JP4587215B2

JP4587215B2 - 成分分離機構と成分分離方法

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Publication number: JP4587215B2
Application number: JP2005038835A
Authority: JP
Inventors: 三七男山本; 正隆新荻; まり大島; 輝夫藤井
Original assignee: Seiko Instruments Inc; University of Tokyo NUC
Current assignee: Seiko Instruments Inc; University of Tokyo NUC
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: JP2006226753A

Description

本発明は、血液の分析等に用いられる流体の成分の分離、特に有形成分を分離して液体成分のみを抽出するための成分分離機構と成分分離方法に関する。

バイオテクノロジー等の分野において、流体の分析を行う装置として、小型の１枚のチップ内に、分析されるべき流体が流される被検査体流路と、分析すべき流体の反応（生体反応や化学反応など）を生じさせる場となる反応槽部等が設けられた、いわゆるマイクロリアクター（マイクロフルイディクスとも言う）と呼ばれる、分析ができるマイクロ流路機構が注目されている。このマイクロ流路機構は、コンパクトで安価に作ることができ、例えばヘルスケア用の家庭用検査チップとして用いることが考えられている。

マイクロ流路機構がヘルスケア用として用いられ、血液を検査する場合の例を挙げると、人体から採取した血液をマイクロ流路機構の被検査体流路に供給し、その血液中における、病気に起因する抗原の有無や種類を、反応槽部内で生じた反応を検知することによって調べる構成となっている。分析すべき血液は、人体から採取された後に、マイクロ流路機構に供給されるが、抗原は血液中の血漿に含まれるので、抗原の検出等の分析を行う場合には血漿のみが検査対象となり、赤血球、白血球、血小板等の有形成分は不要である。従って、流路中に、血液中の血漿のみを分離抽出して有形成分を除去する機構が設けられている場合が多い。

例えば特許文献１には、被検査体流路中にろ過手段が設けられているマイクロ流路機構が開示されている。このマイクロ流路機構によると、被検査体流路中で血液が複数段階にわたってろ過されて血漿のみが反応槽に到達する。

また、特許文献１の従来例として記載されているように、血漿を分離抽出するための遠心分離機構が設けられた流路機構も存在する。これは、例えば、ろ過手段によってある程度ろ過された血液を、マイクロ流路機構内に設けられたＵ字型の分離流路中に保持した状態で、遠心分離用モータを駆動してマイクロ流路機構自体を高速回転させ、遠心分離によって分離流路中の血漿と有形成分とを分離させるものである。

さらに、非特許文献１には、マイクロ流路機構内に、被検査体流路と平行に、独立したバッファー流路が設けられており、被検査体流路とバッファー流路の境界となる壁面に微小な貫通穴が多数設けられた構成が開示されている。そして、分析すべき流体を被検査体流路に、バッファー液である生理食塩水をバッファー流路にそれぞれ同じ方向に流すと、浸透圧の違いにより、貫通穴を通して流体成分がバッファー流路へ移動して分離抽出される。特に、バッファー流路を多数平行に並べて設け、各バッファー流路の境界となる壁面にはそれぞれ貫通穴を多数設け、各貫通穴は、被検査体流路に近い壁面に設けられたものから遠い壁面に設けられたものまで徐々に小径になるように形成されていると、有形成分の段階的な分離抽出が可能である。
特開２００３−１０２７１０号公報（第２〜３頁） Kazuhiro Iida, 外４名、「Planar Ultra-Filtration Chip For Rapid Plasma Separation By Diffusion」、Micro TAS 2002, Vol.2, p.627-629

特許文献１に記載の構成では、血液の血漿と有形成分とを分離するために、マイクロ流路機構の流路内に複数のろ過手段が設けられている。ろ過を行うためのフィルタ構造が粗いと十分なろ過が行えない可能性があるが、細かいフィルタ構造を設けると、目詰まりが生じて血液の流れが悪くなり、十分な流速が得られなくなる可能性がある。また、細かいフィルタ構造を含む流路は血液にストレスを与え易く、これによって血液凝集が生じる可能性がある。血液凝集によって血液詰まりが生じると、血液の流れがせき止められて、血漿の分離抽出が行えなくなるおそれがある。

また、フィルタ構造を簡素化し、前記したように遠心分離を併用することも考えられるが、遠心分離用のモータを搭載することによってマイクロ流路機構を含むシステム全体が非常に大掛かりになり、高コスト化と、構成の複雑化および大型化を招く。そして、マイクロ流路機構自体が回転させられることによって、マイクロ流路機構に搭載された他のデバイスにダメージを与えるおそれがある。

さらに、非特許文献１に記載の構成では、特許文献１に記載の構成と同様に、小径の貫通穴の付近で目詰まりが起こり、血漿の分離抽出が行えなくなるおそれがある。また、マイクロ流路機構内に設置された２つの流路（検査流路とバッファー流路）に別々の液体を同時に流す必要があるため、各流体の制御が難しい。２つの流路の流量のバランスが狂うと、例えば生理食塩水がバッファー流路から貫通穴を介して被検査体流路へ浸入するおそれがある。しかも、有形成分が除去されて最終的に得られた流体における生理食塩水と血漿との混合比が明確に判らないため、血漿に含まれている抗原の正確な濃度が判らず、分析の精度が低くなる。バッファー流路が２つ以上設けられている場合には、これらの問題がさらに顕著になる。

以上、分析すべき流体が血液である場合について説明したが、血液以外の、有形成分を含む流体を被検査対象とする場合にも、前記したのと同様の問題、またはそれに類似した問題が生じると考えられる。

そこで、本発明は、モータを用いて遠心分離を行うような大掛かりな機構を用いることなく、マイクロ流路機構の内部に構成可能であり、分析すべき流体にストレスを与えることなく、また、分析すべき流体と他の薬液とが混ざることなく有形成分を分離して抽出できる成分分離機構と成分分離方法を提供することを目的とする。

本発明の成分分離機構は、有形成分を含む流体が供給される導入路と、導入路の下流側に接続されており幅が狭くなっている絞り部と、絞り部の下流側に接続されており絞り部よりも広い幅を有するメイン流路と、メイン流路の絞り部との接続部分の近傍から外方へ延び、導入路およびメイン流路よりも幅が狭く、メイン流路の上流側に延びる、有形成分を含まない流体、もしくは、メイン流路を流れる流体と比較して有形成分の割合が少ない流体が流れる分岐流路とを有し、分岐流路はメイン流路の幅方向外側に向かって延びていることを特徴とする。

この構成によると、分岐流路には、有形成分を含まない流体、もしくは有形成分の割合が少ない流体が流れるため、液体成分の抽出が容易にでき、液体成分の分析等の様々な処理が容易に精度よく行える。特に、絞り部によって流速が速くなるとともに有形成分が流路の幅方向の中心線付近に集中するため、液体成分の抽出が行いやすい。この構成を採用すると、外部部材を必要とせず、流路の構成および形状を工夫するだけで高精度の分離抽出が可能になるため、装置の大型化および高コスト化を招かず、構成もさほど複雑にならない。

また、本発明のもう１つの成分分離機構は、有形成分を含む流体が供給される導入路と、導入路の下流側に接続されており幅が狭くなっている絞り部と、絞り部の下流側に接続されており絞り部よりも広い幅を有するメイン流路と、メイン流路の絞り部との接続部分の近傍から外方へ延び、流体に対して遠心力を作用させ、有形成分を含む流体が流れる第１の層と、有形成分を含まない流体、もしくは、メイン流路を流れる流体および第１の層を流れる流体と比較して有形成分の割合が少ない流体が流れる第２の層とを含む層流が流れる分岐流路とを有することを特徴とする。この構成でも、前記した構成と同様に、容易かつ精度よく液体成分の抽出が行え、装置の大型化および高コスト化を招かない。

この構成では、絞り部は導入路側からメイン流路側に向かって徐々に幅が狭くなっており、メイン流路は絞り部との接続部分から徐々に幅が広くなっており、分岐流路はメイン流路との接続部分から徐々に幅が広くなっており、メイン流路の徐々に幅が広くなっている部分の側壁と、分岐流路の徐々に幅が広くなっている部分の一方の側壁が連続して、流路の内側に向かって凸状の円弧形状を形成している。

これによると、モータ等の駆動手段を用いずに、流路構成のみによって遠心分離が行えるため、効率的であるとともに、装置の小型化および低コスト化に寄与する。なお、この成分分離機構においては、分岐流路中には、第１の層と第２の層とを分離させるための仕切り壁が形成されていると、仕切り壁で分離された第２の層のみを供給することによって、液体成分を抽出することが容易にできる。

また、導入路と絞り部とメイン流路はそれぞれの中心線が一致しその中心線を中心として線対称になる形状であり、１対の分岐流路が、その中心線を中心として線対称に形成されていることが好ましい。それによると、流体の流れが安定して１対の分岐流路に等しい条件で液体成分が流れ、流体の流れの制御が容易にできるため、各種条件の設定および微調整が容易である。

本発明の成分分離方法は、有形成分を含む流体を導入路に供給し、流体を導入路から、導入路の下流側に接続されており幅が狭くなっている絞り部を通過させて、流速を速くするとともに有形成分を流路の中心線付近に集中させ、流体を絞り部から、有形成分を流路の中心線付近に集中させた状態のままで、速くなった流速で、絞り部の下流側に接続されており絞り部よりも広い幅を有するメイン流路に流入させて、有形成分を含む流体をメイン流路内を流れさせるとともに、メイン流路の絞り部との接続部分の近傍から外方へ、メイン流路の幅方向外側かつメイン流路の上流側に向かって延びている、導入路およびメイン流路よりも幅が狭い分岐流路に、有形成分を含まない流体、もしくは、メイン流路を流れる流体と比較して有形成分の割合が少ない流体を流れさせることを特徴とする。

本発明のもう１つの成分分離方法は、有形成分を含む流体を導入路に供給し、流体を導入路から、導入路の下流側に接続されており導入路側からメイン流路側に向かって徐々に幅が狭くなっている絞り部を通過させて流速を速くし、流体を絞り部から、速くなった流速で、絞り部の下流側に接続されており絞り部との接続部分から徐々に幅が広くなっており絞り部よりも広い幅を有するメイン流路に流入させて、有形成分を含む流体をメイン流路内に流れさせるとともに、流体を、メイン流路から、メイン流路の徐々に幅が広くなっている部分の流路側壁と、メイン流路の絞り部との接続部分の近傍から外方へ延びている分岐流路の、メイン流路との接続部分から徐々に幅が広くなっている部分の一方の流路側壁とが連続して形成している、流路の内側に向かって凸状の円弧形状に沿って、流体に対して遠心力を作用させながら分岐流路へ流入させて、分岐流路内を、有形成分を含む流体が流れる第１の層と、有形成分を含まない流体、もしくは、メイン流路を流れる流体および第１の層を流れる流体と比較して有形成分の割合が少ない流体が流れる第２の層とを含む層流を流れさせることを特徴とする。さらに、分岐流路内に設けられている仕切り壁によって第２の層を第１の層から分離させて、有形成分を含まない流体、もしくは有形成分の少ない流体を取り出してもよい。

これらの成分分離方法は、流体が血液であり、液体成分は血漿である場合に特に効果的である。

本発明によると、流体の分析に不要な有形成分を分離して、分析に必要な液体成分を容易に抽出することができ、容易に高精度の分析が可能になる。しかも、モータ等の外部部材を必要とせず、フィルタ構造のように非常に微細で複雑な構造も不要であり、比較的簡単で、目詰まりや流体への過大なストレスも生じない構造で、効果的に液体成分の抽出が行える。液体成分にバッファー液等が混入することがなく濃度が一定であるため、高精度の分析が行える。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図１には、分析すべき流体、例えば血液が流される被検査体流路の一部をなす、本発明の第１の実施形態の成分分離機構２の拡大図が示されている。この構成について説明すると、分析すべき流体の一例である血液が供給される所定の幅の導入路３から、先細になっている絞り部４を介して、導入路３よりも幅の広い下流側のメイン流路５に接続されている。メイン流路５の絞り部４との接続部分の両側方には、流路の幅方向の外側かつ上流側に向かって延びる、幅の狭い１対の分岐流路６が接続されている。各分岐流路６は、次第に幅が広がっている拡張部７を介して、幅の広い取出し流路８に接続されている構造である。メイン流路５にはポンプ９ａが、１対の取出し流路８には、ポンプ９ａと独立して作動するポンプ９ｂがそれぞれ接続されている。本実施形態では、導入路３と絞り部４とメイン流路５はそれぞれの中心線１０が一致し、この中心線１０を中心とする線対称形状になるように形成されている。さらに、１対の分岐流路６も、中心線１０を中心として線対称になるように形成されている。なお、流路の各部分において、その幅にかかわらず深さは全て一定である。このようにして、被検査体流路中に含まれる成分分離機構２が構成されている。

この成分分離機構２の内部の血液の流れについて説明すると、分析すべき血液が導入路３に供給され、所定の流速で図１の左方から右方に向けて流れる。そして、絞り部４において流れの幅が狭められることによって流速が速くなってメイン流路５に流入する。このようにして、血液が導入路３から絞り部４を介してメイン流路５へと図１の左方から右方へ流れる一方、メイン流路５に流入した血液の一部が、１対の分岐流路６にそれぞれ流れて行く。このような血液の流れにおける、血液中の血漿（流体成分）と有形成分（赤血球、白血球、血小板など）との挙動について説明する。導入路３を流れている段階では、有形成分は血液中にほぼ均等にまたはランダムに分散した状態であるが、絞り部４において流れの幅が狭くなることによって、前記したように流速が速くなるとともに、有形成分が中心線１０付近に集中する。そして、血液が絞り部４からメイン流路５に流入する際には、有形成分が流路の中心線１０の近傍に集中させられた状態のままで、高速でメイン流路５に流入する。従って、この高速の流れに乗って有形成分は、流路の幅方向にはあまり分散することなく、流路の幅方向の中心線１０付近に集中したまま押し流される。

特に、本出願人は、マイクロ流路のような微細な流路内では物質の拡散に非常に長い時間が必要であり、乱流は生じにくく層流が生じやすいことを見出した。すなわち、マイクロ流路のような微細な流路ではレイノルズ数が小さくなる。そのため、有形成分は、メイン流路５の幅方向の中心線１０付近に集中したまま流れていき、幅方向外側にはあまり広がらない。

有形成分が流路の中心線１０付近に集中させられた状態で、血液が絞り部４からメイン流路５に高速で流入すると、メイン流路５を直進するのみならず、絞り部４とメイン流路５の接続部の近傍かつ幅方向の外側に接続されている１対の分岐流路６にも流れる。ただし、分岐流路６は、有形成分が集中している幅方向中心線１０から離れた位置から分岐しているので、有形成分が幅方向に広がって分散して分岐流路６内に流入する可能性は低い。また、有形成分は血漿に比べて重いため、慣性によってメイン流路５内を直進する傾向が強く、幅方向外側かつ上流側に延びる分岐流路６内に流入する可能性は低い。従って、分岐流路６内には、有形成分を除く液体成分、すなわち血漿のみが流れる。

以上説明したように、本実施形態の成分分離機構によると、血液の有形成分は、ほとんどメイン流路５のみに存在し、１対の分岐流路６とそれに連通する拡張部７および取出し流路８には、有形成分は存在せず、血漿のみが流れる。こうして、有形成分と血漿との分離が行われ、取出し流路８内を流れる流体を取り出すと、分析のために必要な血漿のみを抽出することができる。特に、本実施形態では、各流路の深さが一定であるため、深さが場所によって変化している構成に比べて乱流が発生しにくく層流が形成されやすいので、流体成分の分離抽出に適している。

図２には、図１に示している成分分離機構２の具体的な寸法の一例を示している。なお、図２中に記載している長さの単位は全て［ｍｍ］である。そして、図３には、ポンプ９ａ（図１参照）を作動させてメイン流路５に及ぼす圧力を−３０ｋＰａとして、ポンプ９ｂ（図１参照）を作動させて１対の分岐流路６にそれぞれ及ぼす圧力を−３４ｋＰａ程度にした場合の、血液中の有形成分の流れをシミュレーションした結果を示している。図３では有形成分の流れが図示されており、血漿の流れは図示されていない。この図３から明らかなように、分岐流路６には有形成分が流れ込まず、血漿が完全に分離されて抽出できた。成分分離機構２の各部の寸法や細部の形状を変化させたり、ポンプ９ａ〜９ｃの圧力をはじめとした処理条件を変化させることによって、血漿および有形成分の流れに多少の変化が生じることが考えられるが、少なくとも、本実施形態の流路構成によって、有形成分を含まない血漿のみ、もしくは、メイン流路５を流れる流体と比較して有形成分の割合が著しく少ない血液が抽出でき、血漿と有形成分の分離抽出にある程度の効果が得られる。

［第２の実施形態］
図４には、本発明の第２の実施形態の成分分離機構３２の拡大図が示されている。本実施形態の成分分離機構３２は、第１の実施形態の成分分離機構２と同様に、導入路３３から絞り部３４を介してメイン流路３５に接続されており、メイン流路３５の絞り部３４との接続部分の両側方に１対の分岐流路３６が接続されている。本実施形態では、絞り部３４は導入路３３側からメイン流路３５側に向かって徐々に幅が狭くなっており、メイン流路３５は絞り部３４との接続部分から徐々に幅が広くなっており、分岐流路３６はメイン流路３５との接続部分から徐々に幅が広くなっている。そして、絞り部３４の徐々に幅が狭くなっている部分の流路側壁３４ａと、メイン流路３５の徐々に幅が広くなっている部分の流路側壁３５ａと、分岐流路３６の徐々に幅が広くなっている部分の一方の側壁３６ａがそれぞれ連続して、流路の内側に向かって凸状の円弧形状を形成している。さらに、分岐流路３６の徐々に幅が広くなっている部分の他方の側壁３６ｃは、一方の側壁３６ａと線対称な円弧形状を形成している。同様に、絞り部３４の徐々に幅が狭くなっている部分の流路側壁３４ｂと、メイン流路３５の徐々に幅が広くなっている部分の流路側壁３５ｂと、分岐流路３６の徐々に幅が広くなっている部分の一方の側壁３６ｂがそれぞれ連続して、流路の内側に向かって凸状の円弧形状を形成しており、分岐流路３６の徐々に幅が広くなっている部分の他方の側壁３６ｄは、一方の側壁３６ｂと線対称な円弧形状を形成している。

メイン流路３５にはポンプ３９ａが、１対の分岐流路３８には、ポンプ３９ａと独立して作動するポンプ３９ｂがそれぞれ接続されている。導入路３３と絞り部３４とメイン流路３５はそれぞれの中心線４０が一致し、この中心線４０を中心とする線対称形状になるように形成されている。さらに、１対の分岐流路３６も、中心線４０を中心として線対称になるように形成されている。

本実施形態の成分分離機構３２では、各分岐流路３６内に仕切り壁４１が形成されており、分岐流路３６は仕切り壁４１によって第１流路部４２と第２流路部４３に分かれている。この分岐流路３６には、後述するように層流が流れるため、この層流の第１の層が第１流路部４２を流れ、第２の層が第２流路部４３を流れる。なお、流路の各部分において、その幅にかかわらず深さは全て一定である。このようにして、被検査体流路中に含まれる成分分離機構３２が構成されている。

この成分分離機構３２の内部の流れについて説明すると、分析すべき血液が導入路３３に供給され、絞り部３４において流れの幅が狭められて流速が速くなりつつメイン流路３５へと図４の左方から右方へ流れる一方、メイン流路３５に流入した血液の一部が、１対の分岐流路３６にそれぞれ流れて行く。このような血液の流れにおける、血液中の血漿（流体成分）と有形成分（赤血球、白血球、血小板など）との挙動について説明する。導入路３３を流れている段階では、有形成分は血液中にほぼ均等にまたはランダムに分散した状態であるが、絞り部３４において流れの幅が狭くなることによって、前記したように流速が速くなるとともに、有形成分が中心線４０付近に集中する。そして、血液が絞り部３４からメイン流路３５に流入する際には、流路の中心線４０の近傍で、有形成分が集中させられた状態のままで高速でメイン流路３５に流入する流れの他に、流路側壁３４ａ，３５ａ，３６ａが連続して形成している円弧に沿って図４上方の一方の分岐流路３６に流入する流れと、流路側壁３４ｂ，３５ｂ，３６ｂが連続して形成している円弧に沿って図４下方の他方の分岐流路３６に流入する流れとが生じる。

このように流路側壁からなる円弧に沿って進行する流れには遠心力が作用して、重い有形成分と軽い液体成分（血漿）とは遠心分離する。しかも、前記したように、有形成分が流路の中心線４０の近傍に集中させられた状態から流れが分岐するので、有形成分を含む第１の層と、有形成分を含まない血漿のみの第２の層とが容易に分離しやすい。そして、前記したように、マイクロ流路のような微細な流路内では物質の拡散に非常に長い時間が必要であり、乱流は生じにくく層流が生じやすいため、遠心分離によって第１の層と第２の層とに一旦分離した層流は、その分離状態を保ったまま分岐流路３６を進行する。仕切り壁４１を、第１の層と第２の層との境界位置に精度よく形成することによって、第２流路部４３には有形成分を除く血漿のみが流れる。

以上説明したように、本実施形態の成分分離機構によると、１対の分岐流路３６の第２流路部４３には有形成分は存在せず血漿のみが流れる。こうして、有形成分と血漿との分離が行われる。第２流路部４３内を流れる流体を取り出すと、分析のために必要な血漿のみを抽出することができる。特に、本実施形態では、各流路の深さが一定であるため、深さが場所によって変化している構成に比べて乱流が発生しにくく層流が形成されやすく、流体成分の分離抽出に適している。

図５には、図４に示している成分分離機構３２の具体的な寸法の一例を示している。なお、図５中に記載している長さの単位は全て［ｍｍ］である。そして、図６には、ポンプ３９ａ（図４参照）を作動させてメイン流路５に及ぼす圧力（−３０ｋＰａ）と、ポンプ３９ｂ（図４参照）を作動させて１対の分岐流路６にそれぞれ及ぼす圧力（−３０ｋＰａ）とを等しくして、その際の血液中の有形成分の流れを観察した結果を示している（ただし左右が図４，５とは逆になっている）。図６では有形成分の流れが濃く明確に図示されており、血漿の流れはごく薄くしか図示されていない。この図面から明らかなように、流路側壁が連続して形成されている円弧形状に沿って流れる部分から、流体の流れは、有形成分を含む第１の層と、有形成分を除く血漿のみが流れる第２の層とからなる層流となり、屈曲している部分も含めて、下流の分岐流路３６全体にわたって、層流が保たれていることがわかる。したがって、第１の層と第２の層を仕切り壁４１によって分離させると、分岐流路３６の第２流路部４３には有形成分が流れ込まず、血漿が完全に分離されて抽出できた。成分分離機構３２の各部の寸法や細部の形状を変化させたり、ポンプの圧力をはじめとした処理条件を変化させることによって、血漿および有形成分の流れに多少の変化が生じることも考えられるが、少なくとも、本実施形態の流路構成によって、血漿のみ、もしくは、メイン流路３５を流れる流体および第１の層を流れる流体と比較して有形成分の割合が少ない血液が抽出でき、血漿と有形成分の分離抽出にある程度の効果が得られる。

本実施形態では、絞り部３４の流路側壁３４ａが、メイン流路３５の流路側壁３５ａおよび分岐流路３６の一方の側壁３６ａに連続して、流路の内側に向かって凸状の円弧形状を形成しているが、絞り部３４の流路側壁３４ａは直線的に延びており、メイン流路３５の流路側壁３５ａと分岐流路３６一方の側壁３６ａのみが、流路の内側に向かって凸状の円弧形状を形成する構成であってもよい。また、分岐流路３６の他方の側壁３６ｃは、一方の側壁３６ａと線対称な円弧形状を形成していなくてもよい。また、分岐流路は１対でなくても片側に１つまたはそれ以上の分岐流路があってもよい。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態の成分分離機構２では分岐流路６に、第２の実施形態の成分分離機構３２では分岐流路３６の第２流路部４３に、有形成分を除いた血漿（または、少なくとも有形成分の含有量の少ない血液）が抽出可能である。従って、これらの成分分離機構６，３６を用いることによって、抗原検出等の分析に不要な有形成分を分離して、分析に必要な血漿を容易に抽出することができる。しかも、マイクロ流路機構に形成される凹部の形状を変えて分岐流路６，３６を追加するだけで、モータ等の外部部材を必要とせず、また、フィルタ構造のように非常に微細な構造も不要であり、比較的簡単で、目詰まりや流体への過大なストレスも生じない構造で、効果的に血漿の抽出が行える。しかも、バッファー液等は使用しないため、血漿の濃度が変動するおそれがなく、高精度の分析が行える。

なお、本発明の成分分離機構２，３２は、血液以外の、有形成分を含む流体を対象としても広く応用でき、前記したのと同様な効果が得られる。そして、抗原検出等の流体分析に限られず、有形成分を分離し流体成分を抽出した後にいかなる処理を行う場合であっても、本発明は有効である。有形成分の一種として、流体に混入したごみやちりなどの不純物の除去のためにも使用可能であり、その場合には、単に流体の純度を高めるための目的に使用することも、本発明の範囲内に含まれる。

前記した各実施形態では、独立して作動する複数のポンプを用いているが、これに限定されるものではなく、単一のポンプから、独立して作動する複数のレギュレータを介して各流路に接続してもよい。また、流路の形状や流速等を適宜に調節して、圧力差をつけなくても前記したような成分分離が可能である場合には、単一のポンプから直接各流路に接続する構成にすることもできる。

本発明の第１の実施形態の成分分離機構を示す概略図である。図１に示す成分分離機構の具体的な寸法の一例を示す概略図である。図１，２に示す成分分離機構を用いた成分分離方法のシミュレーション結果を示す模式図である。本発明の第２の実施形態の成分分離機構を示す概略図である。図４に示す成分分離機構の具体的な寸法の一例を示す概略図である。図４，５に示す成分分離機構を用いた成分分離方法の実際の流れの観察結果を示す図である。

符号の説明

２，３２成分分離機構
３，３３導入路
４，３４絞り部
５，３５メイン流路
６，３６分岐流路
７拡張部
８取出し流路
９ａ〜９ｃポンプ
１０，４０中心線
３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ流路側壁
３６ａ，３６ｂ一方の側壁
３６ｃ，３６ｄ他方の側壁
３９ａ，３９ｂポンプ
４１仕切り壁
４２第１流路部
４３第２流路部

Claims

有形成分を含む流体が供給される導入路と、
該導入路の下流側に接続されており幅が狭くなっている絞り部と、
該絞り部の下流側に接続されており該絞り部よりも広い幅を有するメイン流路と、
前記メイン流路の前記絞り部との接続部分の近傍から外方へ延び、前記導入路および前記メイン流路よりも幅が狭く、前記メイン流路の上流側に延びる、前記有形成分を含まない流体、もしくは、前記メイン流路を流れる流体と比較して前記有形成分の割合が少ない流体が流れる分岐流路と、
を有し、
前記分岐流路は前記メイン流路の幅方向外側に向かって延びている
ことを特徴とする成分分離機構。
有形成分を含む流体が供給される導入路と、
該導入路の下流側に接続されており幅が狭くなっている絞り部と、
該絞り部の下流側に接続されており該絞り部よりも広い幅を有するメイン流路と、
前記メイン流路の前記絞り部との接続部分の近傍から外方へ延び、前記流体に対して遠心力を作用させ、前記有形成分を含む流体が流れる第１の層と、前記有形成分を含まない流体、もしくは、前記メイン流路を流れる流体および前記第１の層を流れる流体と比較して前記有形成分の割合が少ない流体が流れる第２の層とを含む層流が流れる分岐流路と
を有し、
前記絞り部は前記導入路側から前記メイン流路側に向かって徐々に幅が狭くなっており、前記メイン流路は前記絞り部との接続部分から徐々に幅が広くなっており、前記分岐流路は前記メイン流路との接続部分から徐々に幅が広くなっており、
前記メイン流路の徐々に幅が広くなっている部分の側壁と、前記分岐流路の徐々に幅が広くなっている部分の一方の側壁が連続して、流路の内側に向かって凸状の円弧形状を形成している
ことを特徴とする成分分離機構。
前記分岐流路中には、前記第１の層と前記第２の層とを分離させるための仕切り壁が形成されている、請求項２に記載の成分分離機構。
前記導入路と前記絞り部と前記メイン流路はそれぞれの中心線が一致し該中心線を中心として線対称になる形状であり、１対の前記分岐流路が、前記中心線を中心として線対称に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の成分分離機構。
有形成分を含む流体を導入路に供給し、
前記流体を前記導入路から、該導入路の下流側に接続されており幅が狭くなっている絞り部を通過させて、流速を速くするとともに前記有形成分を流路の中心線付近に集中させ、
前記流体を前記絞り部から、前記有形成分を流路の中心線付近に集中させた状態のままで、速くなった流速で、前記絞り部の下流側に接続されており前記絞り部よりも広い幅を有するメイン流路に流入させて、前記有形成分を含む前記流体を前記メイン流路内に流れさせるとともに、
前記メイン流路の前記絞り部との接続部分の近傍から外方へ、前記メイン流路の幅方向外側かつ前記メイン流路の上流側に向かって延びている、前記導入路および前記メイン流路よりも幅が狭い分岐流路に、前記有形成分を含まない流体、もしくは、前記メイン流路を流れる流体と比較して前記有形成分の割合が少ない流体を流れさせることを特徴とする成分分離方法。
有形成分を含む流体を導入路に供給し、
前記流体を前記導入路から、前記導入路の下流側に接続されており前記導入路側からメイン流路側に向かって徐々に幅が狭くなっている絞り部を通過させて流速を速くし、
前記流体を前記絞り部から、速くなった流速で、前記絞り部の下流側に接続されており前記絞り部との接続部分から徐々に幅が広くなっており前記絞り部よりも広い幅を有する前記メイン流路に流入させて、前記有形成分を含む前記流体を前記メイン流路内に流れさせるとともに、
前記流体を、前記メイン流路から、前記メイン流路の徐々に幅が広くなっている部分の流路側壁と、前記メイン流路の前記絞り部との接続部分の近傍から外方へ延びている分岐流路の、前記メイン流路との接続部分から徐々に幅が広くなっている部分の一方の流路側壁とが連続して形成している、流路の内側に向かって凸状の円弧形状に沿って、前記流体に対して遠心力を作用させながら前記分岐流路へ流入させて、前記分岐流路内を、前記有形成分を含む前記流体が流れる第１の層と、前記有形成分を含まない流体、もしくは、前記メイン流路を流れる流体および前記第１の層を流れる流体と比較して前記有形成分の割合が少ない流体が流れる第２の層とを含む層流を流れさせることを特徴とする成分分離方法。
前記分岐流路内に設けられている仕切り壁によって前記第２の層を前記第１の層から分離させて、前記有形成分を含まない流体、もしくは、前記メイン流路を流れる流体および前記第１の層を流れる流体と比較して前記有形成分の割合が少ない流体を取り出す、請求項６に記載の成分分離方法。
前記流体は血液であり、前記液体成分は血漿である、請求項５〜７のいずれか１項に記載の成分分離方法。