JP5057227B2 - 血液検査用マイクロチップ - Google Patents

Description

本発明は、血液等の生化学検査、化学合成ならびに、環境分析などに好適に使用されるμ−ＴＡＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｔｏｔａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｓｙｓｔｅｍ）などとして有用なマイクロチップに関する。

近年、医療や健康、食品、創薬などの分野で、ＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）や酵素、抗原、抗体、タンパク質、ウィルスおよび細胞などの生体物質、ならびに化学物質を検知、検出あるいは定量する重要性が増してきており、それらを簡便に測定できる様々なバイオチップおよびマイクロ化学チップ（以下、これらを総称してマイクロチップと称する。）が提案されている。

マイクロチップはその内部に流体回路を有しており、該流体回路は、たとえば、検査・分析の対象となるサンプル（血液等）を処理するための、あるいは該サンプルと反応させるための液体試薬を保持する液体試薬保持部、サンプル（あるいはサンプル中の特定成分）や液体試薬を計量する計量部、サンプル（あるいはサンプル中の特定成分）と液体試薬とを混合する混合部、混合液について分析および／または検査するための検出部などの各部と、これら各部を適切に接続する微細な流路（たとえば、数百μｍ程度の幅）とから主に構成される。

このような流体回路を有するマイクロチップは、実験室で行なっている一連の実験・分析操作を、数ｃｍ角で厚さ数ｍｍ程度のチップ内で行なえることから、サンプルおよび試薬が微量で済み、コストが安く、反応速度が速く、ハイスループットな検査ができ、サンプルを採取した現場で直ちに検査結果を得ることができるなど多くの利点を有し、たとえば血液検査等の生化学検査用として好適に用いられている。

血液検査用マイクロチップにおいては、全血中の血漿成分を用いて各種検査が行なわれることが多いことから、通常、マイクロチップの流体回路は、流体回路内に導入された全血から血球を取り除き、血漿成分を抽出、分離する血漿分離部を備えている。しかしながら、たとえば高脂血症またはその徴候を有する者から採取した血液を検査する場合、分離した血漿成分は脂肪等の血漿成分に対して不溶である成分を含んでおり、該脂肪等が血漿成分についての精密な検査・分析を妨げていた。すなわち、検出部に導入される混合液が脂肪等の不溶物を含んでいると、光学測定により混合物中の特性成分の検出等を行なう場合に、該不溶物の存在により照射された光が阻害されて、正確な測定データが得られないという問題があった。また、該不溶物の存在により、血漿成分の計量を正確に行なうことができず、結果として正確な測定データも得られないという問題もあった。

なお、以上本発明についての従来の技術を、出願人の知得した一般技術情報に基づいて説明したが、出願人の記憶する範囲において、出願前までに先行技術文献情報として開示すべき情報を出願人は有していない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、液体試薬との混合がなされる前に全血サンプルから、検査・分析を阻害し得る成分を除去することができ、もって正確な検査・分析を行なうことができるマイクロチップを提供することである。

本発明は、マイクロチップ内に導入された全血を含むサンプルから血漿成分を分離する血漿分離部を備え、該血漿分離部は、該血漿成分表面近傍に存在する浮遊物を除去するための浮遊物除去部を有しており、該浮遊物除去部は、１または離間した複数の柱状物と、除去される浮遊物を収容する浮遊物収容部と、を含む血液検査用マイクロチップを提供する。ここで、柱状物の断面形状は、三角形状を有することが好ましい。

また、浮遊物除去部は離間した複数の柱状物を有しており、該複数の柱状物は、複数の列をなして配置されていてもよい。上記浮遊物は、たとえば脂肪である。

本発明のマイクロチップによれば、全血サンプル中に含まれる脂肪等をあらかじめ除去することができるため、当該脂肪等に阻害されることなく、正確な血液検査を行なうことができる。

本発明は、全血サンプル中に含まれる脂肪等の血漿成分に対して不溶である成分を分離する部位をその流体回路内に備える血液検査用マイクロチップに関するものである。本発明のマイクロチップの大きさは、特に限定されないが、たとえば縦横数ｃｍ程度、厚さ数ｍｍ程度とすることができる。マイクロチップは、典型的には、これに遠心力を印加可能な装置に載置して使用される。すなわち、マイクロチップに対して適切な方向の遠心力を印加することにより、全血サンプルから脂肪等が除去された血漿成分を取り出した後、該血漿成分および液体試薬の計量、混合等が行なわれ、検出部において混合液中の特定成分の検出などがなされる。

本発明に係る血液検査用マイクロチップは、その内部に流体回路構造を有する。該流体回路は、特に限定されるものではないが、典型的には、全血サンプルから血球を除去するとともに脂肪等の浮遊物を除去して血漿成分を得る血漿分離部、液体試薬を保持するための液体試薬保持部、当該液体試薬および取り出された血漿成分を計量するための各計量部、計量された液体試薬と血漿成分とを混合する混合部、ならびに得られた混合液について分析および／または検査するための検出部を備える。必要に応じてその他の部位が設けられる。各部は、１つのマイクロチップにおいて２以上あってもよい。

流体回路を構成する上記各部は、外部からの遠心力の印加により、血漿成分や液体試薬の計量、血漿成分と液体試薬との混合、混合液の検出部への導入などを順次行なうことができるように、適切な位置に配置され、かつ微細な流路（以下、単に流路と称することがある。）を介して接続されている。なお、検出部における上記混合液の検査・分析（たとえば、混合液中の特定成分の検出）は、通常、たとえば検出部に光を照射して、出射される光の強度などを検出する、検出部に保持された混合液についての吸収スペクトルを測定する等の光学的測定により行なわれるが、これに限定されるものではない。以下、本発明を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の血液検査用マイクロチップの流体回路構造の一例を示す概略上面図である。図１に示されるマイクロチップは、全血を採取したキャピラリー等のサンプル管を組み込むサンプル管載置部１０１、サンプル管より取り出された全血から血球を除去するとともに脂肪等の浮遊物を除去して血漿成分を得る血漿分離部１０２、分離された血漿成分を計量する第１の計量部１０３、液体試薬を保持するための２つの液体試薬保持部１０４ａ、１０４ｂ、液体試薬を計量する第２の計量部１０５ａ、第３の計量部１０５ｂ、血漿成分と液体試薬とを混合する混合部１０６ａ〜１０６ｄ、および得られた混合液についての検査・分析が行なわれる検出部１０７から構成される。なお、液体試薬保持部および混合部の数は図１に示される数に限定されるものではない。このように、本発明のマイクロチップは、血漿分離部が脂肪等の浮遊物を除去するための浮遊物除去部を有している。

図２は、図１のマイクロチップにおける血漿分離部１０２を拡大して示す概略上面図である。図２に示されるように、血漿分離部１０２は、離間して一列状に配置される複数の柱状物１１１と除去される脂肪等の浮遊物を収容するための浮遊物収容部１１２とから構成される浮遊物除去部１１０、分離された血漿成分を主に溜め置く血漿溜め部１２０、および、血漿溜め部１２０に連結されており、分離された血球を主に溜め置く血球溜め部１３０からなる。血漿溜め部１２０には、分離された血漿成分を第１の計量部１０３へ導入するための第１の流路１４０が接続されている。また、血球溜め部１３０の他端には、分離された主に血球からなる成分を廃液として溜め置く廃液溜め部（図１における廃液溜め部１０８）に導入するための第２の流路１５０が接続されている。

このように、血漿分離部１０２が浮遊物除去部１１０を有することにより、血漿分離部１０２に導入された全血サンプルを遠心力の印加により血漿成分と血球成分とに分離した際、血漿成分表面（液面）近傍に浮遊する脂肪等の浮遊物を、当該血漿分離部１０２にて除去することができる。したがって、検出部における混合液の検査・分析を当該浮遊物に阻害されることなく行なうことができ、血漿成分についての正確な検査・分析を行なうことができる。

図３は、図２に示される血漿分離部１０２内に全血サンプルが導入され、遠心力の印加により、全血サンプル内の血漿成分と血球成分とが分離された状態を示す概略上面図である。図３に示されるように、流体回路内に導入された全血サンプルは、図３における矢印Ａの方向の遠心力の印加により血漿分離部１０２内に導入され、さらに同方向の遠心力の印加により遠心分離されて、血漿成分と血球成分とに分離される。血球成分は血漿成分より比重が大きいため、血球溜め部１３０内に収容され、一方、血漿成分は血球成分の層の上層として、主に血漿溜め部１２０に収容される。勿論、全血サンプル中の血球成分含有量により、血漿成分の層と血漿成分の層との界面の位置は変動し得る。血漿分離部１０２に導入された全血サンプルを遠心分離した際、全血サンプルが脂肪等の浮遊物を含む場合には、血漿成分の層の表面（界面）近傍には、遠心力の印加により分離された該浮遊物１６０が浮遊することとなる。ここで、「浮遊物」とは、血漿成分より比重が小さく、該血漿成分に不溶であるか、溶解しにくい成分であり、たとえば脂肪を挙げることができる。

本発明においては、血漿溜め部１２０、血球溜め部１３０の容量を適切な量とし、一列状に配置された複数の柱状物１１１を適切な位置とすることにより、分離された血漿成分の層における浮遊物が存在する側の表面（界面）が、一列状の柱状物１１１が構成するラインよりも上側（すなわち、血漿成分が一列状の柱状物１１１が構成するラインを超えて溢れる程度）となるように構成されている。これにより、図３における矢印Ａの方向の遠心力の印加により分離された血漿成分の層の表面近傍に存在する浮遊物１６０は、一列状の柱状物１１１が構成するラインよりも上側に配置されることなる。

分離された浮遊物１６０は、次に、図３における矢印Ｂの方向の遠心力を印加することにより浮遊物収容部１１２に移動し、収容される。また、矢印Ｂ方向の遠心力により、血球成分および浮遊物１６０が除去された血漿成分は、第１の流路１４０を通して第１の計量部１０３（図３において図示せず）に導入されるとともに、分離された血球成分は、第２の流路１５０を通して廃液溜め部１０８（図３において図示せず）に導入される。

ここで、柱状物１１１の数は特に制限されず、１または２以上である。図２に示されるように、複数の柱状物を離間して配置する場合、その隙間の幅は、たとえば５０〜５００μｍとすることができる。柱状物１１１の断面形状は特に制限されず、たとえば三角形状、四角形状等の多角形状、円形状、楕円形状などを挙げることができる。柱状物１１１の断面直径は、たとえば５０〜５００μｍとすることができる。柱状物１１１の断面形状が三角形状である場合において、その配向は特に制限されるものではなく、たとえば図２に示されるように、柱状物間に形成される開口部の幅が下向きにより広くなるような配向で柱状物を配置してもよく、あるいはこれとは逆に、図４に示される血漿分離部４０２ように、柱状物間に形成される開口部の幅が上向きにより広くなるような配向で柱状物４１１を配置してもよい。前者の場合、遠心力の印加により血漿成分を第１の計量部１０３に移動させる際に、分離された浮遊物１６０が柱状物１１１の隙間を通って第１の計量部１０３に流れ込むことをより効果的に防止することができる。また、後者の場合には、一列状の柱状物４１１が構成するラインよりも下側に位置する血漿成分が柱状物４１１の隙間を通って浮遊物収容部４１２に流れ込むことをより効果的に防止することができる。

また、図５に示される血漿分離部５０２のように、離間した複数の柱状物５１１を、複数の列をなすように配置してもよい。これにより、分離された浮遊物の第１の計量部への移動および／または柱状物５１１の下側に位置する血漿成分の浮遊物収容部５１２への移動をより効果的に防止することができる。この場合においても、柱状物の断面形状は特に限定されるものではない。

次に、浮遊物収容部について説明する。本発明において浮遊物収容部は、血漿成分の表面近傍に浮遊する浮遊物を収容できるように、柱状物が構成するラインよりも上側、すなわち、柱状物が構成するラインを基準にして血漿成分の浮遊物が存在する表面側に配置される。図２を参照して、好ましくは、浮遊物収容部１１２は、第３の流路１７０を介して、血漿溜め部１２０における柱状物が構成するラインよりも上側領域に接続される。

図２を参照して、第１の流路１４０は、浮遊物１６０および血球成分が除去された血漿成分を第１の計量部１０３に導入するための流路である。この第１の流路１４０は、血漿溜め部１２０における柱状物が構成するラインよりも下側領域に接続される。

図２を参照して、第２の流路１５０は、分離された血球成分を廃液溜め部（図１における廃液溜め部１０８）に導入するための流路である。血球溜め部１３０内の分離された血球成分は、図３における矢印Ｂ方向の遠心力の印加により、廃液溜め部１０８に流れ込む。なお、図６に示される血漿分離部６０２のように、第２の流路６５０に、全血中の血球量の割合を検査するための血球検出部６５１を設けてもよい。血球検出部６５１の形状は、特に限定されないが、たとえば断面形状が円形状である筒型形状とすることができる。筒の深さ方向は、マイクロチップの厚み方向である。血球検出部６５１に照射した光の透過率等が、血球検出部６５１内の液体（血漿成分または血球成分）に応じて異なることを利用して、全血中に血球成分がどのくらい存在するかを確認することができる。光の照射方向は、特に限定されず、たとえば、マイクロチップの厚み方向と平行としてもよいし、マイクロチップ表面と平行な方向としてもよい。

次に、図１に示されるマイクロチップの動作方法の一例について説明する。なお、以下に説明する動作方法は一例を示したものであり、この方法に限定されるものではない。まず、全血サンプルを採取したサンプル管をサンプル管載置部１０１に挿入する。次に、マイクロチップに対して、図１における左向き方向（以下、単に左向きという。他の方向についても以下同様。）に遠心力を印加し、サンプル管内の全血サンプルを取り出した後、下向きの遠心力により、全血サンプルを血漿分離部１０２に導入して遠心分離を行ない、血漿成分と血球成分とに分離する。この際、全血サンプルに脂肪等の浮遊物が含まれている場合には、当該浮遊物も分離される。また、この下向き遠心力により、液体試薬保持部１０４ａ内の液体試薬Ｘは、第２の計量部１０５ａにて計量される。

ついで、分離された血漿成分を、右向き遠心力により第１の計量部１０３に導入する。この際、分離された浮遊物は、浮遊物収容部に移動するとともに、分離された血球成分は、廃液溜め部１０８に移動する。また、計量された液体試薬Ｘは、混合部１０６ｂに移動するとともに、液体試薬保持部１０４ｂ内の液体試薬Ｙは、液体試薬保持部１０４ｂから排出される。

次に、下向き遠心力により、計量された血漿成分と液体試薬Ｘとが混合部１０６ａにて混合されるとともに、液体試薬Ｙは、第３の計量部１０５ｂにて計量される。ついで、右向き、下向き、右向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０６ａおよび１０６ｂ間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。次に、上向き遠心力により、液体試薬Ｘおよび血漿成分からなる混合液と計量された液体試薬Ｙとを混合部１０６ｃにて混合させる。ついで、左向き、上向き、左向き、上向き遠心力を順次印加して、混合液を混合部１０６ｃおよび１０６ｄ間で行き来させることにより、混合液の十分な混合を行なう。

最後に、右向き遠心力により、混合部１０６ｃ内の混合液を検出部１０７に導入して、たとえば上記した光学的手法を用いて混合液の検査・分析を行なう。当該検査・分析においては、血漿分離部１０２において脂肪等の浮遊物が除去されているので、正確な検査・分析を行なうことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の血液検査用マイクロチップの流体回路構造の一例を示す概略上面図である。 図１のマイクロチップにおける血漿分離部を拡大して示す概略上面図である。 図２に示される血漿分離部１０２内に全血サンプルが導入され、遠心力の印加により、全血サンプル内の血漿成分と血球成分とが分離された状態を示す概略上面図である。 本発明に係る血漿分離部の別の一例を拡大して示す概略上面図である。 本発明に係る血漿分離部のさらに別の一例を拡大して示す概略上面図である。 本発明に係る血漿分離部のさらに別の一例を拡大して示す概略上面図である。

符号の説明

１０１ サンプル管載置部、１０２，４０２，５０２，６０２ 血漿分離部、１０３ 第１の計量部、１０４ａ，１０４ｂ 液体試薬保持部、１０５ａ 第２の計量部、１０５ｂ 第３の計量部、１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ 混合部、１０７ 検出部、１０８ 廃液溜め部、１１０，４１０，５１０，６１０ 浮遊物除去部、１１１，４１１，５１１，６１１ 柱状物、１１２，４１２，５１２，６１２ 浮遊物収容部、１２０，４２０，５２０，６２０ 血漿溜め部、１３０，４３０，５３０，６３０ 血球溜め部、１４０，４４０，５４０，６４０ 第１の流路、１５０，４５０，５５０，６５０ 第２の流路、１６０ 浮遊物、１７０ 第３の流路、６５１ 血球検出部。

Claims (4)

1. マイクロチップ内に導入された全血を含むサンプルから血漿成分を分離するための血漿分離部を備え、
   前記血漿分離部は、分離された血漿成分を主に溜め置くための部位であって、前記サンプルを導入するための開口を有する血漿溜め部と、分離された血漿成分の表面近傍に存在する浮遊物を除去するための浮遊物除去部とを少なくとも有しており、
   前記浮遊物除去部は、離間して列状に配置される複数の柱状物と、除去される前記浮遊物を収容するための浮遊物収容部と、を含み、
   前記列状に配置される複数の柱状物は、前記開口に沿って配列されており、
   前記浮遊物収容部は、前記列状に配置される複数の柱状物を基準に、前記血漿溜め部が配置される側とは反対側に配置される血液検査用マイクロチップ。
2. 前記柱状物の断面形状は、三角形状を有する請求項１に記載の血液検査用マイクロチップ。
3. 前記複数の柱状物は、複数の列をなして配置される請求項１または２に記載の血液検査用マイクロチップ。
4. 前記浮遊物は脂肪である請求項１〜３のいずれかに記載の血液検査用マイクロチップ。

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