JP3061414B2 - 分析用回転装置および生物学的流体の分析方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、全般的に生物学的流体を光学的に分析する
装置および方法に係わり、さらに詳しく言えば、本発明
は試料を計量するために試料内の流体から細胞質材料を
分離し、分離された流体を多数の試験筒（test well）
に分配して種々の生物化学的な分析を行うのを可能にな
す分析用回転装置（analytical rotor）に関するもので
ある。

血液検査は、血漿の試験を行う前に潜在的に妨害を与
える血液の細胞質成分が血漿から分離されることを、往
々にして必要とする。また分離された血漿を多数の別々
の部分標本（aliquot）に分割して種々の試験または効
力検定（assay）が血液に対して行われ得るようにする
ことが、往々にして望まれる。従来では、このような分
離および分割工程が通常遠心分離によって行われ、血漿
を細胞質成分から分離し、然る後に手によるか、または
自動的に血漿を別々の試験筒内にピペットにより移すよ
うになっていた。このような方法は多大の労力を要し、
時間を消費するものであり、さらに能率のよい方法で試
験を行うために適当な血漿の多数の部分標本を作るため
の種々の自動化された装置および方法が提案されて来
た。

本発明で特に重要なことは、血漿を完全な血液から分
離するとともに、分離された血漿を別々の試験筒に分配
するように修正された遠心回転装置である。このような
回転装置を使用することは、この遠心回転装置内に総て
存在する試験され、また評価される多数の別々の血漿の
容積部分を提供でき、自動化された試験の作業工程の能
率を著しく向上させる。

従来の手動または一部手動の作業工程よりも著しく優
れた改善から得られるけれども、以前の修正された遠心
回転装置は多くの欠点を有するものであった。このよう
な回転装置は所望の分離および分配を行うためにしばし
ば比較的大なる容積の完全な血液を使用することを必要
としたのである。分離能率はしばしば低く、通常得られ
る血漿の最初の量に対して５％程度であった。さらに、
このような回転装置はしばしば複雑な設計を利用し、製
造が困難で、高価であった。またしばしばこれらの回転
装置は遠心分離の作業工程の種々の異なる時点で組立て
られたり、または分解される種々の分離可能の部品また
は構成要素を必要としたのである。従来の遠心分離回転
装置はこれが与え得る別々の試料および試験筒の数がし
ばしば制限され、或る場合にはこの装置を通る血液およ
び血漿の流れを生じさせるために別別の移送流体（disp
lacement fluid）を使用する必要があった。

このような理由により、血液を血漿および細胞質成分
に分離し、さらに分離された血漿を回転装置の多数の別
別の試験筒内に分配するのに適当な改良された遠心分離
回転装置および方法を提供することが望まれるのであ
る。このような回転装置は比較的少量の血液を分離で
き、このような分離を行うために移送流体の使用を要し
ないものでなければならない。特に10％以上、望ましく
は20％以上、さらに望ましくは30％以上の分離能率を有
することが望ましい。回転装置は比較的多数の試験筒を
収容できるものでなければならず、また回転装置の設計
が簡単で、低価格の製造工程を可能なすものでなければ
ならない。特に、回転装置が分離可能または運動可能の
部品を有しない一体的構造のものであるのが望ましい。
血漿分離方法は簡単で、比較的短時間で行い得るもので
なければならない。特に、この方法は比較的工程が少な
く、作業者の介入または操作が少ないか、またはその必
要を伴わずに行われ得るものでなければならない。この
方法が血漿の分離および供給を行うのに回転装置の回転
だけしか必要としないことが特に望ましいのである。

発明の要約 本発明により、改良された細胞分離装置は頂面および
底面および貫通する中央軸線を有する遠心分離回転装置
を含んでいる。分離室が回転装置内の第１の高さ部分に
配置され、これにより回転装置の回転運動に応答して生
物学的流体（例えば、完全な血液）が細胞のない流体
（例えば、血漿）および細胞質成分に分離され得るよう
になっている。この分離室は通常受容範囲と、この受容
範囲から半径方向に外方に間隔をおかれた細胞捕捉部
と、受容範囲および細胞捕捉部の間の毛細管範囲とを含
んでいる。このようにして、回転装置が回転すると、生
物学的流体内の細胞が受容範囲から毛細管範囲を通って
細胞捕捉部内に通過するようになされるのである。回転
が停止された後では、毛細管範囲は細胞質材料が細胞捕
捉部から透明な生物学的流体、例えば血漿が入っている
受容範囲内に逆流するのを禁止する。

これと異なり、分離室は試料室から半径方向に外方に
配置されて、流れ制限通路によってこれに連結されるこ
とができる。このようにして、試料室内に導入された生
物学的流体は回転装置が回転される時に半径方向に外方
に分離室内に流れるようになされる。流れ制限通路の寸
法は、回転装置が予め定められた速度で回転する時に所
望の流速を与えるように選択されるのである。

試料室は、使用者の或る量の試験される試料を導入で
きる入口開口すなわちポートを有する試料受容部になし
得る。これと異なり、試料室はこれからの試料および希
釈剤室からの希釈剤を受入れる混合室になし得る。任意
に、このような混合室は半径方向に外方の周囲部分また
はその近辺に細胞保持範囲を含むようになし得る。

分離室は、生物学的流体が連続的に分離室内の細胞の
ない流体の収集装置に向って流れる時に細胞質成分が生
物学的流体から分離されるようになす選択された寸法を
有する。通常この分離室は環状に伸長し、環状の端部ま
たはその近くに配置される流れ制限通路および反対側の
環状の端部またはその近くに配置される細胞のない流体
の収集装置を有する。このようにして分離室は充分に長
い流路を形成し、生物学的流体の滞留時間（すなわち細
胞のない流体を集める前の時間）は、細胞質成分が分離
室の半径方向外周に位置する保持範囲内に半径方向に外
方に移動できるのに適当なようになされるのである。

本発明の分析用回転装置は予め定められた容積の流体
の分離室のような受容室内への計量および分配装置を含
むのが望ましい。従って、このような回転装置は通常仕
切られる大量の流体を含む大型流体室およびこの大型流
体室から半径方向に外方に位置して大型流体室に連結さ
れる計量室を含み、回転装置が回転する時に流体が計量
室に流入するようになされるのである。溢流室が計量室
に連結されて、計量室が充満された後で過剰の流体を受
入れるようになっている。計量室に残る流体の容積は予
め定められた容積に相当する。完全な血液のような生物
学的流体または希釈剤のような試薬が大型流体室内に投
入されることができる。

受容室が計量室から半径方向に外方に配置され、計量
室が予め定められた容積を含むようになるまで受容室内
への流体の流入を阻止する連結装置を介して計量室に連
結されている。流体は受容室への供給の前に所望により
できるだけ長く計量室内に保持されることができる。通
常この連結装置は毛細管作用力が第１の回転速度にて流
れを阻止するようになす毛細管出口導管になされる。第
２のさらに大なる回転速度にて、遠心力が毛細管作用力
を超過して計量室が空にされる。連結装置はまた半径方
向に最も内方の計量室の点と実質的に同じ回転装置の中
心からの分離にあるエルボーを有するサイフォンになす
こともできる。回転装置が回転する時に、流体はこのエ
ルボーを通過して流れることはない。回転装置が停止し
た後で、毛細管作用力は流体を丁度エルボーの廻りを引
張ることによって流体を流すようにサイフォンを「作
動」（prime）させる。回転装置が再起動されると、遠
心力および毛細管作用力の組合せが残留する流体を計量
室から受容室に吸引させるのである。

予め定められた量の流体が細胞質成分から分離された
後で、流体は通常周囲にある多数の試験筒またはキュベ
ットに供給されて光学的分析を行うようになされる。１
つの実施例においては、それぞれのキュベットが大体半
径方向の入口通路によって中央の収集室に連結される
が、この入口通路は回転装置が回転する時にキュベット
内へ液体を流す別個の流路およびキュベットから外方へ
ガスを流す第２の別個の流路を有する。液体の流路が回
転装置の回転方向で入口通路の側にあり、ガスの排出流
路が回転方向から離隔した側にあるのが望ましい。液体
は２つの流路の間の深さまたは表面の性質の差によって
液体用の流路内に流される。

回転装置はまたキュベットから半径方向に内方に位置
する多数の反射面を含み、これらの反射面は光線を約90
゜偏向させ得るようになっている。通常、回転装置の回
転軸線に大体平行に配向される光線はキュベット内の流
体を通って水平に通過するように偏向されるのである。
反射面は回転装置の垂直軸線に対して約45゜に配向さ
れ、回転装置の材料／空気の界面における内部全反射状
態によって作られるのが望ましい。

本発明の回転装置は透明プラスティックによって作ら
れるのが望ましく、さらに望ましくはアクリル製品によ
って作られるものである。それぞれのキュベットは通常
キュベット内の流体の生物化学的分析を行うのに必要な
試薬を含んでいる。このような生物化学的分析は光線に
露出され、次いで検出されて分析される光学的作用を生
じさせるのである。

本発明のその他の利点は以下に説明され、添付図面に
示された本発明の実施例の詳細に説明を考慮することに
よって当業者には明らかになる。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の原理によって構成された遠心回転装
置の一部分破断された斜視図である。

第1A図および第1B図は本発明の原理によって構成され
た遠心回転装置に使用される型式の分離室に対する変形
形態の幾何学形状を示す図面である。

第２図は第１図の遠心回転装置の頂部平面図である。

第３図は第２図の線３−３に沿う第１図および第２図
の回転装置の垂直断面図である。

第４図は第２図の線４−４に沿う第１図および第２図
の回転装置の垂直断面図である。

第５図は第３図の線５−５に沿う第１図−第３図の回
転装置の水平断面図である。

第６図は第３図および第４図における線６−６に沿う
第１図−第３図の回転装置の水平断面図である。

第７図から第11図は第１図の遠心回転装置を使用した
本発明の方法を示す図面である。

第12図は本発明の遠心回転装置の変形実施例を示す図
面である。

第13図は本発明の原理によって構成された分析用回転
装置の一部分破断された斜視図である。

第14図は第13図の遠心回転装置の平面図である。

第15図は第14図の線15−15に沿う断面図である。

第16図は第14図の線16−16に沿う断面図である。

第17図は変形形態の回転装置の設計を示す平面図であ
る。

第18図は第17図の線18−18に沿う断面図である。

第19図は第17図の線19−19に沿う断面図である。

第20図は第２の変形形態の回転装置の設計を示す平面
図である。

第21図は第20図の線21−21に沿う断面図である。

第22図は計量室が正確な血液の量を測定するのに使用
されるようになされた本発明の１つの実施例によって設
計された回転装置の平面図である。

第23図は計量室が希釈剤のために使用されるようにな
された回転装置の平面図である。

第24図は計量室および分離室の間の流れを制御するた
めにサイフォンが使用されている回転装置の平面図であ
る。

第25図は本発明によって作られた回転装置の底部層の
平面図である。

第26図はキュベット、湾曲した入口通路および反射面
を示す第25図の回転装置の底部層の平面図である。

第27図は第26図の線27−27に沿う２つの断面図を示す
図面である。

第28図は第25図の回転装置の底部層の線28−28に沿う
断面図である。

第29図は別個の流路内の流れの方向を示す入口通路の
斜視図である。

第30図はキュベット内の流体を通る光路を示す本発明
の回転装置の底部層の断面図である。

第31図は第32図の線31−31に沿う断面図である。

第32図はキュベット、直線的な入口通路および反射面
を示す回転装置の平面図である。

望ましい実施例の説明 本発明は生物学的流体から細胞質成分を分離する装置
および方法、特に完全な血液から血漿を分離し、これが
次に種々の分析工程を受けるようになす装置および方法
を提供する。便利なように、この装置および方法はまた
分離された血漿を回転装置内の多数の試験筒内に分配し
て、血漿の部分標本を装置から移送する必要を伴わずに
種々の分析工程を行い得るようになすものである。この
装置および方法は、本発明が遙かに大量の血液を分離す
るのに適当ではあるけれども、通常約0.03cc、しばしば
約0.015cc、また時には約0.005ccのように甚だ少量の血
液を分離できるのである。本発明は所望の分離および分
配を行うために移送媒体（displacement medium）を使
用する必要がなく、この装置の設計は、分解され、また
は運動する部品を必要としないで甚だ簡単になされるの
である。勿論、若干の情況においてはこのような分解さ
れ、また運動する部品を設けるのが望ましいが、これら
の部品は本発明の方法による血液の分離を行うために必
要ではないのである。その結果、本発明の装置は製造が
甚だ容易で甚だ安価に製造でき、装置を完全な血液試料
の試験にて廃棄可能に使用するのに適当になされるので
ある。このような装置および方法は装置に投与される量
を予め測定する必要を伴わずに血液の正確な量を分離す
ることができる。この装置はさらに分離された血漿を試
薬と自動的に組合せて実質的に等しい量の血漿を多数の
試験筒に配分できるのである。当業者には公知の種々の
希釈剤が本発明に使用するのに適当である。例えば、通
常の含塩溶液（水中の0.5％ NaCl）、リン酸塩緩衝溶
液（phosphate buffered solution）およびリンゲルの
乳酸塩溶液および同様のもののような標準希釈剤を使用
できるのである。

さらに、この装置は試験筒から血漿を取出す必要を伴
わないで、試験筒内の血漿が個々に検査されるのを可能
になす分光光度計および螢光光度計のような通常の種々
の分析測定装置とともに使用されるのに適当である。

本発明は特に細胞を血液から分離して血漿を作るのに
適しているけれども、細胞および他の干渉性有害物質を
分析または効力検定の前に分離することが望ましいよう
な場合に、尿、喀痰、精液、唾液、対物レンズ液、脳、
脊髄液、羊膜液および組織培養基およびまた食物および
工業的化学剤および同様のもののような他の広い範囲の
種々の生物学的流体とともに使用するのに有用である。

本発明の装置は遠心回転装置を含んでいるが、この遠
心回転装置はカリフォルニア・フラートンのベックマン
・インストルメント・インコーポレーテッド、スピンコ
・ディビジョン、ペンシルバニア・ピッツバーグのフィ
ッシャー・サイエンティフィック、カルフォルニア・サ
ンフランシスコのVWRサイエンティフィックおよび同様
の会社のような供給会社から商業的に入手できる型式の
通常の研究所用遠心装置に取付けられることができるも
のである。一般に、遠心回転装置はこれの中の垂直駆動
軸上に取付けられるのに適した受容装置またはその他の
連結装置を含んでいる。このような受容装置または連結
装置の特別の設計は遠心装置の性質に関係し、本発明の
遠心回転装置が現在入手できるか、または将来入手でき
るような殆どの型式の遠心装置とともに使用され得るこ
とが認められる。

この遠心回転装置は以下にさらに詳細に説明されるよ
うな多数の室および相互連結通路の間の所望の幾何学的
なパターンを保持する本体構造を含んでいる。通常、こ
の本体はそれ以外の部分が充実したマトリックス内の空
間または空虚部分として形成される複数の室および通路
を有する実質的に充実したプレートになされる。便利に
このような充実したプレート構造は多数の別々に形成さ
れる装をともに複合構造の形態に積層し、これに室およ
び通路が隣接する層の間に大体形成されることによって
形成されることができる。個々の層は射出成形、機械加
工およびこれらの組合せによって形成されることがで
き、通常適当な接着剤を使用し、または超音波溶接によ
ってともに接合されるのである。最終的な包囲される容
積はこれらの層が組合される時に形成される。勿論この
ような遠心回転装置はまた適当な構造的フレーム構造内
に配置される管、容器、室等のような多数の別々の構成
要素として形成されることができる。しかし、このよう
な組立体は一般に製造が困難で、従って実質的に充実し
たプレートに形成されるものの方が望ましい。

遠心回転装置は広い範囲の種々の材料によって形成さ
れることができ、任意に２つのまたはそれ以上の材料を
含むことができる。通常、これらの材料は透明で、種々
の内部の室および通路内の血液、血漿およびその他の試
薬の存在および分配が観察できるようになされる。ま
た、回転装置に形成された試験筒が貫通して形成される
適当な光路を有し、試験筒内の内容物が分光光度計、螢
光光度計により、またはその他の視認による評価計器に
よって観察され得るようになすことが必要である。以下
に説明される例示的な実施例においては、回転装置は少
なくとも光路を形成する部分に、要求される光学的特性
を有するアクリル樹脂によって形成されている。

本発明の装置および方法は有利にまたは必然的に血漿
に対して行われる広い範囲の種々の分析工程を行うのに
適当である。これらの分析工程は一般に血漿が１つまた
はそれ以上の試薬と組合され、視認により検出可能の、
血漿の特定の成分または特性の測定に関係する若干の変
化が血漿に生じることが要求されるのである。血漿は
色、螢光、ルミネッセンスまたは同様の変化を生じる反
応またはその他の変化を受けて、これが通常の分光学的
光度計、螢光光度計、光検出装置等によって測定できる
ようになされるのが望ましい。若干の場合には、免疫学
的検定およびその他の特別な拘束的効力検定（binding
assay）が試験筒内で行われることができる。しかし、
一般にこのような効力検定工程は均質的でなければなら
ず、分離工程を必要としないのである。他の場合には免
疫学的反応段階が生じた後で血漿を試験筒から分離する
装置を設けることによって異質的な効力検定装置に適応
させることも可能である。

行われ得る通常の血液効力検定はグルコース、ラクテ
ート、デヒドロゲナーゼ、セラム・グルタミック・オク
サロアセチック・アミノ基転移酵素（serum glutamic−
oxaloacetic transaminase）（SGOT）、セラム・グルタ
ミック・パイルヴィックアミノ基転移酵素（serum glut
amic−pyruvic transaminase）（SGPT）、血液尿素（窒
素）（blood urea（nitrogen））（BUN）、全プロテイ
ン、アルカリ性、ホスファターゼ、ビリルビン、カルシ
ウム、塩化物、ナトリウム、カリウム、マグネシウムお
よび同様のものを含んでいる。この列挙は全てを網羅す
るものではなく、単に本発明の装置および方法を使用し
て行われることのできる効力検定の例示として企図され
ている。通常これらの試験は血漿が１つまたはそれ以上
の視認により検出可能の、通常測光的に検出可能の血漿
の変化を生じさせる試薬と組合されることを必要とす
る。このような必要な試薬は公知で、種々の特許や学術
文献中で充分に説明されている。

１つの実施例においては、分離室の毛細管障壁を含
み、これが細胞保持範囲の流れ制限通路および細胞のな
い流体の収集装置の間の流体通路から分離するようにな
っている。このようにして回転装置が回転する時に保持
範囲内に通される細胞は、回転装置の引続く取扱いの間
においても保持されるのである。

本発明の他の実施例のおいては、回転装置は多数の試
料受容容器、分離室および任意に混合室および収集室を
含んでいる。このようにして多数の血液試料が同時に分
離され、任意に分析され、同時に全ての細胞質の分離工
程が行われるのである。

さらに他の実施例においては、流速制限通路が半径方
向に内方に伸長して回転装置が回転している間に（流れ
を生じさせる前に）試料室から分離室内への流れを阻止
する通路を有するサイフォン構造を含むようになされて
いる。このようなサイフォン障壁の使用は、分離室内に
は移送しないで試料および希釈剤を最初に導入するのを
可能になす混合室を使用する実施例において特に有利で
ある。

変形形態の実施例においては、混合室は分離室を有し
ないでも所望の分離程度を与えるのに充分である。混合
室に流れ制限出口を設けることは回転装置が回転する間
の混合室内における充分な流体の滞留時間を可能にして
流体の細胞質成分が半径方向に外方に分離され得るよう
になすのである。

本発明の方法によって、細胞含有生物学的流体が分析
用回転装置内の受容容器範囲内に導入される。回転装置
の回転は流れ制限通路を通って分離室内への生物学的流
体の半径方向に外方の流れを生じさせる。分離室内にお
いて、連続する回転装置の回転は流体の細胞質成分が半
径方向に外方に分離室の周囲にある保持範囲内に移動す
るようになし、ここで細胞質成分が捕捉されるのであ
る。これに反して、細胞のない得られた流体は保持範囲
から半径方向に内方に向く流路に沿って流れて、流路の
入口点から環状に間隔をおかれた位置に配置される収集
装置を通って分離室から連続的に取出される。このよう
にして、充分な滞留時間が与えられて、流体部分を取出
す前に細胞質成分が実質的に完全に分離されるようにな
される。生物学的流体の量、制限流路の流速および細胞
保持範囲を正しく選択することによって、回転装置は細
胞質成分を実質的に移送しないで予め定められた量の流
体を分離するのを可能になすのである。

代替方法においては、細胞含有生物学的流体が混合室
に移送され、ここで流体が希釈剤と組合されるようにな
っている。説明図が流体および希釈剤は混合室内で通常
回転装置の回転方向を逆転させ、またはこれと異なる方
法で同一の回転方向における回転速度を加速または減速
することによって混合されるのである。次いで細胞は回
転装置の回転によって外方に向って周囲の保持範囲内に
分離される。混合室の流れ制限出口は所望の分離程度を
行うのに充分な滞留時間があるのを保証する。任意に混
合室からの流体は既述のように制限通路を通って分離室
内に流入する。このようにして、２つの段階の分離が行
われ、細胞質成分の実質的に完全な分離が保証されるの
である。

本発明はまた希釈剤または生物学的流体のような流体
の予め定められた量を測定して遠心回転装置の受容室に
供給する装置および方法を提供するものである。流体の
測定の大型の流体室に連結される予め定められた容積の
計量室によって行われる。大型の流体室は回転装置が使
用されるまで貯蔵するために回転装置内に予め投入され
ている希釈剤またはその他の試薬を含むことができる。
これと異なり、大型の流体室は試験される例えば血液の
ような生物学的流体を受入れる毛細管室になすことがで
きる。大型の流体室から計量室内に流れる流体は計量室
を充満させるとともに過剰の流体は計量室から流出して
溢流室内に流入する。

計量室内の予め定められた量が計量室から流出する流
れを制御する少なくとも１つの連結装置を通って受容室
に供給され、流体が若干の予め定められた時間の後でし
か受容室に供給されないようになされる。通常この供給
は計量室が充満され、予め定められた量の流体を含むよ
うになされた後まで遅延れるのである。連結装置は、計
量室が空になるまで実質的に如何なる検出可能の流体も
計量室から漏出しないように設計されるのである。検出
可能の流体がないと言うことは最後に受容室に供給され
た流体の全量が充分に正確で、引続く分析が悪影響を受
けないようになされる場合に計量室から逃げる流体と考
えられるものである。

計量室および受容室の間の流れを阻止することは多く
の方法で行われ得る。例えば毛細管作用力が第１の回転
速度では流れを阻止するような毛細管出口導管が使用さ
れることができる。速度が第２の、さらに高い回転速度
に増加すると、遠心力が毛細管作用を超過して計量室が
空になされるのである。他の装置もまた第１の速度で流
れを遮断するのに使用されることができ、例えばさらに
高い回転速度でしか破裂しないような膜が導管内に挿入
されるようになし得る。

他の実施例は、計量室の最小の半径方向の点（すなわ
ち半径方向に最も内方の点）と実質的に同じ回転装置の
中心からの距離にあるエルボーを有するサイフォンを使
用するものである。計量室が充満され、回転装置が停止
された後で、毛細管作用が流体を丁度エルボーを超えて
引張るのである。毛細管作用の結果として流体が内部で
この点まで動かされるようになすサイフォンは「流す」
（primed）ものと考えられる。回転装置は減速され、遠
心力および毛細管作用力の組合せが流体を計量室から流
出させて受容室内に流入させるように引張るのである。

また単一の回転装置において若干数の計量室を順次作
動させる（serialize）ことも可能である。第１の計量
室から溢流した流体は正確な予め定められた寸法の第２
の計量室に流入する。この第２の計量室からの過剰分は
次いで溢流して第３の計量室に流入し、以下同様になさ
れる。回転装置のそれぞれの計量室は通常別々の受容室
に供給を行うようになされるのである。

本発明はまた生物学的流体を光学的に分析するため
の、さらに詳しくは、最初に血漿を分離室内で細胞質材
料から分離した後でこの血漿を分析するための装置およ
び方法を提供するものである。このような装置および方
法は分離された血漿または希釈された血漿を回転装置の
多数のキュベット内に分配して、流体の部分標本を装置
から移送する必要を伴わずに種々の光学的分析工程が行
い得るようになすのである。便利に、本発明はそれぞれ
のキュベットに均一な光路を形成してキュベットを充満
させた時に気泡の発生を回避することにより分析におけ
る変動の可能性を低減させる。均一な光路は回転装置内
の反射面を使用することによって形成されるが、この反
射占面は回転軸線に平行に配向される光線を偏向させ、
光線がキュベットを通って水平に通過するようになす。
これと異なり、水平（例えば半径方向）の光線が流体と
通った後で垂直に変更されることができる。何れの実施
例を使用しても、キュベット内の流体の量の変化、溶接
接合部または流体の頂部に浮遊する異物による光路内の
歪曲は結果に対して悪影響を与えない。気泡の発生もま
た新規な入口通路を使用することによって回避される
が、この入口通路はガスが通路内の１つの流路を通って
流出するとともに流体が同じ通路内の他の流路を通って
流入するようになすのである。

ここで、第１図から第６図までを参照すると、本発明
の原理によって構成された遠心回転装置10が詳細に示さ
れている。この回転装置10は実質的に充実したディスク
の形状になされているが、このディスクは、ともに積層
されて複合構造を形成する頂部層12、中間層14および底
部層16を含んでいる。通常それぞれの層12、14および16
は同じ材料、通常アクリレイトによって構成されるが、
これらの層が異なる材料によって構成され、またそれぞ
れの層が層の異なる部分を形成する２つまたそれ以上の
異なる材料を含むようになすことも可能である。頂部層
12の露出された面は頂面と称され、一方底部層16の露出
された面は底面と称される。受容容器18は層16の底面に
形成され、第３図および第４図に最もよく示されるよう
に回転装置の垂直軸線20に大体整合している。この受容
容器18は既述のように通常の遠心装置の駆動軸に組合う
ように形成されている。

頂面12は血液供給ポート22および４つの流通ポート2
4、26、28および30含んである。この血液供給ポート22
および流通ポート24、26、28および30は頂面12の全体の
厚さ部分を貫通し、以下にさらに詳細に説明されるよう
に回転装置10の中間層14に形成された種々の室に整合さ
れている。このような貫通は便利に機械加工、例えば穿
孔作業によって頂部層12内に形成されることができる。
中間層14の上面はこれに形成された多数の室および通路
を含んでいる。これらの室および通路は大体平らな面を
有するディスクに機械加工を施すことによって形成され
ることができ、または最初にディスクを形成するための
適当なプラスティック樹脂の射出成形によって形成され
ることができる。

中間層14は頂部層12の血液供給ポート22に大体整合さ
れた入口部分42を有する計量室40を含んでいる。この計
量室40は連結通路46によって溢流室44に連結されてい
て、この溢流室は計量室から半径方向に外方に位置して
いる。流通連結通路48から溢流室44の半径方向に外方の
端部から先ず大体円周方向に伸長し、然る後に大体半径
方向に内方に伸長している。通路46の遠隔端部50は頂部
層12の流通ポート28に整合し、溢流室44の外方の半径方
向の端部が回転装置10を使用する間は大気に連通するよ
うになっている。

計量室40および溢流室44の深さは、これらの室が頂部
室12の積層によって完成した時に毛細管の寸法を与える
ように選択されている。通常、この深さは約0.1から1.0
mmまでの範囲で、さらに普通約0.25から0.75mmまでの範
囲になされるのである。通常、この深さは両方の室40お
よび44ならびに連結通路46に対して均一になされるが、
毛細管作用が保持される限りこの深さを変化させること
も可能である。計量室40および溢流室44の変形実施例が
第22図から第24図までおよび以下の説明にて示され、説
明されている。

分離室60は中間層14の上面に形成され、計量室40から
半径方向に外方に配置されている。この分離室60はその
半径方向に外方の周囲に形成された細胞捕捉装置62およ
びその半径方向に内方の周囲に沿って形成された受容範
囲65を含んでいる。毛細管範囲66は受容範囲65および細
胞捕捉装置62の間に形成されて、遠心分離の結果として
細胞が細胞捕捉装置62に入った後で細胞が逆流するのを
禁止するようになされている。受容範囲65は完全な血液
またはその他の生物学的流体（任意に希釈剤または試薬
と組合される）を受入れることができ、また遠心分離作
用が完了した後で血漿またはその他の分離された流体を
保持する容積を形成するのである。軸線方向のポート64
が便利に環状通路として形成され、これが以下にさらに
詳細に説明されるように中間層14の全厚さを貫通して分
離された血漿が室60の受容範囲65から下方に底部層16に
形成された収集室90内に流入できるようになっている。
この分離室60の幾何学的形状は第1A図および第1B図に関
連して以下にさらに詳細に説明されるように著しく変化
されることができる。

計量室40は短い毛細管通路70によって分離室60に連結
されていて、この毛細管通路は軸線方向のポート64の内
面を形成する垂直壁部72に終端している。勿論このよう
な通路70の終端状態は、さもなければ通路を通って流体
を吸引する恐れのある毛細管作用を終端させるのであ
る。

計量室40の容積は所望の応用面に関係して変化する
が、以下にさらに詳細に説明されるように通常所望の量
の血漿を底部層16に形成されたそれぞれの試験筒に与え
るためにできるだけ小さく選択されるのである。典型的
には、計量室40の容積は約0.005から0.05ccまでの範囲
になされ、より典型的には約0.030〜0.05ccの範囲にな
される。

溢流室44の容積は一般に計量室40の容積よりも大きく
なされて、血液供給ポート42を通って供給され得る過剰
の血液を収容するようになっている。一般に、溢流室44
の容積は計量室40の容積の少なくとも２倍、通常３倍ま
たはそれ以上に大きくなされる。

分離室60の容積は、計量室40および試薬室80（以下に
説明される）から流出され得る期待された血漿および任
意に試薬または希釈剤の容積を収容できるように選択さ
れる。典型的には、受容範囲65の容積は約0.1ccから1.0
ccまで、より典型的には約0.25ccから0.50ccまでの範囲
になされる。細胞捕捉装置62の容積は少なくとも一部受
容範囲65の容積に関係している。分離効率を最大にする
ため、すなわち完全な血液の一定の量から得られる血漿
の量を増加させるために、細胞捕捉装置62の容積が細胞
質材料の期待される最大容積を収容するのに丁度充分に
なすのが望ましい。完全な血液に対して、このことは期
待される最大のヘマトクリット（hematocrit）に基づい
て計算されることができるが、この場合細胞捕捉装置62
の容積は計量室40の容積の期待される％になされるので
ある。

試薬室80もまた中間層14の上面に形成されていて、毛
細管通路82を通って分離室60に連結されている。この試
薬室80は分離室60から半径方向に内方に配置されて、試
薬室から分離室60に流れる試薬または希釈剤の流れが以
下にさらに詳細に説明されるように回転装置10の回転に
より行われ得るようにされている。図示のように、毛細
管通路82は壁部72の開放された通路に終端している。こ
のようにして、室80からの試薬の流れは回転装置20の回
転によって生じる外方に向く遠心力がない時には生じな
い。しかし多くの場合、室80に剥離可能な封止部または
障壁を設け、または試薬をパウチまたはその他の包装体
内に入れて、試薬を保護し、さらに試薬が室80から漏出
しないように保証するのが望ましい。このような障壁、
封止部または包装体は試薬が遠心回転装置10内に中央の
準備部分に「予め包装されていて」、後で出荷、保管お
よびその他の取扱いを受け、これによって試薬が劣化
し、または漏出する恐れのあるように時に特に望ましい
のである。

第３図に最もよく示されているように、試薬室80は毛
細管作用による流れを生じる能力が必要ではないから、
計量室40よりも実質的にさらに大きい深さを有すること
ができる。従って、計量室40から分離室60に与えられる
血液または血漿の容積よりも実質的に大きい試薬の量を
貯蔵することが容易になる。

収集室90が底部層16の上面に形成され、軸線方向のポ
ート64から血漿を受入れるように配置されている。多数
の試験筒92が収集室90の周囲に沿って形成され、短い半
径方向の通路94によって収集室90に連結されている。こ
れらの試験筒92および半径方向の通路94が第25図から第
32図までにさらに詳細に図示され、以下に詳細に説明さ
れている。一般に、これらの試験筒92は層16の周囲の廻
りに等間隔に間隔をおかれて、それぞれの試験筒に対す
る等しい血漿の分配を保証するようになっている。それ
ぞれの試験筒92の上方および下方の材料は通常光学的に
透明でそれぞれの試験筒内の血漿の視認による評価を行
う明確な光路を形成するようになっている。回転楝10を
通る変形形態の光路もまた設けられることができる。

試験筒92の容積は通常比較的小さく、通常約0.005cc
から0.015ccまでの範囲、さらに普通は約0.008ccから0.
010ccまでの範囲にある。液体、乾燥され、または連結
乾燥された試薬が個々の試験筒内に与えられて、血漿が
導入された時に血漿との混合が行われるようになすこと
ができる。これと異なり、試験筒92の壁部または底部
は、分析工程に一部関与するように企図された抗体、抗
原、レセプターまたは同様のもののような種々の活性成
分によって誘導化（derivatize）されることができる。

さてここで第1A図および第1B図を参照すれば、分離室
60の幾何学的形状が本発明の範囲内で著しく変化され得
ることが判る。分離室60の中央部分は毛細管範囲66であ
って、この毛細管範囲は内側の円弧状の境界200および
外側の円弧状の境界202を有する環状空間になされるの
が望ましい。毛細管範囲66の毛細管作用は、接合される
範囲、すなわち受容範囲65および細胞捕捉装置62の寸法
が毛細管作用を破壊するように増大されているから、そ
れぞれの境界200および202にて遮断されるのである。従
って、流体は遠心作用によって充分な遠心力が与えられ
る時以外には毛細管範囲66を通って流過することはでき
ない。

受容範囲65および細胞捕捉装置62の形状は実質的に変
化できる。受容範囲65は一般にテーパーを有し、対向す
る水平面の間の距離は半径方向に内方に向って増大する
ようになっている。このような距離の増加は上述のよう
に所望の毛細管作用の遮断を与えるのである。このテー
パーは下面を水平平面に対して相対的に傾斜（第１図）
させ、上面を水平平面に対して相対的に傾斜（第1A図）
させ、または両方の面を傾斜（第1B図）させることによ
って与えられるのである。受容範囲65の対向する面の間
の角度は受容部ではなく、通常０゜から40゜までの間
で、普通は18゜から22゜までの間になされるのである。
毛細管範囲の内側の円弧状の境界200は通常円弧状の開
口を境界するテーパーされた受容範囲の狭い方の端部と
連続的に形成されている。

細胞捕捉装置62は通常環状凹部として形成され、これ
が軸線方向に下方に回転装置内に貫通し、毛細管範囲66
の環状空間の外側の円弧状の境界202と連続的に配置さ
れている。しかし、細胞捕捉装置62はまた第1B図に示さ
れるように上方に伸長することができ、真の環状の形状
を有する必要はない。

さてここで第４図を参照すれば、収集室90の幾何学的
形状は分離された生物学的流体、例えば血漿を分離室60
内で組合される希釈剤または試薬と混合するのを促進す
るように修正されることができる。さらに詳しくは、収
集室90の容積が増大され、周囲の垂直壁部91が半径方向
通路94の内側に設けられることができる。便利に、半径
方向通路94は毛細管になされて、これが分離および分配
工程が完了した後で試験筒92から流体が失われるのを阻
止するのに役立つのである。収集室90の増加された容積
および周囲壁部91はともに回転装置10が回転する時に室
90内の液体の保持時間を増加させるように働く。このよ
うな保持時間の増加は分配前のさらに完全な混合を可能
になす。

若干の場合には、軸線方向のポート64を通る血漿また
はその他の分離された流体の下方への流れが表面張力に
よって制限されることがある。このような場合、表面張
力を破壊させて受容範囲65から収集室90内への所望の流
れを可能になすことのできる芯繊維93のような装置を設
けるのが望ましい。これと異なり、表面張力は分離が行
われた後で回転装置10の回転を急激に停止させることに
より破壊されることができる。このような回転の停止は
流体が範囲65の壁部を濡らして下方への流れを可能にな
すのである。

さてここで第７図−第11図を参照し、上述の遠回転装
置10を使用した本発明の方法を詳細に説明する。最初
に、試薬室80が試薬を所望の量まで充満させる。図示の
ように、この室80は全体的に充満されるが、またこの室
が一部分しか充満されないようになすこともできる。試
薬は回転装置10内で中央の準備部分または使用者が使用
する直前の何れかに投入されることができる。後者の場
合、試薬は流通ポート24を通ってピペットを使用して充
満させることができる。

完全な血液が供給ポート22を通って測定室40によって
収容されるよりも大なる量で回転装置10に投入される。
血液がポート22を通って供給されると直ちに血液は毛細
管作用によって横方向に室40の主部分および通路46を通
って溢流室44内に流入を始める。測定室40内への流入面
積は通路46を通る面積よりも実質的に大きいから、測定
室は迅速に血液によって充満され、溢流部分が溢流室44
内に流入する。このようにしてポート22によって供給さ
れる血液は供給前に注意深く測定される必要がないので
ある。血液が測定室40および溢流室44の間で仕切られる
のに充分な時間の後で血液の分配は第７図に示されるよ
うになされ、室40の毛細管部分が完全に充満されて、溢
流室44が一部分充満される。

さて第８図を参照すれば、試薬が室80に添加され、完
全な血液が室40および44の間で仕切られた後で回転装置
10が血液が室40から、また試薬が室80から分離室60に入
力するようになすのに充分な速度で遠心力を生じ、すな
わち回転することが判る。さらに、溢流室44内の血液は
図示のように半径方向に外方に流れる。便利なように、
回転装置10は約1500rpmから5000rpmまで、さらに普通に
は約2500rpmから4000rpmまでの範囲の速度で約20秒から
５分まで、さらに普通には約１分から３分までの範囲の
時間の間回転して、血液の細胞質成分が捕捉装置66内に
流入するとともに血漿は大体分離室60の開放された部分
内に残留するようになる。

完全な血液の細胞質成分からの血漿の分離が完了した
後で、回転装置10の回転が停止され、第９図および第10
図に示されるように分離された血漿が軸線方向の通路64
を通って下方に流れる。細胞質成分は細胞捕捉装置66内
に残留し、溢流した血液は溢流室44内に残留するととも
に血漿は下方に収集室90のプールＰ内に流れる。次いで
血漿は通常約900rpmから5000rpmまでの範囲の速度で約1
0秒から１分までの範囲の時間の間の回転装置10のさら
に続く回転によって実質的に均等に個々の試験筒92内に
分配されるのである。所望の分配が行われた後で、回転
装置10が遠心装置から取出されて、回転装置は試験のた
めに分光光度計または螢光光度計のような適当な計器に
移送されるのである。

さてここで第12図を参照して変形形態の回転装置100
を説明する。この回転装置100は全体的に回転装置10と
同様の積層構造であるので、中間層102だけしか第12図
には示されていない。上層は供給ポート（図示せず）を
含み、この供給ポートは層102の上面に形成された入口
室104と整合されている。この入口室104は大体回転装置
100の垂直軸線（回転の）と整合し、一対の通路106およ
び108が半径方向に外方にこの供給ポートから伸長して
いる。室106は測定室として役立ち、通路108よりも大き
い断面積を有し、さらに迅速に充満させるようになって
いる。室108は溢流室として役立ち、入口室104を通って
与えられる過剰の血液を取入れられるようになってい
る。試薬室110が入口室104から半径方向に外方に配置さ
れ、非毛細管通路112に連結されていて、この非毛細管
通路は室106の遠隔端部に連結され、大体半径方向に外
方に伸長している。

血液が入口室104を通って供給されて測定室106が充満
され、試薬が室110内に投入された後で、回転装置100は
回転して通路すなわち測定室106からの血液および室110
からの試薬の両者は通路112を通って外方に分離室114内
に流れるようになす。回転装置100が連続して回転する
時に細胞が室114の半径方向に外方の壁部116に沿って大
体収集されて、さらに螺旋形に外方に向く通路118を下
方に向って流れて細胞捕捉装置120内に収集されるよう
になす。分離室114および細胞捕捉装置120はイベント通
路（event path）124の端部122を通って流通する。一旦
血漿の所望の分離が行われると、回転装置100の回転が
停止され、血漿が重力によって分離室114の半径方向の
内周に形成された排出ポート126を通って下方に流れる
のが許される。通常室114の底部の床は内方に半径方向
に下方に向って傾斜していてポート126を通る血漿の排
出を促進するようになっている。収集室が排出ポート12
6の下方に第１図−第６図に示されたものと同様の方法
で形成されている。

さて第13図−第16図を参照して分析用回転装置10′の
変形形態を詳細に説明する。回転装置10′は底部層206
の底面に形成された取付け受容容器225を含んでいる。
この取付け受容容器225は回転装置10′を以下に説明さ
れるように通常の遠心装置（図示せず）のスピンドルに
取付けるのに適している。

回転装置10′内の第１の分離組立体は頂部層202を通
って底部層206内に形成され、流れ制限通路212によって
分離室210に接合される試料受容容器224を含んでいる。
分離室210は半径方向に内部範囲214を含み、この内部範
囲は大体流れ制限通路212の入口点から流体出口ポート2
16までの流体流路を形成している。分離室はさらに半径
方向の外部範囲218を含んでいて、この外部範囲は回転
装置10′が回転する時に生物学的流体から分離された細
胞を受入れる細胞保持範囲を形成している。

図示のように、回転装置10′は試料受容容器224′、
分離室210′、流れ制限通路212′および収集室220′を
含む第２の分離組立体を含んでいる。第２の分離組立体
のこれらの室および通路は第１の分離組立体のものと同
じパターンに配列されていて、２つの同等の分離および
分析工程が同時に行われ得るようになっている。この回
転装置が３つまたはそれ以上の同様、または同じ分離組
立体を含み、さらに附加的な分離工程が同時に行われる
ようになし得ることが認められる。

流れ制限通路212が分離室210内に入る点が出口ポート
216から環状に間隔をおかれていることが必要である。
このようにして、生物学的流体が入口点から収集ポート
まで流れる時に生物学的流体が充分な滞留時間を有する
ようになされるのである。望ましい実施例においては、
流れ制限通路212は収集室210の環状端部で連結されると
ともに出口ポート216は他方の環状端部またはその近辺
に位置している。

通常、受容容器224は分離される生物学的流体の全体
量を受入れるように寸法決めされるのである。分離室21
0内の細胞保持範囲218は試料内に存在できる細胞質材料
の最大限可能な量を収容するように寸法決めされてい
る。血液試料に対しては、このことは血液の量および処
理される最大限期待されるヘモクリット（hemocrit）に
関係する。通常細胞保持範囲は試料範囲214の容積の約
４％から10％、さらに普通には約７％に等しい容積を有
するのである。

流れ制限通路212の寸法は生物学的流体が出口ポート2
16に達する前に細胞質成分が流体から分離されるのを可
能になす時間を充分に小さくするような分離室210内へ
の生物学的試料の流速を与えるように選択されるのであ
る。勿論、特定の寸法は流体の正確な特性および回転装
置が回転する速度に関係する。大抵の目的には、約0.1
から0.4mmまで、さらに普通には約0.15から0.25mmまで
の範囲の幅および約0.01から0.2mmまで、さらに普通に
は約0.03から0.06mmまでの範囲の深さを有する流れ制限
通路が適当である。

出口ポート216は環状溢流通路222に連結され、この環
状溢流通路はまた環状に間隔をおかれた収集室220に連
結されている。このようにして充分な試料が分離室210
に入り、これの内周壁部までこの室210を充満した後
で、細胞のない流体が横方向に連結通路222を通って収
集室220内に流入し始めるのである。最初に分離室210は
この室の外周壁部の近くに形成される分離された細胞の
薄い層を有する細胞のない流体によって主として充満さ
れることが認められる。しかし、時間が経つにつれて、
細胞の層の厚さが増加し、細胞および細胞のない流体の
間の界面が時間が経つにつれて半径方向に内方に移動す
る。しかし、分離室210の容積は充分に大きく、細胞質
の界面が出口ポート216に充分に密接して細胞質材料の
溢流を生じる前に全体の試料が分離されるのである。

室220に流入する細胞のない流体はこの室内に存在し
得る如何なる試薬とも直ちに反応できるようになる。こ
のようにして分析を行う反応が生物学的流体の分離を完
了する前から開始されることができる。分離が完了とし
た時には所望の分析を行う反応が実質的に完了するが、
唯少量の附加的な反応時間を要するだけである。収集室
220内の細胞のない流体は任意に室220から取出さないで
も直接に回転装置10′を通して観察されることができ
る。

流通ポート226が通常収集室220の内周壁部に近接して
設けられて、室が流体によって充満される時にガスを排
出するのを可能になしている。

回転装置10′は通常回転装置が静止状態にある間に試
料受容容器224内に分離される生物学的試料を与えるこ
とによって使用されるのである。次いで回転装置10′は
通常の遠心装置にて分離される流体の量に関係して通常
約1500rpmから5000rpmまでの範囲、さらに普通には約25
00rpmから4000rpmまでの範囲の速度で約20秒から５分ま
での範囲の時間の間回転される。回転方向は重要ではな
いが、通常反時計方向（すなわち第13図の矢印の方向）
になされて、細胞質の蓄積物が出口ポート216から一層
良好に流出されるようになされるのである。細胞のない
流体は分離室210内の流体のレベルが半径方向に内方に
動いて収集用の出口ポート216に達すると直ちに収集室2
20内への流入を開始する。収集室220は所望の検出反応
を行うように選択された試薬を含むことができ、これら
の試薬との反応は回転装置が回転を続け、附加的な流体
が引続いて分離されている間に細胞のない流体が収集室
に流入すると直ちに開始されることができる。

さて第17図−第19図を参照すれば、本発明の分析用回
転装置の他の実施例227が示されている。試料受容容器2
28は流れ制限通路232により分離室230に連結されてい
る。この分離室230はその周囲にある細胞保持範囲234お
よび内周に近く配置される収集ポート236を含んでい
る。収集ポート236は流れ制限通路232の入口から環状に
間隔をおかれていて、充分に長い流路が所望の細胞質の
分離を行うのに充分な滞留時間を与え得るようになって
いる。

収集ポート236は垂直に配置され、下にある収集室238
に連結されていて、この収集室はまた回転装置227の周
囲に配置された多数の分析用キュベット240に連結され
ている。流体が導入される時にガスが分離室230から逃
げることができるように流通通路242が設けられてい
る。

使用に際し、生物学的試料が試料受容容器228内に導
入され、回転装置が回転されて試料分離室230に流入
し、ここで細胞質成分が保持範囲234内に収集されるよ
うになす。短時間の後で、細胞のない流体が収集ポート
236に達し、下方の向って収集室228内に流入し始める。
この収集室から、細胞のない流体が半径方向に外方に流
れて個々のキュベット内に流入し、ここで反応を受け、
引続いて分析されるようになされる。

さて、第20図および第21図を参照して本発明の分析用
回転装置の他の実施例244が示される。この分析用回転
装置244は回転装置10′および回転装置227と大体同様の
ディスク形の回転装置本体246を含んでいる。この回転
装置244は入口ポート250を有する試料受容容器248を含
んでいる。希釈剤室252が試料室248に隣接して形成さ
れ、通常「予め包装された」希釈剤の容器を保持してい
る。便利なようにこの希釈剤容器は回転装置を製造する
時に導入されるのであるが、このような容器を使用の直
前に挿入する装置が設けられることもできる。

混合室254が試料室248および希釈剤室252の両者の半
径方向に外方に配置されている。試料室248はポート256
を通って混合室254に連結されていて、希釈剤室252はポ
ート258を通って混合室254に連結されている。これらの
ポート256および258の両者は充分に大きく、室248およ
び252および混合室254の間で流れが実質的に制限されな
いようになっている。従って、試験される試料および希
釈剤が導入された後で、試料および希釈剤の両者は回転
装置244の回転によって実質的に直ちに混合室254内に移
送されるのである。

混合室254は流れ制限通路262によって分離室260に連
結されている。通常毛細管通路となされるこの流れ制限
通路262は混合物室254内の内容物が直ちに分留室260に
移送されるのを阻止するのである。このようにして試料
および希釈剤が室254内にある間に通常回転装置244を逆
に回転させるか、またこれと異なり、同じ方向の回転速
度を加速し、または減速することによって試料および希
釈剤が完全に混合されるのである。逆転可能の回転の例
示的なパターンは第１の方向に３秒間以上０から1200rp
mまで加速し、その後で回転を停止させ、反対方向に３
秒間以上ゼロから1200rpmまで加速することである。こ
のようなパターンは所望の混合が達成されるまで反復さ
れるが、通常５回の反復で充分である。加速および減速
の例示的なパターンは回転装置244を500rpmで短時間、
例えば約1.6秒間回転させ、その後で約1.6秒間迅速に40
00rpmに加速するものである。この加速および減速のパ
ターンもまた充分な回数だけ反復されて所望の混合程度
を得るようになされるのである。

便利なように、混合室254はそれ自体半径方向外周に
細胞保持範囲263（第21図に最もよく示されている）を
含む分離室として形成されることができる。細胞保持範
囲263は第１図に関連して説明されたのと同様の毛細管
制限部264によって絶縁されている。従って、試料およ
び希釈剤の混合が完了した細胞室の分離の第１の段階が
回転装置を回転させてさらに密な細胞が毛細管制限部26
4を通って細胞捕捉装置263内に流れるようになすことに
より行われるのである。

細胞質成分の実質的な部分が上述のように混合室254
内で除去されることができるが、この混合室が分離の前
に充満されて、攪拌される事実は細胞質材料を混合物室
から運び出す可能性を増大させるのである。従って、既
述の室201および40と同様の分離室がなお必要になるの
である。流れ制限通路262は分離室260の第１の環状端部
264に連結され、一方出口通路266が反対側の環状端部に
連結されている。細胞保持範囲268が室260の半径方向に
外方に形成されて、流れ制限通路262を通ってこの室に
流入する細胞を含む流体は、回転装置が回転している時
に細胞質材料が分離されて細胞保持範囲268に流入する
のに充分な滞留時間を有するようになされるのである。

流れ制限通路262は入口ポート280（分離室260に開口
している）を有し、この入口ポートは出口ポート282
（個室254に連結されている）から半径方向に外方に間
隔をおかれている。このようにして回転装置244の回転
が流体を制御された流速で混合物室254から分離室260に
流れさせるようになすのである。

本発明の望ましい特徴によれば、流れ制限通路262は
半径方向に内方に伸長する通路部分274によって形成さ
れたサイフォン構造を含むことができる。このようなサ
イフォン構造は最初に混合室254から分離室260への流れ
を阻止するのである。すなわち、この通路284が液体を
充満させていない限り、回転装置244の回転が流体を混
合室254から半径方向に内方に寸法および構造を規定す
る通路284の廻りを流れさせることはない。しかし、一
旦回転装置244の回転が停止されると、既述の実施例に
関連して説明したように、毛細管作用力が流体を混合室
254から流れさせて、流れ制限通路262を充満させるので
ある。一旦通路262が充満されると、回転装置244の回転
は流体を抵抗を伴わずに混合室254から分離室260に流れ
させる。サイフォン構造は高速の回転によって生じる試
料室248および希釈剤室252からの最初の移送の間試料お
よび希釈剤の流れを禁止するから、サイフォン構造の使
用は有利である。しかし、引続く攪拌工程の間に若干の
流出が行われる。

使用に際し、生物学的試料がポート250を通って試料
受容容器248内に導入される。希釈剤が導入されるか、
または希釈剤室252内の包装体内に入れられている。若
干の場合には希釈剤容器を開放するか、または刺通しを
行って希釈剤の混合室254への移送を許すようになすこ
とが必要になる。何れにしても、次に回転装置244が回
転されて、試料および希釈剤を混合室254内に移送する
ようになされるのである。この時点で、流れ制限通路26
2内のサイフォン構造が分離室260内への流体の流れまた
は移送を実質的に阻止する。

試料および希釈剤の号室254への移送が完了した後
で、この室内の内容物は上述のように回転装置244に常
に逆転する回転を与え、または同じ方向の交互の回転速
度の加速および減速を与えることによって完全に混合さ
れるのである。このような攪拌作用は希釈剤と試料の完
全な混合が保証されるのに充分な時間の間続けられる。
通路262の流れ制限作用およびサイフォン構造があるこ
とは大幅に流体の移送を禁止するけれども、このような
攪拌の間に、流体の不具合な若干の損失または混合室25
4から分離室260内への若干の不具合な流体の移送が生じ
ることがある。

混合が完了した後で、回転装置244は混合室254からの
流体が毛細管作用によって流れ制限通路262を充満させ
るのに充分な時間の間静止状態に保持される。一旦通路
254が充満されると、回転装置が回転されて、混合室か
ら分離室への遠心力による流体の流れを生じさせること
ができる。分離室260は混合室254からの流体によって充
満され、既述の実施例に対して説明したのと同様な方法
で存在する如何なる細胞も細胞保持範囲268内に捕捉さ
れるのである。次いで分離室260からの細胞のない流体
は分配通路264内および多数の分析室286、例えば既述の
光学的キュベット内に流れる。

さて、第22図−第24図を参照すれば、本発明の原理に
よる流れ仕切り隔壁を有する分析用回転装置が詳細に示
されている。第22図は第１図に示されたような回転装置
の中間層288を示している。この中間層288は血液毛細管
290および連結通路294によってこの血液毛細管290に連
結された計量室292を含んでいる。溢流室296が溢流通路
298を経て計量室292に連結されている。血液毛細管29
0、計量室292および溢流室296は毛細管の寸法を有する
のが望ましい。完全な血液のような流体の最初の量が血
液毛細管290内に血液供給ポート22（第１図に図示）を
通って導入される。回転装置が回転すると、最初の量が
計量室292および溢流室296の間で仕切られる。計量室29
2は血液毛細管290から分割されるのを望まれた流体の予
め定められた量を受入れるように寸法決めされている。
計量室292に流入する最初の流体はこの室を充満させる
とともに過剰の流体は計量室292から溢れ出て、連結通
路294および溢流通路298を通って溢流室296内に流入す
る。このような溢流作用は最初の大量の流体が２つの
量、すなわち最初の正確に測定された量および過剰の流
体に分割されるのである。

計量室292に流入する流体は出口導管302を通って分離
室300に供給される。この出口導管は通常計量室292の充
満を生じさせる回転速度にて流体の流れを阻止するよう
な毛細管の寸法になされるのである。完全な血液または
希釈剤に対しては、毛細管の出口導管302の直径は通常
約0.05mmから約0.25mmまで、望ましくは約0.075mmから
約0.125mmまでの間になされるのである。計量室を充満
させる回転速度は通常約5xgから約42xgまで、望ましく
は約20xgから約27xgまでの遠心力を発生させるようなも
のである。計量室が充満された後で流体を分離室300に
供給するために、回転装置の速度は遠心力が毛細管作用
力を超過して流体を計量室292から排出させて分離室300
内に流入させるのに充分なように増大されるのである。
このようなさらに大なる回転速度は通常約45xgを超過す
る遠心力を発生させるのである。

第23図は本発明の中間層288の他の実施例を示すが、
この実施例においては大量の希釈剤を含む希釈剤室304
が希釈剤計量室306に連結され、この希釈剤計量室が多
数の出口導管308によって分離室300に連結されるように
なされている。通常、希釈剤は回転装置に予め投入され
て、回転装置が使用されるまで回転装置内に貯蔵されて
いる。血液のような生物学的流体もまた血液計量室316
を通って分離室300に供給されるようになっている。

希釈剤計量室は第22図に示された計量室と同じ原理で
作動する。回転装置が回転すると、最初の大量の希釈剤
が希釈剤計量室306および溢流室310の間で仕切られる。
希釈剤計量室306は希釈剤室304から分割されるように望
まれた流体の予め定められた量を受入れるように寸法決
めされている。希釈剤計量室306に流入する希釈剤はこ
の室を充満させ、一方過剰の希釈剤は希釈剤計量室306
から溢れ出て連結通路312および溢流通路314を通って溢
流室312に流入する。このような溢流状態は最初の大量
の希釈剤を２つの量、すなわち正確に装填された量およ
び過剰の量に分割させるのである。

希釈剤計量室306が充満された後で希釈剤を分離室300
に供給するために、回転装置の速度は遠心力が毛細管作
用を超過して流体を希釈剤計量室306から排出させて分
離室300に流入させるのに充分に増大されるのである。
希釈剤計量室306を充満させ、空にする回転速度は計量
室316を充満させ、空にする速度および血液を測定する
速度と同じになされるのが望ましい。

さて、第24図に転じ、計量室292および分離室300の間
の流れを制御する連結装置としてサイフォン318を使用
する回転装置が示されている。このサイフォン318のエ
ルボー320は、これが計量室292の半径方向に最も内方の
点と実質的に同じ回転装置の中心からの距離にあるよう
に位置決めされている。

回転装置が回転し、計量室292が充満される時には、
サイフォン318内の流体はこのエルボー320を通過して動
くことはない。次に回転装置が停止され、毛細管作用が
流体を丁度エルボーを超えて引張り、サイフォンが流体
を「移動」させるようになる。回転装置が再度回転する
と、遠心力および毛細管作用力が流体を計量室292から
引出して分離室300内に流入させる。

さて、第25図−第32図を参照して本発明の入口通路、
キュベットおよび反射面を含む分析用回転装置が詳細に
示されている。第１図に示された回転装置の底部層322
が第25図に示されている。しかし、若干の実施例におい
ては以下に説明される構造体が分離室から半径方向に外
方に配置されるようになし得る。通常、底部層322はア
クリル製品のような透明なプラスティックによって構成
されている。この底部層322は周囲にある多数のキュベ
ット326から半径方向に内方に間隔をおかれた試料収集
室324を含んでいる。それぞれのキュベット326は収集室
324に入口通路328によって連結されている。この収集室
は如何なる形状、例えば円形、リング状または同様の形
状に形成されることができる。

それぞれの入口通路328は２つの別々の流路、すなわ
ちキュベット326内への液体の流れのための第１の流路3
40およびガスのキュベットから排出される流れのための
第２の流路342を含んでいる。ここに使用される用語
「別々」はこれらの２つの流路340および342が別個に境
界されて互いに別個になされていることを示す。入口通
路328は湾曲し、キュベット内の内容物が攪拌されて内
容物の混合が行われる時に逆流洗浄または移動を阻止す
るようになされるのが望ましい。このようにして、キュ
ベットの間の交差汚染が回避される。流路340および342
を使用することはキュベットが流体充満される時にガス
がキュベットから容易に逃げることができるようにな
し、従って光学的分析結果に悪影響を与えるキュベット
内の気泡の形成を阻止するのである。

入口通路328内に２つの別々の流路を作るためには多
くの方法がある。例えば、第27A図、第27B図および第31
図は液体流路340がガス流路342よりも大きい深さを有す
るような３つの可能な形状を示している。深さが大きい
ために、流体は優先的に通路340を流下して、キュベッ
ト328からのガスを排出させるための通路342を残すので
ある。液体流路340は第27A図はおよび第27B図に示され
るように回転装置の回転方向に向く入口通路328の側に
位置させることができる。このような形状においては、
遠心力は液体を「先導側の」壁部に沿って推進させる。
これと異なり、もし入口通路が第32図に示されるように
湾曲していない場合には、流体流路340は第31図に示さ
れるように入口通路328の中心に位置させることができ
る。

入口通路328は便利に、この通路が反射面330（以下に
詳述される）の廻りを通過するように形成されるのであ
る。もし反射面330がある場合には、入口通路328は通常
回転装置の回転方向の側にて反射面330の廻りを通るよ
うになされる。反射面330がない場合には、入口通路は
何れかの他の大体半径方向の形状に形成されることがで
きる。

本発明の他の実施例は異なる表面組織を有する範囲を
有する入口通路を使用するものである。例えば、ガス流
路342は磨かれない状態になされてこの範囲に粗面組織
を残し、一方流体流路340は磨かれるのである。これと
異なり、液体流路340は親水性になるように処理され、
これに反してガス流路は疏水性になるように処理される
のである。表面を親水性または疎水性になす処理方法は
この技術分野では公知であって、ここで説明する必要は
ない。如何なる表面処理方法も入口通路328を通る流体
に対して化学的に不活性である限り使用できる。

このようにして本発明の回転装置はキュベットを迅速
に充満させるのを可能になす。それぞれのキュベットは
完全に充満されてキュベットの内容物の引続く分析に悪
影響を与えるガスが極く僅かしか残らないか、または全
く残らないようになす。

さて、第30図に転じ、それぞれのキュベット326から
半径方向に内方に配置される反射面330が回転装置の垂
直軸線から約45゜に配向されて、光線を大体垂直な方向
および大体水平な方向の間で偏向させることができるよ
うにして、キュベットの内容物の光学的分析がそれぞれ
のキュベット326の煩瑣面330によって容易になされるこ
とが判る。ここで使用される用語「水平」および「垂
直」の方向は回転装置の回転軸線に関して決定されるも
のである。水平方向（通常半径方向）は軸線に垂直で、
垂直方向は軸線に平行である。

反射面330はキュベットから直接に半径方向に内方に
配向される必要はない。しかし、反射面330は光路内で
はキュベットの側部に平行でなければならない。例え
ば、回転装置を通って半径方向には通過しない水平の光
線が使用できる。従って反射面330は第32図に示される
ようにキュベット326の半径方向の平面とは異なる半径
方向の平面上に配置されるのである。

例示的な実施例においては、反射面は光源334からの
垂直な光線332がキュベット326内の流体336を半径方向
に通るようにこの光線を偏向させるようになっている。
次に光が検出装置338により検出される。反射面330の配
向は検出装置338および光源334の位置が逆にされるよう
になす。逆にされた形状においては、水平な光線がキュ
ベットの内容物を通過し、次いで垂直に回転装置を通過
し、ここで回転装置の下方で検出されるように変更され
るのである。反射面は内部全反射を行うような何れの公
知の反射面によっても構成されることができ、通常光が
アクリル製品−空気の界面にて反射される空気ミラーに
なされるのである。これと異なり、この表面が被覆さ
れ、また光反射性材料によって裏張りされることができ
る。

前述した本発明は理解を明瞭にするために詳細に説明
されたが、若干の修正が請求の範囲内で実施され得るこ
とは明らかである。特に、２つまたはそれ以上の計量
室、分離室および収集室が設けられて、種々の異なる試
験条件を必要とする複数の同時の試験および効力検定を
行うようになすことができる。例えば、多計量室が設け
られて、絶縁された複数の分離室内で異なる試薬または
希釈剤と組合されるのを可能になし得る。これと異な
り、単一の計量室が複数の別個の毛細管通路によって連
結されて、別個の分離室内への流れを制御するようにな
し得る。何れの場合にも、異なる条件を必要とする効力
検定および試験が単一の回転装置にて行うことができる
のである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６７８，８２３ (32)優先日 平成３年４月１日(1991．4．1) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ６７８，８２４ (32)優先日 平成３年４月１日(1991．4．1) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (72)発明者 ブレイニン，ボリス アメリカ合衆国94086 カリフォルニア 州サニーベイル，ナンバー ４，アカラ ネス アベニュー 183 (72)発明者 オストィック，ブラディミアー アメリカ合衆国94022 カリフォルニア 州ロス アルトス，コロナド アベニュ ー 61 (56)参考文献 特開 昭49−104698（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−114293（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−36937（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭49−20116（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭50−23624（ＪＰ，Ｂ１) 特公 昭55−10020（ＪＰ，Ｂ２) 米国特許3901658（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 35/00 - 35/10 G01N 21/07 G01N 33/48

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大型流体室（304）と、該大型流体室（30
   4）に連結されるとともに該大型流体室（304）に対して
   半径方向外方に配置された計量室（292）と、該計量室
   （292）に連結された溢流室（296）と、前記計量室（29
   2）に対して半径方向外方に配置された受容室（300）
   と、前記計量室（292）から前記受容室（300）に流体の
   供給するための毛細管連結手段とを有する液相を含む生
   物学的試料を遠心分離するための回転装置のおいて、 前記毛細管連結手段が毛細管構造を有するサイフォン
   （318）を含み、該サイフォン（318）の肘状屈曲部分
   （320）が、前記回転装置の中心から、前記計量室（29
   2）の半径方向最内方点と実質的に同じ距離になるよう
   に位置づけられ、それによって、前記回転装置の回転運
   動だけで正確に測定された量の流体を前記受容室（30
   0）に供給するようになっていることを特徴とする液相
   を含む生物学的試料を遠心分離するための回転装置。
2. 【請求項２】前記受容室（300）が細胞捕捉手段を有す
   る分離室であることを特徴とする請求項１に記載された
   液相を含む生物学的試料を遠心分離するための回転装
   置。
3. 【請求項３】前記受容室（300）に連結する収集室（32
   4）と、該収集室（324）に対して半径方向外方に配置さ
   れた複数のキュベット（326）とが配置されていること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載された液相
   を含む生物学的試料を遠心分離するための回転装置。
4. 【請求項４】前記各キュベット（326）が、流体の分析
   に必要な試薬を含んでいることを特徴とする請求項３に
   記載された液相を含む生物学的試料を遠心分離するため
   の回転装置。
5. 【請求項５】射出成形または機械加工によって形成され
   ていることを特徴とする請求項１から請求項４までのい
   ずれか１項に記載された液相を含む生物学的試料を遠心
   分離するための回転装置。
6. 【請求項６】液相を含む生物学的試料用の回転装置にお
   ける受容室（300）に所定容量の流体を供給する方法で
   あって、 前記所定容量よりも大きな容量の液体が大型流体室（30
   4）に導入され、前記回転装置が、第１の回転速度で回
   転せしめられて、前記大型流体室（304）から計量室（2
   92）への半径方向外方への流体流が生じ、もって前記計
   量室（292）から溢流室（296）へ過剰な流体が流れ、 また所定容量の流体が前記計量室（292）に残り、前記
   計量室（292）からの流体が前記計量室（292）から前記
   受容室（300）に供給される方法において、 前記計量室（292）から前記受容室（300）に供給される
   流体が、前記回転装置の回転を停止させ、それによって
   前記計量室（292）を前記受容室（300）に連結するサイ
   フォン（318）に呼び水が与えられ、続く前記回転装置
   の回転によって前記サイフォン（318）が作動開始し、
   前記計量室（292）を空にすることを特徴とする、液相
   を含む生物学的試料用の回転装置における受容室に所定
   容量の流体を供給する方法。
7. 【請求項７】前記受容室（300）が分離室として使用さ
   れるとともに、細胞捕捉手段を与えられていることを特
   徴とする請求項６に記載された液相を含む生物学的試料
   用の回転装置における受容室に所定容量の流体を供給す
   る方法。
8. 【請求項８】前記大型流体室（304）が希釈室として使
   用され、流体の導入が、希釈液を前記大型流体室（30
   4）に予め充填することによって行われることを特徴と
   する請求項６または請求項７に記載された液相を含む生
   物学的試料用の回転装置における受容室に所定容量の流
   体を供給する方法。
9. 【請求項９】生物学的試料である血液が遠心分離される
   ことを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか
   １項に記載された液相を含む生物学的試料の回転装置に
   おける受容室に所定容量の流体を供給する方法。