JP2720161B2

JP2720161B2 - 細胞変形能測定装置

Info

Publication number: JP2720161B2
Application number: JP63019545A
Authority: JP
Inventors: 閃一増田; 正夫鷲津; 利行難波
Original assignee: Advance KK
Current assignee: Advance KK
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1988-02-01
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH01196566A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、赤血球、白血球等生体に係る細胞の変形能
を測定する為の装置に関する。

赤血球は、その直径より小さい毛細血管を通り抜ける
際、第５図のように変形することが知られている。逆
に、もし赤血球が何らかの疾患などの原因により硬化し
ていると変形が生じ得ず、毛細血管系での血液の循環に
障害が出ることが予想されている。

従来、血球の変形能を測定するには、血球直径と同程
度の孔径をもつフィルターを通過させ、それに要する時
間を測定するなどの方法が用いられていた。しかし、こ
の方法では個々の血球の変形能を精度良く測定すること
はできない。

上記に鑑み本発明は、細胞の変形能を精度良く測定す
る装置を提供することを目的とする。

次に本発明の実施例を第１図に示し説明する。

第１図が実施例を示す図である。基板（１）は電気的
絶縁性を有する樹脂（シリコーン樹脂、エポキシ系樹
脂、ABS樹脂）等よりなる。基板（１）上には、細胞及
び媒体となる流体を第１電解槽（１）に導入する為の導
入路（３）が設けられている。第１電解槽（３）には、
更にカーボン、チタン、白金等の導電性物質よりなる第
１電極（４）が、その内部に一部突出するよう埋設され
ている。

又、基板（１）上には、第２電解槽（５）が、第１電
解槽（３）と細胞１ケが通過できる程度の口径を有する
微細流路（６）を介して連通するように設けられてい
る。

第２電解槽（５）には、流体及び細胞を外部に導出す
る為の導出路（７）と、第１電極（４）と同材質及び同
形状よりなる第２電極（８）が設けられている。

導入路（３）及び導出路（７）は流体ポンプ（12）と
導管（14）を介して接続する。流体ポンプ（12）は媒体
に流れを生じさせ、細胞を動かす為の駆動手段である。

第１電極（４）及び第２電極（８）は、導線（９）を
介して基板（１）外部に設けられた交流電圧発生手段
（10）及び電流計（11）に接続する。

交流電圧発生手段（10）の出力電圧値及び電流計（1
1）が示す電流値は、インピーダンス演算手段（13）に
入力される。インピーダンス演算手段（13）は、経時的
なインピーダンスの変化量をＸ−Ｙプロッタ、CRTディ
スプレイ等に表示する機能及びインピーダンス値を測定
する機能を有する。

基板（１）上に微細流路等を設ける方法として、次に
示す方法がある。

即ち紫外線硬化樹脂表面に電解槽、微細流路等のパタ
ーンを書いたフォトマスクをのせ、その上から紫外線を
照射する。照射後、未硬化部を洗い流して、型枠を形成
する。この型枠に、硬化性シリコーンゴムを流し込む。
硬化後、これを取り出してシリコーンゴムの基板を形成
する。他の方法としては、フォトリングラフィー技術を
用いて、シリコン板上に上記パターンに沿った凹凸を形
成し、これを型枠として本発明の基板を形成する方法等
が提示される。両者共、流路が1mm以下となるような場
合に好ましい製造方法となり得るが、他の方法で形成し
てもかまわなく、例えばアルミナ、ハイドロキシアパタ
イト等のセラミックスをエッチング加工しても、本発明
変形能測定装置の基板は構成されるものであり、上記例
に限られるものではない。

次に第２図に示すように基板（１）と同材、あるいは
透光性ガラス等よりなる板状の蓋（15）を、凹部を形成
した基板（１）上面に被せる。蓋（15）をすることによ
り、基板（１）に凹部を形成した諸構成は、他の構成と
の接続部以外は閉空間となる。

次に上記構成よりなる実施例の動作を次に説明する。

最初に各電解槽及び微細流路に導電性を有する電解液
（例えば塩水）が導入路（３）より流体ポンプ（12）を
用いて導入される。

各部構成が電解液によって充填された後、引き続き流
体ポンプ（12）を駆動させ、電解液を循環させる。

次に交流電圧発生手段（10）より交流電圧（ｖ）を出
力し、電解液に印加する。電流計（11）は、電解液に流
れる電流値（ｉ）をインピーダンス演算手段（13）に転
送し、インピーダンス演算手段（13）は、交流電圧発生
手段（10）から入力された電圧情報（ｖ）と共に演算Ｚ
＝v/iを行ない、第４図に示す出力表示を行なう。

電解液の流れに応じ、細胞が第１電解槽（２）から微
細流路（６）に入る前、インピーダンスは第４図Ａ−VI
に示す値となる。第３図Ａ−Ｉ図に示すように微細流路
（６）に入る直前、細胞の変形能に応じてインピーダン
スの上昇率が変化する。

即ち、やわらかく変形しやすい通常の細胞の場合、第
４図Ａ−Ｉに示すようにインピーダンスは指数曲線的に
立ち上がるが、細胞が変形できないような変形能に異常
がある細胞の場合、インピーダンスは直線的に立ち上が
る。

微細流路（６）を細胞Ｃが通過中（第３図Ａ−II）、
インピーダンスの変化量は一定となるが、変形能に異常
がある細胞はインピーダンスが高くなる。

インピーダンスが高くなる原因は、主として次のこと
による。即ち、微細流路を細胞が通過する際、細胞と微
細流路の隙間は、やわらかく変形しやすい変形能が通常
の細胞の場合広く、変形しにくい変形能に異常がある細
胞の場合狭くなる。

このような状態に於いて電流は、微細流路と細胞の隙
間にしか流れない為、隙間が広い程インピーダンスは低
く、隙間が狭くなる程インピーダンスは高くなる。

次に細胞が微細流路（６）から第２電解槽（５）に出
る時（第３図Ａ−III）、第４図４−IIIに示すように、
細胞Ｃが微細流路（６）に入る直前と同よう、インピー
ダンスが直線的に変化する。

従ってインピーダンス演算手段（13）は、インピーダ
ンスの勾配及びその値を演算する機能を更に付加するこ
とにより、変形能の有無及び変形能の度合を、各々定量
的に得ることが可能となる。

より具体的には次のような演算を行ない、細胞の変化
能の度合を導出する。

尚、微細流路中を流れる細胞の速度は一定且つ任意の
ものとし、更に上記実施例に示す構造もこれに限ること
なく他の構成を使用し得るものである。

第３図に於いて、細胞Ｃが微細流路（６）を通過して
いる時（Ａ−II）のインピーダンス変化を考えると、次
のようになる。

1.細胞が変形しない場合細胞Ｃを円柱形で近時すると、細胞の存在によるイン
ピーダンスの増分ΔＲ′は、 2.細胞に変形が生じた時細胞に変形が生じ、長さがｄ＋Δｄに、断面積がＳ＋
ΔＳに変化したとすると、この変形した細胞の存在によ
る管のインピーダンスの増分ΔＲ″は、１、２より、細胞の変形によるインピーダンスの変化
ΔＲは、今、細胞が体積を一定に保ったまま変形をすると仮定
すれば、Ｓ・ｄ＝（Ｓ＋ΔＳ）（ｄ＋Δｄ）（４）であるから、となる。この式は、細胞が変形して断面積にΔＳだけの
変化が生じた時、管のインピーダンスにΔＲの変化が生
ずることを示している。このことをもっと明らかに示す
ため、仮に変形が小さいとして、 ΔＳ＜＜S₀−Ｓ（６）の場合を考えると、式（５）は、と近似される。この式は、もし変形が小さいなら、その
変形によりインピーダンス変化は、変形による断面積の
変化ΔＳに比例することを示している。

従って、ΔＲを測定することにより、細胞の変形の大
きさを測定することができる。

ところで、微細流路（３）を通る流体に発生するずり
速度の大きさは、ハーゲン・ポアズイユの法則によ
り、ただし、Q:流量 r:微細流路口の半径 l:微細流路の長さ τ:l/υ υ：流速で与えられる。故に、流速υを変えることにより、ずり
速度を変えることができる。細胞の変形はずり速度
によって生ずるので、流速の遅い時は細胞の変形が小さ
く、流速を速くすると変形が大きくなるというように、
流速を変えることにより細胞の変形の大きさを変えるこ
とができる。

媒質によって運ばれる細胞で長さがｌの微細流路を通
過するのに要する時間は、 τ＝l/υ （９）なので、第６図に示すように細胞の通過によって生ずる
インピーダンスの値はΔＲ″、通過時間はτとなる。

従って、第７図に示すように流速を変化させて得た
細胞の通過時間に対するインピーダンスの値をプロット
すると、ずり速度と変形の大きさΔＳの関係がわか
る。つまり、変形能の大きい（やわらかい）細胞はを
大きくした時ΔＳが大きく変化するので、第７図のが
大きくなり、変形能の小さい（固い）細胞は、これと反
対にが小さくなる。

であるから、第７図のによって細胞の変形のしやす
さの定量的測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す図、第２図は、第１図
（XI−XI′）の断面図、第３図、第５図は、微細流路を
細胞が通過するときの過程図、第４図、第６図は、第１
図に示す実施例の動作を示す波形図、第７図は、第１図
に示す実施例の動作をを示すグラフである。１…基板、２…第１電解槽、３…導入路、４…第１電
極、５…第２電解槽、６…微細流路、７…導出路、８…
第２電極、９…導線、10…交流電圧発生手段、11…電流
計、12…流体ポンプ、13…インピーダンス演算手段、14
…導管、Ｃ…細胞。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】微細口径を有する流路と、前記流路に細胞
を通過させるための媒体、及び前記媒体を流動させる流
体ポンプと細胞が前記流路を通過する際、細胞を含む媒
体の電気的インピーダンスを測定し、変形能を得る演算
手段よりなり、前記演算手段は、測定により得られた電
気的インピーダンス値の増分ΔＲ″に対し ΔＲ＝ΔＲ″−ΔＲ′ （ΔＲ′流路中に細胞が円柱形で近似された場合のイン
ピーダンスの増分で得られるΔＲを求めることによって細胞の変形能の大
きさを測定する工程、または、前記媒体の流動に基づくずり速度の変化に対する電気
的インピーダンス値の増分ΔＲ″より得られる勾配θを
求めることにより、変形能の大きさを測定する工程を有する細胞変形能測定装置。