JPWO2006038682A1

JPWO2006038682A1 - 固液分離・測定構造体及び固液分離・測定方法

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Publication number: JPWO2006038682A1
Application number: JP2006539337A
Authority: JP
Inventors: 実関; 伸周浦壁; 真澄山田
Original assignee: Advance KK
Current assignee: Advance KK
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP4368383B2; WO2006038682A1

Abstract

血液又はその他の固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための固液分離・測定構造体であって、回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、前記基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、前記貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させるためのものであって、前記貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている移動流路と、前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるためのものであって、前記移動流路の遠心側に設置された濃縮沈殿部と、前記濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するためのものであって、規定の容積を有する定量部とを含んでなることを特徴とする固液分離・測定構造体とその使用方法。

Description

本発明は、血液やその他の固液混合物を固形成分と液体成分に簡易に分離し、測定するための構造体と、そのような固液混合物を分離し、測定する方法に関する。本発明はまた、血液の分析に用いられる血液成分分析チップに関する。

固液混合物を固形成分と液体成分に分離するため、いろいろな手法が用いられている。固液混合物の分離のために一般的に用いられている方法は、遠心力を利用した遠心分離法である。しかし、通常の遠心分離法は、分離時間が長く、また、固液分離後の後処理が必要であるので、連続的な処理ができない。そのため、汚染等の問題が発生する恐れがある。
例えば特表平５−５０８７０９号公報は、固液分離手法を用いた、分析用回転装置及び生物学的流体の分析方法を記載している。この分析装置は、円板（ロータ）の回転によって生じた遠心力により、血液を血球と血漿に分離して、それぞれを分析するものである。しかし、このような分析装置では、血球の分離部に、血液を一時的に全部収容するための空間が必要であるため、比較的大きな空間を形成せざるを得ず、したがって、ロータの厚みを確保するか、さもなければロータの表面積を大きくする等の対策を施さなければならない。さらに、血球の分離部に一時的に全部の血液を収容した後、分離後の血球を取り出すためには、遠心力以外の力が必要であるので、血球取り出しのための追加の構成が必要であり、装置の構造及び取り扱いが複雑となり、製造コストの増加も避けられない。

本発明の目的は、血液やその他の固液混合物の分離及び測定における上述のような従来の技術の問題点を解決して、簡易に高速で安価に連続的に固形成分と液体成分とを分離し、同時に、反応や測定が連続的にでき、しかも汚染等の問題を防止できる、改良された固液分離・測定装置及び固液分離・測定方法を提供することにある。
本発明の目的は、また、より操作が簡単な分析チップの形をした固液分離・測定装置、とりわけ血液成分分析チップを提供することにある。
本発明は、その１つの面において、固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための固液分離・測定構造体であって、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、
前記基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、
前記貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させるためのものであって、前記貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている移動流路と、
前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるためのものであって、前記移動流路の遠心側に設置された濃縮沈殿部と、
前記濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するためのものであって、規定の容積を有する定量部と
を含んでなることを特徴とする固液分離・測定構造体にある。
また、本発明は、そのもう１つの面において、固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための方法であって、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板の貯留部に注入した固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部に移動させ、
前記濃縮沈殿部において前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させ、
前記濃縮沈殿部において分離された液体成分を遠心力で制御しながら定量部に移動させ、
前記定量部に注入された液体成分を定量すること
を含んでなることを特徴とする固液分離・測定方法にある。
さらに、本発明は、そのもう１つの面において、回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、前記基板のほぼ中心に配置された血液注入部と、前記血液注入部に接続された渦巻き状の分配流路と、前記分配流路の外周方向に血球を分離収容するために設けられた複数個の血球収容部と、前記血球収容部に収容されずに残った血液成分を定量的に貯留し内部の試薬と反応させて発色させる試薬反応部とを含んでなることを特徴とする血液成分分析チップにある。
以下の詳細な説明から理解できるように、本発明は、固液混合物の固形成分と液体成分を、汚染等の問題を防止するために連続的に分離し、さらに続けて、分離した液体成分を定量後、連続して簡易に、高速でかつ安価に測定等を行うことを最も主要な特徴とする。
本発明の実施において用いられる固液混合物は、特に限定されるものではなく、分離されるべき固形成分と液体成分とを含む任意の混合物であることができる。有用な固液混合物は、例えば、生体成分を含む液体、例えば、血液や細胞等の破砕溶液、その他である。また、固液混合物は、例えば廃液などの粒子と液体との混合溶液、食品、医薬品などであってもよい。固液混合物の典型例は、血液である。血液を、血球と血漿とに分離してそれぞれの成分を分析し、分析結果を健康診断、臨床医学などに利用できるからである。例えば、分析結果を、血液の生化学検査や免疫検査、がんの診断や感染症の診断等に有利に利用することができる。
本発明によれば、固液混合物を固液分離・測定構造体の注入口に注入し遠心分離するだけで、その固液混合物を固形成分と液体成分とに高速に簡易かつ安価に分離できるという利点や、さらに加えて、連続して液体成分の測定ができるという利点がある。特に、本発明は、基板として使用される円板の回転数の調整をしなくても分離が行えるという点で有益である。

図１Ａは、本発明による固液分離・測定構造体の好ましい１形態を示した平面図であり、
図１Ｂは、図１Ａに示した固液分離・測定構造体のロータ基板と組み合わせて使用される蓋体の平面図であり、
図２は、図１Ａに示した固液分離・測定構造体において遠心力により固形成分を濃縮沈殿し分離するメカニズムを示した断面図であり、
図３は、図１Ａに示した固液分離・測定構造体において、移動流路の傾斜角度や断面積の変化によって、固液混合物の移動速度を制御するメカニズムを説明した説明図であり、
図４は、図１Ａに示した固液分離・測定構造体において、濃縮沈殿部において分離した液体成分を遠心力により定量部に注入するメカニズムを説明した説明図であり、
図５は、図４に示した固液分離・測定構造体の線分Ｘ−Ｘ’にそった断面図であり、
図６Ａは、図１Ａに示した固液分離・測定構造体における動作の第１段階を示した平面図であり、
図６Ｂは、図１Ａに示した固液分離・測定構造体における動作の第２段階を示した平面図であり、
図７Ａは、図１Ａに示した固液分離・測定構造体における動作の第３段階を示した平面図であり、そして
図７Ｂは、図１Ａに示した固液分離・測定構造体における動作の第４段階を示した平面図である。

本発明による固液分離・測定構造体、固液分離・測定方法及び血液成分分析チップは、それぞれ、いろいろな形態で有利に実施することができる。
本発明による固液分離・測定構造体、すなわち、固液分離・測定装置は、上記したように、ロータ構造をもった基板と、基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させる移動流路と、固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるための濃縮沈殿部と、濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するための定量部とをもって構成される。
ロータ構造をもった基板は、好ましくは、回転可能な円板からなる。円板は、いろいろな材料から形成することができるけれども、軽量で、加工性のよい材料から有利に形成することができる。基板に適当な材料は、以下に列挙するものに限定されるわけではないが、例えばＰＤＭＳ、ポリスチレン、ＰＭＭＡ、ポリアクリルなどのプラスチック材料を包含する。また、基板は、可能な限り小さいサイズで形成することができ、その直径は、通常、約１０〜４０ｍｍであり、好ましくは、約２０〜３５ｍｍである。基板の厚さは、広い範囲で変更することができるが、貯留部、移動流路、濃縮沈殿部、定量部及びその他の必要な機能部を加工するのに十分な厚さを有することが好ましい。基板の厚さは、通常、約２〜１０ｍｍであり、好ましくは、約３〜５ｍｍである。
本発明の固液分離・測定構造体において、ロータの回転数は、通常、数百〜数万ｒｐｍの範囲であり、好ましくは４０００〜６０００ｒｐｍの範囲である。ロータの回転数は、流路の太さ等に応じて適宜選択することができる。
また、基板は、好ましくは、その上面をカバー（蓋体）で覆って用いられる。蓋体は、基板にあわせて、基板と同様な材料からかつ同様なサイズで形成することができる。例えば、蓋体は、基板と同様に、ＰＤＭＳなどのプラスチック材料から、例えば直径３０ｍｍ位、厚み３ｍｍ位で形成することができる。
回転可能な基板には、以下に詳細に説明するように、その上部表面に貯留部、移動流路、濃縮沈殿部、定量部及びその他の必要な機能部が作り込まれている。これらの機能部は、プラスチック部品の加工に一般的に用いられている技法、例えばエッチング、切削加工などを使用して有利に加工することができる。
回転可能な基板において、そのほぼ中央には固液混合物の貯留部（貯留室）が形成される。また、基板と組み合わせて用いられる蓋体では、貯留部に固液混合物を注入するため、その貯留部に対応する位置に固液混合物のための注入口が備わっている。
固液混合物の貯留部は、それに注入された固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部（濃縮沈殿室）に移動させるため、移動流路を備えている。貯留部から導出されるこの移動流路は、固液混合物を案内するための遠心力を得るため、貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている。また、移動流路は、好ましくは、その傾斜角度及び断面積を前記固液混合物の移動速度に応じて調整可能である。
固液混合物の移動流路は、固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるため、濃縮沈殿部（濃縮沈殿室）に接続される。また、遠心力による濃縮沈殿を実現するため、濃縮沈殿部は、移動流路の遠心側に設置される。濃縮沈殿部は、いろいろな形態で形成することができるが、凸形状の部屋の形態で形成し、かつ固液混合物が移動する移動流路に対して遠心側に設置することが好ましい。特に、複数個の濃縮沈殿部を並べて配置し、固液混合物を移動流路を移動させながら、それぞれの濃縮沈殿部において順次、固形成分を連続的に濃縮沈殿させることが好ましい。
濃縮沈殿部の後段には、濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するため、規定の容積を有する定量部（定量室）が配置されている。定量部は、もっぱら定量機能のみを奏するものであってもよいが、本発明の固液分離・測定構造体の機能をさらに高めるため、追加の機能を付加させることが好ましい。例えば、定量部は、該領域において分離定量した液体成分をさらに続けて測定する機構を組み込んだ定量測定部であることが好ましい。例えば定量測定部は、分離定量した液体成分と反応可能な試薬やその他の試薬をさらに有することが好ましい。ここで使用する試薬は、液体あるいは固体のいずれであってもよい。また、定量部あるいは定量測定部に対する液体成分の注入は、いろいろな方法で行うことができるが、他の処理工程と同様に、遠心力を利用して実施するのが有利である。さらに、定量部あるいは定量測定部は、それに対する液体成分の注入を補助するため、その上部に設けられた近心方向のエアー抜き機構をさらに有していることが好ましい。液体成分の注入が、エアー抜きの結果として促進されるからである。
さらに、本発明の固液分離・測定構造体は、渦巻き状の分配流路と、その外周方向に設けられた複数個の粒子収容部とを備える構成を有することが好ましい。
本発明の固液分離・測定構造体は、渦巻き状に形成された固液混合物の移動流路の外周方向に複数個の固体成分収容領域を接続する構成であればよく、移動流路の遠心側に凸形状の固形成分の濃縮沈殿部屋を複数個設置することにより、固液混合物から連続的に固形成分を分離し、液体成分のみを更に同一構造体内で移動させて反応・測定させることができ、よって、汚染等の恐れがない、簡易な高速で安価な分離構造体を実現できる。
また、本発明の固液分離・測定構造体は、固液の分離を一定の遠心力によって行うロータ構造を具備したものであるが、固液の分離機能に加えて、その他の機能を任意に付加することができる。例えば、固液分離・測定構造体の任意の位置に、液体成分分析を行う構成を付加したり、固体成分の分析を行うための構成を付加したりしてもよい。ここで、固体成分分析とは、例えば固液混合物として血液を用いる場合、血球、血餅等の変形性を分析することや、遠心分離して得られた血球を、別途設けた障害物をもつ流路に流すことにより、流れの状態から血球の弾性を計測することが挙げられる。なお、固液混合物に関しては、特に血液等の生体成分に限らず、廃液、食品、医薬品等の様々な固液混合物も、同様に有利に分離し測定することができる。
本発明による固液分離・測定構造体は、好ましくは、小型かつコンパクトに形成することができる。本発明の固液分離・測定構造体は、さらに好ましくは、チップの形態で形成することができる。チップの形態をもった固液分離・測定構造体の典型例は、回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、前記基板のほぼ中心に配置された血液注入部と、前記血液注入部に接続された渦巻き状の分配流路と、前記分配流路の外周方向に血球を分離収容するために設けられた複数個の血球収容部と、前記血球収容部に収容されずに残った血液成分を定量的に貯留し内部の試薬と反応させて発色させる試薬反応部とを含んでなることを特徴とする血液成分分析チップである。
本発明は、さらに、上記したような固液分離・測定構造体を使用した固液分離・測定方法にある。本発明方法は、いろいろな態様で有利に実施することができるが、好ましくは、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板の貯留部に注入した固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部に移動させる工程、
前記濃縮沈殿部において前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させる工程、
前記濃縮沈殿部において分離された液体成分を遠心力で制御しながら、規定の容積の定量部に移動させる工程、そして
前記定量部に注入された液体成分を定量する工程、
で実施することができる。
本発明の固液分離・測定方法において、固液混合物を遠心力で移動させる工程とは、例えば、固液分離・測定構造体の中心付近に設置された固液混合物の注入口から、目的に応じた傾斜角度で遠心方向に設置された移動流路に対して、固液混合物を遠心力で移動させることである。
また、固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させる工程とは、例えば、移動流路の遠心側に凸形状の部屋を設置して、遠心力で固形成分を濃縮沈殿させることである。
さらに、濃縮沈殿部で分離された液体成分を、遠心力で制御しながら、移動させる工程とは、例えば、移動流路の遠心方向への傾斜角度や移動流路の断面積を変化させることで、固液混合物の移動速度を制御しながら、液体成分を移動させることである。
さらにまた、移動させた液体成分を規定の容積の部屋に注入し、さらにそれを定量する工程とは、例えば、固形成分を分離した液体成分を遠心方向に設置した規定した容積の部屋に遠心力で満杯に注入し、すり切る構造にした後、定量することである。
また、本発明方法では、好ましくは定量反応室である定量部に液体成分を注入するためにエアー抜きをすることが好ましいが、このエアー抜き工程とは、例えば、定量部の上部に近心側に向けて設けたエアー抜き機構を使用して、エアー抜きをすることである。
さらに、本発明方法では、分離定量した液体成分をさらに測定することが好ましいが、この測定工程とは、例えば、血液の場合では、好ましくは定量反応室である定量部内に予め試薬を注入しておき、注入した液体成分（血漿成分）と反応させることによりその反応度合いを測定することである。

引き続いて、本発明をその実施例を参照して説明する。なお、下記の実施例では固液混合物として血液を参照して説明するが、本発明は、血液以外の固液混合物においても良好な結果をもたらすことができる。
実施例１
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明による固液分離・測定構造体の１実施例を示したものである。図では、中央付近に滴下した固液混合物を遠心方向に順次移動させながら固形成分を濃縮沈殿させて、液体成分のみを定量反応室に注入して反応・測定する連続した構造を示している。本例では、固液混合物として血液を用いた例を参照して説明する。
図１Ａは、本発明の固液分離・測定構造体を構成するロータ基板１を示し、また、図１Ｂは、ロータ基板１の上に被せて使用される蓋体２を示す。ロータ基板１及び蓋体２は、それぞれ、例えばＰＤＭＳ、ポリスチレン、ＰＭＭＡ、ポリアクリル等のプラスチック材料よりなり、全体の大きさは、直径３０ｍｍ位、厚み３ｍｍ位である。ロータ基板１と蓋体２は、ロータ基板１の貯留部１１と蓋体２の固液混合物用注入口２８が、そしてロータ基板１の定量反応室２３と蓋体２の脱気用接続口２５とが、それぞれ重なりかつ連通するように、接着剤などで貼り合わされる。
さらに詳しく説明すると、ロータ基板１において、貯留部１１は、固液混合物を注入し、一時的に固液混合物を貯留するための小室である。貯留部１１は、第１環状流路１２に連通しているが、第１環状流路１２は、貯留部１１からの固液混合物を、移動速度を制御しながら、第１の固形成分濃縮沈殿部１３に移動させるためのものである。第１の固形成分濃縮沈殿部１３は、複数段（図示の例では、３段）で設置された固形成分濃縮沈殿部の１段目の濃縮沈殿部を示している。固形成分濃縮沈殿部１３は、好ましくは一度収容された血球が再び流路に戻らないように段差が設けられており、環状流路よりも深くなっている。
第１環状流路１２は、その第１環状流路１２と第２環状流路１５を連結する第１連結流路１４に接続されている。ここで、第２環状流路１５は、固形成分を分離した液体成分を定量・反応・測定流路に速度を制御して移動させるものである。第２環状流路１５は、その外周方向に第２の固形成分濃縮沈殿部１６を有している。第２の固形成分濃縮沈殿部１６は、複数段で設置された固形成分濃縮沈殿部の２段目の濃縮沈殿部を示している。なお、本例の場合、固形成分濃縮沈殿部１６の合計数は１３４個であり、よって、その総容積は、（１０００×１５００×７０）μｍ×１３４＝１４．０７μＬである。
第２環状流路１５は、その第２環状流路１５と第３環状流路１８を連結する第２連結流路１７に接続されている。ここで、第３環状流路１８は、固液混合物を移動速度を制御しながら移動させるものである。第３環状流路１８は、その外周方向に第３の固形成分濃縮沈殿部１９を有している。第３の固形成分濃縮沈殿部１９は、複数段で設置された固形成分濃縮沈殿部の３段目の濃縮沈殿部を示している。
第３環状流路１８は、第３連結流路２０を介して分配流路２１に連結されている。分配流路２１は、図示されるように、それぞれ外周方向に張り出して形成された供給流路２２と接続している。供給流路２２は、定量反応室２３に液体成分を注入するものであり、定量反応室２３は、定量、反応及び測定の機能をもった小室である。なお、本例の場合、定量反応室２３の合計数は１２個であり、よって、その総容積は、（３１４×０．５×０．５×１．５）μｍ×１２＝１４．１３μＬである。
定量反応室２３内には、検査用の固体乃至液体の試薬が予め封入されており、血漿により溶解されて発色反応を生じることができる。また、定量反応室２３の上部及び下部、必要により側面は、好ましくは透光性部材により形成される。このように構成することによって、外部からの検査光を透過すると共に反射、透過した光を外部へ取り出すために必要な光透過性を確保することができ、光学的測定を容易にかつ正確に実施することができる。
図１Ｂに示した蓋体２の具体的構成は、以下に図４及び図５を参照して本発明の固液分離・測定構造体を説明する際、同一の参照番号を付して説明することとする。
次に、図１Ａで示した固液分離・測定構造体の動作を図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ及び図７Ｂを参照して詳細に説明する。
まず、図６Ａに示すように、ロータ基板１に蓋体２を貼着した後、得られたロータの貯留部１１に血液Ｂ１を注入する。貯留部１１に血液Ｂ１を一時的に貯留したまま、ロータを回転装置（図示せず）に装着する。
次いで、数千ｒｐｍ程度の回転数でロータを回転させる。血液Ｂ１は、ロータの回転による遠心力により、第１環状流路１２を流れはじめ、第１の固形成分濃縮沈殿部１３に次々に流入していく。固形成分濃縮沈殿部１３に流入した血液Ｂ１はさらに、図６Ｂに示すように、ロータの回転による遠心力で、比重の大きい血球Ｂ２が外周方向に順次蓄積されていく。
血液Ｂ１の流入が早い順に血球Ｂ２が固形成分濃縮沈殿部１３の外周方向へ蓄積していくことから、図６Ｂに示すように、血球Ｂ２が、貯留部１１側から固形成分濃縮沈殿部１３内を十分に埋めていき、また、したがって、血液Ｂ３（血球Ｂ２が徐々に減少）が、血液の進行方向へ順番に押し出されていくような状態となる。
その後、血液Ｂ３は、第１環状流路１２から第１連結流路１４を通って第２環状流路１５を流れていく。よって、上記した第１の固形成分濃縮沈殿部１３の場合と同様に、比重の大きい血球Ｂ２が、第２の固形成分濃縮沈殿部１６の外周方向に順次蓄積されていく。
その後さらに、血液Ｂ３は、第２環状流路１５から第２連結流路１７を通って第３環状流路１８を流れていく。第３環状流路１８を流れる血液Ｂ３は、それに含まれる血球Ｂ２が第３の固形成分濃縮沈殿部１９に次第に蓄積されるため、血漿Ｂ４のみとなる。したがって、第３環状流路１８を出て最終的に第３連結流路２０を流れる液体は、血漿Ｂ４となっている。
第３連結流路２０を経て分配流路２１に到達した血漿Ｂ４は、図７Ａに示すように、供給流路２２に順次供給され、充填されていき、最後に、排出部２４へ到達する。なお、図示していないが、排出部２４には、外部容器の他、ロータ上に廃液貯留部を設けてもよい。
また、分配流路２１を通過した血漿Ｂ４は、図７Ｂに示すように、それぞれの供給流路２２を介して反応定量室２３に供給される。ここで、反応定量室２３には血漿と反応して発色反応を呈しうる試薬がすでに収容されているので、反応定量室２３内の血漿Ｂ５と試薬が発色反応し、外部より、光学的手段（図示せず）を用いて吸光度を計測できる。
以上のように、本例では、血液から血球を分離する際、ロータに対して単に一定の回転数を与えていれば、血漿が得られることから、駆動系を簡素化可能とすることができる。
図２は、上記したような本発明の１実施例で、固液混合物すなわち流体（血液）から固形成分（血球）が濃縮沈殿していく仕組みを示したもので、遠心力により固形成分が順次濃縮沈殿していくステップをより具体的に示している。理解されるように、図２は、図１Ａの第１段目の第１環状流路１２と第１の固形成分濃縮沈殿部１３を含む部分を拡大して示したものである。
図示の固液分離・測定構造体において、ロータが回転すると、第１環状流路１２上の血液Ｂ１は、各固形成分濃縮沈殿部１３に流れ込み、その中で比重の大きい粒子Ｂ２が、外周方向に高密度で蓄積されていく。粒子Ｂ２が高密度で蓄積されていくため、粒子が減少した液体Ｂ３は、固形成分濃縮沈殿部１３から順に押し出され、図中の「固液混合物の移動方向」（矢印参照）へ移動していく。初めの固形成分濃縮沈殿部１３で外周方向へ蓄積されないものは、次の固形成分濃縮沈殿部１３に流れ込み、この部分で外周方向へ蓄積される。また、この固形成分濃縮沈殿部１３で蓄積されない場合は、さらに次の固形成分濃縮沈殿部に流れ込み、この部分で外周方向に蓄積される。
このように、本発明によれば、流体（血液）中の固体粒子（血球）は、多数の固形成分濃縮沈殿部１３の配列によって、最終的に蓄積され、粒子を含まない流体（例えば血漿、血清）が分離される。なお、図示の固形成分濃縮沈殿部１３は、それぞれ凸形状の部屋からなるが、図示のように角型である必要はなく、凸形状であれば如何なる形状であってもよい。例えば、固形成分濃縮沈殿部１３は、楕円形、円形等の部屋であってもよい。
実施例２
本例は、図１Ａで示した固液分離・測定構造体において、移動流路の傾斜角度や断面積の変化によって、固液混合物の移動速度を制御するメカニズムを説明するためのものである。以下、固形成分濃縮沈殿部の容積を血液量によって調整した固液混合物の移動・分離構造図を示す図３を参照して説明する。
図３は、第２環状流路１５から第３環状流路１８に血液が移動する経路を示しており、図中の参照番号は、それぞれ、図１Ａの参照番号に対応している。すなわち、血液が第２環状流路１５を移動する間、血液の固形成分（血球）は、第２の固形成分濃縮沈殿部１６に遠心力により次第に沈殿分離していく。また、第２環状流路１５と第３環状流路１８を連絡する第２連結流路１７は、この遠心方向に設置された流路の傾斜角度や断面積の大きさによって、血漿に近い血液に対して第３環状流路１８への移動速度を制御可能である。そして、第３環状流路１８は、未分離の固形成分をさらに濃縮沈殿させて分離していく。
第３の固形成分濃縮沈殿部１９は、血液の進行方向に従って容積が小さくなるような構成を有する。これは、本例が、血球を収容する固形成分濃縮沈殿部を複数配列して、順次血球を収容していく構成であるため、最後のいわゆる第３環状流路１８では、血球数が少なくなっており、固形成分濃縮沈殿部１９が大きいと、残留する血漿が多くなってしまい無駄が生じる場合があるからである。
また、第３の固形成分濃縮沈殿部１９を有する第３環状流路１８は、血液量に応じて容積を調整した固形成分濃縮沈殿部を複数段階設置することが好ましい。固形成分の混入比率が減少して、固形成分の濃縮沈殿部屋に液体成分が残存するといった問題も出てくるが、予めの計算により濃縮沈殿部屋のサイズを固形成分量に合わせて小さくしていけば、より多くの液体成分を分離することができる場合もある。
実施例３
本例は、試薬反応を行う反応定量室におけるエアー抜き（脱気）のメカニズムを説明するためのものである。以下、図４及び図５を参照して本例を説明する。
図４は、分離された液体成分を遠心力によって、定量反応室に注入し、同時にエアー抜きをする構造を示し、図１Ｂで全体を示す蓋体２とおおよそ同じ構成を有している。図５は、図４の線分Ｘ−Ｘ’にそった断面図である。
図示の例において、最終の分配流路２１に連通した第３連結流路２０には、粒子が分離した後の液状体が流れてくる。分配流路２１は、液体成分の定量・測定流路に繋ぐ流路の構造を有している。分配流路２１は、その傾斜角度や断面積の大きさを調整することによって、定量・測定用の供給流路２２への液体成分の移動速度を制御する構造を示している。また、液体成分の定量・測定用の供給流路２２は、遠心力により順次液体成分が定量反応室２３に注入する構造を有している。
定量反応室２３は、脱気用接続口２５を有している。脱気用接続口２５と、定量反応室２３からエアーを抜き出すための脱気口２７と接続流路２６とは、図示のように、連通関係を有している。脱気口２７は、近心方向に設置されている。
ここで図１Ｂを参照すると、蓋体２は、その表裏を貫通した固液混合物用注入口２８を有している。注入口２８は、蓋体２を図１Ａで示す基板１に貼着する際、貯留部１１の部位と一致するように構成されている。
これらの流路を備えたロータは、図１Ｂで示す蓋体２と図１Ａで示す基板１の組み合わせよりなるが、基板１は、図示される通り、第１基板１１と第２基板１２の接合体から形成される。このような構成を採用することで、ロータ内における流路の立体化を図ることができる。
図示のロータ構造から理解できるように、本例の場合、固形成分の分離後に、遠心操作を停止することなく連続して液体成分の定量・測定が行うことができる。また、図５から理解されるように、液体成分が遠心力により定量反応室に注入されるとき、同時にエアー抜き構造が機能するので、定量反応室が満杯になり、エアー抜き通路の開口位置で液体成分の量が決まり、つり合いをとることできる。

本発明の固液分離・測定構造体及び固液分離・測定方法は、固液混合物を固液分離・測定構造体に滴下し、遠心分離するだけで固形成分と液体成分を分離し、かつ定量、反応及び測定を同時に実施できる。例えば、固液混合物が血液の場合では、微量な血液を滴下するだけで、血液の生化学検査や免疫検査、がんの診断や感染症の診断等が連続した操作で行なえ、緊急時の検査、ベットサイドでの検査、在宅での検査等に適している。簡易に、高速で、安価に使用できる本発明の構造体及び方法は、したがって、産業上で利用可能性が非常に大である。

Claims

固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための固液分離・測定構造体であって、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、
前記基板のほぼ中央に形成された固液混合物の貯留部と、
前記貯留部に注入された固液混合物を遠心力で移動させるためのものであって、前記貯留部から傾斜角度で遠心方向に展開されている移動流路と、
前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させるためのものであって、前記移動流路の遠心側に設置された濃縮沈殿部と、
前記濃縮沈殿部において固形成分から分離された液体成分を定量するためのものであって、規定の容積を有する定量部と
を含んでなることを特徴とする固液分離・測定構造体。
前記定量部が、分離定量した液体成分を測定する機構を組み込んだ定量測定部であることを特徴とする請求項１に記載の固液分離・測定構造体。
前記定量部が、分離定量した液体成分と反応可能な試薬をさらに有していることを特徴とする請求項２に記載の固液分離・測定構造体。
前記濃縮沈殿部が、固液混合物が移動する前記移動流路に対して遠心側に設置された凸形状の部屋からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造体。
複数個の前記濃縮沈殿部が並置されており、前記固液混合物を前記移動流路を移動させながら、それぞれの濃縮沈殿部において順次、固形成分を連続的に濃縮沈殿させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造体。
前記移動流路において、その傾斜角度及び断面積を前記固液混合物の移動速度に応じて調整可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造物。
前記液体成分を前記定量部に遠心力で注入することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造物。
前記定量部が、その上部において近心方向のエアー抜き機構をさらに有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造体。
渦巻き状の分配流路と、その外周方向に設けられた複数個の粒子収容部とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造物。
前記固液混合物が、生体成分を含む溶液、廃液、食品又は医薬品であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造物。
前記生体成分を含む溶液が、血液又は細胞等の破砕溶液であることを特徴とする請求項１０に記載の固液分離・測定構造物。
固液混合物を固形成分と液体成分に分離し、測定するための方法であって、
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板の貯留部に注入した固液混合物を遠心力で濃縮沈殿部に移動させ、
前記濃縮沈殿部において前記固液混合物中の固形成分を遠心力で濃縮沈殿させ、
前記濃縮沈殿部において分離された液体成分を遠心力で制御しながら定量部に移動させ、
前記定量部に注入された液体成分を定量すること
を含んでなることを特徴とする固液分離・測定方法。
前記定量部において、分離定量した液体成分をさらに、該液体成分と反応可能な試薬を用いて測定することを特徴とする請求項１２に記載の固液分離・測定方法。
前記濃縮沈殿部が、固液混合物が移動する前記移動流路に対して遠心側に設置された凸形状の部屋からなることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の固液分離・測定方法。
複数個の前記濃縮沈殿部が並置されており、前記固液混合物を前記移動流路を移動させながら、それぞれの濃縮沈殿部において順次、固形成分を連続的に濃縮沈殿させることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の固液分離・測定方法。
前記移動流路において、その傾斜角度及び断面積を前記固液混合物の移動速度に応じて調整することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の固液分離・測定方法。
前記液体成分を前記定量部に遠心力で注入することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の固液分離・測定方法。
前記定量部において、それに液体成分を注入するためにエアー抜きを行うことを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の固液分離・測定方法。
前記固液混合物を渦巻き状の分配流路に案内し、該分配流路の外周方向に設けられた複数個の粒子収容部で粒子成分を収容することをさらに特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の固液分離・測定方法。
前記固液混合物が血液であることを特徴とする請求項１２〜１９のいずれか１項に記載の固液分離・測定構造物。
回転可能な円板からなるロータ構造をもった基板と、前記基板のほぼ中心に配置された血液注入部と、前記血液注入部に接続された渦巻き状の分配流路と、前記分配流路の外周方向に血球を分離収容するために設けられた複数個の血球収容部と、前記血球収容部に収容されずに残った血液成分を定量的に貯留し内部の試薬と反応させて発色させる試薬反応部とを含んでなることを特徴とする血液成分分析チップ。
前記血球収容部の総合容積が、注入された血液中の血球のおおよそ全ての量に等しいかもしくはそれ以上であることを特徴とする請求項２１に記載の血液成分分析チップ。