蓋４は、凹部４ａが形成されたステージ４ｂを有する。下蓋４の凹部４ａ内には、ガイド部材５、ヒートシンク６、装置側端子７、検出回路基板８などが配置されている。

ガイド部材５は、チップ２をヒートシンク６上の所定位置に位置決めするとともに、ヒートシンク６上に位置決めされたチップ２をヒートシンク６とともにステージ４ｂの上面に沿って所定方向に移動させる。図１では、チップ２が移動する所定方向をＸ方向としている。所定方向Ｘはステージ４ｂの長手方向である。ガイド部材５は、ステージ４ｂの長手方向に延在されており、ヒートシンク６はガイド部材５に案内されて、所定方向Ｘに第１位置から第２位置まで移動自在とされている。

ヒートシンク６にはヒータ９が組み込まれている。ヒータ９は例えば電熱線と熱電対を有し、熱電対で計測された温度に基づいて、電熱線に電流を流すか否かが切り替えられる。ヒートシンク６は、ヒータ９の熱がチップ２以外に伝達されないように放熱を行う。また、ヒータ９がオフのときに、チップ２を迅速に冷却する目的にも利用可能である。チップ２は、ヒートシンク６上に着脱自在に位置決めされて、ヒータ９により加熱される。チップ２の内部構造は、後述する。ヒータ９は、電熱線に電流を流して加熱するため、その際に電磁放射ノイズが発生するおそれがある。そこで、ヒータ９と検出回路基板８との間に遮蔽板（電磁放射遮蔽部）１０を配置して、検出回路基板８がチップ２が出力する微弱な電流を検出する際に、ヒータ９から発生した電磁放射ノイズの影響を受けないようにするのが望ましい。

後述するように、チップ２は被検体に含まれる微生物夾雑物の濃度に応じた電流を出力する。この電流は、装置側端子７により検出される。装置側端子７は、チップ２上のチップ側端子と接触される。装置側端子７とチップ側端子との接触形態についても後述する。

検出回路基板８は、チップ２から出力された電流を検出する検出回路が形成された基板である。検出回路の具体的な回路構成は後述する。検出回路基板８は、ヒートシンク６の下方に配置されている。

なお、検出回路基板８とは別個に、不図示の電源回路基板を設けてもよいし、検出回路基板８内に電源回路を形成してもよい。検出回路基板８とは別個に電源回路基板を設ける場合は、検出回路基板８が電源回路基板から発生される電磁放射ノイズの影響を受けないように、検出回路基板８と電源回路基板との間に、電磁放射ノイズを遮断する遮蔽板を配置するのが望ましい。一方、検出回路基板８内に電源回路を形成する場合は、電源回路の周囲を遮蔽して、電源回路からの電磁放射ノイズが検出回路に重畳されないようにするのが望ましい。

上蓋３は、開閉自在の扉部３ａを有する。チップ２をヒートシンク６に位置決めする際には、上蓋３の扉部３ａを開いて、チップ２を水平方向にスライドさせて、ヒートシンク６上に載置する。上蓋３の下面側には、クリーナ支持板（カバー体）１１が配置され、クリーナ支持板１１の下面にはクリーナシート（シート部材）１２が取り付けられている。チップ２は、クリーナ支持板１１の下面のクリーナシート１２に接触しながら移動するため、チップ２の上面に付着した検体などの異物は、チップ２の移動に伴ってクリーナシート１２で拭き取られる。クリーナシート１２の具体的な材料としては、例えば不織布などを適用可能である。

図２はチップ２の平面図である。図２に示すように、チップ２は、支持層上に配置される４つの導電パターン層１３と、これら導電パターン層１３の上に配置されるマイクロ流路層１４と、マイクロ流路層１４の上に配置されるカバー層１５とを含む積層構造体である。

４つの導電パターン層１３の端部には、それぞれ対応するチップ側端子１６が接続されている。これら４つのチップ側端子１６は、２つの作用極端子Ｗ１，Ｗ２と、参照極端子Ｒｅｆと、対極端子Ｃとで構成されている。２つの作用極端子Ｗ１，Ｗ２に接続される２つの導電パターン層１３の他端側には櫛形電極１７が接続されている。櫛形電極１７は、２つの導電パターン層１３を微小な線幅の櫛形形状にして、狭小な間隔で交互に隣接配置したものである。参照極端子Ｒｅｆと対極端子Ｃは図２の配置とは逆にしてもよい。一般には、被検体が参照極端子Ｒｅｆに最初に接触した方が測定系が安定する。また、対極端子Ｃは、面積で電圧と電流が規定されるため、参照極端子Ｒｅｆよりも面積を大きくするのが望ましい。

注入口２１から注入された被検体混合液は、マイクロ流路層１４に滴下されて、毛細管現象により図２の所定方向Ｘに流れる。櫛形電極１７の直上に到達した被検体混合液は、櫛形電極１７上で酸化還元反応を繰り返して、電流を生じさせる。櫛形電極１７は、作用極端子Ｗ１，Ｗ２に繋がる電位レベルの異なる２種類の電極を交互に配置したものであり、酸化反応と還元反応とが各電極間で交互に行われて、見かけ上の電流が増大する。この電流は、２つの作用極端子Ｗ１，Ｗ２に流れる。被検体に含まれるエンドトキシン等の微生物夾雑物の濃度に応じて電流値が変化する。濃度が高いほど電流値が大きくなる。検出回路基板８は、作用極端子Ｗ１，Ｗ２に接触される装置側端子７を介して、この電流を検出する。

本実施形態によるチップ２は、ヒートシンク６上に位置決めされた後、ヒートシンク６と一体に図１の所定方向Ｘに移動される。チップ２およびヒートシンク６は、まずは第１位置にてチップ２に被検体が注入される。その後、チップ２およびヒートシンク６は第２位置に移動して、チップ側端子１６から出力される電流の検出が行われる。

チップ２は、被検体の注入口２１と、第１空気孔２２と、第２空気孔２３とを有する。注入口２１、第１空気孔２２および第２空気孔２３は、所定方向Ｘに沿って間隔を隔てて配置されている。より詳細には、第１空気孔２２は、注入口２１と櫛形電極１７との間に配置されている。第２空気孔２３は、櫛形電極１７とチップ側端子１６との間に配置されている。第１空気孔２２と第２空気孔２３は、チップ２の外側の空気をチップ２内に取り込む吸気口として機能するとともに、チップ２内の空気をチップ２外に排気する排気口としても機能する。これら第１空気孔２２と第２空気孔２３から空気を出し入れすることで、マイクロ流路層１４内の被検体混合液を所定方向Ｘに移動させることができる。

上述したように、チップ２は、クリーナ支持板１１に接触しながら所定方向Ｘに移動する。よって、チップ２の第１空気孔２２と第２空気孔２３がクリーナ支持板１１によって塞がれていると、第１空気孔２２と第２空気孔２３から空気を流出入させることはできない。そこで、クリーナ支持板１１には、第３空気孔２４と第４空気孔２５が設けられており、チップ２の移動位置によって、第１空気孔２２と第３空気孔２４を重ね合わせたり、第２空気孔２３と第４空気孔２５を重ね合わせたりする。これにより、マイクロ流路層１４内の液体は、所定方向Ｘに滞りなく流れるようになる。

図３Ａは第１位置でのチップ２、ヒートシンク６およびクリーナ支持板１１の位置関係を示す断面図、図３Ｂは第２位置でのチップ２、ヒートシンク６およびクリーナ支持板１１の位置関係を示す断面図、図３Ｃはチップ２が第２位置に到達する前の第３位置でのチップ２、ヒートシンク６およびクリーナ支持板１１の位置関係を示す断面図である。

図３Ａに示すように、第１位置では、チップ２の注入口２１が露出されており、この注入口２１から被検体が注入される。また、第１位置では、チップ２の第１空気孔２２とクリーナ支持板１１の第３空気孔２４とが上下に重ね合わされる。これにより、第１空気孔２２と第３空気孔２４からチップ２内の空気を排気することができ、チップ２の注入口２１から注入された被検体は、マイクロ流路層１４を通って所定方向Ｘに流れ、櫛形電極１７の近傍に到達する。櫛形電極１７の下方には、ヒータ９が配置されており、被検体混合液はヒータ９で加熱されて、酸化還元反応に最適な温度に設定される。これにより、チップ２およびヒートシンク６が第１位置にあるときに、酸化還元反応が行われる。

また、第１位置では、チップ２の第２空気孔２３とチップ側端子１６はクリーナ支持板１１で塞がれている。よって、チップ２の第２空気孔２３やチップ側端子１６から異物が混入するおそれを防止できる。

酸化還元反応が終了すると、チップ２およびヒートシンク６は、ガイド部材５に案内されて、所定方向Ｘに沿って、第２位置まで移動される。図３Ｂに示すように、第２位置では、チップ２の注入口２１と第１空気孔２２はクリーナ支持板１１によって塞がれる。これにより、第１空気孔２２や注入口２１から新たな微生物夾雑物が混入するおそれを防止できる。また、チップ２が第１位置のときに注入口２１から注入された被検体の一部が注入口２１の周囲に飛散したとしても、第１位置から第２位置にチップ２を移動する間に、チップ２の上面に接触しているクリーナシート１２にて拭き取ることができ、微生物夾雑物の残留物による計測誤差を防止できる。

第２位置では、チップ２の第２空気孔２３とクリーナ支持板１１の第４空気孔２５とが上下に重ね合わされる。また、チップ側端子１６は露出されている。これにより、櫛形電極１７周辺のマイクロ流路層１４内に存在していた被検体混合液は、所定方向Ｘに移動する。第２位置では、チップ２のチップ側端子１６と、その周辺のマイクロ流路層１４はクリーナ支持板１１で塞がれていない。よって、クリーナ支持板１１で塞がれていない箇所のマイクロ流路層１４に所定波長の光を照射して、マイクロ流路層１４内の混合液の分光感度特性などを測定することも可能となる。

また、チップ２とヒートシンク６を第２位置まで移動させると、図３Ｂに示すように、ヒートシンク６の端部が装置側端子移動機構２６に接触する。装置側端子移動機構２６は、ヒートシンク６の端部が接触すると、装置側端子７を下降させて、チップ側端子１６に接触させる。装置側端子７は、上方からチップ側端子１６に点接触するため、装置側端子７とチップ側端子１６との間の機械的摩擦による摩耗を抑制でき、耐久性を向上できるとともに、摩耗による接触不良を防止できる。

なお、装置側端子移動機構２６の具体的な構造は問わない。例えば、第２位置では、２枚重ね合わせたフレキシブルプリント基板（以下、ＦＰＣ基板）の間にヒートシンク６を押し込んで、２枚のＦＰＣ基板をヒートシンク６の上下に開くように配置させ、ＦＰＣ基板の端部に配置された装置側端子７が自重で下降してチップ側端子１６に接触するようにしてもよい。

図３Ｃに示すように、チップ２が第２位置に到達する前に、注入口２１と第３空気孔２４とが重なり合う第３位置にチップ２を移動させるのが望ましい。これにより、マイクロ流路層１４内の被検体混合液がチップ側端子１６の方向に移動しやすくなる。

次に、チップ２に注入される被検体混合液の作製方法を説明する。後述するように、本実施形態では、多方弁を用いて被検体混合液を作製する。多方弁とは、複数の流路が接続された複数のポート同士を繋げるか遮断するかを任意に切替可能とした複数方向の切替弁である。多方弁は、機械的な切替弁でもよいし、コイルに流れる電流により生じる磁束を利用して切替を行う電磁弁でもよい。多方弁を用いることで、複数の流路を流れる液体の方向を任意に切り替えることができる。

最も基本的な構成の多方弁には、第１流路〜第３流路が接続されており、第１〜第３切替状態を有する。第１流路は、被検体を含有する被検体溶液を流す流路である。第２流路は、被検体に含まれる微生物夾雑物を検出するのに必要な検出試薬を流す流路である。第３流路は、第１流路内の被検体溶液の一部と、第２流路内の前記検出試薬の一部とを混合させた被検体混合液を流す流路である。

多方弁の第１切替状態は、例えば被検体溶液を第１流路内で循環させる。第２切替状態は、例えば第１流路内の被検体溶液の一部を抽出して第３流路に流す。第３切替状態は、例えば検出試薬を第３流路に導入して被検体混合液を作製する。

多方弁は、通常は第１切替状態に設定され、被検体に含まれる微生物夾雑物を検出する必要が生じたときに、第２切替状態への切替後に第３切替状態に切り替えられ、その後に第１切替状態に戻される。

このように、多方弁は、例えば被検体溶液が循環して流れる循環流路上に接続される。以下では、多方弁が接続される循環流路の一例として、透析装置の循環流路について説明する。
図４は透析装置５０の概略構成を説明する図である。図４に示すように、透析装置５０は、血液中の老廃物を除去するダイアライザ５１と、透析監視装置５２とを備えている。患者の血液は、血液ポンプ５３で吸引されて、凝固防止のためのヘパリン５４を加えた後、ドリップチャンバ５５にて気泡の除去等が行われる。その後、血液中の老廃物がダイアライザ５１にて除去される。ダイアライザ５１内の透析液は、透析監視装置５２に供給される。透析監視装置５２は、ダイアライザ５１から循環ポンプ５６にて吸引された透析液の一部を除水ポンプ５８で排出するとともに、循環ポンプ５９で透析用水処理装置６０に導いて浄化して、ＥＴＲＦフィルタ６１にて微生物夾雑物を除去した後、補液ポート６２を介して、ダイアライザ５１に供給する。ダイアライザ５１から出力されたきれいな血液は、ドリップチャンバ５７にて気泡が除去された後、人間６３の体内に戻される。

本実施形態では、透析監視装置５２内の透析液が流れる流路に多方弁を取り付けて、チップ２に注入するための被検体混合液を生成する。本実施形態の多方弁は、４つ以上の任意の数のポートを有し、各ポートを繋ぐか遮断するかの切替制御を行うことで、透析液が流れる流路を制御する。一つの多方弁だけで流路の制御を行ってもよいし、複数の多方弁を組み合わせて流路の制御を行ってもよい。以下では、２つの多方弁を組み合わせて使用する例を説明する。２つの多方弁のうち、一方の多方弁は、例えば図４の流路Ａに取り付けられ、他方の多方弁は、例えば図４の流路Ｂに取り付けられる。なお、多方弁を流路Ａの代わりに流路Ｃに取り付けることも可能であるが、以下では、流路Ａと流路Ｂに多方弁を取り付ける例を説明する。

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは多方弁７０ａ、７０ｂの切替動作を説明する図である。これらの図で用いられる多方弁７０ａ、７０ｂはいずれも、６つの流路に接続された６つのポート同士を繋げるか遮断するかを切り替える六方弁７０である。各ポートには、対応する流路の流路端が接続される。各六方弁７０は、６つのポートのうち隣接する２つのポート同士を繋げるか遮断するかを任意に切替可能な切替機能を有する。例えば、隣接する２つのポート同士を繋げた場合には、これら２つのポートのうち一方のポートに接続された流路内の液体が、六方弁７０の内部を通過して、他方のポートに接続された流路に流れる。一方、隣接する２つのポート同士を遮断する場合には、これら２つのポートのうち一方のポートに接続された流路内の液体は、他方のポートに接続された流路には流れなくなる。このように、六方弁７０が有する６つのポートのうち、隣接する２つのポート同士を繋げるか遮断するかを任意に切り替えることで、六方弁７０の６つのポートに接続された６つの流路同士を繋げるか遮断するかを任意に切り替えることができる。

六方弁７０の６つのポートには、必ずしも流路が接続されるとは限らない。切り替えるべき流路の数が６個に満たない場合は、６つのポートの一部を未接続状態にすればよい。

図５Ａ、図５Ｂおよび図５Ｃは、六方弁７０ａ、７０ｂの隣接する２つのポートが繋がっている状態を実線で、遮断されている状態を破線で示している。図５Ａは、透析監視装置５２の通常動作時の六方弁７０ａ、７０ｂの切替状態を示している。六方弁７０ａのポートｃ１とｃ２には図４の流路Ａが接続されている。流路Ａ内の液体（この場合は透析液）は、ポートｃ１から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ２から流路Ａに流れる。これにより、流路Ａには、液体が滞りなく流れる。また、六方弁７０のポートｃ５、ｃ６、ｃ３、ｃ４は、図４の流路Ｂ内の液体を流すように切替制御されている。より具体的には、流路Ｂ内の液体は、ポートｃ５から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ６から流路Ｄに流れる。流路Ｄ内の液体は、ポートｃ３から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ４から流路Ｅに流れる。流路Ｅ内の液体は、六方弁７０ｂのポートｃ１から六方弁７０ｂの内部を通過して、ポートｃ２から再び流路Ｂに流れて、除水ポンプ５８に導かれる。

チップ２に注入される被検体混合液は、図５Ｂに示す第１サンプリング段階を経た後、図５Ｃに示す第２サンプリング段階にて作製される。第１サンプリング段階と第２サンプリング段階では、六方弁７０ａ、７０ｂの切替状態が異なっている。

図５Ｂは被検体混合液を作製する第１サンプリング段階における六方弁７０の切替状態を示している。六方弁７０ａのポートｃ１とｃ２との接続が遮断される代わりに、ポートｃ１とｃ６が繋げられる。これにより、図４の流路Ａ内の液体はポートｃ１から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ６から流路Ｄに流れる。流路Ｄ内の液体は、六方弁７０ａのポートｃ３から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ２から流路Ａに流れる。これにより、流路Ｄ内に液体が溜まることになる。流路Ｄ内に溜まった液体は、流路Ａに流れる液体である。

一方、流路Ｂ内の液体は、六方弁７０ａのポートｃ５から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ４から流路Ｅに流れる。その後は、図５Ａと同様に、六方弁７０ｂの接続端ｃ１から六方弁７０ｂの内部を通過して、接続端ｃ２から流路Ｂに流れる。

このように、第１サンプリング段階では、流路Ａを流れる液体を流路Ｄに溜める処理を行う。第１サンプリング段階が終わると、引き続き第２サンプリング段階に移行する。

図５Ｃは被検体混合液を作製する第２サンプリング段階における六方弁７０の切替状態を示している。流路Ａ内の液体は、図５Ａと同様に、六方弁７０ａのポートｃ１から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ２から流路Ａに流れる。流路Ｂ内の液体は、六方弁７０ａのポートｃ５から六方弁７０ａの内部を通過してポートｃ６から流路Ｄに流れる。このとき、図５Ｂに示す第１サンプリング段階で流路Ｄに溜めた流路Ａからの液体が流路Ｄから押し出される。流路Ｄから押し出された液体は、六方弁７０ａのポートｃ３から六方弁７０ａの内部を通過して、ポートｃ４から流路Ｅに流れる。その後、流路Ｅ内の液体は、六方弁７０ｂのポートｃ１から六方弁７０ｂの内部を通過して、ポートｃ６から流路Ｆに流れる。流路Ｆに流れる液体は、図５Ｂで流路Ａから抽出した液体である。

一方、透析液に混合される検出試薬７１は、流路Ｇから六方弁７０ｂのポートｃ４に流れ、六方弁７０ｂの内部を通過して、ポートｃ５から流路Ｆに流れる。流路Ｆには、図５Ｂで流路流路Ｄに溜めたＡからの液体が存在するため、流路Ｆの内部で、流路Ａから抽出した液体と検出試薬７１とが混合されて、被検体混合液が作製される。

本実施形態で用いられる検出試薬７１の種類は特に問わないが、例えば、エンドトキシンの検出に有効な、カボトガニ血球抽出物を利用したライセート試薬（ＬＡＬ：Limulus Amebocyte LysateまたはＴＡＬ：Tachypleus Tridentatus）が一例として挙げられる。

図５Ｃによって作製された被検体混合液は、スポイド等の所定の滴下器具を用いてチップ内に注入される。

図４に示す透析装置５０は、通常は、流路ＡとＢを介して透析液を連続的に循環させているが、この状態で、一時的に六方弁７０の切替状態を図５Ｂおよび図５Ｃのように順次変更して、被検体混合液を作製し、その後は、六方弁７０の切替状態を図５Ａの通常の状態に戻すようにする。これにより、透析装置５０を通常動作させて透析装置５０で循環している透析液をそのまま用いて被検体混合液を作製して微生物夾雑物の濃度を測定できる。よって、本実施形態によれば、被検体に含まれる微生物夾雑物の濃度測定を精度よく行うことができる。

図５Ａが上述した第１切替状態に相当し、図５Ｂが第２切替状態に相当し、図５Ｃが第３切替状態に相当する。また、例えば図５Ｃの流路Ａが上述した第１流路に相当し、流路Ｇが第２流路に相当し、流路Ｆが第３流路に相当する。

被検体と検出試薬７１との混合比や、被検体の量、検出試薬７１の量は、多方弁（例えば六方弁）７０の各ポートを切り替えるタイミングを調整したり、多方弁７０の各ポートに繋がる流路の方向を変更することで、任意に調整できる。

また、多方弁７０の切替により、一つの流路に、異なる複数種類の液体を流す場合には、異なる液体を流す前に、その流路を洗浄するのが望ましい。このため、純水や洗浄液を供給する流路（第４流路）を別途用意して多方弁７０の空きポートに接続し、多方弁７０の切替によって、複数種類の液体を流す流路を純水や洗浄液で洗浄してもよい。この場合、洗浄に利用した純水や洗浄液を排出する流路も用意しておく必要がある。

特に、エンドトキシンのような微生物夾雑物は、大気中にも存在するため、大気等を介して流路内や多方弁７０の内部に混入するおそれがある。よって、被検体混合液を作製する前に、流路や多方弁７０の内部を純水や洗浄液で洗浄するのが望ましい。このため、多方弁７０には、純水や洗浄液を供給する流路と、洗浄後の廃水のための流路とを予め設けておくのが望ましい。なお、大気中に含まれないと考えられる特定の微生物夾雑物を測定するための被検体混合液を作製する場合には、純水や洗浄液を供給する流路と、洗浄後の廃水のための流路とを設ける必要はない。

上述した検出試薬７１は、通常は保冷庫に保管しておき、被検体混合液を作製する必要が生じたときに、検出試薬７１を収納した収納体を保冷庫から取り出して、できるだけ清浄な環境下で多方弁７０に繋がる流路に接続してもよいし、保冷庫まで流路を伸ばして、保冷庫に保管したまま、検出試薬７１を必要量だけ流路に流すようにしてもよい。

図６は本実施形態による微生物夾雑物検出装置１の制御系のブロック図である。図６に示すように、本実施形態による微生物夾雑物検出装置１の制御系は、制御部３１と、記憶部３２と、検出回路３３と、表示部３４と、電源回路３５と、ヒータ９と、温度計測部３６とを有する。

制御部３１は、制御系の全体的な制御を行うものであり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）とその周辺回路で構成されている。

記憶部３２は、微生物夾雑物検出装置１の初期設定条件や自己点検状況、環境パラメータなどの各種データを記憶する。環境パラメータとは、例えば環境温度や湿度などである。また、記憶部３２は、チップ２の検出電流を補正するための補正コードや、計測時刻、過去の計測データなどを記憶してもよい。また、記憶部３２は、チップ２の各ロットごとに、計測時刻と、電流値と、被検体中の微生物夾雑物の濃度とを対応づけた保存検量線のデータを記憶していてもよい。

検出回路３３は、チップ２から出力される電流を検出する回路であり、例えば図７に示すようなデュアルポテンショスタット回路４０を含んでいる。図７の回路構成について後述する。

表示部３４は、チップ２の移動手順に関する情報、チップ２の検出電流値、被検体内の微生物夾雑物の濃度に関する情報などを表示する。表示部３４に表示する具体的な内容は任意である。温度計測部３６は例えば熱電対を用いてヒータ９の温度を計測する。制御部３１は、温度計測部３６で計測された温度が設定温度以上になったら、ヒータ９の加熱を停止させる。

制御部３１は、検出回路３３で検出された電流を記憶部３２に記憶された補正コードに従って補正する。また、制御部３１は、チップ２のチップ側端子１６への電圧供給やヒータ９の加熱などの指示を電源回路３５に対して行う。

図７のデュアルポテンショスタット回路４０は、第１〜第５差動増幅回路４１〜４５と、抵抗Ｒ１〜Ｒ８とを有する。第１差動増幅回路４１の負側入力端子には電圧Ｅ１が入力され、正側入力端子は接地されている。第１差動増幅回路４１は、電圧Ｅ１に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との抵抗比を乗じた電圧を出力する。第２差動増幅回路４２の正側入力端子には、電圧Ｅ２を抵抗Ｒ３とＲ４で抵抗分圧した電圧が入力される。電圧Ｅ１と第２差動増幅回路４２の出力端子との間には、抵抗Ｒ５とＲ６が直列接続されており、抵抗Ｒ５とＲ６の接続ノードの電圧が第２差動増幅回路４２の負側入力端子に入力される。

第３差動増幅回路４３の正側入力端子は第１差動増幅回路４１の出力端子に接続されている。第３差動増幅回路４３の負側入力端子は参照極端子Ｒｅｆに接続され、第３差動増幅回路４３の出力端子は対極端子Ｃに接続されている。

第４差動増幅回路４４の正側入力端子は接地され、負側入力端子は作用極端子Ｗ１に接続されている。第４差動増幅回路４４の負側入力端子と第１出力端子Ｗ１＿ＯＵＴとの間には抵抗Ｒ７が接続されている。

第５差動増幅回路４５の正側入力端子は第２差動増幅回路４２の出力端子に接続されている。第５差動増幅回路４５の負側入力端子は作用極端子Ｗ２に接続されている。第５差動増幅回路４５の負側入力端子と第２出力端子Ｗ２＿ＯＵＴとの間には抵抗Ｒ８が接続されている。

抵抗Ｒ１〜Ｒ８の抵抗値がすべて等しい場合には、第２差動増幅回路４２の出力電圧は、ΔＥ＝Ｅ２−Ｅ１となる。また、作用電極端子Ｗ１には、出力端子Ｗ１＿ＯＵＴから流れ込んだ電流ｉ１が流れる。作用電極端子Ｗ２から出力端子Ｗ２＿ＯＵＴには、電流ｉ２が流れる。

図８は本実施形態による微生物夾雑物検出装置１の処理手順を示すフローチャートである。まず、ヒートシンク６にチップ２を位置決めしたか否かを判定する（ステップＳ１）。チップ２がヒートシンク６に位置決めされると、ヒータ９にてチップ２を予備加熱する（ステップＳ２）。次に、チップ２内に、図４および図５で説明した手法で生成した被検体混合液を注入し、チップ２への被検体混合液の注入が完了したか否かを判定する（ステップＳ３）。チップ２内に被検体混合液が注入されると、ヒータ９にてチップ２を加熱する（ステップＳ４）。これにより、櫛形電極１７上で酸化還元反応が起こる。次に、作用極端子から出力される電流を検出回路３３にて検出する（ステップＳ５）。

次に、ステップＳ５で検出された電流を補正コードにて補正し、補正された電流を保存検量線と比較する（ステップＳ６）。次に、ステップＳ６の比較結果に基づいて、被検体混合液に含まれる微生物夾雑物の濃度が規定の範囲内か否かを示す情報を表示部３４に出力する（ステップＳ７）。

上述した実施形態では、ヒートシンク６上に位置決めされたチップ２を、ヒートシンク６と一体にガイド部材５に沿って所定方向Ｘに移動させる例を示したが、ヒートシンク６を固定にして、ヒートシンク６の上面に沿ってチップ２を所定方向Ｘに移動させてもよい。

このように、本実施形態では、透析装置５０等の検査対象装置内を被検体溶液が循環している流路に多方弁７０を取り付けて、一時的に多方弁７０を切り替えて被検体溶液を抽出した後、多方弁７０を切り替えて、抽出した被検体溶液を検出試薬７１と混合した被検体混合液を作製する。作製した被検体混合液は、チップ２に注入されて、被検体混合液に含まれる微生物夾雑物の濃度が計測される。多方弁７０を用いることで、透析装置等の検査対象装置の動作を妨げることなく、検査対象装置内を循環している被検体溶液を用いて被検体混合液を容易に作製できる。よって、大気中等の微生物夾雑物の混入を防止しつつ、被検体溶液に含まれる微生物夾雑物の濃度を精度よく計測できる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 微生物夾雑物検出装置、２ チップ、３ 上蓋、４ 下蓋、５ ガイド部材、６ ヒートシンク、７ 装置側端子、８ 検出回路基板、９ ヒータ、１１ クリーナ支持板、１２ クリーナシート、１３ 導電パターン層、１４ マイクロ流路層、１５ カバー層、１６ チップ側端子、１７ 櫛形電極、２１ 注入口、２２ 第１空気孔、２３ 第２空気孔、２４ 第３空気孔、２５ 第４空気孔、２６ 装置側端子移動機構、３１ 制御部、３２ 記憶部、３３ 検出回路、３４ 表示部、３５ 電源回路、３６ 温度計測部、４０ デュアルポテンショスタット回路、４１ 第１差動増幅回路、４２ 第２差動増幅回路、４３ 第３差動増幅回路、４４ 第４差動増幅回路、４５ 第５差動増幅回路

Claims (8)

1. 被検体に含まれる微生物夾雑物を検出する着脱自在のチップと、
   前記チップが着脱自在に装着される装置本体と、
   前記装置本体に装着された前記チップに流れる電流を検出する検出回路と、
   複数の流路に接続された複数のポート同士を繋げるか遮断するかを切替可能な多方弁と、を備え、
   前記複数の流路は、
   前記被検体を含有する被検体溶液を流す第１流路と、
   前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出するのに必要な検出試薬を流す第２流路と、
   前記多方弁の切替により、前記第１流路内の前記被検体溶液の一部と、前記第２流路内の前記検出試薬の一部とを混合させた被検体混合液を流す第３流路と、を有し、
   前記チップは、
   前記被検体混合液が注入される注入口と、
   前記注入された被検体混合液に含まれる前記微生物夾雑物の濃度に応じた電流を出力する端子と、を有する、微生物夾雑物検出装置。
2. 前記第１流路は、前記被検体溶液を循環させる循環流路であり、
   前記多方弁は、
   前記被検体溶液を前記第１流路内で循環させる第１切替状態と、
   前記第１流路内の前記被検体溶液の一部を抽出して前記第３流路に流す第２切替状態と、
   前記検出試薬を前記第３流路に導入して前記被検体混合液を作製する第３切替状態と、を有する、請求項１に記載の微生物夾雑物検出装置。
3. 前記多方弁は、通常は前記第１切替状態に設定され、前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出する必要が生じたときに、前記第２切替状態への切替後に前記第３切替状態に切り替えられ、その後に前記第１切替状態に復帰される、請求項２に記載の微生物夾雑物検出装置。
4. ２つ以上の前記多方弁を用いて、前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路の切替を行って、前記被検体混合液を作製する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の微生物夾雑物検出装置。
5. 前記多方弁は、前記第１流路、前記第２流路および前記第３流路の少なくとも一つを洗浄する純水または洗浄液を流す第４流路を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の微生物夾雑物検出装置。
6. 前記被検体は、透析液、注射薬液、移植組織片の培養液、および人工授精の受精卵の培養液の少なくとも一つである、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の微生物夾雑物検出装置。
7. 前記チップは、前記被検体混合液の酸化還元反応を生じさせる櫛形電極と、前記注入口から前記櫛形電極の上方を通過する方向に前記被検体混合液を流すチップ内流路と、を有し、
   前記装置本体は、前記櫛形電極周辺の前記チップ内流路内に前記被検体混合液が存在するときに前記ヒータによる加熱を行う、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の微生物夾雑物検出装置。
8. 被検体に含まれる微生物夾雑物を検出する着脱自在のチップと、
   前記チップが着脱自在に装着される装置本体と、
   前記装置本体に装着された前記チップに流れる電流を検出する検出回路と、
   複数の流路に接続された複数のポート同士を繋げるか遮断するかを切替可能な多方弁と、を用いた微生物夾雑物検出方法であって、
   前記複数の流路には、前記被検体を含有する被検体溶液を流す第１流路と、
   前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出するのに必要な検出試薬を流す第２流路と、
   前記多方弁の切替により、前記第１流路内の前記被検体溶液の一部と、前記第２流路内の前記検出試薬の一部とを混合させた被検体混合液を流す第３流路と、が設けられており、
   前記多方弁は、通常は、前記第１流路にて前記被検体溶液を循環させる第１切替状態に設定され、前記被検体に含まれる前記微生物夾雑物を検出する際には、前記第１流路内の前記被検体溶液の一部を抽出して前記第３流路に流す第２切替状態に切り替えた後に、前記検出試薬を前記第３流路に導入して前記被検体混合液を作製する第３切替状態に切り替える、微生物夾雑物検出方法。

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