JP2019002857A - マイクロ流体デバイス及び血液成分の定量方法 - Google Patents

Abstract

【課題】血液中の成分を精度よく定量することを可能とする、マイクロ流体デバイスを提供する。
【解決手段】血液を溶血させ、該溶血させた血液中の成分を測定するために用いられるマイクロ流体デバイスであって、基板と、基板内に設けられており、流体が送液されるマイクロ流路１０とを有するマイクロ流路チップを備え、マイクロ流路１０が、マイクロ流路１０の途中に設けられており、血液を溶血させるための溶血部１３と、溶血部１３より下流側に設けられており、溶血させた血液を混合するための混合流路１４と、を有する、マイクロ流体デバイス。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体が送液されるマイクロ流路が設けられている、マイクロ流体デバイス、並びに該マイクロ流体デバイスを用いた血液成分の定量方法に関する。

従来、血液を溶血させ、溶血させた血液の成分を定量する方法が種々提案されている。

例えば、下記の特許文献１には、血液試料中の特定のヘモグロビン誘導体を定量する分析方法が開示されている。より具体的に、特許文献１では、血液試料を溶血／変性試薬で処理することにより、赤血球を溶解させ、赤血球から放出されるヘモグロビン誘導体を変性させている。特許文献１では、このようにして変性されたヘモグロビン誘導体が定量されている。なお、溶血／変性試薬としては、リチウム塩が用いられている。

特許第２８４３９１９号公報

近年、ヘモグロビンＡ１ｃのようなヘモグロビン誘導体の定量には、その測定精度を高めることが求められている。特に、マイクロ流路チップスケールにおける測定では、より一層測定精度を高めることが求められている。

しかしながら、特許文献１のように、溶血／変性試薬としてリチウム塩を用いた場合、ヘモグロビン誘導体の測定部位を変性させることがあった。そのため、ヘモグロビン誘導体のような血液中の成分を精度よく定量できない場合があった。

本発明の目的は、血液中の成分を精度よく定量することを可能とする、マイクロ流体デバイス、及び該マイクロ流体デバイスを用いた血液成分の定量方法を提供することにある。

本発明に係るマイクロ流体デバイスは、血液を溶血させ、該溶血させた血液中の成分を測定するために用いられるマイクロ流体デバイスであって、基板と、該基板内に設けられており、流体が送液されるマイクロ流路とを有するマイクロ流路チップを備え、前記マイクロ流路が、前記マイクロ流路の途中に設けられており、前記血液を溶血させるための溶血部と、前記溶血部より下流側に設けられており、前記溶血させた血液を混合するための混合流路と、を有する。

本発明に係るマイクロ流体デバイスのある特定の局面では、前記溶血部が、前記血液及び水を保持する保持空間である。

本発明に係るマイクロ流体デバイスの他の特定の局面では、前記基板が、対向し合う第１の主面及び第２の主面と、該第１の主面及び第２の主面を結んでおり、対向し合う第１の側面及び第２の側面とをさらに有し、前記混合流路が、前記第１の側面側に拡大されている第１の流路部と、前記第２の側面側に拡大されている第２の流路部とを有し、前記第１の流路部及び前記第２の流路部が、前記混合流路における前記流体の送液方向において、ずれるように配置されている。好ましくは、前記第１の流路部と前記第２の流路部とが交互に設けられている。

本発明に係る血液成分の定量方法は、本発明に従って構成されるマイクロ流体デバイスを用いた血液成分の定量方法であって、前記溶血部に血液及び水を送液し、前記溶血部において前記血液を溶血させる工程と、前記溶血させた血液を前記混合流路に送液し、前記溶血させた血液を混合する工程と、前記溶血させた血液成分を定量する工程と、を備える。

本発明に係る血液成分の定量方法のある特定の局面では、前記溶血部において、前記血液及び前記水を３０秒以上保持することにより、前記血液を溶血させる。

本発明に係る血液成分の定量方法の他の特定の局面では、前記血液成分が、ヘモグロビン及びヘモグロビンＡ１ｃである。

本発明によれば、血液中の成分を精度よく定量することを可能とする、マイクロ流体デバイスを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの外観を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスのマイクロ流路を説明するための模式的平面図である。 実施例１〜３及び比較例１の混合度の結果を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。

（マイクロ流体デバイス）
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロ流体デバイスの外観を示す斜視図である。

図１に示すように、マイクロ流体デバイス１は、マイクロ流路チップ６を備える。マイクロ流路チップ６は、板状の基板２を有する。板状の基板２は、対向する第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂと、対向する第１の側面２ｃ及び第２の側面２ｄとを有する。第１の側面２ｃ及び第２の側面２ｄは、第１の主面２ａ及び第２の主面２ｂを結んでいる。

基板２は、基板本体３と、基板本体３の上面を覆うように設けられた第１のカバー層４と、基板本体３の下面側に積層された第２のカバー層５とを有する。第１のカバー層４は、第１の主面２ａ側に設けられている。第２のカバー層５は、第２の主面２ｂ側に設けられている。なお、積層構造は特に限定されない。また、基板２は、第１のカバー層４及び基板本体３が一体成形されたものであってもよい。

マイクロ流路チップ６を構成する材料は特に限定されない。例えば、基板２を構成している基板本体３、第１のカバー層４及び第２のカバー層５は、合成樹脂の成形体の積層構造であってもよい。また、基板本体３が、射出成形品からなり、第１のカバー層４及び第２のカバー層５が射出成形品の上面または下面に貼り付けられた合成樹脂フィルムであってもよい。

板状の基板２内には、図２に平面図で示すマイクロ流路１０が設けられている。マイクロ流路１０とは、液体（流体）の搬送に際し、いわゆるマイクロ効果が生じるような微細な流路をいう。このようなマイクロ流路では、液体は、表面張力の影響を強く受け、通常の大寸法の流路を流れる液体とは異なる挙動を示す。

このようなマイクロ流路の横断面形状は、マイクロ流路チップ６をより一層小型化する観点より、マイクロ流路１０の横断面における小さい方の辺の寸法で、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下である。一方、溶血部１３で水及び血液をより一層確実に停止させる観点より、マイクロ流路１０の横断面における小さい方の辺の寸法で、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上である。

マイクロ流路１０の横断面が円形である場合には、マイクロ流路１０の直径は、マイクロ流路チップ６をより一層小型化する観点より、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは５００μｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下である。一方、溶血部１３で水及び血液をより一層確実に停止させる観点より、マイクロ流路１０の横断面が円形である場合には、マイクロ流路１０の直径は、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍ以上である。

マイクロ流路１０の上流側には、送液手段としてのマイクロポンプ１１が設けられている。また、マイクロ流路１０の途中に、液体導入部１２、溶血部１３、混合流路１４及び液体回収部１５が設けられている。より具体的には、マイクロ流路１０において、液体導入部１２が設けられている部分よりも下流側に、溶血部１３が設けられている。溶血部１３が設けられている部分よりも下流側に、混合流路１４が設けられている。混合流路１４が設けられている部分よりも下流側に液体回収部１５が設けられている。なお、液体導入部１２、溶血部１３、混合流路１４及び液体回収部１５は、それぞれ、直接連結されていてもよいし、連結用マイクロ流路や他の空間を介して設けられていてもよい。本実施形態において、液体導入部１２、溶血部１３、混合流路１４及び液体回収部１５は、それぞれ、連結用マイクロ流路を介して連なっている。

本実施形態において、マイクロ流体デバイス１は、血液を溶血させ、該溶血させた血液中の成分を測定するために用いられる。

マイクロポンプ１１は、血液や水などの液体を送液する送液手段である。具体的には、マイクロポンプ１１を用いて、マイクロ流路１０に液体や空気、又は所定のガスを送り込むことにより、血液や水などの液体を送液することができる。この場合、マイクロポンプ１１は、本実施形態のように基板２の内部に設けられていてもよいし、基板２の外部に設けられていてもよい。

もっとも、マイクロポンプ１１以外の他の送液手段を用いてもよい。他の送液手段としては、マイクロ流路１０の上流側に連結された空間に配置されたガス発生部材が挙げられる。ガス発生部材とは、光や熱等の外力によりガスを発生する部材である。ガス発生部材に所定のタイミングで外力を加えることによりガスを発生させ、マイクロ流路１０にガスを送り込むことができる。それによって、マイクロ流路１０内において、液体を送液することができる。ガス発生部材としては、例えば、ガス発生テープが挙げられる。

液体導入部１２は、血液や水を溶血部１３に送り込む前に貯蔵しておく空間である。なお、本実施形態においては、水を溶血部１３に送り込む前に貯蔵しておく空間として用いられている。もっとも、本発明において、液体導入部１２は、設けられていてなくてもよい。

溶血部１３は、血液を溶血させるための空間である。本実施形態では、水及び血液を一定時間保持することにより、血液を溶血させる空間である。本実施形態では、この溶血部１３に予め血液を保持しておき、さらに液体導入部１２から溶血部１３に水を送液する。その状態で、血液及び水をこの溶血部１３で一定時間保持することにより、血液を溶血させる。このように、溶血部１３は、血液及び水を保持し該血液を溶血させるために設けられている。

混合流路１４は、溶血部１３で溶血された血液と水を混合するために設けられている。本実施形態において、混合流路１４は、第１の流路部１４ａと第２の流路部１４ｂとを有する。第１の流路部１４ａは、第１の側面２ｃ側に流路が拡大されている部分である。他方、第２の流路部１４ｂは、第２の側面２ｄ側に流路が拡大されている部分である。本実施形態では、２つの第１の流路部１４ａと２つの第２の流路部１４ｂとが第１の流路部１４ａから順に交互に設けられている。その下流側には、流路が拡大されていない第３の流路部１４ｃを介して、２つの第１の流路部１４ａと２つの第２の流路部１４ｂとが第２の流路部１４ｂから順に交互に設けられている。

本実施形態においては、液体の送液方向において、第１の流路部１４ａと第２の流路部１４ｂとが完全にずれるように設けられている。このように、液体の送液方向において、第１の流路部１４ａと第２の流路部１４ｂとは、少なくとも一部がずれるように設けられていることが好ましい。すなわち、液体の送液方向を軸として、第１の流路部１４ａと第２の流路部１４ｂとが対称にならないように設けられていることが好ましい。この場合、溶血された血液と水をより一層均一に混合することができる。また、本実施形態のように、第１の流路部１４ａと第２の流路部１４ｂとが液体の送液方向において交互に設けられていることが好ましい。この場合、溶血された血液と水をさらに一層均一に混合することができる。なお、本発明においては、混合流路１４において溶血された血液と水を混合できればよく、第１の流路部１４ａ及び第２の流路部１４ｂが設けられていなくてもよい。

液体回収部１５は、混合流路１４において混合された血液を回収するために設けられている。本実施形態では、液体回収部１５で回収された上記血液中の成分を定量する。なお、上記血液中の成分の定量を行うための測定部は、マイクロ流路チップ６内に設けられていてもよいし、他の測定用のデバイス内に設けられていてもよい。従って、マイクロ流体デバイス１は、他の測定用のデバイスをさらに備えていてもよい。なお、液体回収部１５は設けられていなくてもよい。その場合、基板２内において、混合流路１４より下流側に測定部が連ねられていてもよい。

本実施形態では、上記のように、溶血部１３において、血液及び水を保持することにより血液を溶血させた後、混合流路１４において溶血した血液を混合する。そのため、溶血部１３を用いずに血液及び水を混合した場合に比べて、溶血した血液と水を均一に混合することができ、血液中の成分を精度よく定量することができる。また、リチウム塩のような試薬を用いないので、血液中の成分が変性し難い。よって、この点からも、血液中の成分を精度よく測定することができる。

（血液成分の定量方法）
以下、本発明の血液成分の定量方法の一例について説明する。

本発明の血液成分の定量方法の一例では、図１及び図２に示す上述のマイクロ流体デバイス１を用いて血液中の成分を定量する。

まず、送液手段としてのマイクロポンプ１１を駆動させ、予め溶血部１３の一部を満たすように血液を送液する。続いて、液体導入部１２に水を充填する。この際、溶血部１３には至らないように、液体導入部１２に水を送液する。次に、液体導入部１２から、溶血部１３に水を送液する。送液後、溶血部１３で、血液及び水を一定時間保持する。それによって、溶血部１３内で、血液を溶血させる。

なお、溶血部１３に送液する水は、蒸留水などの精製水であることが望ましい。溶血部１３において保持される血液と水との体積比（血液：水）は、血液を溶血し得る限りにおいて、特に限定されないが、例えば、１：３００〜１：１０の範囲内とすることができる。また、溶血部１３に血液及び水を保持する保持時間は、好ましくは１５秒以上、より好ましくは３０秒以上である。保持時間が上記下限以上である場合、次に送液される混合流路１４において、溶血した血液と水をより一層均一に混合することができる。

次に、溶血した血液と水を混合流路１４に送液し、混合流路１４において溶血した血液と水を混合する。血液を均一に混合した後、液体回収部１５において、血液を回収し、図示しない測定部において血液中の成分を定量する。

血液中の成分を定量する方法としては、例えば、ＨＰＬＣ法、ＲＩＡ法、ＥＩＡ法、ラテックス凝集法などの免役学的測定方法等が挙げられる。

本実施形態では、上記のように、溶血部１３において、血液及び水を保持することにより血液を溶血させた後、混合流路１４において溶血した血液を混合する。そのため、溶血部１３を用いずに血液及び水を混合した場合に比べて、溶血した血液を均一に混合することができ、血液中の成分を精度よく定量することができる。また、リチウム塩のような試薬を用いないので、血液中の成分が変性し難い。よって、この点からも、血液中の成分を精度よく測定することができる。

本発明の血液成分の定量方法では、血液中の成分を精度よく定量することができるので、例えば、血液中のヘモグロビンＡ１ｃ濃度の定量に好適に用いることができる。

以下、本発明の具体的な実施例及び比較例を挙げることにより、本発明を明らかにする。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、図１及び図２に示すマイクロ流体デバイス１を用いて、溶血した血液の混合度を測定した。基板本体３としては、２ｍｍの厚さのメタクリル樹脂板（三菱ケミカル社製、商品名「アクリライト」）に切削加工によりマイクロ流路１０を作製したものを用いた。なお、第１，第２のカバー層４，５としては、テープ（３Ｍ社製、商品名「９７９５Ｒ」）を用いた。

まず、マイクロポンプ１１を駆動させ、予め溶血部１３に血液１μＬを送液した。続いて、溶血部１３には至らないように、液体導入部１２に精製水３０μＬを送液した。次に、液体導入部１２から、溶血部１３に精製水を送液した。送液後、溶血部１３で、血液及び水を３０秒間保持した。それによって、溶血部１３内で、血液を溶血させた。次に、溶血させた血液を混合流路１４において混合させた。混合流路１４において混合させた血液は、液体回収部１５に送液し、回収した。回収した血液について、混合度を以下の方法により測定した。

混合度は、以下の式により求めた。吸光度の測定に際しては、液体回収部１５における先端部（液体先端）と末端部（液体末端）からそれぞれ２μＬの液体を回収し、吸光度の測定に用いた。なお、吸光度は、サーモフィッシャー社製、「ナノドロップ ２０００Ｃ」により、ヘモグロビンのソーレ帯（４２０ｎｍ付近ピーク）を測定した。

混合度＝液体先端の吸光度／液体末端の吸光度 …（式）

（実施例２）
溶血部１３における保持時間を６０秒としたこと以外は、実施例１と同様にして溶血させた血液を混合させ、混合度を測定した。

（実施例３）
溶血部１３における保持時間を９０秒としたこと以外は、実施例１と同様にして溶血させた血液を混合させ、混合度を測定した。

（比較例１）
溶血部１３を設けず（保持時間０秒）、血液及び水を直接混合流路１４において混合させたこと以外は、実施例１と同様にして混合度を測定した。

実施例１〜３及び比較例１で測定した混合度の結果を図３に示す。図３に示すように、溶血部１３で所定時間、血液及び水を保持させた実施例１〜３では、溶血部１３を設けなかった比較例１と比べて、混合度が高められていることが確認できた。

実施例１〜３及び比較例１において溶血させたサンプルを液体回収部１５から取り出した。取り出したサンプルについて、ＨｂＡ１ｃ測定キット（積水メディカル社製、「ノルディアＮ ＨｂＡ１ｃ」）を用いて、吸光度測定装置（サーモフィッシャー社製、「ナノドロップ ２０００Ｃ」）により、ヘモグロビンＡ１ｃの吸光度を測定した。なお、吸光度の測定は、各実施例及び比較例につき５回ずつ行いその平均値、標準偏差（ＳＤ）及び変動係数（ＣＶ）を求めた。結果を下記の表１に示す。

上記の表１に示すように、溶血部１３で所定の溶血時間（保持時間）を設けることで、比較例１と比べて、精度よくヘモグロビンＡ１ｃを測定できていることが確認できた。よって、実施例１〜３で回収した血液の成分を定量した場合、比較例１と比べて、測定精度を高められることが確認できた。

１…マイクロ流体デバイス
２…基板
２ａ，２ｂ…第１，第２の主面
２ｃ，２ｄ…第１，第２の側面
３…基板本体
４，５…第１，第２のカバー層
６…マイクロ流路チップ
１０…マイクロ流路
１１…マイクロポンプ
１２…液体導入部
１３…溶血部
１４…混合流路
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…第１，第２，第３の流路部
１５…液体回収部

Claims (7)

1. 血液を溶血させ、該溶血させた血液中の成分を測定するために用いられるマイクロ流体デバイスであって、
   基板と、該基板内に設けられており、流体が送液されるマイクロ流路とを有するマイクロ流路チップを備え、
   前記マイクロ流路が、
   前記マイクロ流路の途中に設けられており、前記血液を溶血させるための溶血部と、
   前記溶血部より下流側に設けられており、前記溶血させた血液を混合するための混合流路と、
   を有する、マイクロ流体デバイス。
2. 前記溶血部が、前記血液及び水を保持する保持空間である、請求項１に記載のマイクロ流体デバイス。
3. 前記基板が、対向し合う第１の主面及び第２の主面と、該第１の主面及び第２の主面を結んでおり、対向し合う第１の側面及び第２の側面とをさらに有し、
   前記混合流路が、前記第１の側面側に拡大されている第１の流路部と、前記第２の側面側に拡大されている第２の流路部とを有し、
   前記第１の流路部及び前記第２の流路部が、前記混合流路における前記流体の送液方向において、ずれるように配置されている、請求項１又は２に記載のマイクロ流体デバイス。
4. 前記第１の流路部と前記第２の流路部とが交互に設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイス。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロ流体デバイスを用いた血液成分の定量方法であって、
   前記溶血部に血液及び水を送液し、前記溶血部において前記血液を溶血させる工程と、
   前記溶血させた血液を前記混合流路に送液し、前記溶血させた血液を混合する工程と、
   前記溶血させた血液成分を定量する工程と、
   を備える、血液成分の定量方法。
6. 前記溶血部において、前記血液及び前記水を３０秒以上保持することにより、前記血液を溶血させる、請求項５に記載の血液成分の定量方法。
7. 前記血液成分が、ヘモグロビン及びヘモグロビンＡ１ｃである、請求項５又は６に記載の血液成分の定量方法。

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