JP5376436B2 - 分析用デバイスを使用する分析装置および分析方法 - Google Patents
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図1(a)(b)は分析用デバイス1の保護キャップ2を閉じた状態と開いた状態を示している。図2は図1(a)における下側を上に向けた状態で分解した状態を示し、図3はその組立図を示している。
ベース基板3の上面に形成されている数個の凹部の開口をカバー基板4で覆うことによって、後述の複数の収容エリア(後述の測定セルと同じ)とその収容エリアの間を接続するマイクロチャネル構造の流路などが形成されている。収容エリアのうちの必要なものには各種の分析に必要な試薬が予め担持されている。保護キャップ2の片側は、ベース基板3とカバー基板4に形成された軸6a,6bに係合して開閉できるように枢支されている。検査しようとする試料液が血液の場合、毛細管力の作用する前記マイクロチャネル構造の各流路の隙間は、50μm〜300μmに設定されている。
図4(a)は平面図、図4(b)は図4(a)のA−A断面図、図4(c)は側面図、図4(d)は背面図、図4(e)は開口部7から見た正面図である。この開口部7は希釈液容器5の内部5aに、図6(a)に示すように希釈液8を充填した後にシール部材としてのアルミシール9によって密封されている。希釈液容器5の開口部7とは反対側には、ラッチ部10が形成されている。この希釈液容器5は、ベース基板3とカバー基板4の間に形成され希釈液容器収容部11にセットされて図6(a)に示す液保持位置と、図6(c)に示す液放出位置とに移動自在に収容されている。
図5(a)は平面図、図5(b)は図5(a)のB−B断面図、図5(c)は側面図、図5(d)は背面図、図5(e)は開口2aから見た正面図である。保護キャップ2の内側には、図1(a)に示した閉塞状態で図6(a)に示すように、希釈液容器5のラッチ部10が係合可能な係止用溝12が形成されている。
ロータ101の上面には溝102が形成されており、分析用デバイス1をロータ101にセットした状態では分析用デバイス1のカバー基板4に形成された回転支持部15と保護キャップ2に形成された回転支持部16が溝102に係合してこれを収容している。
この分析装置100は、ロータ101を回転させるための回転駆動手段106と、分析用デバイス1内の反応物にアクセスして分析する分析手段としての光学測定部108と、ロータ101の回転速度や回転方向および光学測定部108の測定タイミングなどを制御する制御手段109と、光学測定部108によって得られた信号を処理し測定結果を演算するための演算部110と、演算部110で得られた結果を表示するための表示部111とで構成されている。
図11(a)は注入口13を分析用デバイス1の外側から見た拡大図を示し、図11(b)は前記マイクロチャネル構造をロータ101の側からカバー基板4を透過して見たものである。
− 工程1 −
検査を受ける試料液が注入口13に点着された分析用デバイス1は、図13(a)に示すように毛細管キャビティ19内に試料液を保持し、希釈液容器5のアルミシール9が破られた状態でロータ101にセットされる。
ドア103を閉じた後にロータ101を時計方向(C2方向)に回転駆動すると、保持されている試料液が屈曲部22の位置で破断し、誘導部17内の試料液は保護キャップ2内に排出され、毛細管キャビティ19内の試料液18は図13(b)に示すように試料液受容キャビティ23に流入し保持される。
次に、ロータ101の回転を停止させると、試料液18は図14(b)に示すように試料液受容キャビティ23と混合キャビティ29を連結しているサイホン形状を有する連結流路30に呼び水され、同様に、希釈液8も保持キャビティ27と混合キャビティ29を連結しているサイホン形状を有する連結流路41に呼び水される。
ロータ101を反時計方向(C1方向)に回転駆動すると、試料液受容キャビティ23の試料液18と保持キャビティ27の希釈液8は図16(a)に示すように混合キャビティ29に流入するとともに、混合キャビティ29で希釈血漿成分18aと血球成分18bとに遠心分離される。18cは希釈血漿成分18aと血球成分18bとの分離界面を表している。ここで、試料液18と希釈液8はリブ31に一旦衝突してから混合キャビティ29に流入させるので、試料液18中の血漿成分と希釈液8とを均一に攪拌できる。
次に、ロータ101の回転を停止させると、希釈血漿成分18aは、混合キャビティ29の壁面に形成された毛細管キャビティ33に吸い上げられ、毛細管キャビティ33と連通する毛細管流路37を介して図16(b)に示すように溢流流路38,計量流路39a,39b,39c,39d,39e,39f,39gに流れて、計量流路39a〜39gに定量が保持される。
− 工程6 −
更に、ロータ101を反時計方向(C1方向)に回転駆動すると、図18(a)に示すように、計量流路39a〜39gに保持されていた希釈血漿成分18aは、大気と連通する大気開放キャビティ48との連結部である屈曲部49a,49b,49c,49d,49e,49f,49gの位置で破断して測定セル40a〜40f,40gに流れ込む。ここでは測定セル40a〜40fのそれぞれに同じ量の希釈血漿成分18aが流れ込む。
毛細管エリア47aの吸い上げ可能な容量は、測定セル40aに保持される試料液を全て収容できる容量よりも少ない容量に形成されている。毛細管エリア47b,47d〜47fも同様に、それぞれの測定セル40b,40d〜40fに保持される試料液を全て収容できる容量よりも少ない容量に形成されている。測定セル40cの毛細管エリア47c1,47c2については、毛細管エリア47c1の吸い上げ可能な容量と毛細管エリア47c2の吸い上げ可能な容量との加算値が、測定セル40cに保持される試料液を全て収容できる容量に形成されている。測定セル40b〜40f,40gの光路長は互いに同じ長さに形成されている。
次に、分析用デバイス1の回転を減速または停止、または所定の停止位置で回転軸心107を中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせて分析用デバイス1を揺動させることによって、各測定セル40a〜40fに移送された試料液または試薬と試料液の混合溶液が、毛細管力によって図18(b)に示すように毛細管エリア47a〜47fに吸い上げられ、この時点で試薬T1の溶解が開始され、希釈血漿成分18a内に含まれる特定の成分と試薬の反応が開始される。
図18(b)に示したように、試料液または試薬と試料液の混合溶液が毛細管エリア47a〜47fに吸い上げられた状態から、分析用デバイス1の回転を加速させて、分析用デバイス1を反時計方向(C1方向)または時計方向(C2方向)に回転駆動すると、図18(a)に示すように、毛細管エリア47a〜47fに保持されていた液が遠心力によって、測定セル40a〜40fの外周側に移送することで、試薬T1と希釈血漿成分18aの攪拌が行われる。
分析用デバイス1を反時計方向(C1方向)または時計方向(C2方向)に回転駆動して、各測定セル40a〜40f,40gが光源112aとフォトディテクタ113aの間を通過するタイミングに、演算部110がフォトディテクタ113aの検出値を読み取って、これを前記一次測光と二次測光の結果で補正して特定成分の濃度を算出する。
このように、利用者が試料液を採取する際の保護キャップ2の開閉操作で希釈液容器5を開封し、希釈液を分析用デバイス1内に移送させることができるため、分析装置の簡略化、コストダウンができ、さらには利用者の操作性も向上させることができる。
図23(b)を説明する。
図24(a)では試薬T1,T2が毛細管エリア47c2の平面上に塗布して配置されていたが、図24(b)に示した具体例では、毛細管エリア47c2の平面上に形成された数十μmの高さの凸部52の上に試薬T1が配置され、毛細管エリア47c2の平面上に形成された数十μmの高さの凸部53の上に試薬T2が配置されている点が異なっている。図24(a)の場合には、試薬を塗布した際に毛細管エリア47c2の平面上に濡れ広がるため、隣接して複数の試薬を配置する場合には、試薬の間に距離を空けて塗布することが必要であったが、凸部52,53の上に試薬T1,T2を塗布することによって、試薬の間に距離を空けなくても複数の試薬が接触するようなことがなく、分析用デバイス1の小型化に有効である。さらに、凸部52,53とカバー基板4との隙間が小さい分だけ毛細管力が大きくなり、試料液が確実に試薬T1,T2と接触するように流入し、試薬の溶解不足を解消して測定精度の改善を期待できる。
図25(a)では試薬T1が毛細管エリア47c2の平面上に塗布して配置されていたが、図25(b)に示した具体例では、毛細管エリア47c2の平面上に形成された数十μmの高さの凸部54の上に試薬T1が配置されている点が異なっている。
2 保護キャップ
2a 開口
2b 底部
3 ベース基板
4 カバー基板
5 希釈液容器
5a 内部
5b ラッチ部10の面
6a,6b 軸
7 開口部
8 希釈液
9 アルミシール(シール部材)
10 ラッチ部
11 希釈液容器収容部
12 係止用溝
12a 壁面
13 注入口
14 開封リブ(突出部)
15,16 回転支持部
17 誘導部
18 試料液
18a 希釈血漿成分
18b 血球成分
19 毛細管キャビティ
20 傾斜面
21 凹部
22 屈曲部
23 試料液受容キャビティ
24 キャビティ
25a〜25h,25i1,25i2,25j〜25n 空気孔
26 排出流路
27 保持キャビティ
28 溢流流路
29 混合キャビティ
30 連結流路
31 リブ
32 円弧面
33 毛細管キャビティ
34a 連結流路
34b 連結流路
35a,35b 逆流防止通路
36a,36b,36c,36d 溢流キャビティ
37 毛細管流路
38 溢流流路
39a,39b,39c,39d,39e,39f,39g 計量流路
40a,40b,40c,40d,40e,40f,40g 測定セル
41 連結流路
42 溝
43 孔
44 係止治具
44a 突起
45 切り欠き
46 押圧治具
47a,47b,47c1,47c2,47d,47e,47f 毛細管エリア
48 大気開放キャビティ
49a,49b,49c,49d,49e,49f,49g 屈曲部
51,52,53,54 凸部
100 分析装置
101 ロータ
102 溝
103 ドア
104 可動片
105 バネ
106 回転駆動手段
107 回転軸心
108 光学測定部(分析手段)
109 制御手段
110 演算部
111 表示部
112a,112b 光源
113a,113b フォトディテクタ
T1,T2 試薬
Claims (4)
- 試料液を遠心力によって測定セルに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、前記測定セルは前記遠心力の働く方向に伸長して形成され、前記測定セルの回転方向に位置する側壁の少なくとも一側壁に、前記測定セルの外周位置から内周方向に伸長するように毛細管エリアが形成されており、前記測定セルにおける前記試料液と試薬との反応液にアクセスする読み取りに使用される分析用デバイスがセットされる分析装置であって、
前記分析用デバイスを軸心周りに回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段の回転によって前記分析用デバイスの測定セルへ移送させる制御手段と、
前記回転駆動手段の前記回転によって前記分析用デバイスの測定セルに移送された前記試料液との反応液にアクセスして分析する分析手段と
を設け、前記制御手段を、
前記試料液を前記回転駆動手段の回転によって前記分析用デバイスの測定セルへ移送した後に、前記測定セルの前記試料液を、前記測定セルの側壁の少なくとも一側壁に形成された毛細管エリアに吸い上げてから、分析用デバイスの前記回転を加速させて前記毛細管エリアに吸い上げられていた前記試料液を前記測定セルに戻して攪拌するように構成した分析装置。 - 試料液を遠心力によって測定セルに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、前記測定セルは前記遠心力の働く方向に伸長して形成され、前記測定セルの回転方向に位置する側壁の少なくとも一側壁に、前記測定セルの外周位置から内周方向に伸長するように毛細管エリアが形成されており、前記測定セルにおける前記試料液と試薬との反応液にアクセスする読み取りに使用される分析用デバイスを用いた分析方法であって、
試料液を、前記分析用デバイスを回転させて発生する遠心力によって前記分析用デバイスの測定セルへ移送する第1ステップと、
分析用デバイスの前記回転を減速または停止させて前記測定セルの前記試料液を、前記測定セルの側壁の少なくとも一側壁に形成された毛細管エリアに毛細管力によって吸い上げてから、分析用デバイスの前記回転を加速させて前記毛細管エリアに吸い上げられていた前記試料液を前記測定セルに戻して攪拌する第2ステップと、
前記分析用デバイスを回転させて読み取り位置に前記測定セルが位置するタイミングに前記測定セルの前記試料液と試薬との反応液にアクセスして読み取る第3ステップと
を有する分析方法。 - 第2ステップでは、前記毛細管力によって試料液を吸い上げる工程と、前記遠心力によって毛細管エリア内の前記試料液を外周方向に移送する工程を繰り返し行うことを特徴とする
請求項2に記載の分析方法。 - 試料液を遠心力によって測定セルに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、前記測定セルにおける前記試料液と試薬との反応液にアクセスする読み取りに使用され、前記測定セルは前記遠心力の働く方向に伸長して形成され、前記測定セルの回転方向に位置する側壁の少なくとも一側壁に、前記測定セルの外周位置から内周方向に伸長するように毛細管エリアが形成され、前記毛細管エリアに試薬が配置されている分析用デバイスを使用して、前記試薬と反応前の試料液を通過した光の検出値と前記試薬が溶解後の試料液を通過した光の検出値とから試料液の成分を分析するに際し、
分析用デバイスを回転させて試料液を前記測定セルの最外周部に供給して前記試薬と反応前の試料液を通過する光の検出値を測定してリファレンスとし、
試料液に作用する前記遠心力をリファレンス測定時よりも小さくして前記毛細管エリアに試料液を吸い上げて前記試料液で前記試薬を溶解し、
前記試薬が溶け込んでいる前記毛細管エリアの試薬に前記遠心力を作用させて前記測定セルの最外周部に前記試薬と反応後の試料液を移動させてそこで試料液を通過する光の検出値を測定し、これを前記リファレンスと比較して試料液の成分を分析する
分析方法。
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