JPH01196566A - 細胞変形能測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、赤血球、白血球等生体に係る細胞の変形能を
測定する為の装置に関する。

赤血球は、その直径より小さい毛細血管を通り抜ける際
、第５図のように変形することが知られている。逆に、
もし赤血球が何らかの疾患などの原因により硬化してい
ると変形が生じ得ず、毛細血管系での血液の循環に障害
が出ることが予想されている。

従来、血球の変形能を測定するには、血球直径と同程度
の孔径をもつフィルターを通過させ、それに要する時間
を測定するなどの方法が用いられていた。しかし、この
方法では個々の血球の変形能を精度良く測定することは
できない。

上記に鑑み本発明は、細胞の変形能を精度良く測定する
装置を提供することを目的とする。

次に本発明の実施例を第１図に示し説明する。

第１図が実施例を示す図である。基板（１）は電気的絶
縁性を有する樹脂（シリコーン樹脂、エポキシ系樹脂、
ＡＢＳ樹脂）等よりなる。基板（１）上には、細胞及び
媒体となる流体を第１電解槽（１）に導入する為の導入
路（３）が設けられている。第１電解槽（３）には、更
にカーボン、チタン、白金等の導電性物質よりなる第１
電極（４）が、その内部に一部突出するよう埋設されて
いる。

又、基板（１）上には、第２電解槽（５）が、第１電解
槽（３）と細胞１ケが通過できる程度の口径を有する微
細流路（６）を介して連通ずるように設けられている。

第２電解槽（５）には、流体及び細胞を外部に導出する
為の導出路（７）と、第１電極（４）と同材質及び同形
状よりなる第２電極（８）が設けられている。

導入路（３）及び導出路（７）は流体ポンプ（１２）と
導管（１４）を介して接続する。流体ポンプ（１２）は
媒体に流れを生じさせ、細胞を動かす為の駆動手段であ
る。

第１電極（４）及び第２電極（８）は、導線（９）を介
して基板（１）外部に設けられた交流電圧発生手段（１
０）及び電流計（１１）に接続する。

交流電圧発生手段（１０）の出力電圧値及び電流計（１
１）が示す電流値は、インピーダンス演算手段（１３）
に入力される。インピーダンス演算手段（１３）は、経
時的なインピーダンスの変化量をＸ−Ｙプロッタ、ＣＲ
Ｔデイスプレィ等に表示する機能及びインピーダンス値
を測定する機能を有する。

基板（１）上に微細流路等を設ける方法として、次に示
す方法がある。

即ち紫外線硬化樹脂表面に電解槽、微細流路等のパター
ンを書いたフォトマスクをのせ、その上から紫外線を照
射する。照射後、未硬化部を洗い流して、型枠を形成す
る。この型枠に、硬化性シリコーンゴムを流し込む。硬
化後、これを取り出してシリコーンゴムの基板を形成す
る。他の方法としては、フォトリングラフイー技術を用
いて、シリコン板上に上記パターンに沿った凹凸を形成
し、これを型枠として本発明の基板を形成する方法等が
提示される。両者共、流路が１　ｍｍ以下となるような
場合に好ましい製造方法となり得るが、他の方法で形成
してもかまわなく、例えばアルミナ、ハイドロキシアパ
タイト等のセラミックスをエツチング加工しても、本発
明変形能測定装置の基板は構成されるものであり、上記
例に限られるものではない。

次に第２図に示すように基板（１）と同村、あるいは透
光性ガラス等よりなる板状の蓋（１５）を、凹部を形成
した基板（１）上面に被せる。蓋（１５）をすることに
より、基板（１）に凹部を形成した諸構成は、他の構成
との接続部以外は閉空間となる。

次に上記構成上りなる実施例の動作を次に説明する。

最初に各電解槽及び微細流路に導電性を有する電解液（
例えば塩水）が導入路（３）より流体ポンプ（１２）を
用いて導入される。

各部構成が電解液によって充填された後、引き続き流体
ポンプ（１２）を駆動させ、電解液を循環させる。

次に交流電圧発生手段（１０）より交流電圧（Ｖ）を出
力し、電解液に印加する。電流計（１１）は、電解液に
流れる電流値（【）をインピーダンス演算手段（１３）
に転送し、インピーダンス演算手段（１３）は、交流電
圧発生手段（１０）から入力された電圧情報（ｖ）と共
に演算Ｚ−ｖ八を行ない、第４図に示す出力表示を行な
う。

電解液の流れに応じ、細胞が第１電解槽（２）から微細
流路（６）に入る前、インピーダンスは第４図Ａ−ＶＩ
に示す値となる。第３図Ａ−Ｉ図に示すように微細流路
（６）に入る直前、細胞の変形能に応じてインピーダン
スの上昇率が変化する。

即ち、やわらかく変形しやすい通常の細胞の場合、第４
図Ａ−１に示すようにインピーダンスは指数曲線的に立
ち上がるが、細胞が変形できないような変形能に異常が
ある細胞の場合、インピーダンスは直線的に立ち上がる
。

微細流路（６）を細胞Ｃが通過中（第３図Ａ−■）、イ
ンピーダンスの変化量は一定となるが、変形能に異常が
ある細胞はインピーダンスが高くなる。

インピーダンスが高（なる原因は、主として次のことに
よる。即ち、微細流路を細胞が通過する際、細胞と微細
流路の隙間は、やわらかく変形しやすい変形能が通常の
細胞の場合広く、変形しにくい変形能に異常がある細胞
の場合狭くなる。

このような状態に於いて電流は、微細流路と細胞の隙間
にしか流れない為、隙間が広い程インピーダンスは低く
、隙間が狭くなる程インピーダンスは高くなる。

次に細胞が微細流路（６）から第２電解槽（５）に出る
時（第３図Ａ−Ｉ［［）、第４図４−Ｉに示すように、
細胞Ｃが微細流路（６）に入る直前と同よう、インピー
ダンスが直線的に変化する。

従ってインピーダンス演算手段（１３）は、インピーダ
ンスの勾配及びその値を演算する機能を更に付加するこ
とにより、変形能の有無及び変形能の度合を、各々定量
的に得ることが可能となる。

より具体的には次のような演算を行ない、細胞の変化能
の度合を導出する。

尚、微細流路中を流れる細胞の速度は一定且つ任意のも
のとし、更に上記実施例に示す構造もこれに限ることな
（他の構成を使用し得るものである。

第３図に於いて、細胞Ｃが微細流路（６）を通過してい
る時（Ａ−ｎ）のインピーダンス変化を考えると、次の
ようになる。

ｌ、細胞が変形しない場合 細胞Ｃを円柱形で近時すると、細胞の存在によるインピ
ーダンスの増分ΔＲ″は、 抗値） （Ｓ、−微細流路の断面積） （ただし、ρ　：媒質の抵抗率） ２、細胞に変形が生じた時 細胞に変形が生じ、長さがｄ＋Δｄに、断面積がＳ＋Δ
Ｓに変化したとすると、この変形した細胞の存在による
管のインピーダンスの増分ΔＲ″″は、 １．２より、細胞の変形によるインピーダンスの変化Δ
Ｒは、 ΔＲ＝ΔＲ−ΔＲ゛ 今、細胞が体積を一定に保ったまま変形をすると仮定す
れば、 ５−ｄ＝（Ｓ＋Δ５）（ｄ＋Δｄ）　　　　　　　（４
）であるから、 となる。この式は、細胞が変形して断面積にΔＳだけの
変化が生じた時、管のインピーダンスにΔＲの変化か生
ずることを示している。このことをもっと明らかに示す
ため、仮に変形が小さいとして、 Δ　Ｓ＜＜Ｓ　　。−Ｓ　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（６）の場合を考えると、式（５
）は、 と近似される。この式は、もし変形が小さいなら、その
変形によりインピーダンス変化は、変形による断面積の
変化ΔＳに比例することを示している。

従って、ΔＲを測定することにより、細胞の変形の大き
さを測定することができる。

ところで、微細流路（３）を通る流体に発生するずり速
度の大きさテは、ハーゲン・ボアズイユの法則により、 ただし、　Ｑ　：流量 ｒ−：微細流路口の半径 Ｑ：微細流路の長さ τ　：Ｑ／υ υ　：流速 で与えられる。故に、流速υを変えることにより、ずつ
速度テを変えることができる。細胞の変形はずり速度テ
によって生ずるので、流速の遅い時は細胞の変形が小さ
く、流速を速くすると変形が大きくなるというように、
流速を変えることにより細胞の変形の大きさを変えるこ
とができる。

媒質によって連ばれる細胞で長さがｅの微細流路を通過
するのに要する時間は、 τ＝Ｑ／υ　　　　　　　　　　　　　　　（９）なの
で、第６図に示すように細胞の通過によって生ずるイン
ピーダンスの値はΔＲ”、通過時間はτとなる。

従って、第７図に示すように流速９を変化させて得た細
胞の通過時間に対するインピーダンスの値をプロットす
ると、ずり速度γと変形の大きさΔＳの関係がわかる。

つまり、変形能の大きい（やわらかい）細胞はγを大き
くした時ΔＳが大きく変化するので、第７図の○が大き
くなり、変形能の小さい（固い）細胞は、これと反対に
○が小さくなる。

であるから、第７図のｅによって細胞の変形のしやすさ
の定量的測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す図、第２図は、第１図
（Ｘ［−Ｘ［’）の断面図、第３図、第５図は、微細流
路を細胞が通過するときの過程図、第４図、第６図は、
第１図に示す実施例の動作を示す波形図、第７図は、第
１図に示す実施例の動作を示すグラフである。 ■　・・・基板、　　　２　・・・第１電解槽、３　・
・・導入路、　　４　・・・第１電極、５　・・第２電
解槽、６　・・・微細流路、７　・・・導出路、　　８
　・・・第２電極、９　・・・導線、　　　１０・・・
交流電圧発生手段、１１・・・電流計、　　１２　　・
・流体ポンプ、１３・・・　インピーダンス演算手段、
１４　　・・導管、　　　Ｃ・・・細胞。 特許出願人　株式会社アドバンス 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）微細口径を有する流路と前記流路に細胞を通過さ
   せる為の媒体及び駆動手段と細胞が前記流路を通過する
   際、細胞を含む媒体の電気的インピーダンスの経時的変
   化を測定する測定手段とよりなることを特徴とする細胞
   変形能測定装置。