JP4368383B2 - Solid-liquid separation structure - Google Patents
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Description
本発明は、血液やその他の固液混合物を固形成分と液体成分に簡易に分離し、測定するための構造体と、そのような固液混合物を分離し、測定する方法に関する。本発明はまた、血液の分析に用いられる血液成分分析チップに関する。 The present invention relates to a structure for easily separating and measuring blood and other solid-liquid mixtures into a solid component and a liquid component, and a method for separating and measuring such a solid-liquid mixture. The present invention also relates to a blood component analysis chip used for blood analysis.
固液混合物を固形成分と液体成分に分離するため、いろいろな手法が用いられている。固液混合物の分離のために一般的に用いられている方法は、遠心力を利用した遠心分離法である。しかし、通常の遠心分離法は、分離時間が長く、また、固液分離後の後処理が必要であるので、連続的な処理ができない。そのため、汚染等の問題が発生する恐れがある。 Various techniques are used to separate a solid-liquid mixture into a solid component and a liquid component. A commonly used method for separating a solid-liquid mixture is a centrifugal separation method using centrifugal force. However, the normal centrifugation method requires a long separation time and requires post-treatment after solid-liquid separation, and therefore cannot perform continuous treatment. As a result, problems such as contamination may occur.
例えば特許文献1は、固液分離手法を用いた、分析用回転装置及び生物学的流体の分析方法を記載している。この分析装置は、円板(ロータ)の回転によって生じた遠心力により、血液を血球と血漿に分離して、それぞれを分析するものである。しかし、このような分析装置では、血球の分離部に、血液を一時的に全部収容するための空間が必要であるため、比較的大きな空間を形成せざるを得ず、したがって、ロータの厚みを確保するか、さもなければロータの表面積を大きくする等の対策を施さなければならない。さらに、血球の分離部に一時的に全部の血液を収容した後、分離後の血球を取り出すためには、遠心力以外の力が必要であるので、血球取り出しのための追加の構成が必要であり、装置の構造及び取り扱いが複雑となり、製造コストの増加も避けられない。
For example,
本発明の目的は、血液やその他の固液混合物の分離及び測定における上述のような従来の技術の問題点を解決して、簡易に高速で安価に連続的に固形成分と液体成分とを分離し、同時に、反応や測定が連続的にでき、しかも汚染等の問題を防止できる、改良された固液分離・測定装置及び固液分離・測定方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art in the separation and measurement of blood and other solid-liquid mixtures, and to separate solid and liquid components easily and quickly at low cost. At the same time, an object of the present invention is to provide an improved solid-liquid separation / measurement apparatus and solid-liquid separation / measurement method capable of continuously performing reactions and measurements and preventing problems such as contamination.
本発明の目的は、また、より操作が簡単な分析チップの形をした固液分離・測定装置、とりわけ血液成分分析チップを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a solid-liquid separation / measurement device, particularly a blood component analysis chip, in the form of an analysis chip that is easier to operate.
本発明は、その1つの面において、固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための固液分離・測定構造体であって、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、
前記基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、
前記貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させるためのものであって、前記貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている移動流路と、
前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるためのものであって、前記移動流路の遠心側に設置された濃縮沈殿部と、
前記濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するためのものであって、規定の容積を有する定量部と
を含んでなることを特徴とする固液分離・測定構造体にある。
In one aspect of the present invention, a solid-liquid separation / measurement structure for separating and measuring a solid-liquid mixture into a solid component and a liquid component,
A substrate having a rotor structure made of a rotatable disc; and
A reservoir of a solid-liquid mixture formed at substantially the center of the substrate;
A moving flow path for moving the solid-liquid mixture injected into the storage section by centrifugal force, which is developed in the centrifugal direction at an inclination angle from the storage section;
Concentrating and precipitating solid components in the solid-liquid mixture by centrifugal force, a concentration and precipitation part installed on the centrifugal side of the moving flow path,
A solid-liquid separation / measurement structure for quantifying a liquid component separated from a solid component in the concentration and precipitation part, comprising a quantification part having a prescribed volume.
また、本発明は、そのもう1つの面において、固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための方法であって、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板の貯留部に注入した固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部に移動させ、
前記濃縮沈殿部において前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させ、
前記濃縮沈殿部において分離された液体成分を遠心力で制御しながら定量部に移動させ、
前記定量部に注入された液体成分を定量すること
を含んでなることを特徴とする固液分離・測定方法にある。
In another aspect, the present invention is a method for separating and measuring a solid-liquid mixture into a solid component and a liquid component,
The solid-liquid mixture injected into the storage part of the substrate having a rotor structure made of a rotatable disk is moved to the concentration and precipitation part by centrifugal force,
In the concentration and precipitation part, the solid component in the solid-liquid mixture is concentrated and precipitated by centrifugal force,
The liquid component separated in the concentrated sedimentation part is moved to the quantitative part while being controlled by centrifugal force,
The solid-liquid separation / measurement method includes quantifying the liquid component injected into the quantification unit.
さらに、本発明は、そのもう1つの面において、回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、前記基板のほぼ中心に配置された血液注入部と、前記血液注入部に接続された渦巻き状の分配流路と、前記分配流路の外周方向に血球を分離収容するために設けられた複数個の血球収容部と、前記血球収容部に収容されずに残った血液成分を定量的に貯留し内部の試薬と反応させて発色させる試薬反応部とを含んでなることを特徴とする血液成分分析チップにある。 In another aspect of the present invention, a substrate having a rotor structure made of a rotatable disc, a blood injection portion disposed substantially at the center of the substrate, and the blood injection portion are connected to the substrate. A spiral distribution channel, a plurality of blood cell storage units provided to separate and store blood cells in the outer circumferential direction of the distribution channel, and quantitatively analyze blood components remaining without being stored in the blood cell storage unit The blood component analysis chip is characterized in that it comprises a reagent reaction part that is stored in and reacted with an internal reagent to cause color development.
以下の詳細な説明から理解できるように、本発明は、固液混合物の固形成分と液体成分を、汚染等の問題を防止するために連続的に分離し、さらに続けて、分離した液体成分を定量後、連続して簡易に、高速でかつ安価に測定等を行うことを最も主要な特徴とする。 As can be understood from the following detailed description, the present invention continuously separates the solid component and the liquid component of the solid-liquid mixture in order to prevent problems such as contamination, and then continues the separated liquid component. The most important feature is that measurement is performed continuously, simply, at high speed and at low cost after quantification.
本発明の実施において用いられる固液混合物は、特に限定されるものではなく、分離されるべき固形成分と液体成分とを含む任意の混合物であることができる。有用な固液混合物は、例えば、生体成分を含む液体、例えば、血液や細胞等の破砕溶液、その他である。また、固液混合物は、例えば廃液などの粒子と液体との混合溶液、食品、医薬品などであってもよい。固液混合物の典型例は、血液である。血液を、血球と血漿とに分離してそれぞれの成分を分析し、分析結果を健康診断、臨床医学などに利用できるからである。例えば、分析結果を、血液の生化学検査や免疫検査、がんの診断や感染症の診断等に有利に利用することができる。 The solid-liquid mixture used in the practice of the present invention is not particularly limited, and can be any mixture containing a solid component and a liquid component to be separated. Useful solid-liquid mixtures are, for example, liquids containing biological components, for example, disrupted solutions such as blood and cells. Further, the solid-liquid mixture may be, for example, a mixed solution of particles and liquid such as waste liquid, food, medicine, and the like. A typical example of a solid-liquid mixture is blood. This is because blood is separated into blood cells and plasma, and each component is analyzed, and the analysis results can be used for medical examination, clinical medicine, and the like. For example, the analysis results can be advantageously used for blood biochemical tests, immunological tests, cancer diagnosis, infectious disease diagnosis, and the like.
本発明によれば、固液混合物を固液分離・測定構造体の注入口に注入し遠心分離するだけで、その固液混合物を固形成分と液体成分とに高速に簡易かつ安価に分離できるという利点や、さらに加えて、連続して液体成分の測定ができるという利点がある。特に、本発明は、基板として使用される円板の回転数の調整をしなくても分離が行えるという点で有益である。 According to the present invention, the solid-liquid mixture can be separated into the solid component and the liquid component at high speed simply and inexpensively by simply injecting the solid-liquid mixture into the inlet of the solid-liquid separation / measurement structure and centrifuging it. In addition, there is an advantage that the liquid component can be continuously measured. In particular, the present invention is advantageous in that separation can be performed without adjusting the rotational speed of a disk used as a substrate.
本発明による固液分離・測定構造体、固液分離・測定方法及び血液成分分析チップは、それぞれ、いろいろな形態で有利に実施することができる。 The solid-liquid separation / measurement structure, the solid-liquid separation / measurement method, and the blood component analysis chip according to the present invention can be advantageously implemented in various forms.
本発明による固液分離・測定構造体、すなわち、固液分離・測定装置は、上記したように、ロータ構造をもった基板と、基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させる移動流路と、固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるための濃縮沈殿部と、濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するための定量部とをもって構成される。 As described above, the solid-liquid separation / measurement structure according to the present invention, that is, the solid-liquid separation / measurement apparatus, includes a substrate having a rotor structure, and a solid-liquid mixture reservoir formed substantially at the center of the substrate, The solid-liquid mixture injected into the storage part is moved from the solid flow component by the centrifugal force, the concentrated precipitation part to concentrate the solid component in the solid-liquid mixture by centrifugal force, and the concentrated precipitation part is separated from the solid component. And a quantification unit for quantifying the liquid component.
ロータ構造をもった基板は、好ましくは、回転可能な円板からなる。円板は、いろいろな材料から形成することができるけれども、軽量で、加工性のよい材料から有利に形成することができる。基板に適当な材料は、以下に列挙するものに限定されるわけではないが、例えばPDMS、ポリスチレン、PMMA、ポリアクリルなどのプラスチック材料を包含する。また、基板は、可能な限り小さいサイズで形成することができ、その直径は、通常、約10〜40mmであり、好ましくは、約20〜35mmである。基板の厚さは、広い範囲で変更することができるが、貯留部、移動流路、濃縮沈殿部、定量部及びその他の必要な機能部を加工するのに十分な厚さを有することが好ましい。基板の厚さは、通常、約2〜10mmであり、好ましくは、約3〜5mmである。 The substrate having the rotor structure is preferably made of a rotatable disc. The disc can be formed from a variety of materials, but can be advantageously formed from a material that is lightweight and easy to process. Suitable materials for the substrate are not limited to those listed below, but include plastic materials such as PDMS, polystyrene, PMMA, polyacryl, and the like. Moreover, a board | substrate can be formed in the smallest possible size, and the diameter is about 10-40 mm normally, Preferably, it is about 20-35 mm. The thickness of the substrate can be changed in a wide range, but it is preferable that the substrate has a thickness sufficient to process the storage unit, the movement channel, the concentration sedimentation unit, the quantitative determination unit, and other necessary functional units. . The thickness of the substrate is usually about 2 to 10 mm, preferably about 3 to 5 mm.
本発明の固液分離・測定構造体において、ロータの回転数は、通常、数百〜数万rpmの範囲であり、好ましくは4000〜6000rpmの範囲である。ロータの回転数は、流路の太さ等に応じて適宜選択することができる。 In the solid-liquid separation / measurement structure of the present invention, the rotational speed of the rotor is usually in the range of several hundred to several tens of thousands rpm, and preferably in the range of 4000 to 6000 rpm. The number of rotations of the rotor can be appropriately selected according to the thickness of the flow path and the like.
また、基板は、好ましくは、その上面をカバー(蓋体)で覆って用いられる。蓋体は、基板にあわせて、基板と同様な材料からかつ同様なサイズで形成することができる。例えば、蓋体は、基板と同様に、PDMSなどのプラスチック材料から、例えば直径30mm位、厚み3mm位で形成することができる。 The substrate is preferably used with its upper surface covered with a cover (lid). The lid can be formed of the same material and the same size as the substrate in accordance with the substrate. For example, the lid can be formed of a plastic material such as PDMS, for example, with a diameter of about 30 mm and a thickness of about 3 mm, as with the substrate.
回転可能な基板には、以下に詳細に説明するように、その上部表面に貯留部、移動流路、濃縮沈殿部、定量部及びその他の必要な機能部が作り込まれている。これらの機能部は、プラスチック部品の加工に一般的に用いられている技法、例えばエッチング、切削加工などを使用して有利に加工することができる。 As will be described in detail below, the rotatable substrate is provided with a storage portion, a movement channel, a concentration sedimentation portion, a quantitative determination portion, and other necessary functional portions on the upper surface thereof. These functional parts can be advantageously processed using techniques commonly used for processing plastic parts, such as etching and cutting.
回転可能な基板において、そのほぼ中央には固液混合物の貯留部(貯留室)が形成される。また、基板と組み合わせて用いられる蓋体では、貯留部に固液混合物を注入するため、その貯留部に対応する位置に固液混合物のための注入口が備わっている。 In the rotatable substrate, a solid-liquid mixture reservoir (reservoir chamber) is formed substantially at the center thereof. Further, in the lid used in combination with the substrate, an injection port for the solid-liquid mixture is provided at a position corresponding to the storage portion in order to inject the solid-liquid mixture into the storage portion.
固液混合物の貯留部は、それに注入された固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部(濃縮沈殿室)に移動させるため、移動流路を備えている。貯留部から導出されるこの移動流路は、固液混合物を案内するための遠心力を得るため、貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている。また、移動流路は、好ましくは、その傾斜角度及び断面積を前記固液混合物の移動速度に応じて調整可能である。 The solid-liquid mixture reservoir is provided with a movement channel for moving the solid-liquid mixture injected therein to the concentration precipitation section (concentration precipitation chamber) by centrifugal force. This moving flow path led out from the storage part is developed in the centrifugal direction at an inclination angle from the storage part in order to obtain a centrifugal force for guiding the solid-liquid mixture. In addition, the moving flow path preferably has an inclination angle and a cross-sectional area that can be adjusted according to the moving speed of the solid-liquid mixture.
固液混合物の移動流路は、固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるため、濃縮沈殿部(濃縮沈殿室)に接続される。また、遠心力による濃縮沈殿を実現するため、濃縮沈殿部は、移動流路の遠心側に設置される。濃縮沈殿部は、いろいろな形態で形成することができるが、凸形状の部屋の形態で形成し、かつ固液混合物が移動する移動流路に対して遠心側に設置することが好ましい。特に、複数個の濃縮沈殿部を並べて配置し、固液混合物を移動流路を移動させながら、それぞれの濃縮沈殿部において順次、固形成分を連続的に濃縮沈殿させることが好ましい。 The movement path of the solid-liquid mixture is connected to a concentration precipitation section (concentration precipitation chamber) in order to concentrate the solid components in the solid-liquid mixture by centrifugal force. Moreover, in order to implement | achieve the concentration precipitation by centrifugal force, a concentration precipitation part is installed in the centrifugation side of a movement flow path. The concentrated sedimentation part can be formed in various forms, but it is preferably formed in the form of a convex chamber and installed on the centrifugal side with respect to the moving flow path through which the solid-liquid mixture moves. In particular, it is preferable to arrange a plurality of concentrated precipitation portions side by side and successively concentrate the solid components successively in each concentration precipitation portion while moving the solid-liquid mixture through the moving flow path.
濃縮沈殿部の後段には、濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するため、規定の容積を有する定量部(定量室)が配置されている。定量部は、もっぱら定量機能のみを奏するものであってもよいが、本発明の固液分離・測定構造体の機能をさらに高めるため、追加の機能を付加させることが好ましい。例えば、定量部は、該領域において分離定量した液体成分をさらに続けて測定する機構を組み込んだ定量測定部であることが好ましい。例えば定量測定部は、分離定量した液体成分と反応可能な試薬やその他の試薬をさらに有することが好ましい。ここで使用する試薬は、液体あるいは固体のいずれであってもよい。また、定量部あるいは定量測定部に対する液体成分の注入は、いろいろな方法で行うことができるが、他の処理工程と同様に、遠心力を利用して実施するのが有利である。さらに、定量部あるいは定量測定部は、それに対する液体成分の注入を補助するため、その上部に設けられた近心方向のエアー抜き機構をさらに有していることが好ましい。液体成分の注入が、エアー抜きの結果として促進されるからである。 A quantification unit (quantitative chamber) having a prescribed volume is disposed downstream of the concentration precipitation unit in order to quantify the liquid component separated from the solid component in the concentration precipitation unit. The quantification unit may have only a quantification function, but it is preferable to add an additional function in order to further enhance the function of the solid-liquid separation / measurement structure of the present invention. For example, the quantitative unit is preferably a quantitative measurement unit that incorporates a mechanism for further measuring the liquid component separated and quantified in the region. For example, the quantitative measurement unit preferably further includes a reagent capable of reacting with the separated and quantified liquid component and other reagents. The reagent used here may be either liquid or solid. In addition, the liquid component can be injected into the quantification unit or the quantification measurement unit by various methods, but it is advantageous to perform the centrifugal force similarly to other processing steps. Further, the quantitative unit or quantitative measurement unit preferably further has a mesial air venting mechanism provided on the upper part thereof to assist the injection of the liquid component thereto. This is because the injection of the liquid component is promoted as a result of bleeding.
さらに、本発明の固液分離・測定構造体は、渦巻き状の分配流路と、その外周方向に設けられた複数個の粒子収容部とを備える構成を有することが好ましい。 Furthermore, the solid-liquid separation / measurement structure of the present invention preferably has a configuration including a spiral distribution channel and a plurality of particle storage portions provided in the outer circumferential direction.
本発明の固液分離・測定構造体は、渦巻き状に形成された固液混合物の移動流路の外周方向に複数個の固体成分収容領域を接続する構成であればよく、移動流路の遠心側に凸形状の固形成分の濃縮沈殿部屋を複数個設置することにより、固液混合物から連続的に固形成分を分離し、液体成分のみを更に同一構造体内で移動させて反応・測定させることができ、よって、汚染等の恐れがない、簡易な高速で安価な分離構造体を実現できる。 The solid-liquid separation / measurement structure of the present invention may be configured to connect a plurality of solid component containing regions in the outer peripheral direction of the moving flow path of the solid-liquid mixture formed in a spiral shape. By installing multiple convex solid concentration precipitation chambers on the side, the solid component can be continuously separated from the solid-liquid mixture, and only the liquid component can be moved and reacted and measured in the same structure. Therefore, it is possible to realize a simple, high-speed and inexpensive separation structure that is free from contamination and the like.
また、本発明の固液分離・測定構造体は、固液の分離を一定の遠心力によって行うロータ構造を具備したものであるが、固液の分離機能に加えて、その他の機能を任意に付加することができる。例えば、固液分離・測定構造体の任意の位置に、液体成分分析を行う構成を付加したり、固体成分の分析を行うための構成を付加したりしてもよい。ここで、固体成分分析とは、例えば固液混合物として血液を用いる場合、血球、血餅等の変形性を分析することや、遠心分離して得られた血球を、別途設けた障害物をもつ流路に流すことにより、流れの状態から血球の弾性を計測することが挙げられる。なお、固液混合物に関しては、特に血液等の生体成分に限らず、廃液、食品、医薬品等の様々な固液混合物も、同様に有利に分離し測定することができる。 In addition, the solid-liquid separation / measurement structure of the present invention has a rotor structure that performs solid-liquid separation by a constant centrifugal force, but in addition to the solid-liquid separation function, other functions can be arbitrarily set. Can be added. For example, a configuration for performing liquid component analysis or a configuration for performing analysis of a solid component may be added to an arbitrary position of the solid-liquid separation / measurement structure. Here, solid component analysis refers to, for example, when blood is used as a solid-liquid mixture, analyzing the deformability of blood cells, blood clots, etc., or having blood cells obtained by centrifugation with obstacles provided separately. It is possible to measure the elasticity of blood cells from the state of flow by flowing through the flow path. Regarding the solid-liquid mixture, not only biological components such as blood in particular, but also various solid-liquid mixtures such as waste liquids, foods, and pharmaceuticals can be similarly advantageously separated and measured.
本発明による固液分離・測定構造体は、好ましくは、小型かつコンパクトに形成することができる。本発明の固液分離・測定構造体は、さらに好ましくは、チップの形態で形成することができる。チップの形態をもった固液分離・測定構造体の典型例は、回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、前記基板のほぼ中心に配置された血液注入部と、前記血液注入部に接続された渦巻き状の分配流路と、前記分配流路の外周方向に血球を分離収容するために設けられた複数個の血球収容部と、前記血球収容部に収容されずに残った血液成分を定量的に貯留し内部の試薬と反応させて発色させる試薬反応部とを含んでなることを特徴とする血液成分分析チップである。 The solid-liquid separation / measurement structure according to the present invention can be preferably formed small and compact. More preferably, the solid-liquid separation / measurement structure of the present invention can be formed in the form of a chip. A typical example of a solid-liquid separation / measurement structure in the form of a chip is a substrate having a rotor structure made of a rotatable disk, a blood injection part disposed substantially at the center of the substrate, and the blood injection A spiral distribution channel connected to the unit, a plurality of blood cell storage units provided for separating and storing blood cells in the outer circumferential direction of the distribution channel, and remaining without being stored in the blood cell storage unit A blood component analysis chip characterized by comprising a reagent reaction part for quantitatively storing blood components and reacting with an internal reagent to cause color development.
本発明は、さらに、上記したような固液分離・測定構造体を使用した固液分離・測定方法にある。本発明方法は、いろいろな態様で有利に実施することができるが、好ましくは、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板の貯留部に注入した固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部に移動させる工程、
前記濃縮沈殿部において前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させる工程、
前記濃縮沈殿部において分離された液体成分を遠心力で制御しながら、規定の容積の定量部に移動させる工程、そして
前記定量部に注入された液体成分を定量する工程、
で実施することができる。
The present invention further resides in a solid-liquid separation / measurement method using the solid-liquid separation / measurement structure as described above. The process according to the invention can be advantageously carried out in various ways, but preferably
A step of moving the solid-liquid mixture injected into the storage part of the substrate having a rotor structure made of a rotatable disk into the concentration and precipitation part by centrifugal force;
A step of concentrating and precipitating a solid component in the solid-liquid mixture by centrifugal force in the concentration and precipitation part,
A step of moving the liquid component separated in the concentration and precipitation unit to a quantification unit having a specified volume while controlling with a centrifugal force, and a step of quantifying the liquid component injected into the quantification unit,
Can be implemented.
本発明の固液分離・測定方法において、固液混合物を遠心力で移動させる工程とは、例えば、固液分離・測定構造体の中心付近に設置された固液混合物の注入口から、目的に応じた傾斜角度で遠心方向に設置された移動流路に対して、固液混合物を遠心力で移動させることである。 In the solid-liquid separation / measurement method of the present invention, the step of moving the solid-liquid mixture by centrifugal force is, for example, from the inlet of the solid-liquid mixture installed near the center of the solid-liquid separation / measurement structure. The solid-liquid mixture is moved by centrifugal force with respect to the moving flow path installed in the centrifugal direction at a corresponding inclination angle.
また、固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させる工程とは、例えば、移動流路の遠心側に凸形状の部屋を設置して、遠心力で固形成分を濃縮沈殿させることである。 Further, the step of concentrating and precipitating the solid component in the solid-liquid mixture by centrifugal force is, for example, installing a convex chamber on the centrifugal side of the moving flow channel and concentrating and precipitating the solid component by centrifugal force. .
さらに、濃縮沈殿部で分離された液体成分を、遠心力で制御しながら、移動させる工程とは、例えば、移動流路の遠心方向への傾斜角度や移動流路の断面積を変化させることで、固液混合物の移動速度を制御しながら、液体成分を移動させることである。 Furthermore, the process of moving the liquid component separated in the concentration sedimentation part while controlling with centrifugal force is, for example, changing the inclination angle of the moving flow path in the centrifugal direction or the cross-sectional area of the moving flow path. The liquid component is moved while controlling the moving speed of the solid-liquid mixture.
さらにまた、移動させた液体成分を規定の容積の部屋に注入し、さらにそれを定量する工程とは、例えば、固形成分を分離した液体成分を遠心方向に設置した規定した容積の部屋に遠心力で満杯に注入し、すり切る構造にした後、定量することである。 Furthermore, the process of injecting the transferred liquid component into a room with a specified volume and further quantifying it includes, for example, centrifugal force applied to a room with a specified volume in which the liquid component separated from the solid component is installed in the centrifugal direction. It is to quantitate after injecting it completely to make a structure that is worn out.
また、本発明方法では、好ましくは定量反応室である定量部に液体成分を注入するためにエアー抜きをすることが好ましいが、このエアー抜き工程とは、例えば、定量部の上部に近心側に向けて設けたエアー抜き機構を使用して、エアー抜きをすることである。 In the method of the present invention, it is preferable that air is vented to inject the liquid component into the metering unit, which is preferably a metering reaction chamber. This air venting process is, for example, a mesial side above the metering unit. The air is vented by using an air vent mechanism provided toward the front.
さらに、本発明方法では、分離定量した液体成分をさらに測定することが好ましいが、この測定工程とは、例えば、血液の場合では、好ましくは定量反応室である定量部内に予め試薬を注入しておき、注入した液体成分(血漿成分)と反応させることによりその反応度合いを測定することである。 Furthermore, in the method of the present invention, it is preferable to further measure the separated and quantified liquid component. In this measurement step, for example, in the case of blood, a reagent is preferably injected in advance into a quantification unit that is preferably a quantitative reaction chamber. The reaction is measured by reacting with the injected liquid component (plasma component).
引き続いて、本発明をその実施例を参照して説明する。なお、下記の実施例では固液混合物として血液を参照して説明するが、本発明は、血液以外の固液混合物においても良好な結果をもたらすことができる。 Subsequently, the present invention will be described with reference to examples thereof. In addition, although the following example demonstrates with reference to blood as a solid-liquid mixture, this invention can bring a favorable result also in solid-liquid mixtures other than blood.
実施例1
図1A及び図1Bは、本発明による固液分離・測定構造体の1実施例を示したものである。図では、中央付近に滴下した固液混合物を遠心方向に順次移動させながら固形成分を濃縮沈殿させて、液体成分のみを定量反応室に注入して反応・測定する連続した構造を示している。本例では、固液混合物として血液を用いた例を参照して説明する。
Example 1
1A and 1B show one embodiment of a solid-liquid separation / measurement structure according to the present invention. The figure shows a continuous structure in which the solid component is concentrated and precipitated while the solid-liquid mixture dropped near the center is sequentially moved in the centrifugal direction, and only the liquid component is injected into the quantitative reaction chamber for reaction and measurement. This example will be described with reference to an example using blood as a solid-liquid mixture.
図1Aは、本発明の固液分離・測定構造体を構成するロータ基板1を示し、また、図1Bは、ロータ基板1の上に被せて使用される蓋体2を示す。ロータ基板1及び蓋体2は、それぞれ、例えばPDMS、ポリスチレン、PMMA、ポリアクリル等のプラスチック材料よりなり、全体の大きさは、直径30mm位、厚み3mm位である。ロータ基板1と蓋体2は、ロータ基板1の貯留部11と蓋体2の固液混合物用注入口28が、そしてロータ基板1の定量反応室23と蓋体2の脱気用接続口25とが、それぞれ重なりかつ連通するように、接着剤などで貼り合わされる。
FIG. 1A shows a
さらに詳しく説明すると、ロータ基板1において、貯留部11は、固液混合物を注入し、一時的に固液混合物を貯留するための小室である。貯留部11は、第1環状流路12に連通しているが、第1環状流路12は、貯留部11からの固液混合物を、移動速度を制御しながら、第1の固形成分濃縮沈殿部13に移動させるためのものである。第1の固形成分濃縮沈殿部13は、複数段(図示の例では、3段)で設置された固形成分濃縮沈殿部の1段目の濃縮沈殿部を示している。固形成分濃縮沈殿部13は、好ましくは一度収容された血球が再び流路に戻らないように段差が設けられており、環状流路よりも深くなっている。
More specifically, in the
第1環状流路12は、その第1環状流路12と第2環状流路15を連結する第1連結流路14に接続されている。ここで、第2環状流路15は、固形成分を分離した液体成分を定量・反応・測定流路に速度を制御して移動させるものである。第2環状流路15は、その外周方向に第2の固形成分濃縮沈殿部16を有している。第2の固形成分濃縮沈殿部16は、複数段で設置された固形成分濃縮沈殿部の2段目の濃縮沈殿部を示している。なお、本例の場合、固形成分濃縮沈殿部16の合計数は134個であり、よって、その総容積は、(1000×1500×70)μm×134=14.07μLである。
The first
第2環状流路15は、その第2環状流路15と第3環状流路18を連結する第2連結流路17に接続されている。ここで、第3環状流路18は、固液混合物を移動速度を制御しながら移動させるものである。第3環状流路18は、その外周方向に第3の固形成分濃縮沈殿部19を有している。第3の固形成分濃縮沈殿部19は、複数段で設置された固形成分濃縮沈殿部の3段目の濃縮沈殿部を示している。
The second
第3環状流路18は、第3連結流路20を介して分配流路21に連結されている。分配流路21は、図示されるように、それぞれ外周方向に張り出して形成された供給流路22と接続している。供給流路22は、定量反応室23に液体成分を注入するものであり、定量反応室23は、定量、反応及び測定の機能をもった小室である。なお、本例の場合、定量反応室23の合計数は12個であり、よって、その総容積は、(314×0.5×0.5×1.5)μm×12=14.13μLである。
The third
定量反応室23内には、検査用の固体乃至液体の試薬が予め封入されており、血漿により溶解されて発色反応を生じることができる。また、定量反応室23の上部及び下部、必要により側面は、好ましくは透光性部材により形成される。このように構成することによって、外部からの検査光を透過すると共に反射、透過した光を外部へ取り出すために必要な光透過性を確保することができ、光学的測定を容易にかつ正確に実施することができる。
In the
図1Bに示した蓋体2の具体的構成は、以下に図4及び図5を参照して本発明の固液分離・測定構造体を説明する際、同一の参照番号を付して説明することとする。 The specific configuration of the lid 2 shown in FIG. 1B will be described with the same reference numerals when the solid-liquid separation / measurement structure of the present invention is described below with reference to FIGS. 4 and 5. I will do it.
次に、図1Aで示した固液分離・測定構造体の動作を図6A、図6B、図7A及び図7Bを参照して詳細に説明する。 Next, the operation of the solid-liquid separation / measurement structure shown in FIG. 1A will be described in detail with reference to FIGS. 6A, 6B, 7A, and 7B.
まず、図6Aに示すように、ロータ基板1に蓋体2を貼着した後、得られたロータの貯留部11に血液B1を注入する。貯留部11に血液B1を一時的に貯留したまま、ロータを回転装置(図示せず)に装着する。
First, as shown to FIG. 6A, after sticking the cover body 2 to the rotor board |
次いで、数千rpm程度の回転数でロータを回転させる。血液B1は、ロータの回転による遠心力により、第1環状流路12を流れはじめ、第1の固形成分濃縮沈殿部13に次々に流入していく。固形成分濃縮沈殿部13に流入した血液B1はさらに、図6Bに示すように、ロータの回転による遠心力で、比重の大きい血球B2が外周方向に順次蓄積されていく。
Next, the rotor is rotated at a rotational speed of about several thousand rpm. The blood B <b> 1 starts flowing through the first
血液B1の流入が早い順に血球B2が固形成分濃縮沈殿部13の外周方向へ蓄積していくことから、図6Bに示すように、血球B2が、貯留部11側から固形成分濃縮沈殿部13内を十分に埋めていき、また、したがって、血液B3(血球B2が徐々に減少)が、血液の進行方向へ順番に押し出されていくような状態となる。
Since the blood cell B2 accumulates in the outer peripheral direction of the solid component
その後、血液B3は、第1環状流路12から第1連結流路14を通って第2環状流路15を流れていく。よって、上記した第1の固形成分濃縮沈殿部13の場合と同様に、比重の大きい血球B2が、第2の固形成分濃縮沈殿部16の外周方向に順次蓄積されていく。
Thereafter, the blood B3 flows from the first
その後さらに、血液B3は、第2環状流路15から第2連結流路17を通って第3環状流路18を流れていく。第3環状流路18を流れる血液B3は、それに含まれる血球B2が第3の固形成分濃縮沈殿部19に次第に蓄積されるため、血漿B4のみとなる。したがって、第3環状流路18を出て最終的に第3連結流路20を流れる液体は、血漿B4となっている。
Thereafter, blood B3 further flows from the second
第3連結流路20を経て分配流路21に到達した血漿B4は、図7Aに示すように、供給流路22に順次供給され、充填されていき、最後に、排出部24へ到達する。なお、図示していないが、排出部24には、外部容器の他、ロータ上に廃液貯留部を設けてもよい。
As shown in FIG. 7A, the plasma B4 that has reached the
また、分配流路21を通過した血漿B4は、図7Bに示すように、それぞれの供給流路22を介して反応定量室23に供給される。ここで、反応定量室23には血漿と反応して発色反応を呈しうる試薬がすでに収容されているので、反応定量室23内の血漿B5と試薬が発色反応し、外部より、光学的手段(図示せず)を用いて吸光度を計測できる。
Further, the plasma B4 that has passed through the
以上のように、本例では、血液から血球を分離する際、ロータに対して単に一定の回転数を与えていれば、血漿が得られることから、駆動系を簡素化可能とすることができる。 As described above, in this example, when the blood cells are separated from the blood, plasma can be obtained if the rotor is simply given a certain number of revolutions, so that the drive system can be simplified. .
図2は、上記したような本発明の1実施例で、固液混合物すなわち流体(血液)から固形成分(血球)が濃縮沈殿していく仕組みを示したもので、遠心力により固形成分が順次濃縮沈殿していくステップをより具体的に示している。理解されるように、図2は、図1Aの第1段目の第1環状流路12と第1の固形成分濃縮沈殿部13を含む部分を拡大して示したものである。
FIG. 2 shows a mechanism of concentration and precipitation of a solid component (blood cell) from a solid-liquid mixture, that is, a fluid (blood), in one embodiment of the present invention as described above. The step of concentration precipitation is shown more specifically. As can be understood, FIG. 2 is an enlarged view of a portion including the first
図示の固液分離・測定構造体において、ロータが回転すると、第1環状流路12上の血液B1は、各固形成分濃縮沈殿部13に流れ込み、その中で比重の大きい粒子B2が、外周方向に高密度で蓄積されていく。粒子B2が高密度で蓄積されていくため、粒子が減少した液体B3は、固形成分濃縮沈殿部13から順に押し出され、図中の「固液混合物の移動方向」(矢印参照)へ移動していく。初めの固形成分濃縮沈殿部13で外周方向へ蓄積されないものは、次の固形成分濃縮沈殿部13に流れ込み、この部分で外周方向へ蓄積される。また、この固形成分濃縮沈殿部13で蓄積されない場合は、さらに次の固形成分濃縮沈殿部に流れ込み、この部分で外周方向に蓄積される。
In the solid-liquid separation / measurement structure shown in the figure, when the rotor rotates, the blood B1 on the first
このように、本発明によれば、流体(血液)中の固体粒子(血球)は、多数の固形成分濃縮沈殿部13の配列によって、最終的に蓄積され、粒子を含まない流体(例えば血漿、血清)が分離される。なお、図示の固形成分濃縮沈殿部13は、それぞれ凸形状の部屋からなるが、図示のように角型である必要はなく、凸形状であれば如何なる形状であってもよい。例えば、固形成分濃縮沈殿部13は、楕円形、円形等の部屋であってもよい。
Thus, according to the present invention, solid particles (blood cells) in a fluid (blood) are finally accumulated by the arrangement of a large number of solid component
実施例2
本例は、図1Aで示した固液分離・測定構造体において、移動流路の傾斜角度や断面積の変化によって、固液混合物の移動速度を制御するメカニズムを説明するためのものである。以下、固形成分濃縮沈殿部の容積を血液量によって調整した固液混合物の移動・分離構造図を示す図3を参照して説明する。
Example 2
This example is for explaining a mechanism for controlling the moving speed of the solid-liquid mixture in the solid-liquid separation / measurement structure shown in FIG. In the following, description will be made with reference to FIG. 3 which shows a movement / separation structure diagram of a solid-liquid mixture in which the volume of the solid component concentration precipitation part is adjusted by the blood volume.
図3は、第2環状流路15から第3環状流路18に血液が移動する経路を示しており、図中の参照番号は、それぞれ、図1Aの参照番号に対応している。すなわち、血液が第2環状流路15を移動する間、血液の固形成分(血球)は、第2の固形成分濃縮沈殿部16に遠心力により次第に沈殿分離していく。また、第2環状流路15と第3環状流路18を連絡する第2連結流路17は、この遠心方向に設置された流路の傾斜角度や断面積の大きさによって、血漿に近い血液に対して第3環状流路18への移動速度を制御可能である。そして、第3環状流路18は、未分離の固形成分をさらに濃縮沈殿させて分離していく。
FIG. 3 shows a path through which blood moves from the second
第3の固形成分濃縮沈殿部19は、血液の進行方向に従って容積が小さくなるような構成を有する。これは、本例が、血球を収容する固形成分濃縮沈殿部を複数配列して、順次血球を収容していく構成であるため、最後のいわゆる第3環状流路18では、血球数が少なくなっており、固形成分濃縮沈殿部19が大きいと、残留する血漿が多くなってしまい無駄が生じる場合があるからである。
The 3rd solid component
また、第3の固形成分濃縮沈殿部19を有する第3環状流路18は、血液量に応じて容積を調整した固形成分濃縮沈殿部を複数段階設置することが好ましい。固形成分の混入比率が減少して、固形成分の濃縮沈殿部屋に液体成分が残存するといった問題も出てくるが、予めの計算により濃縮沈殿部屋のサイズを固形成分量に合わせて小さくしていけば、より多くの液体成分を分離することができる場合もある。
The third
実施例3
本例は、試薬反応を行う反応定量室におけるエアー抜き(脱気)のメカニズムを説明するためのものである。以下、図4及び図5を参照して本例を説明する。
Example 3
This example is for explaining the mechanism of venting (degassing) in a reaction quantification chamber in which a reagent reaction is performed. Hereinafter, this example will be described with reference to FIGS.
図4は、分離された液体成分を遠心力によって、定量反応室に注入し、同時にエアー抜きをする構造を示し、図1Bで全体を示す蓋体2とおおよそ同じ構成を有している。図5は、図4の線分X−X’にそった断面図である。 FIG. 4 shows a structure in which the separated liquid component is injected into the quantitative reaction chamber by centrifugal force, and at the same time, the air is vented, and has approximately the same configuration as the lid 2 shown in FIG. 1B as a whole. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 4.
図示の例において、最終の分配流路21に連通した第3連結流路20には、粒子が分離した後の液状体が流れてくる。分配流路21は、液体成分の定量・測定流路に繋ぐ流路の構造を有している。分配流路21は、その傾斜角度や断面積の大きさを調整することによって、定量・測定用の供給流路22への液体成分の移動速度を制御する構造を示している。また、液体成分の定量・測定用の供給流路22は、遠心力により順次液体成分が定量反応室23に注入する構造を有している。
In the example shown in the figure, the liquid after the particles are separated flows into the
定量反応室23は、脱気用接続口25を有している。脱気用接続口25と、定量反応室23からエアーを抜き出すための脱気口27と接続流路26とは、図示のように、連通関係を有している。脱気口27は、近心方向に設置されている。
The
ここで図1Bを参照すると、蓋体2は、その表裏を貫通した固液混合物用注入口28を有している。注入口28は、蓋体2を図1Aで示す基板1に貼着する際、貯留部11の部位と一致するように構成されている。
Referring now to FIG. 1B, the lid body 2 has a solid-
これらの流路を備えたロータは、図1Bで示す蓋体2と図1Aで示す基板1の組み合わせよりなるが、基板1は、図示される通り、第1基板11と第2基板12の接合体から形成される。このような構成を採用することで、ロータ内における流路の立体化を図ることができる。
The rotor provided with these flow paths is composed of a combination of the lid body 2 shown in FIG. 1B and the
図示のロータ構造から理解できるように、本例の場合、固形成分の分離後に、遠心操作を停止することなく連続して液体成分の定量・測定が行うことができる。また、図5から理解されるように、液体成分が遠心力により定量反応室に注入されるとき、同時にエアー抜き構造が機能するので、定量反応室が満杯になり、エアー抜き通路の開口位置で液体成分の量が決まり、つり合いをとることできる。 As can be understood from the illustrated rotor structure, in this example, after the solid component is separated, the liquid component can be continuously quantified and measured without stopping the centrifugal operation. Further, as understood from FIG. 5, when the liquid component is injected into the quantitative reaction chamber by centrifugal force, the air vent structure functions simultaneously, so that the quantitative reaction chamber becomes full and the air vent passage is opened. The amount of liquid component is determined and can be balanced.
本発明の固液分離・測定構造体及び固液分離・測定方法は、固液混合物を固液分離・測定構造体に滴下し、遠心分離するだけで固形成分と液体成分を分離し、かつ定量、反応及び測定を同時に実施できる。例えば、固液混合物が血液の場合では、微量な血液を滴下するだけで、血液の生化学検査や免疫検査、がんの診断や感染症の診断等が連続した操作で行なえ、緊急時の検査、ベットサイドでの検査、在宅での検査等に適している。簡易に、高速で、安価に使用できる本発明の構造体及び方法は、したがって、産業上で利用可能性が非常に大である。 The solid-liquid separation / measurement structure and solid-liquid separation / measurement method of the present invention separates and quantifies a solid component and a liquid component simply by dropping the solid-liquid mixture onto the solid-liquid separation / measurement structure and centrifuging it. The reaction and measurement can be performed simultaneously. For example, when the solid-liquid mixture is blood, it is possible to perform blood biochemical and immunological tests, diagnosis of cancer, diagnosis of infectious diseases, etc. by continuous operation by dropping a small amount of blood. Suitable for bedside inspection, home inspection, etc. The structure and method of the present invention, which can be used simply, at high speed and at low cost, are therefore very useful in industry.
Claims (11)
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、
前記基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、
前記貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させるためのものであって、前記貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている渦巻き状の移動流路と、
前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるためのものであって、前記移動流路の遠心側に並置して設置された複数個の多段濃縮沈殿部と
を含んでなることを特徴とする固液分離構造体。A solid-liquid separation Hanare構 granulated body because separating minute solid-liquid mixture into a solid and liquid components,
A substrate having a rotor structure made of a rotatable disc; and
A reservoir of a solid-liquid mixture formed at substantially the center of the substrate;
For moving the solid-liquid mixture injected into the storage part by centrifugal force, a spiral moving flow path developed in the centrifugal direction at an inclination angle from the storage part,
A plurality of multi-stage concentration and precipitation sections arranged in parallel on the centrifugal side of the moving flow path for concentration and precipitation of solid components in the solid-liquid mixture by centrifugal force ;
Solid-liquid fraction Hanare構 Zotai, characterized in that it comprises a.
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