JP4824667B2 - 被検液分析用チップ - Google Patents

Description

この発明は、電極センサを用いて、例えば血液中の血漿又は血清等の非血球成分の濃度測定を行う等、被検液中の測定対象物質の分析する際に、被検液中から測定対象物質を分離するための被検液分析用チップに関するものである。

従来、電極センサを用いた測定対象物質の濃度測定装置としては、例えば特許文献１に示すものがある。

このものは、電極センサの上方に設けられた分離膜上に、スポイトやシリンジなどを用いて、被検液である血液を一滴又は数滴滴下することにより、当該血液中の測定対象物質である非血球成分のみを分離して、その非血球成分を電極センサに接触させることにより、非血球成分の濃度を測定するものである。

しかしながら、スポイトやシリンジなどを用いて滴下するものであると、一定量滴下することが極めて難しく（滴下量制御の困難性）、また、血液を大量に滴下（過剰滴下）してしまい、装置が汚れてしまうという問題がある。さらに、スポイトやシリンジの先端が分離膜に接触してしまうことにより、分離膜が破損してしまうという問題もある。
特許第３０６７２６５号公報

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、電極センサを用いた分析において、分離膜を破損することなく、一定量の被検液を定量して、被検液から測定対象物質を簡単に分離すること、及び外部の汚染を可及的に低減することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る被検液分析用チップは、電極センサが外部から接触して被検液中の測定対象物質を分析するための被検液分析用チップであって、基板に形成され、被検液が接触する接触口と、前記接触口に連通して前記基板の内部に形成され、被検液を毛細管現象により内部に導入する導入路と、前記基板における前記導入路の側壁に形成され、前記導入路と基板外部とを連通する開口部と、前記側壁に形成された前記開口部の導入路側に設けられ、前記被検液中から測定対象物質を分離して前記開口部に通過させる分離膜と、を備え、前記側壁における前記開口部の開口縁部が、前記電極センサと接触し、その接触により撓むものであることを特徴とする。

このようなものであれば、接触口に被検液を接触させるだけで、毛細管現象により自動的に一定量の被検液を採取することができ、被検液からの測定対象物質の分離を簡単に行うことができる。これにより、使用者がスポイトやシリンジ等を用いて滴下する作業を不要にすることができ、分離膜への過剰滴下による装置の汚れ、装置の汚れによる測定誤差、及び分離膜の破損を防ぐことができる。また、分離膜が開口部の導入路側開口に設けられているので、外部に接触して破損することも防ぐことができる。さらに、開口部を形成する部材が電極センサの接触に伴い撓むものであり、接触による電極センサの破損及びチップの破損を防ぐことができる。

毛細管現象を妨げないようにするためには、前記分離膜が、前記開口部の導入路側開口において、前記分離膜の導入路側面と前記導入路における前記分離膜が設けられる内面とが面一となるように設けられていることが望ましい。

前記開口部が形成されている部材が、その厚みによって、前記電極センサの接触により撓むように設定されていることが望ましい。これならば、電極センサの接触により撓む構造を簡単にすることができる。

測定対象物質の分離を効率よく行うためには、前記導入路の下流側において、流路幅が拡開している被検液貯留部を備え、その被検液貯留部を形成する壁に開口部が形成されていることが望ましい。

被検液貯留部内に生じる気泡により、測定対象物質の分離を妨げないようにするためには、前記被検液貯留部の側面が、前記被検液貯留部に連なる上流側の導入路の側面に対して、被検液貯留部内に気泡が発生しないように拡開するものであることが望ましい。具体的には、前記被検液貯留部の上流側に連なる導入路の延伸方向に対する前記被検液貯留部の上流側側面の角度が、鋭角であることが挙げられる。

このように本発明によれば、電極センサを用いた分析において、分離膜を破損することなく、一定量の被検液を定量して、被検液から測定対象物質を簡単に分離すること、及び外部の汚染を可及的に低減することができる。

次に、本発明に係る被検液分析用チップ１の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、図１は本実施形態に係る被検液分析用チップ１及び濃度測定装置Ｚを示す図、図２は被検液分析用チップ１の斜視図、図３は被検液分析用チップ１の平面図、図４はＡ−Ａ線断面図、図５は本体基板１１の斜視図、図６は被検液分析用チップ１の分解斜視図である。

＜装置構成＞

本実施形態に係る被検液分析用チップ１は、電極センサＺ３を用いた濃度測定装置Ｚに用いられるものである。

濃度測定装置Ｚは、例えば血液中の血糖値を測定するものであり、図１に示すように、被検液分析用チップ１が挿入される挿入口Ｚ１と、当該挿入口Ｚ１に挿入された被検液分析用チップ１の位置決めを行う位置決め機構Ｚ２と、位置決めされた被検液分析用チップ１に対して進退移動する酵素電極センサＺ３と、当該酵素電極センサＺ３に対して測定用電圧を印加する測定用電源Ｚ４と、酵素電極センサＺ３から出力される電流を検出する電流検出部Ｚ５と、前記測定用電源Ｚ４を制御するとともに、検出電流を微分演算し、その微分値の最大値を検出して被検液中の測定対象物質の濃度を算出する演算部Ｚ６とを備えている。酵素電極センサＺ３は、先端部に白金（Ｐｔ）電極を備え、その表面にグルコースオキシターゼ（ＧＯＤ）固定化膜が被膜されている。

具体的に被検液分析用チップ１は、図２、図３及び図４に示すように、平面視において、概略矩形形状をなすものであり、被検液である血液が接触する接触口２と、当該接触口２に連通して、血液を毛細管現象により内部に導入する導入路３と、当該導入路３の終端部側に設けられ、血液の導入に伴う空気の排出を行う空気孔４と、当該導入路３における接触口２及び空気孔４の間に設けられ、導入路３と外部とを連通する開口部５と、当該開口部５の導入路３側開口に設けられ、血液中から測定対象物質である血漿及び血清を分離して開口部５に通過させる分離膜６と、を備えている。

さらに、特に図３に示すように、導入路３には、接触口２と空気孔４との間に、流路幅が拡開する被検液貯留部７が形成されている。そして、この被検液貯留部７を形成する壁に開口部５が形成されている（図４参照）。なお、図１、図２等において、符号８は、濃度測定装置Ｚへの位置決め時に、位置決め機構Ｚ２のピン等が挿入される位置決め孔である。また、位置決め孔の他に、挿入口Ｚ１の形状との関係で、一方向でしか合わないようなチップ形状とする等して、酵素電極センサＺ３が分離膜６の直下にくるようにしても良い。つまり、チップ１が位置決め機構Ｚ２又は挿入口Ｚ１との関係で、位置決めを行うための構造又は部材を備えている。

そして、本実施形態の被検液分析用チップ１は、本体基板１１及びカバー基板１２の二層構造により構成されている。以下、本体基板１１及びカバー基板１２の説明とともに、上記各部２〜７について説明する。

本体基板１１は、矩形板状をなすＰＥＴ、アクリル等の樹脂製の基板である。そして、本体基板１１は、図２〜図５に示すように示すように、その上面には、カバー基板１２が接着又は接合されることにより、カバー基板１２の下面とともに、導入路３を形成する凹溝１１１と、被検液貯留部７を形成する貯留溝１１２と、を備えている。

凹溝１１１は、特に図３に示すように、一端が本体基板１１の側面に開口し、本体基板１１の長手方向に沿って直線状に形成されている。具体的には、凹溝１１１は、カバー基板１２が接着又は接合されて毛細管現象により血液が移送される形状を有する溝である。

貯留溝１１２は、凹溝１１１の下流側において溝幅が拡開して所定量の被検液（血液）を貯留するためのものであり、凹溝１１１と同一の深さを有する（図４参照）。

そして、図３の部分拡大図に示すように、貯留溝１１２の上流側側面１１２ａが、貯留溝１１２の上流側に連なる凹溝１１１の側面１１１ａに対して、貯留溝１１２内に気泡が発生しないように拡開している。具体的には、貯留溝１１２の上流側側面１１２ａは、凹溝１１１の側面１１１ａに対する拡開角度θが鋭角となるようにしている。詳細には、その拡開角度θが９０度未満となるようにしている。より好ましい拡開角度θは、４５度以上９０度未満である。

このような構成において、カバー基板１２を接着又は接合することにより、導入路３及び被検液貯留部７が形成されるとともに、被検液貯留部７の上流側が、被検液貯留部７上流側の導入路３から血液が移送された場合に、被検液貯留部７内に気泡が発生することを防ぐ構造となる。つまり、被検液貯留部７の上流側に連なる導入路３の延伸方向に対する被検液貯留部７の上流側側面の角度（上記拡開角度θと同じ）が、鋭角である。このような構造により、導入路３から被検液貯留部７内に血液が流入する際に気泡が発生することを防止し、非血球成分を好適に分離することができる。

また、特に図４に示すように、本体基板１１の貯留溝１１２の底壁には、開口部５を形成する貫通孔１１３が形成されている。

貫通孔１１３の内径は、酵素電極センサＺ３の先端部の直径よりも小さい。言い換えれば、開口部５は、酵素電極センサＺ３の先端部の直径よりも小さい。これにより、測定の際、酵素電極センサＺ３の先端部は、開口部５の外部側の開口縁部に接触する。

そして、この貫通孔１１３の貯留溝１１２側の開口縁部には、分離膜６を収容して固定するための環状段部１１４が形成されている。環状段部１１４の深さは、分離膜６の厚さと略同一である。これにより、分離膜６が環状段部１１４内に収容された場合、貯留溝１１２の底面と分離膜６の上面とが面一となる（図４参照）。これにより、分離膜６が導入路３（被検液貯留部７）内の毛細管現象を妨げることなく、血液が導入路３（被検液貯留部７）を流れやすくすることができる。

分離膜６は、血液中から血球以外の血漿及び血清等の非血球成分を通過させる微小孔を多数有する、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）膜である。なお、分離膜６としては、その他、ポリカーボネート膜等でもよい。

カバー基板１２は、図２、図３及び図５に示すように、前記本体基板１１と同様、矩形板状をなすＰＥＴ、アクリル等樹脂製の基板であり、空気孔４となる貫通孔１２１を備えている。

そして、カバー基板１２は、本体基板１１に取り付けられた状態において、その貫通孔１２１が凹溝１１１の終端部に連通する（図４参照）。そして、そのカバー基板１２の下面及び凹溝１１１により、導入路３を形成し、また、その下面及び貯留溝１１２により、被検液貯留部７を形成する。

しかして、本実施形態の被検液分析用チップ１は、センサ保護機構を備えている。このセンサ保護機構は、開口部５が形成されている部材が、酵素電極センサＺ３に接触し、その接触により導入路３側に撓むことにより構成している（図５参照）。

具体的には、本体基板１１の貫通孔１１３が形成された部分が、測定時に酵素電極センサＺ３が接触した後、その酵素電極センサＺ３の移動に伴って、酵素電極センサＺ３に接触しながら弾性的に撓む。より詳細には、貯留溝１１２の底壁の厚みが、酵素電極センサＺ３の移動に伴って撓むように調整されている。

＜製作方法＞

次に、本実施形態に係る被検液分析用チップ１の製作方法について、図６を参照して説明する。まず、矩形板状の本体基板１１上面に切削加工又は金型加工により凹溝１１１、貯留溝１１２及び貫通孔１１３を形成する。また、カバー基板１２に空気孔４である貫通孔１２１を形成する。次に、貫通１１３孔の開口縁部に設けられた環状段部１１４に分離膜６を取り付ける。

そして、その本体基板１１とカバー基板１２を接着又は接合させる。このとき、カバー基板１２の貫通孔が凹溝１１１の終端部に連通するように接着又は接合させる。

このようにして、内部に導入路３、導入路３上に設けられた被検液貯留部７及び当該被検液貯留部７に設けられた分離膜６を有する矩形板状のアクリル製の被検液分析用チップ１が製作される。

なお、素材としては、アクリル以外の樹脂又はガラス等の無機材料でも製作可能であるが、素材により表面状態が異なるため、毛細管力にも違いがある。そのため各素材に合わせて細い流路（凹溝１１１、貯留溝１１２）の断面形状を変える必要がある。

＜本実施形態の効果＞

このように構成した本実施形態の被検液分析用チップ１によれば、接触口２に血液を接触させるだけで、毛細管現象により自動的に一定量の血液を採取することができ、血液からの非血球成分の分離を簡単に行うことができる。これにより、使用者がスポイトやシリンジ等を用いて滴下する作業を不要にすることができ、分離膜６への過剰滴下による濃度測定装置Ｚの汚れ、その装置Ｚの汚れによる測定誤差、及び分離膜６の破損を防ぐことができる。

また、分離膜６が開口部５の導入路３側開口に設けられているので、外部に接触して破損することを防ぐことができる。さらに、開口部５を形成する部材が電極センサＺ３の接触に伴い撓むものであり、接触による電極センサＺ３の破損及びチップ１の破損を防ぐことができる。

＜その他の変形実施形態＞

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。以下の説明において前記実施形態に対応する部材には同一の符号を付すこととする。

例えば、前記実施形態では、被検液分析用チップ１は、本体基板１１のカバー基板１２からなる二層構造であったが、図７に示すように、本体基板１１及びカバー基板１２の間にスペーサ基板１３を設けて三層構造により構成しても良い。この場合、本体基板１１は、開口部５を形成する貫通孔１１ａを備えている。また、スペーサ基板１３は、本体基板１１の上面及びカバー基板１２の下面とともに導入路３及び被検液貯留部７を形成するスリット部１３Ｓを備えている。

また、図８に示すように、本体基板１１において、貫通孔１１３の開口縁部に環状段部１１４を設けずに、分離膜６を貯留溝１１２の底面上に配置しても良い。この場合も、本体基板１１の上面とカバー基板１２の下面と距離（ａ）よりも、分離膜６の上面とカバー基板１２の下面との距離（ｂ）が小さい場合には、毛細管現象により血液が導入路３を流れることができる。

さらに、前記実施形態の導入路３は、被検液貯留部７を有しないものでも良い。この場合、開口部５の大きさに合わせて導入路３の流路幅を設定するか、導入路３の流路幅に合わせて開口部５の大きさを設定することができる。

その上、前記実施形態の被検液分析用チップ１は、非血球成分のみを通過させる血球分離膜６を有し、血液から非血球成分を分離するものであったが、これに限られず、その他の被検液から測定対象成分を分離するものであっても良い。この場合、その被検液及び測定対象成分に合わせて分離膜６を選択する。

加えて、前記実施形態では、電極センサの接触により撓む構造を厚みにより実現しているが、その他、材質を選択することにより撓む構造を実現するようにしても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る被検液分析用チップ及び濃度測定装置を示す図。 同実施形態の被検液分析用チップの斜視図。 同実施形態の被検液分析用チップの平面図。 Ａ−Ａ線断面図。 測定時において、被検液分析用チップに酵素電極センサが接触した状態を示す拡大断面図。 同実施形態の被検液分析用チップの分解斜視図。 その他の変形実施形態に係る被検液分析用チップの分解斜視図。 その他の変形実施形態に係る被検液分析用チップの断面図。

符号の説明

１・・・被検液分析用チップ
Ｚ・・・電極センサ
２・・・接触口
３・・・導入路
５・・・開口部
６・・・分離膜
７・・・被検液貯留部

Claims (6)

1. 電極センサが外部から接触して被検液中の測定対象物質を分析するための被検液分析用チップであって、
   基板に形成され、被検液が接触する接触口と、
   前記接触口に連通して前記基板の内部に形成され、被検液を毛細管現象により内部に導入する導入路と、
   前記基板における前記導入路の側壁に形成され、前記導入路と基板外部とを連通する開口部と、
   前記側壁に形成された前記開口部の導入路側に設けられ、前記被検液中から測定対象物質を分離して前記開口部に通過させる分離膜と、を備え、
   前記側壁における前記開口部の開口縁部が、前記電極センサと接触し、その接触により撓むものである被検液分析用チップ。
2. 前記分離膜が、前記開口部の導入路側開口において、前記分離膜の導入路側面と前記導入路における前記分離膜が設けられる内面とが面一となるように設けられている請求項１記載の被検液分析用チップ。
3. 前記開口部が形成されている部材が、その厚みによって、前記電極センサの接触により撓むように調整されている請求項１又は２記載の被検液分析用チップ。
4. 前記導入路において、流路幅が拡開している被検液貯留部が形成され、
   その被検液貯留部を形成する壁に開口部が形成されている請求項１、２又は３記載の被検液分析用チップ。
5. 前記被検液貯留部の側面が、前記被検液貯留部の上流側に連なる導入路の側面に対して、被検液貯留部内に気泡が発生しないように拡開するものである請求項４記載の被検液分析用チップ。
6. 前記被検液貯留部の上流側に連なる導入路の延伸方向に対する前記被検液貯留部の上流側側面の角度が、鋭角である請求項５記載の被検液分析用チップ。