KR20020021810A - 분석용 카트리지 및 송액 제어 장치 - Google Patents

분석용 카트리지 및 송액 제어 장치 Download PDF

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기따구찌노부야
기구찌아끼라
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야마모토 카즈모토
아사히 가세이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 분석용 카트리지는, 복수의 리저버와 이들 리저버 사이를 연통하는 캐필러리를 갖고 있다. 그리고, 상기 분석용 카트리지는, 분석에 필요한 시약을 상기 분석용 카트리지 내에 구비함과 동시에, 상기 분석용 카트리지의 외부로 통하는 개구부를 상기 리저버에 구비하고 있으며, 기체는 투과하고 액체는 투과하지 않는 소수성 다공질 막으로 이루어진 벤트로 상기 개구부를 덮은 구성으로 되어 있다.
이 분석용 카트리지는, 검체 및 시약의 필요량이 미량이고, 메인터넌스의 필요가 없어 POC 분석 등에 적합하다. 또한, 상기 벤트를 구비한 리저버 내에 비유동성 시약을 구비하고 있기 때문에, 이 리저버에 시약 용해액을 분석 직전에 유입시키면, 극미량의 시약 용액을 상기 분석 카트리지 내에서 조정할 수 있다.
또한, 본 발명의 송액 제어 장치는, 상기 분석용 카트리지에 장착되고, 상기 벤트를 통한 기체의 출입을 허용 또는 규제함으로써, 상기 캐필러리를 통한 임의의 상기 리저버 사이의 액체의 송액을 제어하도록 되어 있다.

Description

분석용 카트리지 및 송액 제어 장치{ANALYZING CARTRIDGE AND LIQUID FEED CONTROL DEVICE}
의료 진단에 필요한 측정을 환자 근방에서 실시하는 헤드 사이드 진단용 분석[POC(point of care) 분석]이나, 하천이나 폐기물중의 유해물질의 분석을 하천이나 폐기물 처리장 등의 현장에서 실시하는 것이나, 식품의 조리, 수확, 수입의 각 현장에 있어서의 오염 검사 등과 같은, 분석·측정이 필요해지는 현장 또는 현장 근방에서 분석·측정을 실시하는 것(이하, 「POC 분석 등」이라 총칭함)의 중요성이 주목받고 있다. 그리고, 최근 이와 같은 POC 분석 등에 적합한 측정법이나 장치의 개발이 중요시되는 추세이다.
이와 같은 POC 분석 등에 있어서는, 간편, 단시간, 또한 저비용으로 분석할 수 있도록 요구되고 있으며, 특히 의료 진단을 위한 분석에 있어서는 분석 시간의단축이나 분석에 필요한 검체량의 미량화가 중요한 과제이다.
예를 들면, 혈액 검사에 있어서는, 분석에 필요한 검체량이 미량이라면 채혈량을 저감할 수 있어, 환자에 대한 부담이 경감되거나 자기 채혈에 의한 자기 분석 등 재택 의료로의 응용의 가능성도 넓어진다. 또한, 분석에 필요한 검체량이 미량이면, 분석에 사용하는 시약도 미량으로 할 수 있기 때문에, 분석에 필요한 비용을 저렴하게 할 수도 있게 된다. 그리고, 폐기물의 감량이라는 과제도 동시에 해결할 수 있기 때문에, 검체량의 미량화나 분석 시간의 단축을 위한 검토가 계속되고 있다.
육안 등으로 판정하는 정성 분석의 경우에는, 분석용 시약을 함침시킨 시험지에 혈액, 소변, 오염수 등의 검체를 직접 접촉시키는 방법도 널리 실시되고 있다. 그러나, 혈액중의 효소 활성이나 피측정물질의 양 등을 분석하는 혈액 생화학 등의 정량 분석의 경우에는, 정량성이 요구되는 점에서 임상 현장에서 현재 사용되고 있는 것의 대부분은, 분석 장치내에 세팅한 분석용 시약 용액, 완충액 등과, 큐벳(cuvette)이나 시험관에 별도로 칭량하여 얻은 검체를 자동 피페터(pipetter) 등을 사용하여 상기 분석 장치내에서 혼합하고 정량 반응시켜 검출 장치에 의해 검출하는 방법이 채택되고 있다.
그러나, 이와 같은 방법의 경우에는, 분석 장치에 세팅한 시약 용액이나 완충액 등은 적절히 보충할 필요가 있다. 또한, 액 넘침, 자동 피페터의 노즐 막힘이나 세정 부족 등으로 인한 오염 등의 트러블이 발생할 가능성이 있어서, 분석 작업자, 특히 의료에 있어서의 POC 분석의 경우에는 의사나 간호사에게 큰 부담이 가해진다.
상기 문제를 해결하기 위해서는, 분석용 카트리지내에 필요한 시약 용액이나 완충액 등이 구비된 일체형(all-in-one type)의 측정 시스템이 바람직하다. 그 일례로서, 검체를 넣은 백 속에 시약 등을 넣은 중간 주머니를 밀봉하고, 상기 중간 주머니를 손으로 찢음으로써 검체와 시약 등을 혼합, 반응시켜 육안으로 정성적으로 판정하는 방법이 일본 공개특허공보 평8-160031 호에 개시되어 있다. 그러나 이와 같은 방법은, 혈액 생화학 등의 높은 정밀도가 요구되는 정량 분석에는 적합하지 않다.
상기와 같은, 필요한 시약류를 카트리지내에 미리 수납해 두는 방식은, 일본 공개특허공보 평2-87067호나 일본 공개특허공보 평2-88970호의 장치 구조 중에도 개시되어 있다. 이 경우에는, 시약용액 등은 작은 주머니에 들어 있으며, 이것을 찢음으로써 카트리지내에 시약 용액 등을 누출시키게 되어 있다. 또한, 송액 방법으로서는 원심력에 의한 방법이 채택되고 있다.
검체량이 많고, 분석용 시약 용액 등도 수백㎕ 내지 수㎖ 정도로 많은 경우에는, 상기 주머니에 밀봉하기도 용이하고 또한 저렴하게 할 수 있어서 상기 방법으로도 문제는 없다. 그러나, 검체량이 수㎕ 정도로 미량이 되면, 그 미량의 검체에 맞는 소량의 시약 용액 등을 작은 주머니에 밀봉하고, 또한 필요한 때에 그 주머니를 찢어서 내용물을 누출시킬 필요가 있는데, 이와 같은 것은 상기 방법으로는 매우 어렵다.
그리고, 카트리지내에 설치한 작은 용기에 액체 시약 등을 밀봉하여 두고,돌기물 등으로 작은 용기의 찢기 쉬운 부분(breakable seal)을 찢고 액체 시약 등을 누출시켜 혈액 검체와 혼합하여 정량 반응시키는 기술도 개시되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 제2790359호(베링거만하임사)의 헤모글로빈 Alc(HbAlc) 측정용 카트리지에서는, 송액법으로서 중력과 모세관력을 채택하고, 카트리지에 밀봉된 액체 시약을 찢기 쉬운 부분을 찢어 누출시켜 소정 체적의 희석조로 안내하고, 소정 체적의 모세관중의 검체와 정량적으로 혼합하여, 용혈후의 헤모글로빈(Hb) 측정과 이에 이어지는 라텍스 비즈에 의한 HbAlc 측정을 실시하고 있다.
또한, 국제공개 제93/25889호 공보에 개시되어 있는 자동분석기용 카트리지에서는, 고체 시약은 카트리지내에 밀봉되고, 희석액, 액체 시약은 카트리지 바깥에서 공급된다. 그리고, 찢기 쉬운 부분을 날과 같은 돌기물로 찢음으로써, 희석액을 고체 시약과 혼합하여 용해시켜 액체 시약과 함께 혈액 검체에 혼합하고 있다.
그리고, 국제공개 제99/52633호 공보(루메날 테크놀로지사)에는, 액체 시약을 밀봉한 챔버의 출구에 있는「파열 유로」를 통해 공기로 액체 시약을 밀어내고, 이 때 발생하는 기포를 작은 방에서 트랩하는(칩 밖으로 밀어내는 것은 아님) 구조의 카트리지가 개시되어 있다.
이와 같은 찢기 쉬운 부분을 사용한 방법에서도, 상술한 주머니를 사용한 방법과 마찬가지로, 밀봉된 액체 시약이 수백㎕ 내지 수㎖ 정도로 다량인 경우에는 액체 시약을 밀봉하기도 쉽고 또한 비교적 저렴하게 할 수 있지만, 검체가 수㎕ 정도의 미량으로 되면, 그에 따라 액체 시약이 미량으로 되기 때문에, 상기 작은 용기에의 찢기 쉬운 부분의 삽입, 미량의 액체 시약의 분주(分注)와 밀봉, 찢기 쉬운 부분의 찢기, 액체 시약의 꺼냄 등은 매우 어려워진다.
또한, 액체 시약(시약 용액)이나 완충액 등을 카트리지내에 밀봉해 두고, 원심력을 이용해서 송액하여 혼합, 반응하는 기술로서는, 이 외에 일본 특허공고공보 평4-53384호나 일본 공개특허공보 평8-62225호 등도 들 수 있다.
이상 설명한 방법에 있어서는, 액체 상태에서 시약이나 완충액을 카트리지내에 밀봉하고 있으며, 그 밀봉을 찢는 구조 등의 액체를 꺼내기 위한 구조가 필요하기 때문에, 카트리지에는 상당히 복잡한 구조가 필요하게 된다. 또한, 액체 상태에서 시약을 밀봉하고 또한 반응 유로로 시약을 꺼내기 위해서는, 수십 내지 수백㎕ 정도 이상의 시약량이 필요하게 되어 시약의 비용은 높아진다.
그리고, 상기 방법의 대부분은 송액법으로서 원심력을 이용한 방법을 채택하고 있다. 이렇게 하면, 송액 방향은 회전의 중심에서 외측을 향하는 일방향만으로 되고, 또한 송액의 온/오프에 있어서 회전의 개시/정지를 정밀도 좋게 실시할 필요가 있는 등, 송액 및 유로 설계가 복잡해진다. 그리고, 카트리지를 장착하여 측정하는 분석 장치의 구조도 복잡하고 또한 고가로 된다는 문제점이 있다. 또한, 모든 방법에서 캐필러리는 밀리미터 오더의 굵기로 되어, 필요해지는 검체량이 많고, 그에 따라 시약량도 많아지기 때문에, 상술한 액체 시약의 밀봉량의 증대와 함께 분석에 필요한 비용은 저렴해지지는 않는다.
한편, 카트리지내에 동결 건조시킨 고체 시약을 넣어 두고, 카트리지내에 밀봉한 용해 희석액으로 혈액 검체를 희석하고, 그리고 이 희석 검체액으로 상기 고체 시약을 용해시키고 반응을 실행시켜 분석하는 방법이 개시되어 있다(일본 특허공표공보 평10-501340호, 특허공표공보 평9-504732호 등).
이 방법에서는, 고체 시약은 카트리지중의 유로의 말단에 위치하는, 원주를 따라 형성된 작은 방내에 놓여져 있고, 희석된 검체가 각 작은 방으로 유입되어 고체 시약을 용해시켜 반응하여 흡광도에 변화를 초래하도록 되어 있다. 또한, 송액은 원심력에 의해 실시되고 있기 때문에, 송액 방향은 항상 원심력이 작용하는 방향, 즉 원형 카트리지의 원의 중심에서 외측을 향하는 방향이다.
상기한 바와 같이, 고체 시약은 유로의 말단에 위치하고 있기 때문에, 검출 반응은 1 시약 조성의 1 반응만 실시할 수 있다. 따라서, 검출 항목에 따라서는 검사 센터나 병원의 임상 검사실 등에서 실시되는, 학회나 관청 등이 정한 추천법, 권고법에 의한 검출 반응과는 다른 반응 및 시약 조성을 채택하여야만 한다. 즉, 추천법이나 권고법에서는 1개의 물질을 검출할 때에 2종 또는 3종의 시약 용액을 사용하는 경우가 많고[예를 들면, 임상 검사법 제요(가나이 이즈미 저, 가네하라출판, 1998년)에 기재], 1종의 시약을 사용한 경우에는 종래의 검사 데이터와의 상관성이 나쁜 경우나 정량 그 자체가 어려운 경우가 있다.
또한, 유입되는 액체에 의해 상기 작은 방내의 공기가 밀려 나오는데, 상기 작은 방은 유로의 말단에 위치하고 있기 때문에, 공기를 카트리지 바깥으로 배출할 수는 없으므로 카트리지내의 별도의 장소로 이동시킬 필요가 있다. 따라서, 상기 공기는 액체가 유입되어 오는 유로의 상부 공간을 통해 나가도록 설계되어 있다. 즉, 매우 좁은 유로내를 액체와 기체가 서로 반대방향으로 흐르는 유로상의 문제점을 갖고 있다.
국제공개 제93/04195호 공보, 일본 특허공표공보 평10-501340호, 특허공표공보 평9-504732호 등에서는, 원주를 따라 형성된 작은 방에 넣은 시약을 단시간에 용해시키기 위하여, 시약 용액의 액적을 액체 질소에 적하하여 구형상으로 동결시키고, 그대로 진공 건조시키는 기술이 개시되어 있다.
여기에서는 액적을 정량성 좋게 형성시키고 또한 용해성을 좋게 하기 위해, 폴리에틸렌글리콜, 미오이노시톨, 폴리비닐피롤리돈, 덱스트란, 콜산나트륨, 마니톨, 알부민 또는 이들의 혼합물을 보조제로서 사용하는 기술도 개시되어 있다. 그리고, 국제공개 제93/04195호 공보의 실시예 3(ALP 측정시약)에서는 글리세롤을 첨가하는 취지가 기재되어 있는데, 그 목적은 명확하지 않다.
카트리지중에 부착시킨 고체 시약을 검체 희석액을 사용하지 않고, 검체인 혈장 그 자체에 용해시켜 분석하는 방법도 개시되어 있다. 예를 들면, 일본 메디피직스사 상품명 트윈클(등록상표), 일본 공개특허공보 평9-196920호(면역 항목), 공개특허공보 평8-114539호(생화학 항목), 공개특허공보 평9-196739호(용해액 선단 검지), 공개특허공보 평9-138195호(다공성 재료의 투과광 측정에 의한 분석) 등이다.
이 방법에서는 혈장 그 자체에 고체 시약을 용해시키면서 반응을 동시에 실시하도록 되어 있으나, 100%의 혈장을 사용하여 극히 단시간내에 균일하게 고체 시약을 용해시키기는 용이하지 않다. 또한, 혈장을 희석하고 있지 않기 때문에, 분석을 방해하는 협잡물(방해 물질)의 영향을 받기 쉬운 점 등의 문제도 있다.
이들 개시 기술에서는 주요 송액 방법으로서, 유로의 말단에서 감압 흡인하는 방법이 채택되고 있다. 즉, 1개의 유로에 흐름 방향으로 소정 간격을 두고 카트리지 바깥으로 통하는 복수의 구멍이 형성되어 있고, 이 구멍을 카트리지 바깥에서 개폐함으로써 송액을 제어하고 있다. 그러나, 이 송액 방법은 액체의 흐름을 직선형상으로만 제어할 수 있다는 문제점이 있다. 이들 구멍은 소수성 벤트의 기능을 갖고 있는 것이 아니라, 구멍을 막음으로써 구멍보다 상류측을 감압으로 할 수 있다는 대기 개방 밸브의 역할을 하고 있다.
그 외에 유로 도중에 시약을 부착시키는 것으로서는, 미국 특허 제5478751호 명세서(아보트사), 일본 공개특허공보 평3-223674호, 미국 특허 제5147607호 명세서(이상 2건은 모치다제약 주식회사) 등이 있고, 유로를 흐르는 것은 반드시 100%의 혈장은 아니지만, 검체가 고농도의 시약에 접촉하고 순차 희석되어 가는 상태는 상기한 것과 다르지 않다. 면역 검출 반응과 같이, 고상화된 항체(항원)와 검체가 접촉하는 경우에는 사용할 수 있지만, 균일계에서의 반응을 전제로 하는 혈액 생화학 검사나 환경중의 유해 물질 검사 등에는 적합하지 않다.
그리고, 분석용 시약을 여과지 등에 함침시키고, 그 시약에 혈액 검체를 접촉시키고, 모세관력과 중력을 이용하여 혈장을 여과지상에서 이동시켜 분석하는 방법도 실용화되어 있다. 예를 들면, 교토다이이치가가쿠샤 상품명 스폿켐(등록상표), 후지샤신필름 주식회사 상품명 드라이켐(등록상표), 베링거만하임사 상품명 레프로토론(등록상표) 또는 미국 특허 제5212065호 명세서(국제 진단 시스템)에 기재된 것 등이 있다.
이들 소위 드라이 케미스트리에 의한 분석 여과지형 카트리지는 정량 반응도 가능하고, 외부에서 시약 용액이나 완충액을 첨가할 필요가 없기 때문에 간편하다. 그러나, 필요한 혈액 검체량이 분석 1항목당 10㎕ 정도로 많고, 즉 통상 혈액 생화학 검사에서 많이 실시되고 있는 10항목 이상의 측정에서는 백수십㎕의 혈액이 필요하게 된다. 또한, 여과지 등에 함침시키는 시약량도 이것에 대응하여 많다. 또한, 여과지 등에 함침한 시약에 검체가 접촉하면서 순차 반응해 가기 때문에, 분석 반응의 종류에 제한이 있고, 상술한 학회가 정하는 추천법과는 다른 것도 있다.
그리고, 검체를 희석하지 않기 때문에, 검체중에 끼인 잡성분으로 인한 악영향을 받기 쉽다. 또한, 대부분의 것은 분석 1항목에 대해 1카트리지가 필요하고, 유일하게 교토다이이치가가쿠샤의 것만 동시에 복수의 분석이 가능하나, 기본적으로는 분석 1항목씩의 카트리지를 동일한 스트립에 복수개 실은 것으로서, 최대 6항목 정도만 분석할 수 있다.
한편, 이상 설명한 바와 같은 드라이 케미스트리를 이용한 방법과는 달리, 미량 분석을 실시하는 μTAS(micro total analysis system)의 기술이 진보해 오고 있다. μTAS에서는 혈액으로 한정하지 않고 검체량을 미량으로 하기 위하여, 한 변이 10센티 내지 수센티 정도 이하인 정사각형의 유리나 실리콘의 표면에 홈을 갖는 칩을 사용하여 그 홈 안으로 시약 용액이나 검체를 흘려보내 분리, 반응을 실시하여 미량 시료의 분석을 실시하고 있다(일본 공개특허공보 평2-245655호, 공개특허공보 평3-226666호, 공개특허공보 평8-233778호, 분석 화학지(Analytical Chem.) 69, 2626-2630(1997) 아클라라 바이오사이언스(Aclara Biosciences) 등). 이 기술에서는 검체량, 검출에 필요한 시약량, 검출에 사용한 소모품 등의 폐기물, 폐액의 양이 모두 적어지고, 또한 검출에 필요한 시간도 대체로 단시간으로 충분하다는 이점이 있다.
본원 출원인도 일본 특허출원 평10-181586호 명세서(「혼합 분석 장치 및 혼합 분석 방법」), 공개특허공보 2000-2675호(특허출원 평10-181587호 명세서, 「캐필러리 광열 변환 분석 장치」), 공개특허공보 2000-2677(특허출원 평10-167603호 명세서, 「분석 장치」), 국제공개 제99/64846호 공보(국제출원 PCT/JP99/03158호 명세서) 등의 μTAS 관계의 발명을 출원하고 있다.
이들 명세서에 기재된 기술을 사용하면, 혈액 생화학 1항목을 분석하는 데 필요한 시약 용액량은, 검출시간을 10초간 정도로 하여 10nℓ정도, 이에 필요한 검체량은 1 내지 0.1nℓ(1000 내지 100pℓ) 정도의 극미량으로 충분하다(별도로 전체를 송액하기 위한 완충액이 1㎕ 정도 필요하게 된다. 또한, 연속적으로 검체를 송액하는 경우에는 10분간 10nℓ정도의 검체가 필요하게 되는 경우도 있을 수 있다).
그러나, 현재 공지로 되어 있는 μTAS 기술에서는, 칩(카트리지)내에서 분리, 혼합, 반응, 검출은 실시하고 있지만, 반응에 필요한 시약 용액은 칩(카트리지) 바깥에서 공급하고 있다. 예를 들면, 상술한 μTAS 관계의 선행 기술 및 캐나다 반프에서 1998년 10월 13일부터 16일까지 개최된 μTAS '98 워크샵의 회보(편집자: 디 제드 해리슨(D. Jed Harrison), 알버트 반덴버그(Albert van den Berg), 클루워 아카데미 퍼블리셔(Kluwer Academic Publishers) 외), 그리고 수지 칩 안에서의 DNA 분석 기술(알 엠 맥코믹(R M Mccormick) 외/분석 화학지(Anal. Chem.) 제69권, No.14 (1997) 2626-2630 등)이 있다.
이들 기술에 있어서는, 칩의 외부에 액체 시약 용기가 필요해지고, 액체 시약의 보충, 칩과 용기의 접속 부분의 막힘 제거, 세정 등 메인터넌스 작업이 발생하기 때문에, 간편성이 요구되는 POC 분석 등에는 적합하지 않다.
한편, 검체나 시약 용액의 칩(카트리지)내의 이동을 실현하기 위해서는, 이동처에 이르는 캐필러리(홈)내의 공기를 유로 바깥으로 배출할 필요가 있다. 이 때, 칩내에 액체를 확실하게 모으기 위해서는, 기체는 통과시키고 액체는 통과시키지 않는 기구를 유로의 단부에 설치하는 것이 바람직하다. 그렇지 않으면, 액체가 칩 바깥으로 넘쳐 나올 우려가 있다.
이와 같은 기체는 통과시키지만 액체는 통과시키지 않는다는 목적을 달성하기 위해, 소수성의 작은 구멍이나 소수성 막을, 액체를 통과시키지 않고 공기만을 통과시키는 벤트로 하는 기술이 캐필러리의 경우보다 훨씬 큰 액량을 대상으로 한 것으로서 상당히 이전부터 검토되고 있다.
예를 들면, 인공 투석 장치 등의 혈액 처리 장치에 있어서의 혈액으로부터의 공기 제거는, 일본 공개특허공보 소57-17659호나 특허공표공보 평9-500809호 등에 기재되어 있다. 또한, 일반적인 공장 등에서 사용하는 약액이나 수중의 자동 공기 제거 필터로서 칩보다 상당히 큰 장치에 설치하는 예가, 일본 공개특허공보 평2-2812호에 기재되어 있다. 이들은 모두 본 발명이 대상으로 하는 ㎕ 레벨 이하의 액량에 비해 상당히 대량의 액량을 대상으로 한 것이다.
㎕ 레벨 이하의 액량을 대상으로 하고, 칩내에서 이와 같은 공기 제거 벤트에 사용되는 것으로서는, 한변이 3㎛ 정도인 정사각형의 소수성 미소 모세관공(HMCV(Hydrophobic Micro Capillary Vent))이 알려져 있다(캐나다 반프에서 1998년 10월 13일부터 16일까지 개최된 μTAS '98 워크샵의 회보(편집자: 디 제드 해리슨(D. Jed Harrison), 알버트 반덴버그(Albert van den Berg), 클루워 아카데미 퍼블리셔(Kluwer Academic Publishers) 외)의 307면 내지 310면개 개재된 "μTAS 내의 액체의 함기성 분기용 소수성 미소 모세관공(Hydrophobic Microcapillary vent for pneumatic manipulation of liquid in μTAS)", 호소까와 가즈오(Kazuo Hosokawa), 후지이 데루오(Teruo Fuji),및 엔도 이사오(Isao Endo), 전기학회연구회 자료: 화학 센서 시스템 연구회 CS-99-1∼12, p19-22, 1999년 3월 16일, 후지이 테루오, 호소카와 가즈오, 홍종욱, 세키 미노루, 엔도 이사오 외).
또한, 소수성 막을 유로의 단부에 설치하는 기술도 개시되어 있다(아피 메트릭스(Affy metrix)사 엔더슨(Anderson) 외, "'97 변환기 회보(Proceeding of Transducers '97.)", "1997년 고체 상태 센서 및 엑츄에이터 2Cl.02에 관한 국제 회의 (International Conference on Solid State Sensors and Actuators 2Cl.02)", 국제공개 제9702357호 공보, 미국 특허 제5856174호 명세서). 이 기술에서는 칩 외부의 시약 용액이나 검체를 튜브로 칩에 접속하고, 칩내에 설치한 다이어프램 밸브(칩 바깥의 힘으로 개폐하는 밸브)로 상기 시약 용액이나 상기 액체를 흘려보내는 캐필러리를 선택하도록 되어 있다. 그리고, 캐필러리내의 공기를 유로 단부의 소수성 막으로 이루어진 벤트를 통과시켜 유로 바깥으로 밀어내면서 송액하도록 되어 있다. 상기 벤트는 항상 외부로 개방되어 있고, 상기 벤트로 통하는 유로의 압손이나 찢기 쉬운 부분으로 압력 도피 구멍을 형성함으로써 송액을 제어하고 있기 때문에, 그 구조가 매우 복잡해진다는 문제점을 갖고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 이하와 같은 분석용 카트리지 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
즉, 1) 주머니나 카트리지내의 작은 방에 액체를 밀봉하고, 측정시에 반응조로 유출시키는 방식(액 주머니 방식)으로는 곤란한, 수㎕ 이하의 시약 용액을 카트리지내에서 측정시에 조정하여 반응에 이용할 수 있다.
2) nℓ내지 pℓ오더의 극미량의 검체를 사용한 측정, 반응이 가능하다.
3) 분석에 필요한 시약, 버퍼 등이 카트리지에 밀봉되거나 또는 부속되어 있으므로, 분석 담당자에 의한 시약의 관리, 보수의 수고를 경감할 수 있거나 또는 그 필요가 없다.
4) 간편하고 단시간에 또한 저렴한 비용으로 분석이 가능하다.
5) 검출 반응의 제한이 적고, 동시에 다항목의 분석이 가능하다. 따라서, 학회나 관청 등에서 정한 추천법과 동일하거나 또는 유사한 검출 반응을 실시할 수 있다.
6) 분석용 카트리지의 내부 구조가 단순하여 저렴하게 제조할 수 있다.
7) 정밀도가 높은 송액을 실시할 수 있다.
또한, 상기 분석용 카트리지를 사용한 분석 방법을 제공하는 것을 아울러 목적으로 하고 있다.
그리고, 상기와 같은 분석용 카트리지에 장착되어, 이 분석용 카트리지내의액체의 송액을 높은 정밀도로 또한 용이하게 제어할 수 있음과 동시에 저렴한 송액 제어 장치를 제공하는 것을 아울러 목적으로 하고 있다.
본 발명은 미량 시료의 분석에 사용되어 분석, 검출을 간편하게 실시할 수 있는 분석용 카트리지 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 상기 분석용 카트리지를 사용한 분석 방법에 관한 것이다. 그리고, 상기 분석용 카트리지에 장착되고, 상기 분석용 카트리지내에 있어서 액체의 송액을 제어하는 송액 제어 장치에 관한 것이다.
도1은 임상 진단의 생화학 항목을 측정하는 경우의 분석용 카트리지의 유로 패턴을 도시한 도면이다.
도2는 도1의 분석용 카트리지의 리저버 부분의 분분 종단면도이다.
도3은 액체를 밀봉한 포션 팩을 찢어 내용액을 분석용 카트리지의 리저버에장입하는 모양을 도시한 설명도이다.
도4는 비유동성 시약을 고착한 벤트용 막을, 상기 시약을 내측으로 하여 평판상 부재에 접착하는 공정을 설명하는 도면이다.
도5는 도4에 도시된 공정에 의해 작성한 분석용 카트리지의 외관을 도시한 사시도이다.
도6은 도1의 유로 패턴을 갖는 평판상 부재에 있어서의, 커플러를 장착하는 위치의 일례를 도시한 도면이다.
도7은 분석용 카트리지의 제조공정을 설명하는 개념도이다.
도8은 분석용 카트리지와 접촉하는 부분이 나이프 에지형상인 커플러의 구조를 설명하는 단면도이다.
도9는 분석용 카트리지 및 송액 제어 장치의 구성을 설명하는 개념도이다.
도10은 소수성 막의 내수압을 측정하는 실험 장치를 도시한 도면이다.
도11은 본 발명에 관한 일 실시형태의 분석용 카트리지를 구성하는 평판상 부재의 유로 패턴을 도시한 도면이다.
도12는 도11의 평판상 부재의 배면(홈을 구비하고 있지 않는 판면)을 도시한 도면이다.
도13은 도12의 평판상 부재의 a-a'선 단면도이다.
도14는 래터럴 방향으로 기체가 투과하지 않는 상태의 벤트를 갖는 분석용 카트리지의 구조와 기체의 거동을 설명하는 단면도이다.
도15는 도14의 분석용 카트리지의 평면도이다.
도16은 래터럴 방향으로 기체가 투과하는 상태의 벤트를 갖는 분석용 카트리지의 구조와 기체의 거동을 설명하는 단면도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음과 같은 구성으로 이루어진다. 즉, 본 발명에 관한 분석용 카트리지는, 복수의 리저버와, 이들 리저버 사이를 연통하는 캐필러리를 갖는 분석용 카트리지로서, 상기 리저버의 적어도1개에 상기 분석용 카트리지의 외부로 통하는 개구부를 형성하고, 이 개구부의 적어도1개를 기체는 투과하고 액체는 투과하지 않는 벤트로 덮음과 동시에, 분석에 사용하는 시약을 상기 분석용 카트리지내에 구비하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성의 분석용 카트리지는, 카트리지내의 구조가 단순하여 저렴하게 제조할 수 있고, 또한 μTAS와 같이 극미량의 액체를 취급할 수 있다. 또한 상기 벤트로부터의 기체의 출입을 제어함으로써, 상기 캐필러리를 통한 액체의 상기 리저버로의 유입 또는 액체의 상기 리저버로부터의 유출을 제어할 수 있기 때문에, 분석용 카트리지의 외부로부터 액체를 공급하거나 외부로 액체를 꺼내지 않고, 분석용 카트리지내의 각 리저버로의 액체의 유입, 유출을 제어할 수 있다.
이에 따라, 검체 이외의 모든 시약 등을 분석용 카트리지내에 밀봉한, 메인터넌스가 필요 없는 일체형(all-in-one type)의 분석용 카트리지로 할 수 있게 된다. 또한, 상기 액체의 송액을 정밀도 좋게 또한 쉽게 제어할 수 있게 된다.
그리고, 분석용 카트리지를 상기한 바와 같은 구성으로 하면, 분석에 사용하는 시약의 일부 또는 전부가 상기 분석용 카트리지내에 구비되어 있기 때문에, POC분석 등에 있어서 분석 담당자가 분석시에 행하는 시약의 관리, 보수를 경감할 수 있다(또는, 그 필요가 없다). 또한, 분석에 필요한 검체 및 시약의 양을 미량으로 할 수 있고, 또한 간편하고 단시간에 동시에 저렴한 비용으로 분석을 실시할 수 있다.
또한, 검출 반응의 제한이 적고, 동시에 다항목의 분석이 가능하기 때문에, 학회나 관청 등에서 정한 추천법과 동일하거나 또는 유사한 검출 반응을 POC 분석 등에서도 실시할 수 있다. 이렇게 하면, 과거의 임상 시험 등에서 얻어진 데이터와의 비교가 쉬워진다. 또한, 분석 작업자가 원하는 시약을 상기 분석용 카트리지내에 밀봉하고 원하는 분석을 실시할 수도 있다.
그리고, 상기 벤트로 덮인 상기 개구부가 형성된 상기 리저버의 적어도1개에 상기 시약을 구비하는 구성으로 할 수 있다.
또한, 상기 시약 중 적어도 일부를 비유동성으로 할 수 있다.
이와 같은 구성으로 하면, 분석 직전에 상기 분석용 카트리지내에서 비유동성의 상기 시약을 시약 용해액 등에 용해시켜 시약 용액을 조제할 수 있기 때문에, 리저버에 액체상의 시약이 밀봉되어 있는 경우에 비하여 운반시나 보관시 등에 상기 분석용 카트리지에서 시약이 누출될 가능성이 낮고 또한 시약의 품질이 열화되기 어렵다.
또한, 시약을 밀봉한 분석용 카트리지를 제품으로 할 수 있기 때문에, 원하는 시약이 밀봉된 분석용 카트리지를 구입하면, 분석 작업자가 시약을 분석용 카트리지에 밀봉하는 작업을 전혀 실시하지 않고 원하는 분석을 실시할 수 있다.
비유동성 시약을 분석용 카트리지에 밀봉하는 방법으로서는, 비유동성 시약을 리저버에 필요량 장입하는 방법이나, 시약을 용해시킨 용액을 리저버에 장입한 후에 건조시켜 비유동성으로 하는 방법을 들 수 있다.
그리고, 본 발명에 있어서 비유동성 시약이란, 분체, 동결 건조품 등의 고체상의 시약이나 고무형상의 시약을 의미하고, 또한 분석용 카트리지의 유통 과정(운반시나 보관시 등)에서 분석용 카트리지로부터 유출되지 않을 정도의 점성을 갖는 물엿상의 시약이어도 된다.
상기 벤트를 구비한 시약 수축용 리저버에 이 비유동성 시약을 밀봉하여 제품으로 하면, 분석 직전에 분석용 카트리지에 밀봉되거나 또는 부속된 시약 용해액을, 상기 캐필러리를 통해 상기 시약 수납용 리저버로 송액하여 상기 시약을 용해시켜 분석에 이용할 수 있다. 그리고, 상기 시약 용해액은 그 양이 수십㎕ 정도로 충분하고 또한 매우 저렴하기 때문에, 액 주머니 방식에 의해 분석용 카트리지에 설치할 수 있다.
분석용 카트리지에 밀봉된 비유동성 시약이, 상기 시약 용해액으로 용해될 때의 용해 시간을 단축하기 위해, 측정 항목에 따라서는 비유동성 시약에 용해 보조제를 첨가해도 된다. 이 용해 보조제로서는 다가(多價) 알코올 등이 바람직하고, 특히 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 및 글리세롤에서 선택된 적어도1종이 바람직하다.
또한, 본 발명에 관한 분석용 카트리지는, 구멍을 갖는 소수성 부재로 상기 벤트를 구성할 수 있다. 특히, 구멍을 갖는 소수성 부재를 소수성 다공질 막으로하는 것이 바람직하다.
복수의 리저버의 상기 개구부를 공통의 소수성 다공질 막으로 덮어 각 리저버의 벤트를 구성한 경우에는, 상기 소수성 다공질 막은 각 리저버 사이에 위치하는 부분이 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있을 필요가 있다. 그리고, 상기 소수성 다공질 막은 각 리저버 사이에 위치하는 부분을 가압함으로써 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 할 수 있다.
이와 같은 구성이라면, 상기 각 리저버 사이에 위치하는 부분을 기체가 투과하기 어렵기 때문에, 상기 각 리저버 사이에 있어서 기체의 유통이 일어나기 어렵다. 따라서, 인접하는 리저버의 액체 출입의 제어에 악영향을 미칠 우려가 적고, 각 리저버의 액체 출입을 독립적으로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
그리고, 복수의 리저버로 이루어지고 액체 출입의 제어가 동시에 실시되는 리저버군의 경우에도 상기한 바와 동일하다. 즉, 리저버군의 복수를 공통의 소수성 다공질 막으로 덮어 각 리저버의 벤트를 구성한 경우에는, 상기 소수성 다공질 막은 각 리저버군 사이에 위치하는 부분이 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있을 필요가 있다. 이렇게 하면, 각 리저버군의 액체의 출입을 독립적으로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명에 관한 분석용 카트리지는, 액상의 검체를 수납하는 검체 수납용 리저버와, 상기 검체를 희석하는 희석액을 수납하는 희석액 수납용 리저버와, 상기 검체를 계량하는 계량용 리저버와, 상기 희석액 및 계량한 상기 검체를 혼합하여 희석하는 희석액 리저버를 구비함과 동시에, 상기 계량용 리저버와, 상기검체 수납용 리저버, 상기 희석액 수납용 리저버 및 상기 희석용 리저버의 사이가 각각 상기 캐필러리에 의해 연통하고 있는 구조여도 된다.
또한, 본 발명에 관한 분석용 카트리지는, 분석 결과를 교정하는 교정액을 수납하는 교정액 수납용 리저버와, 액상의 검체를 수납하는 검체 수납용 리저버와, 상기 교정액 및 상기 검체를 희석하는 희석액을 수납하는 희석액 수납용 리저버와, 상기 교정액 및 상기 검체를 계량하는 계량용 리저버와, 계량한 상기 교정액 또는 계량한 상기 검체와 상기 희석액을 혼합하여 희석하는 희석액 리저버를 구비함과 동시에, 상기 계량용 리저버와, 상기 교정액 수납용 리저버, 상기 검체 수납용 리저버, 상기 희석액 수납용 리저버 및 상기 희석용 리저버의 사이가 각각 상기 캐필러리에 의해 연통되어 있는 구조여도 된다.
그리고, 상기한 바와 같이, 상기 각종 리저버는 상기 캐필러리에 의해 연통되어 있는데, 상기 각종 리저버는 상기 캐필러리에 의해 직접 연통되어 있어도 되고, 리저버 사이에 다른 리저버가 개재되어 있어 간접적으로 연통되어 있는 구조여도 된다. 단, 액체 출입의 제어에 있어서의 정밀도나 효율을 고려하면, 직접 연통하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기한 바와 같은 본 발명의 일체형 타입의 분석용 카트리지는, 평판상 부재의 상기 리저버에 대응하는 위치에 관통구멍을 형성하고, 이 평판상 부재의 일측 판면의 상기 캐필러리에 대응하는 위치에 홈을 형성하는 평판 가공 공정과, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖지 않는 판면을 상기 벤트로 덮는 벤트 형성 공정과, 상기 시약을 수납하는 시약 수납용 리저버에 대응하는 상기 관통구멍내에,상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면측에서 상기 시약을 장입하는 시약 장입 공정과, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면을 커버 시트로 덮어 상기 리저버 및 상기 캐필러리를 형성하는 피복 공정을 구비하는 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
여기에서, 상기 벤트 형성 공정을, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖지 않는 판면을, 상기 구멍을 갖는 소수성 부재 또는 상기 소수성 다공질 막으로 덮는 공정으로 해도 된다. 또한 상기 시약 장입 공정을, 상기 시약을 수납하는 시약 수납용 리저버에 대응하는 상기 관통구멍내에, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면측에서 상기 시약의 용액을 장입하고, 이 시약의 용액을 건조시켜 비유동성으로 하는 공정으로 해도 된다.
그리고, 통상 상기 홈은 상기 평판상 부재의 일측 판면에만 형성하는 것으로 하고, 상기 벤트는 상기 홈을 갖고 있지 않는 타측 판면을 덮는 것으로 한다.
그리고, 본 발명에 관한 송액 제어 장치는, 상기한 바와 같은 분석용 카트리지에 장착되고, 상기 캐필러리를 통한 임의의 상기 리저버 사이의 액체의 송액을 제어하는 송액 제어 장치로서, 상기 벤트를 통한 기체의 출입을 허용 또는 규제함으로써, 상기 캐필러리를 통한 상기 액체의 상기 리저버로의 유입 또는 상기 액체의 상기 리저버로부터의 유출을 실시하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에서, 상기 송액 제어 장치는, 상기 분석용 카트리지내의 검체, 시약 용액 등의 액체의 송액을, 높은 정밀도로 제어할 수 있고 또한 저렴하게 제조할 수 있다.
그리고, 본 발명에 관한 송액 제어 장치는, 상기 벤트를 사이에 두고 상기 리저버와는 반대측 위치에 배치되는 밸브를 구비하고 있으며, 상기 벤트를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를, 상기 밸브에 의해 실시하는 구성으로 할 수 있다. 또는, 상기 벤트를 사이에 두고 상기 리저버와는 반대측 위치에 배치되며, 상기 개구부를 덮도록 상기 벤트에 장착된 커플러와, 상기 커플러에 연결된 펌프와, 상기 커플러와 상기 펌프의 사이에 배치된 밸브를 구비하고 있고, 상기 벤트를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를, 상기 펌프 및 상기 밸브의 적어도 일측에 의해 실시하는 구성으로 해도 된다.
그리고, 본 발명에 관한 송액 제어 장치는, 상기 개구부가 상기 벤트로 덮이지 않는 상기 리저버로의 기체 출입을 허용 또는 규제함으로써, 상기 캐필러리를 통한 상기 액체의 상기 리저버로부터의 유출을 제어하도록 되어 있어도 된다.
또, 이 송액 제어 장치는, 분석을 위한 검출 장치와 일체로 되어 있어도 되고 독립해 있어도 된다.
그리고, 본 발명에 관한 분석 방법은, 상기한 바와 같은 분석용 카트리지를 사용한 검체의 분석 방법으로서, 상기 비유동성 시약을 용해시키는 시약 용해액이 수납된 시약 용해액 수납용 리저버로부터, 상기 비유동성 시약이 수납된 시약 수납용 리저버로, 분석 직전에 상기 캐필러리를 통해 상기 시약 용해액을 송액하고, 상기 비유동성 시약을 용해시켜 시약 용액을 조제하는 시약 용해 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 액상의 상기 검체와 상기 시약 수납용 리저버내의 상기 시약 용액을 상기 캐필러리를 사용하여 혼합 및 반응을 실시하는 혼합 반응 공정을 구비하고 있어도 된다.
그리고, 본 발명에 관한 분석 방법은, 상기한 바와 같은 분석용 카트리지를 사용한 검체의 분석 방법으로서, 검체를 계량용 리저버로 송액하여 계량하고, 그리고 희석액 및 계량한 검체를 희석용 리저버로 송액하고 혼합하여 상기 검체를 희석하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 관한 분석 방법은, 상기한 바와 같은 분석용 카트리지를 사용한 검체의 분석 방법으로서, 검체를 계량용 리저버로 송액하여 계량하고, 그리고 희석액 및 계량한 검체를 희석용 리저버로 송액하고 혼합하여 상기 검체를 희석하는 공정과, 이 희석한 검체를 시약과 혼합한 후에 분석하는 검체 분석 공정을 구비함과 동시에, 상기 검체 분석 공정의 전 또는 후에 상기 검체의 희석에 사용하거나 또는 사용한 계량용 리저버나 희석용 리저버를 사용해서 교정액의 희석 및 분석을 실시하고, 이 교정액의 분석치를 사용하여 검체의 분석치를 교정하는 교정 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또, 이후에는 상기 교정액을 표준액이라고도 한다.
본 발명에 관한 분석용 카트리지 및 송액 제어 장치의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 특히, 분석용 카트리지내에 있어서의 액체의 송액 방법에 대해서는, 공기압에 의해 송액을 제어하는 방법에 대해 주로 설명하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 후술하는 바와 같이, 전기 침투류에 의한 송액 방법이나 중력을 구동력으로 하는 송액 방법이어도 되고, 리저버의 벤트를 외부에서 변형시켜(눌러) 송액하는 방법이어도 된다.
그리고, 이하의 설명에 있어서의 「상」, 「하」,「전」,「후」,「좌」,「우」 등의 방향을 나타내는 용어는, 설명의 편의상 각 도면에 있어서의 각각의 방향을 의미한다.
도1 및 도2는 본 발명의 제1 실시형태의 분석용 카트리지(1)(임상 진단의 생화학 항목의 측정용)를 도시한 도면이다. 도1은 분석용 카트리지(1)의 유로 패턴을 도시한 것으로서, 분석용 카트리지(1)를 구성하는 평판상 부재(100)의 홈을 갖고 있지 않는 면측에서 본 도면이다. 또한, 도2는 분석용 카트리지(1)의 리저버 부분의 부분 종단면도이다. 그리고, 도2는 각종 리저버 중 시약 수납용 리저버(111a)를 대표예로서 도시한 것이다.
분석용 카트리지(1)는, PMMA 등의 유기 폴리머, 실리콘, 유리 등에서 선택되는 재료로 형성된 평판상 부재(100)를 갖고, 이 평판상 부재(100)에는 그 표리 양면을 관통하는 다수의 관통구멍(101 내지 108, 110 내지 122c)이 형성됨과 동시에, 평판상 부재(100)의 이면에는 수㎛ 내지 수㎜의 폭 및 깊이의 다수의 홈(도1에서는 선으로 표시함)이 형성되어 있다.
즉, 좌측의 약간 상측 위치에 비교적 직경이 큰 관통구멍(101)이 형성되고, 이 관통구멍(101)의 하측에 마찬가지로 비교적 직경이 큰 관통구멍(102)이 형성되어 있으며, 이들 관통구멍(101 및 102)을 연결하도록 홈이 형성되어 있다.
또한, 대략 중앙의 약간 상측 위치에는 중간 정도의 직경을 갖는 관통구멍(103)이 형성되고, 관통구멍(103)의 하측에 마찬가지로 중간 정도의 직경을 갖는 관통구멍(104)이, 관통구멍(103)의 우측에 마찬가지로 중간 정도의 직경을 갖는 관통구멍(105)가, 관통구멍(105)의 하측에 마찬가지로 중간 정도의 직경을 갖는 관통구멍(106)이, 관통구멍(106)의 우측에 마찬가지로 중간 정도의 직경을 갖는 관통구멍(107)이 각각 형성되어 있다. 그리고, 관통구멍(103 및 104)을 연결하도록 홈이 형성되고, 관통구멍(105 및 106)을 연결하도록 홈이 형성되어 있다.
또한, 관통구멍(102)의 우측에는 중간 정도의 직경을 갖는 관통구멍(108)이 형성되고, 이 관통구멍(108)의 우측으로서 관통구멍(103)의 하측에 다른 홈보다 폭이 넓은 광폭 홈(109)이 형성되어 있다. 그리고, 이 광폭 홈(109)과 관통구멍(103)의 사이, 그리고 광폭 홈(109)와 관통구멍(108)의 사이를 각각 개별적으로 연결하도록 홈이 형성되어 있음과 동시에, 광폭 홈(109)와 관통구멍(106, 107)의 사이는 도중에서 분기한 홈에 의해 연결되어 있다.
그리고, 광폭 홈(109)의 하측에는 직경이 작은 관통구멍(110)이 형성되고, 이 광폭 홈(109) 및 관통구멍(110)을 연결하도록 홈이 형성되어 있다. 그리고, 관통구멍(110)에서 하측으로 연장되는 짧은 홈이 형성되고, 이 짧은 홈에 관통구멍(102)에서 하측으로 연장되며 다시 우측으로 꺽여진 홈이 결합되어 있다.
그리고, 평판상 부재(100)의 하측부분에는 상하방향으로 복수단, 횡방향으로 복수열의 다수의 관통구멍이 형성되어 있다. 도1에 있어서는 예로서 상하방향으로 3단, 횡방향으로 12열의 총 36개의 관통구멍(111a, 111b, 111c, 112a…122a, 122b, 122c)이 형성되어 있는 것을 도시하고 있다.
이들 관통구멍(111a 내지 122c)은 관통구멍(110)보다 직경이 더욱 작은 관통구멍으로서, 각 열의 3개의 관통구멍(111a, 111b, 111c)이 1개의 그룹으로 되어 있으며, 각 그룹의 구성은 동일하게 되어 있다.
그리고, 관통구멍(110)의 하측으로 연장되는 짧은 홈이 다수개로 분기되어 있으며, 이 분기된 각각의 홈은, 상기 3개의 관통구멍(111a, 111b, 111c 등)으로 이루어진 각 그룹의 좌측을 하측을 향해 연장되며, 1단째의 관통구멍(111a, 112a,…122a)과 2단째의 관통구멍(111b, 112b,…, 122b)의 사이, 그리고 2단째의 관통구멍(111b, 112b,…, 122b)과 3단째의 관통구멍(111c, 112c,…, 122c)의 사이에서 각각 ㄷ자형상으로 꺽임과 동시에, 다시 돌아 들어가도록 하여 3단째의 관통구멍(111c, 112c,…, 122c)에 하측을 통해 결합되어 있다. 그리고, 상기 ㄷ자형상으로 꺽인 홈은 검체와 시약의 혼합, 반응에 필요한 시간 만큼 액체가 흐를 수 있는 길이가 되면, 직선형상의 홈, 곡선형상의 홈 등이어도 무방하다.
또한, 상기 그룹의 1단째의 관통구멍(111a, 112a,…122a) 및 2단째의 관통구멍(111b, 112b,…, 122b)은, 각각에서 좌측으로 연장되는 홈을 통해 각 그룹의 좌측을 상하방향으로 연장되는 홈에 결합되어 있다.
그리고, 상기 관통구멍(101 내지 108, 110 내지 122c)의 직경은 평판상 부재(100)의 표면측과 이면측에서 달라져 있어도(즉, 테이퍼형상의 관통구멍이어도) 되고 또는 동일해도 무방하다. 또한, 각 관통구멍(101 내지 108, 110 내지 122c)은 평판상 부재(100)에 드릴이나 레이저 등을 이용하여 나중에 가공해도 되고, 평판상 부재(100)가 수지제인 경우에는 평판상 부재(100)을 형성하기 위한 형틀에 미리 관통구멍(101 내지 108, 110 내지 122c) 형성용 돌기를 형성해 두고 평판상 부재(100)와 동시에 형성하도록 해도 된다.
한편, 평판상 부재(100)의 상기와 같은 홈이 형성된 이면측에는, 도2에 도시한 바와 같이 평판상 커버 시트(130)가 접착되어 있으며, 이에 따라 상기 홈은 캐필러리(150)로 되어 있다. 또한, 관통구멍(101 내지 108, 110 내지 122c)은 평판상 부재(100)의 표면측에 그 평판상 부재(100)의 외부로 통하는 개구부를 갖고, 검체, 시약, 폐액 등의 액체를 수용할 수 있는 리저버로 된다. 그리고, 관통구멍의 특정에 사용한 부호 101 내지 108, 110 내지 122c는 설명 및 도시의 편의상 이하에서는 그대로 리저버의 부호로서도 사용하는 것으로 한다.
그리고, 평판상 부재(100)의 표면측에는 도2에 도시한 바와 같이 액체는 투과하지 않지만 기체(특히, 공기)는 투과하는 막(140)(예를 들면, PTFE 다공성 막)이 접착되어 있고, 이에 따라 각 리저버(102, 104, 106, 108, 110 내지 122c)의 개구부를 덮은 벤트(141)를 형성하고 있다.
이어서, 각 리저버(101 내지 108, 110 내지 122c) 및 광폭 홈(109)의 용도에 대해 간단히 설명한다(상세한 내용은 후술함).
리저버(101 및 102)는 시약 용해액용(이하는 시약 용해액 낙하용 리저버(101), 시약 용해액 수납용 리저버(102)라 함), 리저버(103 및 104)는 검체 희석액용(이하, 검체 희석액 낙하용 리저버(103), 검체 희석액 수납용 리저버(104)라 함), 또한 리저버(105 및 106)는 표준액용이다(이하, 표준액 낙하용 리저버(105), 표준액 수납용 리저버(106)라 함).
또한, 리저버(107)는 검체용(이하, 검체 수납용 리저버(107)라 함), 광폭 홈(109)은 검체 및 표준액의 계량용(이하, 계량조(109)라 함), 리저버(108)는 계량조(109)의 폐액용(이하, 폐액 수납용 리저버(108)라 함), 리저버(110)는 검체 희석액에 의한 검체의 희석용(이하, 희석 혼합조(110)라 함)이다.
그리고, 평판상 부재(100)의 하측부분의 총 36개의 리저버(111a, 111b, 111c,…, 122c)는 상 2단의 24개의 리저버가 시약용(이하, 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b라 함)이고, 최하단의 12개의 리저버가 폐액용(이하, 폐액 수납용 리저버(111c 내지 122c라 함)으로서, 정량 반응 존(125)을 형성하고 있다.
이어서, 시약을 분석용 카트리지(1)에 밀봉하는 형태로서는, 도2에 도시한 바와 같이 리저버내에 비유동성 시약(160)이 고착되어 있는 형태와, 도3에 도시한 바와 같이 액체 시약(302)이 밀봉된 포션 팩(300)이 이 포션 팩(300)을 찢기 위한핀(301)과 함께 장착되어 있는 형태가 있다.
그리고, 도3은 평판상 부재(100)에 장착된 포션 팩(300)이 평판상 부재(100)의 외부에서 피스톤(303)으로 눌림으로써, 포션 팩(300)내의 핀(301)으로 평판상 부재(100)의 외부에서 찢어져서 시약 용해액 낙하용 리저버(101) 및 캐필러리(150)로 액체 시약(302)이 흘러 들어가는 상태를 설명하는 도면이다.
여기에서 사용되는 포션 팩(300)은 시약이나 검체를 용해 또는 희석하기에 충분한 양의 시약 용해액 또는 희석액을 수납할 수 있는 용기라면, 형상은 특별히 한정되지 않으나 성형하기 쉬운 직육면체 또는 원기둥형상의 것이 바람직하다.
포션 팩(300)의 재질에 대해서는, 내용액의 수분이 증산되거나 산소의 침입으로 인해 내용물이 열화되지 않도록 가스 배리어성이 우수한 것이 좋다. 산소의 칩입을 방지하기 위해서는, 알루미늄을 증착 또는 적층한 수지시트를 사용해도 되는데, 분석용 카트리지를 질소를 밀봉해 밀봉 포장하면 문제는 없다. 또한, 수분이 증산되면 내용물의 농도가 변화되기 때문에, 수분의 증산은 가능한 한 적은 편이 좋다. 특히, 교정액을 밀봉하는 포션 팩은 수분의 증산이 1년간 0.1% 정도 이하일 필요가 있고, 알루미늄 증착 폴리에틸렌 시트 등이 사용된다.
포션 팩(300)의 재질로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리메틸펜텐 등의 수지가 수증기 투과성이 낮고 또한 사출 성형이나 프레스 성형을 실시하기 쉬우므로 양호하다.
또한, 사용시에 간단하게 찢을 수 있도록 가능한 한 얇게 성형하는 것이 바람직하다. 성형한 포션 팩에 시약 용해액 또는 희석액을 넣고, 포션 팩을 찢기 위한 핀을 구비한 뚜껑을 접착해서 장착한다. 덮개 및 핀의 재질은 포션 팩과 동일하거나 달라도 된다. 또한, 핀은 덮개와 일체 성형되어 있어도 되고, 나중에 장착하여도 된다. 어쨌든 핀은 포션 팩의 바닥을 찢기 위해 충분한 강도를 갖고 있으면 된다.
핀을 구비한 뚜껑은 초음파 접착, 접착제에 의한 접착, 양면 테이프에 의한 접착 등의 방법에 의해 접착된다. 또한, 포션 팩 전체를 분석용 카트리지내에 밀봉하고, 그 상부를 소수성 벤트로 덮어도 된다. 이 경우, 핀은 특별히 필요하지는 않고 벤트 위에서 피스톤 등으로 누른 압력으로 포션 팩이 찢어져서 내용액이 배출된다.
포션 팩의 형상으로서는, 상술한 바와 같은 주머니 형상의 것 외에 주사기와 같은 형상의 피스톤형 용기도 사용된다. 이 피스톤형 용기에는 내용물의 도출구에 소정 압력 이상으로 찢어지거나 열리는 마개가 구비되어 있으며, 피스톤형 용기내에 액체를 밀봉해 분석용 카트리지에 장착하고, 분석시에 내측 통(피스톤)을 외부에서 송액 등을 제어하는 장치로 누르면, 상기 도출구에서 내용액이 밀려 나오도록 되어 있다. 그리고, 내측 통의 패킹은 강고할 필요가 있다.
또한, 한쪽 끝이 봉해진 폴리에틸렌 등으로 이루어진 스트로 형상의 용기도 저렴한 포션 팩의 일례이다. 이와 같은 용기에서는 내부에 액체를 밀봉하고 이 용기에 압력을 가하면, 도출구의 마개가 열려 내용액이 리저버나 유로로 밀려 나오도록 되어 있다.
시약 용해액이나 검체 희석액 등, 비교적 대용량이 필요한 액체 시약(수십내지 수백, 때에 따라 수천㎕가 되는 액)은, 이와 같은 포션 팩(300)에 밀봉되어서 분석용 카트리지(1)내에 장착된다.
비유동성 시약(160)이 고착되어 있는 경우에는, 포션 팩(300)이 찢어져서 공급되는 시약 용해액으로 상기 비유동성 시약(160)이 용해되어 분석용 카트리지(1)내에서 시약 용액이 조제되도록 이루어져 있다.
포션 팩(300)을 사용해서 시약 용액 등을 리저버에 장입하는 경우에는, 원하는 농도의 시약 용액이나 버퍼를 포션 팩(300)에 넣으면 된다. 또한, 비유동성 시약(160)을 용해시켜 원하는 농도의 시약 용액을 분석용 카트리지(1)내에서 조제하기 위해서는, 리저버가 소정 허용 진폭을 갖는 소정 용적을 가질 필요가 있다. 혈액 생화학 검사의 경우에는, 용해후의 시약 농도의 진폭은 CV값(표준 편차를 평균치로 나눈 값)으로 2% 정도 이하인 것이 바람직하다. 따라서, 리저버의 성형, 제조 정밀도 및 커버 시트(130)나 벤트용 막(140)의 접착의 가공 정밀도가 중요해진다. 단, 이들 성형, 제조 정밀도 및 가공 정밀도의 편차로 인해 본 실시형태의 홈이나 리저버에 있어서 상기 CV값은 5% 정도로 되는 경우도 있기 때문에, 표준액을 사용해서 각 분석용 카트리지를 검정하는 것이 바람직하다.
또한, 도2에서는 비유동성 시약(160)은 벤트용 막(140)에 고착되어 있는 예를 도시하고 있으나, 캐필러리(150)나 벤트용 막(140)의 전면(全面)이 시약으로 막혀 있지 않는 한, 리저버(111a)의 벽에 비유동성 시약이 고착되어 있어도 된다. 물론, 벤트용 막(140)과 리저버(111a) 벽의 양쪽에 고착되어 있어도 된다.
도4는 비유동성 시약(160)을 고착한 벤트용 막(140)(예를 들면, PTFE 다공성막)을, 유기 폴리머를 사출 성형하여 제조한 리저버를 구성하는 관통구멍(111a, 111b, 111c,…, 122c)(도4에서는 편의상 일부의 관통구멍만을 도시하고 있음)을 갖는 평판상 부재(100)에 시약(160)을 고착한 면을 내측으로 하여 접착하는 공정을 설명하는 도면이다. 그리고, 도5는 완성된 분석용 카트리지(1)의 외관을 도시한 사시도이다.
도4에 도시한 바와 같이, 비유동성 시약(160)은 벤트용 막(140)상의 관통구멍(111a, 111b, 111c,…, 122c)의 위치에 상당하는 위치에 점형상으로 고착되어 있으며, 평판상 부재(100)와 접착함으로써 비유동성 시약(160)은 각 리저버(111a, 111b, 111c,…, 122c)내에 밀봉된다.
커버 시트(130)가 접착된 평판상 부재(100)에는 액체의 출입구로서는 혈장 분리 여과막이 장비된 검체의 입구(500)가 있을 뿐, 포션 팩(300)에 들어 있는 시약 용해액이나 검체 희석액 및 다른 시약은 모두 분석용 카트리지(1)내에 밀봉되어 있다.
본 실시형태의 분석용 카트리지(1)의 캐필러리내의 액체의 송액은, 이 분석용 카트리지(1)에 장착된 송액 제어 장치에 의해 벤트(141)를 이용해서 실시된다. 송액 제어 장치는 벤트(141)를 통한 기체의 출입을 허용 또는 규제하는 도시하지 않은 밸브를 구비하고 있다. 그리고 이 밸브는, 벤트(141)를 사이에 두고 리저버와는 반대측 위치에 배치되며, 이 벤트(141)를 덮어 기밀성 높게 분석용 카트리지(1)에 밀착되는 도시하지 않은 커플러와, 도시하지 않은 공기 가압 펌프 사이에 위치하고 있다. 그리고, 상기 밸브는 커플러내에 구비되어 있어도 된다.
즉, 상기 송액 제어 장치는 상기 밸브를 열어 벤트(144)로부터의 기체의 출입을 허용함으로써 리저버로의 액체의 유입을 가능하게 하고, 또한 상기 밸브를 닫아 벤트(141)로부터의 기체의 출입을 규제함으로써 리저버로의 액체의 유입을 규제하는 송액 제어 기구를 구비하고 있다.
벤트(141)를 통한 기체 출입의 허용은, 커플러를 분석용 카트리지(1)에서 분리하여 벤트(141)를 직접 외부로 개방하여도 가능하고, 커플러를 분석용 카트리지(1)에 밀착한 채로 밸브를 3방 밸브로 하여 밸브의 전환에 의해 외부로 개방해도 된다. 그리고, 공기 가압 펌프 대신에 감압 펌프를 사용하여 커플러내를 음극으로 해도 된다. 또한, 액체의 송출측을 가압하고 또한 수납측을 가압으로 해도 된다.
또한 벤트(141)를 통한 기체 출입의 규제는, 커플러를 분석용 카트리지(1)에 밀착시켜 상기 밸브를 닫거나 공기 가압 펌프를 정지시킴으로써 실시할 수 있다.
그리고, 벤트(141)를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를 상기와 같은 밸브를 사용하지 않고 실시하는 형식의 송액 제어 장치로 실시해도 된다.
이와 같은 송액 제어 장치로서는, 예를 들면 공기 가압 펌프에 연결되어 있는 튜브 등을 장착하면 열림 상태로 되고, 분리하면 닫힘 상태로 되는 커플러를 벤트의 리저버와는 반대측에 장착하고, 튜브 등의 착탈에 의해 벤트를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를 제어하는 형태의 송액 제어 장치를 들 수 있다.
도6은 도1의 평판상 부재(100)에 있어서의 커플러를 장착하는 위치의 일례를 도시한 것이다. 도6에 도시한 바와 같이, 시약 용해액 낙하용 리저버(101), 검체희석액 낙하용 리저버(103), 표준액 낙하용 리저버(104) 이외의 모든 리저버에는 커플러가 장착되어 있다.
그리고, 시약 수납용 리저버 및 폐액 수납용 리저버에 대해서는, 모든 시약 수납용 리저버(111a, 112a, 113a,…, 122a, 111b, 112b, 113b,…, 122b)를 덮도록 1개의 커플러가 장착되어 있고, 또한 모든 폐액 수납용 리저버(111c, 112c, 113c,…, 122c)를 덮도록 1개의 커플러가 장착되어 있다.
또한, 도6의 예에서는 송액을 전기 침투류에 의해 실시하기 위한 전극과 배선 및 분석용 카트리지(1)의 로트별 검정치나 측정 항목 정보 등을 기록한 바코드도 함께 도시하고 있다.
이어서, 도1 및 도3을 사용하여 액체의 움직임을 설명한다. 도3은 분석용 카트리지(1)를 분석 장치에 세팅한 도면으로서, 분석용 카트리지(1)에 대해서는 포션 팩(300)이 장착된 부분만, 분석 장치에 대해서는 피스톤(303)만을 도시하고 있다. 그리고, 이 분석 장치는 송액 제어 장치, 검출 장치와 일체여도 되고 별체로 되어 있어도 된다.
이 분석 장치는 분석용 카트리지(1)에 장착된 포션 팩(300)을 분석 장치에 설치된 피스톤(303)으로 누름으로써, 내용액을 분석용 카트리지(1)내로 배출시키는 기구를 갖고 있다. 보다 상세하게는 분석용 카트리지(1)의 포션 팩(300)이 위치하는 부분에 포션 팩(300)의 직경에 대응한 직경을 갖는 피스톤(303)이 배치되어 있으며, 분석 개시시에 피스톤(303)이 자동적으로 포션 팩(300)에 압력을 가하여 포션 팩(300)내에 밀봉된 시약 용해액 또는 검체 희석액이 분석용 카트리지(1)의 리저버로 흘러 들어가도록 되어 있다.
즉, 도3과 같이 시약 용해액이 들어 있는 포션 팩(300)을 피스톤(303)으로 누르면서 찢고, 시약 용해액을 시약 용해액 낙하용 리저버(101)를 경유하여 시약 용해액 수납용 리저버(102)에 장입한다. 이 때, 시약 용해액 수납용 리저버(102)에 장착된 커플러에 연결된 밸브는 열고, 다른 밸브는 모두 닫아 둔다. 포션 팩(300)내의 액량은, 시약 용해액 수납용 리저버(102)와 시약 용해액 낙하용 리저버(101)를 합한 용량을 충분히 상회할 필요가 있다.
동일한 방법으로 하여, 검체 희석액이 들어 있는 포션 팩(300)에서 검체 희석액을 검체 희석액 낙하용 리저버(103)를 경유하여 검체 희석액 수납용 리저버(104)에 장입한다.
필요하면, 소정 농도의 검출 대상물이 용해되어 있는 표준액(포지티브 컨트롤)을 포션 팩(300)에서 표준액 낙하용 리저버(105)를 경유하여 표준액 수납용 리저버(106)에 장입하여 보정을 실시할 수 있도록 해 둔다. 표준액은 검체와 동일한 계량조(109) 및 희석 혼합조(110)를 사용하여 희석한다. 분석용 카트리지마다 표준액으로 검정함으로써, 분석용 카트리지의 성형 정밀도나 분석용 카트리지의 가공 정밀도의 편차를 보정할 수 있으므로 정밀도가 높은 분석을 실시할 수 있게 된다.
정량 반응 존(125)(물론 정성이어도 가능)의 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b)에는 각각의 측정에 적합한 다른 조성의 비유동성 시약(160)이 고착되어 있다. 비유동성 시약(160)이 들어 있는 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b)의 밸브를 열고, 시약 용해액 수납용 리저버(102)를 도시하지 않은 공기 가압 펌프에 의해 가압하고, 그 외의 리저버의 밸브를 닫으면, 시약 용해액은 각 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b)로 흘러 들어가 비유동성 시약(160)을 용해시킨다.
벤트(141)의 성능이 소정의 것이면, 각 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b)내의 공기는 벤트(141)를 통해 분석용 카트리지(1) 바깥으로 배출되고, 이 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b)가 액체로 채워지면, 이 시약 수납용 리저버(111a 내지 122a, 111b 내지 122b)로의 송액은 정지된다. 즉, 각 비유동성 시약(160)은 시약 수납용 리저버의 용적 분량의 시약 용해액으로 용해되어 소정 농도의 시약 용액으로 된다.
전혈 검체를 혈장 분리 여과막(필터)에 통과시키면서 검체 수납용 리저버(107)에 장입한다. 그러면, 혈구는 여과되어(혈소판은 잔존하는 경우가 있음) 혈장으로 되고 검체 수납용 리저버(107)에 모인다. 검체 수납용 리저버(107)의 혈장 검체를 계량조(109)로 보낼 때에는 폐액 수납용 리저버(108)의 밸브만을 열고, 다른 밸브는 모두 닫는다.
그리고, 검체 수납용 리저버(107)를 상기 공기 가압 펌프에 의해 가압하면, 검체 수납용 리저버(107)의 혈장 검체는 소정 용적의 계량조(109)를 통해 폐액 수납용 리저버(108)로 흐른다. 계량조(109)가 혈장 검체로 충분히 치환된 시점에서 폐액 수납용 리저버(108)의 밸브를 닫으면, 혈장 검체의 송액은 정지된다. 검체 수납용 리저버(107)의 가압을 정지하며 밸브를 닫고, 이어서 희석액 수납용 리저버(104)를 상기 공기 가압 펌프에 의해 가압하고 희석 혼합조(110)의 밸브를열면, 계량조(109)내의 혈장 검체는 희석액 수납용 리저버(104)로부터의 희석액으로 희석되면서 희석 혼합조(110)로 흘러 들어간다.
그리고, 리저버가 액체로 채워진 후에는 밸브를 닫아 공기 가압 펌프에 의한 가압을 정지하는데, 벤트로부터의 공기의 배출이 없어진 것을 검출하는 등의 수단에 의해 자동적으로 밸브를 닫는 시스템을 채택해도 된다. 이렇게 하면, 리저버가 액체로 채워지면 바로 공기 가압 펌프에 의한 가압이 정지되기 때문에, 벤트로의 부하가 저감된다.
희석 혼합조(110)는 2개 이상을 연결하여 상술한 방법으로 순차 이동시켜 감으로써 혼합 효율을 높일 수 있거나, 또는 2개가 연결된 희석 혼합조로 액을 왕복시킴(왔다 갔다 하게 함)으로써 혼합 효율을 높일 수도 있다. 희석 배율은 희석 혼합조(110)의 용량과 계량조(109)의 용량으로 일의적으로 결정한다.
이 용량은 분석용 카트리지(1)의 가공 조립 로트마다 분석용 카트리지(1)를 꺼내 검사하여 검정해 두는 것이 바람직하다. 이러한 검정 정보는 분석용 카트리지(1)에 바코드나 자기 테이프로 기록되고, 측정시에 그 정보를 분석 장치가 자동적으로 판독 분석치를 계산하는 시스템이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어진 소정 배율로 희석된 혈장 검체와 소정 농도의 시약 용액을 반응시키면, 정량 반응이나 정성 반응 등의 분석을 위한 반응을 쉽게 분석용 카트리지(1)내에서 실시할 수 있다.
도1에서는 예를 들면 시약 수납용 리저버(111a, 111b)중의 시약 용액과 희석된 검체가 순차 반응해 가고, 폐액 수납용 리저버(111c)로 흘러 들어가는 도중에검출부(126)(도1의 예에서는 열 렌즈에 의한 검출)로 측정이 실시된다. 시약 수납용 리저버(112a, 112b), 폐액 수납용 리저버(112c)는 별도의 측정 항목의 분석용이고, 시약 수납용 리저버(112a, 112b), 폐액 수납용 리저버(122c)는 또 다른 측정 항목의 분석용이다. 도면에는 부호를 붙이지 않았지만, 다른 정량 반응 존(125)의 리저버도 동일하다.
분석용 카트리지(1)내의 혼합은, 후술하는 바와 같은 시약 용액과 희석 검체를 소정 유량비로 연속적으로 혼합하여 용적적인 칭량을 하지 않고 반응에 적합한 혼합 비율을 실현하는 유량비 제어 방식을 채택할 수 있다. 또한, 계량조에서 측정하는 방법으로 각 시약 용액을 칭량하여 얻고, 혼합하여 정량 반응시킬 수도 있다.
캐필러리를 통한 임의의 리저버 사이의 액체의 송액 방법에 대해서는, 상술한 바와 같은 흡배기 펌프에 의한 방법, 본 출원인에 의한 특허출원 평11-352445호 명세서에 기재한 중력에 의한 송액법(단, 본 발명의 출원시에는 공개되어 있지 않음) 또는 후술하는 바와 같은 전기 침투류에 의한 방법, 나아가 피스톤과 같은 부재로 분석용 카트리지내의 액체를 격벽을 통해 외부에서 누르거나 또는 끌어당기는 방법, 마이크로 액추에이터와 다이어프램과 역지밸브 등의 조합에 의한 마이크로 펌프 등에 의한 방법 중 어느 하나 또는 이들의 조합을 이용할 수 있다.
마이크로 펌프의 예는, 예를 들면 상술한 캐나다 반프에서 1998년 10월 13일부터 16일까지 개최된 μTAS '98 워크샵의 회보(편집자: 디 제드 해리슨(D. Jed Harrison), 알버트 반덴버그(Albert van den Berg), 클루워 아카데미퍼블리셔(Kluwer Academic Publishers) 외)에 기재되어 있다.
이상 설명한 것은, 외부로 개방된 리저버(벤트)와 공기압으로 가압된 리저버(벤트) 사이의 차압에 의한 송액의 예인데, 펌프에 의해 감압 상태로 된 리저버(벤트)와 외부로 개방된 리저버(벤트) 사이의 차압으로 송액을 실시해도 된다. 이 경우에는, 액체를 받아들이는 측의 리저버(벤트)가 감압으로 되고, 액체를 내보내는 측의 리저버(벤트)가 외부 개방으로 된다. 그리고, 펌프에 의해 감압 상태로 된 리저버(벤트)와 공기압으로 가압된 리저버(벤트) 사이의 차압으로 송액을 실시할 수도 있다. 또한, 가압 정도가 다른 리저버 사이에서의 송액이나 감압 정도가 다른 리저버 사이에서의 송액도 가능하다.
(분석용 카트리지의 상세한 설명)
본 실시형태의 분석용 카트리지(1)는, 상술한 바와 같이 그 표면에 액체가 흐르는 홈이 형성된 평판상 부재(100)와 커버 시트(130)로 구성되어 있다. 그리고, 이 평판상 부재(100)의 상기 홈을 내측으로 하여 커버 시트(130)와 접착함으로써 캐필러리(150)를 형성하여 분석용 카트리지(1)로 한다.
이와 같은 평판상 부재(100)는, 실리콘, 유리 등의 무기재료나 유기 폴리머로 제작할 수 있다. 실리콘이나 유리의 경우에는, 유리, 석영 또는 Si 기판에 에칭 보호막(Cr 등)을 진공 증착 등의 방법으로 수천 옹스트롬의 두께로 제막하고, 그 위에 패터닝 레지스트를 스피너를 사용해서 도포한다. 그 후, 포토리소그래피용 마스크를 사용하여 자외광으로 레지스트를 노광하고, 계속해서 현상(미경화 부분을 용제로 제거)하여 원하는 형상으로 패터닝한다.
이어서, 패터닝된 레지스트를 에칭 마스크로 하여 에칭 보호막을 페리시안화 칼륨 수용액 등으로 용해 제거하여 패터닝한다. 계속해서, 패터닝된 레지스트 및 에칭 보호막을 마스크로 하여 기판을 예를 들면 불산 수용액으로 에칭하여 홈을 형성한다. 그 후, 레지스트 및 보호막을 에칭 제거한다. 또한, 상기 기판과는 별도로 초음파가공 등의 방법으로 관통구멍을 형성한 유리 등의 기판을 준비한다. 마지막으로 홈 가공된 기판과 관통구멍이 형성된 기판을 홈을 내측으로 하여 포개고, 예를 들면 진공로중에서 가열(유리 기판끼리의 경우에는 600℃ 정도로 수시간 가열)한 후, 자연 냉각함으로써 융착하여 만들 수 있다.
평판상 부재(100)를 일본 공개특허공보 평6-283830호의 회로 기판을 제조하는 방법에 기초하여 제조할 수도 있다. 이 방법에 있어서 유리 기판을 사용하는 경우에는, 유리 기판상에 레지스트 패턴을 형성하여 샌드 블라스트법으로 유리 기판을 가공하는 방법이 사용된다. 날아오는 입자의 방향이 두꺼운 레지스트에 의해 수직방향으로 정렬되기 때문에, 통상의 얇은 레지스트에 비해 샤프한 가공이 가능하여 높은 애스펙트비의 홈을 만들 수 있다. 또한, 유리나 수지 기판상에 감광성 레지스트를 도포하고, 홈 이외의 부분을 노광한 후, 미경화 부분을 제거하여 홈 형상의 레지스트 패턴을 기판상에 형성하는 수법도 가능하다.
유기 폴리머를 사용해서 평판상 부재(100)를 작성하는 경우에 있어서, 광학적 검출을 실시하는 경우에는, 검출에 사용되는 파장의 빛에 대해 투명성을 갖는 수지를 사용할 필요가 있다. 예를 들면, 광열 변환 검출법에 의한 검출의 경우에는, ASTM D1003의 방법으로 측정되는 수지의 광선 투과율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상의 것이 바람직하다. 또한, 흡광도법, 화학발광법, 형광법에 의한 검출의 경우에도 마찬가지로 광선 투과율이 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상의 것이 바람직하다.
그리고, 각각의 방법에 있어서 사용할 수 있는 여기용 및 검출용 레이저의 파장은, 광열 변환 검출법에서는 400 내지 800㎚, 바람직하게는 600 내지 800㎚의 파장 범위이다. 그리고 흡광도법에 의한 검출의 경우에는, H2O2-퍼옥시다아제계를 예로 들면 500 내지 800㎚의 파장 범위, 화학 발광법에 의한 검출의 경우에는 400 내지 600㎚의 파장 범위, 형광법에 의한 검출의 경우에는 480 내지 700㎚의 파장 범위가 일반적이다.
또한, 광열 변환 검출법을 사용하는 경우에는, 수지의 미소 흡수에 의해 수지내에도 열 렌즈가 형성되어 백 그라운드의 원인이 되기 때문에, 수지에 의한 빛의 흡수율은 수지내의 전체 광로 길이에서 여기광 및 프로브광의 5% 이하, 바람직하게는 1% 이하, 더욱 바람직하게는 0.5% 이하가 보다 바람직하다.
또한, 홈을 갖는 평판상 부재(100)에 사용되는 유기 폴리머의 재질의 선택에 있어서, 성형 가공성도 중요한 요소이다. 성형 가공성의 면에서 양호하게 사용할 수 있는 것은, 일반적인 용융가공이 가능한 열가소성 수지나 UV 경화에 의해 얻어진 수지를 들 수 있다. 그리고, 표면에 홈을 갖는 평판상 부재(100)를 대량으로 또한 저렴하게 성형가공할 수 있는 점에서 전자가 양호하다.
그 중에서도 비결정성 열가소성 수지, 비결정성 수지가 주성분인 열가소성폴리머 얼로이 또는 결정화도가 낮은 일부의 결정성 열가소성 수지가 양호하다. 특히 양호하게 사용할 수 있는 것은, 구체적으로 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 등의 스티렌계 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메틸메타크릴레이트-스티렌 공중합체 등의 메타크릴수지, 폴리카보네이트(PC), 폴리술폰(PS), 폴리에테르술폰, 폴리에테르이미드, 폴리알릴레이트, 폴리메틸펜텐 등이다.
또한, 1,3-시클로헥사디엔계 중합체도 바람직하게 사용된다. 1,3-시클로헥사디엔계 공중합체는 호모폴리머를 사용할 수도 있는데, 공중합체를 사용할 수도 있다. 이 공중합체로서는 1,3-부타디엔, 이소프렌, 1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔 등의 사슬형 공액디엔계 모노머, 스티렌, α-메틸스티렌, p-메틸스티렌, 1,3-디메틸스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐스티렌 등의 비닐방향족계 모노머, 메타크릴산 메틸, 아크릴산 메틸, 아크릴로니트릴, 메틸비닐케톤, α-시아노아크릴산 메틸 등의 극성 비닐모노머 또는 에틸렌옥시드, 프로필렌옥시드, 고리형상 락톤, 고리형상 락탐, 고리형상 실록산 등의 극성 모노머 또는 에틸렌, α-올레핀계 모노머와의 공중합체를 들 수 있다. 공중합비는 중량비로 1,3-시클로헥사디엔모노머/코모노머 = 75/25 내지 100/0이 바람직하다.
광투과성이 높은 시클로헥사디엔계 폴리머에 대해서는, 일본 특허출원 평9-277045호 명세서중에 상세하게 기술되어 있다. 이 폴리머는 200㎚ 이상의 파장의 흡수는 거의 없고, 또한 비정성 C-H 폴리머이기 때문에, 단파장의 광원에 의한 검출도 가능하다.
표면에 홈을 갖는 유기 폴리머제 평판상 부재는, 모노머, 매크로 모노머의형틀내에서의 UV 경화나 열경화, 열가소성 수지의 용융 가공이나 소성 가공, 표면에 홈이 없는 평판상 부재로부터의 절삭 가공이나 레이저 등에 의한 에칭가공 등의 방법에 의해 제조할 수 있다. 양호하게 사용할 수 있는 성형 가공법은 표면에 홈을 갖는 평판상 부재를 대량으로 또한 저렴하게 성형가공할 수 있는 점에서, 열가소성 수지의 용융가공이나 소성가공이다. 더욱 양호하게 사용할 수 있는 것은 금형을 사용한 열가소성 수지의 사출 성형법 및/또는 압축 성형법, 엠보스 성형법이다.
특히, 수지의 금형 캐비티로의 충전 공정중에 금형에 접하는 수지 표면의 고화 온도를 저하시키면서 사출 성형하는 사출 성형법(일본 공개특허공보 평10-128783호, 특허출원 평10-46665호 명세서, 특허출원 평10-50719호 명세서)은 성형 정밀도가 높은 미세한 홈을 갖는 유기 폴리머제 평판상 부재를 생산성 좋게 제조할 수 있기 때문에, 특히 바람직한 성형 방법이라고 할 수 있다. 이 사출 성형 방법의 구체예로서는, 캐비티내에 탄산가스를 채워 두고 사출 성형하는 방법을 들 수 있다. 이 경우의 탄산가스의 압력은 10㎫ 이하가 바람직하다.
또한, 성형 직전에 고주파 유도 가열로 금형 표면을 가열하여 성형하는 사출 성형 방법(일본 특허공고공보 소62-58287호, 미국 특허 제4439492호 명세서 등에 기재)이나 성형 직전에 복사 가열로 금형 표면을 가열하여 성형하는 사출 성형 방법(성형 가공 심포지엄 '95, 241 <1995>, 성형 가공 '96, 69 <1996>, 합성 수지, 42권(1), 48 <1992> 등에 기재) 등과 같은 금형 표면을 가열하여 성형하는 사출 성형 방법도 바람직한 성형 방법이다.
즉, 상기 성형 방법은, 금형 온도를 낮게 설정하고, 고주파 유도 가열이나 할로겐 램프 등의 열원에 의해 성형 직전에 금형 표면만을 선택적으로 가열하여 형틀 표면 전사성과 성형 사이클의 양립을 도모할 수 있는 성형 방법이기 때문이다.
평판상 부재의 성형용 금형으로서는, 철 또는 철을 주성분으로 하는 강재, 알루미늄 또는 알루미늄을 주성분으로 하는 합금, 아연 합금, 베릴륨-구리 합금 등의, 일반적으로 합성수지의 성형에 사용되고 있는 금속으로 이루어진 금형을 양호하게 사용할 수 있다.
금형 제작 방법의 일례를 든다. 우선, 금속, 플라스틱, 실리콘 또는 유리 등의 재료로부터 절삭 가공이나 에칭 가공 또는 자외선 경화수지의 포토리소그래피 가공 등의 방법에 의해 목적으로 하는 미세한 홈을 갖는 평판상 부재의 표면 형상을 갖는 모형(母型)을 작성한다. 그리고, 이 모형으로부터 니켈 등의 전기 화학적 주조법에 의해 금형이 제작된다.
또한, 상술한 일본 공개특허공보 평6-283830호의 레지스트 패턴을 형성하는 방법을 사용하여 금형을 만들 수도 있다. 금속 기판에 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트가 없는 부분을 금속 도금으로 메운다. 그리고, 레지스트를 제거하여 기판 표면에 미세한 패턴을 입힌 금속판을 형성한다. 이 금속판을 금형으로 하여 수지나 소결 유리 등의 가공을 실시할 수 있다.
또한, 홈을 갖는 유기 폴리머제 평판상 부재로 구성되는 분석용 카트리지는, 폴리에틸렌글리콜의 그라프트 중합 등에 의해 그 홈의 내면에 단백 흡착 방지 처리를 실시한 것이어도 된다. 또한, 후술하는 전기 침투류를 송액 수단으로 사용하는경우에는, 안정된 전기 침투류를 발생시키기 위한 표면 처리를 실시한 것이어도 된다.
본 실시형태의 분석용 카트리지(1)는 평판상 부재(100)와 커버 시트(130)를 초음파 융착, 열 융착, 핫 멜트 접착제나 UV 접착제 등의 접착제에 의한 접착, 접합제에 의한 접착, 양면 테이프에 의한 접착, 직접 또는 얇은 탄성 시트를 통한 압접 등의 방법으로 상기 홈을 내측으로 하여 접합해서 만들어진다.
커버 시트(130)의 재료는 평판상 부재(100)에 사용되는 재료중에서 선택할 수 있는데, 동일한 재료여도 되고 다른 재료여도 된다. 그 두께는 광학적 검출에 악영향을 미치지 않으면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.05 내지 수㎜ 정도가 바람직하다.
또한, 본 실시형태의 분석용 카트리지(1)의 구성은, 생산성의 관점에서 표면에 홈을 갖는 평판상 부재(100)와 커버 시트(130)를 상기 홈을 내측으로 하여 접착한 구성인 것이 바람직한데, 관통 홈을 갖는 평판상 부재를 2장의 커버시트로 끼워 홈을 형성시킨 3장 구성으로 해도 된다.
이 커버 시트에는 리저버용 관통구멍이 형성되어 있어도 되고, 평판상 부재(100)에서 돌기하는 형태로 원통형 또는 직사각형의 리저버(폐액 수납용을 포함함)가 구비되어 있어도 된다. 이 돌기 리저버의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 높이 1 내지 수㎜, 직경 1 내지 수㎜ 정도가 바람직하다. 홈을 갖는 평판상 부재나 커버 시트가 수㎜ 정도의 두께를 갖는 경우, 상기 관통구멍이 리저버를 겸할 수도 있다.
본 실시형태에 있어서는, 평판상 부재(100)의 표면에 구비된 홈의 단면형상은 사각형, 삼각형 등의 다각형의 형상, 반원형, 반타원형 등, 특별히 한정되지 않는다. 또한, 평판상 부재(100)가 몇가지 종류의 다른 형상의 홈을 조합하여 이루어진 유로를 표면에 갖고 있어도 된다. 홈의 상면(개구 부분)의 폭은 홈의 하면(바닥)의 폭과 동일하거나 또는 넓어도 된다. 그리고, 홈 단면형상은 사각형이 가장 바람직하다.
이 홈은, 지나치게 작으면, 액체에 미립자가 혼입된 경우나 혈구 등에 의한 눈 막힘의 원인이 된다. 또한, 지나치게 크면, 2개의 액체가 합류하여 혼합될 때의 확산에 의한 혼합의 효율이 저하된다. 따라서, 홈의 폭이 1 내지 500㎛, 깊이가 0.1 내지 1000㎛, 단면적이 1 내지 250000㎛2인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 폭이 2 내지 300㎛, 깊이가 1 내지 200㎛, 단면적이 2 내지 60000㎛2이다.
평판상 부재(100)는 그 표면에 갖는 홈의 치수 정밀도는 특별히 구애받지 않는다. 그러나, 극미세 재료 성분의 분석이나 정량 분석 등을 실시할 때에는, 치수 정밀도는 우수한 것이 바람직하다. 즉, 홈의 치수 정밀도는 조작의 정밀도 및 개개의 분석용 카트리지 사이의 재현성을 얻기 위하여, 설계 치수에 대해 폭 및 깊이가 ±5% 이내, 단면적이 ±7% 이내인 것이 바람직하다. 또한, 높은 정밀도의 정량 분석을 실시하기 위해서는, 폭 및 깊이가 ±2% 이내, 단면적이 ±4% 이내인 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 분석용 카트리지(1)내에 있어서의 정량 반응을, 유량비를 제어함으로써 각 액체를 일정 비율로 혼합하고, 적어도 일정 시간 이상 연속적으로 반응하는 방법으로 실시할 경우에는(본 출원인에 의한 일본 특허출원 평10-181586호 명세서,「혼합 분석 장치 및 혼합 분석 방법」), 분석용 카트리지(1)는 홈을 갖는 평판상 부재(100)로 작성되고, 검체용 및 적어도 1종류의 시약 용액용의 각각의 유로를 갖고, 또한 이들 유로가 순차 또는 한번에 합류된 후, 검출부를 구비한 유로로 이어져 있는 유로를 갖고, 또한 유량을 제어하기 위한 기구를 갖고 있다. 그리고, 유량이란 홈(캐필러리) 안을 일정 시간내에 이동하는 액체의 체적을 의미한다.
(벤트에 대해)
본 실시형태에 사용하는 벤트(141)에는 분석용 카트리지(1)내의 액체는 투과하지 않고, 기체, 특히 공기를 투과하는 것이라면, 어떠한 것을 사용해도 지장없다.
분석용 카트리지(1)내의 액체가 수용액인 경우에는, 소수성 소재에 구멍을 형성한 것을 사용할 수 있다. 소수성 구멍을 벤트로서 적용하면, 수용액은 그 표면장력 때문에 벤트를 투과하지 못하기 때문에, 기체만이 투과하게 되어 소수성 이외의 소재와 비교하여 액체가 넘쳐나올 가능성이 보다 낮아진다.
이와 같은 벤트의 바람직한 실시형태의 하나에 소수성 유기 폴리머나 무기 소재로 이루어진 평판, 시트 등에 직경 1㎛ 내지 수백㎛ 정도의 작은 구멍을 소수 형성한 것이 있다. 1개의 리저버의 벤트에 구비하는 구멍의 개수가 1개 내지 여러 개여도 구멍 직경의 크기나 소재의 소수성 등을 적절히 선택하면, 벤트로서의 기능을 충분히 부여할 수 있다. 이들 구멍은 드릴 등으로 기계적으로 형성해도 되고, 레이저 등을 사용해서 형성해도 된다.
소수성 유기 폴리머는 임계 표면 장력이 20℃에서 약4×10-2N/m 이하인 것이 바람직하고, 예로서는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 실리콘, 실록산류, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리알릴레이트, 폴리메틸펜텐, 1,3-시클로헥사디엔계 공중합체 등을 들 수 있다.
반대로, 분석용 카트리지(1)내의 액체가 소수성 유기 용매인 경우에는, 친수성의 다공성 막이 바람직하게 사용된다. 그리고, 소수성이 높은 소재로 이루어진 평판, 시트, 막 등에 수용액의 경우와 동일한 작은 구멍을 형성한 것도 벤트로서 사용할 수 있다.
의료 진단에 있어서의 분석에서는, 분석용 카트리지(1)내의 액체는 기본적으로는 물을 주성분으로 하는 경우가 많기 때문에, 벤트에는 소수성 재질이 사용된다.
벤트로서는, 상기한 바와 같은 직경이 작은 구멍을 소수 구비한 것 외에 다공성 막을 사용할 수 있다. 분석용 카트리지의 제조에 있어서는, 성형한 칩에 소수성 다공질 막을 접착하는 것만으로 벤트를 형성할 수 있기 때문에 생산성이 우수하다. 또한, 이 소수성 다공질 막을 눌러 압력을 가함으로써, 리저버내의 액체를 캐필러리로 밀어낼 수 있으므로 바람직하다.
소수성 막 재료로서는, 상술한 소수성 유기 폴리머가 바람직하게 사용된다. 단, GOT/GPT나 콜레스테롤량 등의 생화학 분석에 있어서는, 일반적으로는 혈장 단백의 흡착 방지 등을 위해 시약에 계면활성제를 첨가하는 경우가 많기 때문에, 이 경우에는 보다 소수성이 강한 막을 사용할 필요가 있다.
통상은 셀룰로오스 아세테이트막으로도 사용할 수 있는 경우도 있으나, 계면활성제가 첨가된 시약의 경우에는, PTFE, 실리콘, 폴리에틸렌 등의 소수성이 강한 막이 액체의 벤트로부터의 누출을 방지하는 능력(내수압)이 높아서 바람직하다. 비유동성 시약을 벤트에 건조 고착하는 공정을 고려하면, 계면활성제가 들어간 시약에 대해 형상이 보다 안정된 PTFE막 등이 소수성이 높아서 보다 바람직하다.
높은 압력으로 액체를 송액할 수 있는 점에서, 벤트의 내수압은 클수록 바람직한데, 100g/㎠ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1000g/㎠ 이상, 더욱 바람직하게는 3000g/㎠ 이상이다.
이 소수성 다공질 막을 시약 수납용 리저버 등에 벤트로서 사용한 경우에는, 시약 용해액을 시약 수납용 리저버로 송액할 때에 액압이 너무 높아지면, 소수성 다공질 막이 팽창하여 시약 용해액이 다량으로 도입되어 시약 용액의 농도가 흐려질 우려가 있다. 따라서, 폴리프로필렌 등의 부직포 등으로 소수성 다공질 막의 표면(시약 수납용 리저버와는 반대측 면)을 보강한 소수성 다공질 막을 사용하는 것은 바람직한 실시태양의 하나이다.
구멍을 갖는 시트나 소수성 다공질 막을, 관통구멍을 구비한 칩에 접착하여 벤트를 형성하는 방법으로서는, 열경화형 또는 UV 경화형의 접착제나 양면 테이프등을 사용해서 접착하는 방법을 들 수 있다.
구멍을 갖는 시트나 소수성 다공질 막 중 벤트의 기능을 갖는 부분, 즉 관통구멍을 덮는 부분에 접착제나 양면 테이프가 존재하면 문제가 발생한다. 따라서, 접착제를 도포하는 경우에는 관통구멍을 덮는 부분에 마스크를 하거나, 양면 테이프의 경우에는 관통구멍을 덮는 부분에 대응하는 부분을 미리 펀칭하여 구멍을 형성해 두는 등의 전처리가 필요하다. 양면 테이프의 경우에는, 관통구멍을 덮는 부분을 펀칭하는 날을 구비한 금형을 작성해 두고, 양면 테이프에 구멍을 뚫으면서 구멍을 갖는 시트 또는 소수성 다공질 막을 관통구멍을 구비한 칩에 연속적으로 접착해 가는 방법이 생산 효율의 관점에서 바람직하다.
소수성 다공질 막에 있어서 기체가 투과하는 방법은, 통상은 소수성 다공질 막의 막 표면에 대해 수직방향, 즉 막두께 방향이다. 그러나, 소수성 다공질 막의 막 평면에 대해 평행방향(이하, 래터럴 방향이라고 함)으로 기체가 투과할 수도 있다. 즉, 소수성 다공질 막의 리저버와는 반대측 면을 PET 필름 등의 기체 비투과성 소재로 덮고, 막두께 방향으로 기체의 투과가 발생하지 않도록 하여 리저버에서 막의 단부까지 래터럴 방향으로 기체를 투과시킬 수도 있다. 그러나, 일반적으로는 막두께 방향으로 기체의 투과를 발생시키는 편이 벤트의 구조가 단순해져서 바람직하다.
또한, 막의 래터럴 방향으로 기체를 투과시키기 것은, 분석용 카트리지내의 송액 제어에 의해 있어서 바람직하지 못한 경우가 있다. 각 리저버에 독립적으로 소수성 다공질 막을 형성한 경우, 즉 1개의 리저버의 개구부만을 덮는 소수성 다공질 막을 형성한 경우에는 문제는 없다. 그러나, 1장의 소수성 다공질 막으로 복수의 리저버의 개구부를 덮은 경우에는 문제가 발생하는 경우가 있다.
즉, 복수의 리저버의 액체 출입을 동일한 방법으로(동일 패턴으로) 제어하는 경우에는 문제가 없으나, 각 리저버의 액체의 출입을 독립적으로 제어하고자 할 경우에는, 래터럴 방향으로 기체가 투과하면, 이것에 의해 인접하는 리저버의 벤트로 기체가 새어나와서 정확한 제어에 대해 장해로 될 우려가 있다. 따라서, 1장의 소수성 다공질 막을 복수의 리저버의 벤트로서 사용한 경우에, 복수의 리저버의 액체 출입을 독립적으로 제어하기 위해서는, 소수성 다공질 막의 래터럴 방향으로 기체가 투과하는 것을 방지할 필요가 있다.
이를 위해서는, 각 리저버의 개구부를 각각의 소수성 다공질 막으로 덮는 것이 바람직한데, 복수의 리저버의 개구부를 1장의(공통의) 소수성 다공질 막으로 덮는 경우에는(그리고, 분석용 카트리지의 생산성의 점에서는 1장의 소수성 다공질 막으로 덮는 편이 바람직하다), 소수성 다공질 막의 각 리저버 사이에 위치하는 부분을 기체가 투과하지 않는 상태로 할 필요가 있다.
이렇게 하면, 래터럴 방향으로 기체가 투과하여 인접하는 리저버의 액체 출입의 제어에 악영향을 미치는 경우가 없다. 소수성 다공질 막을 기체가 투과하지 않는 상태로 하기 위해서는, 소수성 다공질 막이 갖는 구멍을 찌부러뜨려서 구멍이 없는 상태, 즉 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 할 필요가 있다.
이 방법으로서는, 구체적으로 각 리저버 사이에 위치하는 부분에 적당한 접착제나 용제를 함유시키는 방법, 이 부분을 가열 용융시키는 방법, 이 부분을 가압하는 방법 등을 생각할 수 있다. 그러나, 가열 용융시키는 방법에서는 소수성 다공질 막에 주름이 생겨서 칩으로의 접착이 어려워진다는 문제가 발생하는 경우가 있다. 상기 방법중에서는, 가압함으로써 소수성 다공질 막이 갖는 구멍을 찌부러뜨려서 구멍이 없는 상태로 하는 방법이 가장 바람직하다. 바람직한 가압 조건은 온도는 상온이고, 가압 압력은 소수성 다공질 막의 두께와 평균 구멍 직경에 따라 달라진다.
그리고, 복수의 리저버로 이루어지고 액체 출입의 제어가 동시에 실행되는 리저버군의 경우에도, 리저버군마다 독립된 소수성 다공질 막을 형성하거나 리저버군의 복수를 공통의 소수성 다공질 막으로 덮어 각 리저버의 벤트를 구성한 경우에는, 상기 소수성 다공질 막은 각 리저버군 사이에 위치하는 부분이 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있을 필요가 있다. 이렇게 하면, 각 리저버군의 액체 출입을 독립적으로 제어할 수 있다.
소수성 다공질 막이 갖는 구멍의 평균 구멍 직경은 약 10㎛ 내지 0.01㎛의 것을 사용할 수 있다. 단, 구멍 직경이 작을수록 내수압이 높아지고, 단위시간당 투과 공기량이 적어지는 점(즉, 기체의 투과에 보다 강한 압력과 시간을 필요로 함), 및 입수의 용이성 등을 고려하면 평균 구멍 직경은 0.05 내지 5㎛가 바람직하다. 소수성 다공질 막의 두께 방향으로 기체를 투과시키는 경우에는, 소수성, 즉 액체 차단성과 기체 투과 속도로부터 평균 구멍 직경은 0.1 내지 0.3㎛가 바람직하다. 래터럴 방향으로 기체를 투과시키는 경우에는, 그 거리에 따라 달라지지만, 0.5 내지 5㎛ 정도의 평균 구멍 직경이 바람직하다.
또한, 소수성 다공질 막의 두께는 20 내지 300㎛ 정도가 자주 사용되는데, 강도와 기체 투과 속도로부터 50 내지 100㎛ 정도의 것이 바람직하다.
(비유동성 시약의 밀봉 및 용해에 대해)
본 발명의 특징중 하나는, 상기한 바와 같은 소수성 벤트를 구비한 리저버내에 비유동성 시약을 밀봉하고, 검체의 분석시에 분석용 카트리지내에서 상기 시약을 용해시켜 미량의 시약 용액을 즉시 조정한다는 점이다. 이 점에 대해 이하에 상세하게 설명한다.
본 발명의 분석용 카트리지에 있어서는, 밀봉해지는 시약의 적어도 일부는 비유동성이다. 분석용 카트리지의 유통 과정(운반시나 보관시) 또는 취급시에 리저버로 연통하는 캐필러리로 상기 시약이 유출되지 않는다면, 상기 시약은 분체, 결정, 동결 건조품 등의 고체여도 되고, 고무상, 물엿상이어도 된다.
이 비유동성 시약을 상기 소수성 벤트를 구비한 시약 리저버에 밀봉한 상태에서 분석용 카트리지를 유통시키고, 분석 직전에 분석용 카트리지에 밀봉되거나 또는 부속된 시약 용해액을 캐필러리를 통해 상기 시약 리저버로 송액하여 시약을 용해시켜 분석에 사용한다.
이와 같은 구성으로 하면, 수㎕ 정도 이하의 미량의 시약 용액을 시약의 낭비 없이 분석용 카트리지내에 준비할 수 있게 된다.
또한, 시약을 밀봉한 분석용 카트리지를 제품으로 할 수 있기 때문에, 원하는 시약이 밀봉된 분석용 카트리지를 구입하면, 분석 작업자가 시약을 분석용 카트리지에 밀봉하는 작업을 전혀 하지 않고 원하는 분석을 실시할 수 있다.
분석용 카트리지에 비유동성 시약을 밀봉하는 방법으로서는, 고체상의 시약, 예를 들면 분말상, 결정상의 시약이나 동결 건조시킨 고체의 덩어리를 리저버에 필요량 수납하는 방법이나, 용액 상태의 시약을 시약 리저버에 나누어 부은 후, 건조시켜 비유동성을 부여하는 방법을 들 수 있다.
용액 상태의 시약을 분주하는 경우에는, 도7에 도시한 바와 같이 관통구멍을 갖는 평판상 부재(100)의 홈을 갖고 있지 않는 판면에 4플루오르화 에틸렌 수지제의 벤트용 막(140)을 양면 접착 시트(171)에 의해 접착하고, 이것에 의해 형성되는 리저버에 분주 장치(180)에 의해 시약 용액을 장입한다. 그리고, 이 시약 용액을 건조시켜 비유동성으로 한 후, 상기 판면과는 반대측 판면에 세공을 갖고 있지 않는 아크릴 수지제의 커버 시트(130)를 양면 접착 시트(172)에 의해 접착하여 본 발명의 분석용 카트리지(1)를 얻을 수 있다.
그리고, 분석용 카트리지(1)에는 표준액이나 검체 희석액 등이 들어간 포션 팩(181)과 전혈 검체에서 혈구를 분리하는 필터(182)가 장착되어 있다. 또한, 벤트용 막(140)은 상기 리저버의 개구부를 둘러싼 부분을 가압함으로써, 래터럴 방향으로 기체가 투과하지 않도록 되어 있다. 그리고, 양면 접착 시트(171)는 상기 리저버의 개구부를 덮는 부분에 대응하는 부분을 미리 펀칭하여 구멍을 형성하고 있다.
작금의 DNA 칩의 진보에 따라, 1nℓ정도의 극미량에서 ㎕ 오더의 용량까지를 CV값으로 수% 이하로 칭량하는 기술이 완성되어 있기 때문에, 이와 같은 도트 블로터(예를 들면, 바이오도트(BioDot)사 등록 상표인 "픽시스 3000(Pixsys 3000)" 등)를 시약 용액을 나누어 부을 때의 분주 장치로서 사용하면, 정밀도 좋게 시약을 칭량하여 분석용 카트리지(1)에 밀봉할 수 있다.
또한, 상술한 순번과는 반대 순번으로 벤트용 막(140)과 커버 시트(130)를 접착하여도, 분석용 카트리지(1)를 작성할 수 있다. 즉, 관통구멍을 갖는 평판상 부재(100)의 홈을 갖고 있는 판면에 커버 시트(130)를 양면 접착 시트(172)에 의해 접착하고, 이것에 의해 형성되는 리저버에 시약 용액을 장입한다. 그리고, 이 시약 용액을 건조시켜 비유동성으로 한 후, 상기 판면과는 반대측 판면에 4플루오르화 에틸렌 수지제의 벤트용 막(140)을 양면 접착 시트(171)에 의해 접착하여 본 발명의 분석용 카트리지(1)를 얻을 수 있다. 그리고, 이 경우에는 점성이 높은(유동성이 낮은) 시약 용액을 사용하여 이 시약 용액이 캐필러리로 잘 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 점을 도1 및 도2를 사용하여 설명한다. 용액상의 시약을 도트 블로터와 같은 장치를 사용해서 리저버 또는 리저버를 덮는 벤트(141)에 점형상으로 부착시킨다. 그리고, 용액상의 시약을 건조시킨 후에 커버 시트(130)를 접착하여 분석용 카트리지(1)내에 비유동성 시약(160)을 밀봉한다. 또는, 홈을 구비한 평판상 부재(100)에 접착시키기 전에 벤트용 막(140)의 리저버와 상대하는 위치에 용액상의 시약을 점형상으로 부착시켜 건조시킨 후, 평판상 부재(100)에 벤트용 막(140) 및 커버 시트(130)를 접착하는 방법이어도 된다.
단, 이 경우, 시약 용액을 부착시킬 때의 위치맞춤 정밀도가 필요함은 물론이지만, 추가로 점형상으로 부착시킨 시약의 건조후의 직경을 제어할 필요가 있다.즉, 부착시킨 시약의 건조후의 직경을 리저버의 직경보다 작게 할 필요가 있음은 물론이지만, 추가로 시약의 용해를 위한 시약 용해액을 주입한 후에 공기 제거를 실시하기 쉬워야 한다. 이를 위해서는 부착시킨 시약의 건조후의 직경은 리저버의 직경보다 약간 작게, 바람직하게는 리저버 직경의 90% 이하의 직경인 것이 바람직하다.
리저버에 분주된 시약 용액은, 미량이기 때문에 저습도로 유지한 환경에서는 상온 상압이어도 자연 건조가 가능하다. 생산 효율면에서는 진공 등의 감압하에서 단시간에 건조시키는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 돌비(突沸) 등이 일어나지 않는 감압 프로그램으로 건조시키는 것이 바람직하다. 동결 건조도 가능하기는 하지만, 평판상 부재가 변형, 변질될 우려가 있다. 그리고, 분석용 카트리지(1)를 기울인 경우에도 유동되지 않는 정도라면, 시약은 덜 마른 상태여도 되고 함수 폴리머나 다당의 첨가에 의해 페이스트상이어도 된다.
또한, 시약 용액을 별도로 동결 건조시키고, 소수성 벤트를 구비한 리저버에 수납하고 나서 커버 시트를 붙여서 뚜껑을 덮어도 된다. 각 리저버에 밀봉하는 양 또는 그보다 소량의 시약 용액을 적당한 시트 등에 점형상으로 부착시켜 동결 건조시키면, 리저버로의 수납이 용이하다. 또한, 시약 용액을 적당한 직경의 노즐을 통해 액체 질소에 적하하거나 하여 미소한 시약 입자를 제조할 수도 있다. 그리고, 분석용 카트리지의 외부에서 비유동성 시약을 정제로 하여 리저버내에 넣고 봉해도 된다. 단, 생산성 면에서는 용액상의 시약을 사용한 상기 방법이 바람직하다.
한편, 분석용 카트리지내에 밀봉된 비유동성 시약이 분석 직전에 시약 용해액으로 용해될 때의 용해 시간을 단축하기 위하여, 측정 항목에 따라서는 비유동성 시약에 용해 보조제를 첨가할 수도 있다. 용해 보조제로서는, 적당한 분자량 분포를 갖는 폴리에틸렌글리콜(PEG) 등의 폴리에테르나 글루코오스 등의 단당, 자당 등의 이당, 덱스트란, 플루란 등의 다당류, 올리고당 또는 이들의 혼합물 등이 사용된다.
이들 용해 보조제중에서도 다가 알코올, 특히 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 글리세롤에서 선택되는 적어도 1종의 용해 보조제가 바람직하다. 후술하는 실시예 2에 나타낸 바와 같이, 용해 보조제로서 종래 자주 사용되던 PEG의 첨가가 유효하지 않은 경우에도 다가 알코올이 유효했다. 그리고, 다가 알코올중에서도 글리세롤이 바람직하고, 폴리에틸렌글리콜의 첨가에서는 효과가 작았던 시약에 대해서도 용해 보조 효과가 현저했다.
(검체에 대해)
환경 분석에 있어서는, 하천, 해수, 공장 배수 등을 검체로서 사용할 수 있다. 또한, 의료 진단 검사에 있어서는 혈액 등을 검체로서 사용할 수 있다. 혈액은 혈장, 혈청, 전혈 등 어떤 형태나 검체로서 사용할 수 있다. 검체가 혈장 또는 혈청인 경우에는 혈구를 분리할 때의 손실이 없기 때문에, 실제로 분석에 필요한 검체량은 1㎕ 이하의 매우 작은 양으로 충분하다.
일반적으로, 생화학 검사를 실시할 때에는, 전혈에서 혈구를 제거하고 혈장으로 할 필요가 있다. 따라서, 분석용 카트리지(1)에 전혈을 직접 장입하는 경우에는, 수십㎕ 정도의 검체량이 바람직하다. 전혈에서 혈장을 얻는 방법으로서는, 분석용 카트리지(1)를 원심 분리기에 설치하여 분석용 카트리지(1)내에서 원심 분리를 실시하는 방법도 있는데, 보다 간편하게는 혈장 분리 여과막에 전혈을 통과시킴으로써 혈장을 분리하는 방법이 바람직하다. 혈장 분리 여과막으로서는, 셀룰로오스제의 것, 테플론제의 것, 유리 필터 등을 들 수 있다. 그 중에서는, 유리 필터(예를 들면, 와트만사 제조 GF-D 등)가 혈장 회수율의 관점에서 바람직하다.
한편, 분석용 카트리지(1)내에서 백혈구 수, 적혈구 수, 혈소판 수 등을 계측할 경우에는, 전혈 검체를 그대로 희석이나 용혈시켜 사용하기 때문에 상술한 바와 같은 혈장 분리막은 필요 없고, 분석에 필요한 전혈량도 1㎕ 정도의 극미량으로 충분하다.
(시약 용해액 및 검체 희석액에 대해)
시약 용해액이나 검체 희석액 등은 분석에 있어서 수십㎕ 정도 이상 필요한 액체 시약이기 때문에, 상술한 포션 팩과 같은 주머니 형상의 것에 밀봉하여 분석용 카트리지(1)내에 장착할 수 있다. 주머니의 재질은 안의 액체에 의해 변질되지 않고, 또한 용이하게 개봉하여 분석용 카트리지(1)의 캐필러리나 리저버내로 내용물을 누출시킬 수 있는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 시약의 안정성 면에서 유기 폴리머로 이루어진 주머니, 알루미늄 증착한 유기 폴리머로 이루어진 주머니, 다층 구조를 갖는 주머니 등이 바람직하다.
상기 주머니의 개봉 방법은, 도3에 도시한 바와 같은 돌기물에 의해 주머니를 찢는 방법이어도 되고, 뚜껑에 상당하는 부분을 누르거나 또는 끌어당겨서 주머니 본체에서 떼어냄으로써 개봉하는 방법이어도 된다. 그리고, 상기 주머니를 개봉하기 위한 기구는 분석 장치측에 구비되어 있어도 되고, 사용 직전에 분석 작업자가 개봉 조작을 해도 된다.
(원심력을 이용해서 송액하는 경우의 벤트에 대해)
지금까지 설명한 것은, 분석용 카트리지(1)의 한쪽 면에 벤트를 형성하는 양식이었으나, 원심력을 이용해서 송액하는 경우(원심 송액)에는, 원반형상 카트리지의 상하면중 일측 또는 양측에 벤트를 형성해도 된다. 이 경우, 벤트가 광학적인 검출의 장해가 되는 경우가 있기 때문에, 원반형상 카트리지의 외주면, 즉 원심력 방향에 벤트를 형성해도 된다. 원반형상 카트리지의 외주를 따라 리저버를 형성하면 1시약 반응만 할 수 있기 때문에, 원반형상 카트리지의 내측에 복수의 시약 수납용 리저버를 배치하고, 각 리저버의 출구를 왁스 밸브(왁스를 융해시켜 여는 밸브)나 원심력과 표면 장력의 균형을 깨뜨려서 여는 밸브 등으로 열어 반응 유로로 시약 용액을 유출시키는 방식을 채택할 수도 있다.
(송액 제어 장치에 대해)
송액 제어 장치는 벤트(144)를 통한 기체의 출입을 허용 또는 규제할 수 있는 구성이라면, 특별히 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 벤트(141)를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를 제어하는 밸브와, 이 밸브에 연결되며 기체를 공급 또는 흡인할 수 있는 펌프와, 상기 밸브를 벤트(141)를 사이에 두고 리저버와는 반대측 위치에 연결하는 커플러와, 상기 밸브와 상기 펌프 및 상기 커플러를 서로 연통하는 튜브로 구성되는 송액 제어 장치가 대표적인 예로서 들 수 있다.
커플러는 기밀성이 유지되도록 분석용 카트리지(1)와 밀착될 필요가 있다. 따라서, 커플러의 분석용 카트리지(1)와의 접착면에 일반적으로 O-링에 사용되는 소재로 된 패킹을 구비하거나, 커플러 자신이 이러한 밀착성이 좋은 기밀성이 높은 소재로 구성되어 있을 필요가 있다. 또한, O-링과 같은 소재로 만든 패킹을 분석용 카트리지(1)측에 장착해도 된다.
이와 같은 소재로서는, 일반적으로 합성 고무 소재를 들 수 있다. 예를 들면, 에틸렌프로필렌 고무, 실리콘 고무, 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌부타디엔 고무, 부틸 고무, 에틸렌프로필렌 고무, 우레탄 고무이다.
또한, 커플러의 분석용 카트리지(1)와 접촉하는 부분을 예리한 나이프 에지형상으로 형성하고, 이 나이프 에지형상의 부분을 분석용 카트리지(1)에 찌르도록 하여 장착해도 된다. 이렇게 하면, 충분한 기밀성을 확보할 수 있다. 그리고, 상기한 바와 반대로 분석용 카트리지(1)의 커플러와 접촉하는 부분을 예리한 나이프 에지형상으로 형성하고, 이 나이프 에지형상의 부분을 커플러에 찌르도록 하여 장착해도 된다.
커플러의 분석용 카트리지(1)와 접촉하는 부분을 예리한 나이프 에지형상으로 형성하여 분석용 카트리지(1)에 찌르도록 하여 장착한 예를 도8에 도시한다.
나이프 에지형상의 부분(201)은 원형 또는 직사각형 커플러(200)의 외주부를 따라 형성해도 된다. 그리고, 상술한 포션 팩을 누르기 위해 사용한 것과 동일한피스톤(303)으로 커플러(200)를 분석용 카트리지(1)에 누름으로써, 나이프 에지형상의 부분(201)을 분석용 카트리지(1)에 찔러 장착되어 있다. 이와 같이 장착하면, 커플러(200)는 충분한 기밀성을 유지하면서 분석용 카트리지(1)에 장착된다.
그리고, 복수의 리저버를 1장의 소수성 다공질 막으로 덮어 벤트를 형성한 경우에는, 상기 나이프 에지형상의 부분이 눌림으로써 소수성 다공질 막의 구멍이 찌부러져서 각 리저버 사이에 위치하는 부분이 다공성을 갖고 있지 않는 상태로 된다. 그 결과, 소수성 다공질 막의 래터럴 방향의 기체의 투과를 방지할 수 있다.
또한, 사용되는 펌프는 필요한 압력을 발생시킬 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 일반적으로는 가압 타입의 것이 자주 사용되는데, 상술한 바와 같이 감압 타입의 펌프도 사용할 수 있다.
그리고 정량성이 필요한 경우에는, 마이크로 시린지 펌프, 미소유량 페리스타 펌프, 마이크로 액추에이터에 의한 리니어 펌프 등이 사용된다.
또한, 바이메탈이나 피에조 액추에이터 등도 구동력 발생원으로서 사용되고, 중력이나 원심력을 송액 구동력으로 할 수도 있다.
(전기적 송액 방법에 대해)
상술한 바와 같은 기체의 압력차에 의한 액체 송액의 일부를, 캐필러리중의 액체로 전계를 인가하는 전기 영동, 전기 침투류 등을 이용한 전기적인 송액에 의해 실시할 수도 있다(「캐필러리 전기 영동」고단샤 등에 상세하게 기재되어 있음). 전기 침투류는 캐필러리 내면 표면의 이온의 이동에 의해 캐필러리내의 액체가 함께 이동하는 것으로서, 캐필러리가 유리나 실리콘으로 형성되는 경우에는유리 표면의 규산의 프로톤 등이 이동력으로 된다.
또한, PMMA나 폴리카보네이트 수지(PC) 등의 유기 폴리머 등으로 이루어진 평판상 부재(100)로서, 캐필러리 내면에 특별한 이온 종류가 존재하지 않는 경우라도, 캐필러리내를 흐르는 액체의 조성에 따라서는 그 액체중의 전해질을 캐필러리 내면에 흡착시키고, 그 전하에 의해 전기 침투류를 발생시킬 수 있다. 안정된 전기 침투류를 발생시키기 위해, 캐필러리 내면의 표면에 슬폰산기나 카르복실산기를 갖는 유기 폴리머를 그라프트 중합 등으로 부가해도 된다. PMMA 등의 카르복실산 에스테르를 갖는 것이라면, 수산화나트륨 수용액 등으로 홈 표면을 부분적으로 가수분해하여 카르복실기를 노출시켜 전기 침투류를 안정화시키는 것이 바람직하다.
전기 침투류에서는, 전압의 제어에 의해 세밀하게 즉응적으로, 또한 설정한 프로그램을 따라 정확하게 유량을 제어할 수 있으며, 분석용 카트리지(1)내에서의 반응이나 분리를 정밀도 좋게 제어할 수 있기 때문에, 전기 침투류의 채택은 바람직한 실시형태의 하나이다.
전기 침투류를 발생시키는 전원으로서는, 고전압 전원장치(예를 들면, 모델 HCZE-30PNO,25, 마츠사다 프리시전, 30㎸까지 인가 가능)를 사용하는데, 이것은 인터페이스 보드(예를 들면, DAQCard-1200, CB-50 커넥터 블록, 내셔널 인스트루먼트사 제조)를 통해 외부의 컴퓨터를 통해 출력 제어할 수 있다. 전압의 인가 타이밍 등의 프로그램은, 예를 들면 NI-DAQ 드라이브 소프트웨어(LabVIEW) 등으로 제작할 수 있다.
송액을 위한 전기 영동이나 전기 침투류를 형성하기 위해, 평판상 부재(100)의 홈 부분이나 커버 시트(130)에 접하도록 또는 홈의 단부 또는 도중에 설치된 리저버(시약, 검체, 완충액, 폐액 등을 넣음)에 접하도록, 금속침의 전극, 도전성 잉크로 인쇄한 전극 또는 금속제 쇠고리를 삽입한 전극을 형성할 필요가 있다.
금속침을 삽입하는 경우에는, 직경이 0.1 내지 1㎜φ이고, 평판상 부재(100)의 홈의 근방까지 도달하는 길이의 백금제, 동제 등의 바늘을 적당한 지지체 등을 사용해서 도입 도출 구멍내에 고정한다.
도전성 잉크로 인쇄한 전극의 경우에는, 금, 동, 니켈, 카본블랙, 그래파이트 등의 미립자를 함유한 잉크를, 상기 구멍 내벽의 전면 또는 일부에 평판상 부재(100)의 홈 가까이에 도달하는 깊이까지 인쇄 또는 증착한다. 또한, 진공증착이나 스퍼터제 막의 경우도 마찬가지로, 금이나 백금을 상기 구멍 내벽의 전면 또는 일부에 평판상 부재(100)의 홈 가까이에 도달하는 깊이까지 인쇄 또는 증착한다. 이 때, 상기 구멍을 테이퍼 형상으로 해 두면, 평판상 부재(100)를 기울이지 않고 내벽에 전극을 형성할 수 있다.
금속제 쇠고리(날개가 부착된 원통)의 경우에는, 관통구멍의 내벽에 밀착되는 외경으로 평판상 부재(100)의 홈 가까이까지 도달하는 길이의 것을 사용한다. 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전극상에서의 반응을 피하기 위해서는 백금 도금한 진유, 동, 니켈 등이 바람직하다. 상기 쇠고리의「날개」부분에는 상기 쇠고리와 평판상 부재(100)상의 배선의 통전성을 양호하게 하는 효과가 있다.
또한, 상기 전극 이외에 분석용 카트리지(1)를 장착하는 분석 장치내의 전원 단자와 연결하기 위한 전극 및 이들 전극 사이의 리드선도 도전성 잉크, 진공 증착, 스퍼터 제막으로 형성할 수 있다. 또한, 동판 등의 박판을 접착해 두고 에칭으로 배선 패턴을 형성하거나, 패턴이 형성된 동박 등을 평판상 부재(100)상에 전사 또는 접착해도 형성할 수 있다. 모든 경우에 고전압을 인가하였을 때의 발열이 전기 영동에 영향을 미치지 않을 정도로 억제되도록 재질과 크기를 선택할 필요가 있다.
(유량에 대해)
검체나 시약의 혼합이나 희석을 주요 목적으로 한 유로 부분의 형상에는, 1개의 유로에 다른 유로를 합류시킨 형상이나, 1개의 유로에 복수개의 유로를 1부분에서 합류시킨 형상이 채택된다. 1개의 유로에 다른 유로 또는 복수의 유로를 합류시켜 1개의 유로로 함으로써, 혼합 조작이나 희석 조작을 실시할 수 있다.
또한, 이 때 각각의 유량을 변경함으로써, 다른 비율로의 혼합이나 희석도 가능하다. 혼합이나 희석의 비율은 펌프로의 송액인 경우에는 합류하는 각 유로의 유량을 기계적으로 변경할 수 있고, 또한 전기 침투류로의 송액인 경우에는 합류하는 각 유로의 단면 사이즈나 길이를 변경하거나 각 유로로의 전압의 인가방법을 변경하거나 각 유로 캐필러리 내표면의 하전 상태를 표면 처리 등에 의해 변경함으로써 합류하는 각 유로의 유량을 변경할 수 있다. 공기압으로의 송액인 경우에는, 각 리저버에 가해지는 압력차, 액의 점성 등도 고려한 후에 유로의 단면적이나 길이에 따른 압손을 구하여 유로를 설계하는 것이 바람직하다.
생화학 검사항목과 같이, 검체와 시약을 반응후에 분리하지 않고 검출할 수 있는 경우에는, 분리를 위해 일정량 칭량하여 얻지 않고 혼합에서 반응, 검출까지일관된 유로에서 연속적으로 처리할 수 있다. 일반적으로, 예를 들면 흡수 파장의 관계로 검출해야 할 성분을 다른 협잡물의 방해없이 검출할 수 있는 경우나, 시료중의 수산기를 산화하여 생성된 카르보닐기를 분광 광도계로 검출하는 등과 같이 검출하는 물질이 변화되는 경우에는, 분리 조작을 하지 않고 소정 유량비로의 혼합, 반응에서 검출까지 일관된 유로에서 처리할 수 있다.
이와 같은 유량비에 의해 혼합비율을 규정하고 반응시키는 방법에 있어서는, 혼합이나 반응을 장시간 연속적으로 실시할 필요는 없다. 예를 들면, 혼합에 10초 걸린다고 하면, 최저 10초간(통상은 약간 많게 20초 정도) 검체와 시약의 합류를 실시하고, 이 검체와 시약의 혼합물을 반응에 충분한 시간만큼 홈 내를 이동시키고, 그 후에 별도의 시약과의 합류를 마찬가지로 최저 10초간 실시하면 된다. 그리고, 반응에 필요한 시간만큼 홈 내를 이동시킨 후에 검출을 실시한다.
(검출 방법에 대해)
검체중의 총 콜레스테롤, 트리글리세라이드, 빌리루빈 등의 양을 직접 정량하는 경우에는, 검출반응이 종료된 후의 반응 생성물을 측정하면 된다. 소위 엔드 포인트만 측정하면 되므로 검출은 최저 1회로 충분하다.
한편, 혈중의 GOT, GPT, γGTP 등과 같이 검체중의 효소 활성을 측정하는 경우에는 검출은 1회로도 충분하지만, 보다 정확을 기하기 위해, 시간의 경과에 따라 복수회의 측정(검출)을 실시하는 것이 바람직하다(rate assay).
이 경우에는, 최종 반응액이 흐르는 유로에 있어서의 복수점, 즉 마지막에 혼합된 시약과의 합류점으로부터의 거리(즉, 반응 시간)가 다른 복수의 위치에서검출을 실시하면 된다. 이를 위해서는 검출 장치내에 복수의 검출 시스템을 구비하고, 이 복수의 검출 시스템을 최종 반응액의 유로상에 배치할 필요가 있다. 또는 검출 시스템이 1개인 경우에는, 검출(광학) 장치 또는 분석용 카트리지(1)를 이동시킬 필요가 있다.
본 실시형태의 분석용 카트리지(1)에 있어서, 검체는 분리나 다른 시약과의 반응이 실시된 후, 분리나 반응이 실시된 유로의 하류측에서 여러 가지 방법으로 검출 대상 물질이 검출된다.
검출 방법으로서는, 광열 변환 검출법(예를 들면, 분석 No.4 280-284 (1997)), 형광법, 흡광도법, 화학 발광법 등의 광학적 검출 방법, 검출용 전극을 사용한 전기 화학적 검출 방법, 전기 저항치 변화에 따른 혈구수 측정 방법, 산란에 의한 혈구수 측정 방법, 카운팅 이뮤노 어세이에 의한 면역적 검출 방법 등이 사용된다.
화학 발광법, 형광법은, 검출 대상 물질이 산화제 등의 촉매의 존재에 의해 여기 상태의 화합물로 되고, 이 상태에서 기저 상태로 변화될 때의 에너지(형광법의 경우에는, 여기 화합물이 존재하는 에너지 수용체에 에너지를 트랜스퍼하여 이 에너지 수용체가 여기 상태에서 기저 상태로 변화될 때의 에너지)가 빛으로서 방출되는 것을 검출하는 것이다. 한편, 흡광도법은 검출 대상 물질을 포함한 액체에 빛을 입사시켜 투과광 강도를 측정하고, 그 입사광 강도에 대한 투과광 강도의 비를 구하는 것이다. 감도적으로는 일반적으로 흡광도법, 형광법, 화학 발광법의 순으로 고감도로 한다.
주된 화학 발광 반응으로서는 루미놀, 루시게닌 등에 의한 방법이 오래전부터 알려져 있다. 화학 발광 반응은 신속하고 고감도이고 또한 검출에는 광원을 필요로 하지 않기 때문에, 검출 장치가 비교적 저렴한 등의 이점을 갖는다. 그러나, 발광의 감쇠가 급속하여 시약이 불안정하고, 백 그라운드가 높은 등의 결점도 갖고 있다. 형광법도 마찬가지로 반응계가 오래전부터 알려져 있는 이점은 있지만, 검출 장치에 여기광 광원, 여기광과 형광을 분리하는 광학 필터 등이 필요해진다.
이들 광학 현상을 이용하는 방법에서는 방사되는 빛이 사방으로 발산되기 때문에 수광 효율이 좋지 않고, 또한 형광법의 경우에는 형광을 발하는 수율이 낮을수록 미량 시료의 검출에 있어서의 결점을 갖고 있다. 흡광도법은 원리적으로 검출하는 것이 입사광과 투과광의 비이기 때문에, 높은 정밀도의 검출결과를 얻기 위해서는 광로 길이를 길게 할 필요가 있다.
그러나, 홈의 폭 및 깊이가 1 내지 1000㎛ 정도인 캐필러리는, 분석용 카트리지(1)의 판면의 표리 방향(각도는 반드시 분석용 카트리지(1)의 판면에 수직일 필요는 없음)의, 즉 액체의 흐름과 수직 또는 경사 방향의 광로 길이는 홈의 깊이 정도만 취할 수 있다. 충분히 고농도의 시료라면, 홈의 깊이 정도의 광로 길이(분석용 카트리지(1)의 판면에 수직 방향인 광로 등)여도 검출할 수 있지만, 저농도의 경우에는 어렵다. 저농도의 경우라도, 액체의 흐름 방향에 광로를 취함(분석용 카트리지(1)의 판면내에서의 광로)으로써, 1 내지 10㎜의 광로 길이를 확보할 수 있으므로 검출 가능하지만, 검출 셀의 구조가 복잡해지는 결점을 갖는다.
전기 화학적 방법으로서는, 글루코오스 전극 등의 물질 특이적인 산화 환원전위를 이용한 전극이 사용된다.
여기광으로 액체중의 시료를 여기하여 소위 열 렌즈를 형성시키고, 검출광으로 그 열 렌즈의 열화를 측정하는 열 렌즈 검출법(광열 변환 검출법의 하나)도 본 발명의 검출 수단으로서 사용된다(예를 들면, 일본 공개특허공보 소60-174933호, 에이씨 보카라(A.C. Boccara) 외, Appl. Phys. Lett. 36, 130, 1980, 제이 액체 크로마토 그래피(J. Liquid Chromatography) 12, 2575-2585(1989), 공개특허공보 평10-142177호(분시바이오포토닉스), 공개특허공보 평4-369467호(요코가와덴기가부시키가이샤), 분석 No.4, 280-284, 1997, 엠 하라다(M. Harada) 외, 분석 화학지(Anal. Chem.) 제65권, 2938-2940, 1993, 니시카와, 그 외 일본분석화학회 제44회 강연요지집, p119, 1995 등).
여기에서, 광열 변환 현상에 기초하여 형성되는 열 렌즈를 사용한 검출법의 원리를 설명한다. 용액에 용해되어 있는 피측정물질이 흡수하는 파장의 빛(여기광)을 피측정용액에 조사한다. 그러면, 피측정물질은 여기광에 의해 여기되고, 열을 발생한다(광열 변환 효과). 여기에서, 용액중에 존재하는 피측정물질 이외의 협잡물이 이 여기광을 흡수하지 않도록 여기광의 파장을 선택하는 것이 중요하다.
발생한 열은 여기광이 조사된 부분의 근방의 용매로 전달되어 국소적인 밀도 변화, 나아가 굴절율 변화를 일으킨다. 따라서, 여기광을 흡수하는 물질의 존재하에서는 여기광을 조사한 부분은 마치 오목 렌즈가 형성된 것처럼 된다.
이 오목 렌즈가 형성된 부분에 여기광의 파장과는 다른 프로브광을 조사한다. 프로브광은 열 렌즈에 의해 굴절되기 때문에, 프로브광을 포착하는 수광 소자가 포착하는 프로브광의 광량은, 열 렌즈가 형성되면 저하된다. 광열 변환 효과의 정도는 피측정물질의 농도에 따라 변화되기 때문에, 상기 광량의 저하 정도를 측정함으로써 피측정물질의 정량을 실시할 수 있다. 실제로는 S/N비의 개선을 위해, 여기광을 초핑하고, 그 주파수에 동기하고 있는 프로브광의 광량 변화만을 로크인 앰프로 검출하는 것이 일반적으로 실시되고 있다.
홈의 폭 및 깊이가 1 내지 1000㎛ 정도인 캐필러리에서는, 분석용 카트리지(1)의 판면의 표리 방향(각도는 반드시 분석용 카트리지(1)의 판면에 수직일 필요는 없음)인, 즉 액체의 흐름과 수직 또는 경사 방향의 광로 길이는 홈의 깊이 정도까지만 취할 수 있는데, 광열 변환 검출법을 사용하면, 이 정도의 광로 길이로 충분히 고감도이고 피측정물질의 검출이 가능하다.
광열 변환 검출법을 채택하면, 광로 길이를 길게 하기 위한 복잡한 광로 구조를 필요로 하지 않고, 따라서 분석용 카트리지(1)를 저렴하게 제조할 수 있어서 바람직하다. 또한, 반도체 레이저와 포토다이오드의 조합 등의 저렴하고 간단한 광학계의 검출 장치로 검출할 수 있으므로 바람직하다.
광열 변환 검출법을 사용한 검출 장치로서는, 검출 대상 물질이 흡수하는 파장을 갖고, 열 렌즈를 형성시키는 데 충분한 출력을 구비한 여기 광원이 필요하다. 여기 광원은 크세논 램프 등으로부터 필요한 파장의 빛을 프리즘을 사용해서 얻어도 되고, 검출 대상 물질을 여기할 수 있는 파장을 갖는 레이저를 사용해도 된다.
레이저로서는 He-Ne 레이저, Ar 레이저, 탄산가스 레이저, 야그 레이저 등도 사용되는데, 반도체 레이저를 사용하면 검출 장치를 소형화할 수 있으므로 POC 분석 등의 용도에 적합하다. 여기광, 프로브광 모두 캐필러리 유로 부근에 초점을 맺도록 하기 위해 집광 렌즈가 필요하다.
열 렌즈에 의한 프로브광의 검출은, 포토다이오드, CCD 카메라, 광전자 배증광 등으로 포착된다. 그리고, 포토다이오드가 검출 장치의 소형화에는 적합하다.
한편, 여기광은 초퍼 등으로 1 내지 10 밀리초 정도의 펄스광으로 되고, 그 초퍼와 동조하는 로크인 앰프 등으로 프로브광의 변화만을 얻는다. 로크인 앰프는 단기능의 반도체 소자 등으로 간략화가 가능하다. 또한, 여기광의 펄스화는 반도체 레이저를 전기적으로 변조시켜도 된다.
또한, 프로브광의 검출시, 일반적으로는 로크인 앰프를 사용하는데, 일본 공개특허공보 평9-229883호에 개시된 암시야형 광열 변환 분광 분석 장치의 방법을 이용하여 차폐판으로 펌프광 및 프로브광의 광축 부근의 광속을 차폐하고, 열 렌즈에 의해 발산된 프로브광만을 검출하는 수단을 취해도 된다. 또는, 여기광의 펄스에 맞춰 기능을 좁힌 LSI 등으로 치환해도 된다.
검출 대상 물질은 여기광을 흡수하는 것이라면 어떤 것이어도 되는데, 검체중의 다른 물질, 특히 여기광을 흡수하는 것이나 프로브광을 흡수하는 물질 또는 프로브광의 파장에 형광 등을 갖는 물질과는 광열 변환 검출을 실시할 때까지 분리해 둘 필요가 있다. 여기광을 흡수하는 정도는, 여기광을 흡수하는 물질의 몰 흡광 계수가 1000 내지 100,000 정도인 것이 감도의 관점에서 바람직하다.
여기광을 흡수하지 않거나 또는 약간만 흡수하는 검출 대상 물질은, 검출 대상 물질을 기질로 하는 효소를 사용한 반응을 조합하여, 여기광을 흡수하는 물질(가시광의 경우는 색소)로 변환하여 측정한다. 또는, 검출 대상 물질에 대한 항체를 사용하여 여기광을 흡수하는 물질 또는 여기광을 흡수하는 물질을 반응 생성물로 하는 효소로서, 그 항체 또는 2차 항체를 표지하여 직접 또는 효소 반응의 결과 발생하는 여기광을 흡수하는 물질을 측정한다.
예를 들면, 검출 대상 물질로서 생물학적 재료를 검출하는 경우, 검출 대상 물질을 기질로 하는 효소 반응을 조합하여, 과산화수소를 경유해서 최종적으로 이하의 물질로 변환되는 것 등도 가능하다(아오야마 엔(Aoyama, N.) 임상 검사, 41:1014 (1997)).
즉, N-에틸-N-(3-메틸페닐)-N'-아세틸에틸렌디아민(EMAE), N-에틸-N-(3-메틸페닐)-N'-숙시닐에틸렌디아민(EMSE),N-에틸-N-(3-술폰프로필)-3,5-디메톡시아닐린(DAPS), N-(3-술포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(HDAPS), N-에틸-N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(DAOS), N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(HDAOS), N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3,5-디메톡시아닐린(HSDA), N-메틸-N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3-메틸아닐린(TOPS), N-에틸-N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3-메틸아닐린(TOOS),N-에틸-N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3,5-디메틸아닐린(MAPS), N-에틸-N-(2-히드록시-3-술포프로필)-3,5-디메틸아닐린(MAOS), N,N-비스(4-술포부틸)-3,5-디메톡시아닐린(MADB),N,N-비스(4-술포부틸)-3,5-디메톡시아닐린(DADB) 등과 4-아미노안티피린의 축합체인 여기광을 흡수하는 물질, 또는 {4-[N-3'-술포-n-프로필-N-에틸]아미노-2,6-디메틸페닐}메탄(Bis-MAPS-C2),비스{4-[N-3'-술포-n-프로필-N-n-프로필]아미노-2,6-디메틸페닐}메탄(Bis-MAPS-C3), 비스{4-[N-3'-술포-n-프로필-N-n-부틸]아미노-2,6-디메틸페닐}메탄(Bis-MAPS-C4) 등의 여기광을 흡수하는 물질이다.
이어서, 본 발명의 제2 실시형태의 분석용 카트리지(2) 및 송액 제어 장치(3)를 도9에 도시한 개념도를 사용하여 설명한다. 단, 설명을 간략하게 하기 위해 도시를 생략한 부분도 있다.
분석용 카트리지(2)는 다음의 것으로 구성되어 있다. 즉, 하면측에 홈을 갖는 평판상 부재(741), 평판상 부재(741)의 하면에 접착된 도시하지 않은 커버 시트, 혈장, 전혈 등의 검체 수납용 리저버(710), 검체 희석액 수납용 리저버(709), 검체 계량조(711), 시약 용해액 수납용 리저버(707), 희석 혼합조(712), 측정 항목 1(예를 들면, 총콜레스테롤)의 제1 시약 수납용 리저버(704), 측정 항목 1의 제2 시약 수납용 리저버(703), 측정 항목 2(예를 들면, 글루코오스)의 제1 시약 수납용 리저버(706), 측정 항목 2의 제2 시약 수납용 리저버(705), 폐액 수납용 리저버(701, 702 및 708), 각 리저버 사이를 연통하는 캐필러리(실선으로 도시함)이다.
또한, 송액 제어 장치(3)는 다음의 것으로 구성되어 있다. 즉, 각 리저버에 장착된 커플러(721 내지 727), 3방 밸브(731 내지 737), 공기 가압 펌프(751) 및 상기 각 부재를 연결하는 튜브(실선으로 도시함)이다.
각 리저버(701 내지 709) 및 희석 혼합조(712)는 모두 평판상 부재(741)의 관통구멍과, 평판상 부재(741)의 하면에 접착된 도시하지 않은 커버 시트와, 평판상 부재(741)의 하면에 붙여진 도시하지 않은 소수성 벤트용 막으로 구성되어 있고, 소정 용적을 갖도록 형성되어 있다. 각 시약 수납용 리저버(703 내지 706)에는 소정량의 비유동성 시약(도시 생략)이 건조 고착되어 있다.
시약 용해액 수납용 리저버(707)에는 시약 용해액(측정 항목 1 및 측정 항목 2에 공통의 버퍼로 계면활성제 등의 수용액)이 충전되어 있다. 이것은 시약 용해액이 밀봉된 포션 팩에서 도3에 도시한 시스템에 의해 실시되는 것으로서, 그 기구의 설명 및 도9에 있어서의 도시는 생략한다.
마찬가지로, 검체 희석액 수납용 리저버(709)에는, 검체 희석액이 밀봉된 포션 팩으로부터 검체 희석액(버퍼이고, 계면활성제를 첨가하는 경우나 시약 용해액과 거의 동일한 구성의 경우도 있음)이 충전되어 있다. 검체 수납용 리저버(710)는 관통구멍으로 형성되고, 분석용 카트리지(2) 바깥으로부터 혈장을 장입한다(혈장 분리막을 통해 전혈을 첨가해도 됨).
검체 계량조(711)는 관통구멍이 아니라(관통구멍이어도 되지만, 데드 스페이스를 없앤다는 점에서 관통구멍이 아닌 편이 바람직함), 다른 유로와 깊이가 동일하고 폭이 넓은 홈이다. 그리고, 폐액 수납용 리저버(708)로 연통하는 측유로와의 분기점까지가 소정 용적, 예를 들면 0.7㎕가 되도록 형성되어 있다. 앞에서도 설명한 바와 같이, 표준액을 검체와 동일한 계량조 및 유로를 통과시킴으로써, 이 용적이나 유로의 오차는 보정할 수 있다.
전체 리저버(701 내지 710) 및 희석 혼합조(712)에는 커플러(721 내지 727)가 소수성 벤트용 막 위에서 장착되어 있다. 도9에 있어서는 설명의 편의상 송액 제어 장치(3)는 분석용 카트리지(2)에서 떨어뜨려 도시하였으나, 분석시에는 분석용 카트리지(2)와 송액 제어 장치(3)의 각 커플러(721 내지 727)는 적절한 패킹 등을 통해 밀착되어 있다.
각 커플러(721 내지 727)는 외부로 열 수 있는 3방 밸브(731 내지 737)를 통해 튜브에 의해 공기 가압 펌프(751)에 접속되어 있다. 그리고, 공기 가압 펌프(751)는 감압 펌프여도 된다. 그리고, 이후의 설명에서는 이들 3방 밸브(731 내지 737)에 대해「닫힘」이라 기재했을 때에는 커플러측의 튜브를 닫은 것을 의미한다.
공기 가압 펌프(751) 및 각 3방 밸브(731 내지 737)는 자기 테이프 등으로 칩에 기록된 정보에 따라 분석 장치 본체의 컴퓨터에 의해 제어되고 있다.
이하, 시계열적으로 작동을 설명한다.
3방 밸브(731 내지 737)가 닫혀 있다. 이어서, 3방 밸브(732)를 외부로 열고, 공기 가압 펌프(751)로부터의 압력이 시약 용해액 수납용 리저버(707)용 커플러(723)로 전달되도록 3방 밸브(737)를 연다(이하,「공기 가압 펌프(751)와 커플러(723) 사이를 열림으로 한다」과 같이 표현함). 이렇게 하면, 시약 용해액이 각 시약 리저버(703 내지 706)로 충전되어 간다. 도중의 유로 및 시약 리저버내(703 내지 706)의 공기는 벤트에 의해 외부로 배출되는데, 시약 용해액은 벤트에 의해 멈춘다. 즉, 일정 체적의 시약 용해액이 각 시약 리저버(703 내지 706)에 충전되게 된다. 각 시약 리저버(703 내지 706)에 동결 건조되어 고착되어 있던 비유동성 시약은 바로 용해되어 균일한 시약 용액으로 된다. 이어서, 3방 밸브(732, 733)를 닫는다.
이어서, 공기 가압 펌프(751)과 커플러(726) 사이가 열리도록 3방 밸브(736)를 전환하고, 3방 밸브(734)를 외부로 열면, 검체 수납용 리저버(710)중의 검체가 검체 계량조(731)를 통과하여 폐액 수납용 리저버(708)로 흐른다. 검체 계량조(731)가 혈장으로 채워지기에 충분한 시간동안 송액을 실시한 후, 3방 밸브(734 및 736)를 닫는다. 이어서, 3방 밸브(735)에 의해 공기 가압 펌프(751)와 커플러(725) 사이를 열고, 3방 밸브(737)를 외부로 열면, 검체 희석액 수납용 리저버(709)중의 검체 희석액은 검체 계량조(711)중의 혈장을 밀어 흘려보내 혼합하면서 희석 혼합조(712)로 흘러 들어간다.
유로 도중의 공기는 벤트를 통해 외부로 배출되고, 희석 혼합조(712)가 혼합액(희석 검체)으로 채워지면, 벤트에 의해 멈춰지기 때문에 자동적으로 혼합액의 유입은 정지된다. 희석 혼합조(712)는 검체를 소정 희석율로 희석할 수 있도록 검체 계량조(711)와의 용적 비율을 설정하여 제작하고 있다. 이와 같이 하여 소정 희석율로 희석된 검체가 희석 혼합조(712)에 모인다. 이어서, 일단 모든 3방 밸브(731 내지 737)를 닫는다.
그 후, 3방 밸브(732 및 737)를 공기 가압 펌프(751)로부터의 압력이 커플러(722 및 727)로 전달되도록 열고, 3방 밸브(731)를 외부로 열면, 희석된 검체와 각 시약 용액이 폐액 수납용 리저버(701 및 702)를 향해 흐른다. 이 때의 유속은 홈의 압손(홈의 단면적, 길이 및 각 액의 점도 등에 따라 결정됨), 각 커플러내의 공기압 등에 따라 소정 값으로 할 수 있다.
희석된 검체와 각 시약 용액의 혼합비는, 그 유속비에 따라 일의적으로 결정된다. 즉, 소정 혼합비를 유량비로 결정할 수 있다. 제1 시약 용액과 희석된 검체의 분기점부터 제2 시험 용액과의 합류점까지가 제1 시약 용액의 반응 시간이고, 제2 시약 용액과의 합류점부터 분석을 위한 도시하지 않은 검출점까지가 제2 시약 용액의 반응 시간이다. 이 반응 시간은 유로의 길이와 유속을 소정 값으로 함으로써 조절할 수 있다.
검출법은 열 렌즈 검출법(광열 변환 검출법)이나 형광법 등, 미세한 홈중의 액체의 분석에 적합한 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 광학적인 검출법은 커플로로 덮이지 않은 유로에서 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 도9의 예에서는 희석된 검체와 제1 시약 용액의 혼합물에 제2 시약 용액이 합류되는 점부터 폐액 수납용 리저버까지의 사이에서, 또한 커플러(722 및 721)로 덮이지 않은 유로에서 실시하는 것이 바람직하다.
(실험예 1 : 소수성 막의 내수압의 측정)
각종 재질의 소수성 막에 대해 각 평균 구멍 직경에 있어서의 내수압을 측정하였다. 측정을 위한 실험 장치에는 도10에 도시한 바와 같은 막(800)을 세팅한 디스포저블 필터 홀더(810)를 내경 5㎜φ의 시린지(820)의 끝에 장착한 것을 사용하였다. 막(800)의 유효 직경은 3㎜φ이다. 그리고, 도10b는 도10a의 필터 홀더(810) 및 시린지(820) 선단부의 확대 단면도이다.
내수압의 측정은 우선 시린지(820)에 시험액(830)을 넣고 선단부를 상측을 향해 시린지(820)를 직립시킨 상태에서 천칭(840) 위로 밀어붙임으로써 실시한다. 시린지(820)내의 공기는 막(800)을 통해 외부로 밀어내지는데, 더욱 밀어붙여서 압력을 서서히 높여 가면, 시험액(830)이 막(800)에서 배어나오기 시작하기 때문에, 이 때의 천칭(840)이 표시하는 수치를 읽는다. 측정은 각각 10회 실시하고, 그 평균치를 내수압으로 하였다.
시험액(830)은 정제수(일본 약국방 제조)와 계면활성제를 함유하는 총콜레스테롤 검출 키트(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤 제조, 상품명 콜레스테롤 E-HA 테스트와코)의 시약 용액에 대해 실시하였다. 또한, 막(800)은 두께 150㎛의 PTFE막 및 셀룰로오스아세테이트막으로서, 막(800)이 갖는 구멍의 평균 구멍 직경은 PTFE 막, 셀룰로오스아세테이트막 모두 150㎛ 및 0.1㎛이다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
막(800)의 재질, 평균 구멍 직경에 관계없이 계면활성제를 함유하는 시약 용액은 물과 비교하여 내수압이 대폭 낮았다. 또한, 평균 구멍 직경이 작을수록 내수압은 높았다.
한편, 재질에 착안하면, PTFE는 시약 용액의 경우라도 각 평균 구멍 직경에 있어서 높은 내수압을 나타내고, 벤트용 막으로서 충분한 성능을 갖고 있었다. 이에 비하여, 셀룰로오스아세테이트는 내수압은 낮고(소수성이 충분치 못함), 계면활성제가 들어간 시약 용액의 벤트용 막으로서 바람직하지 못했다.
막재 PTFE 셀룰로오스아세테이트
구멍직경1) 0.5 0.1 0.5 0.1
시험액 물 시약액 물 시약액 물 시약액
내수압2) 3432 1731 5648 3662 37 12
1)단위:㎛ 2)단위:g/㎠
(실험예 2 : 시약 용해 보조제에 대해)
혈액 성분의 진단에 사용되는 시판 시약 키트를 사용해서 시약의 용해 시간을 검토하였다. 두께 2㎜의 PMMA판에 직경 2㎜의 구멍을 다수개 뚫고, PMMA판의 한쪽 면에 후술하는 실시예 4와 동일한 방법으로 PTFE 다공질 막을 붙이고, 그 구멍내에 각 시약 용액을 2㎕ 분주하고, 2시간 바람으로 건조시켰다. 사용한 시약 키트는 다음과 같다.
GOT, GPT : TA-LN 카이노스(가부시키가이샤 카이노스)
ALP : ALP 카이노스(가부시키가이샤 카이노스)
γGTP : 에스퍼γGTP(N)(가부시키가이샤 니프로) 및 애쿼 오토 카이노스 γGTP(가부시키가이샤 카이노스)
t-Bil : HA 테스트 와코(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤) 및 에스퍼 TB(가부시키가이샤 니프로)
T.Chol : HA 테스트 와코(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤)
TG : HA 테스트 와코(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤) 및 애쿼 오토 카이노스 TG(가부시키가이샤 카이노스)
LDH : LDH 카이노스(가부시키가이샤 카이노스)
Gluc : 데타미나 GL-E(쿄와메딕스가부시키가이샤)
TP : 마이크로 TP 테스트 와코(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤) 및 카이노스 오토 시리즈 TP(가부시키가이샤 카이노스)
ALB : ALB-A(고쿠사이시야쿠고교가부시키가이샤)
Cre : 데타미나-L (쿄와메딕스가부시키가이샤) 및 L 타입 와코(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤)
HDL-Chol : 데타미나-L(쿄와메딕스가부시키가이샤)
LDL-Chol : 코레스테스트 LDL(다이이치가가쿠세이야쿠가부시키가이샤)
현미경 검경하에서 각각의 상기 구멍에 순수 2㎕를 첨가하여 가만히 놓아두고, 용해 상황을 관찰하였다. 대부분의 시약이 대략 수분동안 균일하게 용해되었으나, 글루코오스(데타미나 GL-F)의 시약 1액 등은 약간의 불용물이 남거나 또는 용해는 되어 있지만 농도 불균일이 관찰되었다.
따라서, 글루코오스(데타미나 GL-E)의 시약 1액에 폴리에틸렌글루콜 PEG6000을 1.8㎎/100㎖의 농도가 되도록 첨가하여, 상기한 바와 같이 분주, 풍건, 재용해의 조작을 실시하였다. 그러나, 역시 불용물이 잔류하였다. 소(牛) 알부민을 2.1㎎/100㎖의 농도가 되도록 시약 1액에 첨가하여도 거의 동일한 결과였다.
그러나, 글리세린을 0.1%, 1%, 10%의 각 농도가 되도록 첨가하고, 상기한 바와 같이 분주, 풍건, 재용해의 조작을 실시한 결과, 모든 농도에서 시약 1액은 수분 이내에 균일하게 용해되었다.
(실시예 1)
혈청중의 총콜레스테롤의 정량 분석을, 총콜레스테롤 검출 키트(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤 제조, 상품명 콜레스테롤 E-HA 테스트 와코)의 2개의 시약, 시약 용해액 및 희석액을 밀봉한 분석용 카트리지를 사용해서 실시하고, 표준 혈청(데타미나 표준 혈청 지질 측정용, 쿄와메딕스가부시키가이샤 제조)을 교정액으로사용해서 분석 결과를 보정한 예를 나타낸다. 그리고, 송액 방법으로는 전압의 인가에 의한 전기 침투류에 의한 방법을 이용하였다.
사용한 분석용 카트리지(4)와 분석의 내용을 도면을 참조하면서 설명한다. 도11은 평판상 부재(900)의 유로 패턴을 도시한 도면이고, 도12는 도11의 평판상 부재(900)의 배면(홈을 구비하고 있지 않는 면)을 도시한 도면이다. 그리고, 도13은 도12의 a-a'선 부분에서 횡단한 평판상 부재(900)의 시약 수납용 리저버(910) 부분의 단면도로서, 각 리저버의 구성을 설명하기 위한 예로서 든 것이다. 따라서, 다른 리저버도 거의 동일한 구성이다.
분석용 카트리지(4)는 홈을 갖는 평판상 부재(900)에 두께 0.3㎜의 PMMA제 커버 시트(930)를 아크릴계 양면 테이프(닛토덴코가부시키가이샤 제조, MC2030)로 접착함으로써 제조하였다. 그리고, 평판상 부재(900)는 PMMA 수지제이고, 사출 성형에 의해 성형한 것으로서, 두께는 2㎜이다.
홈(a 내지 m)은 전부 폭, 깊이 모두 50㎛이고, 계량조(A)는 직경이 2㎜φ이고 깊이가 50㎛이다. 또한, 리저버(901 내지 912)는 직경이 2㎜φ인 관통구멍으로 구성되어 있다.
리저버(901 내지 912) 각각의 개구부(913 내지 924) 중 개구부(914, 916, 918, 919, 921 내지 924)는 PTFE 다공성 막(940)에 덮여 있으며, 이 PTFE 다공성 막(940)에 의해 벤트가 구성되어 있다. PTFE 다공성 막(940)에는 어드밴테크 도요가부시키가이샤 제조의 구멍 직경 0.1㎛(품번 T010A047A)의 것을 사용하고, 평판상 부재(900)로의 접착은 양면 테이프(닛토덴코가부시키가이샤 제조 실리콘 고무 접착용 양면 테이프 No.5302A)에 의해 실시하였다.
그리고, 상기 벤트의 주변에 설치된 커플러 장착틀(962)에 커플러(960)가 장착되어 있다. 커플러 장착틀(962)에 구비된 O-링(963)이 커플러(960)와 커플러 장착틀(962) 사이에 개재됨으로써, 커플러(960)가 기밀성을 유지하면서 밀착되어 있다. 각각의 커플러(960)에는 도시하지 않은 3방 밸브가 튜브(961)에 의해 연결되어 있다. 그리고, 추가로 각 3방 밸브는 도시하지 않은 튜브에 의해 도시하지 않은 가압 펌프에 연결되어 있다.
또한, 도12, 도13에 도시한 바와 같이, 전기 침투류에 의한 송액을 위해 전압 인가용 배선(970)이 도전 페이스트의 스크린 인쇄로 형성되어 있다. 시약 수납용 리저버(910)의 내벽도 스루 홀 인쇄법으로 배선(970)이 인쇄되어 있다. 그리고 스루 홀 인쇄법이란, 최근 다층 프린트 기판의 표리의 도통을 위해 개발된 방법으로서, 본 실시형태의 평판상 부재(900)에도 이 기술을 응용할 수 있다.
시약 수납용 리저버(910 및 911)의 PTFE 다공성 막(940)에는 각각 총콜레스테롤 검출 키트의 시약 A 및 시약 B를 건조시켜 고체상으로 한 시약(950)이 고착되어 있다. PTFE 다공성 막(940)으로 고체상의 시약(950)을 고착하는 방법에는, 시약을 적당량의 용제에 용해시킨 용액을 분주 장치(예를 들면, 바이오도트사 제조 픽시스3000 등)로 PTFE 다공성 막(940)상에 적당량 적하하여 건조시키는 방법을 채택하였다. 총 콜레스테롤 검출 키트 부속의 프로토콜과 같은 농도로 시약 용액을 조정해도 되는데, 농도를 2 내지 3배로 높여서 분주하는 액량을 소량으로 하는 편이 바람직하다.
리저버(901)에는 검체 및 교정액을 희석하는 완충액(예를 들면, 0.1wt%의 트라이톤 X-100 수용액, 또는 0.1wt%의 트라이톤 X-100이 들어간 인산 완충액 PBS)을 약 100㎖ 주입한 피로 팩(도시 생략)을 삽입하고, 또한 리저버(903)에는 교정액으로서 표준 혈청을 밀봉한 피로 팩(도시 생략)을 삽입한다.
또한, 리저버(908)에는 고체상의 시약(950)을 용해시키기 위한 시약 용해액을 약 100㎕ 밀봉한 피로 팩(도시 생략)을 삽입한다. 분석시에는 분석용 카트리지(4)가 장착된 분석 장치에 내장된 도시하지 않은 피스톤에 의해 상기 피로 팩이 찢어져서 내용액이 리저버(902, 904 및 909)로 흘러 들어간다.
리저버(905)에는 검체의 혈구를 분리하기 위한 도시하지 않은 필터(Whatman사 제조 GF-D. 크기는 길이 20㎜, 폭 5㎜ 정도)가 장착되어 있다. 분석시에는 채취한 검체를 리저버(905)에 적하하고, 리저버(905)를 가압 펌프로 가압함으로써 혈구가 여과된 혈장을 계량조(A)에 흘려 넣는다.
이하, 분석의 수순을 설명한다.
1) 검체의 샘플링
피험자로부터 검체(혈액)를 50㎕ 채취하고, 리저버(905)에 적하한다.
2) 분석용 카트리지(4)의 세팅
분석용 카트리지(4)를 검출 장치나 분석용 카트리지(4)의 여러 조작을 하는 기능을 구비한 분석 장치에 장착한다.
3) 리저버(909)의 3방 밸브를 열림, 리저버(902, 904 내지 907, 910 내지 912)의 3방 밸브를 닫힘으로 하여, 리저버(908)의 시약 용해액이 들어 있는 피로팩을 분석 장치의 피스톤으로 찢어 시약 용해액을 리저버(909)에 흘려 넣는다.
4) 시약 용액의 조제
리저버(910, 911)의 3방 밸브를 열림으로 하고 리저버(909)를 가압하여 시약 용해액을 리저버(910, 911)에 채우고, 고체상의 시약(950)을 용해시킨다. 이 때, 리저버(910, 911)내의 공기는 PTFE 다공성 막(940)을 통해 배출되는데, 시약 용해액은 소수성 PTFE 다공성 막(940)에서 바깥으로는 누출되지 않는다. 그 결과, 리저버내에는 일정량의 시약 용해액이 도입되기 때문에, 일정 농도의 시약 용액이 조제된다. 마지막으로 통전을 위해 리저버(912)의 3방 밸브를 약간 열림으로 하여 홈(m)을 액체로 적셔 둔다.
5) 교정액의 계량
리저버(909 내지 912)의 3방 밸브를 닫힘, 리저버(904)의 3방 밸브를 열림으로 하고, 리저버(903)의 교정액이 들어 있는 피로 팩을 분석 장치의 피스톤으로 찢어 교정액을 리저버(904)로 흘려 넣는다. 리저버(906)의 3방 밸브를 열림으로 하여 리저버(904)를 가압하고, 교정액을 계량조(A)에 채워 0.157㎕를 칭량하여 얻는다. 여분의 교정액은 폐액 수납용 리저버(906)에 모아둔다(폐액 수납용 리저버(906)에는 흡수 벤트를 구비해 두어도 된다).
6) 교정액의 희석
리저버(904, 906)의 3방 밸브를 닫힘, 리저버(902)의 3방 밸브를 열림으로 하고, 리저버(901)의 희석액(완충액)이 들어 있는 피로 팩을 분석 장치의 피스톤으로 찢어 희석액을 리저버(902)로 흘려 넣는다. 이어서, 희석조(907)의 3방 밸브를열림으로 하여 리저버(902)를 가압하고, 계량조(A)의 교정액과 함께 희석액을 용량 6.28㎕의 희석조(907)로 흘려 넣는다. 이 때, 희석조(907)내의 공기는 PTFE 다공성 막(940)을 통해 배출되는데, 교정액이나 희석액은 소수성 PTFE 다공성 막(940)에서 바깥으로는 누출되지 않는다.
이와 같이 하여, 희석조(907)에는 0.157㎕의 교정액과 6.126㎕의 희석액이 도입되고, 40배로 희석된 희석 교정액이 조제된다. 마지막으로 통전을 위해 리저버(909)의 3방 밸브를 약간 열림으로 하여 홈(f)을 액체로 적셔 둔다. 공기압이나 중력 등으로 송액을 실시할 때에는 이 조작은 필요없다.
7) 희석된 교정액 및 시약 용액의 송액, 반응 및 검출
리저버(902)의 3방 밸브를 닫힘, 리저버(907, 910 내지 912)의 3방 밸브를 열림으로 하고, 각각의 리저버에 전압을 인가하여 발생하는 전기 침투류로 각 액을 송액하고 혼합, 반응시킨다. 각각의 인가 전압은 희석된 교정액과 2개의 시약 용액의 소정 혼합비에 상당하는 유량이 되도록 조정해 둔다. 반응 생성물은 분석 장치에 내장된 열 렌즈 검출장치의 검출부(D)에서 정량적으로 검출된다. 반응이 종료된 폐액은 폐액 수납용 리저버(912)에 모이고, 분석용 카트리지(4)의 바깥으로는 나오지 않는다.
8) 계량조(A) 및 희석조(907)의 세정
리저버(910 내지 912)의 3방 밸브를 닫힘으로 하고, 리저버(902)를 가압하여 희석액을 계량조(A)로 송액한다. 이에 따라 희석액으로 계량조(A)를 세정하고, 세정후의 희석액은 희석조(907)에 모인다. 리저버(902)를 닫힘, 리저버(912)를 열림으로 하고, 희석조(907)를 가압하여 세정후의 희석액을 리저버(912)로 송액한다. 이상의 조작을 3회 실시하여 계량조(A)와 희석조(907)를 세정한다.
9) 검체의 여과와 계량
리저버(902, 904, 907, 909 내지 912)의 3방 밸브를 닫힘, 리저버(906)의 3방 밸브를 열림으로 하여 리저버(905)를 가압하고, 검체의 혈구를 여과하면서 계량조(A)에 검체를 채워 0.157㎕를 칭량하여 얻는다. 여분의 검체는 폐액 수납용 리저버(906)에 모은다.
10) 검체의 희석
리저버(905, 906)의 3방 밸브를 닫힘, 희석조(907)의 3방 밸브를 열림으로 하여 리저버(902)를 가압하고, 계량조(A)의 검체와 함께 희석액을 용량 6.28㎕의 희석조(907)로 흘려 넣는다. 이 때, 희석조(907)내의 공기는 PTFE 다공성 막(940)을 통해 배출되는데, 희석액은 소수성 PTFE 다공성 막(940)에서 바깥으로는 누출되지 않는다. 이와 같이 하여 희석조(907)에는 0.157㎕의 검체와 6.126㎕의 희석액이 도입되어 40배로 희석된 희석 검체가 조제된다.
11) 희석 검체 및 시약 용액의 송액, 반응 및 검출
리저버(902)의 3방 밸브를 닫힘, 리저버(907, 910 내지 912)의 3방 밸브를 열림으로 하고, 각각의 리저버에 전압을 인가하여 발생하는 전기 침투류로 각 액을 송액하여 혼합, 반응시킨다. 각각의 인가 전압은 희석 검체와 2개의 시약 용액의 소정 혼합비에 상당하는 유량(희석된 교정액의 경우와 동일)이 되도록 조정해 둔다. 반응 생성물은 분석 장치에 내장된 열 렌즈 검출 장치의 검출부(D)로 정량적으로 검출된다. 반응이 종료된 폐액은 폐액 수납용 리저버(912)에 모이고, 분석용 카트리지(4)의 바깥으로는 나가지 않는다.
12) 분석치의 산출
총 콜레스테롤치가 이미 알려진 교정액의 분석치를 기초로 검량선을 작성하고, 검체의 분석치로부터 검체의 총콜레스테롤치를 구한다. 검출 방법은 본 출원인에 의한 국제공개 제64846호 공보에 기재된 방법 등을 채택할 수 있다. 본 실시예의 결과, 검체중의 총콜레스테롤 농도는 98㎎/㎗였다. 한편, 검체를 직접, 임상 검사 센터 등에서 일반적으로 실시되는「용수법」으로 분석한 결과는 104㎎/㎗였다.
(실시예 2)
혈청중의 총콜레스테롤의 정량 분석을 실시예 1과 동일한 방법으로 분석용 카트리지를 사용해서 실시한 다른 예를 나타낸다. 단, 이 예에 있어서 송액 방법에는 공기 가압에 의한 방법을 사용하였다.
분석용 카트리지(5)는 전극 및 배선을 구비하고 있지 않은 것을 제외하고는, 도11, 도12, 도13의 것(실시예 1)과 완전히 동일한 것을 사용하였기 때문에, 본 실시예에서도 도11, 도12, 도13을 사용해서 설명한다. 또한, 분석에 있어서의 여러 조작, 수순도 실시예 1과 거의 동일하기 때문에, 이하 분석의 수순을 상이점만 설명한다.
1) 내지 3)
실시예 1과 완전히 동일하다.
4) 시약 용액의 조제
실시예 1과 동일하나, 홈(m)을 액체로 적시는 조작은 실시하지 않는다.
5) 검체의 여과와 계량
실시예 1과 완전히 동일하다.
6) 검체의 희석
실시예 1과 동일하나, 홈(f)을 액체로 적시는 조작은 실시하지 않는다.
7) 송액과 반응, 검출
리저버(902)의 3방 밸브를 닫힘, 리저버(912)의 3방 밸브를 열림으로 하고 리저버(907, 910, 911)의 3방 밸브에 소정 공기압을 가하여 액체를 송액하고, 소정 비율로 혼합, 반응시킨다. 각각의 혼합 비율은 가압하는 압력으로 조정한다. 반응 생성물은 분석 장치에 내장된 열 렌즈 검출 장치의 검출부(D)로 정량적으로 검출된다. 반응이 종료된 폐액은 폐액 수납용 리저버(912)에 모이고, 분석용 카트리지(5)의 바깥으로는 나오지 않는다. 그리고, 폐액 수납용 리저버(912)에 흡수 패드 등을 구비해도 된다.
(실시예 3)
상기와 같은 분석용 카트리지(4)의 제조 방법 및 이 분석용 카트리지(4)내에서의 시약의 용해 방법에 대해 상세하게 설명한다.
1) 평판상 부재(900)에 대해
PMMA 수지를 사출 성형하여 분석용 카트리지(4)를 구성하는 평판상 부재(900)을 얻었다. 이 평판상 부재(900)는 두께가 2㎜이고, 도11에 도시한 바와같은 홈 패턴을 갖고 있다. 홈(a 내지 m)은 전부 폭, 깊이 모두 50㎛이다. 그리고, 직경이 2㎜φ, 깊이가 50㎛인 오목부를 구비하고 있으며, 이 오목부가 계량조(A)를 구성한다. 또한, 직경이 2㎜φ인 관통구멍을 갖고 있으며, 이 관통구멍이 리저버(901 내지 912)를 구성한다.
2) 벤트용 막의 프레스
외경 4㎜, 내경 3㎜(폭 1㎜)의 고리형상 형틀을 사용해서 PTFE 다공성 막(940)에 프레스를 실시하여 프레스된 부분을 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 하였다. 프레스는, 프레스되어 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 된 부분이 각 관통구멍을 둘러싸도록 평판상 부재(900)에 있어서의 관통구멍(리저버 901 내지 912)의 배치에 맞춰 실시하였다. 프레스 조건은 온도는 20℃이고, 압력은 176㎫이다.
프레스된 부분은 기체가 투과하지 않게 되기 때문에, PTFE 다공성 막(940)은 래터럴 방향으로 기체가 투과하지 않도록 되어 있다.
그리고, PTFE 다공성 막(940)으로서는 어드밴테크도요가부시키가이샤 제조의 구멍 직경 0.1㎛(품번 T010A047A)의 것을 사용하였다.
3) 벤트용 막의 접착
상기한 바와 같이 프레스된 PTFE 다공성 막(940)을 평판상 부재(900)에 양면 테이프를 사용해서 접착하였다. 이 양면 테이프에는 닛토덴코가부시키가이샤 제조 실리콘 고무 접착용 테이프 No.5302A를 사용하였다. 단, 양면 테이프에 있어서의 평판상 부재(900)의 각 관통구멍에 상대하는 위치에는 직경 2㎜φ의 원형 구멍을형성하고 있다.
4) 시약 용액의 분주
벤트용 막을 접착한 평판상 부재(900)의 리저버(910, 911)내에 각각 시약 용액을 분주하였다. 분주 장치에는 Biodot사 제조 Pixsys 3000을 사용하고, PTFE 다공성 막(940)상에 평판상 부재(900)측에서 시약 용액을 분주하였다. 그리고, 시약 용액의 농도와 분주량은 각 리저버에 시약 용해액이 채워졌을 때에 이 시약 용해액중의 시약의 농도가 소정 농도가 되도록 설정해 둔다.
5) 시약 용액의 건조
시약 용액이 분주된 평판상 부재(900)를 온도 20℃, 습도 30%RH의 분위기에서 약 1시간 가만히 놓아둠으로써, 수분을 증발시켜 건조시키고, 시약을 PTFE 다공성 막(940)상에 고착시켰다. 감압하에서 건조시키면 약 10분으로 건조 가능한데, 이 경우에는 시약 용액의 돌비에 주의할 필요가 있다.
6) 포션 팩의 장착
각 시약을 용해하기 위한 시약 용해액을 약 100㎕ 밀봉한 밀봉 팩을 제작하고, 평판상 부재(900)의 리저버(908)의 위치에 장착하였다. 시약 용해액은 Triton X100을 증류수에 1wt%의 농도로 용해시킨 것을 사용하였다.
7) 커버 시트(930)의 접합
이상과 같은 조작을 실시한 평판상 부재(900)에 두께 300㎛의 PMMA제 커버 시트(930)를 접착하여 분석용 카트리지(4)를 완성하였다. 커버 시트(930)와 평판상 부재(900)의 장착은 아크릴계 양면 테이프(닛토덴코가부시키가이샤 제조,MC2030)를 사용해서 실시하였다.
그리고, 복수의 분석 항목을 분석할 수 있는 분석용 카트리지의 제조 공정은, 상술한 바와 같다(도7을 참조). 다수의 시약이라도 상기 분주 장치(Pixsys 3000)에 의해 한번에 분주할 수 있으므로 생산성이 양호하다.
8) 용해액의 송액과 시약의 용해
포션 팩을 누르는 피스톤을 갖는 분석 장치에 분석용 카트리지(4)를 장착하고, 벤트를 가압하기 위한 커플러를 리저버(909)에 장착하였다. 상기 피스톤으로 리저버(908)의 포션 팩을 누르고, 시약 용해액을 시약 용해액 낙하용 리저버(909)에 흘려 넣는다. 계속해서, 리저버(909)의 벤트를 커플러로 가압하고, 시약 용해액을 리저버(910, 911)로 송액하였다. 이렇게 하면, 리저버(910, 911)내의 공기는 내보내지고, 시약 용해액이 리저버(910, 911)에 충전되고 리저버(910, 911)내의 시약이 용해되어 소정 농도의 시약 용액이 조정되었다.
(실시예 4)
벤트용 막중 리저버의 개구부를 둘러싸는 부분을 가압함으로써, 벤트용 막의 래터럴 방향으로 기체가 투과하는 것을 방지하여 분석용 카트리지내에 있어서의 송액을 정밀도 좋게 제어한 예를 도14 및 도15를 참조하면서 상세하게 설명한다.
두께 2㎜의 PMMA제 평판상 부재(1000)를 사출 성형에 의해 성형하였다. 이 평판상 부재(1000)에는 직경 2㎜φ의 관통구멍이 3개 형성되어 있고, 각각이 폭 100㎛, 깊이 50㎛의 홈(1001)으로 연통되어 있다.
이 평판상 부재(1000)의 홈(1001)을 갖는 편의 판면에 두께 0.3㎜의 PMMA제커버 시트(1003)를 접착하였다. 또한, 반대측 판면에 벤트용 막(1002)을 양면 테이프(닛토덴코가부시키가이샤 제조, No.5302A)를 사용해서 접착하였다. 그리고, 평판상 부재(1000)의 상기 반대측 판면에 상기 관통구멍에 의해 형성되는 리저버(A, B, C)의 개구부를 덮도록 밸브가 부착된 커플러(1004)를 장착하여 분석용 카트리지를 제작하였다.
단, 벤트용 막(1002)에는 외경 0.1㎛의 PTFE 다공질 막(어드밴테크도요가부시키가이샤 제조, 품번 T010A047A)을 사용하였다. 그리고, 벤트용 막(1002) 중 리저버(B,C)의 개구부를 덮는 고리형상 부분(1005)은 20℃하에서 176㎫의 압력으로 프레스하고 있어, 이 고리형상 부분(1005)은 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있다(도15 참조).
리저버(B)의 밸브를 열림, 리저버(C)의 밸브를 닫힘으로 하고, 리저버(A) 중의 Triton X100(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤 제조)의 1% 수용액(1006)을 가압함으로써, 이 수용액(1006)을 리저버(A)에서 리저버(B)로 송액하였다. 벤트용 막(1002)중 리저버(B, C)의 개구부를 덮는 고리형상 부분(1005)이 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있기 때문에, 벤트용 막(1002)의 래터럴 방향으로 공기의 투과가 일어나는 일은 없다. 따라서, 리저버(C)의 개구부에서 벤트용 막(1002)을 통해 리저버(B)의 커플러(1004)로 공기가 새어나가는 일은 없다. 그 결과, 리저버(C)로 수용액(1006)이 송액되는 일이 없고, 리저버(B)에 수용액(1006)을 충전할 수 있었다(도14 참조). 그리고, 도14에 있어서는 공기의 거동(흐름)을 화살표로 표시하였다.
(비교예)
상기 실시예 4와 동일한 방법으로 하여 분석용 카트리지를 제작하였다. 단, 벤트용 막(1002)에는 프레스를 실시하지 않아 벤트용 막(1002)의 래터럴 방향으로 공기의 투과가 일어나도록 이루어져 있다.
리저버(B)의 밸브를 열림, 리저버(C)의 밸브를 닫힘으로 하고, 리저버(A) 중의 Ttiton X100(와코쥰야쿠고교가부시키가이샤 제조)의 1% 수용액(1006)을 가압함으로써, 이 수용액(1006)을 리저버(A)에서 리저버(B)로 송액하였다. 그러나, 벤트용 막(1002)의 래터럴 방향으로 공기의 투과가 일어나기 때문에, 화살표로 표시한 바와 같이 리저버(C)에서 벤트용 막(1002)을 통해 리저버(B)의 커플러(1004)로 공기가 새어나갔다. 그 결과, 리저버(C)의 밸브를 닫았음에도 불구하고, 리저버(C)로도 수용액(1006)이 송액되었다(도16 참조).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 분석용 카트리지를 사용하면, 미량의 검체 및 시약에 의해 간편하게 단시간에 또한 저렴한 비용으로 POC 분석 등을 실시할 수 있다. 또한, 분석 담당자가 분석시에 실시하는 시약의 관리, 보수를 저감할 수 있다. 그리고, 검출 반응의 제한이 적고, 동시에 다항목의 분석이 가능하다.
또한, 본 발명의 송액 제어 장치에 의하면, 상기 분석용 카트리지내의 검체, 시약 용액 등의 액체의 송액을 높은 정밀도로 제어할 수 있고, 또한 이 송액 제어 장치는 저렴하게 제조할 수 있다.

Claims (21)

  1. 복수의 리저버와, 이들 리저버 사이를 연통하는 캐필러리를 갖는 분석용 카트리지에 있어서,
    상기 리저버의 적어도 1개에 상기 분석용 카트리지의 외부로 통하는 개구부를 형성하고, 상기 개구부의 적어도 1개를 기체는 투과하고 액체는 투과하지 않는 벤트로 덮음과 동시에, 분석에 사용하는 시약을 상기 분석용 카트리지 내에 구비하는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 벤트로 덮인 상기 개구부가 형성된 상기 리저버의 적어도 1개에, 상기 시약을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시약 중 적어도 일부는 비유동성인 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구멍을 갖는 소수성 부재로 상기 벤트를 구성한 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구멍을 갖는 소수성 부재를, 소수성 다공질 막으로 한 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  6. 제5항에 있어서, 복수의 리저버의 상기 개구부를 공통의 소수성 다공질 막으로 덮어 각각의 벤트를 구성하고, 추가로 상기 소수성 다공질 막은 각 리저버 사이에 위치하는 부분이 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소수성 다공질 막은 각 리저버 사이에 위치하는 부분이 가압되어 다공질성을 갖고 있지 않는 상태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    액상의 검체를 수납하는 검체 수납용 리저버와, 상기 검체를 희석하는 희석액을 수납하는 희석액 수납용 리저버와, 상기 검체를 계량하는 계량용 리저버와, 상기 희석액 및 계량된 상기 검체를 혼합하여 희석하는 희석용 리저버를 구비함과 동시에,
    상기 계량용 리저버와, 상기 검체 수납용 리저버, 상기 희석액 수납용 리저버 및 상기 희석용 리저버와의 사이가, 각각 상기 캐필러리에 의해 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    분석 결과를 교정하는 교정액을 수납하는 교정액 수납용 리저버와, 액상의 검체를 수납하는 검체 수납용 리저버와, 상기 교정액 및 상기 검체를 희석하는 희석액을 수납하는 희석액 수납용 리저버와, 상기 교정액 및 상기 검체를 계량하는 계량용 리저버와, 계량한 상기 교정액 또는 계량한 상기 검체와 상기 희석액을 혼합하여 희석하는 희석액 리저버를 구비함과 동시에,
    상기 계량용 리저버와, 상기 교정액 수납용 리저버, 상기 검체 수납용 리저버, 상기 희석액 수납용 리저버 및 상기 희석용 리저버와의 사이가, 각각 상기 캐필러리에 의해 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 분석용 카트리지의 제조 방법에 있어서,
    평판상 부재의 상기 리저버에 대응하는 위치에 관통구멍을 형성하고, 상기 평판상 부재의 일측 판면의 상기 캐필러리에 대응하는 위치에 홈을 형성하는 평판 가공 공정과,
    상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖지 않는 판면을 상기 벤트로 덮는 벤트 형성 공정과,
    상기 시약을 수납하는 시약 수납용 리저버에 대응하는 상기 관통구멍 내에, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면측에서 상기 시약을 장입하는 시약 장입 공정과,
    상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면을 커버 시트로 덮어 상기 리저버및 상기 캐필러리를 형성하는 피복 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지의 제조 방법.
  11. 제4항 또는 제5항에 기재된 분석용 카트리지의 제조 방법에 있어서,
    평판상 부재의 상기 리저버에 대응하는 위치에 관통구멍을 형성하고, 상기 평판상 부재의 일측 판면의 상기 캐필러리에 대응하는 위치에 홈을 형성하는 평판 가공 공정과,
    상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖지 않는 판면을, 상기 구멍을 갖는 소수성 부재 또는 상기 소수성 다공질 막으로 덮는 벤트 형성 공정과,
    상기 시약을 수납하는 시약 수납용 리저버에 대응하는 상기 관통구멍 내에, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면측에서 상기 시약을 장입하는 시약 장입 공정과,
    상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면을 커버 시트로 덮어 상기 리저버 및 상기 캐필러리를 형성하는 피복 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지의 제조 방법.
  12. 제3항에 기재된 분석용 카트리지의 제조 방법에 있어서,
    상기 벤트를 구비한 상기 리저버에 상기 시약의 용액을 수납한 후, 상기 시약의 용액을 건조시킴으로써 비유동성으로 한 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    평판상 부재의 상기 리저버에 대응하는 위치에 관통구멍을 형성하고, 상기 평판상 부재의 일측 판면의 상기 캐필러리에 대응하는 위치에 홈을 형성하는 평판 가공 공정과,
    상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖지 않는 판면을, 구멍을 갖는 소수성 부재 또는 소수성 다공질 막으로 덮는 벤트 형성 공정과,
    상기 시약을 수납하는 시약 수납용 리저버에 대응하는 상기 관통구멍 내에, 상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면측에서 상기 시약을 장입하고, 상기 시약의 용액을 건조시켜 비유동성으로 하는 시약 장입 공정과,
    상기 평판상 부재의 상기 홈을 갖는 판면을 커버 시트로 덮어 상기 리저버 및 상기 캐필러리를 형성하는 피복 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석용 카트리지의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 분석용 카트리지에 장착되고, 상기 캐필러리를 통한 임의의 상기 리저버 간의 액체의 송액을 제어하는 송액 제어 장치에 있어서,
    상기 벤트를 통한 기체의 출입을 허용 또는 규제함으로써, 상기 캐필러리를 통한 상기 액체의 상기 리저버로의 유입 또는 상기 액체의 상기 리저버로부터의 유출을 행하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 송액 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 벤트를 사이에 두고 상기 리저버와는 반대측 위치에 배치되는 밸브를 구비하고 있으며, 상기 벤트를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를 상기 밸브에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 송액 제어 장치.
  16. 제14항에 있어서, 상기 벤트를 사이에 두고 상기 리저버와는 반대측 위치에 배치되며, 상기 개구부를 덮도록 상기 벤트에 장착된 커플러와, 상기 커플러에 연결된 펌프와, 상기 커플러와 상기 펌프와의 사이에 배치된 밸브를 구비하고 있고, 상기 벤트를 통한 기체 출입의 허용 또는 규제를, 상기 펌프 및 상기 밸브의 적어도 일측에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 송액 제어 장치.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개구부가 상기 벤트로 덮여 있지 않은 상기 리저버로의 기체 출입을 허용 또는 규제함으로써, 상기 캐필러리를 통한 상기 액체의 상기 리저버로부터의 유출을 제어하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 송액 제어 장치.
  18. 제3항에 기재된 분석용 카트리지를 사용한 검체의 분석 방법에 있어서,
    상기 비유동성 시약을 용해시키는 시약 용해액이 수납된 시약 용해액 수납용 리저버에서 상기 비유동성 시약이 수납된 시약 수납용 리저버로, 분석 직전에 상기 캐필러리를 통해 상기 시약 용해액을 송액하고, 상기 비유동성 시약을 용해시켜 시약 용액을 조제하는 시약 용해 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  19. 제18항에 있어서, 액상의 상기 검체와 상기 시약 수납용 리저버 내의 상기 시약 용액을, 상기 캐필러리를 사용하여 혼합 및 반응을 행하는 혼합 반응 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  20. 제8항에 기재된 분석용 카트리지를 사용한 검체의 분석 방법에 있어서,
    상기 검체 수납용 리저버에서 상기 계량용 리저버로 상기 검체를 송액함으로써 상기 검체를 계량하는 검체 계량 공정과,
    상기 희석액 수납용 리저버에서 상기 계량용 리저버로 상기 희석액을 송액함으로써, 상기 희석액 및 상기 계량용 리저버 내의 상기 검체를 상기 희석용 리저버로 송액하여, 상기 검체와 상기 희석액을 혼합하여 상기 검체를 희석하는 검체 희석 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
  21. 제9항에 기재된 분석용 카트리지를 사용한 검체의 분석 방법에 있어서,
    상기 교정액 수납용 리저버에서 상기 계량용 리저버로 상기 교정액을 송액함으로써 상기 교정액을 계량하는 교정액 계량 공정과,
    상기 희석액 수납용 리저버에서 상기 계량용 리저버로 상기 희석액을 송액함으로써, 상기 희석액 및 상기 계량용 리저버 내의 상기 교정액을 상기 희석용 리저버로 송액하고 상기 교정액과 상기 희석액을 혼합하여 상기 교정액을 희석하는 교정액 희석 공정과,
    상기 희석된 교정액을 상기 시약과 반응시켜 상기 희석된 교정액의 분석치를 얻는 교정액 분석 공정과,
    상기 검체 수납용 리저버에서 상기 계량용 리저버로 상기 검체를 송액함으로써 상기 검체를 계량하는 검체 계량 공정과,
    상기 희석액 수납용 리저버에서 상기 계량용 리저버로 상기 희석액을 송액함으로써, 상기 희석액 및 상기 계량용 리저버 내의 상기 검체를 상기 희석용 리저버로 송액하고 상기 검체와 상기 희석액을 혼합하여 상기 검체를 희석하는 검체 희석 공정과,
    상기 희석된 검체를 상기 시약과 반응시켜 상기 희석된 검체의 분석치를 얻는 검체 분석 공정과,
    상기 교정액의 분석치를 이용하여 상기 검체의 분석치를 교정하는 교정 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 분석 방법.
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