JP3256542B2 - 分析ロータの試料計量口 - Google Patents

分析ロータの試料計量口

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JP3256542B2 JP50849293A JP50849293A JP3256542B2 JP 3256542 B2 JP3256542 B2 JP 3256542B2 JP 50849293 A JP50849293 A JP 50849293A JP 50849293 A JP50849293 A JP 50849293A JP 3256542 B2 JP3256542 B2 JP 3256542B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は一般的に、生物の体液から細胞物質を分離す
るための装置及び方法に関し、特に、測定された体積の
すべての血から血漿を分離し、そして随意的にその血漿
をロータ内の複数個の検査ウェル（test well）に分配
することができる遠心ロータの設計及び使用法に関する
ものである。
血液検査ではしばしば、血漿の検査を行う前に、検査
に支障する可能性のある細胞成分を血漿から分離するこ
とが必要である。又しばしば、血液の様々な種類の検査
又は分析を行うために、分離された血漿を複数個の個別
のアリコート（aliquot、試料の部分）に分割すること
が要求される。そのような分離段階と分割段階とは従来
典型的には、遠心力によって血漿を細胞成分から分離
し、それからその血漿を入手又は自動化されたピペット
操作により個々の検査ウェルに分配するようにして行わ
れてきた。そのような作業は労力を要し、時間もかか
る。そこで検査に適した血漿の多数のアリコートをより
効率的に準備するための様々な自動化されたシステムと
方法が提案されている。
本発明が特に対象とするものは、全血から血漿を分離
することと、その分離された血漿を個別の検査ウェル内
へ分配することとの両方を行うように改造された遠心ロ
ータである。この遠心ロータを使用することによって、
検査又は評価される血漿の複数の区別された分量を準備
することができ、それが全てそのロータ内で行われ、検
査作業の効率を著しく高めることができる。
従来改造された遠心ロータは、それまでの手動又は部
分手動の作業を相当改善するものであったが、なお多く
の欠点をもっていた。それらの従来のロータではしばし
ば、所要の分離と分配を行うためには比較的大量の全血
の供給が必要であった。更にそれらのロータではしばし
ば、製造が難しくコストのかかる複雑な設計が使われて
いた。又多くの場合、それらロータは、分離作業のいろ
いろな時点で一緒に合わされ、あるいは分離される様々
な分離可能な部品又は要素を必要とする。従来の遠心ロ
ータではしばしば、試料をロータへ供給する前に使用者
が試料の量を手作業で計測しなければならない。このよ
うな試料の手動計量の必要性は、他の自動化されたプロ
セスの効率を著しく低下させる。
それらの理由によって、血液を血漿と細胞成分とに分
離し、そして更にその分離された血漿をロータ内の複数
個の別々の検査ウェル内へ分配するための改良された遠
心ロータ及び方法を提供することが要望されるのであ
る。このロータと方法は、ロータへ供給される血液の量
を使用者が前計測する必要なしに、その血液量を精密に
計量できるものでなければならない。そのロータの構成
は、簡単であり、低コストで製造することができ、そし
て更に、分離する又は可動な部品をもたない一体構造の
ものであることが望ましい。
2.背景技術の説明 米国特許第4,284,602号は、遠心力により計測室をあ
るレベルまで液で充満させることによって液の所定量を
計測し、過剰の液は溢流通路を通して出口へ流すように
している、遠心ロータを記載している。米国特許第4,87
6,203号は、液をこれの貯蔵室から毛管ダクトを通して
較正されたセルに充満させることにより液の所定量を計
測し、過剰の液はその較正セルから第２の毛管ダクトを
通して溢流室へ流すようにした遠心ロータを記載する。
米国特許第3,901,658号は、血液を遠心力によって複数
の計測室に充満させることにより血液の所定量を計測
し、そしてある求心レベルに達したとき過剰血液が溢流
通路へ流入するようになっている、遠心ロータを記載す
る。米国特許第3,899,296号は、血液を遠心力で通路に
充満させることにより血液の区分された量を計測し、過
剰血液は溢流室へ流し、そいて該通路が充満された後そ
の通路の入口が球逆止弁によって遮閉されるようになっ
ている、遠心ロータを記載する。その他の遠心ロータ
が、米国特許第3,864,089号、第3,873,217号、第4,035,
156号、第4,225,558号、第4,279,862号、及び第4,689,2
03号に記載されている。
発明の摘要 本発明において、液の区分された量を計量できる改良
された分析ロータは、操作者による前計測なしに液試
料、例えば全血を導入できる試料供給口をもったロータ
体部を備える。試料供給口に計量室と溢流室とが結合さ
れ、これら室はそれぞれ試料供給口から液の毛細流即ち
毛管流（Copillary/flow）を行わせる形状にされてい
る。試料供給口から計量室へ流入する液の流率を試料供
給口から溢流室へ流入する液の流率より高くするよう
に、それら室の形状を決めることによって、計量室は好
適に充満される。あるいは又、変化形として、過剰の液
が溢流室へ流入する前に計量室を完全に充満させるよう
に、溢流室への液流が最初の内、例えば溢流室の通気を
閉じることによって遮断される。
第１の実施例において、試料供給口に結合する計量室
の部分は、これの断面積が、試料供給口へ溢流室を結合
する区域の断面積より大きくされ、これによって液は、
溢流室へよりも計量室へより速く流入する。従って計量
室が液で完全に充満されてから、過剰の液が続いて溢流
室へ流れる。第２の実施例において、溢流室と計量室と
にそれぞれ通気口が備えられる。液が試料供給口へ導入
されるとき、計量室の通気口は開かれ、そして溢流口の
通気口は閉じられる。これによって液は計量室だけに流
入する。計量室が充満されると溢流室の通気口が開か
れ、そこで試料供給口内の残余の液は溢流室へ流れる。
本発明の１つの特徴において、計量室は、これが液で
充満されたこと表示する表示器を備える。この表示器は
透明な窓で構成することができ、この窓を通して計量室
内の液の量が操作者又は計器によって検知される。
本発明の他の特徴において、計量室の半径方向外方向
に受取室が設けられ、非毛管通路によって計量室へ結合
される。その通路は毛管作用をもたないから、液を受取
室へ通すことなく計量室は完全に充満することができ
る。計量室が充満されると、ロータが回転駆動されて計
量室内の液を半径方向外方向へ流し、受取室へ流入させ
る。特別の実施例において、受取室は、血漿を得るため
に全血の細胞成分を分離するための分離室とされる。場
合によってロータは複数個の計量室と受取室を備えても
よい。これによって単一の試料で様々な又は多数の検査
を行うことができる。
本発明の方法によれば、液の未計測の量が分析ロータ
の試料供給口へ導入される。その液の一部分が毛管作用
によって計量室に流入し、これを充満する。ロータが静
止状態でいる間に、過剰液が同じく毛管作用によって溢
流室へ流入する。それからロータが回わされて、計量室
で計量された量の液を受取室へ移送する。
本発明及びその目的と特徴は、添付図面と関連して以
下に続ける詳細な説明及び請求の範囲からより容易に理
解されよう。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の原理に従って構成された遠心ロー
タの、一部を破断した斜視図である。
第1A図と第1B図は、本発明の原理に従って構成された
遠心ロータ内に使用される型式の分離室の変化形の形状
を示す。
第２図は、第１図の遠心ロータの頂部平面図である。
第３図は、第１図と第２図のロータの、第２図の３−
３線における垂直断面図である。
第４図は、第１図と第２図のロータの、第２図の４−
４線における垂直断面図である。
第５図は、第１図から第３図までのロータの、第３図
の５−５線における水平断面図である。
第６図は、第１図から第３図までのロータの、第３図
と第４図の６−６線における水平断面図である。
第７図から第11図は、第１図の遠心ロータを使用する
本発明の方法を示す。
第12図は、本発明の遠心ロータの変化形実施例を示
す。
第13図は、計量口をもった分析ロータで、その計量室
の入口が溢流室の入口より大きい流れ面積を有する如き
該ロータの実施例の頂部平面図である。
第14図は、計量口をもった分析ロータで、その計量室
の通気口が開かれ、溢流室の通気口が閉じられているこ
とを示す、該ロータの変化形実施例の頂部平面図であ
る。
特定の実施例の説明 本発明は、生物の体液から細胞成分を分離するため
の、特に、全血から、様々な分析作業を受ける血漿を分
離するための装置及び方法を提供する。好適に、この装
置及び方法は又、分離された血漿をロータ内の複数個の
検査ウェルに分配できるようにする。これによって血漿
のアリコートを装置から移し変えることなく様々な分析
を行えるようになる。本発明の装置及び方法は、非常に
微量の血液、通常約0.03cc、しばしば約0.015cc、時に
は約0.005ccの血液を分離することができる。しかし本
発明はより多量の血液の分離にも適用できる。本発明で
は、所要の分離と分配を行うために置換媒質（displace
ment medium）を使用する必要がなく、そして装置の設
計が、分離する又は動く部品を用いない非常に単純なも
のにされている。勿論、場合によってはそのような分離
する又は可動の部品が必要であろうが、それらは本発明
の方法による血液分離を行うためには必要でない。そこ
で本発明の装置は非常に簡単に製作でき、非常な低コス
トで製造でき、従って使い捨て方式で全血試料の検査に
使用することができる。本発明の装置及び方法は又、装
置に供給される血液の量を前計測する必要なしに血液の
正確な量を分離できる。この装置は更に、分離された血
漿に試薬又は希釈剤を自動的に組合せることができ、そ
して複数個の検査ウェルに対してそれぞれ実質的に等量
の血漿を配分することができる。又、本発明の装置は、
スペクトル分光光度計や蛍光光度計のような通常の様々
な分析計測装置と併用するのに適しており、そこで検査
ウェル内の血漿をそれらウェルから取出すことなく個別
に検査することができる。
本発明は特に、血漿を得るために血液から細胞を分離
するのに適しているものであるが、本発明は又、その他
のいろいろな体液、例えば、尿、唾液、精液、水晶体
液、脳液、脊髄液、羊水、又組織培養媒質、及び食品、
工業薬品等、分析又は検査に先立って細胞その他の検査
に支障する物質を分離する必要のあるもの一般に広く応
用できるものである。
本発明の装置は遠心ロータを備え、この遠心ロータ
は、例えば、ベックマン・インストゥルメンツ社（Beck
man Instruments,Inc.）（カリフォルニヤ州、フラート
ン、スピンコ区）、フィッシャ・サイエンティフィック
（Fisher Scientific）（ペンシルベニヤ州、ピッツバ
ーグ）、VWRサイエンティフィック（カリフォルニヤ
州、サンフランシスコ）等の製造業者から市販されてい
る型式の通常の研究所の遠心機上に装架することができ
る。一般的に、該遠心ロータは、遠心機の垂直駆動軸に
装架するに適した受け孔その他の継手装置を備える。こ
の受け孔又は継手装置の設計は遠心機の機種に応じて決
められるが、本発明の遠心ロータは、現在入手できる、
あるいは将来入手できるようになる大方の型式の遠心機
に適用できるものであることが理解されよう。
遠心ロータは、後により詳細に述べるように、複数個
の室及びこれらの連結通路の所要の幾何的パターン又は
それらの間の関係を維持する体部構造物を備える。普通
その体部は、中実の母材にスペース又は空所として形成
される複数個の室及び通路をもった実質的に中実のプレ
ート（plate）とされる。好適には、そのような中実の
プレート構造物は、複数個の別々に形成された層を一緒
に積層して１つの複合構造物にすることにより作られ、
そこでそれらの隣合う層の間に室と通路が形成される。
個々の層は、射出成形、機械加工、及びこれらの組合せ
によって製作され、そして通常適当な接着剤又は超音波
溶接を使って一緒に接合される。それら層が一緒に合わ
せられたとき最終の囲まれた容積部分（volumes）が形
成される。勿論、遠心ロータは又、適当な構造枠組内に
配置される複数個の個別の管、槽、室等のような要素と
して形成することも可能である。しかしそのような組立
体は、それらを実質的に中実のプレート内に形成する場
合よりも製作がより難しく、従ってあまり推奨されな
い。
遠心ロータはいろいろな材料で作ることができ、場合
によっては２種類又はそれ以上の材料を含むこともでき
る。様々な内部室及び通路の中の血液、血漿、及びその
他の試薬の存在と分配状態を観察できるように、材料は
普通透明なものにされよう。又、ロータ内に形成される
検査ウェルの中の内容物をスペクトル分光光度計、蛍光
光度計、その他の可視的検査器械で観察できるようにす
るため、それら検査ウェルは一般的に、そこを通るよう
に形成される適当な光路を有するようにすることが望ま
しい。後に示す実施例において、ロータは、少なくとも
光路が形成される区域では所要の光学特性を有するアク
リル樹脂で作られる。
本発明の装置及び方法は、血漿に対して有効的又は不
可欠的に行われる様々な分析作業を実施するのに適して
いる。それらの分析では一般的に、血漿の特別な成分又
は特徴の計測に関連する何等かの可視的に検知できる変
化を血漿中に生じさせる１つ又はそれ以上の試薬を、血
漿に組合せることが必要である。好適には血漿は、普通
のスペクトル分光光度計、蛍光光度計、光検知器等で計
測できる、色彩、蛍光、ルミネッセンス等の変化を起す
反応又はその他の変化を受ける。ある場合には、検査ウ
ェル内で免疫学的検定及びその他の特別な結合検定が行
われよう。しかし一般的にそのような検定作業は同種的
でなければならず、分離段階を必要としない。他の場合
では、免疫学的反応段階が生じた後検査ウェルから血漿
を分離する手段を備えることによって、異種的検定シス
テムに適用することも可能である。
実施できる通常の血液検定には、グルコース、乳酸デ
ヒドロゲナーゼ、血清グルタミン−オキザル酢酸トラン
スアミナーゼ（SGOT）、血清グルタミン−ピルビン酸ト
ランスアミナーゼ（SGPT）、血液尿素（窒素）（BU
N）、全蛋白、アルカリ度、フォスファターゼ、ビリル
ビン、カルシウム、塩化物、ナトリウム、カリウム、マ
グネシウム等の検定が含まれる。上記のリストは全てを
網羅しているわけではなく、本発明の装置と方法を使っ
て実施できる幾つかの実例を示すものに過ぎない、それ
らの検査では普通、血漿内に可視的に検知できる、通常
は光度計で検知できる変化を生じさせる１つ又はそれ以
上の試薬を血漿に組合せることが必要である。必要な試
薬はよく知られており、特許や科学文書に詳しく記述さ
れている。
次に第１図−第６図を参照して、本発明の原理に従っ
て構成される遠心ロータ10について詳細に説明する。こ
のロータ10は、一緒に積層されて１つの複合構造物を形
成する頂部層12、中間層14、及び底部層16を含む実質的
に中実のディスク（disk）の形にされている。典型的に
は、各層12、14、16は同じ材料、通常、アクリルのよう
な透明なプラスチックで作られるが、それら層はそれぞ
れに異なる材料で作ってもよいし、又、各層ごとに、そ
の層の異なる部分を形成する２つ又はそれ以上の違った
材料を含むこともできる。頂部層12の露出される面は以
下において頂面と称し、底部層16の露出される面は底面
と称する。第３図と第４図で最もよく解かるように、ロ
ータの垂直軸心20と全体的に整合した受け孔18が層16の
底面に形成されている。この受け孔18は、先に述べたよ
うに、通常の遠心機システムの駆動軸と合わさるように
作られる。
頂面は１つの血液供給口22と４つの通気口24、26、2
8、30を備える。これら血液供給口22と通気口24、26、2
8、30は頂部層12の厚さ全体を貫通し、そして後に詳述
されるように、ロータ10の中間層14に形成されるいろい
ろな室と整合させられる。それら貫通口は好適には機械
加工、例えばドリル加工によって頂部層12に形成するこ
とができよう。
中間層14の上面に複数個の室と通路が形成される。こ
れら室と通路は、全体的に平らな面をもったディスクに
機械加工するか、あるいは又、最初のディスクを作る適
当なプラスチック樹脂の射出成形を行う際に形成されよ
う。
中間層14は、頂部層12の血液供給口22と全体的に整合
する入口セグメント42を有する計量室40を備える。この
計量室40は、これの半径方向外方向に設置される溢流室
44に連結通路46によって連結される。溢流室44の半径方
向外方向端部から通気連結通路48が、最初は全体的に円
周方向に、それから全体的に半径方向内方向へ延びる。
通路48の末端部50は頂部層12の通気口28と整合し、これ
によって、ロータ10の使用中溢流室44の半径方向外端部
は大気に通気される。
計量室40と溢流室44との深さは、頂部層12の積層によ
ってそれら室が完成したとき毛管寸法を備えるように選
択される。典型的にはその深さは約0.1から1.0mmの範囲
内、より典型的には約0.25から0.75mmの範囲内にされよ
う。普通その深さは両方の室40と44及び連結通路46に対
して均一であるが、その深さは、毛細性が保たれる限り
において、変えることもできる。
中間層14の上面に分離室60が、計量室40の半径方向外
方向の位置にして形成される。分離室60は、これの半径
方向外方向周縁に形成される細胞トラップ（cell tra
p）62、及び、半径方向内方向周囲に沿って形成される
受取区域65を含む。細胞が遠心分離の結果として細胞ト
ラップ62に入った後で逆流するのを防止するため、受取
区域65と細胞トラップ62との間に毛細区域66が形成され
る。受取区域65は、全血又はその他の体液（場合によっ
て希釈剤又は試薬と組合わされる）を受取ることがで
き、そして遠心分離が終った後血漿又はその他の分離さ
れた液を保持する容積を備える。軸方向口64が好適に
は、中間層14の全厚さを貫通する環状通路の形で形成さ
れ、これによって、後に詳述するように、分離された血
漿が室60の受取区域65から、底部層16に形成された集収
室90へと流下することができる。分離室60の形状は、後
に第1A図及び第1B図と関連して詳しく説明するように、
様々に変えることができる。
計量室40は、軸方向口64の内側面となる垂直壁72に接
続する短い毛細通路70によって、分離室60へ連結され
る。通路70の上記接続は、勿論、そこで毛細性を終りに
する。そうでなければその毛細性のために液は該通路に
おいて引かれることになろう。
計量室40の容積は、所要の供給量に応じて変えられる
が、普通は、後に詳述するように、底部層16に形成され
た検査ウェルのそれぞれに所要量の血漿を提供すること
ができるだけの可及的に小さい容積が選択される。典型
的には計量室40の容積は約0.005から0.05ccの範囲内、
より典型的には約0.030から0.040ccの範囲内にされる。
溢流室44の容積は、血液供給口42から供給される過剰
の血液に適応できるようにするため、一般的に計量室40
の容積より大きくされる。通常、溢流室44の容積は計量
室40の少なくとも２倍、典型的には３倍又はそれ以上の
大きさにされる。
分離室60の容積は、計量室40と試薬室80（後述）とか
ら流れてくる血漿と試薬又な希釈剤との所期の容積に適
応するように選択されよう。典型的には、受取区域65の
容積は約0.1から1.0ccの範囲内、より典型的には約0.25
から0.50ccの範囲内にされる。細胞トラップ62の容積
は、少なくとも部分的には、受取区域65の容積に応じて
決められよう。分離の効率を高くするため、即ち一定量
の全血から得られる血漿の量を多くするためには、細胞
トラップ62の容積は、細胞物質の最大所期容積に適応す
るのにちょうど充分なだけの大きさであることが望まし
い。全血の場合、それは最高の所期のヘマトクリット値
（血球容積比）に基づいて計算することができ、そこで
細胞トラップ62の容積は計量室40の容積の所期のパーセ
ンテージで示されよう。普通、細胞トラップ62の容積は
計量室40の約100％から200％になろう。
中間層14の上面には又試薬室80が形成され、毛細通路
即ち毛管通路82によって分離室60と連結される。後に詳
述するように、ロータ14を回転させることにより試薬室
80から試薬又は希釈剤を分離室60へ流せるようにするた
め、試薬室80は分離室60より半径方向内方向に設置され
る。図示のように毛細通路80は壁72の開いたチャンネル
に接続する。従って、ロータ10の回転による外方向遠心
力が無いときには、室80から試薬の流出は生じない。し
かし多くの場合、室82内に取外し可能なシール又はバリ
ヤ（barrier）を備えるか、又は試薬をポウチその他の
包装体の中に収容することによって、試薬を保持し、そ
して更に試薬が室80から漏洩するのを防止するのが望ま
しい。そのようなシール、バリヤ、又は包装体は特に、
試薬が中央準備施設において遠心ロータ10内に「前包
装」され、そしてその後で、試薬の劣化又は漏洩を起さ
せることもあり得る搬送、貯蔵、又はその他の取扱い作
業を受ける場合には、必要なものである。
第３図でよく解かるように、試薬室80は、毛細流を作
る性能を必要としないので、計量室40より実質的に大き
い深さを有する。従って試薬室は、計量室40から分離室
60へ送られる血液又は血漿の容積よりも実質的に大きい
容積の試薬を容易に貯えることができる。
底部層16の上面に、軸方向口64から血漿を受ける位置
にして集収室90が形成される。この集収室90の周縁部の
まわりに複数個の検査ウェル92が形成され、短かい半径
方向通路94によって連結される。それぞれの検査ウェル
92への血漿の分配を等しくするため、それら検査ウェル
は層16の周縁部まわりに等間隔で配置される。各検査ウ
ェル92内の血漿の視覚的査定を行うための透明な光路を
備えるため、各検査ウェルの上方と下方の材料は普通透
明なものにされる。ロータ10を通過するその他の方式の
光路にすることもできよう。
検査ウェル92の容積は通常比較的小さく、典型的には
約0.005ccから0.015ccの範囲内、より典型的には0.008c
cから0.010ccの範囲内にされる。それぞれの検査ウェル
内に液状又は乾燥あるいは凍結乾燥された試薬を入れて
おき、血漿が導入されたときそれと組合わされるように
することも可能である。あるいは又、分析作業に役立つ
抗体、抗原、レセプタ等のようないろいろな活性成分で
検査ウェル92の壁又は底を誘導することもできよう。
第1A図と第1B図に示されるように、分離室60の形状
は、本発明の範囲内で様々に変えることができる。分離
室60の主役は毛細区域66である。この毛細区域は好適に
は、内側円弧形境界200と外側円弧形境界202を有する環
状スペース（space）とされる。区域66の毛細性は各境
界200と202の所で破れる。これに隣接する区域、即ち受
取区域65と細胞トラップ62との寸法が大きくなって毛細
性を破断するからである。従って、遠心作用によって充
分な遠心力が加えられるとき以外、液は毛管区域即ち毛
細区域66を通過して流れることはできない。
受取区域65と細胞トラップ62との形状は実質的に変え
ることができる。受取区域65は全体的に、その２つの対
向する水平方向面の間の距離が半径方向内方向へ増大し
ていくようなテーパを付けられる。このような増大する
距離によって前述のような所要の毛細性破断が生じる。
上記テーパは、水平平面に対して下面を傾斜させること
（第１図）、又は水平平面に対して上面を傾斜させるこ
と（第1A図）、又は水平平面に対して上下両面を傾斜さ
せること（第1B図）によって作られる。受取区域65の対
向する面の間の角度は重要ではなく、典型的には０゜と
40゜の間、通常は18゜と22゜の間にされる。毛細区域の
内側円弧形境界200は普通、円弧形の孔を画成するテー
パ付き受取区域の狭い端部と連続するように形成され
る。
細胞トラップ62は典型的には、ローラ内で軸方向下方
向へ延び且つ毛細区域66の環状スペースの外側円弧形境
界202に連続するように設置される環状ウェルとして形
成される。しかし細胞トラップ62は又、第1B図に示され
るように上方向へ延ばされてもよく、そして真の環状の
形状である必要もない。
第4A図に示されるように、集収室90の形状は、分離さ
れた体液、例えば血漿と、分離室60内で組合わされる希
釈剤又は試薬との混合を促進させるように変形すること
ができる。特に、集収室90の容積を増大し、そして半径
方向通路94の内側に周縁垂直壁91を備えるようにするこ
とができる。分離段階と分配段階とが完了した後検査ウ
ェル92からの液の損失を防止するため、半径方向通路94
は好適には毛細通路とされる。集収室90の増大された容
積と周縁壁91とは両方とも、ロータ10が回転していると
きの室90内の液の保持時間を延長させる働きをする。延
長された保持時間によって、分配の前の混合を更に充分
に行うことができる。
場合によって、血漿その他の分離された液の軸方向口
64を通る下方向流れが、表面張力によって制約されるこ
とがある。このような場合には、受取区域65から集収室
90への所要の流れを作るようにその表面張力を破壊する
ための、灯心ファィバ（wicking fiber）93のような手
段を備えることが望ましい。あるいは又、分離が終った
後ロータ10の回転を急激に停止することによっても表面
張力を破壊できる。このような回転の急停止は液を区域
65の壁に対して湿潤させ、これによって下方向の流れを
可能にさせる。
次に第７図−第11図を参照に、以上記述してきた遠心
ロータ10を使用する本発明の方法を詳細に説明する。最
初に、試薬室80が試薬によって所要の容積まで充満され
る。図示において室80は完全に充満されているが、この
充満は部分的であってもよい。試薬は、中央準備施設に
おいてか、あるいは使用の直前に使用者によって、ロー
タ10内へ装填される。後者の場合、試薬はピペットを使
って通気口24から注入されよう。
計量室40が適応できる容積よりも大きい容積の全血が
供給口24を通してロータ10内に装填される。血液は口22
から供給されると直ぐに毛管作用で横方向に流れて室40
の主要部分に入り、そして通路46を通って溢流室44へ入
る。計量室40内への流れ面積は通路46のそれより実質的
に大きいから、計量室は迅速に血液で充満され、そして
そこから溢れた流れ（溢流）が溢流室44へ流入する。こ
うして、供給口22から供給する血液の量を、その供給の
前に細心に計測する必要はなくなる。血液が計量室40と
溢流室44とに分れて流入する充分な時間が経過した後、
この血液の分配は、第７図に示されるように、室40の毛
細部分が完全に充満され、そして溢流室44が部分的に充
満された状態になる。
次に第８図に示されるように、試薬が室80に添加さ
れ、そして全血が室40と44とに分割された後、ロータ10
が遠心機にかけられる又は回転駆動される。この回転駆
動は、室40から血液を、そして室80から試薬を分離室60
へ流入させるに充分な回転速度で行われる。又、溢流室
44内の血液も図示のように半径方向外方向へ流される。
血液の細胞成分はトラップ66内へ流されるが、血漿は全
体的に分離室60の開き部分内に残留しているようにする
ため、ロータ10は好適には約1500rpmから5000rpm、より
好適には約2500rpmから4000rpmの範囲内の回転速度で、
約20秒から５分間、より典型的には約１分間から３分間
の範囲内の時間、回転駆動される。
全血の細胞成分からの血漿の分離が完了した後、ロー
タ10の回転が停止され、そして分離された血漿は第９図
と第10図に示されるように軸方向通路64を通って下方向
へ流れる。細胞成分は細胞トラップ66内に残留し、溢流
血液は溢流室44内に残留するが、血漿は下方向へ流れて
集収室90内にプールＰを作る。そこでロータ10が再び追
加の回転駆動を行われ、これによって血漿は各検査ウェ
ル92内へ実質的に均等に分配される。上記追加回転は典
型的には約900rpmから5000rpmの回転速度で約10秒から
１分間行われる。所要の分配が達成された後、ロータ10
は遠心機から取外され、それからそのロータは、検査の
ために、スペクトル分光光度計又蛍光光度計のような適
当な計器へ移送される。
次に第12図を参照して変化形のロータ構造100を記述
する。このロータ100は全体的にロータ10と同じ積層構
造物であり、そこでその中間層102のみを第12図に示
す。頂部層は、層102の上面に形成される入口室104と整
合する供給口（図示せず）を備える。入口室104は全体
的にロータ100の垂直（回転）軸心と整合し、そしてそ
の入口から１対の通路106と107が半径方向外方向へ延び
る。室106は計量室として働き、通路108より大きい断面
積を有し、従ってより迅速に充満される。室108は溢流
室として働き、入口室104から供給される過剰血液を取
込む。入口室104の半径方向外方向の所に試薬室110が設
けられ、この試薬室は、全体的に半径方向外方向へ延び
る非毛細通路112と結合する。この通路112は又室106の
末端部と連結している。
入口室104から血液が供給されて計量通路106を充満
し、そして試薬が室110に装填された後、ロータ100が回
わされて、通路106からの血液と室110からの試薬との両
方を通路112に通して外方向へ流し、分離室114へ流入さ
せる。ロータ100の回転が継続されると、細胞は全体的
に室114の半径方向外方向の壁116に沿って集められ、そ
して更に螺旋外方向へ延びる通路118を通って流れ、細
胞トラップ120に収集される。分離室114と細胞トラップ
120とは通気路124の末端部122で通気される。血漿の所
要の分離が達成されると、ロータ100の回転が止めら
れ、そこで血漿は重力によって、分離室114の半径方向
内方向周縁部に形成され排出口126を通って流下するこ
とができる。この口126からの血漿の排出を助長するた
め、室114の底床は通常、半径方向内方向へ低くなるよ
うに傾斜が付けられる。排出口126の下方に集収室が第
１図−第６図の場合と同様にして備えられる。
次に第13図と第14図を参照に、本発明の原理に従って
構成される液計量性能をもった分析ロータを詳細に述べ
る。分析ロータ体部202の内部に試料供給口204が備えら
れ、分析ロータ体部の頂面203を貫通して開いている。
その供給口に試料液が導入される。分析ロータ202の頂
面203から円形のリッジ（ridge）214が垂直方向に延在
し、フィンガスティック・アプリケーション（fingerst
ick application）内に指を置くための場所を作る。更
にリッジ214は入口の場所を目立たせて、液試料の導入
個所を明瞭に表示する。
ロータ体部202内で、試料供給口204の半径方向外方向
の位置に計量室206が設置される。計量室206は、試料供
給室204と供給する入口セグメント（segment）216を有
する。計量室206の入口セグメント216と残余部との断面
寸法は、ロータが静止しているときに室206が充満され
るよう供給口204からの液が毛細流を行うように選択さ
れる。
ロータ体部202内で、試料供給口204の半径方向外方向
且つ計量室206から離間した位置に、溢流室210が設けら
れる。この溢流室210は連結通路218を有する。溢流室21
0の連結通路218と残余部との断面寸法も、ロータが静止
しているとき供給口204からの液の毛細流が行われるよ
うに選択される。しかし計量206と溢流室210とへの相対
流率は、計量計が確実に充満され、そして溢流室は過剰
液だけを受入するように調整される。こうして、先に一
般的に述べたように、正確に計測された容積（計量室の
容積によって決められる）の液を、後に行われる処理や
分析に提供することができる。
通常、計量室206と溢流室210との軸方向深さは、分析
ロータの頂部層の積層によってそれら室が完成したとき
毛管寸法となるように選択される。典型的にはその深さ
は約0.1mmから1.0mm、より典型的には約0.25mmから0.75
mmの範囲内にされる。普通その深さは両方の室206と210
及び入口セグメント216と連結通路218について全て同等
にされるが、毛細性が維持される限り変えられてもよ
い。
計量室206の半径方向外方向に受取室208が備えられ、
通路220によって計量室に連結される。通路220は計量室
206内の液に対し毛管作用をもたないように構成され
る。即ちその寸法が毛細性を破るに充分な大きさになる
ようにされる。これは、通路220と受取室208との接続個
所における、受取室208の内側壁を形成する比較的垂直
な壁221に、通路220を開口させることによって行われよ
う。この実施例において受取室208は、先の実施例で既
述したようにして血漿を得るために血液の細胞成分を分
離するための分離室である。
計量室206の容積は所要の供給量に応じて決められる
が、普通、受取室208へ所要量の液を送るだけの可及的
に小さな容積が選ばれる。典型的には計量室206の容積
は約0.005ccから0.05cc、より典型的には約0.030ccから
0.040ccの範囲内にされる。
溢流室210の容積は一般的に、試料供給口204から供給
される過剰血液に適応するため、計量室206の容積より
大きくされる。一般的に溢流室210の容積は計量室206の
少なくとも２倍、典型的には３倍又はそれ以上にされ
る。
計量室206と溢流室210とへの液の相対流率は、入口セ
グメント216と連結通路218との相対断面積を調節するこ
とによって制御される。好適にその相対断面積の調節
は、図示のように入口セグメント216を連結通路218より
実質的に広い幅にすることによって行うことができる。
こうして、計量室206と溢流室210との深さを所要の毛細
範囲内に維持しながら、上記入口セグメントと連結通路
との相対幅を調節することで流率を実質的に違ったもの
にすることができるのである。その相対幅の調節は、入
口セグメント216の幅が連結通路218の幅の少なくとも２
倍、通常は少なくとも３倍、そしてしばしば少なくとも
４倍になるように行われる。
計量室206が適応できるよりも大きい容積の全血が試
料供給口204を通して分析ロータ体部202に装填される。
試料供給口204から血液が供給されると直ぐにその血液
は毛管作用によって横方向へ流れ、計量室206の所要部
分と溢流室210との両方へ流入する（それら両室は流入
を行えるようにするため通気されている）。計量室206
内の流れ面積は溢流室210のそれより実質的に大きいの
で、計量室は迅速に血液で充満され、そしてその溢流が
溢流室210へ入る。液が、毛細性を破断する220に達する
と計量室206の充填は止む。しかし、溢流室210への液の
流入は、試料供給口204から供給された液が全部はける
まで続く。こうして、試料供給口204から供給される血
液の量を、供給の前に細心に計測する必要を無くすこと
ができるのである。
血液又はその他の液試料が計量室206と溢流室210とに
分割して流入するのに充分な時間が経過した後、計量室
206は完全に充満され、そして溢流室210は部分的に充満
される。そこで分析ロータ202は遠心機上で回転駆動さ
れ、これにより計量室206内の血液は動かされ通路220を
通って受取室208に入る。ここで血液は、先の実施例で
既述したように、それぞれの成分に分離され、分析検査
を受ける。
次に第14図を参照して、液計量毛細性を有するロータ
体部230の変化形実施例を記述する。この実施例におい
て、計量室232と溢流室234とはそれぞれに通気口236と2
38を備える。溢流室234の通気口238は、最初、試料が試
料供給口240に導入されるとき、閉じられているように
構成される。通気口238が閉じられていることによっ
て、供給口240から溢流室234へ向かう液の最初の流れは
防止される。しかし通気口236は開かれ、これによっ
て、溢流室234への流れが作られる前に計量室232は充満
される。
通気口238の閉鎖は、後に詳述するように、使用者が
所要の時期にその開放（閉鎖解除）をできるように行わ
れる。例えば通気口238を後で開くとき使用者が刺通し
又は引剥すことができるプラスチック又は金属箔のよう
な膜でその通気口を覆ってもよい。計量室232の通気口2
36は恒常的に開いた構成にされるが、又カバーを被せて
もよい（このカバーは、通気口238が開かれる前に使用
者によって取外される）。
計量室232が適応できるより大きな容積の全血が試料
供給口240から分析ロータ230に装填される。血液が供給
されるとき、溢流室210の通気口238は閉じられている
が、計量室232の通気口236（この通気口は実際には受取
室242にあるが、連結口244によって計量室232と連結さ
れている）は開かれており、これによって試料供給口24
0内の血液は計量室238だけへ流入することができる。計
量室232が充満されると溢流室234の通気口238が開か
れ、これによって試料供給口240内の過剰血液が溢流室
へ流入できるようになる。全部の過剰血液が溢流室234
に流入した後、ロータ230が遠心機上で回転駆動され、
これにより計量室232内の液を通路244に通して受取室24
2へ流入させて分離と分析を行わせる。
第13図と第14図に示されるように、計量室206と232が
液で充満されたことを視覚的に確認するための表示窓25
0を、それらの計量室にそれぞれ備えてもよい。表示窓2
50は典型的には、ロータの頂面に形成される透明な窓構
造物とされ、これを通して計量室206内の液の量を見る
ことができる。これによって、計量室206又は232が液で
充満されたとき操作者又は計器がそれを検知でき、そこ
で第１の実施例ではロータが回わされて液を受取室208
へ送る、あるいは又、他方の実施例では溢流室210の通
気口238が開かれる。
凝固防止がなされていない血液が使用される場合、溢
流室210及び234と計量室206及び232との内面に凝固防止
剤の層を付着することによって、検査が完了する前に凝
血が起るのを防止するのを助けることができる。リチウ
ム・ヘパリン（lithium heparin）のような凝固防止剤
がその目的に適している。
計量室206又は232と溢流室210又は234との充填速度を
高めるため、それら室の内面に表面活性剤の層を付着さ
せてもよい。血液の細胞を溶解させる必要がある場合以
外、表面活性剤は血液細胞を溶解しないものが選ばれ
る。表面活性剤は又、充填速度をいろいろに変えたり、
あるいは場所によって充填速度を速くしたり遅くしたり
するように、内面の選択された区域に付着することもで
きる。
ここに本発明が明瞭に理解されるように詳細な説明を
行ってきたが、本発明はその請求の範囲内でなおいろい
ろな変化形が可能なことはいうまでもない。特に、違っ
た条件を必要とする複数の検査や分析を同時に行えるよ
うにするため、２つ又はそれ以上の計量室、分離室、又
は溢流室を備えることもできよう。例えば、複数の計量
室を備えて、隔離された複数の分離室内の違った試薬又
は希釈剤と組合せることができよう。あるいは又、単一
の計量室を別々になった複数の毛細通路と結合して、別
々になった複数の分離室への液流を制御するようにもで
きよう。いずれの場合でも、異なるプロトコールを必要
とする複数の分析と検査を単一のロータ・システムで行
うことができる。
フロントページの続き (72)発明者 ビュール，スチーブン エヌ. アメリカ合衆国 95014 カリフォルニ ア州クパーチノ，バーンハート コート 10511 (72)発明者 スケムブリ，キャロル ティー. アメリカ合衆国 94403 カリフォルニ ア州サン マテオ，マーシャル アベニ ュー 3912 (56)参考文献 特開 昭62−151756（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34057（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−36937（ＪＰ，Ｂ１) 特表 平５−508709（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 33/48 - 33/52 G01N 33/58 - 33/98 B04B 5/02 G01N 1/10 G01N 1/28

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】分析ロータにおいて、 全体的に水平な頂面と底面、全体的に垂直な軸心周りの
    ロータ体部の回転を容易に行わせるための中心受け装
    備、及び、該頂面を貫通する試料供給口を有するロータ
    体部、 該試料供給口から第１の方向へ延在する水平な入口セグ
    メント、 該試料供給口から第２の方向へ延在する水平な連結通路 該試料供給口から水平方向に分離されて該ロータ体部内
    に設置され、そして該試料供給口から液を受取るように
    該入口セグメントによって該試料供給口に連結された、
    内面を有する計量室、 該試料供給口から水平方向に分離されて該ロータ体部内
    に設置され、そして該試料供給口から液を受取るように
    該連結通路によって該試料供給口に連結された溢流室、
    及び、 該ロータ体部が静止している間に該計量室が液で完全に
    充満され、そして過剰な液が該溢流室へ流れるように、
    該試料供給口からの液流を該溢流室よりも該計量室へ優
    先して選択的に指向させる装備 を備える分析ロータ。
  2. 【請求項２】該計量室と該溢流室が、該試料供給口から
    の液の毛管流を作る毛管寸法を有し、そして、該計量室
    へ入る液の流率が該溢流室へ入る液の流率より高くなる
    ように、該計量室が、該溢流室の液流面積より大きい液
    流面積を有する、請求の範囲第１項の分析ロータ。
  3. 【請求項３】該計量室と該溢流室が、該試料供給口から
    の液の毛管流を作る毛管寸法を有し、そして該液流選択
    的指向装備が、該計量室に設けられる第１の通気口、該
    溢流室に設けられる第２の通気口、及び、該第２通気口
    を選択的に遮断することにより、該第２通気口の遮断が
    解除されるまで液が該計量室だけへ流れるようにさせる
    装備を備える、請求の範囲第１項の分析ロータ。
  4. 【請求項４】該液流選択的指向装備が、該計量室を該試
    料供給口へ連結する該入口セグメントの第１の毛管部
    分、及び、該溢流室を該試料供給口へ連結する該連結通
    路の第２の毛管部分を備え、ここで、該計量室へ入る液
    の流率が該溢流室へ入る液の流率より高くなるように、
    該第１毛管部分が、該第２毛管部分の液流面積より大き
    い液流面積を有する、請求の範囲第１項の分析ロータ。
  5. 【請求項５】分析ロータにおいて、 全体的に水平な頂面と底面、全体的に垂直な軸心周りの
    ロータ体部の回転を容易に行わせるための中心受け装
    備、及び、該頂面を貫通する試料供給口を有するロータ
    体部、 該試料供給口から第１の方向へ延在する水平な入口セグ
    メント、 該試料供給口から第２の方向へ延在する水平な連結通
    路、 該入口セグメントによって該試料供給口に連結された、
    毛管寸法を有する計量室、 該計量室から半径方向外方向に設置され、そして毛管寸
    法を有さない通路によって該計量室に連結された受取
    室、 該連結通路によって該試料供給口に連結された、毛管寸
    法を有する溢流室、及び、該ロータ体部が静止している
    間に該計量室が液で完全に充満され、そして過剰な液が
    該溢流室へ流れるように、該試料供給口からの液流を該
    溢流室よりも該計量室へ優先して選択的に指向させる装
    備 を備える分析ロータ。
  6. 【請求項６】該計量室へ入る液の流率が該溢流室へ入る
    液の流率より高くなるように、該計量室が、該溢流室の
    液流面積より大きい液流面積を有する、請求の範囲第５
    項の分析ロータ。
  7. 【請求項７】該液流選択的指向装備が、該計量室に設け
    られる第１の通気口、該溢流室に設けられる第２の通気
    口、及び、該第２通気口を選択的に遮断することによ
    り、該第２通気口の遮断が解除されるまで液が該計量室
    だけへ流れるようにさせる装備を備える、請求の範囲第
    ５項の分析ロータ。
  8. 【請求項８】該選択的遮断装備が、該第２通気口を覆う
    膜を備える、請求の範囲第７項の分析ロータ。
  9. 【請求項９】該計量室内の液を見られるようにする透明
    窓を更に備える、請求の範囲第７項の分析ロータ。
  10. 【請求項１０】試料供給口から計量された容積の液を分
    析ロータ内の受取室へ移送する方法において、 該ロータが静止している間に未だ計量されない容積の液
    を該試料供給口へ導入し、これによって該試料供給口か
    ら該液を毛管作用で第１の全体的に水平な方向に入口セ
    グメントに通して、該未計量容積の液の容積より小さい
    一定容積を有する計量室内へ、この計量室が充満される
    まで流入させること、 該試料供給口から過剰な液を毛管作用で第２の全体的に
    水平な方向に連結通路に通して溢流室内へ流入させるこ
    と、及び、 該ロータをこれの垂直軸心上に設けられた中心受け孔周
    りで回転させることにより該計量室から計量された容積
    の液を半径方向外方向に該受取室へ移送すること の諸段階を備える方法。
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