JP2022003342A - 流路デバイスおよび計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子に係る計測において、作業効率および計測精度を向上させる。【解決手段】流路デバイスは、板状の測定用流路デバイスと、板状の分離用流路デバイスと、を備える。測定用流路デバイスは、特定の微粒子を含む第１流体に対して微粒子に関する測定を行なうための計測用の第１流路および微粒子を含まない第２流体が流れる校正用の第２流路ならびに第１流路に接続された第３流路を有する。分離用流路デバイスは、微粒子を含む検体から微粒子を分離して選別し、微粒子を含む流体を第１流体として回収するための第４流路を有する。分離用流路デバイスは測定用流路デバイスの上面に配されている。検体は、測定用流路デバイスが有する第５流路を介して測定用流路デバイスの上面の開口を経て分離用流路デバイスの下面の開口から第４流路に流入する。第１流体は、分離用流路デバイスの下面の開口を経て測定用流路デバイスの上面の開口から第１流路に流入する。【選択図】図９

Description

本発明は、流路デバイスおよび計測装置に関する。

従来、微粒子を計測することが知られている（特許文献１）。

特開2008−244165号公報

微粒子に係る計測では、作業効率および計測精度を向上させることが求められている。

流路デバイスおよび計測装置が開示される。

流路デバイスの一態様は、板状の測定用流路デバイスと、板状の分離用流路デバイスとを備えている。前記測定用流路デバイスは、特定の微粒子を含む第１流体に対して前記微粒子に関する測定を行なうための計測用の第１流路および前記微粒子を含まない第２流体が流れる校正用の第２流路ならびに前記第１流路に接続された第３流路を有する。前記分離用流路デバイスは、前記微粒子を含む検体から前記微粒子を分離して選別し、前記微粒子を含む流体を前記第１流体として回収するための第４流路を有する。前記分離用流路デバイスは前記測定用流路デバイスの上面に配されている。前記検体は、前記測定用流路デバイスが有する第５流路を介して前記測定用流路デバイスの上面の開口を経て前記分離用流路デバイスの下面の開口から前記第４流路に流入する。前記第１流体は、前記分離用流路デバイスの下面の開口を経て前記測定用流路デバイスの上面の開口から前記第１流路に流入する。

計測装置の一態様は、上記一態様の流路デバイスと、前記測定用流路デバイスに対向して配置されている光学センサと、を備えている。

微粒子に係る計測において、作業効率および計測精度を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る計測装置を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る計測装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る計測装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る計測装置の一部を示す上面図である。

以下、本発明に係る計測装置の例について、図面を参照しつつ説明する。本開示では、便宜的に直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義してＺ軸方向の正側を上方とするが、本発明は、いずれの方向が上方または下方とされてもよい。以下の内容は本発明の実施形態を例示するものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
（計測装置）
図１〜３に、計測装置１全体を模式的に示す。図１は、計測装置１を上面視した図である。図２は、計測装置１の概念図であり、ブロック図によって各構成要件の関係を示す。図３は、計測装置１の断面図であり、図１に示したＡ−Ａ線に沿って計測装置１を切断した場合の断面図である。

計測装置１は、流体中の特定の粒子を計測することができる。計測装置１は、流路デバイス２と、光学センサ３と、制御部４とを有している。流路デバイス２中には、特定の粒子（第１粒子）を含んだ流体（第１流体）が流れる。光学センサ３は、流路デバイス２に対向して配置され、第１流体に光を照射し、第１流体を通過した光（通過後に反射して再び通過して戻ってきた光）を受光することができる。制御部４は、光学センサ３の出力に基づいて、第１粒子の数を推定することができる。なお、第１流体は、検体である。

光学センサ３から、第１流体に光を照射したときに、第１流体を通過する光は、第１粒子によって分散または吸収等され、光の強度が低下する。そして、粒子の数が既知である検体と光の減衰量との関係を示した検量線を予め準備しておき、制御部４によって、光の強度と検量線とを比較することによって、第１粒子を計測することができる。

図４に、流路デバイス２を模式的に示す。図４は、流路デバイス２を上面透視した場合の図である。なお、図４中のＡ−Ａ線は、図１中のＡ−Ａ線に対応している。

流路デバイス２は、第１流体中の第１粒子を計測するための、計測用の流路である。流路デバイス２は、透光性の第１流路５および第２流路６を有している。第１流路５には、第１粒子を含む第１流体が流れる。第２流路６には、第１粒子を含まない流体（第２流体）が流れる。言い換えれば、第１流路５は、計測用の流路であり、第２流路６は、校正用の流路である。なお、第１流体は、検体であり、例えば血液などが想定される。第２流体は、校正用流体であり、例えば生理食塩水などを利用することができる。

光学センサ３は、第１粒子をセンシングすることができる。光学センサ３は、計測時に、第１流路５および第２流路６のそれぞれに光を照射するとともに、第１流路５および第２流路６を通過したそれぞれの光を受光する。光学センサ３は、発光素子７と受光素子８とを有している。発光素子７は、例えば、ＬＥＤ（Light emitting Diode）またはＬＤ（Laser Diode）であればよいが、本開示の発光素子７は、ＬＥＤである。受光素子８は、例えば、ＰＤ（Photo Diode）であればよい。

制御部４は、計測装置１を制御するものである。制御部４は、光学センサ３によって得られる第１流路５を通過した光（第１光）の強度および第２流路６を通過した光（第２光）の強度を比較することによって、第１粒子を計測することができる。すなわち、制御部４は、第１光と第２光との強度差を算出し、第１光と第２光との強度差を検量線と比較することによって、第１粒子を計測することができる。

ここで、従来の計測装置を繰り返し使用していると、光学センサの発光素子が劣化し、光の強度が低下してくる。すなわち、光学センサを用いて、第１粒子の光の分散、吸収などを利用して光の強度から第１粒子を計測する場合に、例えば、光学素子の劣化によって光の強度が低下すると、第１粒子の数が本来の数よりも多いという計測結果になってしまう。これに対して、本発明に係る計測装置１では、上記の通り、第１光と第２光との強度差から、第１粒子を計測していることから、光学素子の劣化に左右されず、計測の精度を維持あるいは向上させることができる。

以下、各構成要件について、詳細に説明する。

（流路デバイス）
流路デバイス２は、上記の通り、計測用の流路として機能することができる。流路デバイス２は、光学センサ３で第１粒子を計測するために透光性を有している。なお、流路デバイス２は、少なくとも第１流路５および第２流路６の計測に必要な部分が透光性であればよく、流路デバイス２の全てが透光性である必要はない。

流路デバイス２は、例えば、板状であればよい。流路デバイス２は、主に、第１基板９および第２基板10を接合することによって形成されている。具体的には、流路デバイス２は、溝を有した第１基板９と、第１基板９の表面に配された第２基板10とを有している。第２基板10は、第１基板９の溝の開口を塞いでいる。すなわち、第１基板９の溝および第２基板10の表面によって、第１流路５および第２流路６が構成される。なお、流路デバイス２は、第１基板９および第２基板10以外の部材を有していても構わない。

第１基板９は、例えば、平板状の部材であればよい。第１基板９の材料は、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、環状オレフィン・コポリマー（ＣＯＣ）樹脂、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂等であればよい。本開示の第１基板９の材料は、ＰＤＭＳである。第１基板９の屈折率は、例えば、1.4以上1.6以下に設定される。

第１基板９の溝の幅は、例えば、500μｍ（0.5ｍｍ）以上4000μｍ（４ｍｍ）以下であればよい。溝の深さは、例えば、100μｍ（0.1ｍｍ）以上1000μｍ（１ｍｍ）以下であればよい。なお、第１基板９および第１基板９の溝は、従来周知の方法によって形成することができる。第１基板９の溝の底面からの厚みは、例えば、0.5ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。なお、本開示の流路デバイス２では、第１基板９の溝の幅および深さは、第１流路５および第２流路６の幅および高さと同じである。

第２基板10は、例えば平板状の部材であればよい。第２基板10の材料は、例えばガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂等であればよい。第２基板10の屈折率は、例えば、1.4以上1.6以下に設定される。本開示の第２基板10の材料は、ガラスである。なお、第２基板10は、従来周知の方法によって形成することができる。第２基板10の厚みは、例えば、0.5ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。なお、第２基板10の厚みは、第１基板９の厚みよりも、小さく設定されている。

なお、第１基板９および第２基板10は、何れが上側に位置していてもよいが、本開示の流路デバイス２では、第２基板10の上面に第１基板９が配されている。

図５に、流路デバイス２の一部を模式的に示す。図５は、図４中の破線部を拡大した図である。

第１流路５は、少なくとも第１流体が流れ込む流路である。第１流路５は、流路デバイス２の両面に位置した複数の第１開口11を有している。複数の第１開口11は、少なくとも、流体が流入したり、流出したりするための開口であればよい。複数の第１開口11は、流路デバイス２の上面（第１基板９の上面）に配置された第１流入口12と、流路デバイス２の下面（第２基板10の下面）に配置された第１流出口13と、を有している。第１流入口12は、流体が第１流路５に流入するための開口である。第１流出口13は、第１流路５から流体が流出するための開口である。

第１流路５は、第１流入口12に接続しているとともに厚み方向に延びている鉛直部14と、鉛直部14に接続しているとともに平面の一方向に沿って延びている平面部15と、をさらに有している。鉛直部14は、第１基板９に形成された貫通孔である。平面部15は、第１基板９に形成された溝である。平面部15の横断面（流体の移動方向に直交する断面）の形状は、例えば、矩形状であればよい。

平面部15は、鉛直部14に接続している第１平面部16と、第１平面部16に接続しているとともに第１平面部16よりも幅が大きい第２平面部17と、をさらに有していてもよい。第１平面部16および第２平面部17の接続部は、徐々に幅広になっている。なお、光学センサ３の発光素子７の照射領域は、第２平面部17である。

また、第２平面部17は、第１平面部16よりも高さが大きくてもよい。その結果、第１粒子を拡散しやすくすることができる。第１平面部16の高さは、例えば0.2ｍｍ以上１ｍｍ以下であればよい。第２平面部17の高さは、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下であればよい。

第２流路６は、少なくとも第２流体が流れ込む流路である。第２流路６は、流路デバイス２の両面に位置した複数の第２開口18を有している。複数の第２開口18は、少なくとも、流体が流入したり、流出したりするための開口であればよい。複数の第２開口18は、流路デバイス２の上面（第１基板９の上面）に配置された第２流入口19と、流路デバイス２の下面（第２基板10の下面）に配置された第２流出口20と、を有している。

第２流路６は、第２流入口19に接続しているとともに厚み方向に延びている鉛直部（図示せず）と、鉛直部に接続しているとともに平面の一方向に沿って延びている第３平面部21と、をさらに有している。第２流路６の第３平面部21の一部は、例えば、少なくとも第１流路５の第２平面部17と同一形状を有していればよい。また、第２平面部17と同一形状を有する第３平面部21の一部の厚み方向の位置は、例えば、第１流路５と同一位置であればよい。なお、第２流路６は、校正用流路として機能することができれば、第１流路５と同一形状、同一位置でなくてもよい。

流路デバイス２は、第１流路５の他に、第１流路５に接続した第３流路22をさらに有していてもよい。そして、第３流路22は、第１流路５の平面部15に接続されていてもよい。第３流路22は、例えばガスなどを流すことによって、平面部15に到達した検体を押し流す機能を有する。その結果、第１流路５（平面部15）内での検体の滞留を低減することができる。

本開示の流路デバイス２では、第３流路22は、第１流路５の鉛直部14と平面部15との接続部に接続されるように配されている。また、第３流路22は、流路デバイス２の表面（本開示では、第１基板９の上面）に位置した第３開口23を有している。第３開口23は、検体を押し流すための押出用流体を流入させるための開口である。

本開示の流路デバイス２は、第１基板９の上面の第１流路５および第２流路６に重なる領域に配置された反射部材であるミラー24を、さらに有していてもよい。ミラー24は、光学センサ３の発光素子７が出射した光のうち、第１流路５および第２流路６のそれぞれを通過した光を、光学センサ３の受光素子８へ反射することができる。

流路デバイス２において、第１流路５および第２流路６に対して、光学センサ３と反対側の第１流路５および第２流路６に重なる領域に、光学センサ３が照射する光を光学センサ３に向けて反射する反射部材としてミラー24を配置することによって、光学センサ３が照射する光を第１流路５および第２流路６を通して効率よく光学センサ３で受光することができる。また、第１流路５および第２流路６に対して光学センサ３と反対側から入射する外乱光をミラー24によって遮光することができるので、光学センサ３による計測の精度を良好にすることができる。

ミラー24は、例えば、薄膜状の部材であればよい。ミラー24の材料は、屈折率が、第１基板９の屈折率と異なる材料であればよい。ミラー24の材料は、例えば、アルミニウムまたは金などの金属材料、あるいは例えば誘電体多層膜フィルタなどの誘電体材料の積層体で形成することができる。ミラー24の屈折率は、例えば1.4以上1.6以下に設定される。ミラー24は、例えば、蒸着法またはスパッタリング法等の方法によって、第１基板９の上面に形成することができる。

また、本開示においては、ミラー24は後述するように第１流路５および第２流路６に重なるように配置されるものであるが、第１流路５および第２流路６の両方をカバーする一体のものに限られるものではなく、第１流路５および第２流路６のそれぞれに重なるように別々に配置されていても構わない。ミラー24を別々に配置する場合には、外乱光を遮光するために、それらミラー24の間に遮光部材を配置してもよい。また、ミラー24によって外乱光を遮光する効果をより確実に奏するために、ミラー24の上に非反射部材または遮光部材を配置して、ミラー24からの透過およびミラー24への外乱光の入射を防ぐようにしてもよい。

本開示の流路デバイス２は、ミラー24に代えて、第１流路５および第２流路６に対して、光学センサ３と反対側の第１流路５および第２流路６に重なる領域に、光学センサ３が照射する光を反射しない非反射部材124を配置してもよい。非反射部材124を配置することによって、光学センサ３が照射する光のうち第１流路５に含まれる第１粒子で反射した光あるいは第１流路５および第２流路６の界面（光学センサ３側から見た天井面）で反射した光を光学センサ３で受光することができる。これにより、界面からの反射を計測してＤＣオフセットを光学的に行なうことができるとともに、第１粒子で反射した光を良好に受光することができる。また、第１流路５および第２流路６に対して光学センサ３と反対側から入射する外乱光を非反射部材124によって確実に遮光することができるので、光学ノイズを除去して、光学センサ３による計測の精度を良好にすることができる。この非反射部材124としては、例えば無反射布などを用いることができる。また、黒色などの艶消し塗料を塗布して非反射部材124としてもよい。

ミラー24に代えて非反射部材124を配置する場合には、光学センサ３が計測する領域の全体に渡って第１流路５および第２流路６の両方をカバーする一体のものとすることが好ましい。

本開示の流路デバイス２は、図７に示すように、非反射領域25を有していてもよい。非反射領域25とは、流路デバイス２のうち第１流路５および第２流路６が無い部分であり、かつ上面視したときにミラー24が配置されていない領域をいう。そして、この非反射領域25に、光学センサ３が照射する光を反射しない基準用非反射部材125を配置するとよい。基準用非反射部材125は、光学センサ３の受光素子８についての校正に使用することができ、光学センサ３による計測のときに基準となるものである。基準用非反射部材125における反射光の強度を基準にすることによって、光学センサ３の使用時に発生するノイズの影響を低減することができる。なお、基準用非反射部材125としては、例えば、無反射布などを設置すればよく、黒色の艶消し塗料などを塗布して形成しても構わない。

また、図８に示すように、基準用非反射部材125は、非反射領域25に対応する、第１流路５および第２流路６に重ならない領域で、第２基板10の下面に配置してもよい。この場合にも、基準用非反射部材125における反射光の強度を基準にすることによって、光学センサ３の使用時に発生するノイズの影響を低減することができる。

本開示の計測装置１は、第１流路５に流体を供給する第１ポンプ26、第２流路６に流体を供給する第２ポンプ27、第３流路22に気体（以下、ガスともいう。）を供給する第３ポンプ28、をさらに有している。第１ポンプ26、第２ポンプ27、第３ポンプ28は、チューブなどの複数の他の流路（図示せず）を介して、それぞれ第１開口11、第２開口18、第３開口23に通じている。

（光学センサ）
図６に、光学センサ３を模式的に示す。図６は、図３に示した光学センサ３を拡大した図である。

光学センサ３は、第１粒子を計測するためのセンサである。光学センサ３は、上記の通り、発光素子７と受光素子８とを有している。本開示の受光素子８は、上面に一導電型の領域29ａおよび他導電型の領域29ｂを有した半導体基板29と、一対の第１電極30とを有している。本開示の発光素子７は、半導体基板29の受光素子８として機能する部分から離れて配された複数の半導体層31と、一対の第２電極32とを有している。

光学センサ３は、流路デバイス２の表面に対して、平面方向に移動可能に設置されている。その結果、計測装置１は、光学センサ３を移動させながら第１流路５および第２流路６に対して順番に光を照射することができ、それぞれに対する個々の光の強度を測定することができる。なお、本開示の光学センサ３は、流路デバイス２の下側に位置している。

（制御部）
制御部４は、計測装置１を制御することができる。具体的には、制御部４は、光学センサ３、第１ポンプ26、第２ポンプ27および第３ポンプ28などの駆動も制御することができる。制御部４は、第１ポンプ26を駆動して、流体を第１流路５に流入させることができる。また、制御部４は、第２ポンプ27を駆動して、流体を第２流路６に流入させることができる。また、制御部４は、第３ポンプ28を駆動して、ガスを第３流路22に流入させることができる。制御部４は、種々の回路を組み合わせて構成されている。

図７に、計測装置１を模式的に示す。図７（ａ）は、計測装置１を図１および図４に示すＢ−Ｂ線で切断した時の断面図である。図７（ｂ）は、計測の仕組みを説明する図である。

制御部４は、光学センサ３の出力結果に基づいて、計測結果を算出することができる。制御部４は、上記の通り、第１流路５を通過した光の強度および第２流路６を通過した光の強度を比較することによって、第１粒子を計測することができる。

まず、光学センサ３は、非反射領域25での基準用非反射部材125に対応した光の強度を測定し、基準信号Ｓ１を出力する（同図中の丸付き数字１）。次に、光学センサ３は、第２流路６に到る前の部分で第１基板９および第２基板10の通過光（ミラー24または非反射部材124からの反射光）の強度を測定するが、これは計測には特に必要ではない（丸付き数字２）。次に、光学センサ３は、第２流路６の通過光（ミラー24または非反射部材124からの反射光）の強度を測定し、計測信号Ｓ２を出力する（丸付き数字３）。この計測信号Ｓ２は、基準信号Ｓ１を使用しない場合には、校正信号Ｓ２として使用できる信号である。次に、光学センサ３は、第２流路６と第１流路５との間の部分で第１基板９および第２基板10の通過光（ミラー24または非反射部材124からの反射光）の強度を測定するが、これも計測には特に必要ではない（丸付き数字４）。次に、光学センサ３は、第１流路５の通過光（ミラー24または非反射部材124からの反射光であるが、非反射部材124を配置した場合は、実質的には非反射部材124で反射されなかった以外の例えば第１粒子および第１流路５の界面（天井面）による反射光）の強度を測定し、計測信号Ｓ３を出力する（丸付き数字５）。その後、光学センサ３は、第１流路５を過ぎた部分で第１基板９および第２基板10の通過光（ミラー24または非反射部材124からの反射光）の強度を測定するが、これも計測には特に必要ではない（丸付き数字６）。

次に、第２流路６における計測信号Ｓ２と基準信号Ｓ１との差（Ｓ２−Ｓ１）と、第１流路５における計測信号Ｓ３と基準信号Ｓ１との差（Ｓ３―Ｓ１）とを引き算した計測値Ｒ（＝（Ｓ２−Ｓ１）−（Ｓ３−Ｓ１）＝Ｓ２−Ｓ３）を算出する。そして、計測値Ｒと、予め制御部４に記憶されている検量線の値とを比較することによって、第１流路５における第１流体中の第１粒子の数を推定することができる。

なお、以上の計測の仕組みは、図８に示すように基準用非反射部材125を流路デバイス２の光学センサ３側（第２基板10の下面）に配置した場合も同様である。

ここで、基準信号Ｓ１と計測対象による光損失に対応する計測信号Ｓ２，Ｓ３との差が十分に大きいときは、反射部材であるミラー24を配置すればよいが、その差が小さい場合には、精度よく計測することが難しくなる場合がある。この対策としては、光学センサ３の発光素子７の光出力を増加させるか、受光素子８で受光した後に信号の増幅率を高めるかといったことが考えられる。しかしながら、発光素子７の光出力を増加させるのは容易ではない場合が多く、信号の増幅率を高めるにも増幅回路の制約などがあって増幅範囲にも限界がある。また、信号処理の回路上で一定の出力を差し引いてから増幅する方法も考えられるが、一定の出力を差し引く際には、信号がその分小さくなるもののノイズ成分はそのまま残るため、増幅後にはノイズ成分がより大きく増幅されてしまうという問題がある。

これに対して、上記の本開示の計測装置１および計測方法によれば、光出力の計測に際して光学的に光信号を差し引くために、流路デバイス２から透過して外部に出た光が反射して戻って来たり、外部の光が外乱光として入射したりすることを効果的に抑制することができる。これにより、計測に当たってＤＣオフセットの設定を光学的に行なうことができ、外部からの余分な光を遮光することができ、流路デバイス２に対して安定した計測ができる。その結果、精度の良好な計測を安定して行なうことができる。

また、本開示の計測装置１および計測方法によれば、基準用非反射部材125と第１流路５と第２流路６とを一体的に配置し、それらを走査するように光学センサ３を移動させながら計測を行なうことで、短時間に１度の計測で所望の信号およびデータを得ることができるので、例えば発光素子７の出力変動などに起因する測定誤差の低減が可能となる。

また、制御部４における信号に対する演算を、例えば−10×log（計測信号／基準信号）として光損失（ｄＢ）で行なう場合には、発光素子７の発光強度を相当程度変化させても計算結果はほとんど影響を受けず変わらないので、長期使用における発光素子７の劣化にも影響を受けにくく、安定した計測が可能となる。

また、上記の計測の仕組みにおいて説明した丸付き数字２，４，６の信号を、それら同士あるいは基準信号Ｓ１および計測信号Ｓ２，Ｓ３と比較することで、流路デバイス２と光学センサ３とが相対的に正しい位置および角度に設置されているかどうかの確認を行なうことも可能となる。

なお、検量線のデータ（標準データ）は、必ずしも制御部４に記憶されている必要はない。例えば、制御部とネットワークで接続された他の記憶媒体に記録されており、測定毎にその記憶媒体にアクセスして引き出すようにしてもよい。

制御部４は、校正信号Ｓ２を取得したときに、標準データにおける第２流体の校正信号と比較してもよい。その結果、両者の信号に大きな差がある場合には、測定に異常が生じたと判断することができる。その結果、正確な測定データのみを収集することに役立つ。

光学センサ３は、１回の測定毎に、第１流路５および第２流路６のそれぞれに光を照射し、第１流路５および第２流路６を通過したそれぞれの光を受光してもよい。また、制御部４は、１回の測定毎に、第１流路５を通過した光の強度および第２流路６を通過した光の強度を比較してもよい。その結果、例えば、血液中の白血球などの微粒子を計測する場合には、わずかな光の出力の変動が計測結果に大きな影響があるため、上記の構成を有することによって、微粒子の計測精度を向上させることができる。

制御部４は、校正信号Ｓ２を取得したときに、校正信号Ｓ２が任意の基準値よりも下回っていた場合には、エラー信号を出力してもよい。その結果、例えば、光学センサ３の発光素子７の寿命を知らせることができる。なお、基準値は、標準データにおける第２流体の校正信号Ｓ２′から一定値を差し引いた値などでよい。

制御部４は、光学センサ３が各信号Ｓ１，Ｓ２およびＳ３を出力した後に、光学センサ３を元の位置に戻してもよい。また、制御部４は、光学センサ３が各信号Ｓ１，Ｓ２およびＳ３を出力した後に、光学センサ３を元の位置に戻さなくてもよい。なお、光学センサ３を元の位置に戻さない場合には、次の測定時には、反対方向から計測してもよい。

制御部４は、光学センサ３を点灯して、各信号Ｓ１，Ｓ２およびＳ３を出力した後、光学センサ３の移動中に、光学センサ３を消灯してもよい。また、制御部４は、計測中に光学センサ３をパルス駆動して、点滅させてもよい。その結果、連続点灯させる場合に比べて、光学センサ３の発光素子７の劣化を低減することができる。

制御部４は、計測終了後に、第３ポンプ28を駆動して、第１流体を押し出してもよい。なお、計測終了の判断は、光学センサ３が、各信号Ｓ１，Ｓ２およびＳ３を出力した時でもよい。また、計測終了の判断は、光学センサ３が、流路デバイス２に対して、移動を開始して、元の位置に戻って来てからでもよい。また、計測終了の判断は、光学センサ３に、非反射領域25、第１流路５、第２流路６を計測させた後、再度、非反射領域25を計測させることによって、行なってもよい。また、計測終了の判断は、光学センサ３を駆動してから一定時間経過後であってもよい。

制御部４は、第１ポンプ26を駆動した後、一定時間経過後に第３ポンプ28を駆動してもよい。その結果、第１ポンプ26の駆動によって第１流路５に流入した流体を、第３ポンプ28の駆動によってガスを第３流路22を介して第１流路５に流入させることによって、第１流路５内で移動させて運ぶことができる。その結果、第１流路５中の流体の移動が速くなり、計測効率を向上させることができる。

制御部４は、第１流路５に流体が流入した後、第３ポンプ28によって、第３流路22内のガスの圧力を変動させてもよい。その結果、第１流路５内に流入した第１流体を撹拌し、第１流体中の第１粒子を攪拌することができる。なお、第１粒子を攪拌することによって、計測精度を向上させることができる。

制御部４は、光学センサ３によって第１流路５に第１流体が流入したことを確認した後、第３ポンプ28によって第１流体を撹拌し、第１粒子の攪拌を開始してもよい。その結果、第３ポンプ28によって、第１流路５内の圧力を減圧し過ぎて、第１流路５内の第１流体が第３流路22から漏れてしまうことを低減することができる。なお、具体的には、第１流路５に第１粒子が流入すると光学センサ３の計測信号Ｓ３が、第１粒子がない場合と比較して小さくなるため、計測信号Ｓ３が小さくなったときに、第１流路５に第１流体が流入したと判定すればよい。

制御部４は、第１ポンプ26を駆動した後、一定時間経過後に第１流体を撹拌し、第１粒子の攪拌を開始してもよい。この場合、発光素子７の劣化を低減することができる。なお、この場合、第１粒子の攪拌の開始位置は、発光素子７の照射領域の手前であっても構わない。また、この場合は、第１粒子の攪拌の終了後、第３ポンプ28によって第３流路22を介してガスを第１流路５に流入させ、第１流体を発光素子７の照射領域まで押し出してもよい。

制御部４は、第３ポンプ28によって第１流路５内の圧力を変動させつつ、光学センサ３を駆動してもよい。すなわち、第１流路５および第３流路22につながるポンプを停止し、第３ポンプ28を駆動してもよい。その結果、第１粒子が攪拌されたかどうかを確認することができる。すなわち、第１粒子が凝集しているとき、計測信号Ｓ３が小さくなり、第１粒子を攪拌して第１粒子の凝集がなくなると、計測信号Ｓ３が大きくなる場合がある。したがって、計測信号Ｓ３の変動が一定の範囲に収まったことを確認すれば、第１粒子が攪拌されたかどうか確認することができる。なお、具体的には、例えば、最新の計測信号Ｓ３（または計測値Ｒ）と、直前の５回分の同じ指標との差が±５％以下であれば、第１粒子の攪拌が完了したと判断すればよい。

制御部４は、第１粒子の攪拌中において、光学センサ３を、第１流路５を測定する位置に待機させていてもよい。その結果、計測効率を向上させることができる。

また、制御部４は、第１粒子の攪拌中において、光学センサ３を待機させている場合、光学センサ３を点滅させてもよい。その結果、発光素子７の劣化を低減することができる。

また、制御部４は、第１粒子の攪拌中において、光学センサ３を待機させた場合は、第１粒子の攪拌の完了後に、第２流路６を測定した方がよい。その結果、計測精度を向上させることができる。

制御部４は、第３ポンプ28によって、第１流体を攪拌するとともに、第２ポンプ27によって、第２流路６に第２流体を流入させてもよい。すなわち、第１粒子の攪拌完了前に、第２ポンプ27を駆動して第２流路６に第２流体を流入させてもよい。その結果、計測効率を向上させることができる。なお、第２ポンプ27の駆動は、第１ポンプ26または第３ポンプ28と同時であってもよいし。第１ポンプ26および第３ポンプ28よりも先に駆動していてもよい。

（第２の実施形態）
（計測装置１Ａ）
以下に、本発明に係る第２の実施形態である計測装置１Ａについて説明する。

図９〜10に、計測装置１Ａ全体を模式的に示す。図９は、計測装置１Ａを上面視した図である。図10は、計測装置１の断面図であり、図９に示したＡ−Ａ線に沿って計測装置１を切断した場合の断面図である。図11は、計測装置１の概念図であり、ブロック図によって各構成要件の関係を示す。

計測装置１Ａは、流路デバイス２Ａの上面に配された分離用流路デバイス33をさらに備えている。分離用流路デバイス33は、検体から特定の粒子を分離して取り出し、選別するための流路である。計測装置１Ａが、流路デバイス２Ａおよび分離用流路デバイス33を備えていることで、計測対象である第１粒子を検体から分離して選別することが、連続したプロセスで可能になり、作業効率を向上させることができる。なお、本実施形態の以下の説明では、流路デバイス２Ａを「測定用流路デバイス２Ａ」とする。

図12、図13に分離用流路デバイス33を模式的に示す。図12は、分離用流路デバイス33を上面透視したときの図である。図13は、図12中の破線部を拡大した図である。

（分離用流路デバイス）
分離用流路デバイス33は、微粒子を分離し、検体中から取り出すように選別して回収することができる。分離用流路デバイス33は、第４流路34を有している。その結果、微粒子を分離し、回収することができる。

分離用流路デバイス33は、例えば、板状であればよい。また、例えば、分離用流路デバイス33の平面形状は矩形状であり、表面は平坦面である。分離用流路デバイス33の厚みは、例えば、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であればよい。分離用流路デバイス33の平面形状は、例えば短辺が10ｍｍ以上30ｍｍ以下、長辺が10ｍｍ以上50ｍｍ以下であればよい。分離用流路デバイス33は、例えば、射出成型によって成形することができる。

分離用流路デバイス33は、主に、第３基板35および第４基板36によって形成されている。具体的には、分離用流路デバイス33は、溝を有した第３基板35と、第３基板35の表面に配された第４基板36とを有している。第４基板36は、第３基板35の溝の開口を塞いでいる。すなわち、第３基板35の溝および第４基板36の表面によって、第４流路34が構成される。なお、分離用流路デバイス33は、第３基板35および第４基板36以外の部材を有していても構わない。

第３基板35、第４基板36は、例えば、平板状の部材であればよい。第３基板35、第４基板36の材料は、例えば、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂またはポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）樹脂等であればよい。本開示の第３基板35、第４基板36の材料は、ＰＤＭＳである。

なお、第３基板35および第４基板36は、何れが上側に位置していてもよいが、本開示の分離用流路デバイス33では、第４基板36の上面に第３基板35が配されている。

第４流路34は、第４主流路37と、第４主流路37から分岐した第４分岐流路38と、を有している。本開示の分離用流路デバイス33においては、分離用流路デバイス33内を流れる流体は、第４主流路37に流入し、特定の微粒子（第１粒子）とは異なる微粒子（第２粒子）のみが第４主流路37から第４分岐流路38に流れこむことによって、特定の微粒子を分離して回収し、分離した特定の微粒子を検体に含ませることができる。なお、特定の微粒子のみが第４分岐流路38に流れ込むことによって、特定の微粒子を第４分岐流路38側に分離して回収することもできる。

なお、第４分岐流路38は、第２粒子のみが分岐するように設計するが、必ずしも第２粒子のみが分岐するとは限らない。すなわち、第４分岐流路38には、第２粒子と異なる微粒子が流入することもある。

図13に、第１粒子と第２粒子の分離の様子を模式的に示す。なお、図中の大きい円が第１粒子を示し、小さい円が第２粒子を示す。また、Ｘ軸方向に沿った太い矢印が主流であり、Ｙ軸方向に沿った太い矢印が、後述する「押付流」を示す。さらに、図中のハッチングの領域は、後述する「引き込み流れ」を示す。

本開示の第４流路34は、１つの第４主流路37と、１つの第４主流路37の片側に接続された複数の第４分岐流路38と、を有している。分離用流路デバイス33では、第４主流路37および第４分岐流路38のそれぞれの断面積、長さ、および検体の流速などを調整することによって、第４主流路37内に、第４主流路37から第４分岐流路38へ流れ込む「引き込み流れ」を発生させることができる。そして、分離用流路デバイス33では、第４流路34に、第４主流路37内を流れる検体を第４分岐流路38側に押し付け可能な押付流を発生させている。その結果、図13に示したように、引き込み流れの幅を、検体中を流れる特定の微粒子の重心位置よりも大きく、また他の微粒子の重心位置よりも小さくすることによって、第４分岐流路38に所定の微粒子（ここでは第２粒子）を引き込むことができる。

本開示の分離用流路デバイス33は、特に、血液中の赤血球と白血球とを分離することを意図している。なお、血液中の赤血球の重心位置は、例えば縁から２〜2.5μｍの位置であり、白血球の重心位置は、例えば縁から５〜10μｍの位置である。この場合、第４主流路37は、例えば、断面積が300μｍ^２以上1000μｍ^２以下、長さが0.5ｍｍ以上20ｍｍ以下であればよい。また、第４分岐流路38は、例えば断面積が100μｍ^２以上500μｍ^２以下、長さが３ｍｍ以上25ｍｍ以下であればよい。また、第４流路34内の流速は、例えば0.2ｍ／ｓ以上５ｍ／ｓ以下にすればよい。その結果、引き込み流れの幅を、例えば２μｍ以上15μｍ以下に設定することができ、血液から赤血球と白血球とを分離することができる。

第４流路34は、第４主流路37に接続した第４回収流路39をさらに有しており、第１粒子を回収することができる。本開示では、第４流路34では、押付流を利用して、第４回収流路39に第１粒子を回収することができる。

また、第４流路34は、複数の第４分岐流路38に接続した第４廃棄流路40を有していてもよい。第４廃棄流路40によって、分離された第２粒子を回収してもよいし、廃棄してもよい。なお、複数の第４分岐流路38によって第１粒子を回収する場合には、複数の第４分岐流路38が接続した１つの第４廃棄流路40は、第１粒子を回収する流路として機能する。また、この場合に第４主流路37を最後まで流れた流体は、廃棄してもよい。

第４流路34は、分離用流路デバイス33の表面に位置した複数の第４開口41を有している。複数の第４開口41は、少なくとも第４主流路37に検体が流入する第４検体流入口42と、第４回収流路39から第１粒子を回収する第４検体流出口43と、検体から第１粒子を除いた成分を回収する少なくとも１つの第４廃棄流出口44と、を有している。また、本開示では、検体を第４分岐流路38側に押し付けるための第３流体が流入する第４押付流入口45も有している。なお、本開示では、第４廃棄流出口44は、第４主流路37および第４廃棄流路40に接続されている。または、第４廃棄流出口44から流出する流体は、後述する第２流路デバイス２Ａに形成された貫通孔44′を介して、回収される。なお、第４検体流出口43は、測定用流路デバイス２Ａの第１流路５の第１流入口12に接続されている。

（測定用流路デバイス）
図14に、測定用流路デバイス２Ａを模式的に示す。図14は、測定用流路デバイス２Ａを上面透視したときの図である。

本開示の測定用流路デバイス２Ａの上面は、図10に示すように、第１領域46および第２領域47を有している。また、平面視したときに、測定用流路デバイス２Ａの第１流路５は第１領域46から第２領域47にわたって配されており、分離用流路デバイス33は、測定用流路デバイス２Ａの第１領域46のみに配されている。その結果、第２領域47に第１流路５が露出していることから、第２領域47を測定領域として使用することができる。なお、本開示では、第２領域47には、ミラー24が配されている。

測定用流路デバイス２Ａは、第１流路５、第２流路６および第３流路22とは異なる、第５流路48をさらに有していてもよい。また、第５流路48は、測定用流路デバイス２Ａの表面に位置した複数の第５開口49を有していてもよい。第５流路48は、微粒子分離前の検体が流れる流路として機能することができる。

複数の第５開口49は、第５流入口50および第５流出口51を有している。第５流入口50は、検体が第５流路48に流入するための開口である。第５流出口51は、検体が第５流路48から流出するための開口である。第５流入口50は露出しており、第５流出口51は、分離用流路デバイス33の第４検体流入口42に接続されている。

第５流入口50および第５流出口51は、測定用流路デバイス２Ａの上面（第１基板９の上面）に位置している。本開示では、第５流入口50は、第１流入口12と同じ面に位置している。また、本開示では、第５流出口51は、第１流入口12と同じ面に位置している。複数の第５開口49の第５流入口50、第３開口23と同じ面に位置している。

測定用流路デバイス２Ａは、第１流路５、第２流路６、第３流路22および第５流路48とは異なる、第６流路52をさらに有していてもよい。第６流路52は、測定用流路デバイス２Ａの表面に位置した複数の第６開口53を有している。複数の第６開口53は、第６流入口54および第６流出口55を有している。第６流入口54は、第３流体が第６流路52に流入するための開口である。第６流出口55は、第３流体が第６流路52から流出するための開口である。第６流入口54は露出しており、第６流出口55は、分離用流路デバイス33の第４押付流入口45に接続されている。

（分離用流路デバイスと測定用流路デバイスとの接続構造）
図15に、分離用流路デバイスと測定用流路デバイスとの接続構造を模式的に示す。なお、図15は、図10中の破線部を拡大した断面図である。

分離用流路デバイス33は、上記の通り、測定用流路デバイス２Ａの上面に配されている。具体的には、分離用流路デバイス33の下面は、測定用流路デバイス２Ａの上面との間にシート部材56を介在させてもよい。言い換えれば、計測装置１は、分離用流路デバイス33と測定用流路デバイス２Ａとの間に配されたシート部材56を有していてもよい。

シート部材56は、難接着の材料同士を接合するための中間層としての機能を有している。シート部材56は、例えばシリコーンまたはＰＤＭＳなどの材料で形成されていればよい。なお、シート部材56は、複数の貫通孔57を有している。分離用流路デバイス33と測定用流路デバイス２Ａとの間は、貫通孔57を介して流体が流れることになる。本開示の分離用流路デバイス33と測定用流路デバイス２Ａは、シート部材56の下面に塗布された接着剤を介して、接続されている。

本開示の計測装置１Ａは、図11に示すように、第５流路48に流体を供給する第１ポンプ26Ａ、第６流路52に流体を供給する第４ポンプ58をさらに有している。なお、第１ポンプ26Ａは、第１実施形態の第１ポンプ26に相当するものである。すなわち、第１ポンプ26Ａは、第５流路48、第４流路34の順に通じて、第１流路５に第１流体を供給するものである。第１ポンプ26Ａ、第２ポンプ27、第３ポンプ28および第４ポンプ58は、チューブなどの複数の他の流路（図示せず）を介して、それぞれ第５開口49、第２開口18、第３開口23および第６開口53に通じている。

制御部４Ａは、計測装置１Ａを制御することができる。具体的には、制御部４Ａは、光学センサ３、第１ポンプ26Ａ、第２ポンプ27、第３ポンプ28および第４ポンプ58などの駆動も制御することができる。制御部４Ａは、第１ポンプ26Ａを駆動させて、特定の粒子を含む流体を第１流体として第１流路５に流入させることができる。また、制御部４Ａは、第２ポンプ27を駆動させて、特定の粒子を含まない流体を第２流体として第２流路６に流入させることができる。また、制御部４Ａは、第３ポンプ28を駆動させて、気体（ガス）を第３流路22に流入させることができる。制御部４Ａは、種々の回路を組み合わせて構成されている。

制御部４Ａは、第３流体を第４流路34の第４主流路37に流入させた後に、検体を第４流路34の第４主流路37に流入させるとよい。制御部４Ａは、第４ポンプ58を駆動して第４主流路37に第３流体を流入させた後に、第１ポンプ26を駆動して第４主流路37に検体を流入させればよい。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。すなわち、上記の第１の実施形態および第２の実施形態の各構成要件は適宜組み合わせされてもよく、また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。

上述した実施形態では、第２流路６の一端は第２流出口20を有している例を説明したが、図16に示したように、第２流路６の一端は、第１流路５に接続されていてもよい。第２流路６が第１流路５に接続している場合、第１流路５に第２流路６を介して第２流体を流入させることができる。その結果、第１流路５に流入する第１流体の量が少ない場合に、第２流路６から第１流路５に第２流体を補充することができる。なお、この場合、第２流体は、第３流体と同じ流体であってもよい。

なお、第２流路６が第１流路５に接続している場合、制御部４は、第１流体が第１流路５に到達する前に、第１流路５に一定量の第２流体を流入させてもよい。その結果、一定量の溶媒中にどの程度第１粒子が含まれているか定量的に測定することができる。

制御部４は、第１流路５に第２流体を流入させる場合は、光学センサ３によって流体の有無を確認してもよい。この場合、制御部４は、第２ポンプ27を駆動して第２流路６に第２流体を流入させた後、光学センサ３を駆動し、それとともに第１ポンプ26（または第１ポンプ26Ａおよび第４ポンプ58）を駆動して、第１流路５に第１流体を（および第６流路52に第３流体を）流入させてもよい。また、制御部４は、第１ポンプ26（または第１ポンプ26Ａおよび第４ポンプ58）を駆動した後、一定時間内に第２ポンプ27を駆動してもよい。

また、第１流路５と第２流路６とが接続している場合は、第１流路５と第２流路６との接続部に第３流路22を接続してもよい。この場合、制御部４は、まず、第１流路５に第２流体を流入させた後、第１流路５に第１流体を流入させ、次に第１流路５にガスを流入させるとよい。その結果、第２流路６に第１流体が流入することを低減することができる。

なお、第１流路５にガスを流入させて、第２流路６から第１流路５にわたって存在している第２流体を分断した後、第１流体を流入させてもよい。この場合は、制御部４は、第２ポンプ27を駆動した後、第３ポンプ28を駆動し、第１ポンプ26を駆動すればよい。

上述した実施形態では、第４流路34に第６流路52から第３流体を供給する例を説明したが、第６流路52の代わりに、第２流路６から第３流体を供給してもよい。この場合、第２流体と第３流体とは同一になる。すなわち、第６流路52は存在せず、第２流路６の一端が第４流路34の第４押付流入口45に接続されていてもよい。

上述した実施形態では、分離用流路デバイス33が、第３基板35および第４基板36を有している例を説明したが、第４基板36の代わりにシート部材56を第４基板36として機能させてもよい。

１，１Ａ 計測装置
２ 流路デバイス
２Ａ 測定用流路デバイス
３ 光学センサ
４，４Ａ 制御部
５ 第１流路
６ 第２流路
７ 発光素子
８ 受光素子
９ 第１基板
10 第２基板
11 第１開口
12 第１流入口
13 第１流出口
14 鉛直部
15 平面部
16 第１平面部
17 第２平面部
18 第２開口
19 第２流入口
20 第２流出口
21 第３平面部
22 第３流路
23 第３開口
24 ミラー（反射部材）
25 非反射領域
26，26Ａ 第１ポンプ
27 第２ポンプ
28 第３ポンプ
29 半導体基板
30 第１電極
31 半導体層
32 第２電極
33 分離用流路デバイス
34 第４流路
35 第３基板
36 第４基板
37 第４主流路
38 第４分岐流路
39 第４回収流路
40 第４廃棄流路
41 第４開口
42 第４検体流入口
43 第４検体流出口
44 第４廃棄流出口
45 第４押付流入口
46 第１領域
47 第２領域
48 第５流路
49 第５開口
50 第５流入口
51 第５流出口
52 第６流路
53 第６開口
54 第６流入口
55 第６流出口
56 シート部材
57 貫通孔
58 第４ポンプ
124 非反射部材
125 基準用非反射部材

Claims (11)

1. 特定の微粒子を含む第１流体に対して前記微粒子に関する測定を行なうための計測用の第１流路および前記微粒子を含まない第２流体が流れる校正用の第２流路ならびに前記第１流路に接続された第３流路を有する板状の測定用流路デバイスと、
   前記微粒子を含む検体から前記微粒子を分離して選別し、前記微粒子を含む流体を前記第１流体として回収するための第４流路を有する板状の分離用流路デバイスと、を備え、
   前記分離用流路デバイスは前記測定用流路デバイスの上面に配されており、
   前記検体は、前記測定用流路デバイスが有する第５流路を介して前記測定用流路デバイスの上面の開口を経て前記分離用流路デバイスの下面の開口から前記第４流路に流入し、
   前記第１流体は、前記分離用流路デバイスの下面の開口を経て前記測定用流路デバイスの上面の開口から前記第１流路に流入する、流路デバイス。
2. 前記検体は、前記測定用流路デバイスの上面の開口から前記第５流路に流入する、請求項１に記載の流路デバイス。
3. 前記第４流路は、１つの第４主流路と、前記第４主流路から分岐した複数の第４分岐流路とを有しており、前記検体とともに前記微粒子を含まない第３流体を流して、前記第４主流路内を流れる前記検体を前記第４分岐流路側に押し付け可能な押付流を発生させることにより前記微粒子を分離して、前記微粒子を含む流体を前記第１流体として回収する、請求項１に記載の流路デバイス。
4. 前記第３流体は、前記測定用流路デバイスが有する第６流路を介して前記測定用デバイスの上面の開口を経て前記分離用流路デバイスの下面の開口から前記第４流路に流入する、請求項３に記載の流路デバイス。
5. 前記第３流体は、前記測定用流路デバイスの上面の開口から前記第６流路に流入する、請求項４に記載の流路デバイス。
6. 前記測定用流路デバイスは、上面に第１領域および第２領域を有しており、
   平面視したときに、前記第１流路は、前記第１領域から前記第２領域にわたって配されており、前記分離用デバイスは、前記第１領域のみに配されている、請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載の流路デバイス。
7. 前記第３流路には、前記第１流路内に流入した前記第１流体を撹拌するまたは押し出すための押出用流体が流入する、請求項１から請求項６の何れか１つの請求項に記載の流路デバイス。
8. 前記分離用流路デバイスの下面と前記測定用流路デバイスの上面との間に、複数の貫通孔を有しているシート部材が介在している、請求項１から請求項７の何れか１つの請求項に記載の流路デバイス。
9. 請求項１から請求項８の何れか１つの請求項に記載の流路デバイスと、
   前記測定用流路デバイスに対向して配置されている光学センサと、を備えている、計測装置。
10. 前記光学センサは、発光素子と受光素子とを有する、請求項９に記載の計測装置。
11. 前記光学センサは、前記測定用流路デバイスの表面に対して、平面方向に移動可能に設置されている、請求項９または請求項１０に記載の計測装置。

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