JPH09504732A - 簡易入口チャンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、液体、典型的には希釈血漿のような生物学的試料をローター（５２）内部の換気されていないチャンバへ変更されていないチャンネル（６０）を通して導入するための遠心式ローター（５２）を提供する。この換気されていないチャンバは典型的にクヴェット（６２）とされ、これは生物学的試料の分析のために必要な試剤を収容している。変更されていない入口チャンネル（６０）は、ローター（５２）の回転時に、入口チャンネル（６０）を通してチャンバ内に液体が流入するにつれて、該チャンバからガスが入口チャンネル（６０）を通して排出されるように、寸法決めされている。換気されていないチャンバ（６２）から空気が排出されるようにする主な特徴は、入口チャンバの横断面積がそのチャンネル内を流れる液体の横断面積よりも大きいことである。

Description

【発明の詳細な説明】 簡易入口チャンネル 発明の背景 本発明は、一般に生物学的流体（biological fluids）を分析するための装置 および方法に関する。更に詳しくは、生物学的試料または試剤（reagents）のロ ーター内の換気されていないチャンバへの導入を可能にする改良された遠心式ロ ーターの設計および使用に関する。 血漿および他の生物学的流体の生物学的な試験は、各種の光学的試験や検定に おける分析のためにそれらの流体が所定の体積に速やかに分けられることをしば しば要求する。試験を行う前に生物学的流体から潜在的に支障をきたす細胞質の 材料成分を分離することもしばしば望まれる。このような測定および分離の段階 は、例えば血漿を細胞質成分から分離するための遠心分離、これに続いて所定体 積の血漿を別個の試験筒（test well）に振り分ける手動または自動的のピペッ ト操作によって以前より一般的に行われている。このような手順は労働集約的で 時間を要する作業である。その結果、一層効率的な方法で試験を行うのに好適な 多数の血漿標本を与えるための各種の自動装置および方法が提供されてきた。 生物学的流体の分析の主な進歩は、遠心分離ローターの使用である。このよう なローターは、血漿のような生物学的流体の体積測定、細胞質成分の除去、およ び光学的試験のための適当な希釈液による該流体の混合を行うために設計されて いる。一般的にこのローターは、試料の光学的な分析が行われる複数の個別のク ヴェット（cuvette）に、個々の体積の試料を与える。 クヴェットに充填されるとき、或るクヴェットから他のクヴェットへ気泡や化 学的汚物が移動しないように個別のクヴェットが完全に隔離されていることが重 要である。更に、クヴェットからガスを排出するための信頼性の高い方法は、充 填時に気泡がクヴェット内に入り込まないように工夫されねばならない。 これらの機能を促進することのできるローターは、比較的少量の液体を測定し て多数のクヴェットに分配することができなければならない。ローターの設計は 、 簡単且つ低費用の製造工程に応じたものでなければならない。特に、ローターは 分離可能または移動可能な部品のない単体構造とされることが望ましい。液体の 測定および分離段階は、簡単で、比較的短時間で行われねばならない。特に、そ の方法は比較的段階が少なく、オペレータによる介入や操作を殆どまたは全く必 要とせずに遂行できねばならない。その方法が液体の測定および送出しを行うた めにローターの回転だけを必要とするならば、特に望ましい。本発明はこれらの 、および他の必要性に対処する。 背景技術の説明 米国特許第４２４４９１６号明細書は、遠心容器の半径方向外方に配置された 複数のクヴェットを含んでなるローターを開示している。各クヴェットはダクト で遠心容器と連結され、また別個の空気排出オリフィスを含んでいる。米国特許 第４３１４９６８号明細書は、ローターの周縁に配置されたセル室を有するロー ターに関する。各セル室はその内部に入り込んだ流体を取り出すための周囲開口 を含んでいる。米国特許第４９０２４７９号明細書は、細長い半径方向に延在さ れたクヴェットを含む複数クヴェットローターを開示している。各細長いクヴェ ットは第１成分を受入れる第１チャンバと、第２成分を受入れる第２チャンバと を含んでいる。第１および第２チャンバの間の分割構造が予め定めた時間の前に 成分が混合するのを防止している。混合はローターが十分な速度で回転されてい るときに行われる。米国特許第４９６３４９８号明細書は、光学的分析のために 、毛細管、チャンバおよび開口によって流体を推進および混合する装置を開示し ている。米国特許第５０７７０１３号明細書は、クヴェットから半径方向内側に 配置された保持チャンバに連結された円周方向のクヴェットを含むローターを開 示している。 発明の概要 本発明は、典型的には希釈された血漿のような生物学的試料である液体を、ロ ーターの換気されていないチャンバへ導入するための遠心式ローターを提供する 。このチャンバは、液体の計量、試料からの固体成分の分離、廃液の隔離、また は試料の分析のような多くの機能のいずれも遂行するのに使用される。好ましい 実施例においては、チャンバは試料の光学的分析を行うための試剤を含むクヴェ ッ トである。これに代えて、チャンバは過剰試料、過剰希釈液などの廃液を流体隔 離を行う。 本発明のローターは、ローターの回転時に、液体が入口チャンネルを通してチ ャンバに流入するときにガスが入口チャンネルを通してチャンバから流出するよ うに寸法決めされた未変更の入口チャンネルを含む。本明細書で使用する「未変 更の入口チャンネル」とは、典型的に長方形の横断面を有し、ほかに換気されな いクヴェットからのガス排出の通路を提供するように変更（例えば横断面形状、 表面組織などを変化させて）されていない単純な入口チャンネルを意味する。 換気されないチャンバから空気を排出できるようにした本発明のローターの主 とする特徴は、入口チャンネルの横断面積がそれを通る流体の横断面積よりも大 きくされることである。入口チャンネルに流入する液体の横断面積は、入口チャ ンネルに給送する複数のチャンネルの流れ抵抗を調整することで制御される。 当業者は、与えられるチャンネルの流れ抵抗が該チャンネルを通して移送され る液体に応じて決まることを認識するであろう。チャンネル内の液体の流れ抵抗 は多くの方法で調整できる。典型的に、通路の幾何学形状が使用される。小さな 横断面（幅及び／又は深さで決まるように）を有するチャンネルは、大きな横断 面を有するチャンネルよりも大きな抵抗を有する。同様に、チャンネルの延長は 流れの抵抗を増大させる。これに代えて、チャンネルの表面組織は流れの抵抗を 増大または減少させるように変更されることができる。 典型的な実施例において、入口チャンネルは分配チャンネルから半径方向外側 に配置される。分配チャンネルは、小さな横断面積を有する結果として大きな流 れ抵抗を有する送出しチャンネルに連結される。典型的に、送出しチャンネルの 横断面積の入口チャンネルのそれに対する比率は少なくとも約２：３とされ、少 なくとも約１：２とされることが好ましい。 送出しチャンネルの流れの抵抗が大きい結果として、入口チャンネルの液体の 横断面積は入口チャンネル自体のそれよりも小さくなる。十分な換気を与えるた めに、入口チャンネル内部の液体の横断面積に対する入口チャンネルの横断面積 の比率は、２：１よりも大きくされ、約４：１よりも大きいことが好ましい。チ ャンネルは換気されていないクヴェットから押し出されるガスが解放されるガス 抜きを含むこともできる。 図面の簡単な説明 第１図は分配リングと、該分配チャンネルおよび入口チャンネルに比べて流れ の抵抗が大きい送出しチャンネルとに連結された未変更の入口チャンネルを示す ローターの頂部平面図である。 第２Ａ図〜第２Ｆ図はローター回転時のローターのチャンバおよびチャンネル を通る流体の流れを示す本発明のローターの頂部平面図である。 好ましい実施例の説明 本発明は分析用ローター内のチャンバへ流体を導入する方法および装置を提供 する。本発明によるローターは、チャンバ内に閉じ込められている空気の排出を 可能にする単純なチャンネルを通して液体が未換気チャンバへ流れ込むように設 計される。 本発明のローターは、あらゆる液体、典型的には血液全体または血漿のような 生物学的試料の分析に好適である。これは、多くの他の生物学的な流体、例えば 尿、喀痰、精液、唾液、水晶体液（ocullar lens fluid）、脳液（celebral flu id）、髄液、羊水（amniotic fluid）にも使用できる。試験することのできる他 の流体には、組織培養媒体、食品および工業用化学剤などが含まれる。 このローターは、生物学的試料（例えば血液全体）から細胞質成分を分離でき るチャンバを典型的に備えており、液体試料（例えば血漿）の正確な体積を測定 し、該試料を適当な希釈液と混合して、希釈済み試料をクヴェットへ送出して光 学的分析を行うようにする。クヴェットに導入された流体はその内部で、例えば 流体内の１つまたはそれ以上の分析物質を検出する分析手順の一部を形成してい る反応のような１つまたはそれ以上の反応を受ける。試料は更に、そのローター 内にある間に、先行する反応を行われた後、または行われずに、光学的に分析さ れることができる。 本発明の装置は、例えば米国カリフォルニア州フラートンのベックマン・イン スツルメンツ・インコーポレーテッド社のスピンコ事業部、ペンシルベニア州ピ ッツバーグのフィッシャー・サイエンティフィック社、カリフォルニア州サン・ フランシスコのＶＷＲサイエンティフィック社などのような供給元から購入でき る種類の、通常の研究所用遠心分離器に取り付けることのできるローター本体を 有する分析用ローターを含む。一般に、遠心分離器はそれに備えられている垂直 駆動シャフトに取り付けるに適したソケットまたは他のカップリング装置を含む 。ソケットまたはカップリング装置の特定な設計は遠心分離器の性質によって決 まり、本発明の遠心式ローターは、現在購入できるまたは将来購入できるように なろう全てまたは殆ど全ての遠心分離装置に使用できるようになされ得ることが 認識されるであろう。 ローター本体は、以下に更に詳細に説明されるように、複数のチャンバ、連結 通路およびガス抜きの間の所望の幾何学パターンすなわち相関関係を維持できる 構造を含む。本発明のローターに使用するのが好適な様々な特化したチャンバお よびチャンネルが米国特許第５０６１３８１号および第１２２２８４号、および 米国特許出願第０７／６７８７６２号明細書および第０７／７８３０４１号明細 書に記載されており、これらの特許明細書は参照することで本明細書に組み入れ られる。 通常、本体は実質的に中実なプレートまたはディスクとされ、チャンバおよび 通路は、それらが形成されていなければ中実であるその母材の内部に空間すなわ ち空所として形成される。便宜的に、このような中実プレート構造は、複数の別 別に形成された層を互いに積層して完全すなわち一体構造とすることで形成でき 、チャンバおよび水平通路は一般に隣接層間に形成される。垂直通路はこれらの 層を通して形成される。個々の層は射出モールド成形、機械加工またはその組合 せで形成でき、典型的には適当な接着剤または超音波溶接を使用して互いに結合 される。最終的に封じ込まれる体積は、層が互いに結合されるときに形成される 。 勿論、この遠心式ローターは、適当なフレーム内に配置されるチューブ、容器 （vessels）、チャンバなどの複数の個々の部材として形成できる。しかしなが ら、個別部材で作られるこのような組立体は一般的に製造が一層困難で、それ故 に実質的に中実なプレート内に形成されるほどには望ましくない。 このローター本体は広く様々な材料で形成でき、２種以上の材料を選択的に含 むことができる。通常、これらの材料は透明とされて、生物学的流体、細胞質成 分および試剤の供給および分配が各種の内部チャンバおよび通路内にて観察でき るようにされる。選択的に或る程度は、分析用チャンバ、例えばクヴェットまた は他の試験筒はローター内部に形成されるのであり、ローター内部に適当な光学 的通路が形成されてクヴェットの内容物が分光測光的または蛍光分光的に、また は他の光学的評定機器によって観察できることが好ましい。貫通する特化された 光学的通路を有する適当なクヴェットの構造が米国特許第５１７３１９３号明細 書に開示されており、その開示内容は参照することで本明細書に組み入れられる 。好ましい実施例において、ローターは少なくとも光学通路を画定している部分 において適当な光学的性質を有するアクリル樹脂で形成される。 本発明の装置および方法は、血漿に対して有利にまたは必然的に行われる広く 様々な分析手順および検定を遂行するのに好適である。この分析手順は、血漿が １種またはそれ以上の試剤と組合されて幾つかの目視検出できる変化が血漿に生 じ、これが血漿の特定成分（分析物質）の存在及び／又は量、または血漿の量に 関係されるようになされることを要求する。血漿は反応または他の変化を受けて これが色、蛍光、発光などの変化を生じ、またこれは従来の測光分光器、蛍光測 定器、光検出器などで測定される。幾つかの場合において、免疫的検定（immuno assays）および他の特異結合の検定（specific binding assays）は無細胞流体 集合チャンバの中、または該集合チャンバに連結されたクヴェットの中で行える 。一般にこのような検定手順は均質でなければならず、分離段階は必要とされな い。しかしながら、他の場合には、免疫学的な反応段階が生じた後に血漿を集合 チャンバまたは他の試験筒またはクヴェットから分離する手段を備えることによ り、不均質検定を許容できるようになる。 従来の実施可能な血液検定には、グルコース、乳酸脱水素酵素、血清グルタミ ンオキザロトランスアミナーゼ（ＳＧＯＴ）（serum glutamic-oxaloacetic tra nsaminase）、血清グルタミンピルビックトランスアミナーゼ（ＳＧＰＴ）（ser um glutamic-pyruvic transaminase）、血液尿素（窒素）（ＢＵＮ）、全プロテ イン、アルカリ度、ホスファターゼ、ビリルビン、カルシウム、塩化物、ソジウ ム、ポッタシウム、マグネシウムなどが含まれる。この一覧は全てを網羅するも のではなく、本発明の装置および方法を使用して実施され得る検定の例示的な例 であることだけを意図される。通常は、これらの試験は血液および血漿が １種以上の試剤と組合されて、光学的すなわち一般的には測光分光的に検出可能 な変化を血漿に生じることを必要とする。必要とされる試剤は良く知られており 、特許や科学文献に十分に記載されている。 試剤は安定性を高めるために、親液性化された状態（lyophilizedform）で与 えられる。理想的には、それらの試剤は参照することで本明細書に組み入れられ る米国特許出願第０７／７４７１７９号に記載されたように、親液性化された試 剤粒子として与えられる。 第１図を参照すれば、本発明のチャンバおよびチャンネルを含む分析用ロータ ーが見られる。第１図は試料チャンバ５４を有したローター５２を示しており、 該チャンバは分配チャンネル５６の半径方向内側に配置されている。試料チャン バ５４は血漿からの細胞質物質の分離、生物学的流体の希釈液との混合などの多 数のローター機能のいずれかを遂行するのに使用できる。試料チャンバ５４はサ イフォン５８を通して分配チャンネル５６へ連結されている。試料流体の分析に おける予め定めた時点において、流体がサイフォン５８を通して分配チャンネル ５６へ流入される。分配チャンネル５６内の流体は、その後入口チャンネル６０ を通してクヴェット６２に送出される。サイフォン５８は、入口チャンネル６０ 内の流体の横断面積に対する入口チャンネル６０の横断面積の比が２：１より大 きく、好ましくは約４：１より大きくなるように、寸法決めされる。入口チャン ネル６０の横断面積は、分配チャンネル５６の横断面積とほぼ同じか、またはそ れより僅かに小さく、換気されていないクヴェット内のガスが入口チャンネル６ ０および分配チャンネル５６を通して押し出されるようになされる。試料が血漿 または希釈した血漿で、チャンネルが長方形の横断面であるならば、それらの寸 法は典型的に次のようになる。すなわち、サイフォンは深さ０．１５０ｍｍ、幅 が０．２００ｍｍとされ、分配チャンネルは深さが０．３００ｍｍ、幅が０．５ ００ｍｍとされ、入口チャンネルは深さが０．１５０ｍｍ、幅が０．５００ｍｍ とされる。ガスはしたがってガス抜き６４を通してローター５２から解放される ことができる。 第２Ａ図〜第２Ｆ図は、本発明による作られたローターの作動を図示する。第 ２Ａ図は、ローター内に試料を配置した後の、血液計量チャンバ内の血液試料 １０２の位置を示す。チャンバ１０６内の希釈液容器は、同一の譲受人に譲渡さ れた関連する米国特許出願第０７／８７３３２７号に記載されているように、遠 心分離器のスピンドルに対するローターの取付け時に開かれるのであり、該特許 出願は参照することで本明細書に組み入れられる。第２Ｂ図は、ローターが４０ ００ｒｐｍで回転された後の、希釈液１０８および血液試料１０２の位置を示す 。血液試料１０２は血液計量チャンバ１０４を出て、血漿計量チャンバ１１０の 中に流入を始める。同時に、希釈液１０８は希釈液容器を空にして保持チャンバ １１２の中に流入する。希釈液は直ちにチャンネル１１６を通して分離チャンバ １１４に流入を始める。第２Ｃ図は、ローター１００が回転を続ける間の液体の 位置を示す。ここで、血液試料１０２は血液計量チャンバ１０４を空にして、血 漿計量チャンバ１１０を溢れてオーバーフローチャンバ１１８へ流入し、そこで ヘモグロビンクヴェット１２０および過剰血液集合箇所１２２へ流れる。その間 、希釈液１０８は希釈液分離チャンバ１１４を充満し、過剰量はチャンネル１２ ４を通して希釈液専用クヴェット１２６および過剰血液集合箇所１２７へ流れる 。 第２Ｄ図は、１回目の回転の終わりにおける液体の位置を示す。血液試料１０ ２は細胞１２８および血漿１３０に分離される。希釈液専用クヴェット１２６は 充満され、予め定めた量の希釈液が分離チャンバ１１４内に残される。ローター １００はその後停止され、分離チャンバ１１４からのサイフォン１３２、ならび に血漿計量チャンバ１１０からのサイフォン１３４が上述したように液注入の状 態にされる（prime）。 第２Ｅ図は、２回目のローター回転時の液体の位置を示す。分離チャンバ１１ ４はサイフォン１３２を通して混合チャンバ１３６へ流入する。予め定めた量の 血漿１３０が計量されて混合チャンバ１３６に流入し、２流体が混合されて、希 釈血漿１３１が形成される。混合チャンバ１３６に流入する血漿１３０の量は血 漿計量チャンバ１１０の出口１３８の位置によって決まる。血漿および希釈液が 混合チャンバ１３６の中で混合された後、ローターは再び停止され、出口サイフ ォン１４０が液注入の状態にされる（prime）。 図２Ｆ図は、３回目の回転時におけるローター回転中の希釈血漿の位置を示す 。この図は、分配リング１４２および入口チャンネル１４４を通して希釈血漿 １３１をクヴェット１４６および過剰血漿集合箇所１４７へ移動することを示し ている。出口サイフォン１４０の流れの抵抗は分配リング１４２および入口チャ ンネル１４４における流れの抵抗よりも大きくなるように選定されており、クヴ ェット１４６の中の空気はそのクヴェットが充填されるにつれて排出される。ク ヴェットが充満された後、クヴェット内の試剤は溶液で混合されて、必然的に測 光分析が該試料に対して行われる。 前述した本発明は明確な理解を得るために詳細に説明されたが、或る種の改良 が添付の請求の範囲の欄に記載の範囲内で実行できる。例えば、液体マニホルド は環状である必要はない。このマニホルドは、試料の部分標本をクヴェットでは なくローター内部のチャンバへ導くことができる。更に、各クヴェットはガス抜 きマニホルドを使用する代わりに、個別にガス抜きされることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 液体を収容する試料チャンバと、 試料チャンバから径方向外側に配置された換気されていない受入れチャンバと 、 遠心力の作用のもとで試料チャンバから液体を取り出すために試料チャンバに 連結された送出しチャンネルと、 受入れチャンバに連結され、試料チャンバからの液体を送出しチャンネルを通 して受取る変更されていない入口チャンネルとを含み、 送出しチャンネル内の液体の流れに対する抵抗が入口チャンネルの液体の流れ に対する抵抗よりも大きく、これによりローターの回転が液体を試料チャンバか ら送出しチャンネルおよび入口チャンネルを通して受取りチャンバへ流し、これ により受入れチャンバに液体が流入するにつれて該チャンバから入口チャンネル を通して空気を流出させるように作用する遠心式ローター。 ２． 受入れチャンバが生物学的試料の分析に必要な試剤を収容するクヴェッ トである請求項１のローター。 ３． 試料チャンバおよび受入れチャンバの間に配置された分配リングをロー ターが更に含み、これによりローターが回転するときに液体が試料チャンバから 送出しチャンネルを通して分配リングへ導かれ、分配リングから入口チャンネル を通して受入れチャンバへ導かれる請求項１のローター。 ４． 入口チャンネルが送出しチャンネルの横断面積の少なくとも約１．５倍 の横断面を有する請求項１のローター。 ５． 入口チャンネルの横断面積が送出しチャンネルの横断面積の約２倍であ る請求項４のローター。 ６． 送出しチャンネルの横断面が約０．０３ｍ²である請求項４のローター 。 ７． 送出しチャンネルがサイフォンである請求項１のローター。 ８． 試料チャンバが混合チャンバである請求項１のローター。 ９． 混合チャンバの径方向内側に配置されてサイフォンで混合チャンバに連 結された希釈液の分離チャンバを更に含む請求項８のローター。 10． 混合チャンバの径方向内側に配置されてサイフォンで混合チャンバに連 結された血漿計量チャンバを更に含む請求項８のローター。 11． ローター内部の換気されていないチャンバへ液体を導入する方法であっ て、 液体をローター内部の換気されていないチャンバの径方向内側に配置された試 料チャンバへ液体を導入する段階、および ローターを回転させて液体が試料チャンバから送出しチャンネルおよび変更さ れていない入口チャンネルを通して換気されていないチャンバへ流れるようにな す段階を含み、これにおいて送出しチャンネルの液体の流れに対する抵抗が入口 チャンネルの液体の流れに対する抵抗よりも大きく、換気されていないチャンバ へ液体が流入するときに、該受入れチャンバから入口チャンネルを通して空気が 排出されるようになされている液体の導入方法。 12． 液体が遠心力で試料チャンバに導入される請求項１１の方法。 13． 液体を集合チャンバに導入する段階の前に、液体を液体に関連した細胞 質材料から分離する段階を更に含む請求項１１の方法。 14． 送出しチャンネルがサイフォンであり、ローターを回転させる段階がサ イフォンが液注入された状態になるようにローターの減速段階を含む請求項１１ の方法。