JP4606727B2 - 体液成分診断用チップ - Google Patents

Description

本発明は、各種疾病を体液成分を検査して診断する体液成分診断用チップに関する。

今般、血液の状態を、血液のどろどろ、さらさらといった言葉によって表現し、血液の状態と各種の疾病との関連性が解明されるにつれ、血液に対し、より多くの人々が関心を持つようになった。
例えば、血液の粘性度が食生活、ストレス、血球の老化等が関与していること、赤血球の変形能が、血糖等による膜の変質に関係していること、血小板の凝集能が過度のアルコールや糖分を摂り過ぎに関係していること、白血球の粘着性がストレス、紫外線、喫煙で白血球が出す活性酸素に起因していること、赤血球の膜の硬さがコレステロール等に関係していること、等が示される。
疾病との関連性が指摘される血液のどろどろ、さらさらといった状態は、下記の先行技術で示される様な特定の形状、状態を有する格子を通過する血球の状態をモニターで直接観察することができる。
特にモニターに映し出される血液の状態が、どろどろ、さらさらをわかりやすく示すことから、専門家ではない、一般の人たちでも理解できるようになってきているのである。

血液の状態と疾病との関係がより解明されることは、日常生活の中で、毎日又は周期的に血液の状態を自ら観察し、健康状態を知ることが希求され、又、予防することにおいても重要となるのである。

特開平９−２７８７４２号公報

しかしながら、モニターによる視覚を通じた血液の状態を観察できるような装置は、高額でしかも専門家による取り扱いが前提であり、結局医療機関への通院、アクセスを要するものであり、自分の血液情報を簡単に知ることができるといったものではない。

上記に鑑み本発明は、チップ上に複数の分岐流路とこれにつながる化学的、生化学的、物理的な複数の測定機構を設けることによって、微量の血液を注入するだけで、同時に複数の血球診断が行える血球診断システムを提案すると共に、 主に血液に対し、負荷的作用を標準化した状態で与え、当該負荷による血液の変化を少なくとも視覚で判断可能とし、その様な構成を、微量血液で、しかもチップ状に納めることで、容易に、血液の状態を知ることができ、特に専門知識がなくても、血液の異常が判断できるようにするものである。

本発明は、より少量の血液で、しかもチップタイプ可能なユニットにより、体液の状態を少なくとも目視的に診断することを可能とする。

本発明は、少なくとも体液成分に対して、負荷をかける為の流路と、当該負荷によって、生じる血液成分の変化を、好ましくは目視によって観察手段を有するものであって、好ましくは数cm2程度のチップ上に納められる程度に小型である。
本発明における体液成分とは、血液、尿、汗、精液、唾液、その他の浸出液であって、その中の、白血球、赤血球、血小板等の粒子を含むものである。又、本発明において、用いられる体液成分は、希釈されたもの、全血、特定の成分を分離したもの等が例示される。

又、負荷をかける為の流路とは、基板に設けられた溝であって、好ましくは、毛管力により自発的に流体が移動するような大きさが好ましい。
負荷をかけるための流路とは、入力側と出力側の口径を異なるような流路にしたり、いわゆる吸着カラム用ビーズを配置したり、突起等の傷害物を配置したりする場合を例示するが、この様な、負荷物を流路上に配置する場合や、血流速度を測定して、基準値との比較を行う様な、外部加圧、移動機能などを流体本来に与えても良い。
又、口径を、より小さくすること、ボトルネックを形成すること、等も、負荷に含まれるものとする。
負荷によって生じる血液成分の変化を観察する観察手段とは、例えば、カメラ、目視、顕微鏡、吸光度計測器、血流計、血流量計、比色計、等が例示され、少なくとも、流路内の体液成分の応答情報が観察できる手段であれば良い。

更に本発明は、負荷を備えた流路であって、その径が異なる、或いは、負荷の程度が異なる複数の流路を設け、それぞれの径の異なる流路に、識別符号を付したものを基板上に設けたものであっても良い。
即ち、実際の血管に見立てた流路を、内部の状態を同じくしたまま、複数本、その径、長さを変えたものを用意する。径等の変化は、予め設定されたものであり、設定値は、容易に知られるような状態、例えばバーコード等を付する。
診断項目については、全ページを表にしたり、前ページ表にしたりする場合もある。 この複数の流路にそれぞれ、血液成分を流し、どの径の流路で、より血液成分の流れが悪いかを測定したり、どの径で溶血したりするかを測定するものであっても良い。
溶血した流路の径が大きいほど、血液成分は、硬直劣化しておりコレステロールが高く、動脈硬化になりやすいことが容易に理解される。
又、粘性を調整するような特定の希釈液を加えた、異なるサンプルを複数用意して、同一の負荷付き流路に流して、どのレベルの希釈で、流れが鈍くなるかを測定し、べたべた、ねばねば度を測定しても良い。
又、目視に限らず、光学的電気的な測定を行った後、コンピュータで処理可能なデータ化を行い、当該データに基づいて自動診断を行って、モニターにその診断結果を表示したり、当該データを、携帯電話等の移動処理送信端末に取り込み、これをセンターに送信して、正確な診断や、健康管理アドバイスを提供するものであっても良い。

次に本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の血球に対し検査項目に応じ物理的負荷を有する流路を備えた１実施例を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印ＡＬから見た図である。
図１は、一枚の基板１０に溝を形成して流路と入出力口を形成したものである。
１１は、入力部であり、血液成分を供給する部分である。
血液成分とは、全血、希釈血液、及び血球含有溶液、その他測定対象成分含有溶液を含む。
１２は、分配流路であり、それぞれ負荷流路１５ａ〜１５ｊへ血液を分配する為のものである
１３は出力口であり、分配後の余分な血液を取り出すか、又は貯留する部分である。
１４ａ〜１４ｊは取出口であり、空気穴などと連結している。これらの取出口は、負荷計測後の溶液を回収する為のものであるほか、負荷後の血液成分の状態を観察するための部分である。
１５ａ〜１５ｊは、負荷流路であり、測定対象によって様々な形状構成を有する。更に、流路途中には、外部から状態を観察可能な、窓部が設けられている場合もある。 １６は被覆板であり、基板１０に貼着して使用される。被覆板１６は、少なくとも基板１０との貼着能力を有するものであればよいが、例えば、基板１０との接触面に、シリコーンによる膜１７を形成した要部が透明ＰＥＴよりなる支持板１８が示される。
シリコーン膜１７は、それのみで、保形性を有するものであれば、支持板１８がなくとも担体で使用可能である。
本実施例は、主に、外部から、光学的な測定により計測が行われるため、透明な材質が好適に利用されるが、その他、特定の波長を通過できるのであれば、透明でない場合もあり得る。
本発明における、基板と、被覆板との結合は、何れか一方又は両方の貼着力によって行われる場合の他、互いの静電気的結合を利用しても良い場合もある。
即ち、帯電性の高いプラスチックフィルムと、基板とを当接しても良い場合もある。

本実施例においては、駆動源を毛管力に依存させる場合を示す。即ち、口径を１ｍｍ以下にして、入力口１１へ、血液成分溶液を滴下入力すると、毛管力により自動的に分配流路を移動し、それぞれの負荷流路１５へ、移動するようにするものである。
この様に毛管力を利用した場合は、外部駆動源を要せず、滴下のみで、血液成分の負荷的試験を行うことができるのである。
尚、負荷流路には、定量部を設けても良い場合もある。その際は、定量後の溶液を、進行させるための空気圧による駆動源を別途追加する場合もある。

本実施例における負荷流路１５の具体的例を図２以降に示し、説明する。
図２において、２１は、定量部であり、分配流路１２を毛管力などで移動してきた血液成分液が、そのまま移動して充填されることで流路容積に対応した量を定量する部分である。
２２は、ネック部であり、定量部２１の血液を定量するために一度留め置く部分である。
２３は、血液成分液移動部であり、その径が血球などの粒子が影響を受ける程度（３μm〜１０μm）のものとする。
２４は、取出口であり、流路を通過した血液が一時的に貯留する部分である。
図２では、分配流路１２の血液成分液が、定量部２１に自動的に充填され、定量化された後、分配流路に、所定の空気圧を加える。この空気圧によりネック部２２を血液成分液は通過し、血液成分液移動部２３を進行する。血液成分液移動部２３の径は内部の粒子、赤血球の移動に対し抵抗を与える程度の径であって、健常人の血球を予めこの血液成分液移動部２３を通過させてその速度を記録しこれを基準として、試料の速度を比較し、遅い場合は、より硬化した状態の赤血球である等の粒子の状態を測定する。
速度の測定は、目視による方法、速度計、ドップラー計測法などが好適に利用される。

図３において、図２と同一の部分は、同じ番号を付して説明を省略する。以下の図面においても同様である。
３１は、放射状に開口した第１流路であり、３２は、粒子粘着部であり、例えば、白血球を捕捉する場合は、活性酸素が増加すると粘着しやすくなる白血球の性質を利用し過酸化状態に活性化した透明な樹脂板等を設置することで構成される。
３３は、第２の流路であり、取出口３４へ、通過してきた血液成分液を出力する為の部分である。
本実施例では、粒子粘着部３２で捕捉した粒子を、外部からの光透過によりその検量線を検出し、粘着力によって捕捉されている粒子の粘着性を測定する。

図４は、血球の数量と形状を計測する為の構成であり、４１は、第１流路であり、進行方向に対し、次第に狭くなるような流路が形成されている４２は、白血球分離部であり、白血球と結合する抗体を塗布した面等で形成され、４３は、第２流路であり、４１と同様、次第に狭くなる流路を有する。次第に狭くすることで血液は狭い方向に自動的に進行していく。
４４は、赤血球分離部であり、出口部に赤血球の通過を阻止するための３μｍ×３μｍのフィルターを設置する。、４５は、第３流路であり、４１、４３と同様の構成を有する
。尚、十分な分離ができない場合は、白血球だけ分けて、後は染色法で色分けして計数しても良い。
４６は、血小板分離部であり、４７は第４流路であり、進行方向が収束する様な形状を有する。
これら分離部において、分離された血球の数量は光透過度で計測し、形状は、顕微鏡下で、拡大観察する。取出口４８に到達したものの成分、粘度を分析して状態を測定するものであってもよい。
複数の種類の粒子を分離することで、一度の試行により複数の粒子の状態を測定し、複合的な判断を行うことを可能とする。
各血球のサイズで分ける場合のフィルタの孔径を以下に示す。
白血球＜好中球：直径１２〜１５μｍ、好酸球：直径１３〜１８μｍ、好塩基球：直径１２〜１６．２μｍ、単球：直径１５〜２０μｍ、リンパ球：直径６．５〜１６．８μｍ＞、赤血球：直径７．８２士０．６２ 厚さ２．５８士０．２７μｍ、血小板：２〜４μｍ。

以上の様に目的に応じた孔径をもつフィルタをマイクロ流路の各段階に設けることで、各種血液細胞を分離抽出することが可能である。
血液中に含まれる血液細胞の数量は、赤血球（４５０〜５００万個／μｌ）、白血球（４千〜９千個／μｌ）、赤血球（１５〜４０万個／μｌ）であり、その全てを分離抽出する場合や、一部分離抽出する場合がある。即ち、血液細胞の強度を測定できれば良く、そのための量を抽出できればよいのである。
分離抽出を、手作業等で行う場合やその存在を確認する場合など各部屋に特定の細胞を染色する染色剤を設置しておく方法もある。多種の色調が得られる（ロマノウスキー効果）普通染色法（ロマノウスキー染色法）で各種細胞を染め分け、その色調から画像解析する。ここでのポイントは、細胞が重ならないように薄くしておくことで、現行法の薄層塗抹標本作製法は苦労している。メチレンアズール・エオシン染色法の例：メチレンアズール（塩基性色素）は青色の陽イオンで、エオシン（酸性色素）は赤橙色の陰イオンなので、赤血球のヘモグロビンは、エオシンで赤橙色に染まり、白血球の核や血小板はメチレンアズールで青系統に染まる。この色調差で各血液細胞を解析・計数しても良い

図５は、赤血球の変形能の測定を行うための流路である。
５１は、流路であり、進行方向に対して先細りの形状を有するものであって、一定の間隔に、突起を設け、血球などの粒子の通過時間を測定したり、溶血度をチェックしたりする。
場合によっては、この突起５２の形状は、鋭角的であって、粒子への刺激を与える形状を有する。この突起５２に衝突する粒子は、柔軟性があれば溶血等の破壊は生じないが、硬化した状態であれば、破壊され、溶血する。取出口５３に出力される粒子が、溶血など破壊されている場合等、血液成分の劣化がわかる。

図６は、図３と同様の構成を有し、６２を、その他の測定室としたものである。
測定室６２は、例えば、ヘモグロビン濃度測定室とし、シアンメトヘモグロビン法、非シアン界面活性剤法（ＳＬＳ法）の為の試薬等を配置したものであって、測定室６２で、ヘモグロビンの変化量を特定波長（５７０ｎｍ）で外部照射光により測定する。６４は、取出口である。

その他、測定室６２を浸透圧抵抗を測定するための測定室とし、食塩液等の低張塩類溶液に赤血球を浮遊させ、溶血の開始と完了時の溶液の濃度を光学的（光透過度等）に計測し、浸透圧抵抗度を測定するものである。
その他、測定室６２に免疫系細胞と反応し凝集させる抗体を結合させたラテックスビーズ等を配置し、凝集に関連する各種反応を加速的に生じさせ、この測定室６２を光学的に測定して、免疫系細胞の定量等を測定する。

図７は、先細りの流路７１の、先端に赤血球負荷部７２を設けることで溶血を促す為の構成としたものである。
赤血球負担部７２は、化学的又は物理的に赤血球膜を破壊可能とする鋭利な構成を設け、溶血量を取出口７３で、目視、画像、分光により測定する。
先細りの流路７１は、血液成分液の流れを加速させ、粒子を負荷部７２に勢いよく衝突させる。
５μｍのビーズを詰めて、赤血球を微細な圧力をかけて押し込むだけで溶血が経験的に示されること、赤血球は、理論的には３μ×３μの隙間は通り抜けられないことがしめされる。

本発明の他の実施例を、図８を参照して説明する。
９０は、基板であり、図１で示したものと同様の材質を採用し得る。又、図１で示した被覆板１６との貼着状態により結合した状態で使用されてもよい。
基板９０に溝、凹部を設けて、各種流路、入出力口が形成される。材質は、透光性を備えることが好ましいが、取出口９５ａ〜９５ｄで、判定するのであれば、特に透光性に限
るものではない。
９１は入力口であり、９２は分配流路である。９３は、出力口であり、分配流路９２は、好ましくは、毛管現象による自走可能な大きさが採用される。
９４ａ〜９４ｄは、負荷流路であり、何れも互いに異なる所定量の口径を有する流路が形成されている。
負荷流路９４ａ〜９４ｄは、その何れもが、図５、図７で示す障害物を同一の配置構成で持っている。
即ち、内部構造が同じで流路の口径が互いに異なる流路が配列されている。
９５ａ〜９５ｄは、取出口であり、それぞれ、負荷流路９４ａ〜９４ｄに対応して連結され、負荷流路において、負荷をかけられた血液成分を取り出して、必要に応じて成分測定を行う。

成分測定は、少なくとも負荷の程度によって、状態が変わった点を確認できれば良く、例えば、溶血したかしないか、血液成分が取り出し口へ到達したかしないか程度のものでも足りる。
９６ａ〜９６ｄは、識別ラベルであり、当該チップを、自動的に計測する場合に好適に使用される。当該識別ラベルには、口径の大きさ、長さなどの情報が記載されており、図８では、バーコードで表現されている。

次に図８で示す実施例の動作を説明する。
入力口９１から血液成分溶液を滴下するなどして入力する。分配流路９２の毛管力により、血液成分溶液を各負荷流路へ分配する様に自走させる。
各負荷流路へ到達した血液成分溶液は、毛管力により、各取出口９５に到達しようとす
るが、血液成分の状態により、移動が困難になると共に、流路内の障害物の存在により、柔軟性の無い成分、例えば赤血球は、溶血し、取出口９５に現れる。
赤血球が溶血して現れた取出口９５が、広いほど、血中コレステロール等の、疾病原因が高い状態となることが、目視により理解できる。
この流路の大きさと溶血の状態から、だれにでも、血液の状態を観察することができる。

本発明は、目視的に血液の状態を測定することができ、その状態の判定は、個々の流路との関連性を示せば、患者、被験者自体であっても、容易に知り得るものであるが、更に詳細を知りたい場合は、今般の、携帯電話に付属されるカメラ等の、小型デジタルカメラによる撮影を行い、これを、専門機関に送信することで、専門的知識の授受を可能とする。
即ち、当該チップを撮影し、インターネット網、携帯電話網などを利用して送信する。
受信した専門機関は、溶血の程度等から、動脈硬化の可能性、等より専門的な診断を行い、利用者に同一又は、異なる連絡網を用いて送信する。
又、専門的な機関の中間等には、データの記録管理を行う機関、更に、血液状態から健康管理指導をおこなう機関が介在しても良い。

本発明は、より簡易で、手軽に血液の状態が確認でき、しかも少量の血液で確認できることから、生活習慣病等の可能性を、自ら確認することができる。

本発明の一実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。 本発明の他の実施例を示す図。

１０ 基板
１１ 入力部
１２ 分配流路
１３ 出入口
１４ａ〜１４ｊ 取出口
１５ａ〜１５ｊ 負荷流路
１６ 被覆板

Claims (3)

1. 体液成分を供給する入力部(11)を有する分配流路(12)、前記分配流路(12)とそれぞれ接続する複数の負荷流路（１５a〜１５j）よりなり、 前記負荷流路は、定量部（２１）及びネック部（２２）及び流路ごとに異なる負荷及び前記負荷を通過する体液成分を観察測定する窓部を備えてなり、前記分配流路(12)の体液成分が前記負荷流路の定量部(21)を充填した後、前記分配流路(12)に空気圧を加えることで、定量部(21)の体液成分がネック部(22)を通過し、負荷流路内を進行させる体液成分診断用チップ。
2. 健常人の血球を予め負荷流路内の障害物を通過させて基準となる速度を記録し、試料となる血液を前記負荷流路を通過させた際の速度と比較して血球の状態を比較することを特徴とする請求項１の体液成分診断用チップ。
3. 前記負荷流路付近には、当該負荷流路を識別する識別ラベル（９６a〜９６d）が付されている請求項１に記載の体液成分診断用チップ。

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