JPH09311099A

JPH09311099A - 血液用冷却素子

Info

Publication number: JPH09311099A
Application number: JP8129585A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Fujii; 稔子藤井; Yuji Miyahara; 裕二宮原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1996-05-24
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】血液中の生化学成分を赤外分光法によって感度
良く測定する。【解決手段】複数のサーモモジュールを同一平面上に放
熱面をそろえて間隙を設けて配し、該素子の放熱面側に
は血球濾過層を、冷却面側には網状もしくは多孔性の基
板を設け、血液中の液体成分である血漿のみを素子の冷
却面側で冷却凝固させることで、血球の冷却による成分
濃度の変化や、血球による凍結濃縮率の低下を防止で
き、赤外吸収スペクトルを高感度できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全血（血球を含む
採血したままの血液）を試料として血液中の生化学成分
を赤外分光法によって測定する装置およびそれに用いる
血液冷却素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、臨床検査分野では、検査による患
者の待ち時間を短縮するため、分析時間の短縮が求めら
れている。

【０００３】従来、臨床検査では、溶血や血球の代謝な
どによる成分の変動を防ぐため、血液から血球が除去さ
れた血漿や血清を試料として用いてきた。しかし血球の
除去には、遠心分離などで時間と手間がかかるため、全
血測定が可能な分析手法が求められてきた。

【０００４】既存の全血を試料として血液中の生化学成
分を測定する方法及び装置については、ぶんせき，第７
巻，１９８４年，第５３４頁から第５３７頁において、
ドライケミストリーについて述べられている。ドライケ
ミストリーとは、多孔性物質に反応試薬を乾燥保持させ
たフィルム上に試料を滴下し、試料中の水分によってフ
ィルム中で発色化学反応を進行させ、目的成分の濃度を
定量する分析手法である。ここではテストストリップ型
と多層分析フィルム型のドライケミストリーについて述
べられているが、全血試料に対応するドライケミストリ
ーではいずれも、試薬を保持する試薬層とは別に全血中
の血球を濾過するための繊維質の血球濾過膜が設置され
ている。

【０００５】赤外分光法によって生化学成分を測定する
方式については、例えば、アプライドスペクトロスコ
ピー（Applied Spectroscopy）第４８巻，第１号，１９
９４年，第８５頁から第９５頁において述べられてい
る。ここでは減衰全反射プリズムを試料セルとしたフー
リエ変換赤外分光計によって測定した中赤外スペクトル
を用いて、血漿中の総蛋白質，グルコースなどの６成分
を無試薬で測定している。またこの手法の高感度化法
は、米国特許5434411 において開示されている。これは
減衰全反射プリズム上の液体試料を上部から冷却し、試
料中の水分を凝固させることで試料中成分をプリズム上
に濃縮させ、その成分濃縮した試料の表面の赤外吸収ス
ペクトルを減衰全反射プリズムで測定する構成である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の全血を試料とす
る生化学分析法であるドライケミストリーは、測定項目
に応じて多数の分析素子を用意せねばならないためラン
ニングコストが高く、またデッドストックの問題もあっ
た。一方前記アプライドスペクトロスコピー第４８
巻，第１号，１９９４年，第８５頁から第９５頁におい
て述べられているような、赤外分光法を用いた生化学分
析法は、無試薬で低コストであるが、感度が悪いため尿
酸，クレアチニンのような低濃度の成分を測定すること
は困難であった。また赤外分光法の高感度化法として考
え出された米国特許5434411 において開示されている方
法では、全血を試料とした場合、試料を凝固させるため
血球が溶血し成分濃度が変化したり、血球の存在が凝固
を抑制するため濃縮率が低下し高感度化できないという
問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、赤外分光法に
よって全血中の生化学成分濃度を高感度に測定すること
を目的とする。試料の凝固に伴う溶血や血球による濃縮
率の低下を防ぐために、サーモモジュールの放熱面側に
血球濾過膜を設け、サーモモジュールの冷却面側に網状
もしくは多孔質状の基板を設けた。なお本発明で述べる
一個のサーモモジュールとは、例えば熱電素子の一種で
あるｐ型半導体とｎ型半導体を対にして接続したΠ型素
子を電極で直列接続し、素子の両側にある電極面を一枚
の絶縁体でそれぞれ被覆したもののことを指す。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第一の実施例で
ある血液用冷却素子を用いた血液分析装置の検出部の構
成の断面図である。複数のサーモモジュール１の放熱面
をそろえて、一平面上に列状に配置し、その間を防水及
び絶縁を施したリード線２で直列に接続し、直流電源３
に接続する。さらにサーモモジュール１の放熱面側にグ
ラスファイバーもしくはセルロースなどの水透過性の良
い繊維質から形成された血球濾過膜４を設置する。

【０００９】一方サーモモジュール１の冷却面には例え
ば、銅などの様な熱伝導率の高い物質から形成された多
孔性もしくは網状の基板５を熱電導性の良い接着剤によ
って接着させる。

【００１０】血球濾過膜４の上には試料である全血を滴
下する。血球濾過膜４上に滴下された全血中の血球は血
球濾過膜４上に残り、液体である血漿はサーモモジュー
ル１の間隙１１及び基板５を透過して、減衰全反射（Ａ
ＴＲ）プリズム６上に達する。例えばサーモモジュール
の間隙１１や基板５の周囲に、セルロース，セルロース
アセテート，セルロースエステル，ポリカーボネート，
ポリテトラフルオロエチレン，ガラス繊維など水浸透性
の良い材質を多孔質状に形成したものを充填し、毛細管
現象によって血漿の基板５への浸透を速やかに行うこと
も可能である。

【００１１】血漿がプリズム６上に達すると直流電源３
から電流が流れ、サーモモジュール１の冷却面側の熱が
吸熱され血漿の冷却が開始される。一方同素子１の放熱
面側からは素子の冷却面側で吸熱された熱が放熱された
め、冷却面側の血漿が凍結しても血球濾過膜４上の血球
は凍結することがなく、溶血による成分濃度の変化も生
じない。ただし素子１の放熱面側は、放熱による温度の
過剰な上昇を防ぎ、冷却面側の冷却速度を一定にするた
めに少なくとも冷却を行っている間は恒温に保つ必要が
ある。

【００１２】全血を凍結させ、凍結濃縮により残ってい
る液体中に占める固体成分が８０％前後になると、どん
なに低温にしてもそれ以上凍結が進まず、試料中の水の
２０％は液体のまま残ることが報告されている。これは
過飽和状態の血球等の固体の間に水が液体のまま取り残
され、氷の結晶形成が阻まれることが原因である。従っ
て血球成分を濾しとって血漿のみを凍結させることによ
り濃縮率を上げ、赤外吸収の高感度化を図ることができ
る。

【００１３】血漿の凍結が終了した後、ＡＴＲプリズム
６の表面に濃縮された血漿成分の赤外吸収スペクトルを
測定する。光源７から出射された０.６〜２５μｍの赤
外光は反射鏡８で反射されＡＴＲプリズム６に入射す
る。ＡＴＲプリズム６は、赤外領域に透明で水に不溶か
つ高屈折率の結晶、例えばセレン化亜鉛，ゲルマニウ
ム，シリコン，サファイアなどから形成されている。プ
リズム６の屈折率は、プリズム６に接した血漿や大気よ
り高いため、プリズム６中に入射した光は、その界面で
全反射を起こす。全反射する際、光の一部が赤外波長で
は２〜３μｍ程度プリズムの外部にしみ出す。従って試
料である血漿中にも光がしみ出し、血漿成分が濃縮した
表面のみの測定が行える。プリズム６を出射した光は、
反射鏡９により検出器１０方向へ導光される。

【００１４】図２は、本発明で使用するサーモモジュー
ルの構成を示す断面図である。ｐ型半導体１９とｎ型半
導体２０を対にして電極２１で接続したΠ型素子をさら
に電極で直列に接続したもので、素子の両側の電極面を
防水絶縁体２２でサンドイッチした構成となっている。
また素子の端面の半導体が露出している部分は、素子の
水分による劣化を防ぐためにシリコン等の高分子で防水
シールを施しておく。電流の流れる方向によって冷却面
と放熱面を規定できる。

【００１５】図３は、本発明の第二の実施例である血液
用冷却素子に用いるサーモモジュールの形状を上部から
見た図である。冷却素子の構成は、図１と同様に基板，
サーモモジュール，血球濾過膜を積層したものである
が、複数ではなく一枚のサーモモジュール２３を血球濾
過膜と基板でサンドイッチする構成である。サーモモジ
ュール２３は、Π型素子を電極で九十九折状に直列に接
続し、素子間の間隙や周囲を高分子などで充填し防水絶
縁したものである。Π型素子の配線２４の間隙の高分子
材料には、貫通孔２５が形成されている。この貫通孔２
５を通過して血漿が血球濾過膜から基板に到達する。

【００１６】図４は本発明の第三の実施例である血液用
冷却素子を用いた血液分析装置の検出部の構成図であ
る。本実施例では、冷却素子そのものは図１もしくは図
２のサーモモジュールの間隙に多孔質材料を充填しない
構成を用いており、血漿濾過の時間を短縮するために、
サーモモジュール１の放熱面側が加圧されるよう加圧機
構を設けたものである。本機構は、血液用冷却素子１２
の放熱面側にポンプ１３に接続された箱状の押え１４を
押し付け、冷却素子１２と押え１４の間にできた空間に
ポンプ１３から空気を送り、冷却素子１２の血球濾過膜
４上の血液を加圧するものである。押え１４と冷却素子
１２との界面及び冷却素子１２とＡＴＲプリズム６の治
具との界面には空気やサンプルの洩れがないようシリコ
ンゴムなどで形成されたシール剤１５が配置されてい
る。ポンプ１３からの送気によって血球濾過膜４上の血
液が加圧され、血漿のみが血球濾過膜４を透過し基板５
からＡＴＲプリズム６上に達する。

【００１７】図５は、本発明の血液用冷却素子を用いた
血液分析装置の光学系の基本構成図である。光源７から
出射した赤外光は、ＡＴＲプリズム６を伝搬して干渉計
１６に入射する。赤外光は干渉計１６で位相差を生じた
後、検出器１０に入射する。検出器１０によって検知さ
れた信号は、ＡＤ変換器１７を経て計算機１８に入力さ
れる。計算機１８では、信号をフーリエ変換し、各波長
の吸光度を算出する。

【００１８】例えば血液中のクレアチニン濃度を本発明
の血液分析装置で測定する場合、本発明を用いて試料で
ある血液の赤外吸収スペクトルを測定し、１７００〜13
00cm~¹までの吸光度を検量式に代入し、濃度を算出す
る。検量式は、あらかじめパーシャルリーストスク
エア(Partial Least Squares：ＰＬＳ）法などの多変量
解析を用いた検量法などで算出し、計算機１８内の記録
装置に記憶させておく。

【００１９】図６は本発明の効果を表す血液の赤外吸収
スペクトルである。スペクトルａは通常の室温で測定さ
れたスペクトル、スペクトルｂは米国特許5434411 に開
示されている方法で測定したスペクトル、スペクトルｃ
は本発明で測定したスペクトルである。スペクトルｂで
は、血球が濃縮を妨害するため室温比４倍程度の高感度
化であるが、本発明によるスペクトルｃは、血球を除去
したため室温比２０倍程度の高感度化を達成した。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、血液中の生化学成分濃
度を全血を試料として高感度に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の構成図。

【図２】本発明の一実施例のサーモモジュール部の断面
図。

【図３】本発明の第二の実施例のサーモモジュール部の
形状を示す平面図。

【図４】本発明の第三の実施例の構成図。

【図５】本発明の血液用冷却素子を搭載する血液分析装
置の光学系の基本構成図。

【図６】本発明の効果を表わすスペクトル図。

【符号の説明】

１…サーモモジュール、２…リード線、３…直流電源、
４…血球濾過膜、５…基板、６…減衰全反射プリズム、
７…光源、８，９…反射鏡、１０…検出器、１１…多孔
性材料、１２…冷却素子、１３…ポンプ、１４…押え、
１５…シール剤、１６…干渉計、１７…ＡＤ変換器、１
８…計算機、１９…ｐ型半導体、２０…ｎ型半導体、２
１…電極、２２…防水絶縁体、２３…サーモモジュー
ル、２４…配線、２５…貫通孔。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質もしくは網目状の基板と、該基板に
冷却面を接しかつ二次元的に間隔を開けて配した複数の
サーモモジュールと、該サーモモジュールの放熱面に設
置した血球濾過膜からなることを特徴とする血液用冷却
素子。
【請求項２】ｐ型半導体とｎ型半導体を対にして接合し
たΠ型熱電素子を複数直列接続したものを九十九折にす
るなどして板状に成型し、素子間を充填しかつ素子全体
を覆うように防水絶縁材料を被覆し、かつ素子間の防水
絶縁材料に複数の貫通孔を設けたサーモモジュールと、
該モジュールの冷却面に接するように配した多孔質もし
くは網目状の基板と、該モジュールの放熱面に設置した
血球濾過膜からなることを特徴とする血液用冷却素子。
【請求項３】周囲を防水絶縁したサーモモジュールを用
いることを特徴とする請求項１に記載の血液用冷却素
子。
【請求項４】積層させた多孔質もしくは網目状基板，サ
ーモモジュール及び血球濾過膜は、三層の端面をフレー
ムで被覆し固定することを特徴とする請求項１または２
に記載の血液用冷却素子。
【請求項５】基板及び血球濾過膜に接するように多孔性
物質をサーモモジュールの間隙に充填したことを特徴と
する請求項１に記載の血液用冷却素子。
【請求項６】サーモモジュールに形成された貫通孔の中
に基板及び血球濾過膜に接するように多孔性物質を充填
したことを特徴とする請求項２に記載の血液用冷却素
子。
【請求項７】請求項１または２に記載の血球濾過膜は、
グラスファイバー，セルロース布などの繊維を膜状に形
成したものからなることを特徴とする血液用冷却素子。
【請求項８】請求項１または２に記載の網状もしくは多
孔質状の基板は、熱伝導率が０.８cal cm~¹ｓ~¹Ｋ~¹以
上で、水に不溶であることを特徴とする血液用冷却素
子。
【請求項９】請求項５，４または６記載の多孔性物質
は、セルロース，セルロースアセテート，セルロースエ
ステル，ポリカーボネート，ポリテトラフルオロエチレ
ン，ガラス繊維など水浸透性の良い材質からなることを
特徴とする血液用冷却素子。
【請求項１０】赤外光源と分光手段と該光源からの光を
入出射する減衰全反射プリズムと該減衰全反射プリズム
から出射した光を検知する検出器と検出された信号を処
理する計算機を有する血液分析装置であって、請求項１
または２に記載の血液用冷却素子の冷却面側を、基板及
び試料を介して減衰全反射プリズム上に設置したことを
特徴とする血液分析装置。
【請求項１１】請求項１０に記載の赤外光源は、０.６
〜２５μｍの波長の光を照射することを特徴とする血
液分析装置。
【請求項１２】フーリエ分光を分光手段とすることを特
徴とする請求項１０に記載の血液分析装置。
【請求項１３】請求項１０に記載の減衰全反射プリズム
は、セレン化亜鉛，ゲルマニウム，シリコン，サファイ
アなどの請求項１１に記載の赤外光源が照射する光に透
明であって水に不溶な物質からなることを特徴とする血
液分析装置。
【請求項１４】請求項１０に記載の血液用冷却素子の放
熱面側の気圧は、冷却面側の気圧より高いことを特徴と
する血液分析装置。