JPH07501148A - 液体移動分析装置 - 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】 液体移動分析装置 実験室外の状況において、生化学的な診断分析を行うための、簡単で、使い捨て 可能な、自蔵式装置は、商業的に多大の興味がある。このような装置は、理想的 には、複雑な手動処理操作、例えば、分析物に対する時系列的な試薬の添加の必 要性をなくし素人が使用するにも適当とする必要がある。

特許明細書１０９０／＋　１５１９に従えば、上記装置は、各層の流路端がら共 通部位に至る多孔質材料製の第１および第２の液体流路を含み、これらの流路が 毛管流によって液体を逐次的にそれらの共通部位に移動させ、続いて、同時に、 対をなす流路端にこの液体が作用するように操作することのできる種類のものと することができる。

この種の装置のさらにもう一つの特別な形態においては、第１および第２の流路 が合流し、液体を逐次共通流路へと移動させる。この場合、液体を共通流路に移 動させるための、第１および第２の流路のより後方の一つは、それ自体、また、 池の流路から液体を受け入れることとなる。したがって、一つの流路は、合流す る２つの反対の流れを受け入れる。このような合流後、液体流は、一つの流路を 通って、その流路における最初の流れと同じ方向に延びるのが通常適当である。

しかし、他の流路から延びる流れは、こうした成り行きに対して望ましくない作 用をすることもある。

本発明の目的は、こうした状況を改良することであり、そのために、本発明は、 第１の流路と第２の流路とが連絡し、ついで、両者が延びる、上記したさらに特 別の形態の装置を提供するものである。このような流路配置は、電気的なブリッ ジ回路と見なすことができ、そのようなものとして、一致して、流路の連絡部を 通る実質的に予め決められた流れの状態を生ずる。特に実際上重要なこのような 状態の一つは、流れゼロの状態である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明をさらに説明する。添付の図面において 、 図１〜図５は、それぞれ、本発明に従う種々の形態の装置を説明し、および／ま たは、上記装置の動作を説明するものである。

図１の装置は、符号１０で表すように、全体が一般に長方形のシート形であり、 正面図、背面図および側面図を、それぞれ、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）で示す 。

この装置は、それぞれ、多孔質材料製の正面および背面層によって形成された４ 対の第１の流路１１および第２の流路１２を有し、これらの層は、液体不透質性 の膜１３によって分離されている。

第１の流路１１は、狭くて曲がりくねった形の共通部分１１ａにおいて、装置の 一端から始まる。しかる後、流路は、逐次部分１１ｂ、ｃおよびｄを有する拡張 された直線状の形をとる６部分１１ｂは、それに沿った途中に、その中央領域を 横切って伸長する液体不透質性のバー１４を有し、部分１１ｃは、それに沿って 伸長して４つの独立した第１の流路部分を画定する３つの均等に離隔された平行 な液体不透質性のバー１５を有する。これら独立した第１の流路部分の各々には 、それに沿って、２つの試薬領域Ｒ２およびＲ１と試料塗布領域Ｓとを逐次位置 させた。

膜１３には、２つの部分１３ａとｂとがある。第１の部分１３ａは、第１の流路 部分１１ａ、ｂおよびＣに対して、試薬域Ｒ２を越えるが、試薬域Ｒ１を越えな い点まで伸長じている。第２の膜部誉１３ｂは、第１の流路部分ｌｉｅおよびｄ に対して、第２の膜部分における試薬域Ｒ１の直前の点から伸長するが、第１の 膜部分を占めることはない。したがって、膜部分の間に、横の隙間１６がある。

第２の流路１２は、狭くて直線状の形の共通部分１２ａにおいて、第１の流路と 同じ装置の端部から始まる。しかる後、流路は、逐次部分１２ｂおよびＣを有す る拡張された直線状の形をとる。これらの直線上の形の部分は、第１の流路部分 １１ｂおよびＣと同様であり、それぞれ、バー１７および１８を有する。しがし 、独立した第２の流路部分１２ｃは、これらが、それぞれ、第１の流路部分１１ Ｃと遭遇する隙間１６で終了する。

図示したように、第１の流路部分ｌｉｄは、装置の他の面上の一部層として形成 された部分ｌｉｅに有効に延ばすことができ、部分ｌｉｄおよびｅは、相互に、 膜部分１３ｂの端部を越えて遭遇することができることに気付くであろう。

実際の構成において、多孔質材料は、ｒ紙、例えば、ミリボアＡＰ２５（Ｍｉｌ ｌｉｐｏｒｅＡＰ２５）が適当であり、この材料内部のバーは、切除によって溝 を形成するか、あるいは、ワックスまたはその他の液体不透質性の材料を含浸さ せることによって形成される。膜部分は、多孔質材料に接着剤によって接着され た適当なシートプラスチック材料製である。多孔質材料層は、また、これらが隙 間１６で遭遇するところ、および、部分ｌｉｄとｅとの間で、毛管作用によって 液体が連通可能なように互いに接着される。

試薬領域Ｒ１およびＲ２は、各々、多孔質材料に含浸された親液性の試薬材料を 含有する。典型的な免疫測定用には、Ｒ１は、酵素標識された抗体であり、Ｒ２ は、比色定量基質である。試料領域Ｓには、試料中の当該抗原に対する抗体を組 み込み、多孔質材料上に固定する。各々独立した流路は、同一または異なる試薬 を含有することができ、同一または異なる試料に係わることができる。

本装置の典型的な使用において、生物学的な試料、例えば、゛血清または尿は、 試料領域Ｓに塗布され、試料中の抗原は、固定された抗体に結合し始める。つい で、本装置の下端は、液体１９に浸漬され、これが、図１（ｄ）によって示され るように、第１および第２の流路を上昇する。第１の流路部分１１ａを介する流 れは、第１の流路が曲がりくねった形であるために、第２の流路を介する流れよ りも長時間かかる。流路部分１１ｂおよび１２ｂにおいて、液体流は、同様に、 それぞれのバー１４および１７の周りを屈折し、各層において均等にその連なる 独立した流路部分１１ｃおよび１２ｃに到達する。第２の流路における液体流は 、まず最初に隙間１６に到達し、第１の流路へと入り、第１の流路において、上 方向および下方向へと延びる。

この上方向流が領域Ｒ１に到達すると、合わさった試薬が再構成され、上方向流 に沿って搬送される。また、下方向流は、あふれ出て、第１の流路における当初 の上方向流と遭遇し、これらの流れは、それらが遭遇する時に、流路を飽和し、 ついで、領域Ｒ２から再構成された試薬を搬送する上方向流として延びる。これ らの試薬の移動は図１（ｅ）によって示されている。

試薬Ｒ１は、試料領域Ｓに到達し、その一部が固定された試料に結合する。この 結合と先に試料を領域Ｓに塗布した間の時間が、試料をインキュベートすること を可能とする。結合しなかった物質は、連続上方向液体流によって領域Ｓがら洗 い流される。動作のこの段階は、図１（ｆ）によって示される。

ついで、さらなる流れは、図１（ｇ）によって示したように、試薬Ｒ２を流出さ せ、試料領域で、結合された試薬Ｒ１のその部分と反応させる。不溶性の着色が 生じ、その強度は、試料中の当該抗原の量に依存する。

ついで、流れは、試料領域を介して延び、これは、着色を安定化させ、廃棄槽と しての役割を果たす第１の流路部分ｌｉｄおよびｅへと流入する。この廃棄槽が 飽和され、動作が完了すると、流れは止まる。この最終段階を図１（ｈ）によっ て示す。

第１の流路部分１１ｃ、ｄおよびｅについて上記参照すると、第１および第２の 流路が液体流連通する隙間１６を越えると、その構成部分は、両流路に共通とな ることが理解されるであろう。

いずれにしても、図１の装置は、多重装置の独立した第１および第２の流路部分 を、それぞれ、形成することのできる多孔質材料製の重なり合った眉間で行うこ とのできるこの流路間流れの連通によって、コンパクトな形態とすることができ るという長所を有する。

しかし、図１の特殊な形態は、改良することができる。作業処理の顕著な特徴は 、２つの試薬の試料領域での作用を分離することである。この分離の度合いは、 第２の流路部分１２ａの幅が第２の流路を通る液体の体積流速を決定するので、 少なくとも一部、第２の流路部分１２ａの幅によって決定される。この流速が第 １の流路における流速に比べて余りに大きければ、前者の流れが、隙間１６にお いて支配的となり、試薬Ｒ２は、非常に緩やかに移動する。対照的に、部分１２ ａが余りに侠すぎると、領域１６を飽和するのにかかる時間は、許容できない程 長くなる。

この困難性は、図２を参照して説明されるように、平衡電気ブリッジ回路に類似 した流路配置を使用することによって回避することができる。

図２（ａ）は、一般に、符号２０で表される平面装置を示し、多孔質材料製の単 一層によって形成される一対の第１および第２の流路を含む。図１と比較すると 、この平面装置は、一端から曲がりくねって始まり、ついで、本装置に沿って直 線的にその他端に進行して、そこで、それは、横方向および下方向に曲がり、拡 大された溜め領域２２に至る第１の流路２１を有することが分かるであろう。

この直線状の部分において、この流路は、試薬および試料領域Ｒ１，Ｒ２および Ｓを有する。直線状の形の第２の流路２３は、第１の流路と同一の端から始まり 、領域Ｒ１とＲ２との間の第１の流路との横方向の連絡部２４、および、本装置 の他の端におけるもう一つの連絡部２５以外は、後者に沿って、別個に通過する 。

連絡部２４において、継続している第２の波路は、先行する流路部分における流 れ抵抗に対して継続中の流れ抵抗を修正するために、図示したように、拡大する ことにより幅が変化する。この関係は、以下により、さらに理解することができ るであろう。

本装置の動作は、上記（２１１についての説明から非常に明白であろう。試料は 、領域Ｓに塗布され、流路の下端は液体に浸漬される。上方向の液体流が生じる が、曲がりくねった第１の流路部分において、遅れを生じ、それにより、流れは 、第２の流路から発生し、連絡部２４を介して、第１の流路に流入する。先に記 載したように、試薬Ｒ１およびＲ２は、再構成され、逐次、試料Ｓに搬送され、 廃棄物は、溜め２２へと延びる。

この場合における相違点は、第２の流路流が連絡部２４を越えて別個に延び、連 絡部２５を介して廃棄槽に入ることである。

液圧流と液圧とは、電流と電圧とに類似しており、流れに対する液圧抵抗は、電 気抵抗と見なすことができる。ついで、図２（ａ）における液圧状況は、ブリッ ジの２つの側を表す２つの流路とブリッジ回路における交差接続を表す連絡部２ ４とを有するホイートストンブリッジと見なすことができる。さらに詳しくは、 連絡部２４に至り、ついで、連絡部２４を越える２つの流路における液圧抵抗は 、ブリッジ回路の４本のアームの電気抵抗を表し、これらの抵抗が交差接続につ いて同一の比を有する場合には、この連絡部を横切る流れはゼロである。これは 、第２の流路からの流れが第１の流路における流れを支配することができず、続 いて、連絡部２５の下方で飽和するという図２（ａ）の装置の動作に対して望ま しい。

図２（ｂ）は、連絡部２４の上方の第１および第２の流路部分が物理的に分離さ れていない単純なものを例示する。

図２（ｃ）は、流れ方向を第１の流路と第２の流路との間の連絡部を横切って変 動または往復させる図２（ａ）の改良を示す。これは、例えば、試料が特別の分 析物に対して各々鋭敏な２つの分析部位を“通る（ｖｉｓｉｔｓ）”自動診断シ ステムについて有用である。これとは別に、化学物質は、ポリメラーゼ連鎖反応 におけるように、２つの温度域の間で゛°往復させる（ｏｓｃｉｌ　１ａｔｅ） ”こともできる。

図２（Ｃ）を参照すると、液体は、流路２６および２７を上昇し、横方向の連絡 流路Ｃの両端から化学物質Ｒ３に近づく。その間に、液体は、溜め２８および２ つが、それぞれ、流路２６および２７に設けられている連絡流路の下流の部分に 延びる。液体が第１の溜め、例えば、図２（Ｃ）における符号２８に流入すると 、流路Ｃにおける流れゼロは、流路２６において生ずる流れ抵抗の低下により乱 され、Ｒ３は、流路に沿って左側に搬送される。続いて、液体は、流路２７にお ける溜め２９に流入し、流れの平衡が再び変動し、Ｒ３を流路Ｃに沿って右に移 動させる。この流れ往復におけるサイクル数を増大させるために、さらなる溜め を直列（図示せず）に付加することもできる。

図３は、多孔質材料製の単一層からなる平面形である点で図２の装置と類似する 装置を示すが、この場合において、これらは、複数対の流路を含む多重形でもあ る。

図３（ａ）の装置は、一般に、符号３０で表される。それは、まず最初に、横方 向のディフレクタバー（ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ　ｂａｒ）　３２を、ついで、縦方 向の流路分離器バー３３を有する直線状の部分に接続する曲がりくねった部分を 有する点で図１の第１の流路と類似した形態の第１の流路を有する。しかる後、 第１の流路は、以下に考察するように、横方向にくびれな共通部分で再結合し、 再度、縦方向の流路分離器バー３４を有するさらなる部分に拡張される。

第２の流路３５は、図２（ａ）における片側だけの配置の有効な再現において、 第１の流路アレーの両側に配置されており、第１の流路の中間試薬領域Ｒ１およ びＲ２に対する交差連絡部３６を有する。これらの連絡部は、第１および第２の 流路を縦方向に分離するそれらから突出する縦方向の流路分離バー３７によって 画定される。バー３７は、第２の流路がらの流れを第１の流路に、上方向および 下方向に、均等に進行させるような長さとする。

この装置の動作は、図１および図２についての上記説明から明白であろう、しか し、交差連結部３６と先行する波路部分とが飽和された場合、連絡部における流 れはゼロとなる。こうした状況において、試薬Ｒ２は、くびれな第１の流路部分 を介して、湾曲したストリームバンド（ｓｔｒｅａ＊ｂａｎｄｓ）に沿って上方 向に搬送され、これらのバンドが長くなると、試薬が拡散されやすくなる。

図３（ｂ）は、上方の第１および第２の流路分離バーおよび交差接続バー３７を 省略することによって、［ｆｆ１２（ａ＞に対する１ｆｆｉ２（ｂ）と同様に改 良した上記装置を示す。それと同時に、上方および下方流路部分間の連絡部３６ における隙間は狭められ、流れディフレクタバー３２は拡張されている。その結 果、試薬Ｒ２に向かう反対の流れは、符号３８で示される同様の円形の波面を有 し、これらが遭遇して、飽和時に、本装置を横切る一般に直線状の形の一時的な 停滞線３９を形成する。ついで、再構成された試薬Ｒ２は、この線から均等に上 方向に移動し、著しい拡散の恐れはない。

上記したブリッジ状の形態は、有効に平衡とするために、十分に湿潤される必要 がある０図４の装置４０は、この結果を促進するために、図３の装置を改良した ものである。

図４は、実際、幾分図１に似た多孔質材料製の２つの層を含み、それぞれ、（ａ ＞、（ｂ）および（ｃ）において、正面図、背面図および側面図で示されている 。

正面層は、２つの付加点を除いて、図３（ｂ）に対応する形態を有する。

第１の付加点は、横方向のディフレクタバー４３を組み込まれた第１の流路共通 部分の両側と符号４２で接続される２つの溜め４１を備えている点である。これ らの溜めは、下から、特に、第２の流路からの比較的穏やかな流れの寄与に対し てブリッジが飽和される間、試薬Ｒ２の移動を遅らせ、多孔質材料の厚みを横切 る流れを均等とするが、他方、これは、反対表面上では異なる速度で飽和しやす い。時間遅延の度合いは、溜め４１の面積および連絡部４２の寸法に依存する。

第２の付加点は、独立した第１の流路の最上端の上方にさらに２つのディフレク タバー４４を設けることである。これらのバーは、下流方向において、流路に均 等に流れを作用させる役割を果たし、これらの流路を過度に狭くする必要性をな くす。

この最後の流れは、ディフレクタバー４４の背後の正面槽までおよびそれを横切 って液体を搬送するためにＴ字状である背面槽４５によって供給される。この流 れは、上方からブリッジを適当に飽和する役割を果たす。

背面層は、また、装置の頂部て“廃棄槽と接続するための別の部分を具備するこ ともでき、このようにすると、図１におけるように、装置はさらにコンパクトと なる。

最後に、図５の装置に戻ると、これは、図１の装置の改良であるが、ブリッジの 長所を用いる。

図１で示したように、図５の装置を、それぞれ、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に おいて、正面図、背面図および側面図で示す、実際には、図５は、一つの相違点 、すなわち、廃棄槽が正面層から背面に延びておらず、代わりに、背面における 第２の流路が、第１の流路との横方向の遭遇１６後に、上方向に延び、共通部分 に至る。その結果、側面図において見られるように、有効なブリッジを形成し、 それにより、符号１６の上方が飽和すると、第１および第２の流路間の流れはな くなる。

Ｆｉｇ、１ａ　Ｆｉｇ、１ｂ　Ｆｉｇ、１ｃＦｉｇ、１ｄ　Ｆｉｇ、１ｅ　′Ｆ ｉｇ、１ｆ　Ｆｉｇ、１ｇ　Ｆｉｇ、１ｈＦｉｇ、２ａ　Ｆｉｇ、２ｂ　Ｆｉｇ 、２ｃＦｉｇ、３ａ　Ｆｉｇ、３ｂ Ｆｉｇ、４ａ　Ｆｉｇ、４ｂ　Ｆｉｇ、４ｃＦｉｇ、５ａ　Ｆｉｇ、５ｂ　Ｆｉ ｇ、５ｃ国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．各対の流路端から共通部位に至る多孔質材料製の第１および第２の液体流路 を含み、これらの流路が毛管流によって液体を逐次的にそれらの共通部位に移動 させ、続いて、同時に、対をなす流路端にこの液体が作用するように操作するこ とのできる生化学的な診断分析を行うための装置であって、前記第１および第２ の流路が連絡し、ついで、両者が延びる装置。
2. ２．前記共通部位が、連続流路の一つに位置する、請求項１に記載の装置。
3. ３．前記第１および第２の流路が、一致して、連絡部を横切る実質的に予め決め られた流れの状態を生ずる、請求項１または２に記載の装置。
4. ４．前記第１および第２の流路の少なくとも一部が、前記流れの状態を付与する ために選択された縦方向に液圧抵抗を有する、請求項３に記載の装置。
5. ５．前記第１および第２の流路の少なくとも一部が、前記必要とされる液圧抵抗 を付与するために選択された断面寸法を有する、請求項４に記載の装置。
6. ６．前記第１および第２の流路が少なくともその連絡部まで飽和された時に、前 記流れの状態が、前記第１および第２の流路の間の連絡部を横切る流れゼロであ る、請求項３〜５のいずれか１項に記載の装置。
7. ７．前記第１の流路および前記第２の流路が、各々、その連絡部の上流および下 流に、それぞれ、別個の部分を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置 。
8. ８．前記第１および第２の流路の各々において、上流部分における縦方向の液圧 抵抗対下流における縦方向の液圧抵抗の比が、実質的に等しい、請求項７に記載 の装置。
9. ９．前記第１および第２の流路の下流部分の少なくとも一つが、流れ方向に、異 なる液圧抵抗域を含む、請求項７に記載の装置。
10. １０．前記異なる液圧抵抗域が、前記第１および第２の流路間の連絡部を横切る 往復流を生ずるように配置されている、請求項９に記載の装置。
11. １１．前記第１および第２の流路の少なくとも一つが、平行に配置された複数の サブ流路を有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。