JP4763794B2 - 懸濁液における相の体積分率測定装置および手段 - Google Patents

Description

本発明は、懸濁液、すなわち液相と固相とを含む多相混合物における相の体積分率を測定する装置および手段に関する。具体的には、本発明は全血のヘマトクリット値ＨＫＴ、すなわち細胞構成要素の一部の体積の全体の体積に対する比率を測定するのに適している。

血液のヘマトクリット値ＨＫＴの測定方法は、先行技術から既知である。ヘマトクリット値を測定するための１つの既知の方法は、電気伝導度測定に基づいており、測定された電気伝導度はヘマトクリット値に反比例する。このような方法は例えば、以下のLother Thomas著「Labor und Diagnose（実験および診断）」、１９９８年TH-BOOKS発行、第５巻およびK. Doerner著「Klinische Chemie und Haematologie（臨床化学および血液学）、１９９８年、２００３年ドイツシュトゥットガルドGeorg Thieme Verlag（ゲオルグ・チーメ出版）に説明されている。さらに、出願時点で、電気伝導度測定を用いたヘマトクリット値測定のための製品が、米国ニュージャージー州イーストウィンザーのiSTAT Corporation（アイスタット社）（http://www.istat.com）から提供されている。

ヘマトクリット値を測定するための追加的な方法は、マイクロヘマトクリット法と呼ばれる。ここでは、内径１ミリメートルのマイクロキャピラリーが測定される血液に浸されている。血液は毛管力によってキャピラリー内を上昇する。これが一方の端で密封され、マイクロヘマトクリット遠心分離機またはマイクロヘマトクリットロータに挿入され、ＮＣＣＬＳ指針に基づいて分離される。ヘマトクリット値ＨＫＴの測定は測定ディスクまたは測定アセンブリによって行われる。測定ディスクを用いれば遠心分離機の中でのヘマトクリット値の直接の読み出しも可能である。この方法の重大な欠点は、キャピラリーの手作業による密閉が必要なことである。

マイクロヘマトクリット法は、密閉された血漿のために、血液アナライザによる比較計測よりも約２%高い値が得られる参照方法として認められている。このマイクロヘマトクリット法に関しては、例えばK. Doerner著「Klinische Chemie und Haematologie（臨床化学および血液学）、１９９８年、２００３年ドイツシュトゥッツガルドGeorg Thieme Verlag（ゲオルグ・チーメ出版）およびB. Bull et al.著、ISBN 1-56238-413-9、１９９４年米国ペンシルバニアを参照されたい。さらに、この技術は出願時にHermle Labortechnik GmbH社によって実践されていた（http://www.hermle-labortechnik.de）。

閉端チャネル、すなわち気泡の封入を防ぐと考えられている、一方の端部が閉じられているチャネルは先行技術から公知である。このような方法は例えばSteinert CP Sandmeier H, Daub M., de Heij B., Zengerle R.著、『Bubble free priming of blind channels（気泡を発生させない閉端チャネルのプライミング）』、２００４年、「２００４年１月２５−２９日オランダマーストリヒト開催IEEE-MEMS議事録」２２４−２２８ページ所収、およびGoldschmidtboeing F., Woias P.著、『Strategies for Void-free Liquid-filling of Micro Cavities（気泡を生じさせないマイクロキャビティへの液剤充填戦略）』、ISBN07-7803-8994-8「２００５年６月５−９日韓国ソウル開催トランスデューサ０５年会議議事録」１５６１−１５６４ページ所収、およびドイツ特許１０３２５１１０Ｂ３号に説明されている。

Lother Thomas著「Labor und Diagnose（実験および診断）」、１９９８年TH-BOOKS発行、第５巻 K. Doerner著「Klinische Chemie und Haematologie（臨床化学および血液学）、１９９８年、２００３年ドイツシュトゥッツガルドGeorg Thieme Verlag（ゲオルグ・チーメ出版） B. Bull et al.著、ISBN 1-56238-413-9、１９９４年米国ペンシルバニア Steinert CP Sandmeier H, Daub M., de Heij B., Zengerle R.著、『Bubble free priming of blind channels（気泡を発生させない閉端チャネルのプライミング）』、２００４年、「２００４年１月２５−２９日オランダマーストリヒト開催IEEE-MEMS議事録」２２４−２２８ページ所収 Goldschmidtboeing F., Woias P.著、『Strategies for Void-free Liquid-filling of Micro Cavities（気泡を生じさせないマイクロキャビティへの液剤充填戦略）』、ISBN07-7803-8994-8「２００５年６月５−９日韓国ソウル開催トランスデューサ０５年会議議事録」１５６１−１５６４ページ所収 ドイツ特許１０３２５１１０Ｂ３号

本発明の目的は、懸濁液の相の体積分率を測定するための、少量の懸濁液を用いて信頼できる結果を実現する、新しい概念を提供することにある。

この目的は、請求項１による装置および請求項１３による方法によって達成される。

本発明は懸濁液の相の体積分率を測定するための装置であって、
本体と、
本体の内部に形成され、注入口部および前記注入口部に流体的に連結され、かつ注入口部を介して充填することができる閉端チャネルを含むチャネル構造と、
閉端チャネル内の懸濁液の相分離が遠心力によって行われるように、本体に回転を与えるための駆動手段とを含み、
閉端チャネルは、入口部を介して懸濁液を充填したときに、第１の断面領域のほうが第２の断面領域より大きい毛管力を有し、まず注入口部から閉端チャネルの閉端の方向に向かって充填され、次に閉端から注入口部の方向に向かって充填されるような断面構造および／または濡れ性を有することを特徴とする。

本発明はさらに、懸濁液の相の体積分率を測定するための方法であって、
注入口部、および注入口部に隣接する閉端チャネルを含むチャネル構造を提供するステップと、
注入口部の内部に懸濁液を充填し、閉端チャネルは、第１の断面領域のほうが第２の断面領域より高い毛管力が働くようなチャネル断面および／または濡れ性を有することにより、まず閉端チャネルの注入口部から閉端の方向に向かって充填され、次に閉端から注入口部の方向に向かって充填されるステップと、
チャネル構造に回転を与えて、遠心力により閉端チャネルにおいて懸濁液の相分離を生じさせるステップとを含む。

本発明は多相混合物における相の体積分率を測定するための新しい概念に関連する。ここでは、閉端チャネルが遠心分離にかけられた場合の、同チャネルにおける沈降効果を用いていることが進歩的観念である。発明によれば、閉端チャネルは、閉端チャネルの壁に沿って非対称の毛管力が生じ、望ましくは毛管力の高い領域におけるチャネルのキャピラリー充満という結果が生じるようなチャネルの断面形状および／または濡れ性を含む。このことによって、空気が毛管力の低い領域、さらには入口の方向に移動させられる。このように、毛管力の高い領域における充填率の速さによって、チャネルの関連する断面領域は開口端から閉端の方向に向けて急速に充填され、そのうえで毛管力の低い領域は閉端から開口端の方向に向けて充填される。このことにより、実質的に空気が封入されることなく閉端チャネルを充填することができる。こうして、閉端チャネルは、チャネルの断面形状および／または濡れ性により、規定量の、通常は微量の気泡が封入されたサンプルを充填することができる。懸濁液の相分離が行われるように閉端チャネルは遠心分離にかけられ、微粒子が沈降して懸濁液から分離される。

好ましい実施形態においては、チャネルの構成には、入口と閉端チャネルの間に、サンプルの総合的な容積を規定するための、総合的なオーバーフロー構成が含まれる。別の実施形態においては、体積分率を示すための目盛が、チャネル構成が形成されている本体に組み込まれる。チャネル構成が形成されている本体は、本発明の実施形態においては、チャネル構成が形成されている第１の層および蓋を形成する第２の層によって形成される。

閉端チャネルの壁に沿って非対称な毛管力を生じさせるために、閉端チャネルは異なる内角で互いに接している壁を含む。さらに、壁は懸濁液に対する親水性が異なっていてもよく、あるいは懸濁液に対する親水性が異なる部分を含んでいてもよい。さらに、閉端チャネルは、閉端チャネルの断面の全域で、毛管力の高い領域と毛管力の低い領域とがある毛管力の分布が得られるように、少なくとも１つの段差を有する断面形状を含んでいてもよい。

本発明による懸濁液における相の体積分率測定手段においては、閉端チャネルの充填の速度を増すために遠心力がさらに利用される。このため、チャネル構成には、閉端チャネルが完全に充填される前に、回転が与えられる。

本発明は、ヘマトクリット値の測定のために必要な全ての手順のステップを、とりわけ事後のキャピラリーの密封を必要とすることなく、完全に統合することができる。さらに、この体積分率測定装置は単純なプロセスで製造することができる。本体は２つの層から構成され、そのうちの一方にチャネル構成が構成され、他方は蓋の役割を果たすからである。あるいは、両方の層がチャネル構成の部分を規定するように構成されてもよい。

本発明は、遠心力および毛管力、並びにいわゆるラボチップ(lab-on-a-chip)システムにおいて一般的な力も利用して、その他の医学的検査を本体に統合することができる、いわゆる「ラボディスク(Lab-on-a-disk)」システムとして実施することができる。本発明は特に、血液のヘマトクリット値の測定に適しており、チャネル構成の寸法は、閉端チャネル内において血液の赤血球および血漿への沈降分離を生じさせることが可能なように、相応に調整されている。ラボチップシステムは、例えばA. van den Berg, E. Oosterbroek著、２００３年オランダアムステルダム発行、ISBN 0-444-51100-8に説明されている。

閉端チャネルは体積分率が測定されるべき懸濁液によるキャピラリーの充填のために設計されており、したがって充填は遠心力を用いずに行うことができる。ただし、遠心力は、充填を行っている間にチャネル構成に回転を与えることで、充填プロセスを促進するのに役立つように使用されることがある。

以下に、添付の図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態についてさらに詳しく説明する。

本発明は、一般に、多相混合物における相の体積分率の測定に適しており、特に血液のヘマトクリット値の効果的な測定に適している。

本発明は、実質的に、本体と、本体に回転を与える駆動手段を含む。本体は例えば蓋のある基板を含み、その中にチャネル構成が実装され、回転モータによって回転が与えられるものである。ここで、本体は回転モータと適切に結合できる、例えばディスクなどの回転体として、あるいは回転モータによって駆動するロータに挿入することができるモジュールとして形成することができる。技術的に実現するためにむしろ重要なのは、本体の正確な形状よりも、ロータのバランスである。

図１は、図１０Ａに示されるように、例えばディスクとして実施することができる基板１２の抜粋１０の上面図である。基板１２は、従来のＣＤ型にしたがって、中央に開口部１２を持つように構成し、この開口部によって例えば従来の遠心分離機に取り付けることができる。複数のチャネル構成が形成され、したがって複数の領域１０を持つ基板１２’の別の実施形態が、図１０Ｂに示されている。５つのチャネル構成が形成されている図１０Ｂに示される基板によって、５つの血液サンプルのヘマトクリット値を同時に、または連続的に測定することができる。

図１１からわかるように、チャネル構成が形成される基板１２には、蓋１６が取り付けられる。基板１２および蓋１６は、モジュール本体１８を形成する。モジュール本体１８は、駆動装置の固定部品２４を支点に回転する駆動装置の回転部分２２に据付装置２０によって取り付けられている。駆動装置としては、例えば回転速度が調整できる従来型の遠心分離機、あるいはＣＤもしくはＤＶＤドライブを用いることができる。駆動装置２４は、基板１２のそれぞれの回転が本発明の方法を実施するようにさせる制御手段２６を含む。

図１に示される通り、基板内のチャネル構成は、閉端チャネルに隣接する検査媒体用の注入口領域を含む。基板１２は、回転軸Ｚの周りを回転することができ、注入口領域が放射状に外側に向けて閉端チャネル３２の中に終端処理される。例えば、注入口領域においては、図１の破線に示されるように、基板の蓋には穴３４が存在する。この穴を通じてサンプルを注入領域に投入することができる。

チャネル構成はまた、示されている実施形態においては、オーバーフローチャネル３８およびオーバーフローチャネル３８が通じているオーバーフロー室４０を含むオーバーフロー構成３６も有している。オーバーフロー構成３６は、サンプル、すなわち懸濁液の容量調整に役立つ。オーバーフロー構成のオーバーフローチャネル３８は、懸濁液の定められた容量が閉端チャネル３２に入るように、閉端チャネル３２を充填した後に乗り越える調整のための疎水性の障壁に相当する。

示されている実施形態においては、基板１２は、さらに、例えば蓋の上または中、あるいは担体層１６の上面に形成することができる目盛４２を含んでいる。目盛４２は沈降後の相の体積的な割合の直接の視覚的な読み出しを可能にする。

閉端チャネル３２は、種々の毛管力が異なる断面領域で作用するように形成されている。とりわけ、閉端チャネルはチャネルの縁部に沿って、異なった強さの毛管力が得られるように形成される。このため、基板の主表面に対して垂直なチャネルの側壁の傾斜角および／または沈降する懸濁液と内部チャネル壁との接触角を調整することができる。とりわけ、毛管圧が増大した区域がこのことによって生じることがあり、このとき最大速でのメニスカスの拡大は毛管圧が高くなっている区域に沿って生じる。

図２に図示されている通り、第１の選択肢においては、閉端チャネルの壁および／またはチャネル構成全体（注入口および閉端チャネル）の壁は角度ａで傾いていてもよい。このような傾斜ａにより、チャンネル端ｋ１およびｋ２において高さの異なる毛管力が生じ、端部ｋ２において側壁４６およびチャネルの底壁４８とがなす角度よりも小さい角度で、側壁４６および上壁４４が端部ｋ１において互いに隣接している。このように、端部ｋ２においてよりも、端部ｋ１の領域においてより高い毛管力が存在する。端部ｋ１に隣接する領域が毛管力のより高い領域に相当し、ここにおいて、チャネルに充填する懸濁液のメニスカスの伝播が速いスピードで起こる。したがって、充填がまず、注入口領域から閉端に向かう方向に行われ、その後閉端から注入口の方向に向けて残りの領域を充填することができる。

種々のチャネルの断面が図３Ａ〜３Ｆに示されており、それぞれのチャネルは蓋１６が設けられている基板１２に形成されている。図３Ａ〜３Ｃにおいては、Ｔ字状のチャネル断面図が示されており、その側壁は図３Ａ〜３Ｃにかけて、傾斜角が次第に大きくなっている。１つおよび／またはそれ以上のチャネル壁の傾斜角ａの増大は、毛管圧の非対称性を増大させる。

図３Ｄ〜３Ｆにおいては、台形のチャネル断面図が示されており、その側壁は図３Ｄ〜３Ｆにかけて傾斜角が次第に大きくなっており、したがって毛管力の非対称性も次第に大きくなっている。

図３Ａ〜３Ｃに示されるチャネルの断面は、ここでは、より信頼性の高い泡のない充填を可能にするため、好ましい実施形態を表す。記載されている断面は、通常のフライス器具によって技術的に単純な様式で生産することができるという意味において有利である。

図３Ａ〜３Ｃに示される「斜めの」Ｔ字形状に代わり、チャネルが異なる毛管力を持つ断面領域を特徴付ける段差を持ち、そのことによって実質的に無泡の充填が可能になるように、チャネルの断面は側面が実質的にまっすぐなＴ型にしてもよい。

さらに別の選択肢として、接触角θの変動により、チャネル端における毛管圧の強さを変えることができる。この点において、図４Ａはチャネル端部ｋ３を示し、そのチャネル壁は、チャネル壁が充填される懸濁液に対して親水性を持ち、大きな接触角θが存在する。このことによって、端部ｋ３の領域において高い毛管力が生じる。これとは対照的に、図４Ｂに示される端部ｋ４におけるチャネル壁は、充填される懸濁液に対して親水性を持ち、小さな接触角θが生じる。こうして、端部ｋ４の領域には、より小さい接触角が存在することになる。

図４Ａおよび４Ｂによると、親水性閉端チャネルの無泡充填はこのように、接触角θの変化によりチャネル壁の特定の部分に沿って生じる好ましい毛管充填に基づいて行われ、図４Ａに示されるケースは、図４Ｂに示されるケースよりも好ましいキャピラリー充填を記載している。チャネル壁の傾斜角ａが大きくなれば、毛管力の非対称性もさらに大きくなる。例えば、蓋１６の内側を基板１２の壁よりも親水性を高くして、蓋１６と基板１２の間の端部に生じる毛管力が側壁とチャネルの底面との間の端部領域に生じる毛管力に比して、強くなるようにすることが可能である。さらに、個々の壁の壁部分は、記載されている機能を得るために他の領域よりも高い毛管力が生じる領域を作り出すように、他よりも親水性が高くなるようにされる。

概略すると、閉端チャネルの異なる断面領域における毛管力は、幾何学的角度および濡れ角によって決定され、特定の領域においてまず開口端から閉端の方向に向けて充填され、残りの領域はその後閉端から開口端の方向に向けて充填される閉端チャネルの効果が、鋭角または十分な親水性を利用したチャネルの断面構造によって達成することができる。言い換えれば、高い充填速度での充填は、毛管力が高い領域で行われ、低い充填速度での充填は、毛管力の低い領域で行われる。

このような閉端チャネルおよび／またはその設計の無泡での充填能力の理論については、上記引用文献に記載されており、この点に関するその開示内容は参照することにより組み込まれる。

図３Aに示される断面に実質的に対応するチャネル断面を持つチャネル構成の斜視図が図５に示されている。チャネルの断面はＴ字状をしており、その側壁は約１７．５°の傾斜角を持つ。一般に図５に参照符号６２で示される閉端チャネルの閉端６０には、移行領域が存在する。図５に示されるチャネル構造においては、図３Ａに図示され参照符号６４によって指定されているＴ構造の横桁の外側領域は、毛管圧の高い領域を示す。このように、充填は、図５の矢印６６に示されるとおり、閉端チャネル６２の開口側からこの領域に沿って閉端側に向かって行われる。閉端６０においては移行が与えられ、図３Ａの参照符号６８によって示されるように、懸濁液がまだ充填されていない内側の領域に向かう懸濁液の移行がアシストされる。このことは、図５の矢印６７で示されている。従って、閉端チャネルは、図５の矢印６８に示されるように、閉端６０から開口端の方向に向かってさらに充填される。

純粋なキャピラリー充填の場合、移行領域６２は、キャピラリー流動がそこで中断されることのないように形成される。このための重要な手段は、例えば、移行端が鋭角になるのを避けることである。キャピラリー充填の最終段階が遠心分離によって補佐される場合、キャピラリーによる方法においてのみでなく充填される形状は、閉端チャネルを基礎にしたヘマトクリット値の測定の機能全体をリスクに晒すことなく、領域６２において許容される。

例えば図５に示されているようなチャネル構造は、傾斜角１７．５°を有する壁をつくるように、ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）微細材料処理を用いて、ＣＯＣ（環状オレフィン系共重合体）ディスクにおいて先細りの器具を使って製造することができる。図５に示される二面キャピラリー構造の上面および底面は、例えば、深さ４００μｍ、幅がそれぞれ１４００μｍおよび４００μｍ、放射方向の長さがそれぞれ２５ｍｍおよび２５．４ｍｍで、上記に説明されるとおり、閉端６０に移行部を有する。

チャネル内壁は、使用される基板素材により、チャネルを形成した後に検査される懸濁液に対して親水性を持たされ、またはチャネル構成を形成した後に対応して親水性を持たされる。

図３Ａおよび図５に示されるような閉端チャネルの充填を表すシーケンスが図６Ａ〜６Ｆに示されており、図６Ａ〜６Ｃは長手方向側断面図を示し、図６Ｄ〜６Ｆは図５に示されるチャネル構造の上面図を示す。描かれる充填は遠心力の助けのないまま行われ、図６Ａ〜６Ｃの左端の時間軸は、図６Ｃおよび６Ｆに示される充填度に至るまでの充填のプロセスには約３０秒かかることを示している。

図６に見られるとおり、閉端チャネル６２は基板７０内に構成され、蓋７２によって閉じられる。図４Ａおよび図５に関連して説明したとおり、チャネルは毛管力が高い領域６４および毛管力がより低い領域６８を持つ。

懸濁液を閉端チャネル６２の開口端側に流体的に接続されている注入口領域（図６Ａ〜６Ｆには示されていない）に注ぐと、懸濁液は図６Ａおよび６Ｄの懸濁液領域７４に図示され、図６Ａの矢印７６に示されているように、毛管力によって傾斜した側壁と蓋の間の臨界角に沿って引き込まれる。閉端チャネル６２の開口端から閉端の方向に向けて領域６４を充填した後、図６Ｂおよび６Ｅに見て取れるように、閉端の特殊な形状が懸濁液を端部に沿って領域６８に途切れなく移行する助けとなる。この領域６８への移動は、さらに、閉端キャピラリーの閉端の端が丸みを帯びているという事実によってさらに促進されている。その後、まだ充填されていない領域６８の充填が、閉端チャネル６２の閉端６０からその開口端の方向に向かって行われる。これがチャネルの完全な排気につながり、チャネルは実質的に、気泡を含むことなく完全に懸濁液によって充填されることになる。

上記の通り、チャネル６２を持つチャネル構造を用いた進歩的方法の実施例を実行したものが図７Ａ〜７Ｃに示されている。チャネル構造は閉端チャネル６２、注入口領域８０、並びにオーバーフロー構造８２を含んでいる。記載されているチャネル構造は基板に形成され、注入口貯留室に相当する注入口領域８０に懸濁液を注ぐための開口部８４を含む蓋によって覆われる。

図７Ａにおいては、閉端チャネル６２が沈降させられる懸濁液によって完全に充填されている状態が示されている。この充填の後、回転数は、余分な懸濁液がオーバーチャネル８６を介してオーバーフロー貯留室８８に除去されるように、入口に疎水性を持たせたオーバーフロー構造８２のオーバーフローチャネル８６の突破回転数よりも増加される。図７Ｂはオーバーフロー構造８２を用いて余分な懸濁液を取り除いた後のチャネル構造を示している。突破のための限界回転数は例えば３０ヘルツであり、このとき閉端キャピラリー６２内の懸濁液の量は例えば２０マイクロリットルとなる。そして、チャネル構造が形成されている基板は、閉端チャネル６２内の懸濁液が沈降するように、さらに、例えば５分間、１００ヘルツの回転にかけられる。図７Ｃは沈降後のチャネル構造を示している。そのうえで、堆積物の体積分率および／またはヘマトクリット値を、液体−固体の接触面の放射方向位置の割合およびキャピラリーの既知の長さによって静止状態で測定することができる。ヘマトクリット値を読むためには、基板に配置されている目盛９０を使用するのが好ましい。

図８は駆動装置、例えば回転モータを操作するために使用しうる回転数プロトコルを示している。最初は、回転数は例えば１００ヘルツまで引き上げられ、これによって発生する遠心力が充填プロセスを助ける。オーバーフロー構造の突破回転数を越えると、余分な懸濁液は懸濁液貯留室８８に流れ込む。閉端チャネル内の懸濁液の沈降を生じさせるため、実質的に一定の回転速度の回転が行われ、そのうえで回転は所定の時間間隔で中断することによって終了させられる。停止後は、オペレータにより、あるいは光学的検出手段を介して自動的に、目盛を用いて体積分率を読み出すことができる。

図９は、上記の器具および既述の方法を用いて得られたヘマトクリット値の一連の測定の計量結果を示している。参照の測定はここでは、Hermle Labortechnik社の遠心分離機のマイクロヘマトクリットロータＺ２３３Ｍ−２を用いて行われた。

図９は５分から６分の測定時間で２．１％のＣＶ値、ならびに本発明によって得られたヘマトクリット値と参照測定値との間の高い直線性Ｒ²＝０．９９９が得られたことを示している。

このように、本発明は閉端キャピラリーにおける遠心分離を基礎としたヘマトクリット試験に適した新しい概念を提供している。この試験は、例えば射出成形などの安価な大量生産を用いて容易に達成することのできる単純な二面構造についての回転数プロトコルによって実施することができる。試験は極めて正確で、わずか２０マイクロリットルの血液量しか必要としない。さらに、印刷された目盛を目視検査により読み出すことで、高価な検出装置の必要性が排除され、ヘマトクリット試験が原則的に標準的なＣＤドライブ上で実施することが可能になる。ディスクの回転の釣り合いをとるため、図１０Ｂに関して上記で説明されたとおり、チャネルの並列化を実施すればさらに効果が上がり、日常的な血液分離のためにはとりわけ好都合となる。

本発明の実施態様においては、回転中または回転後の読み出しが可能になる可能性がさらに得られる。このためには、適切な計量装置が提供される。これには例えば必要に応じて付属の目盛がついた、露光時間が短い写真用カメラまたはストロボカメラを含めることができる。計量装置はさらに、記録されたイメージを評価しそこからヘマトクリット値を測定するための評価手段を含めることができる。

チャネル構造が形成されている基板は、あらゆる適切な素材、例えばプラスチック、シリコン、金属またはその類似物によって形成することができる。さらに、基板およびその内部に形成されている構造は、適切な製造方法、例えば微細構造化または射出成形技法によって製造することができる。本発明の基板の蓋は適切な、好ましくは透明な素材、例えばパイレックス（登録商標）のガラスで構成することができる。

好ましい実施態様に関して、基板本体および蓋は回転軸を持つ回転体として説明され、駆動手段は回転体が回転軸の周りを回転するように形成されていると説明されている。あるいは、本体は実質的に任意の形状を持つことができ、駆動手段は、本体を保持し、基板の外側に位置する回転軸を中心として基板を回転させるための固定具を含むものでもよい。

本発明の実施形態による基板を示す図解図である。 毛細管圧の非対称の分布を説明するためのチャネルの断面図解図である。 Ａ〜Ｆは、発明の実施形態において使用されるチャネルの断面を示す図解図である。 Ａ〜Ｂは、異なる濡れ角を用いて非対称チャネル圧の発生を説明するためのチャネルの断面のそれぞれ異なる部分を示す図解図である。 図３Ａに断面図が示されている閉端チャネルの実施形態の閉端を示す斜視図である。 Ａ〜Ｃは、図５に示されるチャネルを充填したときの様々な段階における側面図であり、Ｄ〜Ｆは、図６Ａ〜６Ｃの段階に対応した、図５に示されるチャネルを充填したときの様々な段階における上面図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の方法の複数回にわたる実施態様におけるチャネル構成を示す図である。 本発明の実施態様を実行する間の駆動手段の制御のための回転数プロトコルを示す図である。 図７に示されるチャネル構成を使ったヘマトクリット値の一連の測定の計量結果を示す図である。 ディスク状に形成された基板の実施形態を示す上面図である。 ディスク状に形成された基板の実施形態を示す上面図である。 本発明の実施形態を示す側面図である。

Claims (15)

1. 懸濁液における相の体積分率を測定するための装置であって、
   本体（１８）と、
   前記本体（１８）に形成され、注入口部（３０，８０）と、前記注入口部（３０，８０）に流体的に連結されるとともに前記注入口部（３０，８０）を介して充填される閉端チャネル（３２，６２）とを含むチャネル構造と、
   前記本体に回転を与えて、遠心分離により前記閉端チャネル（３２，６２）において前記懸濁液の相分離を起こさせるための駆動手段（２２，２４，２６）と、
   前記駆動手段を制御するための制御装置とを含み、
   前記閉端チャネル（３２，６２）は、第１断面領域（６４）と第２断面領域（６８）からなる断面構造および／または前記注入口部（３０，８０）から懸濁液を充填するときに前記第１の断面領域（６４）のほうが前記第２の断面領域（６８）より大きい毛管力を有する濡れ性を有し、まず前記第１断面領域（６４）が前記閉端チャネル（３２，６２）の前記注入口部（３０，８０）から閉端（６０）の方向に向かって充填され、次に前記第２断面領域（６８）が前記閉端（６０）から前記注入口部（３０，８０）の方向に向かって充填されるように形成され、
   前記チャネル構造は、さらに、前記懸濁液の容量調整をするために前記注入口部（３０，８０）と前記閉端チャネル（３２，６２）との間に形成されるオーバーフロー構造（３６，８２）を含み、前記オーバーフロー構造は前記閉端チャネルから分岐してオーバーフロー室に向かって前記回転のほぼ半径方向に延びるオーバーフローチャネルを含み、
   前記制御装置は、前記閉端チャネルが前記懸濁液で完全に満たされた状態で、前記オーバーフローチャネルの突破回転数を超えるように回転数が増加して、余分な前記懸濁液が前記オーバーフロー室に流れ込んで規定量の前記懸濁液が前記閉端チャネルに存在するように制御するように構成された、装置。
2. 前記本体（１８）は、前記閉端チャネル（３２，６２）に関連して配置されることにより前記閉端チャネル（３２，６２）における体積分率を読み取ることができるようにした目盛（４２）を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記本体（１８）は、前記チャネル構造が形成された第１の層（１２，７０）と、蓋を構成する第２の層（１６，７２）とを含む、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記本体（１８）は、回転軸を有する回転体として形成され、前記駆動手段（２２，２４，２６）は、前記回転体をその回転軸を中心として回転させるように構成される、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置。
5. 前記駆動手段は、前記本体の外側に配置され、前記本体を保持して、その回転軸を中心として前記本体を回転させるための固定具を含む、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の装置。
6. 前記閉端チャネルは、互いに異なる角度で隣接して内部を取り囲む壁を含む、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の装置。
7. 前記閉端チャネルは、前記懸濁液に対して異なる親水性を有する壁を有しているか、または、前記懸濁液に対して異なる親水性の部分を含む壁を有している、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の装置。
8. 前記閉端チャネル（３２，６２）は、少なくとも１つの段差部を有する断面を備えた、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の装置。
9. 前記閉端チャネルは、Ｔ字状のチャネル形状を有する、請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の装置。
10. 前記閉端チャネルは、上壁と、下壁と、前記上壁および前記下壁に対して９０°以外の角度で配置される少なくとも１つの側壁とを含む、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の装置。
11. さらに、回転中または回転後に前記閉端チャネルにおける体積分率を測定するための手段を含む、請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の装置。
12. 回転による遠心力を用いて懸濁液における相の体積分率を測定する方法であって、
    注入口部（３０，８０）と、前記注入口部（３０，８０）に隣接する閉端チャネル（３２，６２）と、前記懸濁液の容量調整のために前記注入口部と前記閉端チャネルとの間に設けられ、前記閉端チャネルから分岐してオーバーフロー室に向かって前記回転のほぼ半径方向に延びるオーバーフローチャネルを有するオーバーフロー構造とを含むチャネル構造を提供するステップと、
    前記注入口部（３０，８０）の内部に前記懸濁液を導入し、前記閉端チャネル（３２，６２）は、第１断面領域（６４）のほうが第２断面領域（６８）より高い毛管力が働くようなチャネル断面および／または濡れ性を有することにより、まず前記第１断面領域（６４）が前記閉端チャネル（３２，６２）の前記注入口部（３０，８０）から前記閉端チャネルの閉端（６０）の方向に向かって充填され、次に前記第２断面領域（６８）が前記閉端（６０）から前記注入口部（３０，８０）の方向に向かって充填されるステップと、
    前記閉端チャネルが前記懸濁液で完全に満たされた状態で、前記オーバーフローチャネルの突破回転数を超えるように回転数を増加させて、余分な前記懸濁液を前記オーバーフロー室に流し込んで規定量の前記懸濁液を前記閉端チャネルに存在させるステップと、
    前記チャネル構造に回転を与えて、遠心分離により前記閉端チャネル（３２，６２）において前記懸濁液を相分離させるステップと、
    相の体積分率を測定するステップとを含む、方法。
13. 前記チャネル構造は、遠心力を利用して充填を速めるために、前記閉端チャネル（３２，６２）の完全な充填に先立って回転が与えられる、請求項１２に記載の方法。
14. 前記懸濁液は血液であり、前記チャネル構造の大きさは血液のヘマトクリット値の測定に合わせて決定される、請求項１２または請求項１３に記載の方法。
15. さらに、回転中または回転後に、前記閉端チャネルにおける体積分率を測定するステップを含む、請求項１２ないし請求項１４のいずれかに記載の方法。

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