JP5155661B2 - 微細流路用流量計およびこれを用いた分析装置、分析装置用カートリッジ - Google Patents

Description

本発明は、たとえば検体血液中の特定成分の分析において、微細流路内を流れる検体血液の流量を計測するための流量計、およびこれを用いた分析装置、分析装置用カートリッジであって、特にディスポーザブルタイプの分析装置用カートリッジに関する。

人体の健康状態を把握し、あるいは特定の病気を治療するには、血液中の特定成分を分析することが有効である。このような分析には、たとえば、微細流路が形成されたカートリッジを装填して使用するタイプの分析装置が用いられている。上記カートリッジにおいては、上記微細流路を流れる検体血液中の赤血球または白血球などの血球を計数するために、上記検体血液の流量を正確に測定することが必要である。上記流量を正確に把握するには、上記検体血液を流動させる手段として一定流量型のポンプなどを上記分析装置に備える構成とすることが考えられる。しかし、上記カートリッジ内には微細流路が形成されているため、流れ方向における圧損抵抗の変化が大きく、上記ポンプのみによって一定流量を実現することは困難である。したがって、上記カートリッジの上記微細流路内を流れる検体血液の流量を測定する手段を備えることが望ましい。

図１５は、従来の微細流路用流量計を示している。同図に示された流量計Ｘは、基板９１に形成された微細流路９２内を流れる流体９３の流量を測定するためのものである。流量計Ｘは、レンズ９４を介して照射される励起レーザ光９４ａと、レンズ９５を介して照射される検出レーザ光９５ａとを用いて流体９３の流量計測を行うように構成されている。励起レーザ光９４ａは、たとえば赤外線であり、微細流路９２を流れる流体９３を加熱するために用いられる。検出レーザ光９５ａは、たとえば波長が５３２ｎｍの可視光である。流体９３を透過した検出レーザ光９５ａは、赤外線フィルタ９６およびピンホールプレート９７を経て受光装置９８により受光される。受光装置９８からの信号は、制御装置９９により処理される。これにより、流体９３のうち検出レーザ光９５ａが照射されている部分の屈折率を即時検出することが可能とされている。励起レーザ光９４ａが照射されると、流体９３の屈折率が変化する。励起レーザ光９４ａの照射が開始されてから、流体９３の屈折率変化が検出されるまでの時間を測定する。この時間と、励起レーザ光９４ａおよび検出レーザ光９５ａの照射位置間の距離とにより、微細流路９２を流れる流体９３の流速が得られる。この流速に微細流路９２の断面積を乗算すると、流体９３の流量を求めることができる。

しかしながら、流量計Ｘが搭載される上記カートリッジは、小型化の要請が強い。このため、微細流路９２は、より小断面なものとされる。微細流路９２が小断面であるほど、励起レーザ光９４ａおよび検出レーザ光９５ａを微小なスポット光となるように集光し、かつ照射位置の精度を高めることが必要となる。すなわち、レンズ９４，９５、さらに励起レーザ光９４ａおよび検出レーザ光９５ａの照射源（図示略）について、小型化を図ることが求められる。これにより、上記分析用カートリッジの製造が困難となる。このようなことでは、上記分析装置用カートリッジの小型化が阻害されるという問題があった。

特開２００５−１４０７５６号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、微細流路内を流れる流体の流量を適切に計測可能であり、かつ小型化に適した微細流路用流量計、およびこれを用いた分析装置、分析装置用カートリッジを提供することをその課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面によって提供される微細流路用流量計は、微細流路を流れる流体の流量を計測するための微細流路用流量計であって、それぞれが１対の電極を含む２以上の電極群と、上記各電極群に含まれる上記１対の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、上記各電極は、少なくともその一部が上記微細流路内に露出しており、上記各電極群は、上記微細流路の流れ方向において互いに離間していることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては上記１対の電極は、上記微細流路の幅方向において互いに離間している。

本発明の第２の側面によって提供される微細流路用流量計は、微細流路を流れる流体の流量を計測するための微細流路用流量計であって、２以上の電極と、上記２以上の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、上記２以上の電極は、少なくともその一部ずつが上記微細流路内に露出しており、かつ上記微細流路の流れ方向において互いに離間していることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記２以上の電極に対して上記微細流路の流れ方向上流側に配置されており、かつ少なくともその一部が上記流体に接触可能とされた共通電極をさらに備えており、上記導通検出手段は、上記共通電極と上記各電極との間の導通をさらに検出可能とされている。

本発明の第３の側面によって提供される分析装置は、試料液に含まれる特定成分の分析を行う分析装置であって、上記特定成分を分析するための分析部と、上記分析部に繋がる微細流路と、上記微細流路内を流れる上記試料液の流量を計測するための本発明の第１または第２の側面によって提供される微細流路用流量計と、を備えることを特徴としている。

本発明の第４の側面によって提供される分析装置用カートリッジは、試料液に含まれる特定成分の分析を行う分析装置に装填される分析装置用カートリッジであって、上記特定成分を分析するための分析部と、上記分析部に繋がる微細流路と、上記微細流路内を流れる上記試料液の流量を計測するための本発明の第１または第２の側面によって提供される微細流路用流量計に用いられる上記電極群と、を備えることを特徴としている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記微細流路が貫通状に形成された平板状の本体を有しており、上記電極は、上記本体の表面から上記微細流路まで貫通している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記微細流路を形成するための溝部が形成された平板状の本体と、上記本体のうち上記溝部が形成された側の面に貼り合わされたプリント配線板と、を備えており、上記電極は、上記プリント配線板においてスルーホール電極として形成されている。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る微細流路用流量計の第１実施形態を示す断面概念図である。 本発明に係る微細流路用流量計の第１実施形態を示す全体斜視図である。 本発明に係る微細流路用流量計の第２実施形態を示す断面概念図である。 本発明に係る微細流路用流量計の第２実施形態を示す全体斜視図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う要部断面図である。 本発明に係る微細流路用流量計の第３実施形態を示す断面概念図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を示す全体平面図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を示す全体斜視図である。 本発明に係る分析装置の一例を示す全体斜視図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を用いた血球計数手順において、その初期状態を示す要部平面図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を用いた血球計数手順において、検体血液が第１分析部に到達した状態を示す要部平面図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を用いた血球計数手順において、その開始状態を示す要部平面図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を用いた血球計数手順において、検体血液の先端部分が上流から２個目の電極に到達した状態を示す要部平面図である。 本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を用いた血球計数手順において、検体血液の先端部分が最下流側の電極に到達した状態を示す要部平面図である。 従来の微細流路用流量計の一例を示す断面概念図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図２は、本発明に係る微細流路用流量計の第１実施形態を示している。本実施形態の流量計Ａ１は、２つの電極群６２Ａａ，６２Ａｂと、導通検出手段７とを備えている。本実施形態においては、流量計Ａ１は、検体血液ＤＳの流量を測定するものとして構成されている。検体血液ＤＳは、本体１に形成された微細流路１０内を流れる。図２に示すように、本実施形態においては、本体１は、たとえばアクリルなどの透明樹脂からなる。微細流路１０は、平板状の本体１を貫通するように形成されている。微細流路１０には、液溜め部１１および血球計数用の分析部５が設けられている。分析部５は、１対の電極５１および細孔５３を具備しており、電気抵抗検出法を用いた分析が可能とされている。細孔５３を検体血液ＤＳ中の赤血球または白血球などの絶縁体である血球が通過すると、１対の電極５１間の抵抗値が大きくなる。この抵抗値の変動を検出することにより、分析部５を通過した検体血液ＤＳに含まれる血球を計数することができる。

２つの電極群６２Ａａ，６２Ａｂは、分析部５の流れ方向下流側に配置されている。２つの電極群６２Ａａ，６２Ａｂは、それぞれ１対ずつの電極６２ａ，６２ｂからなる。各電極６２ａ，６２ｂは、少なくともその図中上端が微小流路１０内に露出しており、検体血液ＤＳに接触可能とされている。図２に示すように、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂは、本体１の図中下面から微細流路１０へと貫通するように設けられている。また、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂは、微細流路１０の流れ方向に対して直角方向に並んで配置されている。なお、図１においては、理解の便宜上、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂを、図２とは異なる方向に模式的に示している。本体１と１対ずつの電極６２ａ，６２ｂとは、いわゆるインサート成形により形成することができる。すなわち、本体１を形成するための金型を用いたモールド成形において、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂを上記金型内の所定位置に配置しておく。この状態で樹脂材料を上記金型内に充填し、これを固化させると、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂが貫通状に設けられた本体１が得られる。

導通検出手段７は、１対の電極６２ａ，６２ｂのそれぞれが導通したことを検出するためのものであり、２対のスイッチ７１ａ，７１ｂ、２つの抵抗７２、電源電圧７３、２つの信号ライン７４ａ，７４ｂを備えている。電極群６２Ａａの１対の電極６２ａの一方は、スイッチ７１ａを介してグランド接続されている。１対の電極６２ａの他方は、スイッチ７１ａを介して信号ライン７４ａに接続されている。信号ライン７４ａには、抵抗７２を介して電源電圧７３が接続されている。電極群６２ｂとスイッチ７１ｂ、抵抗７２、電源電圧７３、および信号ライン７４ｂとの構成も同様である。

流量計Ａ１を用いた検体血液ＤＳの流量測定を、以下に説明する。

まず、液溜め部１１から検体血液ＤＳの送り出しを開始する。検体血液ＤＳの送り出し開始に際しては、分析部５における分析および導通検出手段７による導通検出が可能な状態としておく。すなわち、導通検出手段７においては、１対ずつのスイッチ７１ａ，７１ｂをいずれも閉状態としておく。

検体血液ＤＳの先端が分析部５を通過し、さらに電極群６２Ａａに到達した時点で、血球の計数を開始する。検体血液ＤＳの先端が分析部５を通過した時点で、血球の計数は可能であるが、検体血液ＤＳの単位体積当たりの血球数を計数するには、分析部５を通過する検体血液ＤＳの流量を計測することが必要となるからである。検体血液ＤＳの先端が電極群６２Ａａに到達すると、１対の電極６２ａが導電体である検体血液ＤＳの血漿などにより導通する。この導通を信号ライン７４ａの信号変化から検出することにより、検体血液ＤＳの先端が電極群６２Ａａに到達したことを検知することができる。

さらに検体血液ＤＳの送り出しを継続すると、検体血液ＤＳの先端は、電極群６２Ａｂに到達する。この到達は、信号ライン７４ｂの信号変化から検知することができる。これらにより、検体血液ＤＳが電極群６２Ａａに到達してから電極群６２Ａｂに到達するまでの時間を測定することができる。この時間をＴ１２とする。一方、電極群６２Ａａ，６２Ａｂ間の距離はＬ２−Ｌ１で表される。検体血液ＤＳが電極群６２Ａａから電極群６２Ａｂに到達する間の平均流速をＶ１２とすると、Ｖ１２＝（Ｌ２−Ｌ１）／Ｔ１２により平均流速Ｖ１２が求められる。そして、微細流路１０の断面積をＡとすると、検体血液ＤＳが電極群６２Ａａから電極群６２Ａｂに到達する間の平均流量Ｑ１２は、Ｑ１２＝Ａ×Ｖ１２により得られる。平均流量Ｑ１２と、分析部５により計数された血球数から、検体血液ＤＳの単位体積当たりの血球数が求められる。検体血液ＤＳが希釈された血液である場合には、希釈倍率から上記血液中の血球数が得られる。

検体血液ＤＳが電極群６２Ａｂを通過した後は、１対ずつのスイッチ７１ａ，７１ｂのうち信号ライン７４ａ，７４ｂに繋がるものを開状態としておく。これにより、検体血液ＤＳがグランド接続された状態となる。他の手順としては、検体血液ＤＳが電極群６２Ａｂを通過した後に、１対ずつのスイッチ７１ａ，７１ｂをいずれも開状態としてもよい。

次に、流量計Ａ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、分析部５における分析中に分析部５を通過した検体血液ＤＳの流量を精度よく測定することができる。電極６２ａ，６２ｂは、たとえばレンズなどの光学部品と比べて小型に仕上げやすい。したがって、流量計Ａ１を含む系の小型化に適している。図２に示すように、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂがいずれも微細流路１０の流れ方向と直交する方向に並べられていることにより、１対ずつの電極６２ａ，６２ｂが導通するタイミングがばらつくことを防止することができる。また、電極群６２Ａａ，６２Ａｂどうしを近づけることが可能である。これは、微細流路１０の短縮化により流量計Ａ１を含む系の小型化を図るのに有利である。

本体１を一体成形することにより、微細流路１０から検体血液ＤＳが不当に漏れることを防止することが可能である。したがって、流量計Ａ１を含む系の衛生状態を向上させることができる。

図３および図４は、本発明に係る微細流路用流量計の第２実施形態を示している。本実施形態の流量計Ａ２は、１つずつの電極６２ａ，６２ｂおよび共通電極６３を備えている点、および本体１とプリント配線板２とを有する構造とされている点が、上述した第１実施形態と異なっている。なお、図３以降の図面においては、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図３に示すように、流量計Ａ２は、１つずつの電極６２ａ，６２ｂと、共通電極６３とを備えている。電極６２ａ，６２ｂは、流量計Ａ１の説明において述べた構成と同様である。電極６２ａ，６２ｂは、それぞれスイッチ７１ａ，７１ｂを介して、信号ライン７４ａ，７４ｂに接続されている。共通電極６３は、その一端が液溜め部１１内に露出するように設けられており、その他端がグランド接続されている。導通検出手段７は、共通電極６３と電極６２ａ，６２ｂそれぞれとの導通を検出可能とされている。

図４に示すように、本実施形態においては、本体１とプリント配線板２とが貼り合わされたたとえばカートリッジに流量計Ａ２が構成されている。本体１には、微細流路１０となるべき溝１０Ａが形成されている。プリント配線板２は、エポキシ樹脂などからなる複数の基材が積層されており、これらの基材の間に銅箔などからなる配線パターンが形成されている。プリント配線板２のうち、溝１０Ａと対向する部分には、電極６２ａ，６２ｂおよび共通電極６３が形成されている。本体１とプリント配線板２とを接着剤などを用いて液密の状態で張り合わせることにより、上記カートリッジが形成される。電極６２ａ，６２ｂおよび共通電極６３は、いわゆるスルーホール電極として形成されている。たとえば、電極６２ａは、図５に示すように、プリント配線板２をその厚さ方向に貫通しており、その下端には、配線パターン２２が接続されている。配線パターン２２の不当な導通を防止するために、プリント配線板２の図中下面側には保護シートが貼付されている。

流量計Ａ２を用いて検体血液ＤＳの流量を測定するには、まず、スイッチ７１ａ，７１ｂを信号ライン７４ａ，７４ｂ側が閉となる状態としておく。検体血液ＤＳの送り出しを開始すると、検体血液ＤＳの先端が、電極６２ａ，６２ｂへと順に到達する。検体血液ＤＳの電極６２ａ，６２ｂへの到達は、それぞれ信号ライン７４ａ，７４ｂの信号変化から検知することができる。これ以降は、上述した流量計Ａ１と同様の処理により検体血液ＤＳの平均流量Ｑ１２を計測することができる。

本実施形態によっても、分析部５における分析中に分析部５を通過した検体血液ＤＳの流量を精度よく測定することができる。また、流量計Ａ２を含む系の小型化に適している。特に、電極６２ａ，６２ｂを１つずつ備える構成であることにより、形成すべき電極６２ａ，６２ｂの個数を少なくすることが可能である。これは、流量計Ａ２を含む系の小型化、およびこの系の製造工程の簡略化に好ましい。共通電極６３と電極６２ａ，６２ｂとの導通を検出する手法とすれば、電極６２ａ，６２ｂを１つずつだけ備える構成において検体血液ＤＳが電極６２ａ，６２ｂに到達したことを合理的に検出することができる。

プリント配線板２においてスルーホール電極とされた電極６２ａ，６２ｂの位置は、比較的正確に設定することが可能である。微細流路１０を細径化した場合に、電極６２ａ，６２ｂを微細流路１０の所望箇所に配置することができる。したがって、流量計Ａ２を含む系の小型化に適している。

図６は、本発明に係る微細流路用流量計の第３実施形態を示している。本実施形態の流量計Ａ３は、複数の電極群６２Ａａ〜６２Ａｆを備えている点が上述したいずれの実施形態とも異なっている。

複数の電極群６２Ａａ〜６２Ａｆは、微細流路１０の流れ方向に沿って一定の距離Ｌｃをおいて配列されている。１対の電極５１と電極群６２Ａａとは、距離２Ｌｃを隔てている。電極群６２Ａａ〜６２Ａｆは、それぞれ１対の電極６２ａ〜６２ｆからなる。１対の電極６２ａ〜６２ｆは、それぞれ微細流路１０の流れ方向と直交する方向に並べられている。図６においては、理解の便宜上、１対の電極６２ａ〜６２ｆのいずれもが表れるように模式的に示されている。

プリント配線板２の端部には、コネクタ２１が設けられている。電極群６２Ａａ〜６２Ａｆとコネクタ２１とは、プリント配線板２の図中下面側に形成された配線パターン（図示略）により接続されている。コネクタ２１と導通検出手段７とは、ケーブルにより接続されている。導通検出手段７は、図１および図３を用いて説明した構成と同様であり、６つの電極群６２Ａａ〜６２Ａｆそれぞれの導通を検出可能とされている。

各電極群６２Ａａ〜６２Ａｆ間は、距離Ｌｃを隔てている。検体血液ＤＳの先端が電極群６２Ａａ〜６２Ａｆのある電極群からこれと下流側に隣り合う電極群に到達するまでの流量は、いずれの電極群間においても等しい。すなわち、電極群６２Ａａ〜６２Ａｆのそれぞれに到達するたびに一定量の検体血液ＤＳが流れたことを検知可能である。この一定量の検体血液ＤＳの検出と分析部５による血球計数とを繰り返すと、検体血液ＤＳの単位体積当たりの血球計数を複数回行うことができる。

このような構成によれば、分析部５における血球係数を行いながら、連続して複数回の流量測定を行うことが可能である。これは、たとえば検体血液ＤＳの単位体積当たりの血球係数の測定精度を高めるのに適している。また、検体血液ＤＳが比較的少ないような場合に、検体血液ＤＳが電極群６２Ａｆまで到達しなくても、検体血液ＤＳが少なくとも電極群６２Ａｂまで到達すれば血球係数を適切に行うことが可能である。これにより、流量計Ａ３を含む系が対応可能な検体血液ＤＳの量の範囲を広げることができる。

図７および図８は、本発明に係る分析装置用カートリッジの一例を示している。これらの図に示されたカートリッジＢは、本体１とプリント配線板２とが貼りあわされており、液導入口３、希釈手段４、複数の分析部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ、および２つの流量計測部６Ａ，６Ｂとを具備して構成されている。２つの流量計測部６Ａ，６Ｂは、本発明に係る微細流路用流量計の構成要素である。カートリッジＢは、図９に示すように、分析装置Ｃの装填口８１に装填される。分析装置Ｃには、図１および図３に示した導通検出手段７と類似の導通検出手段が備えられている。

本体１は、扁平矩形状であり、たとえばアクリルなどの透明樹脂からなる。本体１の図８における図中下面には、後述する流路や槽を形成するための複数の凹部または溝部が形成されている。本実施形態においては、本体１は、７０ｍｍ角程度のサイズとされ、その厚さが３ｍｍ程度とされる。プリント配線板２には、複数の電極５１，６２が形成されている。プリント配線板２の延出部には、コネクタ８が形成されている。コネクタ８は、カートリッジＢを分析装置Ｃに接続するために用いられる。

液導入口３は、分析すべき血液をカートリッジＢに導入するためのものである。液導入口３は、本体１に形成された貫通口であり、その直径が３ｍｍ程度とされる。

希釈手段４は、液導入口３から導入された血液を各種分析に適した濃度に希釈するためのものであり、希釈液槽４１、第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂ、血液計量手段４３、および希釈液計量手段４４を具備して構成されている。本実施形態の希釈手段４は、後述するように第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂを用いた２段階希釈が可能なタイプとされている。

希釈液槽４１は、血液を希釈するための希釈液４０をカートリッジＢ内に内蔵しておくためのものである。希釈液槽４１は、直径１２ｍｍ程度、深さ２ｍｍ程度とされており、２００μＬ程度の希釈液４０を内蔵可能である。

血液計量手段４３は、液導入口３と第１希釈槽４２Ａとの間に配置されており、導入流路４３ａ、計量流路４３ｃ、およびオーバーフロー流路４３ｄを含んでいる。導入流路４３ａは、液導入口３から血液を導入する流路である。導入流路４３ａは、その幅が２５０μｍ程度、その深さが２５０μｍ程度とされており、幅／深さが１である。以下に説明する各流路は、特に説明する場合を除き、導入流路４３ａと同様の幅および深さとされている。導入流路４３ａからは、分岐部４３ｂを介して計量流路４３ｃとオーバーフロー流路４３ｄとが延びている。計量流路４３ｃは、血液を分析に適した所定量だけ一時的に滞留させるためのものである。計量流路４３ｃは、その長さが８ｍｍ程度とされており、その容積が０．５μＬ程度とされる。計量流路４３ｃと第１希釈槽４２Ａとの間には、オリフィス４３ｅが設けられている。オリフィス４３ｅは、計量流路４３ｃから第１希釈槽４２Ａへの圧損抵抗を意図的に高めるためのものである。オーバーフロー流路４３ｄは、蛇行流路であり、ドレインＤ１に繋がっている。

希釈液計量手段４４は、希釈液槽４１の下流側に配置されており、第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂのそれぞれに繋がっている。希釈液計量手段４４は、導入流路４４ａ、計量流路４４ｃ、およびオーバーフロー流路４４ｄを含んでいる。導入流路４４ａは、希釈液槽４１から希釈液４０を導入する流路となっている。導入流路４４ａからは、分岐部４４ｂを介して計量流路４４ｃとオーバーフロー流路４４ｄとが延びている。計量流路４４ｃは、上記血液を所定濃度に希釈するために正確な量の希釈液４０を一時的に滞留させるためのものである。計量流路４４ｃは、大断面部４４ｃａと２つのテーパ部４４ｃｂとを有する。大断面部４４ｃａは、その幅が２ｍｍ程度、深さが２ｍｍ程度とされており、その容積が５０μＬ程度となっている。２つのテーパ部４４ｃｂは、大断面部４４ｃａの前後端にそれぞれ繋がっており、希釈液４０が大断面部４４ｃａに流入し、また大断面部４４ｃａから流出するときにその流れが不当に乱れることを防止するためのものである。オーバーフロー流路４４ｄは、ドレインＤ２に繋がっている。

第１および第２希釈槽４２Ａ，４２Ｂは、血液の希釈がなされる槽であり、いずれもその直径が６ｍｍ程度、深さが２ｍｍ程度とされており、その容積が５０μＬ以上となっている。第１希釈槽４２Ａは、血液計量手段４３および希釈液計量手段４４と繋がっており、血液計量手段４３により計量された血液が、希釈液計量手段４４により計量された希釈液４０により希釈される槽である。第２希釈槽４２Ｂは、第１希釈槽４２Ａおよび希釈液計量手段４４と繋がっており、第１希釈槽４２Ａにおいて希釈された検体血液が、希釈液計量手段４４により計量された希釈液４０により希釈される槽である。第１希釈槽４２Ａと第２希釈槽４２Ｂとの間には、計量流路４６が設けられている。

複数の分析部５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄは、血液中の特定成分の分析が行われる部位である。第１および第２分析部５Ａ，５Ｂは、電気抵抗検出法を用いた分析部であり、第１分析部５Ａが白血球用、第２分析部５Ｂが赤血球用である。一方、第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄは、光学的手法を用いた分析部であり、第３分析部５ＣがＨｂ用、第４分析部がＣＲＰ用である。

第１分析部５Ａは、バッファ層４５を介して第１希釈槽４２Ａに繋がっており、第１希釈槽４２Ａにおいて希釈された検体血液を用いて白血球の計数を行うための部位である。第１分析部５Ａは、細孔５３とこの細孔５３を挟む１対の電極５１とを有しており、電気抵抗検出法を用いた計数が可能に構成されている。細孔５３は、その前後の流路の幅が２５０μｍ程度であるのに対して、その幅が５０μｍ程度の狭幅とされている。細孔５３前後の略円形状に拡大された流路部分には、１対の電極５１が設けられている。第２分析部５Ｂは、第２希釈槽４２Ｂに繋がっており、第２希釈槽４２Ｂにおいて第２回目の希釈がなされた検体血液を用いて赤血球の計数を行うための部位である。第２分析部５Ｂは、第１分析部５Ａとほぼ同一構造を有している。バッファ層４５には、共通電極６３が設けられている。

第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄは、バッファ層４５にそれぞれ独立に繋がっている。第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄは、略円形状に拡大された流路部分に設けられた反射膜５５を有しており、光学的手法によりそれぞれＨｂおよびＣＲＰを計測するための部位である。本実施形態においては、透明とされた本体１を通して、第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄに光が照射され、その反射光を検出することにより、ＨｂおよびＣＲＰの計測が可能となっている。

第１および第２分析部５Ａ，５Ｂには、流量計測部６Ａ，６Ｂがそれぞれ繋がっている。流量計測部６Ａ，６Ｂは、それぞれ第１および第２分析部５Ａ，５Ｂを通過した検体血液の流量を計測するための部位であり、蛇行流路６１と複数の電極６２とを有している。蛇行流路６１は、流れ方向の長さを大としつつ、十分な容積を有する。本実施形態においては、蛇行流路６１は、第１分析部５Ａまたは第２分析部５Ｂを通過した分析済みの検体血液を少なくとも５０μＬ以上貯蔵可能な貯蔵手段となっている。複数の電極６２は、互いに蛇行流路６１の流れ方向において一定ピッチで配置されている。複数の電極６２は、第１ないし第３実施形態において説明した導通検出手段（図示略）に接続される。

次に、カートリッジＢを用いた血液分析について、以下に説明する。

まず、図７において、液導入口３から試料液としての血液をスポイトなどを用いて導入する。ついで、図９に示すように、血液が導入されたカートリッジＢを分析装置Ｃに装填する。この装填においては、コネクタ８を分析装置Ｃのコネクタ（図示略）に接続する。

次に、血液計量手段４３による血液の計量を行う。この計量により、第１希釈槽４２Ａには所定量である０．５μＬ程度の血液が滞留する。一方、希釈液計量手段４４による希釈液４０の計量を行う。この計量が完了すると、第１希釈槽４２Ａには、所定量である５０μＬ程度の希釈液４０ａが滞留する。この後は、第１希釈槽４２Ａ内において、０．５μＬ程度の血液と５０μＬ程度の希釈液４０ａとを混合し、１００倍に希釈された希釈試料液としての検体血液を得る。この混合は、たとえば、第１希釈槽４２Ａに内蔵された撹拌子（図示略）を磁力を利用して第１希釈槽４２Ａ内で回転運動させることなどにより行えばよい。以上の手順による希釈を、第１回目の希釈と呼ぶこととする。

第１希釈槽４２Ａにおける第１回目の希釈が完了した後は、第１分析部５Ａによる白血球の計数と、第３および第４分析部５Ｃ，５ＤによるＨｂおよびＣＲＰの分析とを行う。図７に示すように、第１希釈槽４２Ａにはバッファ層４５が繋がっている。このバッファ層４５に１００倍に希釈された上記検体血液を送出する。

バッファ層４５に蓄えられた上記検体血液の一部を用いて、第１分析部５Ａにより白血球を計数する手順を、図１０〜図１４を参照しつつ説明する。この計数には、第１分析部５Ａと、その下流側に設けられた第１流量計測部６Ａとを用いる。図１０は、白血球の計数を開始する状態を示しており、バッファ槽４５に１００倍に希釈された希釈試料液としての検体血液ＤＳが滞留している。この状態において、たとえばドレインＤ４からエアの吸引を開始する。すると、図１１に示すようにバッファ層４５から検体血液ＤＳが流出し、第１分析部５Ａを流れる。

さらにドレインＤ４からの吸引を継続すると、図１２に示すように検体血液ＤＳの先端部分が、複数の電極６２のうち最も上流側に位置する電極６２ａに到達する。共通電極６３と電極６２ａとの導通を監視することにより、検体血液ＤＳの先端部分が電極６２ａに到達したことを検出することができる。この検出を目安として、第１分析部５Ａによる白血球の計数を開始する。

上記吸引を継続すると、図１３に示すように、検体血液ＤＳの先端部分は、複数の電極６２のうち上流側から数えて２番目にある電極６２ｂに到達する。この到達は、たとえば、共通電極６３および電極６２ｂ間の導通を監視することにより検出することができる。検体血液ＤＳの先端部分が電極６２ａに到達してから電極６２ｂに到達するまでの間に第１分析部５Ａを通過した検体血液ＤＳの流量は、電極６２ａ，６２ｂ間に滞留可能な検体血液ＤＳの量と同じである。電極６２ａ，６２ｂ間の流れ方向距離は既知であるため、第１分析部５Ａを通過した検体血液ＤＳの流量を知ることができる。この流量と積算された白血球数とにより、検体血液ＤＳの単位体積あたりの白血球数が得られる。これにより上記血液の単位体積あたりの白血球の個数を計数することができる。

この後は、上記吸引を継続し計数を重ねることにより、さらに計数の精度を向上させることも可能である。本実施形態においては、第１流量計測部６Ａは、多数の電極６２を備えている。したがって、検体血液ＤＳの先端部分が電極６２ａ，６２ｂ以降の各電極６２に到達するごとに白血球数を記憶すると、多数回の計数が可能である。これは、より多量の検体血液ＤＳを用いて計数することと同義であるため、計数精度の向上を図ることができる。そして、たとえば図１４に示すように、検体血液ＤＳの先端部分が、複数の電極６２のうち最も下流側に位置する電極６２ｎに到達したことを検知したことをもって、第１分析部５Ａによる計数処理を終了すればよい。また、本図から明らかなように、第１分析部５Ａによる計数が終了したときには、分析済みの検体血液ＤＳは、蛇行流路６１内に滞留した状態とされる。

一方、第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄによる分析は、たとえば、第１分析部５Ａによる計数が終了した後に、ドレインＤ５，Ｄ６からそれぞれ吸引し、検体血液ＤＳを第３および第４分析部５Ｃ，５Ｄそれぞれの反射膜５５に到達させて行う。

次に、第２分析部５Ｂによる赤血球の計数手順を以下に説明する。この計数に先立ち、図７に示す希釈手段４により、第２回目の希釈を行う。上述した第１回目の希釈においては、希釈液４０を用いて上記血液を１００倍程度に希釈したのに対し、第２回目の希釈においては、第１回目の希釈により得られた１００倍希釈の検体血液ＤＳを希釈液４０を用いてさらに１００倍程度希釈する。この結果、第２希釈槽４２Ｂにおいては、５μＬの検体血液ＤＳと５０μＬ程度の希釈液４０とにより、実質的に１万倍の希釈を行う。

以上の手順により得られた１万倍希釈の検体血液を用いて、第２分析部５Ｂによる赤血球の計数を行う。この計数手順は、第１分析部５Ａよる計数手順とほぼ同一である。第２流量計測部６Ｂを利用して流量計測する点についても、第１流量計測部６Ａを利用した流量計測と同様である。

次に、カートリッジＢおよび分析装置Ｃの作用について説明する。

第１および第２流量計測部６Ａ，６Ｂを用いた流量計測は、第１ないし第３の実施形態の流量計について説明したのと同様に、非常に簡便かつ正確である。これにより、たとえば赤血球および白血球の正確な計数が可能となる。また検体血液ＤＳなどの流量が時間的に変動する場合であっても、検体血液ＤＳなどの流量を確実に測定することが可能である。これにより、分析装置Ｃ内には、一定流量を実現するための機構が不要となる。したがって、分析装置Ｃの簡便化にも有利である。特に、分析部５Ａ，５Ｂの細孔５３は、圧損が非常に大きい。このような圧損が大きい部分を含む流路に対して、一定流量で流体を流すことは非常に困難である。本実施形態によれば、一定流量であることは不要であるため、細孔５３を有する分析部５Ａ，５Ｂを用いた分析を行うのに適している。

カートリッジＢは、流量測定のためにたとえば光学部品などの比較的小型化が困難である部品を備えていない。電極を用いた流量計を採用することにより、カートリッジＢの小型化を図るのに有利である。これは、カートリッジＢをいわゆるディスポーザブルタイプのカートリッジとするのに好ましい。

本発明に係る微細流路用流量計およびこれを用いた分析装置、分析装置用カートリッジは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る微細流路用流量計およびこれを用いた分析装置、分析装置用カートリッジの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明に係る微細流路用流量計においては、電極群あるいは電極の個数は、上述した実施形態に限定されず、流量測定の対象となる流体、微細流路の構成などに応じて決定すればよい。

本体の材質は、透明であるものに限定されず、一部が不透明であってもよい。この場合、少なくとも光学的分析部に相当する部分は透明部とする。プリント配線板を用いれば、薄型化に好ましいが、いわゆるリジッド基板を用いてもよい。

本発明に係る分析装置および分析装置用のカートリッジは、血液の計数などの機能を有するものに限定されず、さまざまな試料液を分析する機能を有するものとしてもよい。

Claims (11)

1. 微細流路を流れる流体の流量を計測するための微細流路用流量計であって、
   それぞれが１対の電極を含む２以上の電極群と、
   上記各電極群に含まれる上記１対の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、
   上記各電極は、少なくともその一部が上記微細流路内に露出しており、
   上記各電極群は、上記微細流路の流れ方向において互いに離間しており、
   上記１対の電極は、上記微細流路の幅方向において互いに離間していることを特徴とする、微細流路用流量計。
2. 試料液に含まれる特定成分の分析を行う分析装置であって、
   上記特定成分を分析するための分析部と、
   上記分析部に繋がる微細流路と、
   上記微細流路内を流れる上記試料液の流量を計測するための微細流路用流量計であって、それぞれが１対の電極を含む２以上の電極群と、上記各電極群に含まれる上記１対の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、上記各電極は、少なくともその一部が上記微細流路内に露出しており、上記各電極群は、上記微細流路の流れ方向において互いに離間している、微細流路用流量計と、を備えることを特徴とする、分析装置。
3. 上記１対の電極は、上記微細流路の幅方向において互いに離間している、請求項２に記載の分析装置。
4. 試料液に含まれる特定成分の分析を行う分析装置であって、
   上記特定成分を分析するための分析部と、
   上記分析部に繋がる微細流路と、
   上記微細流路内を流れる上記試料液の流量を計測するための微細流路用流量計であって、２以上の電極と、上記２以上の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、上記２以上の電極は、少なくともその一部ずつが上記微細流路内に露出しており、かつ上記微細流路の流れ方向において互いに離間している、微細流路用流量計と、を備えることを特徴とする、分析装置。
5. 上記２以上の電極に対して上記微細流路の流れ方向上流側に配置されており、かつ少なくともその一部が上記流体に接触可能とされた共通電極をさらに備えており、
   上記導通検出手段は、上記共通電極と上記各電極との間の導通をさらに検出可能とされている、請求項４に記載の分析装置。
6. 試料液に含まれる特定成分の分析を行う分析装置に装填される分析装置用カートリッジであって、
   上記特定成分を分析するための分析部と、
   上記分析部に繋がる微細流路と、
   上記微細流路内を流れる上記試料液の流量を計測するための微細流路用流量計であって、それぞれが１対の電極を含む２以上の電極群と、上記各電極群に含まれる上記１対の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、上記各電極は、少なくともその一部が上記微細流路内に露出しており、上記各電極群は、上記微細流路の流れ方向において互いに離間している、微細流路用流量計に用いられる上記電極群と、を備えることを特徴とする、分析装置用カートリッジ。
7. 上記１対の電極は、上記微細流路の幅方向において互いに離間している、請求項６に記載の分析装置用カートリッジ。
8. 試料液に含まれる特定成分の分析を行う分析装置に装填される分析装置用カートリッジであって、
   上記特定成分を分析するための分析部と、
   上記分析部に繋がる微細流路と、
   上記微細流路内を流れる上記試料液の流量を計測するための微細流路用流量計であって、２以上の電極と、上記２以上の電極間の導通を検出する導通検出手段と、を備えており、上記２以上の電極は、少なくともその一部ずつが上記微細流路内に露出しており、かつ上記微細流路の流れ方向において互いに離間している、微細流路用流量計に用いられる上記２以上の電極と、を備えることを特徴とする、分析装置用カートリッジ。
9. 上記２以上の電極に対して上記微細流路の流れ方向上流側に配置されており、かつ少なくともその一部が上記流体に接触可能とされた共通電極をさらに備えており、
   上記導通検出手段は、上記共通電極と上記各電極との間の導通をさらに検出可能とされている、請求項８に記載の分析装置用カートリッジ。
10. 上記微細流路が貫通状に形成された平板状の本体を有しており、
    上記電極は、上記本体の表面から上記微細流路まで貫通している、請求項６ないし９のいずれかに記載の分析装置用カートリッジ。
11. 上記微細流路を形成するための溝部が形成された平板状の本体と、
    上記本体のうち上記溝部が形成された側の面に貼り合わされたプリント配線板と、を備えており、
    上記電極は、上記プリント配線板においてスルーホール電極として形成されている、請求項６ないし９のいずれかに記載の分析装置用カートリッジ。

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