JP5408992B2 - 分析用デバイスとこの分析用デバイスを使用した分析方法 - Google Patents
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Description
図1〜図6は分析用デバイスを示す。
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。
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)は側面図、図5(c)は図5(a)のB−B断面図、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。
この実施の形態では、ターンテーブル101は、図9に示すように傾斜した回転軸心107に取り付けられて水平線Hに対して角度θ°だけ傾斜しており、分析用デバイス1の回転停止位置に応じて、分析用デバイス1内の溶液にかかる重力の方向を制御できる。
分析用デバイス1を構成する部品の材料としては、材料コストが安価で量産性に優れる樹脂材料が望ましい。前記分析装置100は、分析用デバイス1を透過した光を測定する光学的測定方法によって試料液の分析を行うため、ベース基板3およびカバー基板4の材料としては、PC,PMMA,AS,MSなどの透明性が高い合成樹脂が望ましい。
この分析装置100は、ターンテーブル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内の溶液を光学的に測定するための光学測定手段108と、ターンテーブル101の回転速度や回転方向および光学測定手段の測定タイミングなどを制御する制御手段109と、光学測定手段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14(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14(b)は保護キャップ2を開いて指先120から試料液18を採取するときの様子を示したものであり、図14(c)は前記マイクロチャネル構造をターンテーブル101の側からカバー基板4を透過して見たものである。
誘導部17から見て毛細管キャビティ19を介してその先には、毛細管力が作用しない隙間の受容キャビティ23aが形成されている。毛細管キャビティ19と屈曲部22および誘導部17の一部の側方には、一端が分離キャビティ23に接続され、他端が大気に開放したキャビティ24が形成されている。キャビティ24の作用によって、注入口13から採取された試料液は誘導部17および毛細管キャビティ19のキャビティ24が形成されていない側の側壁を優先的に伝って充填されていくため、注入口13で気泡が混入した場合に、誘導部17のキャビティ24と隣接している区間内で空気がキャビティ24に向かって排出され、気泡を巻き込まずに試料液18を充填することができる。
− 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16(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、希釈液溶液5のアルミシール9が破られた状態でターンテーブル101にセットされる。
ドア103を閉じた後にターンテーブル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16(b)に示すように受容キャビティ23aを介して分離キャビティ23b,23cに流入するとともに、分離キャビティ23b,23cで血漿成分18aと血球成分18bとに遠心分離される。
次に、ターンテーブル101の回転を停止させると、血漿成分18aは分離キャビティ23b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と連通する連結流路30を介して図18(a)に示すように計量流路38に流れて定量が保持される。
また、図24に連結流路34とその周辺の拡大図を示し、この連結流路34とその周辺を詳しく説明する。
− 工程4 −
ターンテーブル101を時計方向(C2方向)に回転駆動すると、図18(b)に示すように、計量流路38に保持されていた血漿成分18aは大気開放キャビティ31の位置で破断し、定量だけ混合キャビティ39に流れ込み、保持キャビティ27内の希釈液8もサイホン形状の連結流路41を介して混合キャビティ39に流れ込む。
次に、ターンテーブル101の回転を停止し、分析用デバイス1を図18(b)に示す位置にして、±1mm程度の揺動を分析用デバイス1に与えるようにターンテーブル101を40〜80Hzの周波数で制御して、混合キャビティ39内に移送された希釈液8と血漿成分18aからなる測定対象の希釈血漿40を攪拌する。
その後に、分析用デバイス1を図19(a)に示す位置にして、±1mm程度の揺動を分析用デバイス1に与えるようにターンテーブル101を80〜200Hzの周波数で制御して、混合キャビティ39に保持される希釈血漿40を希釈血漿40の液面よりも内周側に形成された毛細管流路37の入口まで移送する。図37(a)は混合キャビティ39の側から毛細管流路37の入口付近を見た斜視図を示している。
図25(a)は、揺動前の混合キャビティ39内の液面の状態を示す平面図であり、図25(b)は、揺動後の混合キャビティ39内の液面の状態を示す平面図、図25(c)は、図25(b)に示す混合キャビティ39のA−A断面図である。
そのため、この実施の形態では、図26に示す構成によって液面の制御を行っている。図26(a)は、揺動前の混合キャビティ39内の液面の状態を示す平面図であり、図26(b)は、揺動後の混合キャビティ39内の液面の状態を示す平面図、図26(c)は、図26(b)に示す混合キャビティ39のB−B断面図である。
このように構成して揺動することで、混合キャビティ39の両壁面を伸長する液面は、天面に設けられた段差39aによって液面の伸長が抑制され、代わって段差39aを基点に底面側の液面が内周方向に伸長するようになる。これは、液面の伸長方向と異なる方向に表面張力を働かせるよう段差39aを設けたためである。そのため、毛細管流路の入口37aに到達することが可能となる。
揺動によって混合キャビティ39の一側面のみの液面の伸長距離を伸ばす構成について、図27をもとに説明する。図27(a)は、揺動前の混合キャビティ39内の液面の状態を示す平面図であり、図27(b)は、揺動後の混合キャビティ39内の液面の状態を示す平面図、図27(c)は、図27(b)に示す混合キャビティ39のC−C断面図である。
図28は、図26の構成と図27の構成を組み合わせて液面の制御を行っている。図26に示す構成における液面の動きについては、図26および図27で説明したとおりである。
分析用デバイス1をより小型化するためには、図29(a)に示すように、混合キャビティ39に保持される希釈血漿40の液面近傍に計量流路38の出口を形成することが考えられる。
図30(a)において図29(a)との構成の違いは、カバー基板4に溝39cを設けた点である。溝39cは希釈血漿40の液面高さ(d1)よりも内周位置に形成しており、カバー基板4の表面を伝って濡れ広がってほしくない領域(計量流路38の出口周辺、屈曲部39bの周辺など)全てに形成している。このとき、毛細管流路の入口37aがある壁面側には、幅wの溝を形成しない領域を残している。
混合キャビティ39から毛細管流路37への希釈血漿40の吸い出しが開始されると、混合キャビティ39内の液面の状態は、図31に示すようになる。
保持キャビティ27に移送された希釈液8は、所定量を超えると溢流流路28aを介して溢流キャビティ29aに流れ込み、さらに溢流流路28bを経由して溢流キャビティ29cに流れ込むよう配置している。
混合キャビティ39は血漿成分18aおよび希釈液8が図33(a)の平面図に対して右側から移送されてくるため、混合した希釈血漿40を混合キャビティ39の右側から次工程へ移送するのは困難であり、混合キャビティ39の左側へ移送する必要がある。
図33(b)は、溢流キャビティ29aを周方向に伸長するよう配置した場合のレイアウト図である。
図33(c)において、保持キャビティ27に移送された希釈液8は、所定量を超えると溢流流路28aを介して溢流キャビティ29aに流れ込み、さらに溢流キャビティ29aの半径方向外方に向かって毛細管流路37、溢流キャビティ29b、溢流通路28bを経由して、最外周に配置された溢流キャビティ29cに流れ込む構成としている。
ターンテーブル101を時計方向(C2方向)に回転駆動すると、図19(b)に示すように、計量流路47a,47b,47cに保持されていた希釈血漿40は、大気と連通する大気開放キャビティ50との連結部である屈曲部48a,48b,48c,48dの位置で破断して、定量だけ測定チャンバー52b,52cおよび保持キャビティ53に流れ込む。
また、毛細管エリア56a,56b,56c内には図35(a)に示すように、それぞれの検査対象の成分と反応させるための試薬58a1,58a2,58b1,58b2,58b3,58c1,58c2が、毛細管エリア56a,56b,56c内に形成された試薬担持部57a1,57a2,57b1,57b2,57b3,57c1,57c2に担持されている。図35(a)におけるG−G断面を図35(b)に示す。
次に、ターンテーブル101の回転を停止し、分析用デバイス1を図20(a)に示す位置にして、±1mm程度の揺動を分析用デバイス1に与えるようにターンテーブル101を60〜120Hzの周波数で制御して、保持キャビティ53に保持される希釈血漿40を希釈血漿40の液面に浸かるよう保持キャビティ53の側壁に形成された連結部59を介して毛細管力の作用により操作キャビティ61に移送する。
また、試薬担持部65a,65bのカバー基板4との隙は、操作キャビティ61のカバー基板4との隙より薄くなるよう操作キャビティ61より突出して形成している。
図20(a)に示す状態では、希釈血漿40と試薬67a,67bとが接触して試薬67a,67bが希釈血漿40に溶け出す。この状態で分析用デバイス1を回転軸心107を中心に所定角度の揺動をさせると、操作キャビティ61の希釈血漿40は前記空間61aがあるために操作キャビティ61の中で移動して、この攪拌の際に、攪拌リブ63に衝突してより確実に攪拌される。これによって、試薬の比重が大きい場合であっても試薬を沈殿させないようにより有効に作用している。
次に、ターンテーブル101を時計方向(C2方向)に回転駆動すると、図20(b)に示すように、操作キャビティ61の試薬と反応した希釈血漿が連結通路64を通過して分離キャビティ66に流れ込み、さらに高速回転を維持することで、操作キャビティ61内で生成された凝集物を遠心分離する。ここで、この実施の形態では、検査対象の成分と試薬を反応させる際に、前記反応を阻害する成分を前工程で排除するよう構成しており、操作キャビティ61で希釈血漿を試薬と反応させることで、後工程の反応を阻害する特定の成分を凝集処理し、次工程で遠心分離することで前記凝集物を排除している。
次に、ターンテーブル101の回転を停止させると、希釈血漿40は分離キャビティ66の壁面に形成された毛細管キャビティ69に吸い上げられ、毛細管キャビティ69と連通する連結流路70を介して図21(a)に示すように計量流路80に流れて定量が保持される。
毛細管キャビティ69の最外周の位置は、図21(a)に示すように、分離キャビティ66に保持される希釈血漿に浸かるように外周方向に伸長して形成されている。
ターンテーブル101を時計方向(C2方向)に回転駆動すると、図21(b)に示すように、計量流路80に保持されていた希釈血漿40は、大気と連通する大気開放キャビティ80との連結部である屈曲部84の位置で破断して、定量だけ測定チャンバー52aに流れ込む。
また、毛細管エリア56b,56cに保持されていた試薬と希釈血漿の混合溶液は、遠心力によって測定チャンバー52b,52cの外周側に移送することで、試薬と希釈血漿の攪拌が行われる。
次に、ターンテーブル101の回転を停止させると、測定チャンバー52aに移送された希釈血漿40は、毛細管力によって図22(a)に示すように毛細管エリア56aに吸い上げられ、この時点で試薬58a1,58a2の溶解が開始され、希釈血漿40内に含まれる特定の成分と試薬の反応が開始される。
− 工程13 −
ターンテーブル101を時計方向(C2方向)に回転駆動すると、図22(b)に示すように、毛細管エリア56a,56b,56cに保持されていた試薬と希釈血漿の混合溶液は、遠心力によって測定チャンバー52a,52b,52cの外周側に移送することで試薬と希釈血漿の攪拌が行われる。
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、各測定チャンバー52a,52b,52cが光源112とフォトディテクタ113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113の検出値を読み取って、特定成分の濃度を算出する。なお、工程7および工程11で希釈血漿40が各測定チャンバー52a,52b,52cに流入した際に、各測定チャンバー52a,52b,52cが光源112とフォトディテクタ113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113の検出値を読み取ることで、試薬と反応前の吸光度を算出できるため、演算部110での計算処理に測定チャンバー52a,52b,52cのリファレンスデータとして利用することで、測定精度を改善することができる。
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
11a 開封リブ(突出部)
12 係止用溝
12a 壁面
13 注入口
15 回転支持部(分析用デバイスの側の調芯用嵌合部)
16 回転支持部
17 誘導部
18 試料液
18a 血漿成分
18b 血球成分
18c 分離境界
19 毛細管キャビティ
20 傾斜面
21 凹部
22 屈曲部
23a 受容キャビティ
23b 分離キャビティ(上部)
23c 分離キャビティ(下部)
24 キャビティ
25a〜25m 空気孔
25n 空気孔
26 排出流路
27 保持キャビティ
28a 溢流流路
28b 溢流流路
28c 溢流流路(リファレンス側溢流流路)
28d 溢流流路(大気側溢流流路)
29a 溢流キャビティ
29b 溢流キャビティ
29c 溢流キャビティ(リファレンス測定チャンバー)
29d 溢流キャビティ(遮断用溢流キャビティ)
29e 溢流キャビティ(大気側溢流キャビティ)
30 連結流路
31 大気開放キャビティ
31a 大気開放キャビティ
32 流入防止溝
33 毛細管キャビティ
34 連結流路
34a 液溜り部
34b 液溜り用連結流路
w1 連結流路34の幅
w2 液溜り部34aの幅
35 逆流防止通路
36a 溢流キャビティ
36b 溢流キャビティ
37 毛細管流路
37a 毛細管流路37の入口
38 計量流路
38a 充填確認エリア
39 混合キャビティ
39a 段差
39b 屈曲部
39c 溝
40 希釈血漿
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,47c 計量流路
47d 溢流流路
48a,48b,48c,48d 屈曲部
49 凹部
50 大気開放キャビティ
51a,51b 気泡
52a,52b,52c 測定チャンバー
53 保持キャビティ
54 溢流キャビティ
55 逆流防止通路
56a,56b,56c 毛細管エリア
57a1,57a2,57b1,57b2,57b3,57c1,57c2 試薬担持部
58a1,58a2,58b1,58b2,58b3,58c1,58c2 試薬
59 連結部
60 連通部
61 操作キャビティ
61a 空間
62 キャビティ
63 攪拌リブ
64 連結通路
65a,65b 試薬担持部
66 分離キャビティ
67a,67b 試薬
68 連結流路
69 毛細管キャビティ
70 連結流路
71 第1の駆動手段
71a 第1のモータ
74 第1のギア部
80 計量流路
81a,81b 溢流キャビティ
82 連結流路
83 大気開放キャビティ
84 屈曲部
100 分析装置
101 ターンテーブル
102 環状溝
103 ドア
104a クランパ
105b バネ(付勢手段)
106 回転駆動手段
107 回転軸心
108 光学測定手段
109 制御手段
110 演算部
111 表示部
112 光源
113 フォトディテクタ
114 凸部(分析用デバイス1の側の回り止め用係合部)
114a 凸部114の先端
115 溝(ターンテーブル101の側の回り止め用係合部)
116 仕切壁
117 中央凸部(ターンテーブル101の側の調芯用嵌合部)
120 指先
121 操作キャビティ
122 下側
123 左上側
124 右上側
125 溶液
Claims (3)
- 試料液を遠心力によって測定スポットに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、定量の希釈液を保持キャビティで計量し、
定量を超えた余剰希釈液を前記保持キャビティから溢流キャビティを介してチャンバーに排出し、
前記試料液と前記定量の希釈液を混合キャビティで混合して希釈し、
前記混合キャビティで希釈された希釈試料液を毛細管流路を介して前記測定スポットに向かって移送し、前記測定スポットにおける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であって、
中央から外周に向かう外周方向に前記保持キャビティ,前記混合キャビティが配置され、
前記保持キャビティと前記混合キャビティの側方に前記外周方向に前記溢流キャビティと前記チャンバーが配置され、
前記毛細管流路が前記溢流キャビティの途中に前記チャンバーに向かう前記余剰希釈液の流れ方向と交差して配置され、
前記溢流キャビティの前記余剰希釈液が、前記遠心力によって前記毛細管流路を乗り越えて前記チャンバーに流入するように構成した
分析用デバイス。 - 大気と連通する大気側溢流キャビティと前記チャンバーとの間に、前記チャンバーとは第1の溢流流路を介して連通し、前記大気側溢流キャビティとは第2の溢流流路を介して連通する遮断用溢流キャビティを設けて、前記混合キャビティから前記毛細管流路によって移送中に前記チャンバーと前記遮断用溢流キャビティの両出口が大気と遮断されて内部が負圧になるよう構成した
請求項1記載の分析用デバイス。 - 試料液を遠心力によって測定スポットに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、前記遠心力で定量の希釈液を保持キャビティで計量して定量を超えた余剰希釈液を前記保持キャビティから溢流キャビティを介してチャンバーへ前記溢流キャビティの途中に前記チャンバーに向かう前記余剰希釈液の流れ方向と交差して配置された毛細管流路を乗り越えて前記チャンバーに排出し、
前記混合キャビティで希釈された希釈試料液が前記毛細管流路の一端に接する位置に傾けて前記毛細管流路を介して前記測定スポットに向かって移送し、前記測定スポットにおける反応液にアクセスして読み取る
分析用デバイスを使用した分析方法。
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