JP5224961B2 - 分析用デバイスと分析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、回転駆動式の分析用デバイスに関するものであり、より詳細には、生物学的流体の測定に使用する分析用デバイスにおける生物学的流体の計量に関する。
従来、生物学的流体を分析する方法として液体流路を形成したマイクロデバイスを用いて分析する方法が知られている。マイクロデバイスは回転装置を使って流体の制御をすることが可能であり、遠心力を利用して試料の計量、細胞質材料の分離、分離された流体の移送分配などを行うことができ、種々の生物化学的な分析を行うことができる。
遠心力を利用して溶液を移送する特許文献１に記載の分析用デバイスは、図９（ａ）（ｂ）に示すように注入口１１６からピペットなどの挿入器具によって試料液を流入路１１４へ注入し、分析用デバイスの回転によって、試料液を測定セル１１５へ移送し、回転の減速または停止によって試料液を流路１１７に働く毛細管力によって吸い上げ、再び回転を加速させることで試料液を測定セル１１５に戻して試料液と試薬１１８の攪拌ができるように構成されている。
特開２００６−１４５４５１号公報
しかしながら特許文献１では、測定セル１１５が遠心方向に対して直角に配置されているため、測定セル１１５内の試料液を光学的に測定する際に、測定セル１１５内を満たすための試料液が多く必要となり、試料液の微量化ができにくいという課題を有している。
また、測定セル１１５の試料液の量と流路１１７の体積ならびに流路１１７における試薬１１８の塗布位置とを正確に制御しなければ攪拌ムラが発生し、試薬の比重が大きい場合には測定セル１１５の外周側に試薬が沈殿するおそれがあって測定精度が低下する問題がある。
また、試料液と試薬を攪拌するための流入路１１４、測定セル１１５、流路１１７で構成される攪拌機構の構成がＵ字形状であるため、流入路１１４と流路１１７の間に形成されるエリアが無駄なスペースとして形成され、分析用デバイスの小型化に適さないという課題を有している。
本発明は、従来の課題を解決するもので、試料液の微量化ができ、試料液と試薬との攪拌ムラを解消でき、小型化に適した分析用デバイスを提供することを目的とする。
本発明の請求項１記載の分析用デバイスは、回転駆動によって発生する遠心力によって試料液を測定スポットに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、前記測定スポットにおける反応液にアクセスする読み取りに使用される分析用デバイスであって、前記遠心力によって移送される試料液を保持する第１の保持キャビティと、前記第１の保持キャビティに対して前記回転駆動の周方向に隣接して配置された操作キャビティと、前記第１の保持キャビティの側壁に設けられ前記第１の保持キャビティに保持された試料液を毛細管力で吸い上げて前記操作キャビティに移送する連結部と、前記操作キャビティに対して前記回転駆動の外周方向に配置され、前記操作キャビティの最外周位置と連結通路を介して連通し、前記操作キャビティから遠心力によって移送される試料液を保持する第２の保持キャビティとを備え、前記操作キャビティの連結部が、前記遠心力を発生させる回転軸心について前記第１の保持キャビティに保持された試料液の液面よりも外周方向に伸長して形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項２記載の分析用デバイスは、請求項１において、前記操作キャビティおよび前記連結部の厚み方向の断面寸法を毛細管力の作用する大きさに制限したことを特徴とする。
本発明の請求項３記載の分析用デバイスは、請求項１において、前記操作キャビティの内周側の側方に、大気に開放されたキャビティを形成したことを特徴とする。
本発明の請求項４記載の分析用デバイスは、請求項３において、前記キャビティが前記第１の保持キャビティと連結して形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項４記載の分析用デバイスは、請求項３において、前記キャビティが前記第１の保持キャビティと連結して形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項５記載の分析用デバイスは、請求項１において、前記連結通路の厚み方向の断面寸法は、前記操作キャビティに作用する毛細管力よりも前記連結通路の毛細管力が大きくなるよう制限したことを特徴とする。
本発明の請求項６記載の分析用デバイスは、請求項１において、前記操作キャビティには、試薬が担持されており、前記試薬の周辺に半径方向に伸長する攪拌リブが形成されていることを特徴とする。
本発明の請求項７記載の分析方法は、回転駆動によって発生する遠心力によって試料液を分析用デバイスの測定スポットに向かって移送するに際し、毛細管力の作用する連絡通路を介して前記遠心力によって試料液を第１の保持キャビティに移送し、前記回転駆動を停止または減速して前記第１の保持キャビティの試料液を、第１の保持キャビティに対して前記回転駆動の周方向に隣接して配置された操作キャビティに、前記第１の保持キャビティの側壁に設けられた毛細管力の作用する連結部を介して移送して定量し、分析用デバイスを揺動させて前記操作キャビティの試料液を揺動攪拌して前記操作キャビティに配置された試薬を溶解し、前記試薬が溶解した前記操作キャビティの試料液を前記回転駆動によって発生する遠心力によって、前記操作キャビティに対して前記回転駆動の外周方向に配置された後段の測定スポットに向かって、毛細管力が作用する連結通路を介して移送することを特徴とする。
この構成によれば、回転駆動によって発生する遠心力を制御することにより、第１の保持キャビティと操作キャビティの間で連結部を介して微量の試料液であっても移動し、操作キャビティに担持されている試薬を、試料液と十分に攪拌することができる。この試薬と試料液との攪拌後の操作キャビティの試料液は、回転駆動によって発生する遠心力を制御することにより、連結通路を介して第２の保持キャビティに移送されてここで透過度を測定して分析できる。また、第１の保持キャビティと操作キャビティを周方向に配置することによって分析用デバイスの小型化が可能となる。
以下、本発明の各実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図６は本発明の実施の形態１を示す。
（実施の形態１）
図１〜図６は本発明の実施の形態１を示す。
この分析用デバイス１００の外観形状は図３に示すように円盤状で、回転軸心Ｏを中心に回転駆動される。この回転駆動中の分析用デバイス１００の姿勢は、水平に対して０°以上４５°以下の所定角度だけ傾くように回転軸心Ｏが傾いている。所定角度は１０°〜４５°の範囲が好ましい。
分析用デバイス１００は図４に示すようにマイクロチャネルの液体収容室４，第１の保持キャビティ６，操作キャビティ９，第２の保持キャビティ１７，１８などを有するベース基板１と、ベース基板１の開口部を閉塞するカバー基板２とが接着層３によって貼り合わせて構成されている。
図１はベース基板１の要部の斜視図を示し、図２はその平面図を示している。図５は図２におけるＡ−Ａ断面図，Ｂ−Ｂ断面図，Ｃ−Ｃ断面図を示している。
回転中心Ｏとベース基板１の第１の保持キャビティ６の間には、液体収容室４が形成されている。液体収容室４には貫通孔７から試料液が注入される。液体収容室４と第１の保持キャビティ６とは、連絡通路５によって連結されている。連絡通路５のカバー基板２との隙は、図５（ａ）に示すように毛細管力の作用する隙に形成されている。
回転中心Ｏとベース基板１の第１の保持キャビティ６の間には、液体収容室４が形成されている。液体収容室４には貫通孔７から試料液が注入される。液体収容室４と第１の保持キャビティ６とは、連絡通路５によって連結されている。連絡通路５のカバー基板２との隙は、図５（ａ）に示すように毛細管力の作用する隙に形成されている。
回転中心Ｏに対してベース基板１の第１の保持キャビティ６の周方向に隣接して操作キャビティ９が形成されている。操作キャビティ９のカバー基板２との隙は毛細管力の作用する隙に形成されており、第１の試薬１０，１１が担持されている。操作キャビティ９には、第１の試薬１０，１１の周辺で、具体的には第１の試薬１０，１１の間に半径方向に伸長した攪拌リブ１２が形成されている。攪拌リブ１２とカバー基板２との厚み方向の断面寸法は、操作キャビティ９のカバー基板２との厚み方向の断面寸法よりも小さい。操作キャビティ９の内周側の側方にはキャビティ１３が形成されており、キャビティ１３は第１の保持キャビティ６と連通部１４で連結されている。キャビティ１３のカバー基板２との隙は、毛細管力の作用しない隙に形成されている。またキャビティ１３は、第１の保持キャビティ６に形成された貫通孔１５を介して大気に連通している。
第１の保持キャビティ６と操作キャビティ９とは、第１の保持キャビティ６の側壁から前記連通部１４を通過して延びる連結部１６を介して連結されている。図５（ｂ）に示すように連結部１６のカバー基板２との隙は、毛細管力の作用する隙に形成されている。ここでは連結部１６の先端は、第１の保持キャビティ６に保持された試料液の液面よりも前記回転軸心について外周方向に伸長して形成されている。さらに具体的には、連結部１６の先端は第１の保持キャビティ６の最も外周部分にまで延長されている。
操作キャビティ９の外周側には、第２の保持キャビティ１７，１８が形成されている。
第２の保持キャビティ１７，１８のうちの内周側の第２の保持キャビティ１７は、外周側の第２の保持キャビティ１８よりも深く、第２の保持キャビティ１７は連結通路１９を介して接続されている。連結通路１９のカバー基板２との間の厚み方向の断面寸法は、図５（ｃ）に示すように毛細管力の作用する隙で、操作キャビティ９に作用する毛細管力よりも大きくなるよう制限されている。２０は大気に連通した連通孔である。第２の保持キャビティ１８には、第２の試薬２１が担持されている。
第２の保持キャビティ１７，１８のうちの内周側の第２の保持キャビティ１７は、外周側の第２の保持キャビティ１８よりも深く、第２の保持キャビティ１７は連結通路１９を介して接続されている。連結通路１９のカバー基板２との間の厚み方向の断面寸法は、図５（ｃ）に示すように毛細管力の作用する隙で、操作キャビティ９に作用する毛細管力よりも大きくなるよう制限されている。２０は大気に連通した連通孔である。第２の保持キャビティ１８には、第２の試薬２１が担持されている。
図６（ａ）〜（ｄ）は試薬の移送の過程を示している。
図６（ａ）に示すように液体収容室４に試料液５０を注入した後に、分析用デバイス１００を回転軸心Ｏを中心に回転駆動すると、試料液５０は遠心力によって連絡通路５を通過して第１の保持キャビティ６に移送される。
図６（ａ）に示すように液体収容室４に試料液５０を注入した後に、分析用デバイス１００を回転軸心Ｏを中心に回転駆動すると、試料液５０は遠心力によって連絡通路５を通過して第１の保持キャビティ６に移送される。
第１の保持キャビティ６に試料液５０が移動した状態で、分析用デバイス１００の回転駆動を減速、もしくは図６（ｂ）に示すように第１の保持キャビティ６の最外周部を下側にした状態で分析用デバイス１００を停止させると、第１の保持キャビティ６にある試料液５０は、連結部１６を介して毛細管力でこの連結部１６よりも毛細管力の大きな操作キャビティ９に図６（ｃ）に示すように移送される。なお、操作キャビティ９に試料液５０が吸い上げられた状態では、操作キャビティ９には試料液５０で満たされている空間と隙の大きさは同じであるけれども試料液５０で満たされていない僅かな空間９ａが残っている。
この図６（ｃ）に示す状態では、試料液５０と第１の試薬１０，１１とが接触して第１の試薬１０，１１が試料液に溶け出す。この状態で分析用デバイス１００を回転軸心Ｏを中心に所定角度の揺動させると、操作キャビティ９の試料液５０は前記空間９ａがあるために操作キャビティ９の中で移動して、この攪拌の際に、攪拌リブ１２に衝突してより確実に攪拌される。これによって、試薬の比重が大きい場合であっても試薬が沈殿させないようにより有効に作用している。
図６（ｃ）で十分な攪拌が行われた後に、分析用デバイス１００を回転軸心Ｏを中心に回転駆動すると、操作キャビティ９の試料液が連結通路１９を通過して第２の保持キャビティ１７，１８に流れ込み、図６（ｄ）に示すように外周側の第２の保持キャビティ１８に保持される。外周側の第２の保持キャビティ１８には第２の試薬２１が担持されているため、この図６（ｄ）に示す状態で分析用デバイス１００を回転軸心Ｏを中心に所定角度の揺動させると、第２の試薬２１が更に試料液に溶け込む。
第２の試薬２１が完全に溶けた後に、分析用デバイス１００を回転させながら図４に示すように外周側の測定スポットとしての第２の保持キャビティ１８の試料液に光源２２から投射した光２３を通過させてフォトディテクタ２４で読み取って分析を実行する。
このように構成したため、試料液が少量であっても、第１の保持キャビティ６と操作キャビティ９との間で試料液を確実に移動させて第１の試薬１０，１１を溶解させることができる。また、操作キャビティ７の試料液を第２の保持キャビティ１７，１８に移送して第２の試薬２１を溶解して正確な測定を実現できる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、液体収容室２に試料液を注入して、試料液の移送の終端での第２の保持キャビティ１８において検出する場合を例に挙げて説明したが、図６と図７に示す実施の形態２では、移送の途中に第１の保持キャビティ６，操作キャビティ９，第２の保持キャビティ１７，１８を設けた分析用デバイスを示している。
実施の形態１では、液体収容室２に試料液を注入して、試料液の移送の終端での第２の保持キャビティ１８において検出する場合を例に挙げて説明したが、図６と図７に示す実施の形態２では、移送の途中に第１の保持キャビティ６，操作キャビティ９，第２の保持キャビティ１７，１８を設けた分析用デバイスを示している。
なお、実施の形態１と同様の作用を成すものには同一の符号を付けて説明する。
この実施の形態２の場合も実施の形態１の場合と同じようにベース基板１とカバー基板２との張り合わせによって構成されており、図７と図８は実施の形態２のベース基板１を示す。
この実施の形態２の場合も実施の形態１の場合と同じようにベース基板１とカバー基板２との張り合わせによって構成されており、図７と図８は実施の形態２のベース基板１を示す。
この分析用デバイスは、血液点着部２５に点着した試料液としての血液を、希釈液貯留部２６にセットされた希釈液で希釈して、測定部２７，２８，２９，３０，３１，３２に移送し、光源２２から各測定部２７〜３２を通過した光２３を適宜にフォトディテクタ２４で読み取って分析を実行するものである。
血液点着部２５に点着された血液は、カバー基板２との間に形成されたマイクロ流路３３を介して血液保持部３４に吸い上げられる。この状態で分析用デバイスを中心軸Ｏを中心に回転駆動すると、血液は血液分離部３５を介して血液定量室３６で定量される。余分な血液は血液排出部３７に回収される。また、希釈液は希釈液定量室３８で定量される。余分な希釈液は混合部３９を介して排出部４０に回収される。
血液定量室３６で定量された血液と希釈液定量室３８で定量された希釈液は、混合部３９で混合されて液体収容室４に向かって移送される。
液体収容室４に向かって移送される前記試料液としての希釈血液は、毛細管力の作用する希釈血液定量室４１，４２，４３，４４で定量される。
液体収容室４に向かって移送される前記試料液としての希釈血液は、毛細管力の作用する希釈血液定量室４１，４２，４３，４４で定量される。
分析用デバイスを再度回転させることで、希釈血液定量室４１〜４４で定量された希釈血液は、測定部２７〜３０へ移送される。毛細管力の作用する液体収容室４で定量された希釈血液は、連結通路５を通過して第１の保持キャビティ６に移送される。第１の保持キャビティ６の希釈血液は、連結部１６を介して操作キャビティ９に吸い上げられる。
操作キャビティ９には図示されていないが実施の形態１と同様に試薬が担持されている。測定部２７〜２９，３１にも試薬が担持されている。
この状態で分析用デバイスを揺動させることによって、攪拌されて各試薬が溶解し、分析用デバイスの回転中に吸光度が測定される。分析用デバイスを回転させることによって操作キャビティ９の希釈血液は、連結通路１９を通過して第２の保持キャビティ１７に移送される。第２の保持キャビティ１７の希釈血液は一部が測定部３１に移動し、またサイフォン形状の通路４５を介して測定部３２に移送され、分析用デバイスの回転中に吸光度が測定される。
この状態で分析用デバイスを揺動させることによって、攪拌されて各試薬が溶解し、分析用デバイスの回転中に吸光度が測定される。分析用デバイスを回転させることによって操作キャビティ９の希釈血液は、連結通路１９を通過して第２の保持キャビティ１７に移送される。第２の保持キャビティ１７の希釈血液は一部が測定部３１に移動し、またサイフォン形状の通路４５を介して測定部３２に移送され、分析用デバイスの回転中に吸光度が測定される。
本発明は、生物などから採取した液体の成分分析に使用する分析用デバイスの計量手段として有用である。
１００ 分析用デバイス
Ｏ 回転軸心
１ ベース基板
２ カバー基板
３ 接着層
４ 液体収容室
５ 連絡通路
６ 第１の保持キャビティ
７ 貫通孔
９ 操作キャビティ
１０，１１ 第１の試薬
１２ 攪拌リブ
１３ キャビティ
１４ 連通部
１６ 連結部
１９ 連結通路
１７，１８ 第２の保持キャビティ
２１ 第２の試薬
２５ 血液点着部
２７〜３０ 測定部
３３ マイクロ流路
３４ 血液保持部
３５ 血液分離部
３６ 血液定量室
３７ 血液排出部
３８ 希釈液定量室
３９ 混合部
４１，４２，４３，４４ 希釈血液定量室
Ｏ 回転軸心
１ ベース基板
２ カバー基板
３ 接着層
４ 液体収容室
５ 連絡通路
６ 第１の保持キャビティ
７ 貫通孔
９ 操作キャビティ
１０，１１ 第１の試薬
１２ 攪拌リブ
１３ キャビティ
１４ 連通部
１６ 連結部
１９ 連結通路
１７，１８ 第２の保持キャビティ
２１ 第２の試薬
２５ 血液点着部
２７〜３０ 測定部
３３ マイクロ流路
３４ 血液保持部
３５ 血液分離部
３６ 血液定量室
３７ 血液排出部
３８ 希釈液定量室
３９ 混合部
４１，４２，４３，４４ 希釈血液定量室
Claims (7)
- 回転駆動によって発生する遠心力によって試料液を測定スポットに向かって移送するマイクロチャネル構造を有し、前記測定スポットにおける反応液にアクセスする読み取りに使用される分析用デバイスであって、
前記遠心力によって移送される試料液を保持する第１の保持キャビティと、
前記第１の保持キャビティに対して前記回転駆動の周方向に隣接して配置された操作キャビティと、
前記第１の保持キャビティの側壁に設けられ前記第１の保持キャビティに保持された試料液を毛細管力で吸い上げて前記操作キャビティに移送する連結部と、
前記操作キャビティに対して前記回転駆動の外周方向に配置され、前記操作キャビティの最外周位置と連結通路を介して連通し、前記操作キャビティから遠心力によって移送される試料液を保持する第２の保持キャビティと
を備え、前記操作キャビティと第１の保持キャビティとの連結部が、前記遠心力を発生させる回転軸心について前記第１の保持キャビティに保持された試料液の液面よりも外周方向に伸長して形成されている
分析用デバイス。 - 前記操作キャビティおよび前記連結部の厚み方向の断面寸法を毛細管力の作用する大きさに制限した
請求項１記載の分析用デバイス。 - 前記操作キャビティの内周側の側方に、大気に開放されたキャビティを形成した
請求項１記載の分析用デバイス。 - 前記キャビティが前記第１の保持キャビティと連結して形成されている
請求項３記載の分析用デバイス。 - 前記連結通路の厚み方向の断面寸法は、前記操作キャビティに作用する毛細管力よりも前記連結通路の毛細管力が大きくなるよう制限した
請求項１記載の分析用デバイス。 - 前記操作キャビティには、試薬が担持されており、前記試薬の周辺に半径方向に伸長する攪拌リブが形成されている
請求項１記載の分析用デバイス。 - 回転駆動によって発生する遠心力によって試料液を分析用デバイスの測定スポットに向かって移送するに際し、
毛細管力の作用する連絡通路を介して前記遠心力によって試料液を第１の保持キャビティに移送し、
前記回転駆動を停止または減速して前記第１の保持キャビティの試料液を、第１の保持キャビティに対して前記回転駆動の周方向に隣接して配置された操作キャビティに、前記第１の保持キャビティの側壁に設けられた毛細管力の作用する連結部を介して移送して定量し、
分析用デバイスを揺動させて前記操作キャビティの試料液を揺動攪拌して前記操作キャビティに配置された試薬を溶解し、
前記試薬が溶解した前記操作キャビティの試料液を前記回転駆動によって発生する遠心力によって、前記操作キャビティに対して前記回転駆動の外周方向に配置された後段の測定スポットに向かって、毛細管力が作用する連結通路を介して移送する
分析方法。
Priority Applications (9)
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