JP6664608B2 - Apparatus and method for measuring leukocyte activation degree - Google Patents

Apparatus and method for measuring leukocyte activation degree Download PDF

Info

Publication number
JP6664608B2
JP6664608B2 JP2016221491A JP2016221491A JP6664608B2 JP 6664608 B2 JP6664608 B2 JP 6664608B2 JP 2016221491 A JP2016221491 A JP 2016221491A JP 2016221491 A JP2016221491 A JP 2016221491A JP 6664608 B2 JP6664608 B2 JP 6664608B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blood
array structure
microchannel
sample
leukocytes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016221491A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017104095A (en
Inventor
隆則 安
隆則 安
秦 信宏
信宏 秦
佑二 菊池
佑二 菊池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DOKKYO MEDICAL UNIVERSITY
Original Assignee
DOKKYO MEDICAL UNIVERSITY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DOKKYO MEDICAL UNIVERSITY filed Critical DOKKYO MEDICAL UNIVERSITY
Publication of JP2017104095A publication Critical patent/JP2017104095A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6664608B2 publication Critical patent/JP6664608B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、白血球の活性化度の測定装置及び測定方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and a method for measuring the degree of activation of leukocytes.

人間の冠動脈は、複数回分岐して毛細血管にたどり着き、毛細血管の密度は人の臓器の中で最も高く、心筋微小血管を流れる血液のミクロな流動性は、動脈硬化性疾患をはじめ様々な疾患の病態生理に影響を及ぼしていることが知られている。人の血液は非ニュートン流体であり、血液のマクロな流動性は、コーンプレート型レオメーター等の工業用粘度計やCONTRAVAS社製の血液専用二重円筒型粘度計Low Shear 30等で測定されてきた。   The human coronary arteries branch multiple times and reach the capillaries, the density of capillaries is the highest among human organs, and the microfluidity of blood flowing through myocardial microvessels is various, including arteriosclerotic diseases. It is known to affect the pathophysiology of the disease. Human blood is a non-Newtonian fluid, and the macro-fluidity of blood has been measured with an industrial viscometer such as a cone-plate rheometer or a low-shear viscometer dedicated to blood manufactured by CONTRAVAS Co., Ltd. Was.

特許文献1には、表面に微小な溝のアレイを備えたベース基板に対して透明基板を密着させて形成したマイクロチャネルアレイに、有形成分を含む流体試料の流動性を測定する際に予め該流体試料に所期のずり応力を印加した後に、その流体試料を該マイクロチャネルアレイに通過させることにより、有形成分の流動性とずり応力印加による有形成分の流動性の変化を測定する技術が開示されている。   Patent Literature 1 discloses that a microchannel array formed by adhering a transparent substrate to a base substrate having an array of microgrooves on the surface thereof is used to measure the fluidity of a fluid sample containing formed components in advance. After the intended shear stress is applied to the fluid sample, the fluid sample is passed through the microchannel array to measure the fluidity of the formed material and the change in the fluidity of the formed material due to the application of the shear stress. Techniques are disclosed.

特許文献2には、流路を有するフィルタを有形成分含有液体が通過する際に、該有形成分含有液体中の白血球が引き起こす流動性を阻害する度合いを表す指数を算出し、該指数を流動性を定量評価する指数とする技術が開示されている。特許文献2の技術では、白血球を含む血液と白血球を含まない血液について時間と流量の関係を測定し、その差を基に流動性を阻害する度合いが定量的に測定される。   Patent Literature 2 calculates an index that indicates the degree of inhibiting the fluidity caused by leukocytes in the particulate matter-containing liquid when the particulate matter-containing liquid passes through a filter having a flow path. There is disclosed a technique for calculating an index for quantitatively evaluating liquidity. In the technique of Patent Literature 2, the relationship between time and flow rate is measured for blood containing leukocytes and blood not containing leukocytes, and the degree of inhibiting fluidity is quantitatively measured based on the difference.

また、血液流動性測定装置に関して、MCヘルスケア株式会社の製品名MCFAN HR300としてすでに市販された装置が存在するが、該装置が使用する特許文献3に開示されている細胞マイクロレオロジー観察・測定用ディスポーザブルチップによる測定値の再現性に課題がある。   Regarding a blood fluidity measuring device, there is a device already marketed under the product name MCFAN HR300 of MC Healthcare Co., Ltd., but it is used for observation and measurement of cell microrheology disclosed in Patent Document 3 used by the device. There is a problem in the reproducibility of measured values by a disposable chip.

特開2006−145345号公報JP 2006-145345 A 特開2009−276075号公報JP 2009-276075 A 特開2007−124904号広報JP 2007-124904 PR

近年、高齢化社会、食生活の欧米化と運動不足等により生活習慣病が増加し、全身の動脈硬化性疾患の患者数が増加している。循環器疾患の研究及び臨床において、血液の流動性、とくにその重要な因子である白血球の活性化の度合いを信頼性・再現性高く評価できる評価方法が望まれている。この点、従来では、微細な流路を流れる血液を撮影し、その画像上で目視により白血球の活性化の度合いを評価しているが、この方法では人の目で活性化した白血球を探しカウントするものであるため、時間や手間のかかる作業である。   In recent years, lifestyle-related diseases have increased due to the aging society, westernization of eating habits, lack of exercise, and the like, and the number of patients with systemic atherosclerotic diseases has increased. In research and clinical studies of cardiovascular diseases, an evaluation method that can evaluate the fluidity of blood, particularly the degree of activation of leukocytes, which is an important factor, with high reliability and reproducibility is desired. In this regard, conventionally, blood flowing through a fine channel is photographed, and the degree of activation of leukocytes is visually evaluated on the image, but this method searches for activated white blood cells with the human eye and counts them. This is a time-consuming and labor-intensive task.

そこで、本発明は、心筋微小血管を模したマイクロチャネルアレイ回路による微小血管の生体外モデル(ex vivo)を開発し、血液の流動性、とくに白血球の活性化度の臨床検査に標準化できる装置及び方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has developed an in vitro model (ex vivo) of microvessels using a microchannel array circuit that simulates myocardial microvessels, and a device that can be standardized for clinical tests of blood fluidity, particularly the degree of leukocyte activation. The aim is to provide a method.

本発明には、以下の態様が含まれる。
[1]
血液中の白血球の活性化度を測定する装置であって、
毛細血管を模擬した構造がベース基板上に形成されたマイクロチャネルアレイ構造を有するマイクロチャネルチップと、
第1の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間と、前記第1の抗凝固剤と異なる第2の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間との通過時間差を基に、前記血液中の白血球の活性化度を算出する端末とを備えた、前記装置。
[2]
前記第1の抗凝固剤がヘパリン溶液であり、前記第2の抗凝固剤がヘパリンとEDTAとの混合溶液である、[1]に記載の装置。
[3]
前記端末は、前記通過時間差と前記血液に印加される圧力とを基に、前記血液中の白血球の活性化度を算出する、[1]又は[2]に記載の装置。
[4]
血液中の白血球の活性化度を測定する装置であって、
毛細血管を模擬した構造がベース基板上に形成されたマイクロチャネルアレイ構造を有するマイクロチャネルチップと、
抗凝固剤が添加された血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する前に生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間と、前記血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した後に生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間との通過時間差を基に、前記血液中の白血球の活性化度を算出する端末とを備えた、前記装置。
[5]
前記端末は、前記通過時間差と前記血液に印加される圧力とを基に、前記血液中の白血球の活性化度を算出する、[4]に記載の装置。
[6]
前記ベース基板はシリコン製であり、シリコン酸化膜が前記マイクロチャネルアレイ構造上に形成され、前記シリコン酸化膜の厚さが、0.4〜1.0μmである、[1]〜[5]のいずれかに記載の装置。
[7]
血液中の白血球の活性化度を測定する方法であって、
第1の抗凝固剤を添加した血液を、毛細血管を模擬した構造がベース基板上に形成されたマイクロチャネルアレイ構造に通過させるステップと、
前記第1の抗凝固剤と異なる第2の抗凝固剤を添加した血液を、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させるステップと、
前記第1の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間と、前記第2の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間との差を基に、前記血液中の白血球の活性化度を算出するステップとを含む、前記方法。
[8]
前記第1及び第2の抗凝固剤が、ヘパリン溶液及びヘパリンとEDTAとの混合溶液から選択される、[7]に記載の方法。
[9]
血液中の白血球の活性化度を測定する方法であって、
生理食塩水を、毛細血管を模擬した構造がベース基板上に形成されたマイクロチャネルアレイ構造に通過させる第1ステップと、
抗凝固剤を添加した血液を、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させる第2ステップと、
生理食塩水を、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させる第3ステップと、
前記第1ステップにおいて生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間と、前記第3ステップにおいて生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間との差を基に、前記血液中の白血球の活性化度を算出するステップとを含む、前記方法。
[10]
前記ベース基板はシリコン製であり、シリコン酸化膜が前記マイクロチャネルアレイ構造上に形成され、前記シリコン酸化膜の厚さが、0.4〜1.0μmである、[7]〜[9]のいずれかに記載の方法。
[11]
血液が入った第1の容器と生理食塩水が入った第2の容器を設定温度に保温又は保冷する恒温水槽をさらに備え、
前記第1及び第2の容器と前記マイクロチャネルアレイ構造とをつなぐ輸入管、前記マイクロチャネルアレイ構造、並びに前記マイクロチャネルアレイ構造と血液及び生理食塩水の回収容器とをつなぐ輸出管を通過する血液及び生理食塩水の温度は、±1℃以内の精度で前記設定温度に一致する、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の装置。
[12]
前記第1の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間を測定する直前と、前記第2の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間を測定する直前とに、前記マイクロチャネルアレイ構造、前記輸入管及び前記輸出管のそれぞれに、前記生理食塩水を還流させることによって、前記輸入路、前記マイクロチャネルアレイ構造、及び前記輸出管を、±1℃以内の精度で前記設定温度に保温又は保冷する[11]に記載の装置。
[13]
前記マイクロチャネルチップの背面に直接する形で前記マイクロチャネルチップに対するチップホルダー内に付加的に設けられた流路に前記生理食塩水を還流させることによって、前記マイクロチャネルチップを、±1℃以内の精度で前記設定温度に保温又は保冷する[11]又は[12]に記載の装置。
[14]
前記マイクロチャネルチップは、前記マイクロチャネルアレイ構造上に水蒸気を流しながら行う熱酸化法(ウェット法)により酸化膜を形成し、前記酸化膜の表面から該酸化膜の厚さの10分の1の深さまで酸素ガスを流しながら行う熱酸化法(ドライ法)で前記酸化膜を再酸化することにより形成された前記酸化膜をさらに備えている、[11]〜[13]のいずれかに記載の装置。
[15]
前記マイクロチャネルアレイ構造上に水蒸気を流しながら行う熱酸化法(ウェット法)により酸化膜を形成し、
前記酸化膜の表面から該酸化膜の厚さの10分の1の深さまでが酸素ガスを流しながら行う熱酸化法(ドライ法)で前記酸化膜を再酸化することをさらに含む[7]〜[10]のいずれかに記載の方法。
[16]
前記マイクロチャネルアレイ構造がドライエッチング技術を用いて形成され、前記シリコン酸化膜がプラズマ化学気相成長法を用いて形成される、[6]に記載の装置。
[17]
前記マイクロチャネルアレイ構造がドライエッチング技術を用いて形成され、前記シリコン酸化膜がプラズマ化学気相成長法を用いて形成される、[10]に記載の方法。
The present invention includes the following aspects.
[1]
An apparatus for measuring the degree of activation of leukocytes in blood,
A microchannel chip having a microchannel array structure in which a structure simulating capillaries is formed on a base substrate,
The time during which the blood with the first anticoagulant added passes through the microchannel array structure, and the time with the blood with the second anticoagulant added thereto different from the first anticoagulant passes through the microchannel array structure A terminal that calculates a degree of activation of leukocytes in the blood based on a difference in transit time with time.
[2]
The device according to [1], wherein the first anticoagulant is a heparin solution, and the second anticoagulant is a mixed solution of heparin and EDTA.
[3]
The device according to [1] or [2], wherein the terminal calculates an activation degree of leukocytes in the blood based on the transit time difference and a pressure applied to the blood.
[4]
An apparatus for measuring the degree of activation of leukocytes in blood,
A microchannel chip having a microchannel array structure in which a structure simulating capillaries is formed on a base substrate,
The time when physiological saline passed through the microchannel array structure before the blood to which the anticoagulant was added passed through the microchannel array structure, and the physiological saline after the blood passed through the microchannel array structure. A terminal that calculates a degree of activation of leukocytes in the blood based on a difference in transit time from a transit time through the microchannel array structure.
[5]
The device according to [4], wherein the terminal calculates an activation degree of white blood cells in the blood based on the transit time difference and a pressure applied to the blood.
[6]
The base substrate is made of silicon, a silicon oxide film is formed on the microchannel array structure, and the thickness of the silicon oxide film is 0.4 to 1.0 μm. An apparatus according to any of the preceding claims.
[7]
A method for measuring the degree of activation of leukocytes in blood,
Passing the blood to which the first anticoagulant has been added through a microchannel array structure in which a structure simulating a capillary is formed on a base substrate;
Passing blood to which a second anticoagulant different from the first anticoagulant has been added, through the microchannel array structure;
Based on the difference between the time when the blood to which the first anticoagulant was added passed through the microchannel array structure and the time when the blood to which the second anticoagulant was added passed through the microchannel array structure. Calculating the degree of activation of leukocytes in the blood.
[8]
The method according to [7], wherein the first and second anticoagulants are selected from a heparin solution and a mixed solution of heparin and EDTA.
[9]
A method for measuring the degree of activation of leukocytes in blood,
A first step of passing physiological saline through a microchannel array structure in which a structure simulating capillaries is formed on a base substrate;
A second step of passing blood to which an anticoagulant has been added through the microchannel array structure;
A third step of passing saline through the microchannel array structure;
White blood cells in the blood based on a difference between a time when physiological saline passed through the microchannel array structure in the first step and a time when physiological saline passed through the microchannel array structure in the third step. Calculating the degree of activation.
[10]
The base substrate is made of silicon, a silicon oxide film is formed on the microchannel array structure, and the silicon oxide film has a thickness of 0.4 to 1.0 μm. The method according to any of the above.
[11]
A constant temperature water tank for keeping or cooling the first container containing blood and the second container containing physiological saline at a set temperature,
Blood passing through an import tube connecting the first and second containers to the microchannel array structure, the microchannel array structure, and an export tube connecting the microchannel array structure to a blood and saline collection container The apparatus according to any one of [1] to [6], wherein the temperature of the physiological saline coincides with the set temperature with an accuracy within ± 1 ° C.
[12]
The time before the blood to which the first anticoagulant is added passes through the microchannel array structure is measured, and the time when the blood to which the second anticoagulant is added passes through the microchannel array structure is measured. Immediately before, by flowing the physiological saline to each of the microchannel array structure, the import pipe and the export pipe, the import path, the microchannel array structure, and the export pipe are set to ± 1. The apparatus according to [11], wherein the temperature is kept or cooled to the set temperature with an accuracy of within ° C.
[13]
By refluxing the saline in a flow path additionally provided in a chip holder for the microchannel chip in a form directly on the back surface of the microchannel chip, the microchannel chip can be moved within ± 1 ° C. The apparatus according to [11] or [12], wherein the temperature is kept or cooled to the set temperature with accuracy.
[14]
The microchannel chip forms an oxide film by a thermal oxidation method (wet method) performed while flowing water vapor on the microchannel array structure, and a one-tenth of a thickness of the oxide film is formed from a surface of the oxide film. The method according to any one of [11] to [13], further including the oxide film formed by reoxidizing the oxide film by a thermal oxidation method (dry method) performed while flowing oxygen gas to a depth. apparatus.
[15]
Forming an oxide film by a thermal oxidation method (wet method) performed while flowing water vapor on the micro channel array structure;
The method further includes re-oxidizing the oxide film by a thermal oxidation method (dry method) performed while flowing oxygen gas from the surface of the oxide film to a depth of 1/10 of the thickness of the oxide film. The method according to any one of [10].
[16]
The apparatus according to [6], wherein the microchannel array structure is formed using a dry etching technique, and the silicon oxide film is formed using a plasma enhanced chemical vapor deposition method.
[17]
The method according to [10], wherein the microchannel array structure is formed using a dry etching technique, and the silicon oxide film is formed using a plasma enhanced chemical vapor deposition method.

測定装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of a measuring device. マイクロチャネルチップの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの製造における断面図である。It is sectional drawing in manufacture of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルチップの概略模式図である。It is a schematic diagram of a microchannel chip. マイクロチャネルアレイ構造の概略模式図である。It is a schematic diagram of a micro channel array structure. マイクロチャネルチップのホルダーの概略構成図である。It is a schematic structure figure of a holder of a microchannel chip. マイクロチャネルチップのホルダーの概略構成図である。It is a schematic structure figure of a holder of a microchannel chip. マイクロチャネルチップのホルダーの概略構成図である。It is a schematic structure figure of a holder of a microchannel chip. 一実施例に係るマイクロチャネルチップの写真である。4 is a photograph of a microchannel chip according to one example. 一実施例に係るマイクロチャネルチップの写真である。4 is a photograph of a microchannel chip according to one example. 一実施例に係るマイクロチャネルチップの写真である。4 is a photograph of a microchannel chip according to one example. 一実施例に係るマイクロチャネルチップの写真である。4 is a photograph of a microchannel chip according to one example. 一実施例に係る2種類の抗凝固剤の効果の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the effect of two types of anticoagulants concerning one Example. 一実施例に係る2種類の抗凝固剤の効果の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the effect of two types of anticoagulants concerning one Example. 一実施例に係る2種類の抗凝固剤の効果の違いを示すグラフである。It is a graph which shows the difference of the effect of two types of anticoagulants concerning one Example. 別の実施形態に係る測定装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of a measuring device concerning another embodiment.

本発明にかかる白血球の活性化度の測定装置及び測定方法では、微小な溝及び構造体のアレイ構造(マイクロチャネルアレイ構造)を有するベース基板に透明基板を密着(圧着ないし接合)させることにより形成したマイクロチャネルチップを使用する。そして、該マイクロチャネルアレイチップに生理食塩水又は血液を通過させて測定された生理食塩水又は血液の流動性を基に、血液中の白血球の活性化度が測定(導出)される。ここで、白血球が活性化すると流路等に接着したり詰まったりすることから、「白血球の活性化度」は、マイクロチャネルアレイ構造(流路や微小構造体等)に接着又は詰まった白血球の数に相当する。
以下、本発明の様々な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
In the apparatus and method for measuring the degree of leukocyte activation according to the present invention, a transparent substrate is formed by closely attaching (press-bonding or joining) a base substrate having an array structure of microgrooves and structures (microchannel array structure). Use the prepared microchannel chip. Then, the degree of activation of leukocytes in blood is measured (derived) based on the physiological saline or blood fluidity measured by passing physiological saline or blood through the microchannel array chip. Here, when leukocytes are activated, they adhere to or clog in a channel or the like. Therefore, the “degree of activation of leukocytes” is determined by the degree of leukocyte adhesion or clogging in a microchannel array structure (a channel or a microstructure). Equivalent to a number.
Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<白血球の活性化度の測定装置>
図1は、本発明の一実施形態に係る白血球の活性化度の測定装置100の概略構成図である。測定装置100は、マイクロチャネルチップ10、チップホルダー101、試料容器102、採取注入管103、駆動部104、回収ライン105、バルブ106、液面計107、回収容器108、顕微鏡110、及び端末120を含む。
<A device for measuring the degree of activation of leukocytes>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an apparatus 100 for measuring the degree of activation of leukocytes according to an embodiment of the present invention. The measuring device 100 includes a microchannel chip 10, a chip holder 101, a sample container 102, a collection / injection tube 103, a driving unit 104, a collection line 105, a valve 106, a liquid level gauge 107, a collection container 108, a microscope 110, and a terminal 120. Including.

マイクロチャネルチップ10は、詳細には後述するが、ベース基板上に形成された複数のマイクロチャネルアレイ構造を有し、該マイクロチャネルアレイ構造を挟むようにベース基板と可視光を透過する透明基板とが密着(圧着ないし接合)した構成を有する。本発明に係る血液の流動性、とくに白血球の活性化度の測定は、該マイクロチャネルアレイ構造に血液を流して行われる。   Although described in detail later, the microchannel chip 10 has a plurality of microchannel array structures formed on a base substrate, and a base substrate and a transparent substrate that transmits visible light so as to sandwich the microchannel array structure. Are in close contact (compression bonding or bonding). The measurement of the fluidity of blood according to the present invention, particularly the degree of activation of leukocytes, is performed by flowing blood through the microchannel array structure.

チップホルダー101は、内部にマイクロチャネルチップ10を保持する容器である。チップホルダー101の少なくとも一部(主にマイクロチャネルチップ10を載置する部分)は、顕微鏡110を通じてマイクロチャネルチップ10内のマイクロチャネルアレイ構造が見えるように、可視光を透過する透明部材又は中空状に形成されている。   The chip holder 101 is a container that holds the micro channel chip 10 inside. At least a part of the chip holder 101 (mainly a part on which the microchannel chip 10 is placed) is a transparent member or a hollow member that transmits visible light so that the microchannel array structure in the microchannel chip 10 can be seen through the microscope 110. Is formed.

試料容器102は、測定する試料(血液や生理食塩水など)を入れておく試験管又はビーカー状の容器である。採取注入管103は、試料容器102から試料を採取し、マイクロチャネルチップ10に試料を注入する管状の器具であり、例えば、ガラス細管、金属細管、プラスチックチューブ等である。これらの管には、シリンジやシリンジポンプ等を接続してもよい。なお、採取注入管103は、特許文献1に記載の技術のように、マイクロチャネルチップ10に注入する前の試料に制御されたずり応力を予め印加する構成を有していてもよい。   The sample container 102 is a test tube or a beaker-shaped container in which a sample to be measured (such as blood or physiological saline) is placed. The collection / injection tube 103 is a tubular device that collects a sample from the sample container 102 and injects the sample into the microchannel chip 10, and is, for example, a thin glass tube, a thin metal tube, a plastic tube, or the like. A syringe, a syringe pump, or the like may be connected to these tubes. Note that, as in the technique described in Patent Literature 1, the sampling / injection tube 103 may have a configuration in which a controlled shear stress is applied to a sample before being injected into the microchannel chip 10 in advance.

駆動部104は、採取注入管103に接続されたシリンジ又はポンプを含み、採取注入管103を吸引することにより、試料容器102から測定に必要な量の試料を採取注入管103中に吸引する。また、駆動部104は、測定時に、採取注入管103中の圧力を調節し、試料をマイクロチャネルチップ10の流入口へ注入する。   The driving unit 104 includes a syringe or a pump connected to the collection / injection tube 103, and aspirates the collection / injection tube 103 to aspirate a required amount of sample from the sample container 102 into the collection / injection tube 103. In addition, the drive unit 104 adjusts the pressure in the sampling and injection tube 103 at the time of measurement, and injects the sample into the inlet of the microchannel chip 10.

回収ライン105は、測定時にマイクロチャネルチップ10の流出口に接続され、マイクロチャネルチップ10からの排液を回収容器108へ流す管である。バルブ106は、回収ライン105を流れる排液の遮断や流出を調整するよう構成されている。バルブ106に電磁弁を用い、電磁弁の開閉が端末120からの制御信号に応じて自動的に行われるようにしてもよい。バルブ106が開くと、落差圧でマイクロチャネルチップ10からの排液は、回収容器108へ流れる。落差圧は、マイクロチャネルチップ10の流出口と回収ライン105の回収容器108側の出口との高低差を調節することで、任意に調節できる。減圧ポンプを用い、回収容器108内を減圧して、マイクロチャネルチップ10からの流出(排出)の流れを調節できるようにしてもよいし、駆動部104に加圧ポンプを用い、流入側を加圧して流入(注入)の流れを調節できるようにしてもよい。駆動部104及びバルブ106の一方又は両方を調節することにより、マイクロチャネルチップ10中を流れる流量(流速)を調節することができる。   The collection line 105 is a tube that is connected to the outlet of the microchannel chip 10 at the time of measurement and allows the liquid discharged from the microchannel chip 10 to flow to the collection container 108. The valve 106 is configured to adjust the cutoff or outflow of the drainage flowing through the collection line 105. An electromagnetic valve may be used as the valve 106, and the opening and closing of the electromagnetic valve may be automatically performed according to a control signal from the terminal 120. When the valve 106 is opened, the drainage from the microchannel chip 10 flows to the collection container 108 due to the pressure difference. The head difference pressure can be arbitrarily adjusted by adjusting the height difference between the outlet of the microchannel chip 10 and the outlet of the collection line 105 on the collection container 108 side. The inside of the recovery container 108 may be depressurized by using a decompression pump to adjust the flow of outflow (discharge) from the microchannel chip 10. Pressure may be applied to adjust the flow of inflow (injection). By adjusting one or both of the driving unit 104 and the valve 106, the flow rate (flow rate) flowing through the microchannel chip 10 can be adjusted.

液面計107は、マイクロチャネルチップ10を流体の試料が通過する通過時間を測定し、端末120へそのデータを出力する。実際の試料の測定時には、液面計107に接続するチューブの開放端107aがマイクロチャネルチップ10の注入口(流入口12)に接続され、マイクロチャネルチップ10を流体の試料が通過する通過時間を測定し、端末120へそのデータを出力する。また、液面計107を設けずに、端末120が公知の画像処理技術(例えば特開2012-176095号公報)を用いて顕微鏡110からの画像データを処理して流量を計測するようにしてもよい。また、液面計107の代わりに、回収ライン105に流量計を設けて流量を測定する方法;マイクロチャネルチップ10を流体試料が通過する速度及び通過時間等を測定する方法;通過中の流体試料の特定光吸収量や特定波長光の発光量を測定する光学的方法;酵素、FETセンサ等を使用した電気化学的な検出方法;超音波を利用した測定方法;及び表面プラズモン共鳴を利用した測定方法等いずれを用いてもよい。   The liquid level gauge 107 measures the passage time of the fluid sample passing through the microchannel chip 10 and outputs the data to the terminal 120. At the time of actual sample measurement, the open end 107a of the tube connected to the level gauge 107 is connected to the inlet (inlet 12) of the microchannel chip 10, and the passage time of the fluid sample passing through the microchannel chip 10 is determined. Measure and output the data to terminal 120. Further, the terminal 120 may process the image data from the microscope 110 using a known image processing technique (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-176095) and measure the flow rate without providing the liquid level gauge 107. Good. In addition, a method of measuring a flow rate by providing a flow meter in the collection line 105 instead of the liquid level meter 107; a method of measuring a speed and a passage time of a fluid sample passing through the microchannel chip 10; Method for measuring the amount of specific light absorbed and the amount of emitted light of specific wavelength; electrochemical detection method using enzymes, FET sensors, etc .; measurement method using ultrasonic waves; and measurement using surface plasmon resonance Any method may be used.

回収容器108は、測定後の血液等の試料を回収する容器である。回収容器108は、血液の廃棄処理を容易にするためにパック状のものであってもよいし、ビーカー状のものであってもよい。その中に吸水性ポリーマー粒子を入れておくと、血液の廃棄処理が容易になる。   The collection container 108 is a container for collecting a sample such as blood after measurement. The collection container 108 may be in the form of a pack or a beaker in order to facilitate disposal of blood. If water-absorbing polymer particles are put in the inside, the disposal of blood becomes easy.

顕微鏡110は、光学顕微鏡であり、レンズ111、ハーフミラー112、光源113、及び撮像素子114を備える。光源113で発生した可視光は、ハーフミラー112で一部反射され、レンズ111を通じてマイクロチャネルチップ10に照射される。他方、レンズ111を通じて入射したマイクロチャネル10からの反射光は、一部がハーフミラー112を透過し、撮像素子114に入射する。撮像素子114は、CMOS又はCCDイメージセンサであり、検出した光の量や色に応じた画像データを端末120に出力する。顕微鏡110の倍率は、何ら限定されないが50倍、100倍、200倍、又は300倍と変更できる。   The microscope 110 is an optical microscope, and includes a lens 111, a half mirror 112, a light source 113, and an image sensor 114. The visible light generated by the light source 113 is partially reflected by the half mirror 112, and is applied to the micro channel chip 10 through the lens 111. On the other hand, part of the reflected light from the microchannel 10 that has entered through the lens 111 passes through the half mirror 112 and enters the image sensor 114. The imaging element 114 is a CMOS or CCD image sensor, and outputs image data corresponding to the amount and color of the detected light to the terminal 120. The magnification of the microscope 110 is not particularly limited, but can be changed to 50 times, 100 times, 200 times, or 300 times.

端末120は、CPUやRAM、ROM等を備えたコンピュータであり、主な機能ブロックとして記憶部121、処理部122、及び入出力部123を有する。端末120として、ラップトップコンピュータやタブレット端末を用いてもよい。記憶部121は、各種プログラム、詳細には後述する白血球の活性化度の算出関数、及び測定データ等を記憶する。   The terminal 120 is a computer including a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and includes a storage unit 121, a processing unit 122, and an input / output unit 123 as main functional blocks. As the terminal 120, a laptop computer or a tablet terminal may be used. The storage unit 121 stores various programs, a calculation function of the degree of activation of leukocytes, which will be described in detail later, measurement data, and the like.

処理部122は、記憶部121から読みだしたプログラムにのっとり、液面計107(及び/又は液面計115)からのデータを基に、マイクロチャネルチップ10を流れる試料(血液や生理食塩水等)の流量、流速、及び全ての試料がマイクロチャネルチップ10を通過するのにかかる時間を算出することができる。ここで、全ての試料がマイクロチャネルチップ10を通過するのにかかる時間を、「全血通過時間」(血液)又は「全生食通過時間」(生理食塩水)といい、両者を合わせて「全試料通過時間」ともいう。また、処理部122は、算出した試料の流量、流速、及び試料の通過時間を、上記算出関数に代入して、測定した試料の白血球の活性化度を算出し、算出結果を入出力部123を介して外部(モニターやプリンター)に出力する。   The processing unit 122 reads a sample (such as blood or saline) flowing through the microchannel chip 10 based on data from the liquid level gauge 107 (and / or the liquid level gauge 115) according to the program read from the storage unit 121. The flow rate, the flow rate, and the time required for all the samples to pass through the microchannel chip 10 can be calculated. Here, the time required for all the samples to pass through the microchannel chip 10 is referred to as “whole blood transit time” (blood) or “total saline transit time” (physiological saline). Also referred to as "sample transit time." Further, the processing unit 122 calculates the degree of activation of leukocytes of the measured sample by substituting the calculated sample flow rate, flow velocity, and sample transit time into the above calculation function, and outputs the calculation result to the input / output unit 123. Output to the outside (monitor or printer) via.

入出力部123は、入出力インターフェース(I/O)であり、キーボードやマウス、タッチ操作等による入力を受け付け、処理部122による算出結果や、顕微鏡110の撮像素子114から出力される顕微鏡画像等を外部のモニターやプリンタ(不図示)に出力し表示させる。顕微鏡画像がモニターに映し出されることで、ユーザは、マイクロチャネルアレイ構造を流れる試料をリアルタイムに観察することができる。   The input / output unit 123 is an input / output interface (I / O) that accepts inputs from a keyboard, a mouse, a touch operation, and the like, calculates the result of the processing unit 122, a microscope image output from the image sensor 114 of the microscope 110, and the like. Is output and displayed on an external monitor or printer (not shown). By displaying the microscope image on the monitor, the user can observe the sample flowing through the microchannel array structure in real time.

なお、測定装置100は、ユーザがマイクロチャネルチップ10及び試料容器102を所定の位置に設置した後の一連の測定処理を自動で行うように構成されたアクチュエータ及び可動部材(不図示)を備えていてもよい。例えば、ユーザがマイクロチャネルチップ10及び試料容器102を設置した後に測定装置100の所定のボタンを押すと、採取注入管103が試料容器102に挿入され、駆動部104が作動して採取注入管103が試料容器102から試料を吸い上げ、マイクロチャネルチップ10の流入口へ移動し、試料がマイクロチャネルチップ10に注入され、液面計107に接続するチューブの開放端107aがマイクロチャネルチップ10の注入口(流入口12)に接続され、バルブ106が開かれ、マイクロチャネルチップ10に注入された試料が回収ライン105で吸い上げられ、最終的に回収容器108に排出される一連の流れが自動的に行われるようにしてもよい。   The measuring apparatus 100 includes an actuator and a movable member (not shown) configured to automatically perform a series of measurement processes after the user has installed the microchannel chip 10 and the sample container 102 at predetermined positions. You may. For example, when the user presses a predetermined button of the measuring device 100 after installing the microchannel chip 10 and the sample container 102, the sampling and injection tube 103 is inserted into the sample container 102, and the driving unit 104 is operated to operate the sampling and injection tube 103. Sucks up the sample from the sample container 102, moves to the inlet of the microchannel chip 10, injects the sample into the microchannel chip 10, and connects the open end 107 a of the tube connected to the liquid level gauge 107 to the inlet of the microchannel chip 10. (Inlet 12), the valve 106 is opened, the sample injected into the microchannel chip 10 is sucked up by the collection line 105, and a series of flows finally discharged to the collection container 108 are automatically performed. It may be made to be performed.

次に、図2A及び3を参照し、マイクロチャネルチップ10について説明する。   Next, the microchannel chip 10 will be described with reference to FIGS. 2A and 3.

マイクロチャネルチップ10のマイクロチャネルアレイ構造は、人の血管構造、つまり血液が細動脈から比較的小さい径の毛細血管に流れ、毛細血管から細静脈へ流れていく構造を模擬している。マイクロチャネルチップ10のマイクロチャネルアレイ構造は、流路の大きさ(幅W及び深さD)を複数段階(例えば3〜5段階)変えた流路から構成され、人の血管構造を模擬している。流路の大きさ(幅W及び深さD)を複数段階変更した構成とすることで、血液を流したときに、血液に対して徐々にずり応力が加えられ、これにより血小板の活性化を防止又は低減する。   The microchannel array structure of the microchannel chip 10 simulates a human blood vessel structure, that is, a structure in which blood flows from arterioles to capillaries having a relatively small diameter and flows from capillaries to venules. The micro-channel array structure of the micro-channel chip 10 is configured by a flow path in which the size (width W and depth D) of the flow path is changed in a plurality of steps (for example, 3 to 5 steps), and simulates a human blood vessel structure. I have. By adopting a configuration in which the size (width W and depth D) of the flow path is changed in a plurality of stages, when blood flows, shear stress is gradually applied to the blood, thereby activating platelets. Prevent or reduce.

ここで、流路の「幅」(W)とはマイクロチャネルチップ10の平面方向であって、血液等の流れに垂直(略垂直も含む。)な方向の流路の大きさであり、流路の「深さ」(D)とはマイクロチャネルチップ10の平面に垂直な断面方向の流路の大きさである。また、流路の「長さ」(L)とは血液等の流れる方向に沿った流路の長さである。   Here, the “width” (W) of the flow channel is the size of the flow channel in the direction perpendicular to (including substantially perpendicular to) the flow of blood or the like in the plane direction of the microchannel chip 10. The “depth” (D) of the channel is the size of the channel in a cross-sectional direction perpendicular to the plane of the microchannel chip 10. The “length” (L) of the channel is the length of the channel along the direction in which blood or the like flows.

図2Aは、(a)流路の大きさを複数段階変えたマイクロチャネルチップ10のシンプルなモデル構成を示す平面図と、(b)そのAA線断面図である。図2Aでは、流路の幅Wを4段階に変え、流路の深さDを3段階に変えた構成を示す。   FIG. 2A is a plan view showing (a) a simple model configuration of the microchannel chip 10 in which the size of the flow path is changed in a plurality of stages, and (b) a cross-sectional view taken along the line AA. FIG. 2A shows a configuration in which the width W of the flow path is changed in four steps and the depth D of the flow path is changed in three steps.

マイクロチャネルチップ10は、シリコン又は樹脂製のベース基板11上に形成され、ミクロンサイズの溝及び構造体が多数並べられたマイクロチャネルアレイ構造を有する。マイクロチャネルチップ10は、石英、ガラス、又は樹脂製の透明基板19で密閉され、血液や生理食塩水等が流入口や流出口以外の部分から漏れないようになっている。透明基板19は、その全体が透明である必要はなく、少なくとも顕微鏡110で観察する部分(特に毛細血管を模擬する流路15近傍)だけが可視光に対して透明であればよい。   The microchannel chip 10 is formed on a base substrate 11 made of silicon or resin, and has a microchannel array structure in which a number of micron-sized grooves and structures are arranged. The microchannel chip 10 is sealed with a transparent substrate 19 made of quartz, glass, or resin so that blood, physiological saline, and the like do not leak from portions other than the inlet and the outlet. The transparent substrate 19 does not need to be entirely transparent, and it is sufficient that at least only a portion to be observed by the microscope 110 (especially near the flow channel 15 simulating a capillary) is transparent to visible light.

マイクロチャネルチップ10は、血液や生理食塩水等を注入する流入口12(径Win、長さLin)を有する流入領域(幅W0、深さD0)と、該流入領域に接続され形成された第1流路13(幅W1、深さD1)と、第1流路13から二手に分かれ形成された第2流路14(幅W2、深さD2)と、第2流路14それぞれから二手に分かれ形成された第3流路15(幅W3、深さD3)とを有する。また、マイクロチャネルチップ10は、第3流路15の隣接する2つが合流して形成された第4流路16(幅W2、深さD2)と、第4流路16の2つが合流して形成された第5流路17(幅W1、深さD1)と、第5流路17に接続され、血液や生理食塩水等を流出(排出)する流出口18(径Wout、長さLout)を有する流出領域(幅W0、深さD0)とを有する。ここで、幅Wと深さDの大きさは、W0>W1>W2>W3であり、D0=D1=D2>D3である。図2Aでは、マイクロチャネルアレイ構造の加工ステップを低減する構成(D0=D1=D2)としているが、D0>D1>D2>D3とする構成であってもよいし、D0>D1=D2>D3とする構成であってもよい。また、第1流路13の幅W及び深さDの大きさは、第4流路17の幅W及び深さDの大きさと同じである必要はなく、異なるようにしてもよい。これは、流入領域及び流出領域の幅及び深さの関係、並びに第2流路14及び第4流路16の幅及び深さの関係についても同様である。また、図2Aに示す構成では、流入口12の長さLin及び流出口18の長さLoutはベース基板11の厚さにあたり、流入口12の径Win及び流出口18の径Woutはそれぞれ流入領域の幅W0及び流出領域の幅W0と同じである。なお、流入口12の経Win及び流出口18の経Woutと、流入領域及び流出領域の幅W0は、試料の注入のしやすさ等に応じて調整される。   The microchannel chip 10 has an inflow area (width W0, depth D0) having an inflow port 12 (diameter Win, length Lin) for injecting blood, physiological saline, or the like, and a second channel formed by being connected to the inflow area. The first flow path 13 (width W1, depth D1), the second flow path 14 (width W2, depth D2) divided into two from the first flow path 13, and the second flow path 14 from each of the two flow paths And a third channel 15 (width W3, depth D3) formed separately. In the microchannel chip 10, the fourth flow path 16 (width W2, depth D2) formed by merging two adjacent third flow paths 15 and the fourth flow path 16 merge. The formed fifth flow path 17 (width W1, depth D1) and an outlet 18 (diameter Wout, length Lout) connected to the fifth flow path 17 for flowing out (discharging) blood, physiological saline, and the like. (Width W0, depth D0). Here, the magnitude of the width W and the depth D is W0> W1> W2> W3, and D0 = D1 = D2> D3. In FIG. 2A, the configuration for reducing the processing steps of the microchannel array structure (D0 = D1 = D2) is used. However, the configuration may be such that D0> D1> D2> D3, or D0> D1 = D2> D3. May be adopted. Further, the width W and the depth D of the first flow path 13 do not need to be the same as the width W and the depth D of the fourth flow path 17 and may be different. The same applies to the relationship between the width and the depth of the inflow region and the outflow region, and the relationship between the width and the depth of the second flow path 14 and the fourth flow path 16. 2A, the length Lin of the inflow port 12 and the length Lout of the outflow port 18 correspond to the thickness of the base substrate 11, and the diameter Win of the inflow port 12 and the diameter Wout of the outflow port 18 correspond to the inflow area, respectively. And the width W0 of the outflow region. The width Win of the inlet 12 and the width Wout of the outlet 18 and the width W0 of the inflow region and the outflow region are adjusted according to the ease of sample injection.

第1流路13は動脈〜細動脈、第2流路14は細動脈、第3流路15は毛細血管、第4流路16は細静脈、そして第5流路17は細静脈〜静脈を模擬している。限定されないが、幅W0は1mm〜数mm、幅W1は20〜150μm、幅W2は10〜50μm、幅W3は3〜25μm程度である。同様に、深さD0は10〜300μm、深さD1は10〜100μm、深さD2は10〜60μm、深さD3は3〜25μm程度である。各流路13〜17の長さLは適宜調整してもよい。一例では、マイクロチャネルチップ10の流入領域及び流出領域並びに第1〜第5流路の幅W0〜W3が、W0=300μm、W1=100μm、W2=30μm、W3=7μmであり、深さD0〜D3が、D0=D1=D2=50μm、D3=4.5μmである。   The first channel 13 is artery to arteriole, the second channel 14 is arteriole, the third channel 15 is capillary, the fourth channel 16 is venule, and the fifth channel 17 is venule to vein. I simulate. Although not limited, the width W0 is 1 mm to several mm, the width W1 is 20 to 150 μm, the width W2 is 10 to 50 μm, and the width W3 is about 3 to 25 μm. Similarly, the depth D0 is 10 to 300 μm, the depth D1 is 10 to 100 μm, the depth D2 is 10 to 60 μm, and the depth D3 is about 3 to 25 μm. The length L of each of the channels 13 to 17 may be appropriately adjusted. In one example, the widths W0 to W3 of the inflow area and the outflow area of the microchannel chip 10 and the first to fifth flow paths are W0 = 300 μm, W1 = 100 μm, W2 = 30 μm, W3 = 7 μm, and the depth D0 D3 is D0 = D1 = D2 = 50 μm and D3 = 4.5 μm.

血液中の赤血球の大きさは7〜8μm程度、白血球の大きさは7〜20μm、血小板の大きさは1〜4μm程度である。そのため、白血球の活性化の影響が生じやすい毛細血管を模擬した第3流路15の幅W3は好ましくは5〜10μmであり、深さD3は好ましくは4〜8μmである。また、第3流路15の長さLは、30μm〜120μm程度、好ましくは50〜70μmである。   The size of red blood cells in blood is about 7 to 8 μm, the size of white blood cells is 7 to 20 μm, and the size of platelets is about 1 to 4 μm. Therefore, the width W3 of the third flow path 15 simulating a capillary which is likely to be affected by the activation of leukocytes is preferably 5 to 10 μm, and the depth D3 is preferably 4 to 8 μm. Further, the length L of the third flow path 15 is about 30 μm to 120 μm, preferably 50 to 70 μm.

ここで、図3を用いて、マイクロチャネルチップ10の製造方法の一例について説明する。マイクロチャネルチップ10は、一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて作製することができ、この例に限定されるものではない。深さD1=D2とすることで加工ステップの数を少なくすることができる。   Here, an example of a method for manufacturing the microchannel chip 10 will be described with reference to FIG. The microchannel chip 10 can be manufactured using a general photolithography technique, and is not limited to this example. By setting the depth D1 = D2, the number of processing steps can be reduced.

まず、シリコン製又は樹脂製のベース基板11を準備する。ベース基板11として用いる樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合樹脂(MS樹脂)、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン・ビニルアルコール系共重合樹脂、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのシリコン樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂等を使用することができる。また、これらの中で可視光に対して透明なものを、透明基板19の材料として使用してもよい。ベース基板11は、前もって表面を洗浄処理し、不純物等を取り除いておく。   First, a base substrate 11 made of silicon or resin is prepared. Examples of the resin used as the base substrate 11 include acrylic resin, polylactic acid, polyglycolic acid, styrene resin, acrylic / styrene copolymer resin (MS resin), polycarbonate resin, polyester resin such as polyethylene terephthalate, and polyvinyl alcohol. Resin, ethylene / vinyl alcohol copolymer resin, thermoplastic elastomer such as styrene elastomer, silicone resin such as vinyl chloride resin and polydimethylsiloxane, vinyl acetate resin, polyvinyl butyral resin, etc. can be used. . Further, among these, those which are transparent to visible light may be used as the material of the transparent substrate 19. The surface of the base substrate 11 is cleaned in advance to remove impurities and the like.

図3A(a)に示すように、ベース基板11上にレジスト膜Rを塗布する。図3Aの例では、レジスト膜Rにポジ型のフォトレジストを用いている。図3A(b)に示すように、流路等に対応する部分が紫外線(波長365nm)(又は可視光線、波長436nm)を透過するように形成されているマスクMでレジスト膜Rを覆い、上から紫外線(又は可視光線)を照射する。その後現像して第3流路15にあたる部分のレジスト膜Rを除去し、反応性イオンエッチングや反応性ガスエッチング等のドライエッチング技術を用いて、図3A(c)に示すように、ベース基板11の一部をエッチング除去し、第3流路15(深さD3)を形成する。   As shown in FIG. 3A, a resist film R is applied on the base substrate 11. In the example of FIG. 3A, a positive photoresist is used for the resist film R. As shown in FIG. 3A (b), the resist film R is covered with a mask M formed so that a portion corresponding to a flow path or the like transmits ultraviolet light (wavelength 365 nm) (or visible light, wavelength 436 nm). UV light (or visible light). Thereafter, development is performed to remove a portion of the resist film R corresponding to the third flow path 15, and the base substrate 11 is formed using a dry etching technique such as reactive ion etching or reactive gas etching, as shown in FIG. Is removed by etching to form a third channel 15 (depth D3).

図3A(d)に示すようにベース基板11上に再度レジスト膜Rを塗布する。図3A(e)に示すように、第1流路13〜第2流路14及び第4流路16〜第5流路17に対応する部分が紫外線(又は可視光線)を透過するように形成されているマスクMでレジスト膜Rを覆い、上から紫外線(又は可視光線)を照射する。その後現像して第1流路13〜第2流路14及び第4流路16〜第5流路17にあたる部分のレジスト膜Rを除去し、図3A(f)に示すように、ベース基板11の一部をエッチングにより除去して、第1流路13〜第2流路14及び第4流路16〜第5流路17(深さD2)を形成する。   As shown in FIG. 3D, a resist film R is applied on the base substrate 11 again. As shown in FIG. 3E, portions corresponding to the first flow path 13 to the second flow path 14 and the fourth flow path 16 to the fifth flow path 17 are formed so as to transmit ultraviolet light (or visible light). The resist film R is covered with the mask M, and ultraviolet light (or visible light) is irradiated from above. Thereafter, development is performed to remove portions of the resist film R corresponding to the first flow path 13 to the second flow path 14 and the fourth flow path 16 to the fifth flow path 17, and as shown in FIG. Are partially removed by etching to form a first flow path 13 to a second flow path 14 and a fourth flow path 16 to a fifth flow path 17 (depth D2).

同様に、ベース基板11上にレジスト膜Rを塗布し、図3A(g)に示すように、流入口12を有する流入領域及び流出口18を有する流出領域に対応する部分が紫外線(又は可視光線)を透過するように形成されているマスクMでレジスト膜Rを覆い、上から紫外線(又は可視光線)を照射する。その後現像して流入口12を有する流入領域及び流出口18を有する流出領域にあたる部分のレジスト膜Rを除去し、図3A(h)に示すようにベース基板11の一部をエッチングにより除去し、流入口12(長さLin)を有する流入領域及び流出口18(長さLout)を有する流出領域を形成する。   Similarly, a resist film R is applied on the base substrate 11, and as shown in FIG. 3A (g), portions corresponding to the inflow area having the inflow port 12 and the outflow area having the outflow port 18 are ultraviolet rays (or visible light rays). ), The resist film R is covered with a mask M formed so as to transmit the ultraviolet light (or visible light) from above. Thereafter, development is performed to remove the resist film R in a portion corresponding to the inflow region having the inflow port 12 and the outflow region having the outflow port 18, and a part of the base substrate 11 is removed by etching as shown in FIG. An inflow region having an inlet 12 (length Lin) and an outflow region having an outlet 18 (length Lout) are formed.

そして、ベース基板11上にマイクロチャネルアレイ構造を形成した後、図3A(i)に示すように、ベース基板11上に透明基板19を密着することにより、マイクロチャネルチップ10を形成する。ベース基板と透明基板との密着は、それぞれの素材の種類に応じて公知の密着法から選択して行うことができる。例えば、ベース基板がシリコン基板であり、透明基板がガラス基板である場合には、陽極接合法を用いてベース基板と透明基板とを溶着することができる。ベース基板と透明基板が共に樹脂基板である場合には、熱溶着法やエキシマ光照射溶着法等の溶着法により密着させることができる。圧着法だけでも血液等の流体の漏れが生じないレベルでベース基板と透明基板とを密着させることができる。このようにして複数段階異なる幅及び深さを有するマイクロチャネルチップ10を作製することができる。   Then, after forming a microchannel array structure on the base substrate 11, as shown in FIG. 3A (i), the microchannel chip 10 is formed by bringing the transparent substrate 19 into close contact with the base substrate 11. The adhesion between the base substrate and the transparent substrate can be performed by selecting from known adhesion methods according to the type of each material. For example, when the base substrate is a silicon substrate and the transparent substrate is a glass substrate, the base substrate and the transparent substrate can be welded using an anodic bonding method. When both the base substrate and the transparent substrate are resin substrates, they can be brought into close contact by a welding method such as a thermal welding method or an excimer light irradiation welding method. The base substrate and the transparent substrate can be brought into close contact with each other at such a level that leakage of fluid such as blood does not occur even by the pressure bonding method alone. In this manner, microchannel chips 10 having different widths and depths in a plurality of stages can be manufactured.

なお、マイクロチャネルアレイ構造の形成は、ベース基板の材料や溝のサイズ等に応じて、公知の手法、例えば、精密機械切削、ウェットエッチング、ドライエッチング、レーザー加工、放電加工等の手法を適宜利用して行うようにしてもよい。ドライエッチング技術を用いてマイクロチャネルアレイ構造を形成することで、マイクロチャネルアレイ構造の各表面を比較的平坦に形成することが可能となる。平坦なシリコン面は可視光(波長が400〜800nm程度の光)を反射しやすいため、ベース基板11の材料にシリコンを用いた場合には、後述する位相差顕微鏡の原理を考慮すると、ドライエッチング技術を用いてマイクロチャネルアレイ構造を形成することが好ましく、さらにドライエッチングの結果表面に形成された微小な凹凸(突起)はドライエッチング後にKOHウェットエッチングを行って平滑化するか、後述するように、プラズマCVD法によりシリコン酸化膜を形成することによって該凹凸(突起)をならすとよい。良好な光反射面(鏡面)が得られるという点からは、KOHウェットエッチングによって平滑化する方が好ましい。また、樹脂製のベース基板を射出成形、プレス成形、モノマーキャスト成形、溶剤キャスト成形、ホットエンボス成形、押出成形によるロール転写等により作製するときに、同時にマイクロチャネルアレイ構造を形成するようにしてもよい。   The microchannel array structure is formed by appropriately using a known method, for example, a method such as precision mechanical cutting, wet etching, dry etching, laser processing, or electric discharge machining, depending on the material of the base substrate, the size of the groove, and the like. It may be performed afterwards. By forming a microchannel array structure using a dry etching technique, each surface of the microchannel array structure can be formed relatively flat. Since a flat silicon surface easily reflects visible light (light having a wavelength of about 400 to 800 nm), when silicon is used as the material of the base substrate 11, dry etching is performed in consideration of the principle of a phase contrast microscope described later. It is preferable to form a microchannel array structure using a technique, and fine irregularities (projections) formed on the surface as a result of dry etching are smoothed by performing KOH wet etching after dry etching, or as described later. The irregularities (projections) may be smoothed out by forming a silicon oxide film by a plasma CVD method. From the viewpoint that a good light reflecting surface (mirror surface) can be obtained, it is preferable to smooth the surface by KOH wet etching. Also, when a resin base substrate is produced by injection molding, press molding, monomer cast molding, solvent cast molding, hot embossing molding, roll transfer by extrusion molding, etc., the microchannel array structure may be formed at the same time. Good.

ここで、図3Bに示すように、マイクロチャネルチップ10のベース基板11にシリコンを用いた場合には、ベース基板11上に可視光に対して透明な薄膜20を設けるようにするとよい。シリコンのベース基板11上に透明な薄膜20を設けることで、あたかも位相差顕微鏡又は微分干渉顕微鏡法で観察するかのように、白色光を用いた顕微鏡110で観察することが可能となる。薄膜20は、好ましくはシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜は、高い生体親和性を有するため、シリコン酸化膜表面にヘパリン分子やアルブミン分子などの吸着が速やかに進み、それらの生体高分子によってシリコン酸化膜表面が覆われる。そのため、シリコン酸化膜の生体親和性がさらに高まり、測定の妨げとなる付加的な白血球の活性化が引き起こされない。また、シリコン酸化膜は可視光に対して無色透明であり、シリコンのベース基板11の表面が可視光を反射するので、シリコン酸化膜を透過しシリコン表面で反射した後に白血球に到達する光と白血球に直接到達する光とが干渉して、位相差顕微鏡の原理により白血球を鮮明に観察することが可能となる。   Here, as shown in FIG. 3B, when silicon is used for the base substrate 11 of the microchannel chip 10, a thin film 20 transparent to visible light may be provided on the base substrate 11. By providing the transparent thin film 20 on the silicon base substrate 11, it is possible to observe with a microscope 110 using white light, as if observing with a phase contrast microscope or differential interference microscopy. The thin film 20 is preferably a silicon oxide film. Since the silicon oxide film has high biocompatibility, adsorption of heparin molecules, albumin molecules, and the like on the surface of the silicon oxide film proceeds promptly, and the surface of the silicon oxide film is covered with the biopolymer. Therefore, the biocompatibility of the silicon oxide film is further increased, and the activation of additional leukocytes which hinders measurement is not caused. The silicon oxide film is colorless and transparent to visible light, and the surface of the silicon base substrate 11 reflects visible light. Therefore, light that reaches the white blood cells after passing through the silicon oxide film and being reflected on the silicon surface and the white blood cells Interferes with the light that directly reaches the white blood cells, and the white blood cells can be clearly observed by the principle of the phase contrast microscope.

薄膜20がシリコン酸化膜である場合、シリコン酸化膜は、ベース基板11上にマイクロチャネルアレイ構造を形成した後(図3A(h))に、熱酸化法、化学気相成長法、又はスパッタリング法を用いて、ベース基板11のマイクロチャネルアレイ構造上に形成することができる。化学気相成長法(CVD)法は、スパッタリング技術等の物理気相成長(PVD)法と比較して、「ステップカバレッジ」が良好であるので、好ましくは、シリコン酸化膜の形成をプラズマCVD法を用いて行うとよい。すなわち、シリコン製のベース基板11のマイクロチャネルアレイ構造上にプラズマCVD法によりシリコン酸化膜を形成することで、マイクロチャネルアレイ構造を形成する際に用いるドライエッチングプロセス等の結果として表面に形成される微小な凹凸(突起)をならして、そのような突起の無い(又は低減した)平坦な表面を形成することができる。さらに、マイクロチャネルアレイ構造上の微小な突起がプラズマCVDによりならされることで、マイクロチャネルアレイ構造の表面の微小な突起に起因した白血球の活性化などの測定の妨げとなる現象を抑制(又は低減)することが可能となる。前述のように、良好な光反射面(鏡面)を得るという点からは、ドライエッチング後にKOHウェットエッチングを行ってから、プラズマCVD法によってシリコン酸化膜を形成することがより好ましい。   When the thin film 20 is a silicon oxide film, the silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method, a chemical vapor deposition method, or a sputtering method after forming a microchannel array structure on the base substrate 11 (FIG. 3A (h)). Can be formed on the microchannel array structure of the base substrate 11. Since the chemical vapor deposition (CVD) method has better "step coverage" than the physical vapor deposition (PVD) method such as a sputtering technique, the formation of a silicon oxide film is preferably performed by a plasma CVD method. It is good to carry out using. That is, by forming a silicon oxide film on the microchannel array structure of the silicon base substrate 11 by the plasma CVD method, the silicon oxide film is formed on the surface as a result of a dry etching process or the like used in forming the microchannel array structure. The fine unevenness (projection) can be smoothed to form a flat surface free (or reduced) of such projection. Furthermore, since the minute projections on the microchannel array structure are smoothed by plasma CVD, a phenomenon that hinders measurement such as activation of leukocytes due to the minute projections on the surface of the microchannel array structure is suppressed (or Reduction). As described above, from the viewpoint of obtaining a good light reflecting surface (mirror surface), it is more preferable to perform KOH wet etching after dry etching and then form a silicon oxide film by a plasma CVD method.

薄膜20がシリコン酸化膜である場合、シリコン酸化膜の厚さは、生体親和性を考慮すると、マイクロチャネルアレイ構造の表面が薄膜で完全に被覆される程度の厚さであればよいので、少なくとも、数nm〜数十nm程度あればよい。また、位相差顕微鏡の原理によるとシリコン酸化膜を透過しシリコン表面で反射した後に白血球に到達する光と、白血球に直接到達する光とが干渉すればよいので、シリコン酸化膜の厚さにより大きな位相差を稼ぐ必要はないが、シリコン酸化膜自体に青色の干渉色がつく方が血球がより明瞭に観察できるため、シリコン酸化膜の厚さは、好ましくは0.2〜1.5μm、さらに好ましくは0.4〜1.0μmである。なお、一般的に、シリコン酸化膜の屈折率は1.46程度であり、空気に触れたシリコン表面の自然酸化膜の厚さは2nm程度である。   When the thin film 20 is a silicon oxide film, the thickness of the silicon oxide film may be at least such that the surface of the microchannel array structure is completely covered with the thin film in consideration of biocompatibility. , Several nm to several tens nm. In addition, according to the principle of the phase contrast microscope, the light that reaches the white blood cells after passing through the silicon oxide film and reflected on the silicon surface and the light that directly reaches the white blood cells only need to interfere with each other. Although it is not necessary to gain a phase difference, since the blood cells can be more clearly observed when a blue interference color is formed on the silicon oxide film itself, the thickness of the silicon oxide film is preferably 0.2 to 1.5 μm, and more preferably 0.2 to 1.5 μm. Preferably it is 0.4 to 1.0 μm. In general, the refractive index of the silicon oxide film is about 1.46, and the thickness of the natural oxide film on the silicon surface exposed to air is about 2 nm.

とくに、マイクロチャネルアレイ構造上に厚さ0.4〜1.0μmのシリコン酸化膜20を設けたマイクロチャネルチップ10を用いると、マイクロチャネルアレイ構造を通り抜ける白血球の輪郭まで鮮明に顕微鏡110で観察することができる。これにより、染色等により白血球に影響を加えること無く、所定の厚さの酸化膜を追加するだけで、マイクロチャネルアレイ構造内での白血球の挙動を光学顕微鏡を用いてより鮮明に観察することが可能となる。   In particular, when the microchannel chip 10 in which the silicon oxide film 20 having a thickness of 0.4 to 1.0 μm is provided on the microchannel array structure is used, the outline of the leukocytes passing through the microchannel array structure is clearly observed with the microscope 110. be able to. This makes it possible to observe the behavior of leukocytes in the microchannel array structure more clearly using an optical microscope without adding any effect to the leukocytes by staining or the like, just by adding an oxide film of a predetermined thickness. It becomes possible.

図2Aでは、流路の大きさを複数段階に変えたマイクロチャネルチップ10のシンプルなモデル構成を示した。本発明の一実施形態で実際に用いるマイクロチャネルチップ10は、毛細血管を模擬する第3流路15の数を大幅に(例えば数千個に)増加させた構成を有する。図4Aは、数千個(例えば5,000〜10,000個程度)の第3流路15が形成されたマイクロチャネルチップ10の概略構成を示す平面図である。第3流路15は、隣接する微小構造体(土手)15b間に設けられ、その前後に流入テラス15a及び流出テラス15cを備える。微小構造体15bは透明基板19と接し、マイクロチャネルチップ10を流れる試料が微小構造体15bを越えて流れることはない。   FIG. 2A shows a simple model configuration of the microchannel chip 10 in which the size of the flow path is changed in a plurality of stages. The microchannel chip 10 actually used in one embodiment of the present invention has a configuration in which the number of the third flow paths 15 that simulate capillaries is greatly increased (for example, to several thousand). FIG. 4A is a plan view showing a schematic configuration of a microchannel chip 10 in which several thousand (for example, about 5,000 to 10,000) third flow paths 15 are formed. The third flow path 15 is provided between the adjacent microstructures (banks) 15b, and has an inflow terrace 15a and an outflow terrace 15c before and after it. The microstructure 15b is in contact with the transparent substrate 19, and the sample flowing through the microchannel chip 10 does not flow beyond the microstructure 15b.

図4Aに示すように、流入口12からマイクロチャネルチップ10内に注入された試料(血液又は生理食塩水)は、流入口12を含む流入領域(幅W0)から第1流路13(幅W1)及び第2流路14(幅W2)に流れ、流入テラス15aを通じて多数の第3流路15(幅W3)に流れ込む。第3流路15を通過した試料は、流出テラス15cを通じて隣接する第4流路16(幅W2)に流れ、第4流路16から第5流路17(幅W1)及び流出口18を含む領域(幅W0)に流れ、流出口18から外に(回収ライン105)排出される。各流路の幅Wの大きさ順は、W0>W1>W2>W3であり、好ましくは、幅W0は100μm〜1mm程度、幅W1は40〜150μm程度であり、幅W2は20〜40μm程度、幅W3は、4〜12μm程度である。各流路12〜18の長さLは適宜調整される。   As shown in FIG. 4A, the sample (blood or saline) injected into the microchannel chip 10 from the inflow port 12 flows from the inflow area (width W0) including the inflow port 12 to the first flow path 13 (width W1). ) And the second flow path 14 (width W2), and flows into many third flow paths 15 (width W3) through the inflow terrace 15a. The sample that has passed through the third flow path 15 flows through the outflow terrace 15c to the adjacent fourth flow path 16 (width W2), and includes the fourth flow path 16 to the fifth flow path 17 (width W1) and the outlet 18. It flows into the area (width W0) and is discharged out of the outlet 18 (recovery line 105). The order of the size of the width W of each channel is W0> W1> W2> W3, preferably, the width W0 is about 100 μm to 1 mm, the width W1 is about 40 to 150 μm, and the width W2 is about 20 to 40 μm. , Width W3 is about 4 to 12 μm. The length L of each of the channels 12 to 18 is appropriately adjusted.

一例として、流入領域及び流出領域の幅W0を300μm、第1及び第5流路13、17の幅W1を100μm、第2及び第4流路14、16の幅W2を30μm、並びに第3流路15の幅W3を7μmとしてもよい。また、流入領域及び流出領域の深さD0を50μm、第1及び第5流路13、17の深さD1を50μm、第2及び第4流路14、16の深さD2を50μm、並びに第3流路15の深さD3を4.5μmとしてもよい。流入テラス15a及び流出テラス15cの深さは第3流路15の深さと同じ(例えば4.5μm)とするとよい。また、第3流路15の長さL3は30〜90μm、好ましくは50〜70μmであり、流入テラス15a及び流出テラス15cの長さLa、Lcは、15〜45μm、好ましくは20〜40μmである。   As an example, the width W0 of the inflow area and the outflow area is 300 μm, the width W1 of the first and fifth flow paths 13 and 17 is 100 μm, the width W2 of the second and fourth flow paths 14 and 16 is 30 μm, and the third flow is The width W3 of the path 15 may be 7 μm. The depth D0 of the inflow area and the outflow area is 50 μm, the depth D1 of the first and fifth flow paths 13 and 17 is 50 μm, the depth D2 of the second and fourth flow paths 14 and 16 is 50 μm, and The depth D3 of the three flow paths 15 may be 4.5 μm. The depths of the inflow terrace 15a and the outflow terrace 15c may be the same as the depth of the third flow path 15 (for example, 4.5 μm). The length L3 of the third flow path 15 is 30 to 90 μm, preferably 50 to 70 μm, and the lengths La and Lc of the inflow terrace 15a and the outflow terrace 15c are 15 to 45 μm, preferably 20 to 40 μm. .

マイクロチャネルチップ10は、図4Aに示すマイクロチャネルチップ10の第3流路の数を2倍にした構成を有するようにしてもよい(図4B)。この構成では、流入口12からマイクロチャネルチップ10内に注入された試料は、流入領域から第1流路13及び第2流路14に流れ、第2流路14から二手に(図中上下に)分かれ、流入テラス15aを通じて第3流路15に流れ込む。そして、第3流路15を通過した試料は、流出テラス15cを通じて隣接する第4流路16に流れ、第4流路16から第5流路17及び流出口18を含む領域に流れ、流出口18から回収ライン105に排出される。第3流路13の数が2倍になっている構成により、試料がマイクロチャネルチップ10を通過する時間が短縮される。   The microchannel chip 10 may have a configuration in which the number of the third flow paths of the microchannel chip 10 shown in FIG. 4A is doubled (FIG. 4B). In this configuration, the sample injected into the microchannel chip 10 from the inflow port 12 flows from the inflow area to the first flow path 13 and the second flow path 14, and from the second flow path 14 to two sides (up and down in the figure) ) Divided into the third flow path 15 through the inflow terrace 15a. Then, the sample that has passed through the third flow path 15 flows to the adjacent fourth flow path 16 through the outflow terrace 15c, flows from the fourth flow path 16 to a region including the fifth flow path 17 and the outlet 18, and the outlet From 18 is discharged to the collection line 105. With the configuration in which the number of the third flow paths 13 is doubled, the time required for the sample to pass through the microchannel chip 10 is reduced.

図5Aは、(a)図4Aに示すマイクロチャネルチップ10に血液試料を流した際の第3流路15付近を示す模式平面図であり、(b)そのAA線断面図である。   5A is a schematic plan view showing the vicinity of the third flow path 15 when a blood sample flows through the microchannel chip 10 shown in FIG. 4A, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line AA.

血液試料中の有形成分とくに白血球30は、毛細血管を模擬した第3流路15(幅W3、深さD3)並びに流入テラス15a及び流出テラス15cを流れる際に、第3流路15並びに流入テラス15a及び流出テラス15cが白血球30の大きさよりも狭い場合、図5Aに示すように形を変えて流れていく。図5A(b)に示すように、ユーザは、第3流路15並びに流入テラス15a及び流出テラス15cを流れる試料を透明基板19を介して顕微鏡110で観察することができる。なお、透明基板19と微小構造体15bとは接触(密着)しており、微小構造体15bの上部から試料が漏れることは無いようになっている。   The leukocytes 30 in the blood sample flow through the third flow path 15 (width W3, depth D3) simulating capillaries and the inflow terrace 15a and the outflow terrace 15c. When the terraces 15a and the outflow terraces 15c are smaller than the size of the white blood cells 30, they flow while changing their shapes as shown in FIG. 5A. As shown in FIG. 5A (b), the user can observe the sample flowing through the third flow path 15 and the inflow terrace 15a and the outflow terrace 15c with the microscope 110 via the transparent substrate 19. The transparent substrate 19 and the microstructure 15b are in contact (close contact) with each other, so that the sample does not leak from the upper portion of the microstructure 15b.

図6Aは、マイクロチャネルチップ10のホルダー50の概略構成図である。ホルダー50は、下受け部50a、押さえ部50b、及びキャップ部50cを備える。押さえ部50bには貫通孔である流入路51及び流出路52が設けられ、それぞれマイクロチャネルチップ10の流入口12及び流出口18に接続される。   FIG. 6A is a schematic configuration diagram of the holder 50 of the microchannel chip 10. The holder 50 includes a lower receiving portion 50a, a pressing portion 50b, and a cap portion 50c. An inflow channel 51 and an outflow channel 52, which are through holes, are provided in the holding portion 50b, and are connected to the inflow port 12 and the outflow port 18 of the microchannel chip 10, respectively.

試料のセットアップは、ホルダー50の下受け部50a内に生理食塩水を入れて、マイクロチャネルチップ10を下受け部50aに設置し、押さえ部50bを入れて、キャップ部50cで締める。その後ホルダー50内の空気を抜いた後、ホルダー50をチップホルダー101に設置して、試料のセットアップが完了する。   To set up the sample, physiological saline is put in the lower receiving portion 50a of the holder 50, the microchannel chip 10 is set in the lower receiving portion 50a, the holding portion 50b is put in, and the cap 50c is fastened with the cap portion 50c. Thereafter, after the air in the holder 50 is evacuated, the holder 50 is set on the chip holder 101, and the sample setup is completed.

<白血球の活性化度の測定方法>
本発明の一実施形態に係る白血球の活性化度の測定方法は、(1)第1の抗凝固剤を添加した血液がマイクロチャネルチップ10を通過する時間(全血通過時間1)と、第1の抗凝固剤とは異なる第2の抗凝固剤を添加した血液がマイクロチャネルチップ10を通過する時間(全血通過時間2)との差(全血通過時間の差)が、両者の白血球の活性化度の差と相関していることの発見に基づく。また、本発明の別の実施形態に係る白血球の活性化度の測定方法は、(2)血液をマイクロチャネルチップに流す前後の生理食塩水がマイクロチャネルチップ10を通過する時間の差(生食通過時間の差)が白血球の活性化度と相関していることの発見に基づく。
<Method for measuring the degree of leukocyte activation>
The method for measuring the degree of activation of leukocytes according to one embodiment of the present invention includes the following steps: (1) the time when blood to which the first anticoagulant is added passes through the microchannel chip 10 (the whole blood passage time 1); The difference (the difference in the whole blood passage time) from the time (the whole blood passage time 2) when the blood to which the second anticoagulant different from the first anticoagulant is added passes through the microchannel chip 10 (the difference between the whole blood passage time) is Based on the finding that it is correlated with the difference in the degree of activation. In addition, the method for measuring the degree of activation of leukocytes according to another embodiment of the present invention includes: (2) a difference in time during which physiological saline passes through the microchannel chip 10 before and after blood flows through the microchannel chip (passage through saline). Time difference) is correlated with the degree of leukocyte activation.

つまり、試料(血液)中の白血球の活性化度の差「yblood」又は血液中の白血球の活性化度「ysaline」と、マイクロチャネルチップ10に流す試料(血液又は生理食塩水)がマイクロチャネルチップ10を通過する時間の差「xblood」(血液)又は「xsaline」(生理食塩水)との間には下記式1及び式2の関係がある。
blood=f(xblood) …(式1)
saline=g(xsaline) …(式2)
この関数f及びgが上記した白血球の活性化度の算出関数である。
That is, the difference between the degree of activation of leukocytes in the sample (blood) “y blood ” or the degree of activation of leukocytes in the blood “y saline ” and the sample (blood or saline) flowing through the microchannel chip 10 is microscopic. The following formulas 1 and 2 have a relationship between the difference in the time of passing through the channel chip 10 "x blood " (blood) or "x saline " (physiological saline).
y blood = f i (x blood ) (Equation 1)
y saline = g i (x saline ) ... (Equation 2)
The function f i and g i are calculated function of the activation of the leukocytes described above.

式1の関数fは、異なる種類の抗凝固剤を添加した血液がマイクロチャネルチップを通過する時間の差(全血通過時間の差)xbloodが両者の白血球の活性化度の差ybloodと相関していることを示す関数である。関数fは、測定時の血液に印加する圧力(通常は吸引圧)(i)によって異なる関数である。 The function f i in equation 1 is the difference between the times when blood to which different types of anticoagulants are added passing through the microchannel chip (difference in whole blood passage time) x blood is the difference between the activation levels of both leukocytes y blood This is a function indicating that it is correlated with. The function f i is a function that varies depending on the pressure (usually a suction pressure) (i) applied to blood at the time of measurement.

抗凝固剤としては、EDTA (Ethylene-Diamine-Tetraacetic Acid)、ヘパリン(Heparin)、クエン酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、ACD(Acid Citrate Dextrose solution)、メシル酸ナファモスタット、又はアルガトロバン等を用いることができる。好ましくは、第1の抗凝固剤としてEDTAとヘパリンとの混合溶液を用い、第2の抗凝固剤としてヘパリン溶液を用いるとよい。   As an anticoagulant, EDTA (Ethylene-Diamine-Tetraacetic Acid), heparin (Heparin), sodium citrate, sodium fluoride, ACD (Acid Citrate Dextrose solution), nafamostat mesilate, argatroban, or the like can be used. . Preferably, a mixed solution of EDTA and heparin is used as the first anticoagulant, and a heparin solution is used as the second anticoagulant.

式2の関数gは、血液をマイクロチャネルチップ10に流す前後の生理食塩水がマイクロチャネルチップを通過する時間の差(全生食通過時間の差)xsalineが白血球の活性化度と相関していることを示す関数である。関数f及びgは、それぞれxblood及びxsalineの一次関数又は二次以上の高次の関数である。 The function g i in Equation 2 is the difference between the time during which physiological saline passes through the microchannel chip before and after blood flows through the microchannel chip 10 (the difference in the time of passage through the whole saline ) x saline correlates with the degree of activation of leukocytes. Function. Functions f i and g i is a linear function or quadratic or higher order function of the respective x blood and x saline.

本発明の一実施形態における白血球の活性化度の測定では、式1の関数fを予め求め端末120の記憶部121に記憶させておく。次に、白血球の活性化度が未知の血液に第1及び第2の抗凝固剤を添加した試料をマイクロチャネルチップ10に流し、処理部122が、それらの全血通過時間の差(xblood)を測定する。この測定値を、記憶部121に記憶された算出関数fに代入して当該血液の白血球の活性化度(yblood)を算出し、その結果を外部のモニター等に出力する。このように、測定装置100は、血液がマイクロチャネルチップ10を通過する時間を測定するだけで、血液中の白血球の活性化度を測定することができるので、従来のように画像から目視により白血球の活性化の度合いを評価する技術に比べ、時間や手間が大きく低減される。 In the measurement of the degree of activation of leukocytes in an embodiment of the present invention, allowed to store the function f i of Equation 1 previously obtained in the storage unit 121 of the terminal 120. Next, a sample obtained by adding the first and second anticoagulants to blood whose degree of leukocyte activation is unknown is passed through the microchannel chip 10, and the processing unit 122 determines the difference (x blood ) Is measured. This measurement, by substituting the stored calculation function f i in the storage unit 121 to calculate the activity degree (y blood) leukocytes of the blood, and outputs the results of the external monitor. As described above, the measuring apparatus 100 can measure the degree of activation of leukocytes in the blood only by measuring the time for the blood to pass through the microchannel chip 10, so that the leukocytes can be visually observed from an image as in the related art. The time and labor are greatly reduced as compared with the technique for evaluating the degree of activation of the hologram.

ここで、関数fは、次のようにして求めることができる。まず、多数の被験者(例えば50〜100人程度)の血液を準備する。ある被験者の同量の血液に対して第1の抗凝固剤を添加した試料1と第2の抗凝固剤を添加した試料2を測定装置100のマイクロチャネルチップ10に流す。試料1の全血通過時間と試料2の全血通過時間との差(xblood)を算出する。また、毛細血管を模擬した第3流路15近傍の顕微鏡画像(全血通過後の画像、又は所定量の試料が流れたときにランダムに選択された複数の画像)から目視により又は公知の画像処理技術(例えば国際公開第2011/065177号)を用いて、試料1及び試料2それぞれについてマイクロチャネルアレイ構造(流路や微小構造体)に接着した白血球の数を数え、その差(yblood)を全血通過時間の差(xblood)に対してグラフ上にプロットする。全ての被験者に対する測定が終了したら、該グラフ上のプロットを最小二乗法等を用いて一次関数(又は2次以上の高次関数)でフィッティングする。フィッティングにより得られた係数(一次関数ならばyblood=ablood+bの係数a、bの値)を有する関数fを、fを求めた際に印加した圧力(i)に関連付けて、測定装置100の記憶部121に記憶させておく。 Here, the function f i can be determined as follows. First, blood of a large number of subjects (for example, about 50 to 100 persons) is prepared. A sample 1 to which the first anticoagulant has been added and a sample 2 to which the second anticoagulant has been added are flowed through the microchannel chip 10 of the measuring device 100 to the same amount of blood of a certain subject. The difference (x blood ) between the whole blood passage time of sample 1 and the whole blood passage time of sample 2 is calculated. In addition, a visual image or a known image is obtained from a microscope image (an image after passage of whole blood, or a plurality of images randomly selected when a predetermined amount of sample flows) near the third channel 15 simulating a capillary. Using a processing technique (for example, WO 2011/065177), the number of leukocytes adhered to the microchannel array structure (flow path or microstructure) was counted for each of Sample 1 and Sample 2, and the difference (y blood ) Is plotted on the graph against the difference in the whole blood transit time (x blood ). When the measurement for all the subjects is completed, the plot on the graph is fitted with a linear function (or a quadratic or higher-order function) using the least squares method or the like. Coefficients obtained by fitting the pressure function f i with (y blood = a 1 x blood + coefficient a 1 of b 1, the value of b 1, if a linear function) is applied upon seeking f i (i) Is stored in the storage unit 121 of the measuring apparatus 100 in association with

また、本発明の別の実施形態における白血球の活性化度の測定(算出)では、式2の関数gを予め求め端末120の記憶部121に記憶させておく。白血球の活性化度が未知の血液を流す前後に同量の生理食塩水をマイクロチャネルチップ10に流し、処理部122が、それらの全生食通過時間の差(xsaline)を測定する。この測定値を、記憶部121に記憶された算出関数号gに代入して当該血液の白血球の活性化度(ysaline)を算出し、その結果を外部のモニター等に出力する。このように、測定装置100は、血液をマイクロチャネルチップ10へ流す前後の生理食塩水の全生食通過時間を測定するだけで、血液中の白血球の活性化度を測定することができるので、従来のように画像から目視により白血球の活性化の度合いを評価する技術に比べ、時間や手間が大きく低減される。 Also, advance another embodiment the measurement of the degree of activation of leukocytes in the (calculated), stored in the storage unit 121 of the previously obtained terminal 120 functions g i of Formula 2 of the present invention. The same amount of physiological saline flows through the microchannel chip 10 before and after the blood whose degree of activation of leukocytes is unknown, and the processing unit 122 measures the difference (x saline ) between the transit times of the whole saline . This measurement, by substituting the stored calculation function No. g i in the storage unit 121 to calculate the activity degree (y saline) of leukocytes of the blood, and outputs the results of the external monitor. As described above, the measuring device 100 can measure the activation degree of leukocytes in blood only by measuring the passage time of the whole saline solution before and after flowing the blood to the microchannel chip 10, As compared with the technique of visually evaluating the degree of activation of leukocytes from an image as described above, time and labor are greatly reduced.

ここで、関数gは、以下のようにして求めることができる。まず、多数の被験者(例えば50〜100人程度)の血液を準備する。ある被験者の血液をマイクロチャネルチップ10に流す前後に生理食塩水をマイクロチャネルチップ10に流し、その全生食通過時間の差(xsaline)を算出する。また、マイクロチャネルチップ10に血液を流したときに撮影した、毛細血管を模擬した第3流路15近傍の顕微鏡画像(全血通過後の画像、又は所定量の試料が流れたときにランダムに選択された複数の画像)から目視により又は公知の画像処理技術を用いて、マイクロチャネルアレイ構造(流路や微小構造体15b)に接着した白血球の数(ysaline)を求め、その値を全生食通過時間の差(xsaline)に対してグラフ上にプロットする。全ての被験者に対する測定が終了したら、該グラフ上のプロットを最小二乗法等を用いて一次関数(又は2次以上の高次関数)でフィッティングする。フィッティングにより得られた係数(一次関数ならばysaline=asaline+bの係数a、bの値)を有する関数gを、測定装置100の記憶部121に記憶させておく。 Here, the function g i can be obtained as follows. First, blood of a large number of subjects (for example, about 50 to 100 persons) is prepared. A physiological saline solution is flowed through the microchannel chip 10 before and after the blood of a certain subject flows through the microchannel chip 10, and the difference (x saline ) in the total saline passage time is calculated. In addition, a microscopic image of the vicinity of the third flow path 15 simulating capillaries, taken when blood is flown into the microchannel chip 10 (image after passing whole blood, or randomly when a predetermined amount of sample flows) From a plurality of selected images), the number of white blood cells (y saline ) adhered to the microchannel array structure (the channel and the microstructure 15b) is determined visually or by using a known image processing technique, and the value is calculated as a total. Plotted on the graph against the difference in transit time (x saline ). When the measurement for all the subjects is completed, the plot on the graph is fitted with a linear function (or a quadratic or higher-order function) using the least squares method or the like. The functions g i with coefficients obtained (the values of the coefficients a 2, b 2 of if the linear function y saline = a 2 x saline + b 2) by fitting and stored in the storage unit 121 of the measuring apparatus 100.

このようにして、白血球の活性化度の算出関数f(xblood)又はg(xsaline)を求め、端末120の記憶部121に予め記憶させておくことができる。 In this way, we obtain a calculation function f i of degree of activation of leukocytes (x blood) or g i (x saline), may be stored in advance in the storage unit 121 of the terminal 120.

ここで、測定装置100による白血球の活性化度の測定の流れについて再度説明する。   Here, the flow of measurement of the degree of activation of leukocytes by the measurement device 100 will be described again.

まず、式1の関数fを用いて白血球の活性化度を測定する場合は以下の流れのように測定が行われる。まず、被験者から血液を採取し、第1の抗凝固剤を添加した試料1と、異なる第2の抗凝固剤を添加した試料2(試料1と同量)を準備する。次に、試料1を試料容器102に入れ、駆動装置104を作動させ、採取注入管103で試料容器102から試料1を採取し、バルブ106の調整(又は回収ライン105の高さの調整)を行い試料1に印加されるべき圧力を調整し(第1の圧力とする。)、マイクロチャネルチップ10に試料1を注入する。液面計107のチューブの開放端107aをマイクロチャネルチップ10の流入口12に接続する。処理部122は、液面計107からのデータを基に、マイクロチャネルチップ10を流れる試料1の全血通過時間1を求め、記憶部121に一時的に記憶させておく。また、処理部122は、同様のことを試料2についても行い、試料2に関する全血通過時間2を求め、記憶部121に一時的に記憶させておく。処理部122は、全血通過時間1と全血通過時間2との差(xblood)を求め、第1の圧力(i)に関する算出関数fを記憶部121から読み出し、求めたxbloodの値を代入して、最終的に被験者の血液中の白血球の活性化度(yblood)を導出し、その結果を入出力部123を介してモニターやプリンターに出力する。 First, when measuring the degree of activation of leukocytes using a function f i of Equation 1 is determined as follows in the flow takes place. First, blood is collected from a subject, and a sample 1 to which a first anticoagulant is added and a sample 2 (the same amount as sample 1) to which a different second anticoagulant is added are prepared. Next, the sample 1 is put into the sample container 102, the driving device 104 is operated, the sample 1 is collected from the sample container 102 by the collection and injection pipe 103, and the valve 106 (or the height of the collection line 105) is adjusted. Then, the pressure to be applied to the sample 1 is adjusted (referred to as a first pressure), and the sample 1 is injected into the microchannel chip 10. The open end 107 a of the tube of the level gauge 107 is connected to the inlet 12 of the microchannel chip 10. The processing unit 122 obtains the whole blood passage time 1 of the sample 1 flowing through the microchannel chip 10 based on the data from the liquid level meter 107, and temporarily stores it in the storage unit 121. The processing unit 122 also performs the same for the sample 2, obtains the whole blood passage time 2 for the sample 2, and temporarily stores the same in the storage unit 121. Processing unit 122 obtains the difference between whole blood passage time 1 and whole blood passing time 2 (x blood), reads out the calculation function f i for the first pressure (i) from the storage unit 121, obtained for x blood By substituting the values, the activation degree (y blood ) of leukocytes in the blood of the subject is finally derived, and the result is output to a monitor or a printer via the input / output unit 123.

次に、式2の関数gを用いて白血球の活性化度を測定する場合は以下の流れのように測定が行われる。まず、被験者から血液を採取し、任意の抗凝固剤を添加した試料を準備する。次に、第1の量の生理食塩水を試料容器102に入れ、駆動装置104を作動させ、採取注入管103で試料容器102から生理食塩水を採取し、バルブ106の調整(又は回収ライン105の高さの調整)を行い生理食塩水に印加されるべき圧力を調整し(第1の圧力とする。)、マイクロチャネルチップ10に生理食塩水を注入する。液面計107のチューブの開放端107aをマイクロチャネルチップ10の流入口12に接続する。処理部122は、液面計107からのデータを基に、マイクロチャネルチップ10を流れる生理食塩水の全生食通過時間1を求め、記憶部121に一時的に記憶させておく。また、処理部122は、同様のことを被験者の血液についても行う。血液をマイクロチャネルチップ10に流した後、再度第1の量の生理食塩水を試料容器102に入れ、同様に、処理部122は、マイクロチャネルチップ10に血液を流した後の生理食塩水の全生食通過時間2を求め、記憶部121に一時的に記憶させておく。処理部122は、全生食通過時間1と全生食通過時間2との差(xsaline)を算出し、第1の圧力(i)に関する算出関数gを記憶部121から読み出し、求めたxsalineの値を代入して、最終的に被験者の血液中の白血球の活性化度(ysaline)を導出し、その結果を入出力部123を介してモニターやプリンターに出力する。 Next, when measuring the degree of activation of leukocytes by using a function g i of Equation 2 is determined as follows in the flow takes place. First, blood is collected from a subject, and a sample to which an arbitrary anticoagulant is added is prepared. Next, the first amount of physiological saline is put into the sample container 102, the driving device 104 is operated, the physiological saline is collected from the sample container 102 by the collection and injection tube 103, and the valve 106 is adjusted (or the collection line 105 is collected). The height to be applied to the physiological saline is adjusted (the first pressure is adjusted), and the physiological saline is injected into the microchannel chip 10. The open end 107 a of the tube of the level gauge 107 is connected to the inlet 12 of the microchannel chip 10. The processing unit 122 obtains the total saline passage time 1 of the physiological saline flowing through the microchannel chip 10 based on the data from the liquid level meter 107, and temporarily stores it in the storage unit 121. In addition, the processing unit 122 performs the same for the blood of the subject. After the blood has flowed through the microchannel chip 10, the first amount of physiological saline is again put into the sample container 102, and the processing unit 122 similarly executes the physiological saline after flowing the blood through the microchannel chip 10. The total raw food passage time 2 is obtained and temporarily stored in the storage unit 121. Processing unit 122 calculates the difference between the total raw transit time 1 and the total raw transit time 2 (x saline), the calculation function g i for the first pressure (i) read from the storage unit 121, the obtained x saline And finally derive the degree of activation of white blood cells (y saline ) in the blood of the subject, and output the result to a monitor or a printer via the input / output unit 123.

このようにして、試料(血液)中の白血球の活性化度「yblood」又は「ysaline」と、マイクロチャネルチップ10に流す試料(血液又は生理食塩水)の通過時間の差(全試料通過時間の差)「xblood」(血液)又は「xsaline」(生理食塩水)との間の相関関係を基にして、白血球の活性化度を容易に求めることができる。 In this way, the difference between the degree of activation of leukocytes “y blood ” or “y saline ” in the sample (blood) and the transit time of the sample (blood or saline) flowing through the microchannel chip 10 (total sample passage) Time difference) Based on the correlation between "x blood " (blood) or "x saline " (physiological saline), the degree of leukocyte activation can be easily obtained.

本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。本実施例におけるマイクロチャネルチップ700は、図4Aに示すマイクロチャネルアレイ構造を有する。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The micro channel chip 700 in the present embodiment has a micro channel array structure shown in FIG. 4A.

<マイクロチャネルチップ>
図7A及び図7Bは、本実施例で用いたマイクロチャネルチップ700のマイクロチャネルアレイ構造の一部を顕微鏡110(倍率50倍)で撮影した顕微鏡写真である。図7A及び図7Bに示すように、マイクロチャネルチップ700は、動脈〜細動脈を模擬した第1流路(13)に相当する流路701(幅W1:100μm、深さD1:50μm)、細動脈を模擬した第2流路(14)に相当する流路702(幅W2:30μm、深さD2:50μm)、及び毛細血管を模擬した第3流路(15)に相当する流路703(幅W3:7μm、深さD3:4.5μm、長さL3:60μm)を有している。マイクロチャネルチップ700は、流路703の前後に、流入テラス703a(幅Wa:640μm、深さDa:4.5μm、長さLa:30μm)と、流出テラス703b(幅Wb:640μm、深さDb:4.5μm、長さLb:30μm)とをさらに有している。また、マイクロチャネルチップ700は、細静脈を模擬した第4流路(16)に相当する流路704(幅W2:30μm、深さD2:50μm)、及び細動脈〜静脈を模擬した第5流路(13)に相当する流路705(幅W1:100μm、深さD1:50μm)をさらに有する。
<Micro channel chip>
7A and 7B are photomicrographs of a part of the microchannel array structure of the microchannel chip 700 used in the present example taken with a microscope 110 (magnification: 50). As shown in FIGS. 7A and 7B, the microchannel chip 700 includes a flow path 701 (width W1: 100 μm, depth D1: 50 μm) corresponding to the first flow path (13) simulating the artery to arteriole, A channel 702 (width W2: 30 μm, depth D2: 50 μm) corresponding to the second channel (14) simulating an artery, and a channel 703 (corresponding to the third channel (15) simulating a capillary vessel) (W3: 7 μm, depth D3: 4.5 μm, length L3: 60 μm). The microchannel chip 700 includes an inflow terrace 703a (width Wa: 640 μm, depth Da: 4.5 μm, length La: 30 μm) and an outflow terrace 703b (width Wb: 640 μm, depth Db) before and after the flow path 703. : 4.5 μm, length Lb: 30 μm). The microchannel chip 700 includes a flow path 704 (width W2: 30 μm, depth D2: 50 μm) corresponding to the fourth flow path (16) simulating venules, and a fifth flow simulating arterioles to veins. A flow path 705 (width W1: 100 μm, depth D1: 50 μm) corresponding to the path (13) is further provided.

図7A及び図7Bに示すマイクロチャネルアレイ構造は、心筋微小血管の構成(幅300μmの細動脈から3回分岐して多数の7μmの毛細血管にたどり着き、その後3回合流しながら幅300μmの細静脈に到達する構成)をモデルとしている。一つのマイクロチャネルチップ700には毛細血管を模擬する流路703は数千個含まれている。   The microchannel array structure shown in FIGS. 7A and 7B has a configuration of myocardial microvessels (branched three times from a 300 μm-width arteriole, arrived at a number of 7 μm capillaries, and then joined three times to form a 300 μm-width venule. Configuration). One microchannel chip 700 includes thousands of channels 703 that simulate capillaries.

<算出関数を求める手順>
算出関数f及びgを求めるために、下記表1に示す臨床的特徴を有する94名の被験者(男性41名、女性53名)に協力してもらった。表1中の数字は平均値と標準偏差、p値を示す。
<Procedure for calculating the calculation function>
To determine the calculation function f i and g i, 94 subjects (41 males, females 53 persons) with clinical characteristics shown in Table 1 were asked to cooperate. The numbers in Table 1 indicate the average value, standard deviation, and p value.

(手順1)全ての被験者に200mlの水を飲んでもらい、5分間静かに座った状態にした後、各被験者から10mlの血液を採取した。5mlの血液は、ヘパリン採血管(テルモ株式会社社製ベノジェクト(登録商標)II 真空採血管5ml)に入れ、さらにヘパリン溶液を0.25ml添加した(即ち、ヘパリン溶液を添加した試料)。残りの5mlの血液は、EDTA−2Na採血管(テルモ株式会社社製ベノジェクトII 真空採血管5ml)に入れ、さらにヘパリン溶液を0.25ml添加した(即ち、ヘパリンとEDTAとの混合溶液を添加した試料)。
(手順2)吸引圧が−30cmHOの場合と−60cmHOの場合に関して、血液試料の測定の前に100μlの生理食塩水をマイクロチャネルチップ700に流し、その全生食通過時間を測定した。
(手順3)吸引圧が−30cmHOの場合と−60cmHOの場合に関して、100μlの血液試料がマイクロチャネルチップ700を通過するのにかかった時間(全血通過時間)を測定した。このとき、マイクロチャネルチップ10を流れる血液を顕微鏡110(倍率は固定)で撮影し、画像(動画)を記憶部121に記憶しておいた。
(手順4)吸引圧が−30cmHOの場合と−60cmHOの場合に関して、血液試料の測定後に、100μlの生理食塩水をマイクロチャネルチップ700に流し、その全生食通過時間を測定した。
(手順5)0.08〜0.10mlの血液試料がマイクロチャネルチップ700を流れたときの5つの異なる画像をランダムに選択し、接着した(又は詰まった)白血球の数を目視によりカウントした。
(手順2)〜(手順5)を全ての試料に対して行った。
全血通過時間(100μl/秒)は、生理食塩水通過時間で補正した値を下記の式で算出する。100μlの血液試料の通過時間(秒)×12(秒)/100μlの生理食塩水の通過時間(秒)とした。式中、「12」(秒)は経験的定数であり、「100μlの生理食塩水の通過時間」(秒)は、血液試料をマイクロチャネルチップ700に流す前の全生食通過時間(手順2)である。
(Procedure 1) All subjects were asked to drink 200 ml of water, and after sitting quietly for 5 minutes, 10 ml of blood was collected from each subject. 5 ml of blood was placed in a heparin blood collection tube (Venoject (registered trademark) II vacuum collection tube 5 ml, manufactured by Terumo Corporation), and 0.25 ml of a heparin solution was further added (that is, a sample to which the heparin solution was added). The remaining 5 ml of blood was put into an EDTA-2Na blood collection tube (5 ml of Venoject II vacuum blood collection tube manufactured by Terumo Corporation), and 0.25 ml of a heparin solution was further added (that is, a mixed solution of heparin and EDTA was added). sample).
(Procedure 2) For the cases where the suction pressure was −30 cmH 2 O and −60 cmH 2 O, 100 μl of physiological saline was passed through the microchannel chip 700 before the measurement of the blood sample, and the total saline passage time was measured. .
(Procedure 3) For the cases where the suction pressure was −30 cmH 2 O and −60 cmH 2 O, the time required for 100 μl of the blood sample to pass through the microchannel chip 700 (whole blood passage time) was measured. At this time, blood flowing through the microchannel chip 10 was photographed with the microscope 110 (fixed magnification), and an image (moving image) was stored in the storage unit 121.
(Procedure 4) With respect to the cases where the suction pressure was −30 cmH 2 O and −60 cmH 2 O, after measuring the blood sample, 100 μl of physiological saline was flown into the microchannel chip 700, and the total saline passage time was measured.
(Procedure 5) Five different images when a blood sample of 0.08 to 0.10 ml flowed through the microchannel chip 700 were randomly selected, and the number of adhered (or clogged) leukocytes was visually counted.
(Procedure 2) to (Procedure 5) were performed on all the samples.
The whole blood transit time (100 μl / sec) is calculated by the following formula using a value corrected by the physiological saline transit time. The transit time (sec) of 100 μl blood sample × 12 (sec) / the transit time (sec) of 100 μl of physiological saline was used. In the formula, “12” (second) is an empirical constant, and “100 μl of physiological saline transit time” (second) is the total saline transit time before flowing the blood sample to the microchannel chip 700 (procedure 2). It is.

図8は、血液試料がマイクロチャネルチップ700を通過している状態で、マイクロチャネルチップ700の一部を顕微鏡110(50倍に拡大)により撮影した写真である。図8中の黒の矢印で指し示す部分に流路に接着した白血球(つまり活性化した白血球)が見られた。   FIG. 8 is a photograph of a part of the microchannel chip 700 taken by the microscope 110 (magnified 50 times) while the blood sample is passing through the microchannel chip 700. In the portion indicated by the black arrow in FIG. 8, white blood cells adhered to the flow channel (that is, activated white blood cells) were observed.

図9は、血液試料がマイクロチャネルチップ700を通過している状態で、マイクロチャネルチップ700の一部を顕微鏡110(200倍に拡大)により撮影した写真である。図9(a)はヘパリン採血管の血液試料に関する画像であり、図9(b)はヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料に関する画像である。両者は同一被験者の血液検体である。図9中の黒の矢印で指し示す部分に流路に接着した白血球(つまり活性化した白血球)が見られた。なお、図9(a)の破線で囲んだ部分は赤血球が流線型に変形しながら毛細血管を模擬した流路中を通過する様子を示している。   FIG. 9 is a photograph of a part of the microchannel chip 700 taken by the microscope 110 (magnified 200 times) with the blood sample passing through the microchannel chip 700. FIG. 9A is an image related to a blood sample of a heparin blood collection tube, and FIG. 9B is an image related to a blood sample of a heparin + EDTA-2Na blood collection tube. Both are blood samples of the same subject. In the portion indicated by the black arrow in FIG. 9, white blood cells adhered to the flow path (that is, activated white blood cells) were observed. The portion surrounded by a broken line in FIG. 9A shows a state in which red blood cells pass through a flow path simulating a capillary while deforming in a streamlined manner.

図9(a)のヘパリン採血管の血液試料(ヘパリン溶液添加血液)に関する画像と、図9(b)のヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料(EDTAとヘパリンとの混合溶液添加血液)に関する画像とを比較すると、ヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料では、ヘパリン採血管の血液試料に比べて明らかに接着した白血球(つまり活性化した白血球)の数が少なく、流れもスムーズであることがわかった。   The image of the blood sample of heparin blood collection tube (blood with heparin solution added) in FIG. 9A and the image of the blood sample of heparin + EDTA-2Na blood collection tube (blood with mixed solution of EDTA and heparin) in FIG. 9B In comparison with the above, it is found that the blood sample of the heparin + EDTA-2Na blood collection tube has a smaller number of clearly adhered leukocytes (that is, activated leukocytes) and a smoother flow than the blood sample of the heparin blood collection tube. Was.

図10は、同一被験者のヘパリン採血管の血液試料(ヘパリン溶液添加血液)とヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料(EDTAとヘパリンとの混合溶液添加血液)との間で、マイクロチャネルチップ700を通過する時間(全血通過時間)の違いを示すグラフである。図10(a)は、吸引圧を−30cmHOとした場合の結果であり、図10(b)は、吸引圧を−60cmHOとした場合の結果である。図10中、各線で繋がれた値が同一被験者の試料の値を示し、線が異なれば被験者も異なることを示している。 FIG. 10 shows a microchannel chip 700 between a blood sample of a heparin blood collection tube (blood containing heparin solution) and a blood sample of heparin + EDTA-2Na blood collection tube (blood containing a mixed solution of EDTA and heparin) of the same subject. It is a graph which shows the difference of the transit time (whole blood transit time). FIG. 10A shows the result when the suction pressure is set to −30 cmH 2 O, and FIG. 10B shows the result when the suction pressure is set to −60 cmH 2 O. In FIG. 10, the value connected by each line indicates the value of the sample of the same subject, and a different line indicates that the subject is also different.

図11は、1視野(1画像)あたりのヘパリン採血管の血液試料(ヘパリン溶液添加血液)の接着した白血球の数からヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料(EDTAとヘパリンとの混合溶液添加血液)の接着した白血球の数を引いた値(カウント数)を縦軸に表し、ヘパリン採血管の血液試料の全血通過時間からヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料の全血通過時間を引いた値(秒)を横軸に表したグラフである。図11(a)は、吸引圧を−30cmHOとした場合の結果であり、図11(b)は、吸引圧を−60cmHOとした場合の結果である。 FIG. 11 shows the number of leukocytes adhered to the blood sample of heparin blood collection tube (blood containing heparin solution) per visual field (one image), and the blood sample of heparin + EDTA-2Na blood collection tube (blood added with a mixed solution of EDTA and heparin). ), The value obtained by subtracting the number of adhered leukocytes (count number) is shown on the vertical axis, and the whole blood passage time of the blood sample of heparin + EDTA-2Na blood collection tube was subtracted from the whole blood passage time of the blood sample of heparin blood collection tube. It is the graph which represented the value (second) on the horizontal axis. 11 (a) is the result when the suction pressure was set to -30cmH 2 O, FIG. 11 (b) is a result when the suction pressure was set to -60cmH 2 O.

図11(a)中の破線1101は、最小二乗法により一次関数y=ax+bでフィッティングした場合の直線であり、図11(b)中の破線1102は、最小二乗法により一次関数y=cx+dでフィッティングした場合の直線である(グラフの縦軸をy、横軸をxとした。)。図11の結果から、係数a=26.4、b=33.9、c=8.04、及びd=9.02であった。   A broken line 1101 in FIG. 11A is a straight line when the fitting is performed by the linear function y = ax + b by the least square method, and a broken line 1102 in FIG. 11B is a linear function y = cx + d by the least square method. This is a straight line when fitting is performed (the vertical axis of the graph is y, and the horizontal axis is x). From the results in FIG. 11, the coefficients a = 26.4, b = 33.9, c = 8.04, and d = 9.02.

以上より式1に関する算出関数fが以下のように求まった。
吸引力が−30cmHOの場合、
blood=f(xblood)=26.4xblood+33.9 (p値<0.0001、R値=0.547)
吸引力が−60cmHOの場合、
blood=f2(xblood)=8.04xblood+9.02 (p値<0.0001、R値=0.131)
ここで、ybloodは、ヘパリン採血管の血液試料(ヘパリン溶液添加血液)の接着白血球の数からヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料(EDTAとヘパリンとの混合溶液添加血液)の接着白血球の数を引いた値であり、白血球の活性化度を示す指標である。また、xbloodは、ヘパリン採血管の血液試料の全血通過時間からヘパリン+EDTA−2Na採血管の血液試料の全血通過時間を引いた値である。
From the above, the calculation function f relating to Equation 1 was obtained as follows.
If the suction force is -30cmH 2 O,
y blood = f 1 (x blood ) = 26.4x blood +33.9 (p value <0.0001, R value = 0.547)
If the suction force is -60cmH 2 O,
y blood = f 2 (x blood ) = 8.04 × blood + 9.02 (p value <0.0001, R value = 0.131)
Here, y blood is the number of adhered leukocytes in the blood sample of heparin + EDTA-2Na blood collection tube (blood added with a mixed solution of EDTA and heparin) from the number of adhered leukocytes in the blood sample of heparin blood collection tube (blood containing heparin solution). Is an index indicating the degree of activation of leukocytes. Further, x blood is a value obtained by subtracting the whole blood passage time of the blood sample of the heparin + EDTA-2Na blood collection tube from the whole blood passage time of the heparin blood collection tube.

次に、図12は、1視野(1画像)あたりのヘパリン採血管の血液試料の接着した白血球の数に対する、該血液試料を通過させる前後の(手順2及び4で測定した)生理食塩水の通過時間の差(秒)をプロットしたグラフである。図12(a)は、吸引圧を−30cmHOとした場合の結果であり、図12(b)は、吸引圧を−60cmHOとした場合の結果である。 Next, FIG. 12 shows the relationship between the number of leukocytes adhered to the blood sample of the heparin blood collection tube per visual field (one image) and the physiological saline (measured in steps 2 and 4) before and after passing the blood sample. It is the graph which plotted the difference (second) of transit time. 12 (a) is the result when the suction pressure was set to -30cmH 2 O, FIG. 12 (b) is a result when the suction pressure was set to -60cmH 2 O.

図12(a)中の破線1201は、最小二乗法により一次関数y=ax+bでフィッティングした場合の直線であり、図12(b)中の破線1202は、最小二乗法により一次関数y=cx+dでフィッティングした場合の直線である。図12の結果から、係数a=2.20、b=0.106、c=1.92、及びd=4.4455であった。   A dashed line 1201 in FIG. 12A is a straight line when fitting is performed by the linear function y = ax + b by the least square method, and a dashed line 1202 in FIG. 12B is a linear function y = cx + d by the least square method. This is a straight line when fitting is performed. From the results in FIG. 12, the coefficients a = 2.20, b = 0.106, c = 1.92, and d = 4.4455.

以上より式2の形式に改めると、算出関数gは以下のように求まった。
吸引力が−30cmHOの場合、
saline=g(xsaline)=0.455xsaline−0.048 (p値<0.001、R値=0.509)
吸引力が−60cmHOの場合、
saline=g(xsaline)=0.521xsaline−2.315 (p値<0.0015、R値=0.29)
ここで、ysalineは、ヘパリン採血管の血液試料(ヘパリン溶液添加血液)の接着白血球の数であり、白血球の活性化度を示す指標である。また、xsalineは、該ヘパリン採血管の血液試料をマイクロチャネルチップに通過させる前後に通過させた生理食塩水の通過時間(全生食通過時間)の差である。
When revised to form the formula 2 above, calculation function g i is Motoma' as follows.
If the suction force is -30cmH 2 O,
y saline = g i (x saline ) = 0.455x saline -0.048 (p value <0.001, R value = 0.509)
If the suction force is -60cmH 2 O,
y saline = g i (x saline ) = 0.521x saline -2.315 (p value <0.0015, R value = 0.29)
Here, y saline is the number of adhered leukocytes of a blood sample from a heparin blood collection tube (blood containing heparin solution), and is an index indicating the degree of activation of leukocytes. In addition, x saline is the difference between the passage times of physiological saline (the whole saline passage time) before and after the blood sample from the heparin blood collection tube was passed through the microchannel chip.

次に、図13等を参照し、本発明の別の実施形態に係る、血液の流動性、とくに白血球の活性化度の測定装置及び測定方法について説明する。なお、上記ですでに説明した同一の構成及び事項については適宜説明を省略する。   Next, an apparatus and a method for measuring the fluidity of blood, particularly the degree of activation of leukocytes, according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The description of the same configuration and items already described above will be appropriately omitted.

上記特許文献2には、血液流動性に及ぼす温度変化の影響を避けるため、血液流動性測定装置の装置内の温度を34〜36℃の間で均一に保持する装置及び方法が開示されている。しかしながら、該装置及び方法において用いられる温風量と放熱板による放熱量のみによる該装置内温度保持性能を達成するのは困難と考えられる。上記した実際の製品「MCFAN HR300」には未だそのような装置内温度制御装置は組み込まれていない。また、特許文献1に開示されている装置にも流体試料の温度と該流体試料の流動性を測定する装置内の温度とを厳密に一致させて制御できるような温度制御装置は組み込まれていない。一般に、顕微鏡観察台上の観察物の温度を室温(限定されないが一般的に15〜28℃程度)以外の特定温度に制御することは、観察物の大きさやその熱容量また顕微鏡の観察倍率等によっても異なるが、技術的に容易なことではなく、そのような観察物の温度制御の試みはかえって観察物の温度の不安定性を招く結果になりやすい。   Patent Document 2 discloses an apparatus and a method for uniformly maintaining the temperature in a blood fluidity measuring apparatus between 34 and 36 ° C. in order to avoid the influence of a temperature change on blood fluidity. . However, it is considered difficult to achieve the temperature maintaining performance in the apparatus only by the amount of warm air used in the apparatus and the method and the amount of heat radiated by the radiator plate. The actual product “MCFAN HR300” described above does not yet incorporate such an in-apparatus temperature controller. Further, the apparatus disclosed in Patent Document 1 does not incorporate a temperature control device capable of controlling the temperature of the fluid sample and the temperature in the device for measuring the fluidity of the fluid sample in strict agreement with each other. . In general, controlling the temperature of the observation object on the microscope observation table to a specific temperature other than room temperature (not limited, but generally about 15 to 28 ° C.) depends on the size of the observation object, its heat capacity, the observation magnification of the microscope, and the like. Although it is different, it is not technically easy, and such an attempt to control the temperature of the observation object tends to result in instability of the temperature of the observation object.

このようなことから、精密な温度制御の下に室温以外の温度(例えば体温36〜38℃程度)での測定を可能にすることが求められている。室温での測定は、血液の流動性、とくに白血球の活性化度に及ぼす体温との温度差の影響および室温自体の変動の影響を受けることがある。さらに室温や体温での測定だけでなく、臨床的には体温より高い温度(例えば39℃以上)、体温と室温の中間の温度(例えば29〜35℃)、室温より低い温度(例えば14℃以下)での血液の流動性、とくに白血球の活性化度の測定、すなわち、より広範囲にわたる温度依存性の測定も求められている。   For this reason, it is required to enable measurement at a temperature other than room temperature (for example, a body temperature of about 36 to 38 ° C.) under precise temperature control. Measurements at room temperature can be affected by differences in body temperature with the fluidity of blood, especially the degree of leukocyte activation, and by fluctuations in room temperature itself. Furthermore, in addition to measurement at room temperature and body temperature, clinically higher temperature than body temperature (eg, 39 ° C. or higher), temperature intermediate between body temperature and room temperature (eg, 29 to 35 ° C.), temperature lower than room temperature (eg, 14 ° C. or lower) There is also a need for a measurement of blood fluidity, particularly the degree of leukocyte activation, ie, a more extensive measurement of temperature dependence.

そこで、本実施形態では、心筋微小血管を模したマイクロチャネルアレイ回路による微小血管の生体外モデルにおいて、血液試料及び生理食塩水が恒温水槽内で保温ないし保冷される際の設定温度と同一(±1℃の精度)の温度で該血液の流動性、とくに白血球の活性化度の臨床検査に標準化できる装置及び方法を提供する。併せて、測定値の再現性が課題である特許文献3に開示されている細胞マイクロレオロジー観察・測定用ディスポーザブルチップの改良型も提供する。   Therefore, in the present embodiment, in an in vitro model of microvessels by a microchannel array circuit simulating myocardial microvessels, the same temperature (±±) as the set temperature when the blood sample and the physiological saline are kept warm or cold in the thermostatic water bath is used. The present invention provides an apparatus and a method which can be standardized to a clinical test of the fluidity of the blood at a temperature of (1 ° C. accuracy), particularly the degree of activation of leukocytes. In addition, an improved type of the disposable chip for cell microrheological observation / measurement disclosed in Patent Document 3 in which reproducibility of measured values is an issue is provided.

図13は、本実施形態に係る血液の流動性、とくに白血球の活性化度の測定装置1000の概略構成図である。   FIG. 13 is a schematic configuration diagram of an apparatus 1000 for measuring the fluidity of blood, particularly the degree of activation of leukocytes, according to the present embodiment.

測定装置1000は、マイクロチャネルチップ10、チップホルダー101、試料容器102、生理食塩水容器103a、輸入管104a、104b、104c、二方電磁弁105a、105b、105c、105d、105e、三方活栓106a、106b、シリンジ107b、回収容器108、輸出管109a、109b、109c、顕微鏡110、端末120、液面計130、恒温水槽140、恒温水槽循環輸入出路141a、141b、エアーポンプ142a、そのエアー排出口143、エアー吸引口144、三方電磁弁145、エアーポンプ142b、そのエアー吸引口146、エアー排出口147、熱交換器148、及びエアーノズル149を含む。   The measuring device 1000 includes a microchannel chip 10, a chip holder 101, a sample container 102, a saline container 103a, import pipes 104a, 104b, 104c, two-way solenoid valves 105a, 105b, 105c, 105d, 105e, a three-way cock 106a, 106b, syringe 107b, collection container 108, export pipes 109a, 109b, 109c, microscope 110, terminal 120, level gauge 130, constant temperature water tank 140, constant temperature water tank circulation import / exports 141a, 141b, air pump 142a, and air discharge port 143 thereof. , An air suction port 144, a three-way solenoid valve 145, an air pump 142 b, an air suction port 146, an air discharge port 147, a heat exchanger 148, and an air nozzle 149.

本実施形態では、試料容器102(第1の容器)は、測定する血液試料を入れておく試験管又は採血した血液の入った採血管である。生理食塩水容器103a(第2の容器)はビーカー状の容器であり、試料容器102と共に恒温水槽140内で、恒温水槽140の設定温度(水温)と同じ温度に保温ないし保冷される。恒温水槽140は、恒温水槽循環輸入出路141a、141bによって不図示の循環ポンプを備えた本体低温恒温水槽とつながる構成になっていてもよいし、それ自身が温度センサ、液体加熱機構、液体冷却機構、及び水温制御部等を備える構成になっていてもよい。あるいは、恒温水槽140の代わりに、試料容器102と生理食塩水容器103aそれぞれが入る孔を有するアルミブロックをペルチェ素子等で加温・冷却するドライ低温恒温水槽を用いてもよい。   In the present embodiment, the sample container 102 (first container) is a test tube for storing a blood sample to be measured or a blood collection tube containing collected blood. The physiological saline container 103 a (second container) is a beaker-shaped container, and is kept or cooled at the same temperature (water temperature) as the set temperature of the constant temperature water tank 140 in the constant temperature water tank 140 together with the sample container 102. The constant temperature water tank 140 may be configured to be connected to a main body low temperature constant temperature water tank provided with a circulation pump (not shown) by the constant temperature water tank circulation import / exports 141a and 141b, or may be a temperature sensor, a liquid heating mechanism, and a liquid cooling mechanism. , And a water temperature controller. Alternatively, instead of the constant temperature water tank 140, a dry low temperature constant temperature water tank that heats and cools an aluminum block having holes into which the sample container 102 and the physiological saline container 103a enter by using a Peltier element or the like may be used.

試料容器102とマイクロチャネルチップ10のマイクロチャネル構造は輸入管104aでつながれ、生理食塩水容器103aと該マイクロチャネル構造は輸入管104a〜104cでつながれ、該マイクロチャネル構造と回収容器108は輸出管109a〜109cでつながれている。   The sample container 102 and the microchannel structure of the microchannel chip 10 are connected by an import tube 104a, the saline container 103a and the microchannel structure are connected by import tubes 104a to 104c, and the microchannel structure and the collection container 108 are connected to an export tube 109a. ~ 109c.

輸入管104a〜104cの先端が生理食塩水容器103a内に入った状態で、二方電磁弁105a〜105d、三方電磁弁145およびエアーポンプ142aがオン状態(NO(normal open)弁の場合は弁が閉じた状態、NC(normal close)弁の場合は弁が開いた状態、ポンプについてはポンプが作動した状態)になると、生理食塩水容器103a内の生理食塩水が急速に吸引され、輸入管104aと輸出管109aの経路、輸入管104bと輸出管109bの経路、及び輸入管104cと輸出管109cの径路を通じて回収容器108に排出される。各経路内を通過する血液及び生理食塩水の温度が、±1℃、好ましくは±0.5℃以内の精度で恒温水槽140の設定温度に一致するように保たれる。またその後、2方電磁弁105a、105dだけをオン状態にすると、生理食塩水を輸入管104aからマイクロチャネルチップ10内を通って輸出管109bへと流すことができる。これにより、マイクロチャネルチップ10のマイクロチャネル構造を通過する血液及び生理食塩水の温度も、±1℃、好ましくは±0.5℃以内の精度で恒温水槽140の設定温度に一致するように保たれる。さらにその後、二方電磁弁105d、105eだけをオン状態にすると、液面計130内の液面位置と輸出管109bの出口端位置の高さの差の水柱差の下で、生理食塩水のマイクロチャネルアレイ構造の通過時間を測定することができる。   With the leading ends of the import pipes 104a to 104c in the physiological saline container 103a, the two-way solenoid valves 105a to 105d, the three-way solenoid valve 145, and the air pump 142a are turned on. Is closed, the valve is open in the case of an NC (normal close) valve, and the pump is in a state of operation when the pump is in operation). It is discharged to the recovery container 108 through the path between the pipe 104a and the export pipe 109a, the path between the import pipe 104b and the export pipe 109b, and the path between the import pipe 104c and the export pipe 109c. The temperature of the blood and physiological saline passing through each path is maintained to match the set temperature of the constant temperature water bath 140 with an accuracy of ± 1 ° C., preferably within ± 0.5 ° C. After that, when only the two-way solenoid valves 105a and 105d are turned on, the physiological saline can flow from the import pipe 104a through the inside of the microchannel chip 10 to the export pipe 109b. Thereby, the temperature of the blood and the physiological saline passing through the microchannel structure of the microchannel chip 10 is also kept to be equal to the set temperature of the thermostatic water bath 140 with an accuracy of ± 1 ° C., preferably within ± 0.5 ° C. Dripping. Further, after that, when only the two-way solenoid valves 105d and 105e are turned on, the physiological saline is below the water column difference of the height difference between the liquid level position in the liquid level gauge 130 and the outlet end position of the export pipe 109b. The transit time of the microchannel array structure can be measured.

前記生理食塩水の通過時間を測定した後、輸入管104aの先端を生理食塩水容器103a内から試料容器102内に移し、二方電磁弁105aだけをオン状態にして、シリンジ107bを用いて、試料容器内から血液試料を所定量(例えば200マイクロリットル)輸入管104a内に採取する。その後、輸入管104aの先端を試料容器102の外に出してから、シリンジ107bをさらに引いて、輸入管104a内の血液試料をその端面が輸出管109aに付けた矢印の位置1010に来るまで移動させる。この矢印位置1010は、限定されないが、輸入管104a内から輸出管109a内に移動する液量が、例えばちょうど150マイクロリットルになり、輸入管104a内に残る液量が50マイクロリットルになるように決めた位置である。該血液試料を移動させた後、二方電磁弁105aを閉じ、二方電磁弁105eを開いて、シリンジ107bを用いて液面計130内の液面位置を初期位置に合わせて、それから二方電磁弁105eを開いたままで二方電磁弁105dを開けば、血液試料100マイクロリットルがマイクロチャネルアレイ構造を通過する時間を測定することができる。   After measuring the passage time of the physiological saline, the tip of the import pipe 104a is moved from the physiological saline container 103a into the sample container 102, only the two-way solenoid valve 105a is turned on, and the syringe 107b is used. A predetermined amount (for example, 200 microliter) of a blood sample is collected from the sample container into the import pipe 104a. Thereafter, the tip of the import tube 104a is taken out of the sample container 102, and then the syringe 107b is further pulled to move the blood sample in the import tube 104a until the end surface comes to a position 1010 indicated by an arrow attached to the export tube 109a. Let it. The position of the arrow 1010 is, but not limited to, such that the amount of liquid moving from the inside of the import pipe 104a to the inside of the export pipe 109a becomes, for example, exactly 150 microliters and the amount of liquid remaining in the import pipe 104a becomes 50 microliters. It is the determined position. After moving the blood sample, the two-way solenoid valve 105a is closed, the two-way solenoid valve 105e is opened, and the liquid level in the level gauge 130 is adjusted to the initial position using the syringe 107b. If the two-way solenoid valve 105d is opened with the solenoid valve 105e opened, the time required for 100 microliters of the blood sample to pass through the microchannel array structure can be measured.

前記血液試料がマイクロチャネルアレイ構造を通過する時間を測定した後、輸入管104aの先端を生理食塩水容器103a内に戻し、二方電磁弁105aと105cを開くことにより、輸入管104c内と輸出管109c内に残っている血液試料を回収容器108内に排出するとともに、輸入管104c内と輸出管109c内を再度生理食塩水で満たすことができる。その後、二方電磁弁105a及び105cを閉じ、二方電磁弁105eを開いてシリンジ107bを用いて液面計130内の液面位置を初期位置に合わせ、二方電磁弁105eを開いたまま二方電磁弁105dを開けば、血液試料のマイクロチャネルアレイ構造通過後の生理食塩水のマイクロチャネルアレイ構造通過時間を測定することができる。   After measuring the time required for the blood sample to pass through the microchannel array structure, the tip of the import tube 104a is returned to the saline container 103a, and the two-way solenoid valves 105a and 105c are opened to export the sample from the import tube 104c. The blood sample remaining in the tube 109c can be discharged into the collection container 108, and the inside of the import tube 104c and the inside of the export tube 109c can be filled with physiological saline again. Thereafter, the two-way solenoid valves 105a and 105c are closed, the two-way solenoid valve 105e is opened, the liquid level in the liquid level gauge 130 is adjusted to the initial position using the syringe 107b, and the two-way solenoid valve 105e is opened. By opening the one-way solenoid valve 105d, it is possible to measure the time required for the blood sample to pass through the microchannel array structure after passing through the microchannel array structure.

前記生理食塩水および血液試料のマイクロチャネルアレイ構造通過時間の測定中にも、生理食塩水容器103a内から輸入管104cとチップホルダー101内の付加的に設けられた流路(流路口53と54の間をつなぐ、一部がマイクロチャネルチップ10の背面に直接する流路)と輸出管109cとを経て回収容器108内に排出される生理食塩水の流れは継続しており、それによってマイクロチャネルチップホルダー内の温度は、±1℃、好ましくは±0.5℃以内の精度で恒温水槽140の設定温度に一致するように保たれる。この生理食塩水の流量は三方活栓106aによって調節される。   Even during the measurement of the passage time of the physiological saline and the blood sample through the microchannel array structure, additional channels (the channel ports 53 and 54) in the import tube 104c and the chip holder 101 from the physiological saline container 103a are provided. The flow of the physiological saline discharged into the collection container 108 through the flow path connecting a part thereof and a part directly to the back surface of the microchannel chip 10) and the export pipe 109c is continued. The temperature in the chip holder is maintained to match the set temperature of the constant temperature water bath 140 with an accuracy within ± 1 ° C., preferably within ± 0.5 ° C. The flow rate of the physiological saline is adjusted by the three-way cock 106a.

室温以下、とくに10℃以下の温度で血液の流動性の測定を行う場合、マイクロチャネルチップ10に密着した透明基板19の表面に結露が生じて、顕微鏡による観察が妨げられるおそれがある。しかし、エアーポンプ142bから排気されるエアーが熱交換器148で恒温水槽140の設定温度にまで冷やされ、エアーノズル149から該透明基板19の表面に吹き付けられるように構成されており、透明基板19の表面の結露が防止される。   When blood fluidity is measured at a temperature of room temperature or less, particularly 10 ° C. or less, dew condensation may occur on the surface of the transparent substrate 19 which is in close contact with the microchannel chip 10, and observation with a microscope may be hindered. However, the air exhausted from the air pump 142b is cooled by the heat exchanger 148 to the set temperature of the constant temperature water tank 140, and is blown from the air nozzle 149 onto the surface of the transparent substrate 19. The dew condensation on the surface is prevented.

液面計130は、マイクロチャネルチップ10を流体の試料が通過する通過時間を測定し、端末120へそのデータを出力する。また、液面計130を設けずに、端末120が公知の画像処理技術(例えば特開2012-176095号公報)を用いて顕微鏡110からの画像データを処理して流量を計測するようにしてもよい。また、液面計130の代わりに、輸出管109bに流量計を設けて流量を測定する方法;マイクロチャネルチップ10を流体試料が通過する速度及び通過時間等を測定する方法;通過中の流体試料の特定光吸収量や特定波長光の発光量を測定する光学的方法;酵素、FETセンサ等を使用した電気化学的な検出方法;超音波を利用した測定方法;及び表面プラズモン共鳴を利用した測定方法等いずれを用いてもよい。   The liquid level gauge 130 measures the passage time of the fluid sample passing through the microchannel chip 10 and outputs the data to the terminal 120. Also, the terminal 120 may measure the flow rate by processing the image data from the microscope 110 using a known image processing technique (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-176095) without providing the liquid level gauge 130. Good. In addition, a method of measuring a flow rate by providing a flow meter in the export pipe 109b instead of the level gauge 130; a method of measuring a speed and a passage time of a fluid sample passing through the microchannel chip 10; Method for measuring the amount of specific light absorbed and the amount of emitted light of specific wavelength; electrochemical detection method using enzymes, FET sensors, etc .; measurement method using ultrasonic waves; and measurement using surface plasmon resonance Any method may be used.

なお、測定装置1000は、ユーザがマイクロチャネルチップ10及び試料容器102と生理食塩水容器103aを所定の位置に設置した後の一連の測定処理を自動で行うように構成されたアクチュエータ及び可動部材(不図示)を備えていてもよい。例えば、ユーザがマイクロチャネルチップ10と試料容器102と生理食塩水容器103aを設置した後に測定装置1000の所定のボタンを押すと、輸入管104a〜104cが生理食塩水容器103aに挿入され、電磁弁105a〜105e、145と、エアーポンプ142a、及びシリンジ107bが自動的に駆動されて、生理食塩水の通過時間の測定が行われ、次に、輸入管104aが移動して試料容器102に挿入されて、前記一連の動作により血液試料の通過時間の測定が行われ、その後さらに、輸入管104aが移動して生理食塩水容器103a又は生理食塩水の入った別の試料容器に挿入され、前記一連の動作により生理食塩水の通過時間が再度測定される一連の流れが自動的に行われるようにしてもよい。また、輸入管104aの先端部に3方電磁弁(不図示)を挿入して、生理食塩水容器103aからの輸入管と試料容器102からの輸入管を切り替えるようにして、輸入管104aの移動操作及び移動機構を省くようにしてもよい。さらに、シリンジ107bによる液面計130内の液面を初期位置に合わせる操作と試料容器から試料を採取・輸入する操作をマニュアルで行う半自動装置にしてもよい。   Note that the measuring device 1000 is configured to automatically perform a series of measurement processes after the user has installed the microchannel chip 10, the sample container 102, and the physiological saline container 103a at predetermined positions, and an actuator and a movable member ( (Not shown). For example, when the user presses a predetermined button of the measuring device 1000 after installing the microchannel chip 10, the sample container 102, and the physiological saline container 103a, the import pipes 104a to 104c are inserted into the physiological saline container 103a, and the electromagnetic valve is opened. 105a to 105e, 145, the air pump 142a, and the syringe 107b are automatically driven to measure the passage time of the physiological saline, and then the import pipe 104a is moved and inserted into the sample container 102. The passage time of the blood sample is measured by the above series of operations, and then the import pipe 104a is further moved and inserted into the physiological saline container 103a or another sample container containing physiological saline, and A series of flows in which the passage time of the physiological saline is measured again may be automatically performed by the above operation. In addition, a three-way solenoid valve (not shown) is inserted into the distal end of the import pipe 104a to switch between the import pipe from the physiological saline container 103a and the import pipe from the sample container 102, thereby moving the import pipe 104a. The operation and movement mechanism may be omitted. Furthermore, a semi-automatic device that manually performs the operation of adjusting the liquid level in the liquid level gauge 130 to the initial position by the syringe 107b and the operation of collecting and importing a sample from the sample container may be used.

次に、図2Bを参照し、本発明の別の実施形態に係るマイクロチャネルチップ10について説明する。   Next, a microchannel chip 10 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2B.

図2B(a)は、流路の大きさを複数段階変えたマイクロチャネルチップ10のシンプルなモデル構成を示す平面図であり、(b)及び(c)は、そのAA線断面図である。マイクロチャネルチップ10は、(b)に示す流路の深さ(D1=D2>D3)を有する構成であってもよいし、(c)に示す流路の深さ(D1>D2>D3)を有する構成であってもよい。また、図2B(d)は、ベース基板11として表面が(100)面又は(110)面であるシリコン基板を用い、酸化膜を耐エッチングマスクとして、KOH溶液でエッチングした時に形成される流路の断面図である。このような断面形状の流路が形成されるのは、シリコン基板の(111)方向((111)面に垂直な方向)に進むエッチング速度を1としたとき、(100)方向((100)面に垂直な方向)に進むエッチング速度は100、(110)方向((110)面に垂直な方向)に進むエッチング速度は16となる、結晶軸方向によって極めて大きくエッチング速度が異なる異方性があるからである。   FIG. 2B (a) is a plan view showing a simple model configuration of the microchannel chip 10 in which the size of the flow path is changed in a plurality of steps, and (b) and (c) are cross-sectional views along the line AA. The microchannel chip 10 may have a configuration having a flow channel depth (D1 = D2> D3) shown in (b) or a flow channel depth (D1> D2> D3) shown in (c). May be provided. 2B (d) shows a flow path formed when a silicon substrate having a (100) or (110) surface is used as the base substrate 11 and an oxide film is used as an etching-resistant mask to etch with a KOH solution. FIG. The flow path having such a cross-sectional shape is formed when the etching rate in the (111) direction (direction perpendicular to the (111) plane) of the silicon substrate is set to 1 in the (100) direction ((100) direction). The etching rate in the direction perpendicular to the plane is 100, and the etching rate in the direction of the (110) direction (the direction perpendicular to the (110) plane) is 16. Because there is.

前述したように、本実施形態のマイクロチャネルチップ10は、シリコン又は樹脂製のベース基板11上に形成され、ミクロンサイズの溝及び構造体が多数並べられたマイクロチャネルアレイ構造を有する。マイクロチャネルチップ10は、石英、ガラス、又は樹脂製の透明基板19で密閉され、血液や生理食塩水等が流入口や流出口以外の部分から漏れないようになっている。透明基板19は、その全体が透明である必要はなく、少なくとも顕微鏡110で観察する部分(特に毛細血管を模擬する流路15近傍)だけが可視光に対して透明であればよい。   As described above, the microchannel chip 10 of the present embodiment is formed on the base substrate 11 made of silicon or resin, and has a microchannel array structure in which a number of micron-sized grooves and structures are arranged. The microchannel chip 10 is sealed with a transparent substrate 19 made of quartz, glass, or resin so that blood, physiological saline, and the like do not leak from portions other than the inlet and the outlet. The transparent substrate 19 does not need to be entirely transparent, and it is sufficient that at least only a portion to be observed by the microscope 110 (especially near the flow channel 15 simulating a capillary) is transparent to visible light.

マイクロチャネルチップ10は、血液や生理食塩水等を注入する流入口12(径Win、長さLin)を有する流入領域(幅W0、深さD0)と、該流入領域に接続され形成された第1流路13(幅W1、深さD1)と、第1流路13から二手に分かれ形成された第2流路14(幅W2、深さD2)と、第2流路14それぞれから二手に分かれ形成された第3流路15(幅W3、深さD3)とを有する。また、マイクロチャネルチップ10は、第3流路15の隣接する2つが合流して形成された第4流路16(幅W2、深さD2)と、第4流路16の2つが合流して形成された第5流路17(幅W1、深さD1)と、第5流路17に接続され、血液や生理食塩水等を流出(排出)する流出口18(径Wout、長さLout)を有する流出領域(幅W0、深さD0)とを有する。   The microchannel chip 10 has an inflow area (width W0, depth D0) having an inflow port 12 (diameter Win, length Lin) for injecting blood, physiological saline, or the like, and a second channel formed by being connected to the inflow area. The first flow path 13 (width W1, depth D1), the second flow path 14 (width W2, depth D2) divided into two from the first flow path 13, and the second flow path 14 from each of the two flow paths And a third channel 15 (width W3, depth D3) formed separately. In the microchannel chip 10, the fourth flow path 16 (width W2, depth D2) formed by merging two adjacent third flow paths 15 and the fourth flow path 16 merge. The formed fifth flow path 17 (width W1, depth D1) and an outlet 18 (diameter Wout, length Lout) connected to the fifth flow path 17 for flowing out (discharging) blood, physiological saline, and the like. (Width W0, depth D0).

ここで、幅Wと深さDの大きさは、W0≧W1>W2>W3であり、図2B(b)ではD0=D1=D2>D3であり、図2B(c)ではD0=D1>D2>D3である。図2B(b)では、マイクロチャネルアレイ構造の加工ステップを低減する構成(D0=D1=D2)としているが、D0>D1>D2>D3とする構成であってもよいし、D0>D1=D2>D3とする構成であってもよい。図2B(c)では、表面が(100)面のシリコン基板にKOHウェットエッチングで流路を加工した例であり、図2B(d)に示すように、上記の異方性の結果、基板面に対して54.7度の角度を持つ斜面((111)面)に沿ってエッチングが進むため、適当な流路幅の大小関係W0≧W1>W2(>W3)を設定した時に、D0の深さまでエッチングを進めることで、D0=D1>D2(>D3)の関係を実現できることを示している。また、第1流路13の幅W及び深さDの大きさは、第4流路17の幅W及び深さDの大きさと同じである必要はなく、異なるようにしてもよい。これは、流入領域及び流出領域の幅及び深さの関係、並びに第2流路14及び第4流路16の幅及び深さの関係についても同様である。また、図2Bに示す構成では、流入口12の長さLin及び流出口18の長さLoutはベース基板11の厚さにあたり、流入口12の径Win及び流出口18の径Woutはそれぞれ流入領域の幅W0及び流出領域の幅W0と同じである。なお、流入口12の経Win及び流出口18の経Woutと、流入領域及び流出領域の幅W0は、試料の注入のしやすさ等に応じて調整される。   Here, the magnitudes of the width W and the depth D are W0 ≧ W1> W2> W3, D0 = D1 = D2> D3 in FIG. 2B (b), and D0 = D1> in FIG. 2B (c). D2> D3. In FIG. 2B (b), the configuration (D0 = D1 = D2) is used to reduce the number of processing steps of the microchannel array structure. However, the configuration may be such that D0> D1> D2> D3, or D0> D1 = The configuration may be such that D2> D3. FIG. 2B (c) shows an example in which a flow path is processed by KOH wet etching on a silicon substrate having a (100) surface. As shown in FIG. Etching proceeds along a slope ((111) plane) having an angle of 54.7 degrees with respect to the width D0 of D0 when an appropriate relationship W0 ≧ W1> W2 (> W3) of the channel width is set. This shows that the relationship of D0 = D1> D2 (> D3) can be realized by proceeding the etching to the depth. Further, the width W and the depth D of the first flow path 13 do not need to be the same as the width W and the depth D of the fourth flow path 17 and may be different. The same applies to the relationship between the width and the depth of the inflow region and the outflow region, and the relationship between the width and the depth of the second flow path 14 and the fourth flow path 16. In the configuration shown in FIG. 2B, the length Lin of the inlet 12 and the length Lout of the outlet 18 correspond to the thickness of the base substrate 11, and the diameter Win of the inlet 12 and the diameter Wout of the outlet 18 correspond to the inflow area, respectively. And the width W0 of the outflow region. The width Win of the inlet 12 and the width Wout of the outlet 18 and the width W0 of the inflow region and the outflow region are adjusted according to the ease of sample injection.

第1流路13は動脈〜細動脈、第2流路14は細動脈、第3流路15は毛細血管、第4流路16は細静脈、そして第5流路17は細静脈〜静脈を模擬している。限定されないが、幅W0は1mm〜数mm、幅W1は20〜150μm、幅W2は10〜50μm、幅W3は3〜25μm程度である。同様に、深さD0は10〜300μm、深さD1は10〜100μm、深さD2は10〜60μm、深さD3は3〜25μm程度である。各流路13〜17の長さLは適宜調整してもよい。一例では、マイクロチャネルチップ10の流入領域及び流出領域並びに第1〜第5流路の幅W0〜W3が、W0=300μm、W1=100μm、W2=30μm、W3=7μmであり、深さD0〜D3が、D0=D1=D2=50μm、D3=4.5μmである。   The first channel 13 is artery to arteriole, the second channel 14 is arteriole, the third channel 15 is capillary, the fourth channel 16 is venule, and the fifth channel 17 is venule to vein. I simulate. Although not limited, the width W0 is 1 mm to several mm, the width W1 is 20 to 150 μm, the width W2 is 10 to 50 μm, and the width W3 is about 3 to 25 μm. Similarly, the depth D0 is 10 to 300 μm, the depth D1 is 10 to 100 μm, the depth D2 is 10 to 60 μm, and the depth D3 is about 3 to 25 μm. The length L of each of the channels 13 to 17 may be appropriately adjusted. In one example, the widths W0 to W3 of the inflow area and the outflow area of the microchannel chip 10 and the first to fifth flow paths are W0 = 300 μm, W1 = 100 μm, W2 = 30 μm, W3 = 7 μm, and the depth D0 D3 is D0 = D1 = D2 = 50 μm and D3 = 4.5 μm.

血液中の赤血球の大きさは7〜8μm程度、白血球の大きさは7〜20μm、血小板の大きさは1〜4μm程度である。そのため、白血球の活性化の影響が生じやすい毛細血管を模擬した第3流路15の幅W3は好ましくは5〜10μmであり、深さD3は好ましくは4〜8μmである。また、第3流路15の長さLは、30μm〜120μm程度、好ましくは50〜70μmである。   The size of red blood cells in blood is about 7 to 8 μm, the size of white blood cells is 7 to 20 μm, and the size of platelets is about 1 to 4 μm. Therefore, the width W3 of the third flow path 15 simulating a capillary which is likely to be affected by the activation of leukocytes is preferably 5 to 10 μm, and the depth D3 is preferably 4 to 8 μm. Further, the length L of the third flow path 15 is about 30 μm to 120 μm, preferably 50 to 70 μm.

マイクロチャネルチップ10は、前述のように一般的なフォトリソグラフィー技術を用いて作製することができるが、この例に限定されるものではない。   The microchannel chip 10 can be manufactured by using a general photolithography technique as described above, but is not limited to this example.

マイクロチャネルチップ10のベース基板11として、樹脂製のベース基板を用いることができる。樹脂製ベース基板11として用いる樹脂としては、アクリル系樹脂、ポリ乳酸、ポリグリコール酸、スチレン系樹脂、アクリル・スチレン系共重合樹脂(MS樹脂)、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、エチレン・ビニルアルコール系共重合樹脂、スチレン系エラストマーなどの熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系樹脂、ポリジメチルシロキサンなどのシリコン樹脂、酢酸ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール系樹脂等を使用することができる。また、これらの中で可視光に対して透明なものを、透明基板19の材料として使用してもよい。   As the base substrate 11 of the microchannel chip 10, a resin base substrate can be used. Examples of the resin used as the resin base substrate 11 include acrylic resins, polylactic acid, polyglycolic acid, styrene resins, acrylic / styrene copolymer resins (MS resins), polycarbonate resins, polyester resins such as polyethylene terephthalate, Use of thermoplastic resins such as polyvinyl alcohol-based resins, ethylene-vinyl alcohol-based copolymer resins, and styrene-based elastomers; silicon resins such as vinyl chloride-based resins and polydimethylsiloxane; vinyl acetate-based resins; and polyvinyl butyral-based resins. Can be. Further, among these, those which are transparent to visible light may be used as the material of the transparent substrate 19.

前述のように、マイクロチャネルチップ10のベース基板11として表面が(100)面又は(110)面であるシリコン基板を用い、酸化膜を耐エッチングマスクとして用いて、KOH溶液でエッチングすることにより第3流路15(深さD3)を形成してもよい。   As described above, a silicon substrate having a (100) surface or a (110) surface is used as the base substrate 11 of the microchannel chip 10, and the base substrate 11 is etched with a KOH solution using an oxide film as an etching resistant mask. Three flow paths 15 (depth D3) may be formed.

同様に、マイクロチャネルチップ10のベース基板11として表面が(100)面又は(110)面であるシリコン基板を用い、酸化膜を耐エッチングマスクとして用いて、KOH溶液でエッチングすることにより第1流路13〜第2流路14及び第4流路16〜第5流路17(深さD2)を形成してもよい。   Similarly, a silicon substrate having a (100) surface or a (110) surface is used as the base substrate 11 of the microchannel chip 10, and the first flow is performed by etching with a KOH solution using an oxide film as an etching resistant mask. The passage 13 to the second passage 14 and the fourth passage 16 to the fifth passage 17 (depth D2) may be formed.

同様に、マイクロチャネルチップ10のベース基板11として表面が(100)面又は(110)面であるシリコン基板を用い、酸化膜を耐エッチングマスクとして用いて、KOH溶液で基板背面からエッチングすることにより流入口12(長さLin)を有する流入領域及び流出口18(長さLout)を有する流出領域を形成してもよい。又は、金属マスクを用いたサンドブラスト法により該流入領域及び該流出領域を形成してもよい。   Similarly, a silicon substrate having a (100) or (110) surface as a base substrate 11 of the microchannel chip 10 is etched from the back surface of the substrate with a KOH solution using an oxide film as an etching resistant mask. An inlet region having an inlet 12 (length Lin) and an outlet region having an outlet 18 (length Lout) may be formed. Alternatively, the inflow region and the outflow region may be formed by a sandblast method using a metal mask.

マイクロチャネルチップ10に設ける薄膜20(酸化膜20)は、形成される酸化膜の質・特性を考え、熱酸化法を用いて形成してもよい。この場合、マイクロチャネルチップのマイクロチャネルアレイ構造上に水蒸気中を流しながら熱酸化を行うウェット法を用いて酸化膜を形成する。そして、形成した酸化膜中に混成されるSiOをSiOに再酸化するために、ウェット法に続いて、該酸化膜の表面から該酸化膜の厚さの10分の1の深さまで酸素ガスを流しながら熱酸化を行うドライ法を行う。この再酸化処理によって、特許文献3に開示されている細胞マイクロレオロジー観察・測定用ディスポーザブルチップによる再現性の課題を改善することが可能となる。再酸化処理は初めにドライ法で安定な酸化膜を形成してから、次にウェット法で酸化膜の厚さを増加させる順番で行ってもよい。このようにして形成する酸化膜の厚さは、血球像の明瞭さとマイクロチャネルアレイ構造の強度補強の点から、好ましくは0.4〜1.0μmである。 The thin film 20 (oxide film 20) provided on the microchannel chip 10 may be formed using a thermal oxidation method in consideration of the quality and characteristics of the oxide film to be formed. In this case, an oxide film is formed on the microchannel array structure of the microchannel chip by a wet method in which thermal oxidation is performed while flowing water vapor. Then, in order to re-oxidize SiO mixed in the formed oxide film into SiO 2 , oxygen gas is applied from the surface of the oxide film to a depth of 1/10 of the thickness of the oxide film following the wet method. Dry method in which thermal oxidation is performed while flowing water. By this reoxidation treatment, it is possible to improve the problem of reproducibility by the disposable chip for cell microrheological observation and measurement disclosed in Patent Document 3. The reoxidation treatment may be performed in such a manner that a stable oxide film is first formed by a dry method and then the thickness of the oxide film is increased by a wet method. The thickness of the oxide film formed in this manner is preferably 0.4 to 1.0 μm from the viewpoint of clarity of a blood cell image and reinforcement of the strength of the microchannel array structure.

マイクロチャネルチップ10は、図4Bに示す基板貫通孔とマイクロチャネルの配置を図4Cや図4Dに示す構成にしてもよい。図4Cや図4Dに示す構成とすることで、図4Bに示す構成に比べて、同一基板サイズの場合にはマイクロチャネルの数をさらに増やすことができ、同一マイクロチャネル数の場合には基板サイズをより小さくすることが可能となる。例えば、7mm x 14mmの基板サイズを7mm x 10mmの基板サイズへと約30%基板の面積を小さくすることができる。なお、図4C及び図4D中のハッチング部分は、図中の拡大図に示すように、微細な流路が形成されていることを示している。   In the microchannel chip 10, the arrangement of the substrate through-holes and the microchannels shown in FIG. 4B may be configured as shown in FIGS. 4C and 4D. 4C and 4D, the number of microchannels can be further increased in the case of the same substrate size, and the substrate size can be increased in the case of the same microchannel number, as compared with the configuration shown in FIG. 4B. Can be made smaller. For example, the area of a substrate can be reduced by about 30% from a substrate size of 7 mm x 14 mm to a substrate size of 7 mm x 10 mm. The hatched portions in FIGS. 4C and 4D indicate that fine channels are formed as shown in the enlarged views in the drawings.

図4Cと図4Dに示すマイクロチャネルチップ10の幅W0の流路にはそれぞれ二つの基板貫通孔12a、12b及び18a、18bが形成され、基板貫通孔12a、12b及び18a、18bそれぞれの間の中間位置には血球計算盤として使用することができる升目40a、40bがそれぞれ彫り込まれている。   4C and FIG. 4D, two substrate through holes 12a, 12b and 18a, 18b are respectively formed in the flow path having the width W0 of the microchannel chip 10, and the substrate through holes 12a, 12b and 18a, 18b are respectively formed between the substrate through holes. Squares 40a and 40b which can be used as a hemocytometer are engraved at the intermediate positions, respectively.

図13に示す測定装置1000の概略構成図において、マイクロチャネルチップ10の入出力口12、18それぞれに同軸二重チューブ(104aと109a、104bと109b)が接続されているが、図4Cと図4Dに示すマイクロチャネルチップ10に対しては、該同軸二重チューブの内側輸入管(104a、104b)と外側輸出管(109a、109b)のそれぞれが単独に該基板貫通孔12a、18a及び12b、18bそれぞれに接続する構成になる。つまり、輸入管104aが貫通孔12aに接続され、輸出管109aが貫通孔12bに接続され、輸入管104bが貫通孔18aに接続され、輸出管109bが貫通孔18bに接続される。この接続によって、血液試料はマイクロチャネルチップ内のW0幅の流路内まで注入されることになる。   In the schematic configuration diagram of the measuring apparatus 1000 shown in FIG. 13, coaxial double tubes (104a and 109a, 104b and 109b) are connected to the input / output ports 12 and 18 of the microchannel chip 10, respectively. For the microchannel chip 10 shown in FIG. 4D, each of the inner import pipes (104a, 104b) and the outer export pipes (109a, 109b) of the coaxial double tube are individually provided with the substrate through holes 12a, 18a, and 12b, 18b. That is, the import pipe 104a is connected to the through-hole 12a, the export pipe 109a is connected to the through-hole 12b, the import pipe 104b is connected to the through-hole 18a, and the export pipe 109b is connected to the through-hole 18b. By this connection, the blood sample is injected into the W0 width channel in the microchannel chip.

血液試料の通過時間が測定された後、このマイクロチャネルチップ10内の血球計算盤40a、40bを用いて該血液試料中の血球数が顕微鏡画像として測定されることの利点は大きい。また、白血球浮遊液試料や希釈率の大きい全血希釈試料をマイクロチャネルチップ10に流した時の入力側の白血球数(血球計算盤40aで計測した白血球数)と出力側の白血球数(血球計算盤40bで計測した白血球数)との差は、マイクロチャネルアレイ構造に捕捉された白血球数に相当し、この値も白血球の活性化度の指標となる。   After measuring the transit time of the blood sample, the advantage of measuring the number of blood cells in the blood sample as a microscope image using the hemocytometers 40a and 40b in the microchannel chip 10 is great. Further, when a leukocyte suspension sample or a whole blood diluted sample having a large dilution ratio is flown into the microchannel chip 10, the number of white blood cells on the input side (the number of white blood cells measured by the hemocytometer 40a) and the number of white blood cells on the output side (the blood cell count) The difference from the number of white blood cells measured by the panel 40b) corresponds to the number of white blood cells captured by the microchannel array structure, and this value is also an index of the degree of activation of white blood cells.

図5Bは、本発明の別の実施形態に係るマイクロチャネルアレイ構造の多様なパターンのバリエーションを示す。   FIG. 5B illustrates various pattern variations of a microchannel array structure according to another embodiment of the present invention.

白血球の活性化度の違いによって、図5Bの各種パターンのマイクロチャネルアレイ構造を通過する時間は大きく違ってくると考えられる。図5B(a)は個々のマイクロチャネル(流路15)の側壁に毛細血管壁表面を模擬する0.5〜2.0マイクロメーターの段差幅の凹凸構造500を加工した例を示す。この側壁の微小な凹凸構造500は、通過する血液(白血球)に対して摩擦力を与える。また、図5B(b)〜(d)に示すように、流路15が形成されていてもよい。   It is considered that the time required to pass through the microchannel array structure having various patterns shown in FIG. 5B greatly differs depending on the difference in the degree of activation of leukocytes. FIG. 5B (a) shows an example in which an uneven structure 500 having a step width of 0.5 to 2.0 micrometers that simulates the surface of a capillary wall is formed on the side wall of each microchannel (flow channel 15). The minute uneven structure 500 on the side wall gives a frictional force to the passing blood (white blood cells). Further, as shown in FIGS. 5B (b) to 5 (d), the flow path 15 may be formed.

図6Bは、本発明の別の実施形態に係るマイクロチャネルチップ10のホルダー101の概略構成図である。ホルダー101は、下受け部50a及び押さえ部50bを備え、下受け部50aにマイクロチャネルチップ10とゴムシール55を重ねて入れ、その上に押さえ部50bを入れた状態で、顕微鏡観察台60上に固定されたホルダー受け61に挿入される。ホルダー受け61上に固定された押しネジ機構62、63によって押さえ部50bを下受け部50aに対して押し付けることにより、ゴムシール55を介してマイクロチャネルチップ10は透明基板19に圧着される。押さえ部50bには貫通孔である流入路51及び流出路52と流入路53と流出路54が設けられている。流入路51及び流出路52はそれぞれマイクロチャネルチップ10の流入口12及び流出口18に接続される。流入路53と流出路54は押さえ部50bの底部に彫られた溝により連通している。図6Cはガラス基板19がマイクロチャネルチップ10の表面に接合されているマイクロチャネルチップに対するホルダーの概略構成図であり、下受け部50aの構造がわずかに図6Bに示したものから異なっているだけである。   FIG. 6B is a schematic configuration diagram of the holder 101 of the microchannel chip 10 according to another embodiment of the present invention. The holder 101 includes a lower receiving portion 50a and a pressing portion 50b, and the microchannel chip 10 and the rubber seal 55 are placed on the lower receiving portion 50a, and the pressing portion 50b is put on the lower receiving portion 50a. It is inserted into the fixed holder receiver 61. By pressing the pressing portion 50b against the lower receiving portion 50a by the pressing screw mechanisms 62 and 63 fixed on the holder receiver 61, the microchannel chip 10 is pressed to the transparent substrate 19 via the rubber seal 55. The holding portion 50b is provided with an inflow channel 51, an outflow channel 52, an inflow channel 53, and an outflow channel 54, which are through holes. The inflow channel 51 and the outflow channel 52 are connected to the inflow port 12 and the outflow port 18 of the microchannel chip 10, respectively. The inflow path 53 and the outflow path 54 communicate with each other by a groove formed in the bottom of the holding portion 50b. FIG. 6C is a schematic configuration diagram of a holder for the microchannel chip in which the glass substrate 19 is bonded to the surface of the microchannel chip 10, and the structure of the lower receiving portion 50a is slightly different from that shown in FIG. 6B. It is.

上記実施形態及び実施例で説明される寸法、材料、形状、構成要素の相対的な位置等は任意であり、本発明が適用される装置の構造又は様々な条件に応じて変更される。また、本発明は、具体的に記載された上記実施形態に限定されるものではない。本発明には、前述の実施形態を任意に組み合わせた形態も含まれる。   The dimensions, materials, shapes, relative positions of components, and the like described in the above embodiments and examples are arbitrary, and are changed according to the structure of the apparatus to which the present invention is applied or various conditions. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment. The present invention includes a form in which the above-described embodiments are arbitrarily combined.

10:マイクロチャネルチップ
100、1000:測定装置
101:チップホルダー
102:試料容器(第1の容器)
103a:生理食塩水容器(第2の容器)
104a〜104c:輸入管
106:バルブ
107、130:液面計
107b:シリンジ
108:回収容器
109a〜109c:輸出管
110:顕微鏡
120:端末
121:記憶部
122:処理部
140:恒温水槽
10: microchannel chip 100, 1000: measuring device 101: chip holder 102: sample container (first container)
103a: saline container (second container)
104a-104c: Import pipe 106: Valve 107, 130: Liquid level meter 107b: Syringe 108: Recovery container 109a-109c: Export pipe 110: Microscope 120: Terminal 121: Storage unit 122: Processing unit 140: Constant temperature water tank

Claims (4)

血液中の白血球の活性化度を測定する方法であって、
複数の血液について、第1の圧力を印加しつつ測定した、第1の抗凝固剤を添加した血液が毛細血管を模擬した構造がベース基板上に形成されたマイクロチャネルアレイ構造を通過する時間と、前記第1の抗凝固剤と異なる第2の抗凝固剤を添加した血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間との通過時間差と、血液中の白血球の活性化度との相関を示す算出関数(f )を求めるステップと、
前記第1の抗凝固剤を添加した測定対象の血液を、前記第1の圧力を印加しつつ、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させるステップと、
記第2の抗凝固剤を添加した測定対象の血液を、前記第1の圧力を印加しつつ、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させるステップと、
前記第1の抗凝固剤を添加した前記測定対象の血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間と、前記第2の抗凝固剤を添加した前記測定対象の血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間との通過時間差を、前記算出関数(f )に代入して、前記測定対象の血液中の白血球の活性化度を算出するステップと
を含む前記方法。
A method for measuring the degree of activation of leukocytes in blood,
For a plurality of blood, the time when the blood to which the first anticoagulant was added passed through the microchannel array structure formed on the base substrate was measured while applying the first pressure, and the blood to which the first anticoagulant was added was measured. Calculating a correlation between a time difference between the time when blood to which a second anticoagulant different from the first anticoagulant is added and a time when the blood passes through the microchannel array structure and the degree of activation of leukocytes in the blood. determining a function (f i),
Allowing the blood to be measured to which the first anticoagulant has been added to pass through the microchannel array structure while applying the first pressure ;
Previous SL second anticoagulant the added measured blood, while applying the first pressure, comprising the steps of passing the microchannel array structure,
The time when the blood to be measured to which the first anticoagulant was added passed through the microchannel array structure, and the time when the blood to be measured to which the second anticoagulant was added passed through the microchannel array structure Calculating a degree of activation of leukocytes in the blood to be measured by substituting a transit time difference from the calculated time into the calculation function (f i ) .
前記第1及び第2の抗凝固剤が、ヘパリン溶液及びヘパリンとEDTAとの混合溶液から選択される、請求項に記載の方法。 It said first and second anti-coagulant is selected from a mixed solution with a heparin solution and heparin and EDTA, Process according to claim 1. 血液中の白血球の活性化度を測定する方法であって、
複数の血液について、第1の圧力を印加しつつ測定した、抗凝固剤が添加された血液が毛細血管を模擬した構造がベース基板上に形成されたマイクロチャネルアレイ構造を通過する前に生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間と、該血液が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した後に生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過する時間との通過時間差と、血液中の白血球の活性化度との相関を示す算出関数(g )を求めるステップと、
生理食塩水を、前記第1の圧力を印加しつつ、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させる第1ステップと、
前記抗凝固剤を添加した測定対象の血液を、前記第1の圧力を印加しつつ、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させる第2ステップと、
生理食塩水を、前記第1の圧力を印加しつつ、前記マイクロチャネルアレイ構造に通過させる第3ステップと、
前記第1ステップにおいて生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間と、前記第3ステップにおいて生理食塩水が前記マイクロチャネルアレイ構造を通過した時間との通過時間差を、前記算出関数(g )に代入して、前記測定対象の血液中の白血球の活性化度を算出するステップと
を含む前記方法。
A method for measuring the degree of activation of leukocytes in blood,
A plurality of blood was measured while applying a first pressure, and before the blood to which the anticoagulant was added passed through the microchannel array structure formed on the base substrate, the structure simulating the capillaries was physiological saline. The transit time difference between the time that water passes through the microchannel array structure, the time that the blood passes through the microchannel array structure and the time that saline passes through the microchannel array structure, and the activity of leukocytes in the blood Obtaining a calculation function (g i ) indicating a correlation with the degree of conversion ;
A first step of passing saline through the microchannel array structure while applying the first pressure ;
A second step of passing the blood to be measured to which the anticoagulant is added, through the microchannel array structure while applying the first pressure ;
A third step of passing saline through the microchannel array structure while applying the first pressure ;
Time and the physiological saline was passed through the microchannel array structure in the first step, the transit time difference between the time that physiological saline was passed through the microchannel array structure in the third step, the calculation function (g calculating the degree of activation of leukocytes in the blood to be measured by substituting into i ) .
前記ベース基板はシリコン製であり、シリコン酸化膜が前記マイクロチャネルアレイ構造上に形成され、前記シリコン酸化膜の厚さが、0.4〜1.0μmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。 The base substrate is made of silicon, silicon oxide film is formed on the microchannel array structure, the thickness of the silicon oxide film, a 0.4~1.0Myuemu, any one of claims 1 to 3 Item 2. The method according to item 1.
JP2016221491A 2015-11-26 2016-11-14 Apparatus and method for measuring leukocyte activation degree Active JP6664608B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015230307 2015-11-26
JP2015230307 2015-11-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017104095A JP2017104095A (en) 2017-06-15
JP6664608B2 true JP6664608B2 (en) 2020-03-13

Family

ID=59057990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016221491A Active JP6664608B2 (en) 2015-11-26 2016-11-14 Apparatus and method for measuring leukocyte activation degree

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6664608B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003279460A (en) * 2002-03-26 2003-10-02 Kaname Wakasugi Rheology measuring method for liquid and its device
JP4277785B2 (en) * 2004-11-18 2009-06-10 佑二 菊池 Fluid fluidity measuring method and measuring apparatus used therefor
JP4753672B2 (en) * 2005-09-16 2011-08-24 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 Manufacturing method of resin microchannel array and blood measurement method using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017104095A (en) 2017-06-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2758936C (en) System for assessing the efficacy of stored red blood cells using microvascular networks
DK170570B1 (en) Aggregate for measuring intravascular blood gas
JP6792556B2 (en) Device for analyzing liquid samples
RU2628814C2 (en) Method for liquid clotting time determination
JP5592144B2 (en) Coagulation activity measuring apparatus and measuring method
US20120225446A1 (en) Preparation of thin layers of a fluid containing cells for analysis
BR112017004506B1 (en) ASSAY MICROCHIP FOR MEASUREMENT OF COAGULATION IN A BLOOD OR PLASMA SAMPLE, MICROASSAY DEVICE FOR MEASUREMENT OF COAGULATION IN A BLOOD OR PLASMA SAMPLE FROM AN INDIVIDUAL AND METHOD FOR MEASUREMENT OF COAGULATION TIME
JP6360568B2 (en) Cartridge for rapid sample acquisition
WO2006095615A1 (en) Microchannel array and method for producing the same, and blood measuring method employing it
US11307194B2 (en) Systems and methods for analyzing liquids
Kang et al. In vitro and ex vivo measurement of the biophysical properties of blood using microfluidic platforms and animal models
JP5592324B2 (en) Coagulation activity measuring apparatus and measuring method
JP4277785B2 (en) Fluid fluidity measuring method and measuring apparatus used therefor
CN104220171A (en) Perfusion device, corresponding apparatus using said perfusion device and method to analyze the thrombotic-ischemic and hemorrhagic pathology
JP6664608B2 (en) Apparatus and method for measuring leukocyte activation degree
JPH08334702A (en) Plastic slide for optical microscope
TWI498558B (en) Device for detecting blood coagulation and manufacturing method thereof
JP2017116405A (en) Blood coagulation inspection method
US20220236169A1 (en) Systems and methods for analyzing liquids
JP2001242166A (en) Apparatus for measuring cell deformation ability
TR201908449A2 (en) Self-powered disposable prothrombin time (pt) meter.
Ogunnaike Optofluidic Spectroscopy Platform for Detection of Hemolysis
CN109839349A (en) The device and method for detecting liquid phase-change
Lee et al. Combined erythrocyte deformability test by single cell marching microstructure and optical trapping
Vutha A Microfluidic Device for Thermal Flow Cytometry.

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180327

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20180327

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190123

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190205

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20190405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190603

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20190626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20190626

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191203

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6664608

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250