JP4614992B2 - 分析用デバイスとこれを使用する分析装置および分析方法 - Google Patents
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Description
本発明は、生物などから採取した液体の分析に使用する分析用デバイスと、これを使用する分析装置および分析方法に関するものであり、より詳細には、分析用デバイス内で混合された溶液を次工程に移送するための技術に関する。
従来、生物などから採取した液体を分析する方法として、液体流路を形成した分析用デバイスを用いて分析する方法が知られている。分析用デバイスは、回転装置を使って流体の制御をすることが可能であり、遠心力を利用して溶液の計量、固体成分の分離、分離された流体の移送分配、溶液と試薬の混合等を行うことができるため、種々の生物化学的な分析を行うことが可能である。
遠心力を利用して溶液を移送する従来の分析用デバイス２４６は、図２３に示すように、入口ポート２５０を有する試料室２４８と、試料室２４８に隣接して形成された希釈剤室２５２と、試料室２４８および希釈剤室２５２の両者の半径方向外方に配置されている混合室２５４と、混合室２５４で混合された溶液をこの混合室２５４の溶液に接する位置に接続されている流れ制限通路２６２を介して受け取る分離室２６０を有している。分析室２６８は分離室２６０に接続された流路２６６に接続されている。
移送動作は、試験される試料が入口ポート２５０を介して試料室２４８に導入され、試料を希釈する希釈剤が希釈室２５２に導入された後で、試料および希釈剤の両者は分析用デバイス２４６の回転によって混合室２５４内に移送される。ここで、混合室２５４に移送された試料および希釈剤は、毛細管通路としての流れ制限通路２６２によって分離室２６０に直ちに移送されることが阻止されており、試料および希釈剤が混合室２５４にある間に、分析用デバイス２４６を逆に回転させるか、またこれと異なり、同じ方向の回転速度を加速し、また減速することによって試料および希釈剤が混合される。
特許３０６１４１４号公報
しかしながら、混合室２５４内で回転の逆転や回転速度の加減速などによる試料と希釈剤の攪拌を行った際に、流れ制限通路２６２を介して分離室２６０へ攪拌不足の溶液が流出するため、完全な攪拌ができていないまま分析が行われてしまい、分析結果がばらついてしまうという課題を有している。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、試料と希釈液および試薬が別々のタイミングで移送されてきても、それらを混合室内で完全に攪拌することができ、かつ混合された溶液を必要なタイミングで次工程へ移送できる分析用デバイスと、これを使用する分析装置および分析方法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、溶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前記溶液が反応した反応液に光学的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、前記移送の上手側から下手側に向かって、操作キャビティと、軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記操作キャビティに移送されて保持される溶液の液面よりも内周側に形成された受容キャビティを設け、前記軸心を水平線に対して傾斜させて前記操作キャビティから前記受容キャビティに溶液を重力で移送する連結部を、前記軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記操作キャビティに移送されて保持された溶液の前記液面よりも内周側に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項２記載の分析用デバイスは、溶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する分析用デバイスであって、試料液を保持する第１の保持部と、希釈液を保持する第２の保持部と、前記第１，第２の保持部から試料液と希釈液を受け入れる第３の保持部と、前記第３の保持部と連結部を介して連通し前記第３の保持部から希釈溶液を受け入れる第４の保持部と、前記第４の保持部よりも前記移送の下手側に形成され試薬を担持し前記第４の保持部の側から受け入れた希釈溶液で前記試薬を溶解し反応させた反応液を保持する測定スポットとを備え、前記測定スポットにおける反応液に光学的にアクセスして読み取るように構成するとともに、前記軸心を水平線に対して傾斜させて第３の保持部から第４の保持部に溶液を重力で移送する連結部を、前記軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記操作キャビティに移送されて保持される希釈溶液の液面よりも内周側に形成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２において、前記第４の保持部と前記測定スポットの間に、前記第４の保持部から連結流路を介して希釈溶液を受け入れて規定量を保持する保持キャビティと、前記保持キャビティと前記測定スポットを連通する連結流路を設けるとともに、前記測定スポットよりも前記移送の下手側に形成され試薬を担持し前記測定スポットの側から受け入れた溶液で前記試薬を溶解し反応させた反応液を保持する第２の測定スポットを設け、前記軸心を水平線に対して傾斜させて前記測定スポットから第２の測定スポットに溶液を重力で移送する第２の連結部を、前記軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記測定スポットに移送されて保持される第１反応液の液面よりも内周側に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、前記第２の測定スポットよりも前記移送の下手側に形成され試薬を担持し前記第２の測定スポットの側から受け入れた溶液で前記試薬を溶解し反応させた反応液を保持する第３の測定スポットを設け、前記軸心を水平線に対して傾斜させて前記第２の測定スポットから前記第３の測定スポットに第２反応液を重力で移送する第３の連結部を、前記遠心力を発生させる回転軸心について前記第２の測定スポットに保持された第２反応液の液面よりも内周側に形成したことを特徴とする。
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、前記第４の保持部と前記保持キャビティおよび前記第２の連結部を、毛細管力を発生する厚み方向の断面寸法で形成し、毛細管力によって規定量の溶液を採取するよう構成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、前記受容キャビティを、前記重力に加えて前記軸心の周りの揺動によって発生する慣性によって溶液を採取するよう構成したことを特徴とする。
本発明の請求項７記載の分析装置は、試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、慣性力と重力によって受容キャビティに移送させるよう構成したことを特徴とする。
本発明の請求項８記載の分析装置は、試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、重力によって前記操作キャビティと前記受容キャビティの連結部に移送させるよう構成したことを特徴とする。
本発明の請求項９記載の分析装置は、試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、重力によって受容キャビティに移送させるよう構成したことを特徴とする。
本発明の請求項１０記載の分析装置は、試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、慣性力と重力によって前記受容キャビティの連結部に移送させるよう構成したことを特徴とする。
本発明の請求項１１記載の分析装置は、請求項７から請求項１０の何れかにおいて、前記分析用デバイスを前記受容キャビティと前記操作キャビティの連結部が前記操作キャビティに対して正面から見て下側となる位置に移動可能に構成したことを特徴とする。
本発明の請求項１２記載の分析装置は、請求項７から請求項１０の何れかにおいて、前記軸心を傾斜させ、前記分析用デバイスを前記連結部が前記操作キャビティに対して正面から見て下側となる位置で、前記軸心を中心に揺動させるように構成したことを特徴とする。
本発明の請求項１３記載の分析装置は、請求項７から請求項１０の何れかにおいて、前記分析用デバイスを任意の回転位置で、前記軸心を中心に揺動させることが可能であることを特徴とする。
本発明の請求項１４記載の分析装置は、請求項７から請求項１０の何れかにおいて、前記軸心の傾斜角を任意に設定可能に構成したことを特徴とする。
本発明の請求項１５記載の分析装置は、請求項７から請求項１０の何れかにおいて、前記軸心の傾斜角度が、０°以上４５°以下であることを特徴とする。
本発明の請求項１５記載の分析装置は、請求項７から請求項１０の何れかにおいて、前記軸心の傾斜角度が、０°以上４５°以下であることを特徴とする。
本発明の請求項１６記載の分析方法は、請求項１に記載の分析用デバイスを用いた分析方法であって、所定の角度に傾斜させた軸心を有するロータに前記分析用デバイスをセットし、前記ロータを回転させて希釈液と前記分析用デバイスに点着された試料液を前記操作キャビティに移送して混合するステップと、水平線に対して傾斜した前記ロータの軸心周りに前記ロータを回転させて前記分析用デバイスの受容キャビティと操作キャビティの連結部が前記操作キャビティに対して正面から見て下側に向く位置になるようを移動させるとともに停止位置で前記分析用デバイスを加震して前記混合によって希釈された希釈溶液を移送経路の下手側に揺動移送するステップと、前記ロータを回転させて前記希釈溶液を定量採取し前記ロータを回転または前記分析用デバイスを加震することにより前記揺動移送されて測定スポットに受け入れた溶液で測定スポットに担持している試薬を溶解して攪拌するステップと、前記ロータを回転させて読み取り位置に前記測定スポットが介在するタイミングに光学的に前記測定スポットの反応液にアクセスするステップとを有することを特徴とする。
本発明の請求項１７記載の分析方法は、請求項１６において、前記ロータを回転させて前記希釈溶液を定量採取し前記ロータを回転または前記分析用デバイスを加震する前記揺動移送の繰り返しによって、搬送経路に沿って直列に接続された複数の測定スポットの内の下手側の測定スポットに向かって反応液を順に移送し、反応液が到着したタイミング毎に測定スポットに光学的にアクセスして測定するステップを有することを特徴とする。
本発明の分析用デバイスとこれを使用する分析装置および分析方法によれば、別々のタイミングで移送された溶液を、必要なタイミングで次工程へ移送することができるため、溶液を完全に混合した状態で次工程へ移送することが可能となり、分析精度を向上させることができる。さらには溶液を必要なタイミングで次工程へ移送できるため、移送シーケンスや流路パターンの簡略化ができる、混合以外の移送制御手段としても用いることができる。
以下に、本発明の分析用デバイスとこれを使用する分析装置および分析方法の実施の形態を図１〜図２２に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態における分析用デバイス１を分析装置のロータ１０３の上にセットした状態を示し、図２は分析用デバイス１の前記ロータ１０３と接触している面を上側にして分解した状態を示している。
図１は本発明の実施の形態における分析用デバイス１を分析装置のロータ１０３の上にセットした状態を示し、図２は分析用デバイス１の前記ロータ１０３と接触している面を上側にして分解した状態を示している。
分析用デバイス１は、試料液飛散防止用の保護キャップ２と、微細な凹凸形状を表面に有するマイクロチャネル構造が形成されたベース基板３と、ベース基板３の表面を覆うカバー基板４と、希釈液を保持している希釈ユニット５と、ベース基板３の上面に形成されている数個の凹部のうちの一つの凹部５０にセットされた希釈ユニット５内の希釈液を排出するための開封ボタン６とを合わせた５つの部品で構成されている。
ベース基板３とカバー基板４は、希釈ユニット５などを内部にセットした状態で接合され、この接合された状態のものに保護キャップ２が取り付けられている。また、開封ボタン６は、カバー基板４に形成された開封孔７の位置を中心に接合される。
ベース基板３の上面に形成されている数個の凹部の開口をカバー基板４で覆うことによって、後述の複数の収容エリア（後述の測定スポットと同じ）とその収容エリアの間を接続する流路などが形成されている（図２を参照）。収容エリアのうちの必要なものには各種の分析に必要な試薬が予め担持されている。
この分析用デバイス１は、注入口１１から試料液、例えば血液などの溶液を採取することができ、保護キャップ２を閉めて分析装置の前記ロータ１０３にセットすることで、試料液の成分分析を行うことができる。１０２はロータ１０３の回転中の軸心を示している。
分析用デバイス１は、注入口１１から内部に取り込んだ試料液を、注入口１１よりも内周にある前記軸心１０２を中心に分析用デバイス１を回転させて発生する遠心力と、分析用デバイス１内に設けられた毛細管流路の毛細管力を用いて、分析用デバイス１の内部で溶液を移送していくよう構成されており、保護キャップ２は注入口１１の付近に付着した試料液が、分析中に遠心力によって外部へ飛散するのを防止するために取り付けられている。
本発明の分析用デバイス１を構成する部品の材料としては、材料コストが安価で量産性に優れる樹脂材料が望ましい。前記分析装置は、分析用デバイス１を透過した光を測定する光学的測定方法によって試料液の分析を行うため、ベース基板３およびカバー基板４の材料としては、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＡＳ、ＭＳなどの透明性が高い樹脂が望ましい。
また、希釈ユニット５の材料としては、希釈ユニット５内部に希釈液を長期間封入しておく必要があるため、ＰＰ、ＰＥなどの水分透過率の低い結晶性樹脂が望ましい。開封ボタン６については、希釈ユニット５の開封時に変形させて用いるため、弾性率の高いＰＰなどの結晶性樹脂が望ましい。保護キャップ２の材料としては、成形性のよい材料であれば特に問題がなく、ＰＰ、ＰＥなどの安価な樹脂が望ましい。
ベース基板３とカバー基板４との接合は、前記収容エリアに担持された試薬の反応活性に影響を与えにくい方法が望ましく、接合時に反応性のガスや溶剤が出にくい超音波溶着やレーザー溶着などが望ましい。
また、ベース基板３とカバー基板４との接合によって両基板３，４の間の微小な隙間による毛細管力によって溶液を移送させる部分には、毛細管力を高めるための親水処理がなされている。具体的には、親水性ポリマーや界面活性剤などを用いた親水処理が行われている。ここで、親水性とは水との接触角が９０度未満のことをいい、より好ましくは接触角４０度未満である。
図３〜図６は分析用デバイス１がセットされる分析装置を示す。
図３において、分析用デバイス１は、分析装置１００の前記軸心１０２を中心に回転するロータ１０３の上に、ベース基板３とカバー基板４のうちのカバー基板４の側を下にして装着され、蓋１０１を閉じた状態で分析が行われる。
図３において、分析用デバイス１は、分析装置１００の前記軸心１０２を中心に回転するロータ１０３の上に、ベース基板３とカバー基板４のうちのカバー基板４の側を下にして装着され、蓋１０１を閉じた状態で分析が行われる。
図４と図５に示すように、この分析装置１００は、ロータ１０３を回転させるための回転駆動手段１０７と、分析用デバイス１内の溶液を光学的に測定するための光学測定手段１０９と、ロータ１０３の回転速度や回転方向、および光学測定手段の測定タイミングなどを制御する制御手段１０８と、光学測定手段１０９によって得られた信号を処理し測定結果を演算するための演算部１１０と、演算部１１０で得られた結果を表示するための表示部１１１とで構成される。
回転駆動手段１０７は、ロータ１０３を介して分析用デバイス１を軸心１０２の回りに任意の方向に所定の回転速度で回転させるだけではなく、所定の停止位置で軸心１０２を中心に所定の振幅範囲、周期で左右に往復運動をさせて分析用デバイス１を揺動させることができるように構成されている。ここでは回転駆動手段１０７としてモータ１０４を使用してロータ１０３を軸心１０２の回りに回転させている。軸心１０２は、この軸心１０２上の所定位置を中心に傾斜角度θ°だけ傾斜して回転自在に取り付けられている。
なお、ここでは分析用デバイス１の回転動作と揺動動作を１つの回転駆動手段１０７で行う構成としているが、回転駆動手段１０７の負荷を軽減させるために、揺動動作用の駆動手段を別に設けてもかまわない。具体的には、ロータ１０３の上にセットした分析用デバイス１に対して、前記モータ１０４とは別に用意したバイブレーションモータなどの加震手段を、直接または間接的に接触させることによって分析用デバイス１を揺動させて分析用デバイス１内の溶液に慣性力を付与する。
光学測定手段１０９には、分析用デバイス１の測定部にレーザー光を照射するためのレーザー光源１０５と、レーザー光源１０５から照射されたレーザー光のうち、分析用デバイス１を通過した透過光の光量を検出するフォトディテクタ１０６とを備えている。ロータ１０３が透光性に劣る材料または透光性でない材料の場合には、ロータ１０３の分析用デバイス１の装着位置には、孔５１，５２が穿設されている。
ここではレーザー光源１０５は出射光の波長を切り換え可能なものを使用し、フォトディテクタ１０６はレーザー光源１０５の出射光の何れの波長の光も検出できるものを使用している。
なお、レーザー光源１０５とフォトディテクタ１０６は、測定に必要な波長の種類に応じた複数対だけ設けることもできる。
また、分析装置１００には、分析用デバイス１内の希釈ユニット５を自動で開封するための開封手段、具体的には、ロータ１０３にセットされた分析用デバイス１の開封ボタン６を操作できるように、ロータ１０３に上下運動ができるアームを設け、開封ボタン６を前記アームによって押し上げる機構を設けてもかまわない。
また、分析装置１００には、分析用デバイス１内の希釈ユニット５を自動で開封するための開封手段、具体的には、ロータ１０３にセットされた分析用デバイス１の開封ボタン６を操作できるように、ロータ１０３に上下運動ができるアームを設け、開封ボタン６を前記アームによって押し上げる機構を設けてもかまわない。
ロータ１０３は、図５に示すように傾斜した軸心１０２に取り付けられて水平線に対して傾斜角度θ°だけ傾斜しており、分析用デバイス１の回転停止位置に応じて、分析用デバイス１内の溶液にかかる重力の方向を制御できる。
具体的には、図６（ａ）に示す位置（真上を０°（３６０°）として表現した場合に１８０°付近の位置）で分析用デバイス１を停止させた場合は、分析用デバイス１の下側５３が正面から見て下側に向くため、分析用デバイス１内の溶液は外周方向（下側５３）に向かって重力を受ける。
また、図６（ｂ）に示す６０°付近の位置で分析用デバイス１を停止させた場合は、分析用デバイス１の左上側５４が正面から見て下側に向くため、分析用デバイス１内の溶液は左上方向に向かって重力を受ける。同様に、図６（ｃ）に示す３００°付近の位置では、分析用デバイス１の右上側５５が正面から見て下側に向くため、分析用デバイス１内の溶液は右上方向に向かって重力を受ける。
このように、軸心１０２に傾斜を設け、任意の位置に分析用デバイス１を停止させることで、分析用デバイス１内の溶液を所定の方向に移送させるための駆動力の１つとして利用できる。
分析用デバイス１内の溶液にかかる重力の大きさは、軸心１０２の傾斜角度θを調整することで設定することができ、移送する液量と、分析用デバイス１内の壁面に付着する力との関係に応じて設定することが望ましい。
傾斜角度θは、１０°〜４５°の範囲が望ましく、傾斜角度θが１０°より小さいと溶液にかかる重力が小さすぎて移送に必要な駆動力が得られないおそれがあり、傾斜角度θが４５°より大きくなると軸心１０２への負荷が増大したり、遠心力で移送させた溶液が自重で勝手に動いて制御できなくなるおそれがある。
この実施の形態の分析装置１００では、傾斜角度θを１０°〜４５°の範囲の任意の角度に固定しており、回転駆動手段１０７であるモータ１０４や、レーザー光源１０５、フォトディテクタ１０６も傾斜を持つ軸心１０２と平行に取り付けられているが、傾斜角度θを任意の角度に調整でき、モータ１０４や、レーザー光源１０５、フォトディテクタ１０６も追従して角度が変更される構成にすることで、分析用デバイス１の仕様や、分析用デバイス１内の移送プロセスに応じて、最適な傾斜角度を設定することができる。ここで、傾斜角度θを任意の角度に調整できる構成の場合は、傾斜角度θの範囲は０°〜４５°が望ましく、重力の影響を受けたくない場合には傾斜角度を０°、すなわちロータ１０３を水平にして回転させることができる。
図７〜図１３は分析用デバイス１の詳細を示している。
図７は分析用デバイス１の希釈ユニット開封部を示す。
図７（ａ）は開封ボタン６の取り付け位置を示す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
図７は分析用デバイス１の希釈ユニット開封部を示す。
図７（ａ）は開封ボタン６の取り付け位置を示す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
希釈ユニット５の開封および排出は、図７（ｂ）に示すようにカバー基板４に接合された開封ボタン６の中心部を下方向から押し上げることで、ピン８が希釈ユニット５の表面に貼られているアルミシール１０を突き破り、希釈ユニット５が開封される。さらに、希釈ユニット５が開封された状態で分析用デバイス１を回転させると、希釈ユニット５内の希釈液は、開封孔７と排出孔９の間に形成された空間（ベース基板３とカバー基板４の間に形成された排出溝、およびカバー基板４と開封ボタン６の間に形成された空間）を経由して第２の保持部としての保持キャビティ１４に排出される。
図８（ａ）は分析用デバイス１の注入口周辺の拡大斜視図、図８（ｂ）はその正面図である。図９は図２に示したベース基板３の前記カバー基板４との接合面の平面図を示す。
分析用デバイス１は、注入口１１に試料液を付着させることで、試料液を内部に形成された毛細管キャビティ１７の毛細管力によって吸引させることができるため、指先などから血液を直接採取することができる。ここで、注入口１１は、分析用デバイス１本体の一側面より軸心１０２の方向に突出した形状をしているため、注入口１１以外の場所に指などが接触して血液が付着し、分析時に付着した血液が外部に飛散するのを防ぐという効果を有している。
分析用デバイス１は、注入口１１に試料液を付着させることで、試料液を内部に形成された毛細管キャビティ１７の毛細管力によって吸引させることができるため、指先などから血液を直接採取することができる。ここで、注入口１１は、分析用デバイス１本体の一側面より軸心１０２の方向に突出した形状をしているため、注入口１１以外の場所に指などが接触して血液が付着し、分析時に付着した血液が外部に飛散するのを防ぐという効果を有している。
また、毛細管キャビティ１７の側面に、厚み方向の断面寸法が毛細管キャビティ１７よりも大きく、大気と連通しているキャビティ１２，１３を設けている。キャビティ１２，１３を設けることで、毛細管キャビティ１７内を流れる試料液は、側面部が先行して流れる毛管流ではなく、中央部が先行して流れる毛管流となって充填されるため、複数回に分けて充填させる場合でも、毛細管キャビティ１７に保持されている試料液と後から採取した試料液の中央部同士が先に接触するように流れて行き、毛細管キャビティ１７内の空気を側面のキャビティ１２，１３に排出しながら充填されていく。そのため、注入口１１に付着させる試料液の量が採取途中で不足したり、採取の途中に注入口１１から指先などが離れてしまったりした場合でも、毛細管キャビティ１７内への採取が完了するまで何度でも採取することができる。ここでは、毛細管キャビティ１７の厚み方向の断面寸法を５０〜３００μｍ、キャビティ１２，１３の厚み方向の断面寸法を１０００〜３０００μｍで構成しているが、毛細管キャビティ１７は毛細管力で試料液を採取できる寸法、キャビティ１２，１３は毛細管力で試料液が移送されない寸法であれば特に制限はない。
なお、図１０に示すＡＡ−ＡＡ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄ，Ｅ−Ｅの各位置の断面の拡大図１１の（ａ）〜（ｅ）に示す。２０ａ，２０ｂ１，２０ｂ２，２０ｃ，２０ｄ，２０ｅ，２０ｆ，２０ｇ，２０ｈ，２０ｉは空気孔である。また、親水処理が施されている位置を図１２にハッチングで示す。
次に、本発明の実施の形態１における分析用デバイスのマイクロチャネル構成、および溶液の移送プロセスについて詳細に説明する。
図１３は分析用デバイス１の構造をブロック図で表示したもので、分析用デバイス１の内部には、試料液を採取するための試料液採取部１５０と、試料液を希釈する希釈液を保持するための希釈液保持部１５１と、試料液採取部１５０から移送される試料液を保持し、溶液成分と固体成分とに遠心分離した後、所定量の固体成分を含む試料液を採取するための分離部１５２と、希釈液保持部１５１から移送される希釈液を計量するための希釈液計量部１５３と、分離部１５２から移送される試料液と希釈液計量部１５３から移送される希釈液を保持し、内部で混合した後、分析に必要な量に希釈溶液を計量するための混合部１５４と、混合部１５４から移送される希釈溶液を分析試薬と反応させて測定するための測定部１５５が形成されている。
図１３は分析用デバイス１の構造をブロック図で表示したもので、分析用デバイス１の内部には、試料液を採取するための試料液採取部１５０と、試料液を希釈する希釈液を保持するための希釈液保持部１５１と、試料液採取部１５０から移送される試料液を保持し、溶液成分と固体成分とに遠心分離した後、所定量の固体成分を含む試料液を採取するための分離部１５２と、希釈液保持部１５１から移送される希釈液を計量するための希釈液計量部１５３と、分離部１５２から移送される試料液と希釈液計量部１５３から移送される希釈液を保持し、内部で混合した後、分析に必要な量に希釈溶液を計量するための混合部１５４と、混合部１５４から移送される希釈溶液を分析試薬と反応させて測定するための測定部１５５が形成されている。
試料液採取部１５０は、図９に示すように試料液を採取するための注入口１１と、注入口１１を通じて試料液を毛細管力で採取し規定量だけ保持する毛細管キャビティ１７と、試料液採取時に毛細管キャビティ１７内の空気を排出するためのキャビティ１２，１３とで構成されている。
希釈液保持部１５１は、図９に示すように希釈ユニット５内に希釈液が保持されており、図７で説明した開封動作によって希釈液が展開される。
分離部１５２は、試料液採取部１５０の下手側で図９に示すように、キャビティ１２を介して毛細管キャビティ１７と連通するように形成されて毛細管キャビティ１７から遠心力によって移送される試料液を保持して遠心力によって試料液を溶液成分と固体成分とに分離する分離キャビティ１８と、分離キャビティ１８と希釈液計量部１５３との間に形成されて分離キャビティ１８で分離された固体成分の一部が移送されて保持する第１の保持部としての計量流路２３と、計量流路２３と分離キャビティ１８とを連結して分離キャビティ１８内の試料液を移送するための連結流路２１と、分離キャビティ１８と希釈液計量部１５３との間に形成されて連結流路２１内で分離された試料液の溶液成分を優先的に保持して固体成分だけを計量流路２３に移送させる溢流流路２２と、分離された分離キャビティ１８内の溶液成分が計量流路２３に移送されるのを抑制するための分離キャビティ１８内に形成された毛細管キャビティ１９と、分離キャビティ１８を境に計量流路２３と反対側に形成されて分離キャビティ１８や連結流路２１、溢流流路２２内の分析に必要ない試料液を排出するための連結流路２４と、連結流路２４経由で移送される不必要な試料液を保持するための溢流キャビティ２５，２６とで構成される。
分離部１５２は、試料液採取部１５０の下手側で図９に示すように、キャビティ１２を介して毛細管キャビティ１７と連通するように形成されて毛細管キャビティ１７から遠心力によって移送される試料液を保持して遠心力によって試料液を溶液成分と固体成分とに分離する分離キャビティ１８と、分離キャビティ１８と希釈液計量部１５３との間に形成されて分離キャビティ１８で分離された固体成分の一部が移送されて保持する第１の保持部としての計量流路２３と、計量流路２３と分離キャビティ１８とを連結して分離キャビティ１８内の試料液を移送するための連結流路２１と、分離キャビティ１８と希釈液計量部１５３との間に形成されて連結流路２１内で分離された試料液の溶液成分を優先的に保持して固体成分だけを計量流路２３に移送させる溢流流路２２と、分離された分離キャビティ１８内の溶液成分が計量流路２３に移送されるのを抑制するための分離キャビティ１８内に形成された毛細管キャビティ１９と、分離キャビティ１８を境に計量流路２３と反対側に形成されて分離キャビティ１８や連結流路２１、溢流流路２２内の分析に必要ない試料液を排出するための連結流路２４と、連結流路２４経由で移送される不必要な試料液を保持するための溢流キャビティ２５，２６とで構成される。
ここで、連結流路２１、溢流流路２２、計量流路２３、連結流路２４、毛細管キャビティ１９、溢流キャビティ２６の厚み方向の断面寸法を５０〜３００μｍで構成しているが、毛細管力で試料液を移送できる寸法であれば特に制限はない。また、分離キャビティ１８、溢流キャビティ２５の厚み方向の断面寸法を１０００〜３０００μｍで構成しているが、必要な試料液の量に応じて調整可能である。
希釈液計量部１５３は、図９に示すように、希釈液保持部１５１の下手側に形成されて
希釈ユニット５から遠心力によって移送される希釈液を規定量だけ保持するための保持キャビティ１４と、保持キャビティ１４と分離部１５２との間に形成されて保持キャビティ１４で計量された希釈液を前記混合部１５４へ移送するための連結流路１５と、保持キャビティ１４を境に連結流路１５と反対側に形成されて保持キャビティ１４へ移送される希釈液が所定量を越えた際に保持キャビティ１４外へ溢流させるための溢流流路１６と、保持キャビティ１４で保持される液面高さを規定して溢流流路１６を経由して希釈液が溢流される溢流キャビティ２７と、溢流された希釈液を保持して光学測定手段１０９のリファレンス測定に使用される測定スポット２９と、測定スポット２９内に保持された希釈液が逆流して別のエリアに流出するのを防ぐための毛細管部２８とで構成される。
希釈ユニット５から遠心力によって移送される希釈液を規定量だけ保持するための保持キャビティ１４と、保持キャビティ１４と分離部１５２との間に形成されて保持キャビティ１４で計量された希釈液を前記混合部１５４へ移送するための連結流路１５と、保持キャビティ１４を境に連結流路１５と反対側に形成されて保持キャビティ１４へ移送される希釈液が所定量を越えた際に保持キャビティ１４外へ溢流させるための溢流流路１６と、保持キャビティ１４で保持される液面高さを規定して溢流流路１６を経由して希釈液が溢流される溢流キャビティ２７と、溢流された希釈液を保持して光学測定手段１０９のリファレンス測定に使用される測定スポット２９と、測定スポット２９内に保持された希釈液が逆流して別のエリアに流出するのを防ぐための毛細管部２８とで構成される。
ここで、連結流路１５、溢流流路１６、毛細管部２８の厚み方向の断面寸法を５０〜３００μｍで構成しているが、毛細管力が働く寸法であれば特に制限はない。また、保持キャビティ１４、溢流キャビティ２７、測定スポット２９の厚み方向の断面寸法を１０００〜３０００μｍで構成しているが、必要な試料液の量や吸光度を測定するための条件(光路長、測定波長等)に応じて調整可能である。
混合部１５４は、図９に示すように、分離部１５２と希釈液計量部１５３の下手側で計量流路２３および連結流路１５と連通するように形成されて計量流路２３から移送される試料液と保持キャビティ１４から移送される希釈液を保持して内部で混合する第３の保持部としての操作キャビティ３０と、混合中に希釈溶液が操作キャビティ３０内に設けられた空気孔２０ｃから流出するのを防止するように形成されたリブ３１と、操作キャビティ３０に保持される希釈溶液の軸心１０２方向に対する液面高さよりも内側に形成されて混合されて操作キャビティ３０から移送される希釈溶液を保持する第４の保持部としての保持キャビティ３２と、保持キャビティ３２の下手側に形成されて保持キャビティ３２から遠心力によって移送される希釈溶液を規定量だけ保持する保持キャビティ３５と、保持キャビティ３２と溢流キャビティ２７との間に形成されて保持キャビティ３２へ移送される希釈溶液が溢流キャビティ２７へ流出するのを抑制するための毛細管部３３と、保持キャビティ３２と保持キャビティ３５との間に形成されて保持キャビティ３２へ移送される希釈溶液が保持キャビティ３５へ流出するのを抑制するための連結流路３４と、保持キャビティ３５と保持キャビティ３５の下手側に位置する測定部１５５との間に形成されて保持キャビティ３５で計量された希釈溶液を測定部１５５へ移送するための連結流路３７と、保持キャビティ３５と溢流キャビティ２７との間に形成されて保持キャビティ３５へ移送される希釈溶液が所定量を越えた際に保持キャビティ３５外へ溢流させるための溢流流路３６とで構成される。
ここで、毛細管部３３、連結流路３４、溢流流路３６、連結流路３７の厚み方向の断面寸法を５０〜３００μｍで構成しているが、毛細管力が働く寸法であれば特に制限はない。また、保持キャビティ３２、保持キャビティ３５の厚み方向の断面寸法を１０００〜３０００μｍで構成しているが、必要な希釈溶液の量に応じて調整可能である。
測定部１５５は、図９に示すように、混合部１５４の下手側で連結流路３７を介して保持キャビティ３５と連通するように形成されて内部に担持されている試薬と保持キャビティ３５から連結流路３７を介して移送される希釈溶液を反応させて保持し第１の測定を行うための測定スポット３８と、測定スポット４３から見て操作キャビティであるこの測定スポット３８に保持される第１反応液の軸心１０２方向に対する液面高さよりも内側に形成されて、第１反応液の測定後に測定スポット３８内の第１反応液を採取する受容キャビティとしての毛細管キャビティ３９と、測定スポット３８と毛細管キャビティ３９との間に形成されて測定スポット３８に戻る第１反応液の量を安定させるための毛細管キャビティ４０と、毛細管キャビティ３９の下手側に形成されて毛細管キャビティ３９に採取された第１反応液が測定スポット４３へ流出するのを抑制する連結流路４１と、毛細管キャビティ３９と毛細管キャビティ４０との連結部に位置し、遠心力によって毛細管キャビティ３９内の第１反応液を破断させて所定量の希釈溶液を測定スポット３８に戻すリブ４２と、毛細管キャビティ３９の下手側で連結流路４１を介して毛細管キャビティ３９と連通するように形成されて内部に担持されている試薬と毛細管キャビティ３９から連結流路４１を介して移送される第１反応液を反応させて保持し第２の測定を行うための測定スポット４３と、測定スポット４６から見て操作キャビティであるこの測定スポット４３に保持される第２反応液の軸心１０２方向に対する液面高さよりも内側に形成されて、第２反応液の測定後に測定スポット４３内の第２反応液を採取する受容キャビティとしての毛細管キャビティ４４と、測定スポット４３と毛細管キャビティ４４との間に形成されて測定スポット４３に戻る第２反応液の量を安定させるための第３の連結部としての毛細管キャビティ６４と、毛細管キャビティ４４の下手側に形成されて毛細管キャビティ４４に採取された第２反応液６２が測定スポット４６へ流出するのを抑制する連結流路４５と、毛細管キャビティ４４の下手側で連結流路４５を介して毛細管キャビティ４４と連通するように形成されて内部に担持されている試薬と毛細管キャビティ４４から連結流路４５を介して移送される第２反応液を反応させて保持し第３の測定を行うための測定スポット４６とで構成される。
ここで、毛細管キャビティ３９、毛細管キャビティ４０、連結流路４１、毛細管キャビティ４４、連結流路４５の厚み方向の断面寸法を５０〜５００μｍで構成しているが、毛細管力が働く寸法であれば特に制限はない。また、測定スポット３８、測定スポット４３、測定スポット４６の厚み方向の断面寸法を１０００〜３０００μｍで構成しているが、必要な希釈溶液の量や吸光度を測定するための条件（光路長、測定波長、サンプル溶液の反応濃度、試薬の種類等）に応じて調整可能である。
次に、分析用デバイス１の試料液分析工程について、血液中の血球内に含まれるヘモグロビンおよびＨｂＡ１ｃの濃度測定を例として、詳細に説明する。
なお、図１４〜図２２はロータ１０３にセットされた分析用デバイス１をロータ１０３の表面側から見た状態で図示されており、軸心１０２に対して回転方向Ｃ１が図１における左回転、軸心１０２に対して回転方向Ｃ２が図１における右回転を示している。
なお、図１４〜図２２はロータ１０３にセットされた分析用デバイス１をロータ１０３の表面側から見た状態で図示されており、軸心１０２に対して回転方向Ｃ１が図１における左回転、軸心１０２に対して回転方向Ｃ２が図１における右回転を示している。
図１４は、本発明の実施の形態１における分析用デバイスの注入過程および分離／計量過程を示す。
− 工程１ −
図１４（ａ）において、試料液である血液は、穿刺された指先などから分析用デバイス１の注入口１１を介して毛細管キャビティ１７の毛細管力によって、毛細管キャビティ１７内が充填されるまで採取される。ここでは、毛細管キャビティ１７の隙と対向面積によって決まる体積によって試料液、例えば約１０μＬの血液を計量できる構成としているが、分析に必要な量に応じて毛細管キャビティ１７の形状寸法を規定し、採取できる容量を調整してもかまわない。
− 工程１ −
図１４（ａ）において、試料液である血液は、穿刺された指先などから分析用デバイス１の注入口１１を介して毛細管キャビティ１７の毛細管力によって、毛細管キャビティ１７内が充填されるまで採取される。ここでは、毛細管キャビティ１７の隙と対向面積によって決まる体積によって試料液、例えば約１０μＬの血液を計量できる構成としているが、分析に必要な量に応じて毛細管キャビティ１７の形状寸法を規定し、採取できる容量を調整してもかまわない。
必要量の血液を採取した分析用デバイス１は、分析装置１００のロータ１０３上に装着され、希釈ユニット５の開封手段によって開封動作が行われる。
− 工程２，工程３ −
希釈ユニット５の開封が終了した後、ロータ１０３を回転（Ｃ２で示す右回転・３０００ｒｐｍ）させることで毛細管キャビティ１７の内の血液と希釈液は、図１４（ｂ）に示すように分離キャビティ１８へ移送され、希釈ユニット５内の希釈液は保持キャビティ１４へ移送される。ここで、血液を希釈して血球中の測定成分を取り出す際に、個人差を有するヘマトクリット値（血液中に含まれる血球成分の比率）の影響による希釈のばらつきを低減させるために、分離キャビティ１８へ移送された血液を遠心力によって血漿成分と血球成分とに分離し、外周部の高ヘマトクリット血液を採取して希釈することで、希釈のばらつきを低減している。
− 工程２，工程３ −
希釈ユニット５の開封が終了した後、ロータ１０３を回転（Ｃ２で示す右回転・３０００ｒｐｍ）させることで毛細管キャビティ１７の内の血液と希釈液は、図１４（ｂ）に示すように分離キャビティ１８へ移送され、希釈ユニット５内の希釈液は保持キャビティ１４へ移送される。ここで、血液を希釈して血球中の測定成分を取り出す際に、個人差を有するヘマトクリット値（血液中に含まれる血球成分の比率）の影響による希釈のばらつきを低減させるために、分離キャビティ１８へ移送された血液を遠心力によって血漿成分と血球成分とに分離し、外周部の高ヘマトクリット血液を採取して希釈することで、希釈のばらつきを低減している。
また、この回転中に保持キャビティ１４に移送されて規定量を越えた希釈液は、溢流流路１６と、溢流キャビティ２７と、毛細管部２８を介して測定スポット２９内に流れ込んで保持される。
図１５は、毛細管キャビティ１９を有している分離キャビティ１８における前記遠心分離動作と、計量流路２３を介して操作キャビティ３０への移送フローを示している。
図１５（ａ）に示すように分離キャビティ１８の底部に溜まった血液５７は、遠心力によって図１５（ｂ）に示すように血漿成分５７ａと血球成分５７ｂとに分離される。回転が停止して遠心力が無くなると、図１５（ｃ）に示すように、分離キャビティ１８における血漿成分５７ａは毛細管キャビティ１９に毛細管移送され、連結流路２１の血漿成分５７ａと血球成分５７ｂは、大気に連通した空気孔２０ａを有するキャビティ５８に接続されている溢流流路２２に向かって毛細管移送される。連結流路２４の血漿成分５７ａと血球成分５７ｂは大気に連通した空気孔２０ｄを有する溢流キャビティ２６に向かって毛細管移送される。ここで、計量流路２３の端部は、血球成分５７ｂが到達している位置で連結流路２１に接続されており、図１５（ｄ）に示すように、連結流路２１から必要量の血球成分５７ｂだけが計量流路２３の毛細管力によって移送される。
図１５（ａ）に示すように分離キャビティ１８の底部に溜まった血液５７は、遠心力によって図１５（ｂ）に示すように血漿成分５７ａと血球成分５７ｂとに分離される。回転が停止して遠心力が無くなると、図１５（ｃ）に示すように、分離キャビティ１８における血漿成分５７ａは毛細管キャビティ１９に毛細管移送され、連結流路２１の血漿成分５７ａと血球成分５７ｂは、大気に連通した空気孔２０ａを有するキャビティ５８に接続されている溢流流路２２に向かって毛細管移送される。連結流路２４の血漿成分５７ａと血球成分５７ｂは大気に連通した空気孔２０ｄを有する溢流キャビティ２６に向かって毛細管移送される。ここで、計量流路２３の端部は、血球成分５７ｂが到達している位置で連結流路２１に接続されており、図１５（ｄ）に示すように、連結流路２１から必要量の血球成分５７ｂだけが計量流路２３の毛細管力によって移送される。
この実施の形態では分離キャビティ１８に毛細管キャビティ１９が形成されているため、分離キャビティ１８に残っている血漿成分５７ａの殆どを毛細管キャビティ１９で保持することができ、計量流路２３に必要量の血球成分５７ｂだけを毛細管移送するのに役立っている。具体的には、図１６（ａ）に示すように分離キャビティ１８に毛細管キャビティ１９を形成しない比較例の場合には、血漿成分５７ａが分離キャビティ１８の底部に溜まっており、計量流路２３の毛細管力によって毛細管移送されると、図１６（ｂ）に示すように分離キャビティ１８の底部に溜まっていた血漿成分５７ａが、連結流路２１から計量流路２３に向かって混入して、必要量の血球成分５７ｂを得ることができない。
他方の、保持キャビティ１４へ移送された希釈液は、保持される液面高さが溢流流路１６と溢流キャビティ２７の連結位置を超えると、溢流流路１６を経由して溢流キャビティ２７へ排出されるため、保持キャビティ１４内に規定量だけ保持される。ここで、連結流路１５は、溢流流路１６と溢流キャビティ２７の連結位置より半径方向の内方に配置される曲管を備えたサイフォン形状であるため、分析用デバイス１の回転中に希釈液を保持キャビティ１４内で保持することができる。
また、保持キャビティ１４と溢流キャビティ２７を連結する溢流流路１６が毛細管であるため、分析用デバイス１の減速および停止時に慣性力や表面張力によって保持キャビティ１４から溢流キャビティ２７へ希釈液が流出することを毛細管力によって防ぐことができ、希釈液の計量を精度よく行うことができる。
− 工程４ −
ロータ１０３の前記回転（Ｃ２で示す右回転・３０００ｒｐｍ）を停止させて静止した後に、図１７（ａ）からロータ１０３を回転（Ｃ２で示す右回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、計量流路２３で保持されていた必要量の血球成分５７ｂと保持キャビティ１４の希釈液が操作キャビティ３０に流れ込んで混合されて希釈され、余分な血球成分５７ｂは図１７（ｂ）に示すように溢流キャビティ２６に保持される。そして光学測定手段１０９は、分析用デバイス１の測定スポット２９の希釈液が、レーザー光源１０５とフォトディテクタ１０６の間に介在するタイミングで読み取りを行うリファレンス測定を実施する。このときには、レーザー光源１０５の波長を５３５ｎｍと６２５ｎｍに切り換えてリファレンス測定している。
ロータ１０３の前記回転（Ｃ２で示す右回転・３０００ｒｐｍ）を停止させて静止した後に、図１７（ａ）からロータ１０３を回転（Ｃ２で示す右回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、計量流路２３で保持されていた必要量の血球成分５７ｂと保持キャビティ１４の希釈液が操作キャビティ３０に流れ込んで混合されて希釈され、余分な血球成分５７ｂは図１７（ｂ）に示すように溢流キャビティ２６に保持される。そして光学測定手段１０９は、分析用デバイス１の測定スポット２９の希釈液が、レーザー光源１０５とフォトディテクタ１０６の間に介在するタイミングで読み取りを行うリファレンス測定を実施する。このときには、レーザー光源１０５の波長を５３５ｎｍと６２５ｎｍに切り換えてリファレンス測定している。
− 工程５ −
次に、分析用デバイス１を図１８（ａ）に示す６０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して希釈液を攪拌する。
次に、分析用デバイス１を図１８（ａ）に示す６０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して希釈液を攪拌する。
− 工程６ −
その後に、分析用デバイス１を図１８（ｂ）に示す１８０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して希釈液を攪拌する。
その後に、分析用デバイス１を図１８（ｂ）に示す１８０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して希釈液を攪拌する。
ここで、操作キャビティ３０と保持キャビティ３２の間は連結部５９で連通されており、攪拌時におけるこの連結部５９の位置が、遠心力を発生させる回転の軸心１０２について操作キャビティ３０に保持された希釈溶液の液面よりも内周側に位置させたため、攪拌混合中の希釈液が保持キャビティ３２へ流出することがない。
− 工程７ −
次に、分析用デバイス１を図１９（ａ）に示す３００°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、操作キャビティ３０の希釈後の血球成分５７ｂ（希釈溶液）を、連結部５９を介して保持キャビティ３２に揺動移送する。
− 工程７ −
次に、分析用デバイス１を図１９（ａ）に示す３００°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、操作キャビティ３０の希釈後の血球成分５７ｂ（希釈溶液）を、連結部５９を介して保持キャビティ３２に揺動移送する。
ここで、操作キャビティ３０に保持された希釈溶液は、分析用デバイス１を図１９（ａ）に示す３００°付近の位置に移動させても、操作キャビティ３０の壁面に働く表面張力によって保持されており（表面張力が希釈溶液に働く重力よりも大きいため）、分析用デバイス１を揺動させて希釈溶液に慣性力を与えることで、操作キャビティ３０の壁面に働く表面張力を打ち破り、希釈溶液に働く慣性力と重力によって希釈溶液を保持キャビティ３２に移送可能としている。
− 工程８ −
次に、分析用デバイス１をロータ１０３を回転（Ｃ２で示す右回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、図１９（ｂ）に示すように保持キャビティ３２から連結流路３４を介して保持キャビティ３５に規定量の希釈溶液が移送される。保持キャビティ３５へ移送される希釈溶液が所定量を越えた分は溢流流路３６を介して溢流キャビティ２７へ溢流し、保持キャビティ３５には規定量の希釈溶液６０だけが保持される。
次に、分析用デバイス１をロータ１０３を回転（Ｃ２で示す右回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、図１９（ｂ）に示すように保持キャビティ３２から連結流路３４を介して保持キャビティ３５に規定量の希釈溶液が移送される。保持キャビティ３５へ移送される希釈溶液が所定量を越えた分は溢流流路３６を介して溢流キャビティ２７へ溢流し、保持キャビティ３５には規定量の希釈溶液６０だけが保持される。
− 工程９，工程１０ −
ロータ１０３の前記回転（Ｃ２で示す右回転・２０００ｒｐｍ）を停止させて静止することによって、図２０（ａ）に示すように保持キャビティ３５の希釈溶液が連結流路３７に呼び水され、さらに図２０（ａ）からロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、保持キャビティ３５に保持された規定量の希釈溶液が、連結流路３７を介して測定スポット３８に移送され、測定スポット３８に予め担持されている変性試薬を溶解する。
ロータ１０３の前記回転（Ｃ２で示す右回転・２０００ｒｐｍ）を停止させて静止することによって、図２０（ａ）に示すように保持キャビティ３５の希釈溶液が連結流路３７に呼び水され、さらに図２０（ａ）からロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、保持キャビティ３５に保持された規定量の希釈溶液が、連結流路３７を介して測定スポット３８に移送され、測定スポット３８に予め担持されている変性試薬を溶解する。
− 工程１１ −
その後、図２０（ｂ）に示す１８０°付近の位置において、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、分析用デバイス１の測定スポット３８の第１反応液６１を攪拌する。
その後、図２０（ｂ）に示す１８０°付近の位置において、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、分析用デバイス１の測定スポット３８の第１反応液６１を攪拌する。
ここで、測定スポット３８と測定スポット４３の側との間は、毛細管キャビティ４０と毛細管キャビティ３９を介して連通されている。ここで毛細管キャビティ４０が第２の連結部として作用しており、攪拌時におけるこの毛細管キャビティ４０の位置が、遠心力を発生させる回転の軸心１０２について測定スポット３８に保持された希釈溶液の液面よりも内周側に位置させたため、攪拌混合中の希釈溶液が測定スポット４３の側の毛細管キャビティ３９へ流出することがない。
− 工程１２，工程１３ −
次に、分析用デバイス１を静止させて第１反応液６１を変性反応させた後に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・１５００ｒｐｍ）させて第１測定を実施する。
次に、分析用デバイス１を静止させて第１反応液６１を変性反応させた後に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・１５００ｒｐｍ）させて第１測定を実施する。
第１測定は、レーザー光源１０５の波長を５３５ｎｍに切り換えた発光状態において、分析用デバイス１の測定スポット３８の変性反応させた第１反応液６１を、レーザー光源１０５とフォトディテクタ１０６の間に介在するタイミングで読み取りを行う。演算部１１０は、第１測定によって得られた測定値を、予め測定スポット２９をレーザー光源１０５の波長を５３５ｎｍにして読み取った基準値に基づいて処理して数値化した変性ヘモグロビン濃度を表示部１１１に表示する。
ここで、“変性”とは、たんぱく質の構造内から特異的な箇所を構造外へ出す（露出させる）ことをいい、後述する抗原抗体反応は、そのたんぱく質の構造内から露出された部位である“変性された部位”と特異的に反応するラテックス試薬によって行われる。
− 工程１４ −
次に、分析用デバイス１を図２１（ａ）に示す６０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１５００ｒｐｍの周波数で制御することによって、測定スポット３８に保持された第１反応液６１が毛細管キャビティ３９に毛細管移送されて、毛細管キャビティ３９には規定量の第１反応液６１が保持される。
次に、分析用デバイス１を図２１（ａ）に示す６０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１５００ｒｐｍの周波数で制御することによって、測定スポット３８に保持された第１反応液６１が毛細管キャビティ３９に毛細管移送されて、毛細管キャビティ３９には規定量の第１反応液６１が保持される。
− 工程１５ −
次に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、毛細管キャビティ３９から連結流路４１を介して測定スポット４３に第１反応液６１が流入し、測定スポット４３に予め担持されているラテックス試薬を溶解する。
次に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、毛細管キャビティ３９から連結流路４１を介して測定スポット４３に第１反応液６１が流入し、測定スポット４３に予め担持されているラテックス試薬を溶解する。
− 工程１６ −
その後、図２１（ｂ）に示す１８０°付近の位置において、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、分析用デバイス１の測定スポット４３の第２反応液６２を攪拌する。
その後、図２１（ｂ）に示す１８０°付近の位置において、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、分析用デバイス１の測定スポット４３の第２反応液６２を攪拌する。
ここで、測定スポット４３と測定スポット４６の側との間は毛細管キャビティ４４を介して連通されており、測定スポット４３と毛細管キャビティ４４とを接続する毛細管キャビティ６４の攪拌時における位置を、遠心力を発生させる回転の軸心１０２について測定スポット４３に保持された希釈溶液の液面よりも内周側に位置させたため、攪拌混合中の希釈溶液が測定スポット４６の側の毛細管キャビティ４４へ流出することがない。
− 工程１７，工程１８ −
次に、分析用デバイス１を静止させて第２反応液６２を抗原抗体反応させた後に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・１５００ｒｐｍ）させて第２測定を実施する。
次に、分析用デバイス１を静止させて第２反応液６２を抗原抗体反応させた後に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・１５００ｒｐｍ）させて第２測定を実施する。
第２測定は、レーザー光源１０５の波長を６２５ｎｍに切り換えた発光状態において、分析用デバイス１の測定スポット４３の抗原抗体反応した第２反応液６２が、レーザー光源１０５とフォトディテクタ１０６の間に介在するタイミングで読み取りを行う。
− 工程１９ −
次に、分析用デバイス１を図２２（ａ）に示す６０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１５００ｒｐｍの周波数で制御して第２反応液６２を毛細管キャビティ４４に毛細管移送する。
次に、分析用デバイス１を図２２（ａ）に示す６０°付近の位置にして、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１５００ｒｐｍの周波数で制御して第２反応液６２を毛細管キャビティ４４に毛細管移送する。
− 工程２０ −
その後、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、毛細管キャビティ４４に保持された規定量の第２反応液６２が、連結流路４５を介して測定スポット４６に流入し、測定スポット４６に担持されている凝集試薬を溶解する。
− 工程２１ −
その後、図２２（ｂ）に示す１８０°付近の位置において、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、分析用デバイス１の測定スポット４６の第３反応液６３を攪拌する。
その後、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・２０００ｒｐｍ）させることによって、毛細管キャビティ４４に保持された規定量の第２反応液６２が、連結流路４５を介して測定スポット４６に流入し、測定スポット４６に担持されている凝集試薬を溶解する。
− 工程２１ −
その後、図２２（ｂ）に示す１８０°付近の位置において、±１ｍｍ程度の揺動を分析用デバイス１に与えるようにモータ１０４を１０００ｒｐｍの周波数で制御して、分析用デバイス１の測定スポット４６の第３反応液６３を攪拌する。
− 工程２２，工程２３ −
次に、分析用デバイス１を静止させて第３反応液６３を凝集反応させた後に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・１５００ｒｐｍ）させて第３測定を実施する。
次に、分析用デバイス１を静止させて第３反応液６３を凝集反応させた後に、ロータ１０３を回転（Ｃ１で示す左回転・１５００ｒｐｍ）させて第３測定を実施する。
第３測定は、レーザー光源１０５の波長を６２５ｎｍに切り換えた発光状態において、分析用デバイス１の測定スポット４６の凝集反応した第３反応液６３が、レーザー光源１０５とフォトディテクタ１０６の間に介在するタイミングで読み取りを行う。演算部１１０は、第２測定と第３測定によって得られた測定値を、測定スポット２９をレーザー光源１０５の波長を６２５ｎｍにして予め読み取ってある基準値に基づいて処理して数値化したＨｂＡ１ｃ濃度と、前記変性ヘモグロビン濃度を基に算出されるＨｂＡ１ｃ％値を表示部１１１に表示する。
なお、操作キャビティ３０と保持キャビティ３２の部分では、保持キャビティ３２が請求項１における受容キャビティである。
また、測定スポット３８と毛細管キャビティ３９の部分では、測定スポット３８が請求項１における操作キャビティであり、毛細管キャビティ３９が請求項１における受容キャビティである。
また、測定スポット３８と毛細管キャビティ３９の部分では、測定スポット３８が請求項１における操作キャビティであり、毛細管キャビティ３９が請求項１における受容キャビティである。
また、測定スポット４３と毛細管キャビティ４４の部分では、測定スポット４３が請求項１における操作キャビティであり、毛細管キャビティ４４が請求項１における受容キャビティである。
本発明は、別々のタイミングで移送された全ての溶液を同じ場所で保持し、必要なタイミングで次工程へ移送することができるため、溶液を完全に混合した状態で次工程へ移送することが可能となり、分析精度を向上させることができ、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移送制御手段として有用である。
１ 分析用デバイス
２ 保護キャップ
３ ベース基板
４ カバー基板
５ 希釈ユニット
６ 開封ボタン
７ 開封孔
８ ピン
９ 排出孔
１０ アルミシール
１１ 注入口
１２，１３ キャビティ
１４ 保持キャビティ（第２の保持部）
１５ 連結流路
１６ 溢流流路
１７ 毛細管キャビティ
１８ 分離キャビティ
１９ 毛細管キャビティ
２０ａ，２０ｂ１，２０ｂ２，２０ｃ〜２０ｉ 空気孔
２１，２４ 連結流路
２２ 溢流流路
２３ 計量流路（第１の保持部）
２５，２６，２７ 溢流キャビティ
２８ 毛細管部
２９ 測定スポット
３０ 操作キャビティ（第３の保持部）
３１ リブ
３２ 保持キャビティ（第４の保持部，受容キャビティ）
３３ 毛細管部
３４ 連結流路
３５ 保持キャビティ
３６ 溢流流路
３７ 連結流路
３８ 測定スポット（操作キャビティ）
３９ 毛細管キャビテ（受容キャビティ）
４０ 毛細管キャビティ（第２の連結部）
４１ 連結流路（連結部）
４２ リブ
４３ 測定スポット（操作キャビティ）
４４ 毛細管キャビティ（受容キャビティ）
４５ 連結流路
４６ 測定スポット
５６ 親水処理位置
５７ 血液
５７ａ 血漿成分
５７ｂ 血球成分
５８ キャビティ
５９ 連結部
６１ 第１反応液
６２ 第２反応液
６３ 第３反応液
６４ 毛細管キャビティ（第３の連結部）
１００ 分析装置
１０１ 蓋
１０２ 軸心
１０３ ロータ
１０４ モータ
１０５ レーザー光源
１０６ フォトディテクタ
１０７ 回転駆動手段
１０８ 制御手段
１０９ 光学測定手段
１１０ 演算部
１１１ 表示部
１５０ 試料液採取部
１５１ 希釈液保持部
１５２ 分離部
１５３ 希釈液計量部
１５４ 混合部
１５５ 測定部
Ｃ１ 左回転
Ｃ２ 右回転
θ 傾斜角度
２ 保護キャップ
３ ベース基板
４ カバー基板
５ 希釈ユニット
６ 開封ボタン
７ 開封孔
８ ピン
９ 排出孔
１０ アルミシール
１１ 注入口
１２，１３ キャビティ
１４ 保持キャビティ（第２の保持部）
１５ 連結流路
１６ 溢流流路
１７ 毛細管キャビティ
１８ 分離キャビティ
１９ 毛細管キャビティ
２０ａ，２０ｂ１，２０ｂ２，２０ｃ〜２０ｉ 空気孔
２１，２４ 連結流路
２２ 溢流流路
２３ 計量流路（第１の保持部）
２５，２６，２７ 溢流キャビティ
２８ 毛細管部
２９ 測定スポット
３０ 操作キャビティ（第３の保持部）
３１ リブ
３２ 保持キャビティ（第４の保持部，受容キャビティ）
３３ 毛細管部
３４ 連結流路
３５ 保持キャビティ
３６ 溢流流路
３７ 連結流路
３８ 測定スポット（操作キャビティ）
３９ 毛細管キャビテ（受容キャビティ）
４０ 毛細管キャビティ（第２の連結部）
４１ 連結流路（連結部）
４２ リブ
４３ 測定スポット（操作キャビティ）
４４ 毛細管キャビティ（受容キャビティ）
４５ 連結流路
４６ 測定スポット
５６ 親水処理位置
５７ 血液
５７ａ 血漿成分
５７ｂ 血球成分
５８ キャビティ
５９ 連結部
６１ 第１反応液
６２ 第２反応液
６３ 第３反応液
６４ 毛細管キャビティ（第３の連結部）
１００ 分析装置
１０１ 蓋
１０２ 軸心
１０３ ロータ
１０４ モータ
１０５ レーザー光源
１０６ フォトディテクタ
１０７ 回転駆動手段
１０８ 制御手段
１０９ 光学測定手段
１１０ 演算部
１１１ 表示部
１５０ 試料液採取部
１５１ 希釈液保持部
１５２ 分離部
１５３ 希釈液計量部
１５４ 混合部
１５５ 測定部
Ｃ１ 左回転
Ｃ２ 右回転
θ 傾斜角度
Claims (17)
- 溶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前記溶液が反応した反応液に光学的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、
前記移送の上手側から下手側に向かって、操作キャビティと、軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記操作キャビティに移送されて保持される溶液の液面よりも内周側に形成された受容キャビティを設け、
前記軸心を水平線に対して傾斜させて前記操作キャビティから前記受容キャビティに溶液を重力で移送する連結部を、前記軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記操作キャビティに移送されて保持された溶液の前記液面よりも内周側に形成した
分析用デバイス。 - 溶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する分析用デバイスであって、
試料液を保持する第１の保持部と、
希釈液を保持する第２の保持部と、
前記第１，第２の保持部から試料液と希釈液を受け入れる第３の保持部と、
前記第３の保持部と連結部を介して連通し前記第３の保持部から希釈溶液を受け入れる第４の保持部と、
前記第４の保持部よりも前記移送の下手側に形成され試薬を担持し前記第４の保持部の側から受け入れた希釈溶液で前記試薬を溶解し反応させた反応液を保持する測定スポットとを備え、
前記測定スポットにおける反応液に光学的にアクセスして読み取るように構成するとともに、
前記軸心を水平線に対して傾斜させて第３の保持部から第４の保持部に溶液を重力で移送する連結部を、前記軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記操作キャビティに移送されて保持される希釈溶液の液面よりも内周側に形成した
分析用デバイス。 - 前記第４の保持部と前記測定スポットの間に、
前記第４の保持部から連結流路を介して希釈溶液を受け入れて規定量を保持する保持キャビティと、前記保持キャビティと前記測定スポットを連通する連結流路を設けるとともに、
前記測定スポットよりも前記移送の下手側に形成され試薬を担持し前記測定スポットの側から受け入れた溶液で前記試薬を溶解し反応させた反応液を保持する第２の測定スポットを設け、
前記軸心を水平線に対して傾斜させて前記測定スポットから第２の測定スポットに溶液を重力で移送する第２の連結部を、前記軸心の周りに回転させた場合の遠心力により前記測定スポットに移送されて保持される第１反応液の液面よりも内周側に形成した
請求項２記載の分析用デバイス。 - 前記第２の測定スポットよりも前記移送の下手側に形成され試薬を担持し前記第２の測定スポットの側から受け入れた溶液で前記試薬を溶解し反応させた反応液を保持する第３の測定スポットを設け、
前記軸心を水平線に対して傾斜させて前記第２の測定スポットから前記第３の測定スポットに第２反応液を重力で移送する第３の連結部を、前記遠心力を発生させる回転軸心について前記第２の測定スポットに保持された第２反応液の液面よりも内周側に形成した
請求項３記載の分析用デバイス。 - 前記受容キャビティを、毛細管力を発生する厚み方向の断面寸法で形成し、毛細管力によって規定量の溶液を採取するよう構成した
請求項１記載の分析用デバイス。 - 前記受容キャビティを、前記重力に加えて前記軸心の周りの揺動によって発生する慣性によって溶液を採取するよう構成した
請求項１に記載の分析用デバイス。 - 試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、
前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、
前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、慣性力と重力によって受容キャビティに移送させるよう構成した
分析装置。 - 試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、
前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、
前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、重力によって前記操作キャビティと前記受容キャビティの連結部に移送させるよう構成した
分析装置。 - 試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、
前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、
前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、重力によって受容キャビティに移送させるよう構成した
分析装置。 - 試料液を採取した請求項１に記載の分析用デバイスがセットされる分析装置であって、
前記分析用デバイスを水平線に対して傾斜した軸心周りに回転させる回転駆動手段と、
前記回転駆動手段によって移送された前記分析用デバイス内の溶液に光学的にアクセスして分析する分析手段とを備え、
前記軸心を傾斜させて、前記操作キャビティに保持された溶液を、慣性力と重力によって前記受容キャビティの連結部に移送させるよう構成した
分析装置。 - 前記分析用デバイスを前記受容キャビティと前記操作キャビティの連結部が前記操作キャビティに対して正面から見て下側となる位置に移動可能に構成した
請求項７から請求項１０の何れかに記載の分析装置。 - 前記軸心を傾斜させ、前記分析用デバイスを前記連結部が前記操作キャビティに対して正面から見て下側となる位置で、前記軸心を中心に揺動させるように構成した
請求項７から請求項１０の何れかに記載の分析装置。 - 前記分析用デバイスを任意の回転位置で、前記軸心を中心に揺動させることが可能であることを特徴とする
請求項７から請求項１０の何れかに記載の分析装置。 - 前記軸心の傾斜角を任意に設定可能に構成した
請求項７から請求項１０の何れかに記載の分析装置。 - 前記軸心の傾斜角度が、０°以上４５°以下である
請求項７から請求項１０の何れかに記載の分析装置。 - 請求項１に記載の分析用デバイスを用いた分析方法であって、
所定の角度に傾斜させた軸心を有するロータに前記分析用デバイスをセットし、前記ロータを回転させて希釈液と前記分析用デバイスに点着された試料液を前記操作キャビティに移送して混合するステップと、
水平線に対して傾斜した前記ロータの軸心周りに前記ロータを回転させて前記分析用デバイスの受容キャビティと操作キャビティの連結部が前記操作キャビティに対して正面から見て下側に向く位置になるようを移動させるとともに停止位置で前記分析用デバイスを加震して前記混合によって希釈された希釈溶液を移送経路の下手側に揺動移送するステップと、
前記ロータを回転させて前記希釈溶液を定量採取し前記ロータを回転または前記分析用デバイスを加震することにより前記揺動移送されて測定スポットに受け入れた溶液で測定スポットに担持している試薬を溶解して攪拌するステップと、
前記ロータを回転させて読み取り位置に前記測定スポットが介在するタイミングに光学的に前記測定スポットの反応液にアクセスするステップとを有する
分析方法。 - 前記ロータを回転させて前記希釈溶液を定量採取し前記ロータを回転または前記分析用デバイスを加震する前記揺動移送の繰り返しによって、搬送経路に沿って直列に接続された複数の測定スポットの内の下手側の測定スポットに向かって反応液を順に移送し、
反応液が到着したタイミング毎に測定スポットに光学的にアクセスして測定するステップを有する
請求項１６記載の分析方法。
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|---|---|---|---|
| JP2007195283A JP4614992B2 (ja) | 2007-07-27 | 2007-07-27 | 分析用デバイスとこれを使用する分析装置および分析方法 |
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