JPS6329214B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、制御下の液体流に対する液体移動装
置に関し、このような液体移動装置を含む水溶液
のイオン性試料の活性を測定するための装置なら
びに液体試験装置に関する。イオン性試料の活性
の測定により、その濃度の決定が可能である。イ
オン活性を測定するこのような装置は、ある生体
の疾病および異常の存在およびその原因を決定す
る臨床化学の分野における有効な定量分析手段で
ある。

ベルギー、フランス、ドイツ、オランダ、イタ
リー、スウエーデン、スイス、英国を指定したヨ
ーロツパ特許出願第793023383号、および特願昭
第54−138256号に対応する米国特許出願第956689
号は、制御下の液体流に対する液体移動装置につ
いて記載している。この装置は、２つの対向する
面と、この面間において液体の毛管流を有効に生
じ液体の移動のための領域を区画する距離だけ前
記二面を離す離間装置を含むものである。本装置
は液体の前記領域への導入することを許容する手
段を含んでいる。

前記移動領域内の液体の流れは好ましくない程
早くなり得ることが判明した。例えば、この装置
は、水溶液のイオン性試料の活性を測定する装置
に包含される場合がある。このような装置におい
ては、この移動装置は２つのイオン選択性電極間
にブリツジ（架橋）を与える。１つの接合点で相
互に接触し、かつ各々が各電極と接触する２種の
液体の導入のため２つの開口が設けられている。
この開口の１つに導入された液体の移動が早すぎ
る場合、他の液体の導入の前に前記液体が接触す
べきでない電極に達してしまうおそれがある。そ
の結果好ましからざる汚染が生じることになる。
この移動領域における液体の移動が早すぎると云
う好ましからざる問題は本発明によつて克服され
る。

本発明によれば、前記領域を流れる液体流を遅
らせるゲート装置を備えた液体移動装置が提供さ
れる。

その有利な点は、対向面の少くとも一方がその
少くとも一部を横切つて複数個の露出した溝を有
することである。この溝の提供により流動液体の
進行波頭を制御する長所が得られる。

前記ゲート装置は、液体の流れがある制限され
た速度で継続することを許容する寸法のゲート作
用を有する開口を含む。

ゲート装置は、前記二面を隔てる離間装置の少
くとも一部として作用する場合もある。このこと
は構造を簡単にすると云う長所を有する。

前記移動領域への液体の導入を許容する装置が
この領域における離れた場所に２種の液体を直接
導入するための２個の注入口を含む実施態様があ
る。このような実施態様においては、各々が前記
移動領域を横切つて延在し、かつ各々が１つのゲ
ート開口を有する２つの壁面を前記ゲート装置が
有している場合には有利である。

後者の場合には、２つの壁面は３つの区域を仕
切り、液体はこの区域の内第１と第３の区域に直
接導入可能である。第２の区域は第１と第３の区
域の間に位置し、このため２つの注入口間の径路
はゲート開口の双方を通過する。これにより、第
２の区域への両方の液体の流れが制限されると云
う利点がある。

本発明による液体試験装置は液体試験装置に内
蔵することができる。この場合、前記移動領域
は、少くとも一方が液体分析区域である２つの区
域を含んでいる。前記ゲート装置は２つの区域間
に配置される。

イオン選択性電極は前記液体分析区域と連通可
能である。

ある水溶液のイオン性試料の活性を測定するた
め、その各々が、接触する溶液中の試料の活性量
にその大きさが比例する電位を生じるよう構成さ
れた１対の固体電極を含み、かつ本発明による液
体移動装置を含む装置においては、液体移動装置
が２つの電極をブリツジする。前記電極は、液体
が移動領域に導入される各場所と相互に隣接する
位置に配置される。このゲート装置のゲート開口
は前記場所の間に配置されている。この装置は、
ある電極と接触すべき液体が第２の液体の注入の
遅れのために他の電極を汚染してしまいかねない
機会を回避すると云う利点を与える。

本発明の実施態様については、添付図面に関し
て例示的に以下に説明する。

以下に説明する各実施例は、特にISE試験法を
用いてイオン性試料を電位的に測定する装置にお
けるイオンブリツジに関するものである。しか
し、本発明は、液体を分布させるため２つの対向
表面間の毛管流に依存する液体移動装置であれば
どんな装置にでも適用し得るものである。

本発明の各実施例は、水溶液中に見出される一
般に電解質と呼ばれる種々のイオン性試料の活性
を測定することができる。この測定から、イオン
性試料の対応する濃度が基準化された関係を用い
て公知の方法より計算される。

以下に説明する各実施例では試験溶液として完
全血液か血清について詳述する。しかし、電解質
の水溶液であればどんなものでも同様に測定が可
能である。例えば、血漿、尿、および脊髄液でも
このような分析が可能である。

本発明の装置は、流れ制御ブリツジ３６により
間隔を空けた対をなす固体であることが望ましい
イオン選択性電極１４を載置した電気的に絶縁性
を有するフレーム１２を含んでいる。

米国特許第4053381号に記載の如く、各各の
ISEは第２図の隣接層１６〜２０からなる略々平
坦な多層要素である。第２図の液滴Ａ又はＢから
の血清がイオン選択性隔膜である層１６と接触を
行う時、血清のイオン性試料である選択イオンＺ
○±が下側の層１７〜１８に運ばれ、さもなければ
それに透過する。これ等の層１７〜１８において
は、このイオンの活性に比例する電位が生じる。
例えば、層１７は塩ZXを含む乾燥状態の親
水性結合剤とし得る。本例における層１８は導電
性を有する金属Mの塩Xであり、層１９は金
属M⁰で形成される。層１８は導電性を有する層
であるため、ウインド２２に於て層１９と接触す
るよう進入するプローブ２４を介して電位計２６
（第１図）により電位の検出ができる。一方が未
知であり他方が既知の濃度のＺ○±を有して基準と
されるものである如き２つの液体ＡとＢの２つの
異なるイオン活性により電位差があれば電位計に
電位差として記録される。この読みは次にイオン
性試料Ｚ○±の濃度の測定値に変換される。

ブリツジ３６が、液体を液滴Ａ，ＢからISE１
４へ、かつ相互に流れるよう指向させる手段を与
えるものとして使用される。（第２図）。このブリ
ツジは、電気回路が完成されてISEに生成された
電位が電位計２６上に表示されることを確実とす
る。ブリツジは、以下に述べる方法で間隔をおい
て配置された２つの部材３８と４０からなる。液
滴Ａ，ＢからISE１４への液体の流れは、部材３
８と４０における整合された対をなす円筒状に延
びる開口２７と２７′，２８と２８′によりそれぞ
れ案内される（第２図）。開口２７，２７′は部材
３８の外表面３９から内側に延長する。開口２
８，２８′は、液体が接触する各ISE１４の上方
にこれに接して配置されている。

適当な液滴デイスペンサを用いて、自由落下の
液滴としても又はプラツトフオームから付着され
る液滴としても供給できる。以下に述べる如く、
液滴は適正な接合部形成を確保するため同時に供
給されることが望ましい。

部材３８と４０は、その間に液体の毛管流を生
じるのに有効で所定の液体移動即ち液体の流れの
領域４１を形成する距離“Ｓ”（第２図）だけ対
向する内面を隔離させている。各面は円滑である
か、あるいは図示の如く、例えば鋸歯形状の露出
した溝４２，４４のパターンを有することができ
る。溝を用いる場合には、溝４４は少くとも開口
２８の周辺から少くとも開口２８′の周辺迄延在
し、かつ実質的に平行かつ直線状であることが望
ましい。溝４２は、正即ち零でない角度αで溝４
４に重なることが望ましい。更に、角度αは約
90゜であり、溝４２も又実質的に平行かつ直線状
であることが望ましい。図示の如く、溝４２，４
４と、この溝を仕切る突条４６，４８はそれぞれ
巾“ｗ”および厚さ“ｔ”を有し、この値は設計
上の選択に従つて変更できる。

距離“Ｓ”は、溝４２を有する面から溝４４を
有する面迄延長する４本のスタツド５０により維
持される。これ等のスタツドは、領域４１の全寸
法に比較して小さな断面径を有する。従つて、こ
のスタツドは領域４１内の流体の流れを大きく阻
害することはない。スタツド５０は、その場所に
おいて部材３８と４０の２つの対向面を一緒に超
音波溶接することにより形成され、外表面３９に
は凹部５１（第２図）が形成される。

このように、同時に滴下された液滴ＡとＢの液
体は開口２８，２８′に透過するのみでなく、領
域４１に２つの進行波頭を形成する。もし溝４２
と突条４６が直線状であれば、前記波頭も又直線
状となる。もし突条４６がブリツジ３６の全長に
わたつて平行であれば、波頭はぶつかる時、開口
２７と２７′の略中間に直線状の最小の巾の接合
部を形成する。

前述の直線状の平行な溝のパターンと異なるも
のも有効であるが、２種の液体間の接触部分はこ
の場合には更に巾が大くなり、おそらくは非直線
状となつて、その結果液体ＡとＢの混合度合が多
くなろう。

領域４１は３つの別個の区域Ｘ，Ｙ，Ｚ（第１
図）を有する。これ等区域の各々が液体の移動を
生じ、又単純な移動以上の液体の挙動が生じるこ
とが望ましい。こゝで用いた「挙動」とは、対向
面間の移動以外の作用の過程を示し、これは液体
に生じる化学的、物理的、あるいは電気的な性格
の作用、例えば、液体がその特定のイオン活性を
検出するISEと接触するよう流入する時に生じる
如き液体の分析過程であり得る。従つて、区域Ｘ
とＺは実質的には同じであつて、２種の液体が開
口２８，２８′（第２図）をそれぞれ流れてその
開口２８，２８′により領域４１と連通するISE
１４と接触する液体分析区域を構成する。しか
し、区域Ｙは、これが液滴ＡとＢからの液体の２
つの波頭の接合部の区域である点において異な
る。電気物理的現象であるイオン交換が生じて液
滴Ａ，Ｂおよび電位計２６とこの時接触するISE
１４によつて形成される電気回路を完成させるの
はこの接合部においてである。

次に、第３図および第４線について見れば、少
くとも区域ＸとＺ、および（又は）ＹとＺの間に
は、地域Ｘ又はＺから区域Ｙへの液体の毛管作用
による移動を遅延させる手段が設けられている。
本文における「遅延」なる表現は、流れの一時的
な停止および遅い速度の継続的な流れの両者を含
む一般的な条件を表わしている。いずれの場合も
ゲート開口の形態、およびゲートの「背後」にあ
つて対応する圧力ヘツドを形成する液体の体積の
関数である。もしゲート開口が適当な形態であれ
ば、液体の移動領域全体を充填することが可能な
以上の余分な液体でもこのゲート開口を越えて進
む液面を生じることはない。このような遅延手段
は、部材３８と４０の対向面からその間に一体に
延在する少くとも１つ、望ましくは２つの壁面６
０，６１として形成される。スタツド５０の場合
における如く、壁面６０，６１は距離“Ｓ”（第
４図）だけ対向面を離間させるよう機能すること
が望ましく、開口２７，２７′間の適当な位置に
この２つの壁面を一緒に超音波溶接することによ
り形成される。もし開口２７，２７′が第３図に
示す如く領域４１の長手方向に沿つて間隔をおい
て配置されるならば、各壁面６０又は６１は領域
４１の巾の大部分にわたり延在する。この壁面
は、超音波溶接パターンにより各壁面に形成され
たゲート開口６２を除いて全巾に渉り延在するこ
とが望ましい。この開口６２は、壁面６０と６１
の任意の位置に配置することが出来る。望ましい
場所は、図示の如く開口２７から開口２７′へ生
じるであろう液体の流路に直接設けられた壁面の
該当個所である。

壁面６０と６１の２つのゲート開口６２は、区
域ＸおよびＺ（第３図）における開口２７，２
７′に付与された２つの液滴からの液体の領域４
１における流れの速さを著しく低下するよう作用
する。従つて区域Ｙにおける点線６４で示される
２つの液滴からの液体間の接合部の形成は遅らさ
れる。このように、２つの液滴の一方からの液体
が、第２の液滴がその接近開口から外側に拡散す
る前に他方の開口へと急いで流れるような不都合
は殆んど生じない。又、液滴Ａからの液体は、液
滴Ｂからの液体が開口２７′から拡張する前に開
口２７から開口２８′へ迅速に進行する様にはな
らない様に制約をうける。しかし、開口２７，２
７′、又は開口２８，２８′から、あるいはその
各々のISE１４（第４図で仮想線で示す）への液
体の流れには変化がない。

第４図においては、対向面の一方のみが溝４２
を有するように示され、他方は７０で示す如く平
滑である。これは変化させたものである。あるい
は又、第２図に示す如く両方の面が溝を設けても
よく、あるいは両方が平坦であつてもよい。

ブリツジ部材、従つてゲート壁面はどんな材料
から形成されてもよいが、超音波溶接を施すこと
ができるプラスチツクから選択されることが望ま
しい。例としては、セルローストリアセテート等
のアセテート樹脂、ポリスチレン等が含まれる。

ゲート壁面６０，６１の形成のため超音波ホー
ンを使用することができる。このようなホーン
は、周知の如く、電気信号を高周波振動に変換す
るトランスジユーサにより駆動される。ブリツジ
３６と接触するホーンの先端部はゲート壁面に必
要な形状でなければならない。一般に、前記の材
料を使用する場合は、このような装置により60乃
至80ワツトの超音波エネルギを約40乃至50ミリ秒
間与えることができる。

壁面６０，６１が領域４１の巾を横切つてかな
りの範囲に延在するため、この壁面はスタツド５
０のみによる場合よりも部材３８，４０を更に平
坦な状態に維持するよう作用する。

液体の移動のための領域４１は空隙部であるこ
とが望ましい。空隙なる用語は、本文においては
他の固体又は液体が存在しない領域又はその全体
積の50％以下の量の他の固体又は液体しか含まな
いことを意味する。区域Ｘ，Ｙ又はＺには、個別
に繊維の量が液体の移動領域の全体積の50％以下
であることを前提として、液体の流動方向に延在
する繊維を含むことができる。

別の実施態様においては、第３図の区域Ｙは、
その製造工程の間、対向するゲート壁面６０と６
１の間および対向面４２と７０（第４図）の一方
又は両方に、1977年10月11日発行の米国特許第
4053381号に記載された種類の同位変態塩（equi
traasferent salt）のコーテイングを塗布するこ
とができる。この塩は、開口２７，２７′に付与
された２種の液体の存在下で再び溶解して、２種
の液体が区域Ｙにおいて合流する時形成する接合
点電位を抑制するよう作用する塩溶液を形成す
る。

区域ＸとＺは電位差を生じる液体分析区域とし
て示したが、他の条件においては他の種類の分析
区域、例えば、放射分析区域を用いることが明ら
かである。又、１つの化学反応又は多くの順次の
化学反応の１つを許容する区域の使用も可能であ
り、このような区域は例えば化学反応区域とその
上流側にある液体移動の区域との間に配置される
遅延手段により生じる如き時間的遅延を必要とす
る。更に又、この遅延手段により分離される２つ
の隣接区域は共に液体分析区域であつて、例えば
反応速度の決定における如く、その一方が他の区
域より先立つて分析を可能にする様にすることも
出来る。

第５図に部分的に示される実施態様において
は、ゲート壁面は液体移動区域の片側にゲート開
口が形成されている。前述のものと類似する各部
分は、接尾「ａ」を付した同じ照合番号を有す
る。ブリツジ３６ａは、前に述べた実施態様にお
けると同様、液体導入開口２７ａとブリツジの２
つの部材を分離するスタツド５０ａを有する。し
かし、壁面６０ａはブリツジの側部に配置された
開口６０ａが形成される。このような構成におい
ては、液体は矢印７２に従つて流れる。ゲート開
口のこのような配置も又、領域４１ａを２種の液
体で充填してその間に接触部（図示せず）を与え
る様にする。

ゲート開口は、ゲートが存在しない場合に生じ
る速度よりも小さな制限された速度でゲート壁面
を液体が流過することを許容する形態である限
り、どんな形状および寸法でもよい。第６図に部
分的に示された実施態様においては、前述の部分
と類似の部分は、識別のための接尾「ｂ」を付し
た同じ照合番号を付す。第６図において、ブリツ
ジ３６ｂの壁面６０ｂにおけるゲート開口６２ｂ
は円形である。

開口の望ましい巾、開口６２ｂの場合は開口の
直径は約0.2乃至１mmである。

第７図に示される実施態様においては、ゲート
壁面はブリツジの側部を完全に閉鎖するよう拡張
されている。前述のものと類似する各部は、識別
のための接尾「ｃ」を付した同じ照合番号を有す
る。このように、ブリツジ３６ｃは、開口２７
ｃ，２７c′の間、および区域Xc，YcとZc，Ycの
間にそれぞれ配置されたゲート壁面６０ｃと６１
ｃが設けられる。これ等の壁面は一体に接合し、
ブリツジの側部８０全体に沿つて部材３８ｃと４
０ｃを隔てる。開口２７ｃと２７c′間の流動速度
の制限を可能にするため、壁面６０ｃと６１ｃの
中心部には開口６２ｃが設けられている。

【図面の簡単な説明】

第１図はISE試験装置を示す斜視図；第２図は
第１図の線−に関する断面図；第３図は本発
明により構成されたISE試験装置のイオンブリツ
ジ部材を示す平面図；第４図は第３図の線−
に関する縦断面図；第５図は別の実施態様を示す
第３図と類似の部分平面図；第６図は本発明の更
に別の実施態様を示す第４図と類似の部分断面
図；第７図は更に他の実施態様を示す第３図と類
似の平面図である。 １２……絶縁フレーム、１４……イオン選択性
電極、１６〜１９……層、２２……ウインド、２
４……プローブ、２６……電位差計、２７，２
７′，２８，２８′……開口、３６……ブリツジ、
３８，４０……部材、４１……領域、４２，４４
……溝、４６，４８……突条、５０……スタツ
ド、６０，６１……壁面、６２……ゲート開口、
Ｘ，Ｙ，Ｚ……区域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２つの対向する面と、これら２つの対向する
   面を離間させ、該２つの面の間に毛管現象によつ
   て液体を移動させる領域を画成する離間手段と、
   前記領域へ液体を導入する導入手段とを具備して
   なる制御された液体の流れのための液体移動装置
   において、前記領域を流れる液体の流れを遅らせ
   るゲート手段とを具備することを特徴とする液体
   移動装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の液体移動装置の
   おいて、前記２つの対向する面の少なくとも一方
   がその少なくとも一部にわたり複数の露出した溝
   を有することを特徴とする液体移動装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の液体移動装置に
   おいて、前記ゲート手段が、制限された速度で連
   続して液体を通過させる寸法のゲート開口を有す
   ることを特徴とする液体移動装置。 ４ 特許請求の範囲第３項記載の液体移動装置に
   おいて、前記ゲート手段は前記離間手段の少なく
   とも一部として作用することを特徴とする液体移
   動装置。 ５ 特許請求の範囲第３項若しくは第４項いずれ
   か記載の液体移動装置において、前記領域へ液体
   を導入する導入手段が、前記領域内の離間した２
   つの場所に、２種の液体を別個に導入する２つの
   導入開口を有し、かつ前記ゲート手段が、前記領
   域を横切つて延在すると共に各々にゲート開口が
   形成された２つの壁部を有することを特徴とする
   液体移動装置。 ６ 特許請求の範囲第５項記載の液体移動装置に
   おいて、前記壁部が第１の区域、第３の区域及び
   これら第１の区域と第３の区域の間に位置する第
   ２の区域の３つの区域を画成すると共に、前記２
   種の液体は各々前記第１及び第３の区域に個別に
   導入可能であり、これによつて前記２つの導入開
   口の間の液体の流路が前記ゲート開口の双方を通
   して延在していることを特徴とする液体移動装
   置。 ７ 液体試験装置に用いられる特許請求の範囲第
   １項記載の液体移動装置において、前記領域が少
   なくとも２つの区域を有し、この２つの区域のう
   ち少なくとも１つは液体分析区域であり、かつ前
   記ゲート手段が前記２つの区域の間に位置するこ
   とを特徴とする液体移動装置。 ８ 特許請求の範囲第７項記載の液体移動装置に
   おいて、前記液体分析区域が前記液体試験装置の
   イオン選択性電極と流体連通することを特徴とす
   る液体移動装置。 ９ 接触する溶液中のイオン性試料の量に対し大
   きさが比例する電位を生じるようにそれぞれ構成
   された１対の固体電極を有する、水溶性のイオン
   性試料の活性を測定する装置に用いられる特許請
   求の範囲第５項若しくは第６項いずれか記載の液
   体移動装置において、前記電極をブリツジし、か
   つ前記２つの導入開口が各々前記１対の電極の近
   傍に位置し、さらに前記２つの導入開口の間に前
   記ゲート手段のゲート開口が位置していることを
   特徴とする液体移動装置。