JPH0875628A - 流体中吸着物量連続測定用フローセル - Google Patents

流体中吸着物量連続測定用フローセル

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JPH0875628A
JPH0875628A JP6215882A JP21588294A JPH0875628A JP H0875628 A JPH0875628 A JP H0875628A JP 6215882 A JP6215882 A JP 6215882A JP 21588294 A JP21588294 A JP 21588294A JP H0875628 A JPH0875628 A JP H0875628A
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flow cell
fluid
cell
flow
amount
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JP6215882A
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English (en)
Inventor
Keiko Kawakami
桂子 河上
Tadashi Sakon
正 佐近
Yuji Kubo
祐治 久保
Yasuo Ikeda
康夫 池田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 生体内に近い流動条件下で細胞接着、血液凝
固などの生体反応を簡便にかつ連続的に測定することの
できる流体中吸着物量連続測定用フローセルを提供す
る。 【構成】 下部部材10の上面に設けられた凹部に板状
水晶振動子50を配置し、その上に上部部材20を配置
してセル室を構成する。セル室のシールはシール部材4
0で行い、フローセル自体のシールは外部シール部材3
0で行う。流体はスリット24からセル室に入り、水晶
振動子50上を層流として流れ、スリット25からセル
外に流出する。 【効果】 流体は、セル室内を層流として流れるため、
生体内に近い環境を実現できる。また、外部シール部材
でシールしたために、フローセル自体を恒温槽中に浸漬
することができ、測定の迅速化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液中の吸着物を連続的
に測定するためのフローセル、特に流動状態における細
胞接着、血液凝固などの生体反応を簡便に測定するため
のフローセルに関する。
【0002】
【従来の技術】生体中で用いる医用材料の開発等におい
て、タンパク質や血液成分の吸着に関する挙動を解析す
ることは極めて重要である。例えば、人工材料を血液と
接触させた場合、生体がその材料を異物と認識し、材料
表面に血液成分が吸着し血栓が形成される。抗血栓性に
優れた材料とは、血液自身の止血機構にはなんら変化を
与えることなく、血液と接触しても血栓が形成されない
材料のことである。このことから、被試験材料を血液と
接触させ、血液から材料への血液成分吸着量変化を測定
し、その変化量の大小をもって材料の抗血栓性を判定す
ることができる。
【0003】その場合、生体内と同様な血液流動条件下
において試験を行うことが判定の信頼性の点からして肝
要である。しかしながら、これまで流動条件下で試験を
行う簡便な手段がなかったので、従来は血液が静置され
ている状態で試験を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来は実
際の生体内環境とは異なる静置血液中に被試験材料を置
いて試験を行っていたので、被試験材料表面で生じる現
象も実際の生体内での現象とは非常に異なり、判定結果
と臨床結果とが必ずしも一致しないという不都合があっ
た。そのため、生体内に非常に近い流動条件下で、しか
も簡便に試験を行うことのできる装置の開発が望まれて
いた。本発明は、生体内に近い流動条件下で細胞接着、
血液凝固などの生体反応を簡便にかつ連続的に測定する
ことのできる流体中吸着物量連続測定用フローセルを提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による流体中吸着
物量連続測定用フローセルは、上面に凹部を有し、該凹
部内に露出した電気接点を有する下部部材と、下部部材
の凹部に配置される板状水晶振動子と、下面に端縁部か
ら離して枠状凸部が設けられ、表面にほぼ平行に延び末
端が閉塞した2つの孔部と該孔部側面から前記枠状凸部
で囲まれた領域内部に開放する2つの平行なスリットか
らなる流体流路を有する上部部材と、板状水晶振動子と
上部部材の間をシールしてセル室を形成するシール部材
と、上部部材下面の前記枠状凸部の外側領域と下部部材
上面の間をシールするシール部材とを含むことを特徴と
する。
【0006】セル室を形成するシール部材及び上部部材
下面と下部部材上面の間をシールするシール部材はシリ
コーン樹脂シートとするのが好適である。流体はフロー
セル内を層流として流れる必要がある。層流となる条件
は、下式で表される。 流路断面積(mm2 )<13×〔流体の粘度(cp)〕 全血の粘度は3.0〜3.5cpであるので、流体が全
血である場合、セル室の流路断面積を50mm2 以下と
すると層流が形成される。
【0007】また、本発明による流体中吸着物量連続測
定用フローセルは、下部部材あるいは別体の固定用板部
材に金具を回動自在に取り付けてあり、その金具を上部
部材に係合させることにより上下部材を固定して組み立
てることができる。上部部材への金具の係合は、上部部
材の対向する2つの側面に突起部を設け、その突起部に
係合させてもよいし、上部部材の上面に係合させるよう
にしてもよい。本発明によるフローセルに被検流体を流
通させ、板状水晶振動子を含む共振回路の共振周波数の
変化を検知することにより、流体中の吸着物量を連続測
定することができる。
【0008】水晶振動子の表面への被試験材料の形成は
化学的キャスティング、スパッタリング、又はCVD等
の方法によることができる。血液中の吸着成分量を測定
する場合には、フローセルに流す血液は全血であっても
よいし、赤血球、白血球あるいは血小板のうち少なくと
も1種類の血液成分を含む成分血液であってもよい。
【0009】
【作 用】発振器に接続された板状水晶振動子は、その
厚み方向に垂直に共振周波数(f 0 )で振動する。水晶
振動子の表面にフローセル中を流通する流体中の物質が
吸着して吸着層による質量荷重(ΔW)が生じると、次
式のような共振周波数の変化Δfが生じる。従って、こ
の共振周波数変化Δfから質量荷重ΔWすなわち吸着量
を求めることができる。 Δf=−f0 2ΔW/NAρ 但し、ΔW:質量変化、A:電極面積、ρ: 水晶の比
重、N:水晶の周波数定数である。
【0010】フローセルを、上部部材と下部部材の組み
合わせ構造とし、セル室に板状水晶振動子を着脱自在に
組み込むことにより、水晶振動子の表面に形成する材料
層を変えて種々の分析・検査を行うことができる。この
とき、板状水晶振動子と上部部材の間をシール部材でシ
ールすることにより、フローセルからの流体の漏出を防
止することができる。また、上部部材下面の枠状凸部の
外側領域と下部部材上面の間をシール部材でシールする
ことにより、フローセルを水槽中に水没させて温度制御
を行うことが可能となり、空気中で温度制御を行う場合
に比べて測定のための待ち時間を大幅に短縮することが
可能となる。
【0011】また、フローセルの組立を、下部部材ある
いは別体の固定用板部材に取り付けた金具によって行う
ことにより、組立操作がワンタッチでできるようにな
る。さらに、均一な力でフローセルを締め付けることが
できるため、水晶振動子を破損する恐れがない。
【0012】
【実施例】以下、実施例によって本発明を詳細に説明す
る。 〔実施例1〕図1は、本発明による流体中吸着物量連続
測定用フローセルの一実施例の斜視図、図2はその断面
図、図3は分解組立図である。
【0013】フローセル100は、下部部材10、上部
部材20、外部シール部材30、セル室シール部材40
及び板状水晶振動子50からなり、4すみをボルト64
及びナットで締め付けて組み立てられる。上部部材20
は、例えばシリコーンコートをした塩化ビニルからな
り、裏側から見た斜視図である図4及び裏側から見た平
面図である図5によく表されているように、下面中央部
分に外周が円形で内部に四角形の凹部領域を有する枠状
凸部21が設けられている。また、一方の側面から2つ
の孔22,23が部材表面に平行に途中まで設けられ、
その孔22,23の側部から枠状凸部21で囲まれた領
域に向けてスリット24,25が開口している。上部部
材20の側面に設けられた孔22,23には、例えばテ
フロン(登録商標)やシリコーン樹脂等、流体中の物質
が吸着しにくい材料で作られたチューブ61,62が接
続される。
【0014】下部部材10は、例えばテフロンからな
り、円形の凹所11を備える。下部部材には、また、図
示しない発振器、周波数カウンター等に接続されたケー
ブル71が水密に固定されており、ケーブル71の導体
に接続された電気接点72,73が凹所11の表面に露
出している。下部部材10の凹所11には、電気接点7
2,73に電極51が接触するようにして、板状水晶振
動子50が着脱自在に配置される。
【0015】水晶振動子50は、取扱い易さと測定感度
の点から基本共振周波数5〜10MHzで発振するもの
が好ましい。なお、発振器は下部部材の中に組み込むこ
ともできる。水晶振動子50の流体流路に面する側の電
極51を含む全面には、被試験材料を化学的なキャステ
ィングあるいはスパッタリング、CVDなどの物理的な
方法で水晶振動子の基本周波数の1/10以下の周波数
変化となる質量の膜として形成する。
【0016】上部部材20下面の枠状凸部21の枠内部
に沿ってセル室シール部材40を装着し、枠状凸部21
の外側に外部シール部材30を装着した後、枠状凸部2
1を下部部材10の凹所11に挿入し、上下部材10,
20をボルト64及びナットで締め付けることによって
フローセルが組み立てられる。このとき、板状水晶振動
子50と上部部材20の枠状凸部21で囲まれた領域が
セル室となる。チューブ61からフローセル内に導入さ
れる流体は、上部部材20に設けられた孔22につなが
るスリット24からセル室内に入り、水晶振動子50の
表面を層流となって流れ、セル室の他端に位置する他の
スリット25から孔23に流れ込み、チューブ62を経
て排出される。
【0017】セル室の寸法は流体の粘性や流速等に応じ
て適当に決められるが、フローセルに流す流体が血液で
ある場合、層流状態として流すには路断面積を50mm
2 以下とするのがよい。本実施例の場合、セル室の寸法
は0.3mm×15mm×15mm(流路断面積4.5
mm2 )とした。板状水晶振動子50は、直径25mm
の円板形をしており、セル室はその上に形成される。セ
ル室に流体を層流として導入、排出する幅1mm、長さ
15mmのスリット24,25は、板状水晶振動子50
に対して図7に示すような位置関係にある。セル室シー
ル部材40は、厚さ1mmのシリコーン樹脂シートと
し、外部シール部材30は厚さ0.3mmのシリコーン
樹脂シートとした。
【0018】図1では、チューブ61,62とケーブル
71をフローセル100の隣接する側面から取り出して
いるが、チューブとケーブルは同一の側面から取り出し
てもよいし、反対側の側面から取り出してもよい。図8
に示すように、フローセル100を恒温槽81中に浸漬
した。恒温槽81の水温は、温度センサー82からの出
力信号をもとにコンピュータ83で図示しないヒーター
を制御することによって一定に維持される。フローセル
100には、ローラーポンプ84によってチューブ85
を介して容器86からの血液が循環される。血液循環経
路の途中にはダンパー87が設けられている。89は、
発振器や周波数カウンタを組み込んだ回路である。水温
を37℃に維持した恒温槽81にフローセル100を浸
漬したところ、浸漬後10分以内でフローセルの温度が
一定になった。ちなみに、本実施例のフローセルを空気
中におき、恒温器で温度制御を行ったところ、フローセ
ルの温度が37℃で安定するまでに60分以上の時間を
要した。
【0019】本実施例で使用した板状水晶振動子は、1
Hzの共振周波数変化が18ng/cm2 の質量変化に
相当する。一方、水晶振動子の共振数波数は温度依存性
を有し、図9に示すように、温度が1℃変化すると共振
周波数は約8Hzシフトする。従って、測定精度を上げ
るためには精密な温度制御が必要である。本発明による
と、外部シール部材30の採用により、フローセル全体
を水中に浸漬することが可能となり、その結果フローセ
ルの温度制御を迅速に行うことができるため、空気中で
フローセルを使用する場合に比較して格段に測定のスピ
ードアップを図ることが可能となった。
【0020】この流体中吸着物質量連続測定装置の性能
を確認するため、直径2.5cmで基本共振周波数5M
HzのATカットされた水晶振動子に市販のポリカーボ
ネイトを溶媒に溶かしてキャストし、乾燥後の厚さが約
10nmの膜を形成させた。濃度5mg/mlの牛血清
アルブミン溶液を5ml/分の速度で循環させながら水
晶振動子の共振周波数の変化を連続的にモニターした。
その結果、約10分までは急激な共振周波数の減少が起
こり、それ以後の共振周波数はほぼ一定となった。この
間の周波数変化は22Hzであり、質量に換算すると吸
着量は4mg/m2 であった。
【0021】〔実施例2〕図10,11,12は、本発
明による流体中吸着物量連続測定用フローセルの他の実
施例の説明図である。本実施例では、図10に示すよう
に、板状水晶振動子を装着する下部部材10aの凹所1
1aの形状を方形とした。それに伴って、上部部材20
aの下面に設ける枠状凸部21aの外周形状も方形とし
た。上部部材20aの枠状凸部21aの外側部分と、下
部部材10aの間に挟持される外部シール部材30a
も、図12に示すように、同様に方形形状のものを用い
る。板状水晶振動子50及びセル室シール部材40は、
前記実施例1と同様のものを用いる。
【0022】上部部材20a下面の枠状凸部21aの枠
内部に沿ってセル室シール部材40を装着し、枠状凸部
21aの外側に外部シール部材30aを装着した後、枠
状凸部21aを下部部材10aの凹所11aに挿入し、
上下部材10,20をボルト64及びナットで締め付け
ることによってフローセルが組み立てられる。このと
き、板状水晶振動子50と上部部材20aの枠状凸部2
1aで囲まれた領域がセル室となる。上部部材20aに
設けられた孔に接続されるチューブを介してフローセル
内に導入される流体は、孔22につながるスリット24
からセル室内に入り、水晶振動子50の表面を層流とな
って流れ、セル室の他端に位置する他のスリット25か
ら孔23に流れ込み、孔23に接続されたチューブを経
て排出される。本実施例によっても、恒温槽中に浸漬可
能で、流体を層流状態で流すことが可能な流体中物質吸
着量連続測定用フローセルが得られる。
【0023】〔実施例3〕次に、組立及び分解を簡便に
行うことのできるフローセルの構造について説明する。
本発明によるフローセルは、水晶振動子50の表面に材
料層を形成し、その材料層に対する流体中の物質の吸着
挙動をモニターするものである。従って、試験のたびに
水晶振動子の表面に種々の材料層を形成し、あるいは水
晶振動子の表面に吸着した物質を洗浄除去するために、
セルの分解、組立を頻繁に行う必要がある。
【0024】本実施例では、図13に全体図を示し、図
14に側面図を示すように、下部部材10bに2個の金
具90を取り付けるとともに、上部部材20bの側面に
突起部28を設ける。金具90は、例えばアルミニウム
やステンレス鋼で作ることができる。フローセルの組立
は、金具90を上部部材20bの突起部28に引っかけ
て固定することにより行う。また、フローセルの分解
は、金具90を突起部28から外すことにより簡単に行
うことができる。
【0025】このように、2個の金具を用いて上部部材
と下部部材を固定することにより、4本のボルト及びナ
ットを用いて固定する場合に比較して、セルの組立、分
解をワンタッチで行うことができ操作が非常に簡単にな
るとともに、上下部材を締め付ける力が均一になるため
セル室内部の水晶振動子を破損する心配がなくなる。な
お、上部部材は側面に突起部を設けず、図15に示すよ
うに、上面に僅かな窪み29を設け、下部部材10cに
取り付けた金具92の上部をその窪み29にはめること
により上下部材を固定するようにしてもよい。
【0026】あるいは、図16に示すように、例えばア
ルミニウム又はステンレス鋼製の専用の固定板95を用
意し、その固定板95に金具94を取り付けるようにし
てもよい。この場合は、固定板94の上にフローセルを
載置し、金具94によって上部部材20dを下方に押し
つけることによって上下部材を固定することになる。本
実施例によると、前記いずれの構造によっても、フロー
セルの組立、分解の操作性が向上し、試験の能率を大幅
に向上することができる。
【0027】
【発明の効果】本発明によると、恒温槽中に浸漬可能で
迅速な測定が可能な流体中物質吸着量連続測定用フロー
セルを得ることができる。また、本発明のフローセル
は、均一な力で水晶振動子を押圧してワンタッチで簡単
に組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による流体中物質吸着量測定用フローセ
ルの外観図。
【図2】本発明によるフローセルの断面図。
【図3】本発明によるフローセルの一実施例の分解組立
図。
【図4】上部部材の下面斜視図。
【図5】上部部材の下面図。
【図6】下部部材の平面図。
【図7】板状水晶振動子とセル室の関係を説明する図。
【図8】フローセルを恒温槽に浸漬した状態を示す図。
【図9】水晶振動子の共振周波数の温度依存性を示す
図。
【図10】下部部材の他の実施例を示す平面図。
【図11】上部部材の他の実施例を示す下面斜視図。
【図12】外部シール部材の他の実施例を示す斜視図。
【図13】本発明によるフローセルの他の実施例を示す
斜視図。
【図14】図13のフローセルの側面図。
【図15】本発明によるフローセルの他の実施例を示す
図。
【図16】本発明によるフローセルの他の実施例を示す
図。
【符号の説明】
10,10a…下部部材、11,11a…凹所、20,
20a〜20d…上部部材、21,21a…枠状凸部、
22,23…孔、24,25…スリット、30,30a
…外部シール部材、40…セル室シール部材、50…板
状水晶振動子、51…電極、61,62…チューブ、6
4…ボルト、71…ケーブル、72,73…電気接点、
81…恒温槽、82…温度センサー、83…コンピュー
タ、84…ローラーポンプ、85…チューブ、86…容
器、87…ダンパー、90,92,94…金具、95…
固定板、100…フローセル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 祐治 神奈川県川崎市中原区井田1618番地 新日 本製鐵株式会社先端技術研究所未来領域研 究部内 (72)発明者 池田 康夫 東京都新宿区信濃町35 慶応大学医学部内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面に凹部を有し、該凹部内に露出した
    電気接点を有する下部部材と、前記下部部材の凹部に配
    置される板状水晶振動子と、下面に端縁部から離して枠
    状凸部が設けられ、表面にほぼ平行に延び末端が閉塞し
    た2つの孔部と該孔部側面から前記枠状凸部で囲まれた
    領域内部に開放する2つの平行なスリットからなる流体
    流路を有する上部部材と、前記板状水晶振動子と前記上
    部部材の間をシールしてセル室を形成するシール部材
    と、前記上部部材下面の前記枠状凸部の外側領域と前記
    下部部材上面の間をシールするシール部材とを含むこと
    を特徴とする流体中吸着物量連続測定用フローセル。
  2. 【請求項2】 前記シール部材はシリコーン樹脂シート
    からなることを特徴とする請求項1記載の流体中吸着物
    量連続測定用フローセル。
  3. 【請求項3】 前記一方のスリットから流入した流体は
    層流となって前記セル室を流れ、他方のスリットを通っ
    て前記セル室から流出することを特徴とする請求項1又
    は2記載の流体中吸着物量連続測定用フローセル。
  4. 【請求項4】 前記セル室の流路断面積は50mm2
    下であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の流
    体中吸着物量連続測定用フローセル。
  5. 【請求項5】 前記下部部材は回動自在に取り付けられ
    た金具を備え、前記金具を前記上部部材に係合させるこ
    とにより前記上部部材と前記下部部材とが固定されるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の流体
    中吸着物量連続測定用フローセル。
  6. 【請求項6】 回動自在に取り付けられた金具を有する
    固定用板部材をさらに備え、前記下部部材の下に配置し
    た前記固定用板部材の金具を前記上部部材に係合させる
    ことにより前記上部部材と前記下部部材とが固定される
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項記載の流
    体中吸着物量連続測定用フローセル。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の流
    体中吸着物量連続測定用フローセルと、前記フローセル
    に被検流体を流通させる手段と、前記板状水晶振動子を
    一部に含む共振回路と、前記共振回路の共振周波数の変
    化を検知する手段とを含む流体中吸着物量連続測定装
    置。
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